CN209418144U - 一种蜂鸣器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及蜂鸣器技术领域，具体公开了一种蜂鸣器电路，连接在控制模块的使能输出端与脉宽调制输出端之间，包括顺序连接在所述使能输出端与脉宽调制输出端之间的开关模块、供电模块、充电模块、发声模块与驱动模块，以及连接在所述使能输出端与所述发声模块的供电输入端也即所述充电模块的放电输出端之间的放电模块。本实用新型将驱动电路的控制逻辑与放电消耗电路配合使用，加速电路中电荷的消耗过程，实现了输出声音音量的缓升缓降，使得蜂鸣器输出的和弦及复杂音效平滑渐变，悦耳动听，保证良好的用户体验；同时消减了上电脉冲对电路的冲击而产生的蜂鸣器异响，并加速消耗了播放和弦及复杂音效后电路中储能元件聚集的电量。

Description

一种蜂鸣器电路

技术领域

本实用新型涉及汽车仪表技术领域，尤其涉及一种蜂鸣器电路。

背景技术

近年来，在各领域安全系统中，报警提示音的体现尤为重要，由于成本低廉实现简单，目前蜂鸣器的使用十分广泛。在各仪表平台开发应用过程中，音频输出系统也需要使用蜂鸣器作为一种警报手段。

由于蜂鸣器结构简单，只能发出单一简单的“滴滴”、“嗒嗒”的声音，若应用到汽车领域，需要播放和弦报警提示音或复杂音效(比如按某一频率输出的“滴答滴答”提示音)时，则需进行使能的快速开断及频率的快速切换。但现有蜂鸣器的驱动大部分是靠三极管组成的脉冲控制电路来进行。这种驱动电路在进行使能快速开断及频率的快速切换后会造成输出有杂音，声音刺耳、生硬、和弦不流畅等问题，同时也存在因电路聚集过多电荷造成蜂鸣器驱动电路失效的风险。

实用新型内容

本实用新型提供一种蜂鸣器电路，解决的技术问题是，现有蜂鸣器的驱动电路在进行使能快速开断及频率的快速切换后会造成输出有杂音，声音刺耳、生硬、和弦不流畅等问题，同时也存在因电路聚集过多电荷造成蜂鸣器驱动电路失效的风险。

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种蜂鸣器电路，包括顺序连接的控制模块、开关模块、供电模块、充电模块、发声模块与驱动模块，还包括放电模块，所述放电模块的输入端与所述充电模块、发声模块连接，受控端与所述控制模块、开关模块连接。

优选地，所述放电模块设有第一场效应管、第二场效应管、放电电阻、第一电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一二极管；

所述第一电阻的一端连接所述使能输出端，另一端连接所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极接地，所述第一场效应管的漏极连接所述第三电阻的一端、所述第二场效应管的栅极和所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地；

所述二场效应管的漏极连接所述放电电阻后连接所述蜂鸣器的正极，源极接地；所述第三电阻的另一端连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极接入所述第二供电电压。

优选地，在所述第二场效应管的栅极和地之间还连接有第二电阻。

优选地，在所述第三电阻、第五电阻的公共端与地之间还连接有第二电容。

优选地，所述开关模块为第一三极管，其基极连接所述控制模块的使能输出端，集电极连接所述供电模块的控制输入端，发射极接地；

优选地，所述供电模块设有第二三极管、第六电阻和第七电阻，所述第二三极管的基极作为所述控制输入端通过所述第六电阻连接所述第一三极管的集电极，发射极接入所述第一供电电压，集电极连接所述充电模块的充电输入端，所述第七电阻连接在所述第二三极管的基极与发射极之间；

优选地，所述充电模块设有第八电阻和第一电容，所述第八电阻一端连接所述第二三极管的集电极，另一端连接所述发声模块的供电输入端和所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地；

优选地，所述发声模块设有蜂鸣器和第二二极管；所述蜂鸣器的正极即为所述发声模块的供电输入端，负极连接所述驱动模块的驱动输出端；所述第二二极管反向连接在所述蜂鸣器的正极与负极之间；

优选地，所述驱动模块设有第三三极管，其集电极作为驱动输出端连接所述蜂鸣器的负极，基极连接所述控制模块的脉宽调制输出端，发射极接地。

本实用新型提供的一种蜂鸣器电路，将驱动电路的控制逻辑与放电消耗电路配合使用，加速电路中电荷的消耗过程，实现了输出声音音量的缓升缓降，使得蜂鸣器输出的和弦及复杂音效平滑渐变，悦耳动听，保证良好的用户体验；同时消减了上电脉冲对电路的冲击而产生的蜂鸣器异响，并加速消耗了播放和弦及复杂音效后电路中储能元件聚集的电量，避免出现因储能元件聚集过多电荷造成电路损坏，使蜂鸣器驱动电路失效等问题，使得在出现危急情况需报警提示时，驾驶员能够及时得到报警信息做出实际反馈行为，减轻了导致重大生命财产损失的风险。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种蜂鸣器电路的模块结构图；

