CN110335579A - 一种蜂鸣器的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蜂鸣器的驱动电路，在输入电压低于电压阈值Vx的正常输入电压范围下，控制蜂鸣器在固定的通断电时间下正常工作，而在输入电压高于电压阈值Vx的高输入电压范围下，通过控制蜂鸣器保持在固定通断电频率，并在越高的输入电压下，采用越短的通电时间，获得越低的占空比，以降低蜂鸣器在高输入电压下的电流有效值，大幅缩减蜂鸣器的功耗，而又能同时满足蜂鸣器输出稳定声压级所需要的最小电流，确保蜂鸣器在高输入电压时也能够正常工作而不会烧坏。本发明拓宽了蜂鸣器能够正常工作所适用的输入电压范围，降低了蜂鸣器在高输入电压下的功耗，并能保证蜂鸣器的声压级在拓宽后的输入电压范围内变化较小。

Description

一种蜂鸣器的驱动电路
技术领域
本发明涉及蜂鸣器，具体的说是一种蜂鸣器的驱动电路。
背景技术
蜂鸣器是一种电子讯响器，广泛应用于报警器、电子玩具、定时器、计算机、打印机、小家电等领域，其中蜂鸣器又分为电磁式和压电式，压电式一般使用在体积较大场合，电磁式一般应用在一些小型化的场合，如图1所示，电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成，一定频率的交流变化电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发出声音。
一般传统的控制电磁蜂鸣器的方法有两种，一种是使用控制IC驱动蜂鸣器上串联的开关管，开关管上给一个固定50％左右占空比的驱动信号S1，固定频率来进行驱动的，如图2所示，这样的驱动方法只能够满足输入电压范围很窄的应用，如果蜂鸣器的标称电压是3V，那么它最大就只能工作在1.5V-5V的范围，否则声压级变化会很大，而且功耗随着输入电压的升高成平方关系增加，因为蜂鸣器的损耗基本上都在它自己的线圈上面，线圈上流过的电流有效值越大，损耗越大，另外一种是采用自激震荡的方式来实现的，如图3所示，这种方案不需要外部驱动，但是需要两个绕组，一个三极管和两个二极管以及一个电阻，特别是绕组的绕制成本会比较大，并且这种方式的工作频率是通过参数配出来的，因此频率的一致性较差，这种实现方法和固定占空比的效果都差不多，也是产生一个固定的开通时间，都相当于用一个固定占空比来控制蜂鸣器的通断，所以同样只能够满足输入电压范围很窄的应用，并且功耗随着输入电压的升高成平方关系增加，因为蜂鸣器的损耗基本上都在它自己的线圈上面，线圈上流过的电流有效值越大，损耗越大，经过实际测试传统驱动方案标称5V输入的电磁蜂鸣器，声压级在输入电压范围3V-12V的变化情况如下表1所示：
表1传统电磁蜂鸣器宽电压测试数据
我们可以看到，在这个电压范围内声压级变化达到了10dB,并且功耗从45.3mW升高到了636mW，而一般蜂鸣器最大的功耗都不能超过200mW，否则可能因为发热导致性能下降或者可靠性降低。所以蜂鸣器厂商就需要根据实际客户端应用的电压(通常3V-24V最多)，设计和制造不同输入电压下对应的型号，因此造成设计方面和制造方面的成本大大增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种蜂鸣器的驱动电路，以解决现有蜂鸣器驱动方案所适用的输入电压范围窄的问题。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种蜂鸣器的驱动电路，包括开关模块，该开关模块用于控制电磁式蜂鸣器处于接通输入电压Vin的通电时间或者断开输入电压Vin的断电时间；
其特征在于：
所述的驱动电路还包括驱动信号产生单元，该驱动信号产生单元用于产生能够驱动所述开关模块的驱动信号，以控制所述电磁式蜂鸣器按照通电时间和断电时间交替循环的方式工作，并且，满足：
在所述输入电压Vin在预设的电压阈值Vx以下时，所述通电时间和断电时间均固定，所述电磁式蜂鸣器对应的通断电频率记为固定通断电频率；
在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，所述电磁式蜂鸣器保持所述固定通断电频率，并且，所述通电时间缩短，且所述输入电压Vin越高，所述通电时间缩短的幅度越大，以使得在输入电压Vin越高时，所述电磁式蜂鸣器的占空比越低。
