鱼探仪发射机信号源的驱动电路的制作方法

本实用新型涉及助渔设备领域，特别涉及一种鱼探仪发射机信号源的驱动电路。

背景技术：

鱼探仪是一种能够对水下鱼群进行探测与定位的助渔设备，其工作原理和主动声呐相同，利用超声波换能器向水下发射超声波信号并接收各方向的回波信号以实现对鱼群搜索、跟踪、识别、定位和测距。由于回波信号是来自于发射信号经障碍物反射而形成，因此发射机信号源及其驱动电路的设计就显得尤为重要。

现有的鱼探仪多采用经放大的方波信号源直接驱动换能器在水下发射信号进行探测，然而，方波由于谐波成份较多，在短距离发射尚可，随着探测距离和发射功率的增大，其弊端就越发突出：1、方波的高次谐波通过换能器在水下发射会对水下形成噪声污染，发射功率越大，噪声能量越大，干扰其自身及其它船只的水下设备正常工作；2、谐波随着发射功率的增大导致了可观的能量浪费，造成仪器功耗过大，散热性差，使用寿命缩短等问题。

正弦波作为信号源无疑是最佳的选择。现有设计方法一般有：1、模拟正弦波小信号源+A、B类(甲、乙类)线性功放。由一片微控制器或DDS(直接数字式频率合成器)生成模拟正弦波小信号源，后接线性功放放大输出。此方法的源输出线性度良好，但具有负载特性差、动态响应慢、大功率线性功放造价高、效率低＜50％、体积庞大和不易于系统集成的缺点；2、数字调制正弦波+D类(丁类)数字功放。将数字调制正弦波信号源接入到D类数字功放放大，经过滤波器滤波后即可还原输出放大的模拟正弦波。此方法适用于各种调制方式的数字正弦波信号源，如PWM调制正弦波，Delta-Sigma调制正弦波等，D类数字功放可采用全桥或半桥工作方式，考虑到空间限制，可选用半桥功放。然而，半桥功放需要正负双电源供电以输出正负交替的放大的周期正弦波信号源，另外，关于上下两MOS管的开启和关闭时间，如若操作不当，极易发生上下两MOS管同时导通的现象，即所谓的撞管、炸管，造成电路工作不稳定。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供了一种鱼探仪发射机信号源的驱动电路。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种鱼探仪发射机信号源的驱动电路，设置于所述信号源的输出端与负载之间，包括MOS管驱动子电路、D类半桥功放子电路和LC串联谐振子电路；

所述MOS管驱动子电路包括集成芯片、第一死区控制电路单元、第二死区控制电路单元和自举电路单元，所述集成芯片的两个输入端分别接两路互为反相的调制正弦波信号源输出端，所述第一死区控制电路单元的一端和所述第二死区控制电路单元的一端分别接集成芯片的高端输出端和低端输出端，所述自举电路单元分别接集成芯片的高端浮置电源电压端和高端浮置电源偏移电压端；

所述D类半桥功放子电路的两个输入端分别接第一死区控制电路单元的另一端和第二死区控制电路单元的另一端；

所述LC串联谐振子电路的输入端接所述D类半桥功放子电路的输出端，所述LC串联谐振子电路的输出端为所述鱼探仪发射机信号源的驱动电路的输出端，用于连接负载。

优选地，所述集成芯片的型号为IR2110驱动芯片。

优选地，所述第一死区控制电路单元包括并联的第一二极管和第一电阻，所述第一二极管和第一电阻并联的一端接集成芯片的高端输出端；所述第二死区控制电路单元包括并联的第二二极管和第二电阻，所述第二二极管和第二电阻并联的一端接集成芯片的低端输出端。

优选地，所述第一二极管和所述第二二极管均采用内部集成有两个快速二极管的BAS28。

优选地，所述自举电路单元包括第三二极管、第三电阻和第二电容，所述第三二极管的正极接12V电源，所述第三二极管的负极经第三电阻后接第二电容，所述第二电容的两端分别接集成芯片的高端浮置电源电压端和高端浮置电源偏移电压端。

