[发明专利]电声换能系统及其阻抗匹配控制方法

说明书

本发明公开了一种电声换能系统及其阻抗匹配控制方法，电声换能系统包括功率放大器；所述功率放大器与阻抗匹配电路连接；所述阻抗匹配电路接负载。阻抗匹配电路包括两个反向并联的晶闸管；所述两个反向并联的晶闸管与电感串联形成串联支路；所述串联支路与电容并联。本发明可以在功率放大器不同的电压输出频率、幅值下以及不同的负载阻抗条件下，实现宽频带、高精度的动态自适应阻抗匹配，解决了数字功率放大器与电声换能器因阻抗不一致导致的功率传输受限和功率因数低的问题，实现动态自适应、宽频带的阻抗匹配，从而可以提高电声换能系统的运行效率。

技术领域

本发明涉及变流技术领域，特别是一种电声换能系统及其阻抗匹配控制方法。

背景技术

开关电力电子功率放大器(以下简称功率放大器)相比于传统线性放大器，有着损耗小、功率大的特性，近年来发展迅速。特别在电声换能系统中，其作为电声换能器等设备的驱动电源，具备大功率、宽频带、高保真、高效率的特点。电声换能系统在海洋水下远程通信、水下主动探测等领域不可或缺。如何保证功率放大器和电声换能器的最大输出功率和最大转换效率对于电声换能系统这一海洋工程装备来说意义重大。

影响功率放大器输出功率的一个重要因素是电声换能器负载(以下简称负载)阻抗是否与功率放大器输出特征阻抗一致，即是否阻抗匹配。若不匹配，则整个电声换能系统存在功率传输受限和功率因数低的问题，影响其输出声源级和水声信号质量。在超磁致伸缩电声换能系统中，功率放大器的输出阻抗与负载阻抗呈现为感性，从而导致系统的功率因数较低且输出效率低。传统的阻抗匹配网络由高成本、大体积的可调电容器组成，需要手动切换，无法自适应调节。此外，在功率放大器输出频率变化时，负载阻抗也会随之改变，造成传统的固定式阻抗匹配系统的匹配精度差、匹配难度大的问题。因此，研究一种宽频带自适应的阻抗匹配电路，对于电声换能系统具有重要的实际意义。

“阻抗匹配装置”(公开号：107636959B，公开日：2018年12月18日)可以实现将高频供给侧的阻抗与负荷侧的阻抗进行匹配。但是，其需要可变电抗器，此设备有体积大、成本高、不能连续动态可调的缺点。“阻抗匹配方法和阻抗匹配系统”(公开号：105594122B，公开日：2019年03月08日)以及“阻抗匹配电路”(公开号：108075736A，公开日：2018年05月25日)，均是运用于射频发射领域，改变驱动频率使其与功率源匹配以发射射频。但是，其均未考虑负载无功对系统效率和精度的影响。

“一种变压器式可调电抗器及其构成的静止无功补偿器”(专利号：ZL200410060664.3，授权公告日：2007年8月29日)公开了一种将变压器、晶闸管、电抗器、电容器构成静止无功补偿器以提供无功的方法。该发明通过变压器与负载并联，针对电源，向电源提供与负载所需要幅值大小相同而极性相反的无功，保证负载功率不变，减少电源输出功率。其缺点存在于：变压器结构体积大、结构复杂、仅适用于大功率，仅可以分级调节，且仅可以工作在电源输出频率为工频的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种电声换能系统及其阻抗匹配控制方法，解决数字功率放大器与电声换能器因阻抗不一致导致的功率传输受限和功率因数低的问题，实现动态自适应、宽频带的阻抗网络匹配，从而提高电声换能系统的运行效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电声换能系统，包括功率放大器；所述功率放大器与阻抗匹配电路连接；所述阻抗匹配电路接负载。

本发明在功率放大器与负载之间连接阻抗匹配电路，通过阻抗匹配电路可以使负载侧阻抗与功率放大器的输出阻抗匹配，解决了功率放大器输出信号的效率低、精度差的问题。