淺談H橋D類功率放大器在ADCP中的應(yīng)用

李鑫 金華 馮雅忱

摘要：本文從聲學多普勒流速剖面儀（ADCP）簡介入手，主要對其工作原理以及實現(xiàn)效果進行分析，ADCP能夠滿足各頻率ADCP的功耗需求，確保測量深度，應(yīng)該值得推廣，希望本文給相關(guān)工作者參考。

關(guān)鍵詞：H橋;功率放大器;ADCP;應(yīng)用

1.簡介

ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）是聲學多普勒流速剖面儀的簡稱，是目前國際公認最主要的海洋流場測量儀器，常用于水下深海導(dǎo)航設(shè)備，可為載體提供相對海底的絕對速度、對水層的相對速度和載體距海底的高度等信息，它通過測量聲波經(jīng)水體散射產(chǎn)生的多普勒頻率，得到被測水體的流速。

ADCP在工作時首先由發(fā)射機激勵換能器向水中發(fā)射超聲波。發(fā)射結(jié)束后，四只換能器分別開始各自接收海水反射回波，回波信號經(jīng)接收機進行放大、補償、濾波、混頻等一系列處理后，最終變成了四路正交信號。這些模擬信號經(jīng)過A/D采集系統(tǒng)后變成數(shù)字信號，經(jīng)過高速數(shù)字處理板利用ADCP測速算法做分析運算后，由計算機顯示結(jié)果和存盤。

2.原理

發(fā)射機采用高頻寬帶聲納發(fā)射機，接收由數(shù)字信號處理器產(chǎn)生編碼的載頻信號和發(fā)射脈寬控制信號，進行隔離后送到驅(qū)動級。驅(qū)動級驅(qū)動H橋D類功率放大器，將直流低電壓大電流的功率信號HV，經(jīng)過阻抗匹配變壓器后得到高電壓低電流型的功率信號，激勵換能器向水中發(fā)射超聲波。

3.實現(xiàn)

首先發(fā)射機接收來自處理器的載頻信號Q+、Q-以及脈寬控制信號SD，Q+和Q-為對應(yīng)頻率ADCP設(shè)備的中心頻率，SD為對應(yīng)頻率ADCP設(shè)備的發(fā)射脈寬，不同工作頻率的ADCP的載頻信號和脈寬控制信號頻率各不相同，最大頻率為1.2MHz。這3種信號經(jīng)發(fā)射機的數(shù)字隔離器進行隔離后分別定義為Q、NQ和SHD，這里采用4通道數(shù)字隔離器，通過高速 CMOS 和單片空芯變壓器技術(shù)，可提供出色的性能特征，優(yōu)于光電耦合器設(shè)備等其他產(chǎn)品，最高數(shù)據(jù)速率10Mbps，最大頻率10MHz，完全能夠滿足應(yīng)用。原理圖如圖1。

經(jīng)隔離后的信號被送至由H橋D功率類放大器組成的逆變電路中，該電路由2只驅(qū)動芯片驅(qū)動4只大功率高速MOS管實現(xiàn)。其中驅(qū)動芯片為雙路柵極驅(qū)動器，并分為高低端，可同時驅(qū)動2只MOS管，最大延遲120ns，滿足應(yīng)用。MOS管采用N溝道MOS管，最大連續(xù)漏極電流57A，最大漏源電壓100V，最大漏源電阻23mΩ，開關(guān)延遲時間最大45ns，遠大于載頻信號的頻率，完全能夠滿足應(yīng)用。原理圖如圖2。

其中Q被送至第1只驅(qū)動芯片的高端輸入Hin和第2只驅(qū)動芯片的低端輸入Lin，NQ被送至第1只驅(qū)動芯片的低端輸入Lin和第2只驅(qū)動芯片的高端輸入Hin;SHD作為控制信號端控制Q及NQ的輸出，分別被送至驅(qū)動芯片的控制端SD。

在本電路中Q和NQ是頻率相同相位差為180°、占空比為50%的方波信號，SHD為ADCP的發(fā)射脈寬控制信號。當驅(qū)動芯片接收到SHD發(fā)射脈寬控制信號后，4只MOS管將按Q和NQ頻率開關(guān)，前半個周期第1只驅(qū)動芯片的Ho輸出，Lo不輸出，第2只驅(qū)動芯片的Lo輸出，Ho不輸出，此時MOS管M31和M42打開， HV將通過第一橋臂輸出至變壓器T1;后半個周期第2只驅(qū)動芯片的Ho輸出，Lo不輸出，第1只驅(qū)動芯片的Lo輸出，Ho不輸出，此時MOS管M41和M32打開， HV將通過第二橋臂輸出至變壓器T1。在脈寬控制信號SHD的時間內(nèi)，HV將按照H橋路線運行，經(jīng)變壓器T1后完成逆變，激勵換能器工作。

結(jié)語

本電路已在ADCP各頻率產(chǎn)品中應(yīng)用，實際應(yīng)用效果良好，能夠滿足各頻率ADCP的功耗需求，確保測量深度。

參考文獻

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