从而，在输入电压Vin低于电压阈值Vx的正常输入电压范围下，本发明控制电磁式蜂鸣器在固定的通断电时间下正常工作，而在输入电压Vin高于电压阈值Vx的高输入电压范围下，本发明通过控制电磁式蜂鸣器保持在固定通断电频率，并在越高的输入电压Vin下，采用越短的通电时间，获得越低的占空比，以降低电磁式蜂鸣器在高输入电压下的电流有效值，大幅缩减电磁式蜂鸣器的功耗，而又能同时满足电磁式蜂鸣器输出稳定声压级所需要的最小电流，确保电磁式蜂鸣器在高输入电压时也能够正常工作而不会烧坏，因此，本发明拓宽了电磁式蜂鸣器能够正常工作所适用的输入电压范围，降低了电磁式蜂鸣器在高输入电压下的功耗，并能保证电磁式蜂鸣器的声压级在拓宽后的输入电压范围内变化较小，保持较稳定的声音大小，使得与本发明配套使用的电磁式蜂鸣器能够适用于更广泛的应用场景中，以替代现有技术中通过生产不同型号蜂鸣器来适配不同输入电压范围的方案，实现降低成本。
作为本发明的优选实施方式：所述驱动信号控制所述电磁式蜂鸣器的工作方式，还满足：
在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，所述通电时间记为T(on)，满足以下公式一：
式中，τ、RL、Ipk0依次为所述电磁式蜂鸣器的RL时间常数、内阻阻值、在额定输入电压下的峰值电流。
从而，本实施例二能够使电磁式蜂鸣器在3V-24V的宽输入电压范围内正常工作，同时，还能够确保电磁式蜂鸣器的功耗小于200mW、声压级变化在±3DB以内。
作为本发明的优选实施方式：所述的驱动信号产生单元设有供电模块、前馈补偿模块、三角波发生模块、基准生成模块、振荡器、逻辑模块、驱动模块和续流模块；
所述供电模块将所述输入电压Vin转换为用于向所述驱动信号产生单元供电的直流电压；
所述前馈补偿模块在所述输入电压Vin在所述电压阈值Vx以下时，无输出，在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，输出随所述输入电压Vin与电压阈值Vx之差增大而增大的前馈电流；
所述三角波发生模块用于输出三角波电压，且该三角波电压的上升斜率随所述前馈电流的增大而增大；
所述基准生成模块用于输出基准电压；
所述振荡器用于输出固定频率的时钟信号；
所述逻辑模块将作为同相输入信号的所述三角波电压与作为反相输入信号的基准电压进行比较，以产生脉宽调制信号，并将该脉宽调制信号和所述时钟信号分别输入SR锁存器的输入端R和输入端S进行逻辑处理，以生成频率为所述固定通断电频率的电压方波信号；
所述驱动模块将所述电压方波信号的驱动能力进行放大，以得到所述驱动信号，并将该驱动信号输入所述开关模块的控制端；
所述续流模块为所述电磁式蜂鸣器提供用于在所述断电时间释放能量的续流回路。
本实施例所述蜂鸣器的驱动电路的工作原理如下：
当输入电压Vin在电压阈值Vx以下的时候，前馈补偿模块不输出前馈电流Ivin，三角波发生模块不受前馈电流Ivin影响的产生三角波电压，该三角波电压的上升斜率和下降斜率固定，其输入到逻辑模块中和基准生成模块输入的基准电压VREF进行比较产生脉宽调制信号，该脉宽调制信号再和振荡器输出的固定频率的时钟信号经过SR锁存器进行逻辑处理，产生频率固定为所述固定通断电频率的电压方波信号，该信号通过驱动模块放大驱动能力以后，输出成为所述驱动信号，该驱动信号输入到开关模块的控制端，以控制开关模块内部开关段的通断，使得：当开关模块导通的时候，电磁式蜂鸣器接通输入电压Vin形成闭合回路，电磁式蜂鸣器的电流增加，激磁能量增加；当开关模块关断的时候，电磁式蜂鸣器与输入电压Vin断开，电磁式蜂鸣器的电流通过续流模块形成放电回路，激磁能量减少到零直到开关模块下一次导通，形成一个电磁式蜂鸣器的完整通断电周期，电磁式蜂鸣器按前述方式循环工作，以使得蜂鸣器内部的震动膜片来回震动发声。在此情况下，由于三角波电压未受前馈电流Ivin影响，使得电磁式蜂鸣器的通电时间和断电时间均固定，其通断电频率即为所述固定通断电频率。
而当输入电压Vin高于所述电压阈值Vx的时候，驱动电路的工作过程与上述过程基本一致，区别在于：前馈补偿模块会输出前馈电流Ivin，该前馈电流Ivin令所述三角波电压的上升斜率增大，且输入电压Vin越大，则三角波电压的上升斜率越大，导致脉宽调制信号对应三角波电压上升部分的时间越短，使得驱动信号在频率保持不变的情况下，其用于控制所述电磁式蜂鸣器通电的高电平时间越短、用于控制所述电磁式蜂鸣器断电的低电平时间越长；从而，令所述电磁式蜂鸣器在输入电压Vin高于电压阈值Vx的情况下，能够保持在固定通断电频率，并能够在输入电压Vin越大时，具有越低的占空比，以降低电磁式蜂鸣器在高输入电压下的电流有效值，大幅缩减电磁式蜂鸣器的功耗，而又能同时满足电磁式蜂鸣器输出稳定声压级所需要的最小电流，确保电磁式蜂鸣器在高输入电压时也能够正常工作而不会烧坏，因此，本实施例三拓宽了电磁式蜂鸣器能够正常工作所适用的输入电压范围，降低了电磁式蜂鸣器在高输入电压下的功耗，并能保证电磁式蜂鸣器的声压级在拓宽后的输入电压范围内变化较小，保持较稳定的声音大小，使得与本发明配套使用的电磁式蜂鸣器能够适用于更广泛的应用场景中，以替代现有技术中通过生产不同型号蜂鸣器来适配不同输入电压范围的方案，实现降低成本。
