一种用于大功率声纳发射换能器切换的电子开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于大功率声纳发射换能器切换的电子开关，包括：发射信号输入端、发射信号输出端、DC/DC变换器、光耦隔离器和大功率晶体管；所述的DC/DC变换器用于将单极性电压转换成双极性电压，并将该双极性电压输出至光耦隔离器供电；所述光耦隔离器用于将译码后的换能器控制信号进行电隔离，并根据该换能器控制信号的电平高低输出双极性电压的正电压或负电压至大功率晶体管；所述大功率晶体管用于根据接收到的正电压或负电压控制连接或断开发射信号输入端与发射信号输出端之间的电路。利用该电子开关能够将发射机发射的电信号分时切换到各个大功率声纳发射换能器，能实现各通道80dB以上的隔离度，当进行换能器切换时能有效地抑制各种电磁辐射。
【专利说明】一种用于大功率声纳发射换能器切换的电子开关
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及仪器仪表【技术领域】，特别涉及一种用于切换大功率声纳发射换能 器的电子开关。
【背景技术】
[0002] 随着海洋开发的不断升温，全景扫描声纳的需求越来越多。实现全景扫描声纳必 须要求声纳发射换能器具有发射360°方向的全景声波的能力。
[0003] 用一台声纳发射机难以发射出功率足够大的全景声波，为了提高声纳的作用距 离，一般采用多台大功率声纳发射机同时发射信号，但是，采用此种方式发射信号，使得各 个方向发射出的声波的相位难以保持一致；另一方面由于单台大功率声纳发射机的体积及 重量一般比较大，导致水密电子舱没有足够的空间安装多台大功率声纳发射机。
[0004] 为了解决上述问题，有的全景扫描声纳采用一台大功率发射机，通过大功率切换 开关分时切换不同方向的换能器连接到大功率发射机的输出端，从而将全景扫描发射声波 分时发射出去。传统的大功率切换开关是采用大功率继电器来分时切换换能器，但是当继 电器切换时，要进行机械动作，而继电器的机械切换动作必然会影响其使用寿命和可靠性， 一般只能机械切换一万多次就无法再继续使用；而另一方面，继电器每次机械切换动作都 需要一定的时间，这个时间一般大于〇. 5S，因此增加了全景扫描的时间；且继电器的机械 接触点在大功率发射信号通过时很容易发热和氧化，工作时间久了很容易失效。
[0005] 如果采用大功率晶体管作为电子开关，能够解决采用继电器带来的上述技术问 题，但是大功率晶体管主要存在两方面的缺陷：一方面，由于大功率晶体管作为电子开关 时，其集电极和发射极之间没有在物理上断开，因此用大功率晶体管来隔离大功率发射信 号非常困难；另一方面，大功率换能器不是纯阻负载，而是容性负载，因此在切换时，必须考 虑因容性负载的暂态响应所引起的电磁辐射干扰。 实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于，为解决现有技术中通过采用继电器或晶体管作为大功率 切换开关存在着上述技术问题，本实用新型提供一种用于大功率声纳发射换能器切换的电 子开关，利用该电子开关能够将发射机发射的电信号分时切换到各个大功率声纳发射换 能器，从而可按顺时针方向分时发射水平开角为45°的声波；且在发射机发射时，能实现 各通道80dB以上的隔离度，当进行换能器切换时能有效地抑制各种电磁辐射。
[0007] 为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于大功率声纳发射换能器切换的电子 开关，该电子开关包括：DC/DC变换器、光耦隔离器、大功率晶体管、发射信号输入端和发射 信号输出端；所述的发射信号输入端和发射信号输出端分别连接大功率发射机与大功率 声纳发射换能器；所述的DC/DC变换器用来将单极性电压转换成双极性电压，并将该双极 性电压输出给光耦隔离器供电，所述光耦隔离器用于将译码后的换能器控制信号进行电隔 离，并根据该换能器控制信号的电平高低输出双极性电压的正电压或负电压至大功率晶体 管，为大功率晶体管的栅极提供纯净的控制信号，所述的大功率晶体管用于根据接收到的 正电压或负电压控制导通和截止发射信号输入端与发射信号输出端之间的电路，从而切换 大功率发射信号到与相应的发射信号输出端相对应的大功率声纳发射换能器上，驱动该换 能器发射声信号。
[0008] 作为上述技术方案的进一步改进，所述电子开关还包括低通滤波器；所述的低通 滤波器用于过滤光耦隔离器所输出的双极性电压中受到干扰的大功率发射信号。
[0009] 作为上述技术方案的进一步改进，所述大功率晶体管采用IGBT大功率晶体管对 管。
