浅谈H桥D类功率放大器在ADCP中的应用

李鑫 金华 冯雅忱

摘要：本文从声学多普勒流速剖面仪（ADCP）简介入手，主要对其工作原理以及实现效果进行分析，ADCP能够满足各频率ADCP的功耗需求，确保测量深度，应该值得推广，希望本文给相关工作者参考。

关键词：H桥;功率放大器;ADCP;应用

1.简介

ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）是声学多普勒流速剖面仪的简称，是目前国际公认最主要的海洋流场测量仪器，常用于水下深海导航设备，可为载体提供相对海底的绝对速度、对水层的相对速度和载体距海底的高度等信息，它通过测量声波经水体散射产生的多普勒频率，得到被测水体的流速。

ADCP在工作时首先由发射机激励换能器向水中发射超声波。发射结束后，四只换能器分别开始各自接收海水反射回波，回波信号经接收机进行放大、补偿、滤波、混频等一系列处理后，最终变成了四路正交信号。这些模拟信号经过A/D采集系统后变成数字信号，经过高速数字处理板利用ADCP测速算法做分析运算后，由计算机显示结果和存盘。

2.原理

发射机采用高频宽带声纳发射机，接收由数字信号处理器产生编码的载频信号和发射脉宽控制信号，进行隔离后送到驱动级。驱动级驱动H桥D类功率放大器，将直流低电压大电流的功率信号HV，经过阻抗匹配变压器后得到高电压低电流型的功率信号，激励换能器向水中发射超声波。

3.实现

首先发射机接收来自处理器的载频信号Q+、Q-以及脉宽控制信号SD，Q+和Q-为对应频率ADCP设备的中心频率，SD为对应频率ADCP设备的发射脉宽，不同工作频率的ADCP的载频信号和脉宽控制信号频率各不相同，最大频率为1.2MHz。这3种信号经发射机的数字隔离器进行隔离后分别定义为Q、NQ和SHD，这里采用4通道数字隔离器，通过高速 CMOS 和单片空芯变压器技术，可提供出色的性能特征，优于光电耦合器设备等其他产品，最高数据速率10Mbps，最大频率10MHz，完全能够满足应用。原理图如图1。

经隔离后的信号被送至由H桥D功率类放大器组成的逆变电路中，该电路由2只驱动芯片驱动4只大功率高速MOS管实现。其中驱动芯片为双路栅极驱动器，并分为高低端，可同时驱动2只MOS管，最大延迟120ns，满足应用。MOS管采用N沟道MOS管，最大连续漏极电流57A，最大漏源电压100V，最大漏源电阻23mΩ，开关延迟时间最大45ns，远大于载频信号的频率，完全能够满足应用。原理图如图2。

其中Q被送至第1只驱动芯片的高端输入Hin和第2只驱动芯片的低端输入Lin，NQ被送至第1只驱动芯片的低端输入Lin和第2只驱动芯片的高端输入Hin;SHD作为控制信号端控制Q及NQ的输出，分别被送至驱动芯片的控制端SD。

在本电路中Q和NQ是频率相同相位差为180°、占空比为50%的方波信号，SHD为ADCP的发射脉宽控制信号。当驱动芯片接收到SHD發射脉宽控制信号后，4只MOS管将按Q和NQ频率开关，前半个周期第1只驱动芯片的Ho输出，Lo不输出，第2只驱动芯片的Lo输出，Ho不输出，此时MOS管M31和M42打开， HV将通过第一桥臂输出至变压器T1;后半个周期第2只驱动芯片的Ho输出，Lo不输出，第1只驱动芯片的Lo输出，Ho不输出，此时MOS管M41和M32打开， HV将通过第二桥臂输出至变压器T1。在脉宽控制信号SHD的时间内，HV将按照H桥路线运行，经变压器T1后完成逆变，激励换能器工作。

结语

本电路已在ADCP各频率产品中应用，实际应用效果良好，能够满足各频率ADCP的功耗需求，确保测量深度。

参考文献

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