优选的：所述开关模块为MOS管TR1，所述续流模块为续流二极管D1；所述输入电压Vin的电源输入端通过电容Cin连接参考地端，所述电磁式蜂鸣器的正极、供电模块的输入端、续流二极管D1的阴极均连接所述电源输入端，所述续流二极管D1的阳极和MOS管TR1的漏极连接所述电磁式蜂鸣器的负极，所述MOS管TR1的源极连接所述参考地端；所述供电模块的输出端输出所述直流电压，所述MOS管TR1的栅极作为所述开关模块的控制端。
优选的：所述前馈补偿模块的电路结构为：三极管Q5的发射极接入所述直流电压，所述三极管Q5的基极、三极管Q5的集电极、三极管Q6的基极相连接，所述三极管Q5的集电极通过电阻RC和电阻RE连接所述三极管Q6的集电极，所述三极管Q6的发射极分为两路，一路通过电阻RM1连接运算放大器U1的反相输入端，另一路通过电阻RD和电阻RM2连接运算放大器U1的同相输入端，所述电阻RD和电阻RM2的连接点接入所述输入电压Vin，所述运算放大器U1的同相输入端通过电阻Rf1连接参考地端，所述运算放大器U1的反相输入端通过电阻Rf2连接所述运算放大器U1的输出端，所述运算放大器U1的输出端连接压控电流源vcci的压控端，所述压控电流源vcci的供电端接入所述直流电压，所述压控电流源vcci的接地端、所述电阻RC和电阻RE的连接点均连接参考地端，所述压控电流源vcci的输出端作为所述前馈补偿模块的输出端，用于输出所述前馈电流。
优选的：所述三角波发生模块的电路结构为：恒流源ccs的供电端连接接入所述直流电压，所述恒流源ccs的输出端、所述前馈补偿模块的输出端、NMOS管Q4的漏极、电容C2的一端相连接，所述NMOS管Q4的源极、所述电容C2的另一端、NMOS管Q3的源极均连接参考地端，所述NMOS管Q4的栅极分为两路，一路连接所述NMOS管Q3的漏极，另一路通过电阻R6接入所述直流电压，所述NMOS管Q3的栅极通过电阻R7连接所述逻辑模块的输出端，所述恒流源ccs的输出端作为所述三角波发生模块的输出端，用于输出所述三角波电压。
优选的：所述基准生成模块的电路结构为：电阻RA和电阻RB串联在所述供电模块的输出端与参考地端之间，所述电阻RA和电阻RB作为所述基准生成模块的输出端，用于输出所述基准电压。
优选的：所述逻辑模块的电路结构为：比较器U2的反相输入端接入所述基准电压，所述比较器U2的同相输入端接入所述三角波电压，所述比较器U2的输出端连接SR锁存器的输入端R，所述SR锁存器的输入端S连接所述振荡器的输出端，所述SR锁存器的输出端Q作为所述逻辑模块的输出端，用于输出所述电压方波信号。
优选的：所述驱动模块的电路结构为：三极管Q1的基极和三极管Q2的基极相连接并作为所述驱动模块的输入端，用于输入所述电压方波信号，所述三极管Q1的集电极接入所述直流电压，所述三极管Q2的集电极连接参考地端，所述三极管Q1的发射极、所述三极管Q2的发射极、电阻R5的一端相连接，并作为所述驱动模块的输出端，用于输出所述驱动信号，所述电阻R5的另一端连接参考地端。
优选的：所述开关模块和驱动信号产生单元采用集成电路，并封装成为SOT-23封装形式的芯片。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明在输入电压Vin低于电压阈值Vx的正常输入电压范围下，控制电磁式蜂鸣器在固定的通断电时间下正常工作，而在输入电压Vin高于电压阈值Vx的高输入电压范围下，本发明通过控制电磁式蜂鸣器保持在固定通断电频率，并在越高的输入电压Vin下，采用越短的通电时间，获得越低的占空比，以降低电磁式蜂鸣器在高输入电压下的电流有效值，大幅缩减电磁式蜂鸣器的功耗，而又能同时满足电磁式蜂鸣器输出稳定声压级所需要的最小电流，确保电磁式蜂鸣器在高输入电压时也能够正常工作而不会烧坏，因此，本发明拓宽了电磁式蜂鸣器能够正常工作所适用的输入电压范围，降低了电磁式蜂鸣器在高输入电压下的功耗，并能保证电磁式蜂鸣器的声压级在拓宽后的输入电压范围内变化较小，保持较稳定的声音大小，使得与本发明配套使用的电磁式蜂鸣器能够适用于更广泛的应用场景中，以替代现有技术中通过生产不同型号蜂鸣器来适配不同输入电压范围的方案，实现降低成本。