图2是本实用新型实施例提供的一种蜂鸣器电路的元件连接图；

图3是本实用新型实施例提供的放电消耗电路的等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括元器件的选型与取值大小及附图仅为较佳实施例，仅供参考与说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神与范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。

实用新型实施例提供的一种蜂鸣器电路，其模块结构关系如图1所示，包括：顺序连接的控制模块1、开关模块2、供电模块3、充电模块4、发声模块5与驱动模块6，还包括放电模块7，所述放电模块7的输入端与所述充电模块4、发声模块5连接，受控端与所述控制模块1、开关模块2连接。

所述控制模块1在无声音需求时通过输出第一使能信号(低电平)使所述开关模块2截止，所述放电模块7处于残压对地放电状态，所述发声模块5没有电压输入，则不工作。

所述控制模块1在有声音需求时，输出第二使能信号(高电平)，使所述开关模块2、所述供电模块3导通，使所述充电模块4处于充电状态；

然后，控制模块1输出第一使能信号(低电平)，使得所述开关模块2与所述供电模块3截止，所述充电模块4处于放电状态，从而使所述发声模块5的输入电压缓慢上升；在所述充电模块4为所述发声模块5提供电量的同时，所述放电模块7消耗所述充电模块4的电量，从而使得发声模块5的输入电压又缓慢下降。在所述发声模块5的输入电压缓慢上升与所述缓慢下降的同时，控制模块1另一端口输出脉宽调制信号(PWM波形)，所述驱动模块6导通按照所述脉宽调制信号的频率导通，从而使发声模块5工作，发出音量缓慢上升与缓慢下降的蜂鸣声。

为了具体实现本实用新型，请参见图2的电路图。

在图2中，所述放电模块7设有第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、放电电阻R0、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一二极管D1；

所述第一电阻R1的一端连接所述控制模块1的使能输出端BEEP_EN，另一端连接所述第一场效应管Q1的栅极(G)，所述第一场效应管Q1的源极(S)接地，所述第一场效应管Q1的漏极(D)连接所述第三电阻R3的一端、所述第二场效应管Q2的栅极(G)和所述第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端接地；

所述第二场效应管的漏极(D)连接所述放电电阻R0后连接所述蜂鸣器BZ的正极，源极(S)接地；所述第三电阻R3的另一端连接所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端连接所述第一二极管D1的负极，所述第一二极管D1的正极接入所述第二供电电压VDD。优选地，为防止静电损坏，可以在场效应管Q2的栅极和地之间还连接有高阻值的第二电阻R2。

优选地，为防止意外掉电导致电路残余电量无法释放完毕，在所述第三电阻R3、第五电阻R5的公共端与地之间还连接有第二电容C2。

在图2中，所述开关模块2为第一三极管Q3，其基极(B)连接所述控制模块1的使能输出端BEEP_EN，集电极(C)连接所述供电模块3的控制输入端，发射极(E)接地。

在图2中，所述供电模块3设有第二三极管Q4、第六电阻R6和第七电阻R7，所述第二三极管Q4的基极(B)作为所述控制输入端通过所述第六电阻R6连接所述第一三极管Q3的集电极(C)，发射极(E)接入所述第一供电电压Uin，集电极(C)连接所述充电模块4的充电输入端，所述第七电阻R7连接在所述第二三极管Q4的基极(B)与发射极(E)之间。

在图2中，所述充电模块4设有第八电阻R8和第一电容C1，所述第八电阻R8一端连接所述第二三极管Q4的集电极(C)，另一端连接所述发声模块5的供电输入端Ubz和所述第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端接地。

在图2中，所述发声模块5设有蜂鸣器BZ和第二二极管D2；所述蜂鸣器BZ的正极即为所述发声模块5的供电输入端Ubz，负极连接所述驱动模块6的驱动输出端；所述第二二极管D2反向连接在所述蜂鸣器BZ的正极与负极之间。

在图2中，所述驱动模块6设有第三三极管Q5，其集电极(C)作为驱动输出端连接所述蜂鸣器BZ的负极，基极(B)连接所述控制模块1的脉宽调制输出端BEEP_PWM，发射极(E)接地。

