一种蜂鸣器驱动电路的制作方法

本实用新型涉及家电声音处理领域，尤其涉及一种蜂鸣器驱动电路。

背景技术：

现在蜂鸣器家电领域和工控领域的应用越来越广泛，小到用作简单家电的提示音蜂鸣，大到中央空调的提示音乐，蜂鸣器作为一种人机交互的重要信息传递元器件，在相当一段时间内必当占据重要地位。

目前，蜂鸣器的驱动方案主要是采用mcu直接输出pwm方波来驱动，这种方式目前使用较广，但也有一些无法避免的缺点：

1.占用主控mcu资源，使得额外增加蜂鸣器模块时不利于使用和调试。

2.采用pwm方波驱动的蜂鸣器产生的声音音色单一、音调尖锐、音质差。

3.在有限且固定的供电电压的情况下，采用直接pwm波驱动的蜂鸣器两端压差受到供电电压的限制，进而限制蜂鸣器的音量。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种蜂鸣器驱动电路，该蜂鸣器驱动电路能够节省mcu资源以及改善蜂鸣器音质。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下所述的技术方案：

一种蜂鸣器驱动电路，其包括有电源控制电路、振荡控制电路和振荡回路，所述电源控制电路与mcu连接，mcu输出高、低电平控制所述电源控制电路导通或关断，当所述电源控制电路导通时，所述振荡控制电路控制所述振荡回路振荡并于蜂鸣器两端产生第一正弦波信号和第二正弦波信号，所述第一正弦波信号和第二正弦波信号频率相同、相位相反。

优选地，所述电源控制电路包括有第一电阻和第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述振荡控制电路连接，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端通过所述第一电阻与mcu连接。

优选地，所述第一开关管为npn型三极管，所述第一开关管的第一端为集电极，所述第一开关管的第二端为发射极，所述第一开关管的控制端为基极。

优选地，所述振荡回路包括有第一电感、第二电感和第一电容，所述振荡控制电路包括有第二电阻、第三电阻、第二开关管、第三开关管和第三电感，其中，所述第二电阻的第一端、第三电阻的第一端、第一电感的第一端和第二电感的第一端与电源连接，所述第一电感的第二端分别与第一电容的第一端、第三开关管的第一端连接，所述第二电感的第二端分别与第一电容的第二端、第二开关管的第一端连接，所述蜂鸣器连接于第一电容的第一端和第一电容的第二端之间；所述第二电阻的第二端分别与第三电感的第一端、第三开关管的控制端连接，所述第三电阻的第二端分别与第三电感的第二端、第二开关管的控制端连接，第二开关管的第二端、第三开关管的第二端与所述电源控制电路连接；所述第一电感、第二电感和第三电感绕制在同一个变压器骨架上，且第一电感的第一端和第二电感的第一端互为异名端，第二电感的第一端和第三电感的第一端互为同名端。

优选地，所述振荡控制电路还包括有第四电阻，所述第四电阻的第一端与电源连接，所述第四电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端、第三电阻的第一端、第一电感的第一端和第二电感的第一端连接。

优选地，所述第二电阻、第三电阻的阻值相同。

优选地，所述第一电感、第二电感和第三电感的电感相同。

优选地，所述第二开关管、第三开关管为双极型晶体管或mos管。

优选地，若所述第二开关管、第三开关管为双极型晶体管，所述第二开关管、第三开关管为npn型三极管，所述第二开关管的第一端为集电极，所述第二开关管的第二端为发射极，所述第二开关管的控制端为基极，所述第三开关管的第一端为集电极，所述第三开关管的第二端为发射极，所述第三开关管的控制端为基极。

优选地，所述蜂鸣器为压电式蜂鸣器。

本实用新型的有益技术效果在于：上述蜂鸣器驱动电路包括振荡控制电路和振荡回路，所述振荡回路振荡并于蜂鸣器两端产生第一正弦波信号和第二正弦波信号，振荡控制电路对所述振荡回路进行稳定的闭环控制，使振荡回路工作时的振荡波形稳定，在蜂鸣器两端产生标准正弦波，驱动蜂鸣器发声，无需mcu输出pwm来驱动蜂鸣器，从而减少mcu的io口占用，节省了主控mcu的资源；此外，标准正弦波作用于蜂鸣器两端，蜂鸣器发出的声音柔和清脆，比由pwm方波驱动的蜂鸣器发出的声音效果更好，没有杂音，从而改善了蜂鸣器音质。