[0010] 本实用新型的一种用于大功率声纳发射换能器切换的电子开关的优点在于：
[0011] 本实用新型的电子开关代替传统的通过采用继电器的机械开关，从而大大地提高 了切换大功率声纳发射换能器的可靠性和稳定性，减少了转换开关的体积和重量；并通过 光耦隔离器和DC/DC变换器将大功率晶体管与换能器控制信号、其它开关通道进行隔离， 从而使发射信号在各通道具有良好的隔离性能；同时，为了防止大功率发射信号对大功率 晶体管的栅极进行干扰，对大功率晶体管的栅极上的控制信号进行了低通滤波，滤去干扰 的高频发射信号，确保电子开关可靠地开启和关闭。
[0012] 附图表说明
[0013] 图1为本实用新型实施例中的电子开关结构示意图。
[0014] 图2为本实用新型实施例中的全景扫描声纳湿端组成框图。
[0015] 图3为本实用新型实施例中的电子开关的电路原理图。
[0016] 图4为本实用新型实施例中的发射机输出的发射信号和控制信号时序图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例对本实用新型所述的一种用于大功率声纳发射换能器切 换的电子开关进行详细说明。
[0018] 如图1所示，本实用新型一种用于大功率声纳发射换能器切换的电子开关，该电 子开关包括：DC/DC变换器、光耦隔离器、大功率晶体管、发射信号输入端和发射信号输出 端；所述的发射信号输入端和发射信号输出端分别连接大功率发射机与大功率声纳发射换 能器；所述的DC/DC变换器用于将单极性电压转换成双极性电压，并将该双极性电压输出 给光耦隔离器提供电源，所述光耦隔离器用于将译码后的换能器控制信号进行电隔离，并 根据该换能器控制信号的电平高低输出双极性电压的正电压或负电压至大功率晶体管；通 过设置DC/DC变换器和光耦隔离器，一方面可以将换能器控制信号与电子开关在物理电连 接上互相隔离，另一方面通过DC/DC变换器输出双极性电源给光耦隔离器供电，这样单极 性的换能器控制信号经光耦隔离后变为双极性的控制信号，即正、负电压信号。所述大功率 晶体管用于根据接收到的正电压或负电压控制连接或断开发射信号输入端与发射信号输 出端之间的电路。
[0019] 基于上述电子开关的结构，在本实施例中，该电子开关还包括低通滤波器；所述的 低通滤波器用于过滤光耦隔离器所输出的双极性电压中受到干扰的大功率发射信号，经过 低通滤波后的双极性的控制信号加载在大功率晶体管的栅射极上，可以确保需要导通时电 子开关能饱和导通，需要截止时栅射极的反向控压能使电子开关深度反向截止，使得该电 子开关能根据双极性的控制信号可靠地导通和截止，从而正确地选择加载在电子开关上的 发射信号是否输出。
[0020] 在本实施例中，以用于全景扫描声纳的大功率声纳发射换能器切换的电子开关为 例，对本实用新型的电子开关进行说明。在潜水作业观察指挥系统的研制过程中，全景扫 描声纳按照图2所示顺时针方向分时发射水平开角为45°的波束，发射机的瞬时发射功 率为4000W，发射频率为100kHz的D类大功率发射机。利用本实用新型的上述电子开关 分时地将该发射机输出的发射信号切换到各个大功率声纳发射换能器上,从而分时地按 I-II-III-IV-V-VI-VII-VIII的方向顺时针发射波束，与各波束相对应的换 能器的导纳参数如下表所示：
[0021]
【权利要求】
1. 一种用于大功率声纳发射换能器切换的电子开关，包括发射信号输入端和发射信号 输出端，所述的发射信号输入端和发射信号输出端分别连接大功率发射机与大功率声纳发 射换能器；其特征在于，还包括：DC/DC变换器、光耦隔离器和大功率晶体管；所述的DC/DC 变换器用于将单极性电压转换成双极性电压，并将该双极性电压输出至光耦隔离器供电； 所述光耦隔离器用于将译码后的换能器控制信号进行电隔离，并根据该换能器控制信号的 电平高低输出双极性电压的正电压或负电压至大功率晶体管；所述大功率晶体管用于根据 接收到的正电压或负电压控制连接或断开发射信号输入端与发射信号输出端之间的电路。
2. 根据权利要求1所述的用于大功率声纳发射换能器切换的电子开关，其特征在于， 所述电子开关还包括低通滤波器；所述的低通滤波器用于过滤光耦隔离器所输出的双极性 电压中受到干扰的大功率发射信号。
3. 根据权利要求1所述的用于大功率声纳发射换能器切换的电子开关，其特征在于， 所述大功率晶体管采用IGBT大功率晶体管对管。
【文档编号】H03K17/567GK204216867SQ201420610849
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】何先忠 申请人:中国科学院声学研究所