一种超声调幅声波功率放大系统的制作方法

1.本发明涉及超声调幅声波功率放大技术领域，具体为一种超声调幅声波功率放大系统。


背景技术：

2.使声波定向传播的方法之一，就是把由超声波载波的可听声调幅信号，经过功率放大器放大后，推动超声波换能器阵列工作，向空气中发射超声波调幅波，通过空气的非线性特性，在空气中解调出高指向性的可听声，由于单个超声波换能器阵列的发声能力有限，要获得高声压级、远距离传播的指向声波，通常需要把若干个超声波换能器通过并联的方式实现，由于大量并联后的超声波换能器阵列的容性低阻特性，需要高效、低功耗、负载能力强、宽频带的功率放大器推动其工作。
3.现有的a类音频功率放大器，增加频带后可以推动超声波换能器阵列发射定向声波，但a类音频功率放大器体积、重量大、效率低，不能适用容性阻抗的动态变化，且频响通常在20-20000hz，很难用于对超声波信号的放大；现有的多个小功率d类功率放大器模块并联工作方式，通过电源适配器供电，分别推动少数量的超声波换能器阵列，然后再拼接形成满足需要的超声波换能器阵列发射定向声波，这种方法除会导致功率放大器部分的体积重量大，不能适用容性阻抗的动态变化，还会带来多台功率放大器信号输出相位不同步的问题，影响超声波换能器阵列的发声强度。而且上述两类功率放大器主要针对纯阻性负载设计，对于超声波换能器阵列的容性阻抗，且阻抗随超声波换能器阵列工作温度和辐射声压级大小变化的负载难以适应，另外，为了推动超声波换能器阵列工作，功率放大器需要对超声调幅声波信号进行放大，即不管超声波换能器阵列发射的定向声音大小，功率放大器一直要对超声波载波信号进行放大，和单纯放大普通音频信号相比，大大增加了功率放大器的负荷，导致功率放大器严重发热，而且现有把信号处理、电源、功放独立设置的方式很难实现对系统的联动控制和智能化保护。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明提出了一种超声调幅声波功率放大系统，解决现有技术中的功率放大器体积大、重量大、效率低，功率放大器工作时发热严重，现有把信号处理、电源、功率放大独立设置的方式很难实现对系统的联动控制和智能化保护的技术问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
6.本发明提供了一种超声调幅声波功率放大系统，包括：电源模块、信号处理模块、智能保护模块和功率放大模块；
7.所述电源模块为所述信号处理模块、所述智能保护模块和所述功率放大模块提供所需的工作电压；
8.所述信号处理模块对外界输入的音频信号进行处理后，输入给所述功率放大模块，经所述功率放大模块放大后，推动超声波换能器阵列发出定向声波；
9.所述功率放大模块包括功率放大器，所述智能保护模块通过采集所述信号处理模块和所述功率放大模块的多路信息，对所述功率放大器进行控制和保护。
10.优选地，所述信号处理模块对所述外界输入的音频信号经过超声波载波处理后得到超声波调幅信号，所述信号处理模块对所述信号进行压限、滤波、噪声门设置、调制度及所述超声波调幅信号大小的调节。
11.优选地，所述智能保护模块对所述信号处理模块和所述功率放大模块不同监测点的信号进行数字化处理。
12.优选地，所述智能保护模块对所述功率放大器的启停进行控制，具体包括：
13.所述智能保护模块根据采集所述信号处理模块是否有信号输出从而控制所述功率放大器的启停；
14.若所述智能保护模块采集到所述信号处理模块有信号输出，则所述功率放大器启动；
15.若所述智能保护模块没有采集到所述信号处理模块有信号输出，则所述功率放大器延迟关停。
16.优选地，所述智能保护模块对所述功率放大器输出信号进行反馈控制，调整所述信号处理模块输出信号的大小。
17.优选地，所述智能保护模块采集所述功率放大器的输出电流信息、无信号直流电位信息、空载供电电压信息、功放管栅极驱动电压信息和温度信息。
18.优选地，所述功率放大器的输出方式为半桥输出，且最高输出电压为
±
80v。
19.优选地，所述功率放大器的开关频率最高为800khz。
20.优选地，所述功率放大器的输出端通过电感、电容和容性阻抗的超声波换能器阵列形成谐振回路。
21.优选地，所述电源模块为所述信号处理模块提供
±
15v电压。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
23.1、本发明集电源模块、信号处理模块、智能保护模块、功率放大模块于一体，构成超声调幅声波信号的功率放大系统，体积小，重量轻；
24.2、本发明通过对电源模块、信号处理模块和功率放大模块采用相关的技术融合，提高功率放大器的效率；
25.3、本发明实现了系统智能化控制与多功能保护，使该系统用于推动超声波换能器阵列工作时，安全可靠；
26.4、本发明能适用容性阻抗的动态变化，对超声调幅声波信号的放大效率高，使超声波换能器阵列的发声强度稳定，降低了功率放大器的负荷。
附图说明
27.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
28.图1为本发明实施例提供的一种超声调幅声波功率放大系统结构图。
具体实施方式
29.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