第二，本发明在输入电压Vin高于电压阈值Vx时，将电磁式蜂鸣器的通电时间T(on)设置为满足公式一，能够使电磁式蜂鸣器在3V-24V的宽输入电压范围内正常工作，同时，还能够确保电磁式蜂鸣器的功耗小于200mW、声压级变化在±3DB以内。
第三，本发明采用供电模块、前馈补偿模块、三角波发生模块、基准生成模块、振荡器、逻辑模块、驱动模块和续流模块组成驱动信号产生单元，具有可靠性高、成本低的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为蜂鸣器的等效模型图；
图2为蜂鸣器驱动电路的传统方案之一；
图3为蜂鸣器驱动电路的传统方案之二；
图4为本发明的蜂鸣器驱动电路的电路原理框图；
图5为本发明的蜂鸣器驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
如图4和图5所示，本发明公开的是一种蜂鸣器的驱动电路，包括开关模块7，该开关模块7用于控制电磁式蜂鸣器Buzzer处于接通输入电压Vin的通电时间或者断开输入电压Vin的断电时间；
所述的驱动电路还包括驱动信号产生单元，该驱动信号产生单元用于产生能够驱动所述开关模块7的驱动信号GT1，以控制所述电磁式蜂鸣器Buzzer按照通电时间和断电时间交替循环的方式工作，并且，满足：
在所述输入电压Vin在预设的电压阈值Vx以下时，所述通电时间和断电时间均固定，所述电磁式蜂鸣器Buzzer对应的通断电频率记为固定通断电频率；其中，所述电压阈值Vx可以按照蜂鸣器的实际应用场景设置，例如可将该电压阈值Vx设置为3V。
在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，所述电磁式蜂鸣器Buzzer保持所述固定通断电频率，并且，所述通电时间缩短，且所述输入电压Vin越高，所述通电时间缩短的幅度越大，以使得在输入电压Vin越高时，所述电磁式蜂鸣器Buzzer的占空比越低。
从而，在输入电压Vin低于电压阈值Vx的正常输入电压范围下，本发明控制电磁式蜂鸣器Buzzer在固定的通断电时间下正常工作，而在输入电压Vin高于电压阈值Vx的高输入电压范围下，本发明通过控制电磁式蜂鸣器Buzzer保持在固定通断电频率，并在越高的输入电压Vin下，采用越短的通电时间，获得越低的占空比，以降低电磁式蜂鸣器Buzzer在高输入电压下的电流有效值，大幅缩减电磁式蜂鸣器Buzzer的功耗，而又能同时满足电磁式蜂鸣器Buzzer输出稳定声压级所需要的最小电流，确保电磁式蜂鸣器Buzzer在高输入电压时也能够正常工作而不会烧坏，因此，本发明拓宽了电磁式蜂鸣器Buzzer能够正常工作所适用的输入电压范围，降低了电磁式蜂鸣器Buzzer在高输入电压下的功耗，并能保证电磁式蜂鸣器Buzzer的声压级在拓宽后的输入电压范围内变化较小，保持较稳定的声音大小，使得与本发明配套使用的电磁式蜂鸣器Buzzer能够适用于更广泛的应用场景中，以替代现有技术中通过生产不同型号蜂鸣器来适配不同输入电压范围的方案，实现降低成本。
实施例二
在上述实施例一的基础上，本实施例二还采用了以下优选的实施方式：
所述驱动信号GT1控制所述电磁式蜂鸣器Buzzer的工作方式，还满足：
在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，所述通电时间记为T(on)，满足以下公式一：
式中，τ、RL、Ipk0依次为所述电磁式蜂鸣器Buzzer的RL时间常数、内阻阻值、在额定输入电压下的峰值电流。
从而，本实施例二能够使电磁式蜂鸣器Buzzer在3V-24V的宽输入电压范围内正常工作，同时，还能够确保电磁式蜂鸣器Buzzer的功耗小于200mW、声压级变化在±3DB以内。
实施例三
在上述实施例一或实施例二的基础上，本实施例三还采用了以下优选的实施方式：
所述的驱动信号产生单元设有供电模块1、前馈补偿模块2、三角波发生模块3、基准生成模块4、振荡器、逻辑模块5、驱动模块6和续流模块8；
所述供电模块1将所述输入电压Vin转换为用于向所述驱动信号产生单元供电的直流电压Vdd；
所述前馈补偿模块2在所述输入电压Vin在所述电压阈值Vx以下时，无输出，在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，输出随所述输入电压Vin与电压阈值Vx之差增大而增大的前馈电流Ivin，优选的，可将前馈电流Ivin设置为与所述输入电压Vin与电压阈值Vx之差成正比；
