一种超声波载波音频放大驱动电路及定向音箱的制作方法

1.本实用新型涉及驱动电路技术领域，尤其涉及一种用于驱动超声波载波音频定向喇叭的超声波载波音频放大驱动电路及定向音箱。


背景技术：

2.由于超声波具有较强的方向性，音频信号经超声波调制后发出，在介质内(气体、液体、固体)自解调还原出音频，从而能够实现音频的定向传播。现有的超声波载波放大驱动电路结构形式多以模拟方式调制或数字化音频载波处理技术，模拟方式调制即先用超声频率调制音频以下被载频率然后放大载波驱动压电陶瓷，这种调制方式功耗较大；数字化音频载波处理技术驱动压电陶瓷的方式，电路结构比较复杂且生产成本较高。


技术实现要素：

3.本实用新型公开的一种超声波载波音频放大驱动电路及定向音箱，解决了现有采用模拟方式调制以驱动压电陶瓷的方式功耗较大，数字化音频载波处理技术驱动压电陶瓷方式电路结构复杂且生产成本较高的问题，以开关方式放大音频信号以驱动压电陶瓷，功耗较低且电路结构简单、制造成本低。
4.为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：
5.本实用新型一方面公开一种超声波载波音频放大驱动电路，包括音频输入单元、放大单元、变压器单元、变压器驱动单元和超声波产生单元，其中，音频输入单元用以输入音频信号；放大单元用以将所述音频输入单元输入的音频信号放大并进行超声调制，并输出至变压器单元；变压器单元用以驱动超声波产生单元；变压器驱动单元用以驱动所述变压器单元；超声波产生单元所述超声波产生单元包括至少一个超声波压电陶瓷，用以在所述变压器单元输出信号的驱动下产生超声波；所述放大单元包括pwm控制器和开关式稳压器中的一种，所述音频输入单元连接所述pwm控制器或开关式稳压器的反馈输入端或设置端。
6.进一步地，超声波载波音频放大驱动电路还包括音频电平检测单元，用以实时检测是否有音频信号输入，当检测到无音频信号输入时关断超声波载波音频放大驱动电路，当检测到有音频信号输入时开启超声波载波音频放大驱动电路。
7.进一步地，所述变压器驱动单元包括mosfet，用以驱动所述变压器单元。
8.进一步地，所述变压器驱动单元包括mosfet和超声推挽电路，其中，mosfet用以驱动所述变压器单元，超声推挽电路用以产生超声频率。
9.本实用新型另一方面还公开一种定向音箱，包括如上所述的一种超声波载波音频放大驱动电路。
10.有益技术效果：
11.1、本实用新型公开一种超声波载波音频放大驱动电路，包括音频输入单元、放大单元、变压器单元、变压器驱动单元和超声波产生单元，其中，音频输入单元用以输入音频
信号；放大单元用以将所述音频输入单元输入的音频信号放大并进行超声调制，并输出至变压器单元；变压器单元用以驱动超声波产生单元；变压器驱动单元用以驱动所述变压器单元；超声波产生单元所述超声波产生单元包括至少一个超声波压电陶瓷，用以在所述变压器单元输出信号的驱动下产生超声波；所述放大单元包括pwm控制器和开关式稳压器中的一种，所述音频输入单元连接所述pwm控制器或开关式稳压器的反馈输入端或设置端，解决了现有采用模拟方式调制以驱动压电陶瓷的方式功耗较大，数字化音频载波处理技术驱动压电陶瓷方式电路结构复杂且生产成本较高的问题，以开关方式放大音频信号以驱动压电陶瓷，功耗较低且电路结构简单、制造成本低；
12.2、本实用新型中，超声波载波音频放大驱动电路还包括音频电平检测单元，用以实时检测是否有音频信号输入，当检测到无音频信号输入时关断超声波载波放大驱动电路，当检测到有音频信号输入时开启超声波载波放大驱动电路，从而进一步实现超声波载波音频放大驱动电路的节能；
13.3、本实用新型中，超声波载波音频放大驱动电路是将音频信号叠加到pwm控制器或者开关式稳压器的反馈输入端，以开关的方式放大音频信号，使得电路功耗大大降低；
14.4、本实用新型中，超声波载波音频放大驱动电路中使用的电气元件可替代性强，且价格低廉。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
16.图1为本实用新型实施例一所述的一种超声波载波音频放大驱动电路的结构图；
17.图2为本实用新型实施例二所述的一种超声波载波音频放大驱动电路的结构图；
18.图3为本实用新型实施例三所述的一种超声波载波音频放大驱动电路的结构图。
具体实施方式
19.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
20.下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。
21.本实用新型一方面公开一种超声波载波音频放大驱动电路，包括音频输入单元、放大单元、变压器单元、变压器驱动单元和超声波产生单元，其中，音频输入单元用以输入音频信号；放大单元用以述音频输入单元输入的音频信号放大并进行超声调制，并输出至变压器单元；变压器单元用以驱动超声波产生单元；变压器驱动单元用以驱动变压器单元；超声波产生单元包括至少一个超声波压电陶瓷，用以在变压器单元输出信号的驱动下产生超声波；放大单元包括pwm控制器和开关式稳压器中的一种，音频输入单元连接pwm控制器或开关式稳压器的反馈输入端或设置端