实际上，图2所示的电路可划分为蜂鸣器驱动电路(开关模块2、供电模块3、充电模块4、发声模块5与驱动模块6)及蜂鸣器放电消耗电路(放电模块7)。

在蜂鸣器驱动电路中，Uin为输入供电电压，U_BZ为蜂鸣器的额定输入电压，Ubz为实际输入到蜂鸣器的电压，Rr为蜂鸣器内阻。BEEP_EN为控制IC的GPIO输出口为蜂鸣器供电使能，输入高低电平到三极管Q1；电阻R8、电容C1组成充放电电路；BEEP_PWM为控制IC的PWM输出口为蜂鸣器提供声音频率及占空比。电阻R6、R7与三极管Q3、Q4导通特性有关，根据选用的三极管特性进行匹配。

在蜂鸣器驱动电路的RC电路后端添加一个放电电路即所述蜂鸣器放电消耗电路，该电路受控于控制IC的GPIO输出口BEEP_EN，输入高低电平到场效应管Q1，场效应管Q2导通使电阻R0进行电量消耗，其中二极管D1保证RC电路给场效应管Q2供电正常，阻止电路逆向回流到VDD。

电阻R4＝1MΩ，主要为防止静电损坏。

电阻R1、R2、R3与选用的场效应管Q2的导通特性有关，根据选用的场效应管特性进行匹配。

图2清楚地示出了图1中各个模块采用何种元器件以及各个元器件的具体连接关系，下面描述其工作过程。

状态1：系统无声音需求时

控制模块1(独立的控制IC)输出BEEP_EN及BEEP_PWM都为低电平，三极管Q3、Q4、Q5都未导通，电路未形成环路，蜂鸣器BZ不工作，此时，场效应管Q1截止、Q2导通，放电消耗电路工作，放电电阻R0消耗之前电路工作后残留的电量，放电回路为：C1正极→R0→Q2→地。该部分与上文描述图1的模块关系时，系统无声音需求的情景相对应。

状态2：系统有声音需求时

第一步：控制IC先输出BEEP_EN为高电平，一路为三极管Q3使能，让供电电压Uin通过导通的三极管Q4到由电阻R8及电容C1构成的充电电路，使C1充电储能；另一路使场效应管Q1导通，从而使场效应管Q2处于截止状态，电容C1处于充电储能状态。

第二步：提示音产生的控制过程。

一方面驱动电路工作，蜂鸣器BZ输出声音：待电容C1充电完毕后，控制IC输出BEEP_EN为低电平，输入到三极管Q3，使三极管Q3及Q4截止，此时电容C1释放聚集的电量，使实际输入Ubz缓慢上升，控制IC另一路输出固定占空比相应声音频率的BEEP_PWM方波，使三极管Q5按输入相应频率导通，输出相应声音。由电压的缓升形成蜂鸣器输出音量的缓升效果。

另一方面放电消耗电路消耗此时电路中剩余的电量：当BEEP_EN为低电平后，若无放电电路，会使电容C1残留一部分未通过蜂鸣器BZ输出声音消耗的电量；通过增加放电电路，保证电容C1中无残余电量。在电容C1为蜂鸣器工作提供电量的同时，使场效应管Q1截止，第二供电电压VDD为场效应管Q2的G极提供驱动电压而使其导通，放电消耗电路工作，由R0消耗电容C1中电量，使实际输入Ubz缓慢下降。可见，电容C1中电量由两部分消耗，一部分由蜂鸣器播放声音消耗，剩余部分由放电电路消耗。同时当系统意外掉电时，放电模块通过C2储存的电荷，使Q2继续维持导通，从而维持放电模块工作，消耗电容C1中的残余电荷，防止快速开关机器而造成蜂鸣器BZ音量缓升效果失效。

需要说明的是，蜂鸣器BZ的音量主要由实际输入蜂鸣器BZ电压Ubz决定。本技术方案中，当BEEP_EN输入高电平时，实际输入到蜂鸣器BZ的电压Ubz因电阻R8与电容C1构成的RC电路放电缓慢上升；当BEPP_EN输入低电平时，实际输入到蜂鸣器BZ的电压Ubz因放电消耗电路工作，电压缓慢下降，由电压的缓升缓降形成蜂鸣器BZ输出音量缓升缓降效果，让人感官上感受到输出的声音较为平滑舒适。

本实施例在重要元件的参数选择方面，为了防止所述蜂鸣器BZ的异常触发，所述第八电阻R8和第一电容C1的取值需满足关系式

其中，R8代表所述第八电阻R8的电阻值，C1代表所述第一电容C1的电容值，f1为所述第八电阻R8和第一电容C1作为低通滤波器的截止频率，fbz为要求所述蜂鸣器BZ输出声音的最大频率；