附图说明

图1为本实用新型的蜂鸣器驱动电路的结构框图；

图2为本实用新型的蜂鸣器驱动电路的电路原理图；

图3为本实用新型的振荡回路的波形图；

图4为本实用新型的振荡控制电路的逻辑示意图；

图5为本实用新型的振荡回路在第一时刻的等效电路；

图6为本实用新型的振荡回路在第二时刻的等效电路。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

如图1所示，在本实用新型一个实施例中，蜂鸣器驱动电路包括有依次连接的电源控制电路10、振荡控制电路20和振荡回路30，所述电源控制电路10与mcu连接，mcu输出高、低电平控制所述电源控制电路10导通或关断，从而控制蜂鸣器驱动电路与电源之间的电路导通或关断。当所述电源控制电路10导通时，所述振荡控制电路20控制所述振荡回路30振荡并于蜂鸣器两端产生第一正弦波信号和第二正弦波信号，所述第一正弦波信号和第二正弦波信号频率相同、相位相反。

如图2所示，所述电源控制电路10包括有第一电阻r1和第一开关管q1，所述第一开关管q1的第一端与所述振荡控制电路20连接，所述第一开关管q1的第二端接地，所述第一开关管q1的控制端通过所述第一电阻r1与mcu控制io口连接。在本实用新型实施例中，所述第一开关管q1为npn型三极管，所述第一开关管q1的第一端为集电极，所述第一开关管q1的第二端为发射极，所述第一开关管q1的控制端为基极。

所述振荡回路30包括有第一电感l1、第二电感l2和第一电容c1，所述振荡控制电路20包括有第二电阻r2、第三电阻r3、第二开关管q2、第三开关管q3和第三电感l3，其中，所述第二电阻r2的第一端、第三电阻r3的第一端、第一电感l1的第一端和第二电感l2的第一端与电源vcc连接，所述第一电感l1的第二端分别与第一电容c1的第一端、第三开关管q3的第一端连接，所述第二电感l2的第二端分别与第一电容c1的第二端、第二开关管q2的第一端连接，所述蜂鸣器bz1连接于第一电容c1的第一端和第一电容c1的第二端之间；所述第二电阻r2的第二端分别与第三电感l3的第一端、第三开关管q3的控制端连接，所述第三电阻r3的第二端分别与第三电感l3的第二端、第二开关管q2的控制端连接，第二开关管q2的第二端、第三开关管q3的第二端与所述电源控制电路连接；所述第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3绕制在同一个ef20变压器骨架上，且第一电感l1的第一端和第二电感l2的第一端互为异名端，第二电感l2的第一端和第三电感l3的第一端互为同名端。

在本实用新型实施例中，所述蜂鸣器采用标准工作频率为4khz的压电式蜂鸣器。所述第二电阻r2、第三电阻r3的阻值均为1k欧姆，所述第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3的电感均为1mh。所述第二开关管q2、第三开关管q3均为npn型三极管，所述第二开关管q2的第一端为集电极，所述第二开关管q2的第二端为发射极，所述第二开关管q2的控制端为基极，所述第三开关管q3的第一端为集电极，所述第三开关管q3的第二端为发射极，所述第三开关管q3的控制端为基极。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述振荡控制电路20还包括有第四电阻r4，所述第四电阻r4的第一端与电源vcc连接，所述第四电阻r4的第二端分别与所述第二电阻r2的第一端、第三电阻r3的第一端、第一电感l1的第一端和第一电感l2的第一端连接。所述第四电阻r4用作限流电阻，限制流入所述蜂鸣器驱动电路的电路。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述第一开关管q1、第二开关管q2和第三开关管q3可以根据需要采用不同的开关管，比如采用nmos管。

所述电源控制电路10用于对整个蜂鸣器驱动电路进行逻辑控制，确保整个电路的可控性和有效性，当mcu的控制信号为低时，第一开关管q1截止，蜂鸣器驱动电路对地(gnd)截止，整个蜂鸣器驱动电路没有电流，不工作，也不会产生待机功耗；当mcu的控制信号为高时，第一开关管q1导通，蜂鸣器驱动电路对地导通，在电源vcc和gnd的共同作用下，蜂鸣器驱动电路存在压差，有了振荡的条件，振荡回路30在振荡控制电路20开始振荡驱动蜂鸣器发声。