优选地，所述D类半桥功放子电路包括第一MOS管、第二MOS管、第四二极管、第四电阻和第五电阻；所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极分别接第一死区控制电路单元的另一端和第二死区控制电路单元的另一端，所述第一MOS管的源极和第二MOS管的漏极均接集成芯片的高端浮置电源偏移电压端，所述第一MOS管的漏极和源极分别接第四电阻的两端，所述第一MOS管的漏极还接第四二极管的负极，所述第四二极管的正极接110V电源，所述第二MOS管的漏极和源极分别接第五电阻的两端，所述第二MOS管的源极还接地。

优选地，所述第四二极管的负极还与第五电容和第六电容并联的一端连接，所述第五电容和所述第六电容并联的另一端接地，所述第五电容和所述第六电容均为电源滤波电容。

优选地，所述LC串联谐振子电路包括第一电感和第四电容，所述第一电感的一端接集成芯片的高端浮置电源偏移电压端，所述第一电感的另一端经第四电容之后接所述负载。

优选地，所述集成芯片的逻辑电源电压端接5V电源和第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地；所述集成芯片的低端固定电源电压端和公共端之间接有第三电容，所述集成芯片的低端固定电源电压端还接12V电源，所述集成芯片的公共端还接地；所述第一电容和所述第三电容均为电源滤波电容。

本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型具有一般D类功放输出的优点，如负载特性好，动态响应快，效率高达90％，而线性功放的效率不足50％；

2)本实用新型采用了半桥功放驱动电路，只需少量的元器件，节约布板空间，另外，系统各单元体积小，易于单板集成，造价低，减少了整个系统电路成本；

3)本实用新型电路无需双极性电源供电，只需简单的单极性正电源供电即可还原输出正负交替的放大的周期正弦波；

4)本实用新型灵活的死区控制电路设计，可以有效防止MOS管撞管、炸管，大幅度提高电路的稳定性。

附图说明

图1示出了本实用新型鱼探仪发射机信号源的驱动电路实施例的电路原理图。

图2示出了两路互为反相的数字调制波输入及输出逻辑电平原理图

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种鱼探仪发射机信号源的驱动电路，包括MOS管驱动子电路、D类半桥功放子电路和LC串联谐振子电路。

所述MOS管驱动子电路包括集成芯片U1、第一死区控制电路单元、第二死区控制电路单元和自举电路单元。

其中，集成芯片U1的型号具体选用IR2110驱动芯片，该集成芯片U1的HIN端和LIN端分别接两路互为反相的调制正弦波信号源输出端，而该集成芯片U1的HO端的输出信号与HIN端的输入信号同相，LO端的输出信号则与LIN端的输入信号同相，具体的输入输出信号见图2。集成芯片U1的V_DD端接5V电源和第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端接地；所述集成芯片U1的V_CC端和COM端之间接有第三电容C3，所述集成芯片U1的V_CC端还接12V电源，所述集成芯片U1的COM端还接地；所述第一电容C1和所述第三电容C3均为电源滤波电容。

所述第一死区控制电路单元包括并联的第一二极管D1和第一电阻R1，所述第一二极管D1和第一电阻R1并联的一端接集成芯片U1的HO端。所述第二死区控制电路单元包括并联的第二二极管D2和第二电阻R2，所述第二二极管D2和第二电阻R2并联的一端接集成芯片U1的LO端。这里所述第一二极管D1和所述第二二极管D2均采用内部集成有两个快速二极管的BAS28。

所述自举电路单元包括第三二极管D3、第三电阻R3和第二电容C2，所述第三二极管D3的正极接12V电源，所述第三二极管D3的负极经第三电阻R3后接第二电容C2，所述第二电容C2的两端分别接集成芯片U1的V_B端和V_S端。

所述D类半桥功放子电路包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第四二极管D4、第四电阻R4和第五电阻R5；所述第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极分别接第一二极管D1和第一电阻R1并联的另一端和所述第二二极管D2和第二电阻R2并联的另一端，所述第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的漏极均接集成芯片U1的高端浮置电源偏移电压端，所述第一MOS管Q1的漏极和源极分别接第四电阻R4的两端，所述第一MOS管Q1的漏极还接第四二极管D4的负极，所述第四二极管D4的正极接110V电源，所述第二MOS管Q2的漏极和源极分别接第五电阻R5的两端，所述第二MOS管Q2的源极还接地，还接所述鱼探仪发射机信号源的驱动信号输入端(负极)。

