【成功案例】压电蜂鸣器低功耗、高声级方案:基于DC-DC升压转换器SGM6601、反相器BU4S584G2的升压驱动电路

2019-04-26 世强
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压电式蜂鸣器由于其具有功耗低,声级大,控制简单的特点被广泛应用。压电式蜂鸣器的声级取决于电压的大小,笔者参与设计的一款使用了压电式蜂鸣器的智能撞击报警器,由于设备采用电池供电,并且使用在嘈杂的环境下,因此需要低功耗,并且声级大的压电式蜂鸣器来实现报警功能。


初始方案:由于设备采用3.6V锂电池供电,既需要足够大的报警声音,又需要长达3年左右的使用寿命。业内周知,无源压电式蜂鸣器是采用电源差驱动压电陶瓷片,在通过音腔将声音放大的原理,不仅功耗低而且声音也可以达到绝大部分的需求,因此笔者采用了业内声音最大的无源压电式蜂鸣器,使用3.6V单片机I/O口输出方波进行驱动,原理图如下:


图1 单片机I/O方波驱动的无源压电式蜂鸣器原理图


单片机需要输出间歇3KHZ的方波驱动蜂鸣器,波形图如下图:


图2 3KHZ间歇方波波形图


但是此种方式只能使得蜂鸣器的声级达到80db左右:


图3 I/O直驱蜂鸣器产生的声级测试图


有压电式蜂鸣器的声级取决于电压的高低,因此声音远远达不到要求,根据压电蜂鸣器的滞后性,我们采用双引脚同时输出高低电平的方式驱动,波形变为下图:

图4 双引脚正负压输出的波形


此种方式可以使得压电蜂鸣器的声级达到90db左右:

图5 正负倍压后90db左右的声级测试图


90db的声级对于嘈杂的现场环境来说远远不够,现场实际情况需要接近120db的声级才能满足需求,因此,需要更有效的方案。


优化方案:首先需要对电压进行升级,理论上来说,电压越高,声级越高,并且单片机的I/O需要驱动高电压,然后驱动无源压电式蜂鸣器,从而发生,圣邦微电子有一款低成本的DC-DC升压芯片SGM6601可以从1.8V到6V升压至38V,完全满足我们对电压的要求,同时ROHM推出的一款反相器BU4S584G2可以通过3.6V的输入控制3V到16V的输出,完美解决了电压的控制的问题,其原理图如下图:

图6 SGM6601升压电路和反相器BU4S584G2的3.6V控制6V电路原理图


图7 SGM6601升压电路和反相器BU4S584G2的3.6V控制6V电路实物图


图8 优化方案后声级测试图


从测试仪器看,SGM6601升压电路和反相器BU4S584G2的3.6V控制6V电路可以很好的实现蜂鸣器的低功耗高声级控制,由于压电式蜂鸣器的应用原理跟超声波传感器的应用原理一致,因此可以将此电路应用于超声波测距、超声波探伤、超声波液位开关等需要较高灵敏的应用中,是传感器的性能得以提高。

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  • TIANCAI3 Lv8. 研究员 2019-09-05
    学习
  • shakencity Lv7. 资深专家 2019-05-05
    学习学习
  • 鄗立恒 Lv8. 研究员 2019-04-27
    学习了。
  • 用户56731903 Lv9. 科学家 2019-04-26
    支持一下!!!
  • maomao Lv8. 研究员 2019-04-26
    支持~
  • 棒棒猫 Lv6. 高级专家 2019-04-26
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  • bluefantasy Lv8. 研究员 2019-04-26
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  • 沧桑岁月 Lv8. 研究员 2019-04-26
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  • 沉浮 Lv7. 资深专家 2019-04-26
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产品型号
品类
CH
Enable
Vcc (Min)(V)
Vcc (Max)(V)
I_OUT(mA)
Frequency (kHz)
Iq (μA)
SHDN Iq(μA)
Package
SGM6010
DC/DC Synchronous Rectifier Buck Converters
1
L
3
5.5
3000
300 to 2000
0.41
2
TDFN-3×3-10L

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品牌:SGMICRO

品类:小型逻辑逆变器

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品牌:SGMICRO

品类:Voltage Inverter

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品牌:SGMICRO

品类:小型逻辑逆变器

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品牌:SGMICRO

品类:六反相器

价格:¥2.2520

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品牌:SGMICRO

品类:六反相器

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品牌:SGMICRO

品类:Voltage Inverter

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品类:Transistor

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品牌:ROHM

品类:Anti-surge chip resistors

价格:¥0.1098

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品牌:ROHM

品类:Transistor

价格:¥0.1295

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品牌:ROHM

品类:transistor

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品牌:ROHM

品类:Low-side switch

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品牌:ROHM

品类:Transistor

价格:¥0.7632

现货:200,000

品牌:SGMICRO

品类:Linear Regulators

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品牌:ROHM

品类:EEPROM

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品牌:SGMICRO

品类:小型逻辑缓冲器

价格:¥0.3000

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品牌:ROHM

品类:Comparators

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可烧录IC封装SOP/MSOP/SSOP/TSOP/TSSOP/PLCC/QFP/QFN/MLP/MLF/BGA/CSP/SOT/DFN;IC包装Tray/Tube/Tape;IC厂商不限,交期1-3天。支持IC测试(FT/SLT),管装、托盘装、卷带装包装转换,IC打印标记加工。

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大电流低功耗电感定制

可定制电感最大电流100A,尺寸最小7 x 7 x 3.0mm到最大35 x 34 x 15.5 mm,工作频率100KHZ ~ 2MHZ,感值范围:0.15 ~ 100uh;支持大功率电感,扁平线电感,大电流电感,高频电感,汽车电感器,车规电感,一体成型电感等定制。

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