当整个蜂鸣器驱动电路工作时，振荡回路30根据第一电感l1、第二电感l2和第一电容c1的参数产生对应的振荡频率，而第一电感l1、第二电感l2的波形变化引起了振荡控制回路20中的第三电感l3的波形同步变化，第三电感l3伴随产生对应的振荡频率控制第二开关管q2和第三开关管q3的开关状态(导通或截止)，从而精确的锁定振荡回路30的振荡频率并稳定下来，在蜂鸣器两端产生产生标准正弦波，驱动蜂鸣器发声。

图3示出了振荡时振荡回路的第一电容c1、第一电感l1和第二电感l2的波形，测量时，第一电容c1以第一端(与第一电感l1连接的一端)为正，第二端为负；第一电感l1以第二端(与第一电容c1连接的一端)为正，第二端为负；第二电感l2以第一端(与电源vcc连接的一端)为正，第二端为负。其中，产生于蜂鸣器两端第一正弦波信号和第二正弦波信号与第一电感l1和第二电感l2相对应，第一电容c1的波形由所述第一正弦波信号和第二正弦波信号叠加而得，第一电感l1、第二电感l2波形峰值为vcc，第一电容c1波形峰值为2*vcc(忽略第四电阻r4上的压降后计算得到的一个近似值)。

图4示出了振荡控制电路的第三电感l3的波形以及跟随第三电感l3的波形变化而变化的第二开关管q2、第三开关管q3的波形，其中，第二开关管q2和第三开关管q3的波形为正代表导通，波形为0代表截止。由于第一电感l1的第一端和第三电感l3的第一端互为异名端，第二电感l2的第一端和第三电感l3的第一端互为同名端，所以第三电感l3的波形与第二电感l2、第一电感l1同频率，与第二电感l2同相位，与第一电感l1反相位。

当第三电感l3处于正弦波的正半周时，第三开关管q3导通，第二开关管q2截止；当第三电感l3处于正弦波的负半周时，第三开关q3截止，第二开关管q2导通。通过第三电感l3同频率地控制第二开关管q2和第三开关q3的导通和截止，第三电感l3有效的反馈了由第一电容c1、第一电感l1和第二电感l2组成的振荡回路，形成了稳定的闭环控制，使工作时的振荡波形稳定。

第二开关管q2和第三开关管q3在第三电感l3控制下交替导通与截止，第二开关管q2和第三开关管q3的状态变化，会同频率引起振荡回路的改变。当第三开关管q3导通且第二开关管q2截止时，形成以“第二电感l2和第一电容c1串联，再与第一电感l1并联”的振荡回路，如图5所示；当第三开关管q3截止且第二开关管q2导通时，形成以“第一电感l1和第一电容c1串联，再与第二电感l2并联”的振荡回路，如图6所示。从图5、图6可知，所述振荡回路30会根据第二开关管q2和第三开关管q3的状态变化而改变振荡回路，振荡回路改变时，第一电容c1两端的压差由2*vcc变为4*vcc，大大增加了蜂鸣器两端的压差变化。

本实用新型的有益效果：

1.上述蜂鸣器驱动电路由第一电感l1、第二点l2和第一电容c1组成的振荡回路驱动蜂鸣器，同时由第三电感l3和第二开关管q2、第三开关q3组成的振荡控制电路对所述振荡回路进行稳定的闭环控制，使振荡回路工作时的振荡波形稳定，在蜂鸣器两端产生标准正弦波，驱动蜂鸣器发声，无需mcu输出pwm来驱动蜂鸣器，从而减少mcu的io口占用，节省了主控mcu的资源；此外，标准正弦波作用于蜂鸣器两端，蜂鸣器发出的声音比由pwm方波驱动的蜂鸣器发出的声音效果更好，没有杂音，从而改善蜂鸣器音质。

2.第二开关管q2、第三开关q3会同步振荡频率改变振荡电路，从而引起蜂鸣器两端更大的变化，大大增加了蜂鸣器两端的压差，进而增强了蜂鸣器的音量。

3.上述蜂鸣器驱动电路包括电源控制电路10，电源控制电路10根据mcu产生简单的高低电平控制所述蜂鸣器驱动电路是否对gnd形成回路从而控制蜂鸣器的工作状态，确保了整个电路的可控性和有效性，整个控制过程可靠且迅速，且在待机时蜂鸣器驱动电路没有任何功耗。

4.上述蜂鸣器驱动电路有普通的电容电感和开关管组成，电路结构简单，成本较低，工作性能稳定。

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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，而非对本实用新型做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本实用新型的保护范围之内。

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