LC串联谐振子电路包括第一电感L1和第四电容C4，所述第一电感L1的一端接集成芯片U1的V_S端，所述第一电感L1的另一端经第四电容C4之后接所述鱼探仪发射机信号源的驱动信号输入端(正极)。

所述第四二极管D4的负极还与第五电容C5和第六电容C6并联的一端连接，所述第五电容C5和所述第六电容C6并联的另一端接地，所述第五电容C5和所述第六电容C6均为电源滤波电容。

本实用新型中两个死区控制电路单元的工作原理如下：

两个死区控制电路单元的工作原理相同，这里仅以第一死区控制电路单元为例做具体说明：当集成芯片U1的HIN端的输入信号为高电平时，HO端也输出高电平，此时第一二极管D1反向截止，第一电阻R1和第一MOS管Q1的栅极和源极之间的结电容共同构成RC延迟电路，用以延迟第一MOS管Q1的开启时间；反之，当集成芯片U1的HIN端的输入信号为低电平时，HO端也输出低电平，此时第一MOS管Q1的栅极和源极之间的结电容与第一二极管D1形成快速放电回路用以快速关闭第一MOS管Q1。

因此，根据图2中所示的集成芯片U1的HO端与LO端的输出信号对比发现，当第一MOS管Q1打开时，Q2已经提前关闭，当Q2打开时，Q1也已提前关闭，因而不会出现Q1和Q2同时打开的现象，可以有效防止MOS管撞管、炸管，大幅度提高电路的稳定性。

另外，第一二极管D1内部的两个快速二极管和第二二极管D2内部的两个快速二极管还同时起着电流分流作用，第一电阻R1和第二电阻R2则还同时分别起着对第一MOS管Q1和第二MOS管Q2开启的阻尼减振的作用。

本实用新型的自举电路中，第二电容C2为自举电容，该第二电容C2的作用是为第一MOS管Q1的栅极和漏极提供开启电压；而第三二极管D3的作用为：当第一MOS管Q1导通时，防止高压侧对低压侧的12V电源倒灌。

综上，本实用新型所述的鱼探仪发射机信号源的驱动电路的工作原理如下：

当两路互为反相的数字调制正弦波输入到集成芯片U1的HIN端及LIN端时，这里假设LIN端输入为高电平，HIN端输入为低电平，则对应LIN端的LO端经集成芯片U1内部逻辑后与VCC端连接，此时第二MOS管Q2的栅极和源极之间的电压为12V，第二MOS管Q2导通，而对应HIN端的HO端经U1芯片内部逻辑后与VS端连接，此时第一MOS管Q1的栅极和源极之间的电压为0，第一MOS管Q1截止，忽略第二MOS管Q2导通压降，此时集成芯片U1的V_S端电位接近为0，即第二电容C2的下端电压为零，上端电压为12V；反之，当LIN端输入为低电平，HIN端输入为高电平，则对应LIN端的LO端经集成芯片U1内部逻辑后与COM端连接，此时第二MOS管Q2的栅极和源极之间的电压为0，第二MOS管Q2截止，而对应HIN端的HO端经集成芯片U1内部逻辑后与V_B端连接，由于电容两端电压不能突变特性，第二电容C2两端所连接的集成芯片U1的V_B端的电压比VS端的电压高12V，即第一MOS管Q1的栅极和源极之间的电压为12V，第一MOS管Q1导通，忽略第一MOS管Q1导通压降，V_S端的电压接近110V，而第二电容C2的上端即集成芯片U1的V_B端的电压比V_S端的电压高12V。由于第三二极管D3的存在，可防止高压侧对低压侧12V电源倒灌，如此循环往复。

由于作为谐振电容的第四电容C4的充放电特性，本实用新型电路在半桥功放工作模式下，无需双极性电源供电，只需简单的单极性正电源供电即可还原输出正负交替的放大的周期正弦波。

另外，LC谐振频率即为正弦波信号源输出频率，滤除噪声信号后，在输出端OUT+和OUT-端还原输出与谐振频率一致的放大的正负交替的周期模拟正弦波。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。