为满足额定设计要求，所述第八电阻R8的取值还需满足关系式

即

其中，Uin为输入的所述第一供电电压，U_BZ为所述蜂鸣器BZ的额定输入电压，Rr为所述蜂鸣器BZ的内阻值。

对于蜂鸣器BZ的音量，其高低主要由输入电压Ubz的大小决定，不过输入PWM波的占空比也可在一定程度上进行调节音量。目前音频电路中PWM波的占空比都在固定输入电压Ubz的基础上，调试到最优的声音效果来选取。

另外，因为放电电阻R0阻值的选择影响了放电速度的快慢，若实际要求放电电压阈值为Uc，放电完成时间为t，则所述放电电阻R0的取值需满足(串联分压)关系式

即R＝t/(C*ln(Ubz/Uc))，

其中，R代表所述放电电阻R0的电阻值，C代表所述使能输出端BEEP_EN处于所述断电输出的状态时，整个电路(此时发挥作用的放电消耗电路)中储能元件的等效电容值，Ubz代表实际输入到所述蜂鸣器BZ正极的电压，此时的放电消耗电路等效为图3。该放电消耗电路中R5、C1及Q2根据实际需求选取。

本实用新型实施例提供的一种蜂鸣器BZ电路，将驱动电路的控制逻辑与放电消耗电路配合使用，加速电路中电荷的消耗过程，实现了输出声音音量的缓升缓降，使得蜂鸣器输出的和弦及复杂音效平滑渐变，悦耳动听，保证良好的用户体验；同时消减了上电脉冲对电路的冲击而产生的蜂鸣器异响，并加速消耗了播放和弦及复杂音效后电路中储能元件聚集的电量，避免出现因储能元件聚集过多电荷造成电路损坏，使蜂鸣器驱动电路失效等问题，使得在出现危急情况需报警提示时，驾驶员能够及时得到报警信息做出实际反馈行为，减轻了导致重大生命财产损失的风险。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蜂鸣器电路，其特征在于，包括顺序连接的控制模块、开关模块、供电模块、充电模块、发声模块与驱动模块，还包括放电模块，所述放电模块的输入端与所述充电模块、发声模块连接，受控端与所述控制模块、开关模块连接。

2.如权利要求1所述的一种蜂鸣器电路，其特征在于：

所述放电模块设有第一场效应管、第二场效应管、放电电阻、第一电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一二极管；

所述第一电阻的一端连接所述控制模块的使能输出端，另一端连接所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极接地，所述第一场效应管的漏极连接所述第三电阻的一端、所述第二场效应管的栅极和所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地；

所述二场效应管的漏极连接所述放电电阻后连接所述蜂鸣器的正极，源极接地；所述第三电阻的另一端连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极接入第二供电电压。

3.如权利要求2所述的一种蜂鸣器电路，其特征在于：在所述第二场效应管的栅极和地之间还连接有第二电阻。

4.如权利要求3所述的一种蜂鸣器电路，其特征在于：在所述第三电阻、第五电阻的公共端与地之间还连接有第二电容。

5.如权利要求1～4任一项所述的一种蜂鸣器电路，其特征在于：

所述开关模块为第一三极管，其基极连接所述控制模块的使能输出端，集电极连接所述供电模块的控制输入端，发射极接地。

6.如权利要求5所述的一种蜂鸣器电路，其特征在于：

所述供电模块设有第二三极管、第六电阻和第七电阻，所述第二三极管的基极作为所述控制输入端通过所述第六电阻连接所述第一三极管的集电极，发射极接入第一供电电压，集电极连接所述充电模块的充电输入端，所述第七电阻连接在所述第二三极管的基极与发射极之间。

7.如权利要求6所述的一种蜂鸣器电路，其特征在于：

所述充电模块设有第八电阻和第一电容，所述第八电阻一端连接所述第二三极管的集电极，另一端连接所述发声模块的供电输入端和所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地。

8.如权利要求7所述的一种蜂鸣器电路，其特征在于：

所述发声模块设有蜂鸣器和第二二极管；所述蜂鸣器的正极即为所述发声模块的供电输入端，负极连接所述驱动模块的驱动输出端；所述第二二极管反向连接在所述蜂鸣器的正极与负极之间。

9.如权利要求8所述的一种蜂鸣器电路，其特征在于：

所述驱动模块设有第三三极管，其集电极作为驱动输出端连接所述蜂鸣器的负极，基极连接所述控制模块的脉宽调制输出端，发射极接地。