所述三角波发生模块3用于输出三角波电压VC，且该三角波电压VC的上升斜率随所述前馈电流Ivin的增大而增大；
所述基准生成模块4用于输出基准电压VREF；
所述振荡器用于输出固定频率的时钟信号OSC；
所述逻辑模块5将作为同相输入信号的所述三角波电压VC与作为反相输入信号的基准电压VREF进行比较，以产生脉宽调制信号PWM0，并将该脉宽调制信号PWM0和所述时钟信号OSC分别输入SR锁存器的输入端R和输入端S进行逻辑处理，以生成频率为所述固定通断电频率的电压方波信号GT0；
所述驱动模块6将所述电压方波信号GT0的驱动能力进行放大，以得到所述驱动信号GT1，并将该驱动信号GT1输入所述开关模块7的控制端；
所述续流模块8为所述电磁式蜂鸣器Buzzer提供用于在所述断电时间释放能量的续流回路。
本实施例三所述蜂鸣器的驱动电路的工作原理如下：
当输入电压Vin在电压阈值Vx以下的时候，前馈补偿模块2不输出前馈电流Ivin，三角波发生模块3不受前馈电流Ivin影响的产生三角波电压VC，该三角波电压VC的上升斜率和下降斜率固定，其输入到逻辑模块5中和基准生成模块4输入的基准电压VREF进行比较产生脉宽调制信号PWM0，该脉宽调制信号PWM0再和振荡器输出的固定频率的时钟信号OSC经过SR锁存器进行逻辑处理，产生频率固定为所述固定通断电频率的电压方波信号GT0，该信号通过驱动模块6放大驱动能力以后，输出成为所述驱动信号GT1，该驱动信号GT1输入到开关模块7的控制端，以控制开关模块7内部开关段的通断，使得：当开关模块7导通的时候，电磁式蜂鸣器Buzzer接通输入电压Vin形成闭合回路，电磁式蜂鸣器Buzzer的电流增加，激磁能量增加；当开关模块7关断的时候，电磁式蜂鸣器Buzzer与输入电压Vin断开，电磁式蜂鸣器Buzzer的电流通过续流模块8形成放电回路，激磁能量减少到零直到开关模块7下一次导通，形成一个电磁式蜂鸣器Buzzer的完整通断电周期，电磁式蜂鸣器Buzzer按前述方式循环工作，以使得蜂鸣器内部的震动膜片来回震动发声。在此情况下，由于三角波电压VC未受前馈电流Ivin影响，使得电磁式蜂鸣器Buzzer的通电时间和断电时间均固定，其通断电频率即为所述固定通断电频率。
而当输入电压Vin高于所述电压阈值Vx的时候，驱动电路的工作过程与上述过程基本一致，区别在于：前馈补偿模块2会输出前馈电流Ivin，该前馈电流Ivin令所述三角波电压VC的上升斜率增大，且输入电压Vin越大，则三角波电压VC的上升斜率越大，导致脉宽调制信号PWM0对应三角波电压VC上升部分的时间越短，使得驱动信号GT1在频率保持不变的情况下，其用于控制所述电磁式蜂鸣器Buzzer通电的高电平时间越短、用于控制所述电磁式蜂鸣器Buzzer断电的低电平时间越长；从而，令所述电磁式蜂鸣器Buzzer在输入电压Vin高于电压阈值Vx的情况下，能够保持在固定通断电频率，并能够在输入电压Vin越大时，具有越低的占空比，以降低电磁式蜂鸣器Buzzer在高输入电压下的电流有效值，大幅缩减电磁式蜂鸣器Buzzer的功耗，而又能同时满足电磁式蜂鸣器Buzzer输出稳定声压级所需要的最小电流，确保电磁式蜂鸣器Buzzer在高输入电压时也能够正常工作而不会烧坏，因此，本实施例三拓宽了电磁式蜂鸣器Buzzer能够正常工作所适用的输入电压范围，降低了电磁式蜂鸣器Buzzer在高输入电压下的功耗，并能保证电磁式蜂鸣器Buzzer的声压级在拓宽后的输入电压范围内变化较小，保持较稳定的声音大小，使得与本发明配套使用的电磁式蜂鸣器Buzzer能够适用于更广泛的应用场景中，以替代现有技术中通过生产不同型号蜂鸣器来适配不同输入电压范围的方案，实现降低成本。
实施例四
在上述实施例三的基础上，本实施例四还采用了以下优选的实施方式：
所述开关模块7为MOS管TR1，所述续流模块8为续流二极管D1；所述输入电压Vin的电源输入端VIN+通过电容Cin连接参考地端GND，所述电磁式蜂鸣器Buzzer的正极、供电模块1的输入端、续流二极管D1的阴极均连接所述电源输入端VIN+，所述续流二极管D1的阳极和MOS管TR1的漏极连接所述电磁式蜂鸣器Buzzer的负极，所述MOS管TR1的源极连接所述参考地端GND；所述供电模块1的输出端输出所述直流电压Vdd，所述MOS管TR1的栅极作为所述开关模块7的控制端。
