[發明專利]超聲波能量轉換模塊驅動阻抗匹配變壓器方法

在審

• 申請號: 201710861716.4
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107508574A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 王寧;湯云明
• 申請（專利權）人: 濰坊智顯光電科技有限公司
• 主分類號: H03H11/30
• 分類號: H03H11/30;H01F30/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 王新生

技術領域

本發明涉及變壓器匹配方法技術領域，具體地說，涉及一種超聲波能量轉換模塊驅動阻抗匹配變壓器方法。

背景技術

超聲波定向音響包括聲音信號采集單元、聲音信號處理單元、驅動功放單元及超聲波能量轉換模塊陣列單元，其中，超聲波能量轉換模塊陣列單元為實現超聲波定向音響系統的后級，傳統的常用音頻功放后級的阻抗一般多在2Ω-16Ω左右，而超聲波能量轉換模塊的阻抗多在1K左右，現有的超聲波能量轉換模塊前端的變壓器不匹配，造成在實現超聲波定向音響的過程中阻抗不匹配、轉換效率低、功放發熱嚴重、驅動電壓不足等問題。為了超聲波能量轉換模塊更高效地工作，有必要專門設計變壓器對超聲波能量轉換模塊進行阻抗匹配及升壓。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種與超聲波能量轉換模塊阻抗匹配的超聲波能量轉換模塊驅動阻抗匹配變壓器方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種超聲波能量轉換模塊驅動阻抗匹配變壓器方法，包括以下步驟：

a、根據超聲波能量轉換模塊陣列的平均功率，按照預留20％的余量的原則，確定變壓器的線徑容量；

b、根據驅動功放單元的輸出阻抗，按照公式：L1＝XL1/(2πf)，計算確定所述變壓器的初級電感量，其中：L1為所述變壓器的初級電感量，XL1為所述變壓器的感抗，XL1取大于驅動功放單元的輸出阻抗的2.5倍的值，f為所述變壓器的工作頻率；

c、按照公式N1²＝L1*lC*1000000000/4/3.14/Sc/ue，計算確定所述變壓器的初級線圈的匝數，其中，N1為所述變壓器的初級線圈的匝數，L1為所述變壓器的初級電感量，IC為常用磁路長度，Sc為常用氣隙長度，ue為所述變壓器的磁導率；

d、根據超聲波能量轉換模塊陣列的阻抗確定所述變壓器次級電感量，按照公式：L2＝XL2/(2πf)，計算確定所述變壓器的次級電感量，其中：L2為所述變壓器的次級電感量，XL2為所述變壓器的感抗，XL2取大于所述超聲波能量轉換模塊陣列的阻抗的2.5倍的值，f為所述變壓器的工作頻率；

e、按照公式N2²＝L2*lC*1000000000/4/3.14/Sc/ue，計算確定所述變壓器的次級線圈的匝數，其中，N2為所述變壓器的次級線圈的匝數，L1為所述變壓器的次級電感量。

優選的，所述步驟a中，在確定所述變壓器的線徑容量時，以常溫25℃漆包線的允許電流為參照基準。

優選的，所述變壓器為自耦變壓器，所述變壓器的初級線圈包括輸入端和公共端，所述變壓器的次級線圈包括輸出端和所述公共端。

采用了上述技術方案后，本發明的有益效果是：

本發明的超聲波能量轉換模塊驅動阻抗匹配變壓器方法，提供的匹配變壓器所做的超聲波定向音響，具備了與超聲波能量轉換模塊陣列更加匹配的阻抗與驅動電壓，使超聲波定向音響的后級的能量轉換效率達到了90％以上，相比直接升高功放的電壓或單純增多超聲波能量轉換模塊達到匹配來說能源利用率得到了較大提升。對于超聲波音響的具體聽覺上，同等情況下，采用本發明的產品具有普通情況下的五倍聲音強度。在所需聲音強度同等情況下，采用本發明的產品可減少四倍的超聲波能量轉換模塊能量轉換模塊的用量。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

圖1是本發明的方法實現的變壓器的結構示意圖；

圖中：1-輸入端；2-公共端；3-輸出端。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明的超聲波能量轉換模塊驅動阻抗匹配變壓器方法，匹配的原理是：根據超聲波定向音響的頻率(一般為40khz)，設計一個初級電感在指定頻率情況下的阻抗至少大于功放輸出阻抗2.5倍、次級電感在指定頻率情況下的阻抗至少大于傳感器陣列2.5倍的自耦合變壓器。當設計出符合條件的變壓器接入超聲波定向音響后級系統時，超聲波能量轉換模塊陣列與變壓器的整體阻抗將下降到變壓器次級/初級匝數比的平方分之一。由此，可實現超聲波定向音響系統后級功放從低阻抗到高阻抗的變換。在超聲波定向音響的后級應用中，此種專用變壓器具有體積小、效率高、設計靈活等優點。

可通過以下具體步驟來設計匹配的變壓器：