22.实施例一：
23.实施例一是以将音频信号叠加在pwm控制器的反馈输入端为例，参见图1，放大单
元包括pwm控制器，一般常用的pwm控制器包括sg3525、tl494、ka7500、ucc2808和ucc3808，这里对pwm控制器的选择不作限制，音频输入单元输入的音频信号输入pwm控制器的反馈输入端fb，变压器驱动单元包括mosfet，超声波产生单元由若干个超声波压电陶瓷构成，用以产生超声波。
24.实施例一的超声波载波音频放大驱动电路的工作原理为：
25.把音频信号叠加在预设置的中值电压上并输入到pwm控制器的反馈输入端fb，pwm控制器根据音频信号产生中值电压上下的pwm波，放大的同时完成调制，在pwm控制器的第一输出端outa和第二输出端outb输出对称的pwm信号，pwm信号推动mosfet，mosfet驱动变压器，变压器输出的信号驱动超声波压电陶瓷产生超声波，从而把音频信号以开关的方式放大并通过超声波定向传播出去。
26.实施例二：
27.实施例二是以将音频信号串联到开关式稳压器的反馈输入端为例，参见图2，放大单元包括开关式稳压器，音频输入单元输入的音频信号输入至开关式稳压器的反馈输入端fb，变压器驱动单元包括mosfet和超声波推挽电路，超声波推挽电路用以超声频率，一般比较常用的超声推挽电路包括ir2153和ir2085，本专利对于超声推挽电路的选择不作限制，超声波产生单元由若干个超声波压电陶瓷构成，用以产生超声波。
28.本实施例中采用开关式稳压器和推挽电路类型多，可替代性强，降低制作成本。
29.实施例二的超声波载波音频放大驱动电路的工作原理为：
30.把音频信号并联到开关式稳压器(开关稳压拓扑包括升压拓扑、降压拓扑和升降压拓扑)的反馈输入端fb，开关式稳压器的输出端vout产生与输入音频信号对应的脉动直流功率信号，且脉动直流功率信号的包络与输入音频信号的包络一致，推挽电路产生超声频率，变压器以超声频率把开关式稳压器输出端输出的脉动直流功率信号转换成超声波交流电压并驱动超声波压电陶瓷完成调制，从而把音频信号以开关方式放大并通过超声波定向传递出去。
31.实施例三：
32.实施例三是以将音频信号和预设值的中值电压信号通过运算放大器后串联到开关式稳压器为例，参见图3，本实施例采用电路结构与实施例二相似，不同是，音频单元输入的音频信号经运算放大器连接开关式稳压器的反馈输入端fb，音频单元输入的音频信号输入至运算放大器的反相输入端，预设的中值电压输入运算放大器的正相输入端，通过运算放大器将音频输入单元输入的交流音频信号转换为直流脉动信号。
33.实施例三的超声波载波音频放大驱动电路的工作原理为：
34.输入的音频信号连接运算放大器的反相输入端，预设置的中值电压连接运算放大器的正相输入端，这样就把交流形式的音频转换为直流脉动信号，并串联到开关式稳压器(开关稳压拓扑包括升压拓扑、降压拓扑和升降压拓扑)的反馈输入端fb，开关式稳压器的输出端vout产生与音频信号对应的脉动直流功率信号，且脉动直流功率信号的包络与输入音频信号的包络一致，推挽电路产生超声频率，变压器以超声频率把开关式稳压器输出端输出的脉动直流功率信号转换成超声波交流电压并驱动超声波压电陶瓷完成调制，从而把音频信号以开关方式放大并通过超声波定向传递出去。
35.作为本实用新型的一个实施例，超声波载波音频放大驱动电路还包括音频电平检
测单元，实时检测是否有音频信号输入，当检测到无音频信号输入或者音频信号小到无意义达到一定时间后关断超声波载波音频放大驱动电路，当检测到有音频信号输入时开启超声波载波音频放大驱动电路，从而进一步实现超声载波音频放大驱动电路的节能。
36.本实用新型公开的一种超声波载波音频放大驱动电路以pwm控制器或者开关式稳压器作为放大器件，通过将音频信号叠加在pwm控制器或者开关式稳压器的反馈输入端或设置端，通过pwm控制器或者开关式稳压器以开关方式完成音频信号的放大及超声调制，以驱动超声波压电陶瓷，降低了电路的功耗；当然可以理解的是，依据本实用新型公开的超声波载波音频放大驱动电路的思路，也可以以更高频率的pwm控制器或者开关式稳压器件为放大器件，将音频信号叠加在pwm控制器或者开关式稳压器的反馈输入端或设置端，以开关方式放大音频信号形成功率音频包络，再以超声频率逆向转换(即由直流转换为交流)输出的功率音频信号完成超声调制，以驱动超声波压电陶瓷。
37.本实用新型另一方面还公开一种定向音箱，定向音箱包括以上所述的超声波载波音频放大驱动电路，实现将音频信号通过超声波定向传播出去。
38.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
39.以上的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。