所述前馈补偿模块2的电路结构为：三极管Q5的发射极接入所述直流电压Vdd，所述三极管Q5的基极、三极管Q5的集电极、三极管Q6的基极相连接，所述三极管Q5的集电极通过电阻RC和电阻RE连接所述三极管Q6的集电极，所述三极管Q6的发射极分为两路，一路通过电阻RM1连接运算放大器U1的反相输入端，另一路通过电阻RD和电阻RM2连接运算放大器U1的同相输入端，所述电阻RD和电阻RM2的连接点接入所述输入电压Vin，所述运算放大器U1的同相输入端通过电阻Rf1连接参考地端GND，所述运算放大器U1的反相输入端通过电阻Rf2连接所述运算放大器U1的输出端，所述运算放大器U1的输出端连接压控电流源vcci的压控端，所述压控电流源vcci的供电端接入所述直流电压Vdd，所述压控电流源vcci的接地端、所述电阻RC和电阻RE的连接点均连接参考地端GND，所述压控电流源vcci的输出端作为所述前馈补偿模块2的输出端，用于输出所述前馈电流Ivin。
所述三角波发生模块3的电路结构为：恒流源ccs的供电端连接接入所述直流电压Vdd，所述恒流源ccs的输出端、所述前馈补偿模块2的输出端、NMOS管Q4的漏极、电容C2的一端相连接，所述NMOS管Q4的源极、所述电容C2的另一端、NMOS管Q3的源极均连接参考地端GND，所述NMOS管Q4的栅极分为两路，一路连接所述NMOS管Q3的漏极，另一路通过电阻R6接入所述直流电压Vdd，所述NMOS管Q3的栅极通过电阻R7连接所述逻辑模块5的输出端，所述恒流源ccs的输出端作为所述三角波发生模块3的输出端，用于输出所述三角波电压VC。
所述基准生成模块4的电路结构为：电阻RA和电阻RB串联在所述供电模块1的输出端与参考地端GND之间，所述电阻RA和电阻RB作为所述基准生成模块4的输出端，用于输出所述基准电压VREF。
所述逻辑模块5的电路结构为：比较器U2的反相输入端接入所述基准电压VREF，所述比较器U2的同相输入端接入所述三角波电压VC，所述比较器U2的输出端连接SR锁存器的输入端R，所述SR锁存器的输入端S连接所述振荡器的输出端，所述SR锁存器的输出端Q作为所述逻辑模块5的输出端，用于输出所述电压方波信号GT0。
所述驱动模块6的电路结构为：三极管Q1的基极和三极管Q2的基极相连接并作为所述驱动模块6的输入端，用于输入所述电压方波信号GT0，所述三极管Q1的集电极接入所述直流电压Vdd，所述三极管Q2的集电极连接参考地端GND，所述三极管Q1的发射极、所述三极管Q2的发射极、电阻R5的一端相连接，并作为所述驱动模块6的输出端，用于输出所述驱动信号GT1，所述电阻R5的另一端连接参考地端GND。
所述开关模块7和驱动信号产生单元采用集成电路，并封装成为SOT-23封装形式的芯片。
本实施例三所述蜂鸣器的驱动电路的工作原理如下：
以后述设置为例进行说明，即：电压阈值Vx为2.9V，供电模块1输出的直流电压Vdd为2.8V、最小压差为0.1V。
当输入电压Vin不到2.9V的时候，供电模块1的直流电压Vdd不能正常建立，因此整个驱动电路处于不工作的状态。
当输入电压Vin刚好达到2.9V的时候，供电模块1的直流电压Vdd建立，Vdd＝2.8V，此时三极管Q5处于放大区导通，基极电压VB＝Vdd-0.7V，三极管Q6的电压等于输入电压Vin，因此开通三极管Q6，但是三极管Q6有电流流过以后三极管Q6的源极电压就会低于输入电压Vin，因此三极管Q6的|Vbe|就小于0.7V，因此三极管Q6马上关断，因此刚开通就关断，所以基本上三极管Q6是不开通的，因此运算放大器U1的同相输入端和反相输入端的电压都等于输入电压Vin，因此运算放大器U1的输出电压为0，压控电流源vcci输出的前馈电流Ivin为0，此时仅由恒流源ccs给电容C2充电，此时比较器U2的反相输入端电压高于同相输入端，因此比较器U2的输出信号即脉宽调制信号PWM0为低电平，振荡器输出的时钟信号OSC初始为高，因此初始状态下SR锁存器的输出端Q为1，也即电压方波信号GT0为高电平，MOS管Q3开通，MOS管Q4的栅极电压为零，因此电容C2不放电，因为电压方波信号GT0为高电平因此三极管Q1开通，驱动信号GT1为高电平，MOS管TR1开通，电磁式蜂鸣器Buzzer上的电流增加，膜片开始发生位移。而随着时间的增加，三角波电压VC的幅值升高，当幅值升高到基准电压VREF的时候，比较器U2输出高电平信号，此时SR锁存器的输出端Q为0，因此三极管Q1关断、三极管Q2开通，驱动信号GT1的电压拉低到0，因此MOS管TR1关断；而电磁式蜂鸣器Buzzer的等效模型为一个电感和一个电阻串联，因此电感需要续流，通过续流二极管D1形成续流回路，至此，完成一个电磁式蜂鸣器Buzzer的完整通断电周期。