30.本发明提出了一种超声调幅声波功率放大系统，解决现有技术中的功率放大器体积大、重量大、效率低，功率放大器工作时发热严重，把信号处理、电源、功率放大独立设置的方式很难实现对系统的联动控制和智能化保护的技术问题。
31.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
32.如图1所示，一种超声调幅声波功率放大系统，包括：电源模块、信号处理模块、智能保护模块和功率放大模块；
33.所述电源模块为所述信号处理模块、所述智能保护模块和所述功率放大模块提供所需的工作电压；
34.所述信号处理模块对外界输入的音频信号进行处理后，输入给所述功率放大模块，经所述功率放大模块放大后，推动超声波换能器阵列发出定向声波；
35.所述功率放大模块包括功率放大器，所述智能保护模块通过采集所述信号处理模块和所述功率放大模块的多路信息，对所述功率放大器进行控制和保护；
36.在本实施例中，本发明电源模块把llc技术和pfc技术相结合，实现在输入交流100v-240v(50-60hz)，或直流10-25v输入情况下，为信号处理模块提供
±
15v电压，为智能保护模块提供
±
2.5v电压，为功率放大模块提供
±
5.5v和
±
80v的电压，功率放大器的输出功率为几十瓦到几千瓦，正负供电模式可以降低电源部分的噪声，该模块效率高、体积小；
37.进一步地，所述信号处理模块对所述外界输入的音频信号经过超声波载波处理后得到超声波调幅信号，所述信号处理模块对所述信号进行压限、滤波、噪声门设置、调制度及所述超声波调幅信号大小的调节；
38.本发明信号处理模块采用模拟和数字技术相结合的方式，对输入的音频信号经过超声波载波处理后得到超声波调幅信号，通过对信号进行压限、滤波、噪声门设置、调制度及超声波调幅信号大小的调节，输出给功率放大器，信号压限处理在保证音频信号传输质量的前提下，提高功率放大器的工作效率和安全性，噪声门则能减小外部干扰信号对系统的影响。
39.进一步地，所述智能保护模块对所述信号处理模块和所述功率放大模块不同监测点的信号进行数字化处理，实现对功率放大器的智能化控制和多功能保护。
40.进一步地，所述智能保护模块对所述功率放大器的启停进行控制，具体包括：
41.所述智能保护模块根据采集所述信号处理模块是否有信号输出从而控制所述功率放大器的启停；
42.若所述智能保护模块采集到所述信号处理模块有信号输出，则所述功率放大器启动；
43.若所述智能保护模块没有采集到所述信号处理模块有信号输出，则所述功率放大器延迟关停；使得功率放大器在无信号输入时处于不工作状态，降低功率放大器发热和系
统能耗。
44.进一步地，所述智能保护模块对所述功率放大器输出信号进行反馈控制，调整所述信号处理模块输出信号的大小，以保证功率放大器的恒压输出，即输出电压幅值的大小不随负载阻抗的变化而变，以适应超声波换能器阵列工作时阻抗的变化，确保加载在每个超声波换能器上的电压稳定；通过对功率放大模块其他对应点的信号采集处理，实现对功率放大器的过流、偏中、空载、欠压、过压和温度保护。
45.进一步地，所述智能保护模块采集所述功率放大器的输出电流信息、无信号直流电位信息、空载供电电压信息、功放管栅极驱动电压信息和温度信息；
46.所述智能保护模块通过对所述功率放大器的输出电流信息采集、处理，实现对所述功率放大器的过流保护；所述智能保护模块通过对所述功率放大器的无信号直流电位信息采集、处理，实现对所述功率放大器的偏中保护；所述智能保护模块通过对所述功率放大器的空载供电电压信息采集、处理，实现对所述功率放大器的空载保护；所述智能保护模块通过对所述功率放大器的功放管栅极驱动电压信息采集、处理，实现对所述功率放大器的欠压或过压保护；所述智能保护模块通过对所述功率放大器的温度信息采集、处理，实现对所述功率放大器的温度保护。
47.进一步地，所述功率放大器的输出方式为半桥输出，且最高输出电压为
±
80v，实现功率放大器高压低电流输出模式，不但为大规模并串联式的超声波换能器阵列提供足够的功率输出，还能增加功率放大器的安全性，减少发热。
48.进一步地，所述功率放大器的开关频率最高为800khz，可以对120khz以下的超声波载波信号进行放大，拓宽了功率放大器的应用范围。
49.进一步地，所述功率放大器的输出端通过电感、电容和容性阻抗的超声波换能器阵列形成谐振回路，提高功率放大器的效率，恒压输出保证超声波换能器阵列在谐振工作状态下的稳定性，保护线路和上述智能保护模块联动，实现对功率放大器的智能化控制与多功能保护。
50.进一步地，所述电源模块为所述信号处理模块提供
±
15v电压，
±
15v供电在增大信号输出幅度的同时，还能保证超声波调幅信号的对称性，减少失真。
51.本发明集电源模块、信号处理模块、智能保护模块、功率放大模块于一体，构成超声调幅声波信号的功率放大系统，体积小，重量轻；通过对电源模块、信号处理模块和功率放大模块采用相关的技术融合，提高功率放大器的效率；
52.实现了系统智能化控制与多功能保护，使该系统用于推动超声波换能器阵列工作时，安全可靠；能适用容性阻抗的动态变化，对超声调幅声波信号的放大效率高，使超声波换能器阵列的发声强度稳定，降低了功率放大器的负荷。
53.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。