当电磁式蜂鸣器Buzzer的下一个通断电周期到来的时候，重复上述过程，但如果输入电压高于2.9V，三极管Q6可以长期开通，此时三极管Q6发射极上面的电压稳定在Vdd的幅值，也就是2.8V，因此运算放大器U1的输出端输出一个和电压Vin-Vdd)成比例的差分电压VF，差分电压VF控制压控电流源vcci输出一个和VF成一定比例的前馈电流IVin，此时电容C2的充电电流由恒流源ccs输出的基准电流和前馈电流IVin共同组成，同样初始状态下MOS管TR1是开通的，当电容C2上面的电压升高到基准电压VREF以后，比较器U2的输出电平变为高电平，因此SR锁存器的输出端Q变为0，因此三极管Q1关断、三极管Q2开通，驱动信号GT1的电压拉低到0，因此MOS管TR1关断，因为多了一路前馈补偿电流，因此三角波电压VC的上升斜率增加，从而比较器U2输出的脉宽调制信号PWM0的高电平时间减少，MOS管TR1驱动高电平时间减少，占空比下降。因此，输入电压Vin升高以后，驱动信号GT1的占空比不断下降，保证流经电磁式蜂鸣器Buzzer本身的电流有效值很小，大幅缩减电磁式蜂鸣器Buzzer的功耗，但是峰值电流的大小又同时满足电磁式蜂鸣器Buzzer输出稳定声压级所需要的最小电流，因此在3V到24V宽输入电压范围下都可以保证电磁式蜂鸣器Buzzer正常工作，保持声压一致。
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种蜂鸣器的驱动电路，包括开关模块(7)，该开关模块(7)用于控制电磁式蜂鸣器(Buzzer)处于接通输入电压Vin的通电时间或者断开输入电压Vin的断电时间；
其特征在于：
所述的驱动电路还包括驱动信号产生单元，该驱动信号产生单元用于产生能够驱动所述开关模块(7)的驱动信号(GT1)，以控制所述电磁式蜂鸣器(Buzzer)按照通电时间和断电时间交替循环的方式工作，并且，满足：
在所述输入电压Vin在预设的电压阈值Vx以下时，所述通电时间和断电时间均固定，所述电磁式蜂鸣器(Buzzer)对应的通断电频率记为固定通断电频率；
在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，所述电磁式蜂鸣器(Buzzer)保持所述固定通断电频率，并且，所述通电时间缩短，且所述输入电压Vin越高，所述通电时间缩短的幅度越大。
2.根据权利要求1所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述驱动信号(GT1)控制所述电磁式蜂鸣器(Buzzer)的工作方式，还满足：
在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，所述通电时间记为T(on)，满足以下公式一：
式中，τ、RL、Ipk0依次为所述电磁式蜂鸣器(Buzzer)的RL时间常数、内阻阻值、在额定输入电压下的峰值电流。
3.根据权利要求1或2所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述的驱动信号产生单元设有供电模块(1)、前馈补偿模块(2)、三角波发生模块(3)、基准生成模块(4)、振荡器、逻辑模块(5)、驱动模块(6)和续流模块(8)；
所述供电模块(1)将所述输入电压Vin转换为用于向所述驱动信号产生单元供电的直流电压(Vdd)；
所述前馈补偿模块(2)在所述输入电压Vin在所述电压阈值Vx以下时，无输出，在所述输入电压Vin高于所述电压阈值Vx时，输出随所述输入电压Vin与电压阈值Vx之差增大而增大的前馈电流(Ivin)；
所述三角波发生模块(3)用于输出三角波电压(VC)，且该三角波电压(VC)的上升斜率随所述前馈电流(Ivin)的增大而增大；
所述基准生成模块(4)用于输出基准电压(VREF)；
所述振荡器用于输出固定频率的时钟信号(OSC)；
所述逻辑模块(5)将作为同相输入信号的所述三角波电压(VC)与作为反相输入信号的基准电压(VREF)进行比较，以产生脉宽调制信号(PWM0)，并将该脉宽调制信号(PWM0)和所述时钟信号(OSC)分别输入SR锁存器的输入端R和输入端S进行逻辑处理，以生成频率为所述固定通断电频率的电压方波信号(GT0)；
所述驱动模块(6)将所述电压方波信号(GT0)的驱动能力进行放大，以得到所述驱动信号(GT1)，并将该驱动信号(GT1)输入所述开关模块(7)的控制端；
所述续流模块(8)为所述电磁式蜂鸣器(Buzzer)提供用于在所述断电时间释放能量的续流回路。
4.根据权利要求3所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述开关模块(7)为MOS管TR1，所述续流模块(8)为续流二极管D1；所述输入电压Vin的电源输入端(VIN+)通过电容Cin连接参考地端(GND)，所述电磁式蜂鸣器(Buzzer)的正极、供电模块(1)的输入端、续流二极管D1的阴极均连接所述电源输入端(VIN+)，所述续流二极管D1的阳极和MOS管TR1的漏极连接所述电磁式蜂鸣器(Buzzer)的负极，所述MOS管TR1的源极连接所述参考地端(GND)；所述供电模块(1)的输出端输出所述直流电压(Vdd)，所述MOS管TR1的栅极作为所述开关模块(7)的控制端。
5.根据权利要求3所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述前馈补偿模块(2)的电路结构为：三极管Q5的发射极接入所述直流电压(Vdd)，所述三极管Q5的基极、三极管Q5的集电极、三极管Q6的基极相连接，所述三极管Q5的集电极通过电阻RC和电阻RE连接所述三极管Q6的集电极，所述三极管Q6的发射极分为两路，一路通过电阻RM1连接运算放大器U1的反相输入端，另一路通过电阻RD和电阻RM2连接运算放大器U1的同相输入端，所述电阻RD和电阻RM2的连接点接入所述输入电压Vin，所述运算放大器U1的同相输入端通过电阻Rf1连接参考地端(GND)，所述运算放大器U1的反相输入端通过电阻Rf2连接所述运算放大器U1的输出端，所述运算放大器U1的输出端连接压控电流源vcci的压控端，所述压控电流源vcci的供电端接入所述直流电压(Vdd)，所述压控电流源vcci的接地端、所述电阻RC和电阻RE的连接点均连接参考地端(GND)，所述压控电流源vcci的输出端作为所述前馈补偿模块(2)的输出端，用于输出所述前馈电流(Ivin)。
6.根据权利要求3所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述三角波发生模块(3)的电路结构为：恒流源ccs的供电端连接接入所述直流电压(Vdd)，所述恒流源ccs的输出端、所述前馈补偿模块(2)的输出端、NMOS管Q4的漏极、电容C2的一端相连接，所述NMOS管Q4的源极、所述电容C2的另一端、NMOS管Q3的源极均连接参考地端(GND)，所述NMOS管Q4的栅极分为两路，一路连接所述NMOS管Q3的漏极，另一路通过电阻R6接入所述直流电压(Vdd)，所述NMOS管Q3的栅极通过电阻R7连接所述逻辑模块(5)的输出端，所述恒流源ccs的输出端作为所述三角波发生模块(3)的输出端，用于输出所述三角波电压(VC)。
7.根据权利要求3所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述基准生成模块(4)的电路结构为：电阻RA和电阻RB串联在所述供电模块(1)的输出端与参考地端(GND)之间，所述电阻RA和电阻RB作为所述基准生成模块(4)的输出端，用于输出所述基准电压(VREF)。
8.根据权利要求3所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述逻辑模块(5)的电路结构为：比较器U2的反相输入端接入所述基准电压(VREF)，所述比较器U2的同相输入端接入所述三角波电压(VC)，所述比较器U2的输出端连接SR锁存器的输入端R，所述SR锁存器的输入端S连接所述振荡器的输出端，所述SR锁存器的输出端Q作为所述逻辑模块(5)的输出端，用于输出所述电压方波信号(GT0)。
9.根据权利要求3所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述驱动模块(6)的电路结构为：三极管Q1的基极和三极管Q2的基极相连接并作为所述驱动模块(6)的输入端，用于输入所述电压方波信号(GT0)，所述三极管Q1的集电极接入所述直流电压(Vdd)，所述三极管Q2的集电极连接参考地端(GND)，所述三极管Q1的发射极、所述三极管Q2的发射极、电阻R5的一端相连接，并作为所述驱动模块(6)的输出端，用于输出所述驱动信号(GT1)，所述电阻R5的另一端连接参考地端(GND)。
10.根据权利要求3所述蜂鸣器的驱动电路，其特征在于：所述开关模块(7)和驱动信号产生单元采用集成电路，并封装成为SOT-23封装形式的芯片。
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