高频声纳发射机研究与设计

论文摘要

水声信号发射机是主动声纳设备重要组成部分,同时也是声纳系统中体积最大,用电量最大的单元。对于高分辨率的声纳,其工作频率一般较高,大功率的高频水声发射机由于复杂的高频寄生效应,实现起来较为困难。水声发射机应用于高频,要提高开关频率就得减少开关损耗,因此需要高速开关器件和高性能磁性材料。本文重点围绕这些技术要求进行讨论。本文以开关功率放大电路为基础,介绍了MOS功率晶体管的发展动态,通过对MOSFET工作原理、静态特性和开关特性的分析,提出了高速功率MOSFET驱动电路的设计要求以及降低功率MOSFET高频损耗的措施。同时分析了高频变压器的工作原理及影响高频功率变压器性能的因素,在此基础上分析了各种高频磁芯的性能参数和线圈参数,最后以350kHz的发射电路为例,给出了驱动电路和输出变压器等电路参数的具体设计过程。最后根据实际工程需要设计实现了一个2MHz的高频声纳发射机,一个350kHz的发射机,通过实验验证了设计的正确性,实现了预定研究目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 水声发射机基本概述
• 1.2.1 水声发射机组成
• 1.2.2 水声发射机特点
• 1.2.3 水声发射机关键技术指标
• 1.3 水声发射机发展概述
• 1.3.1 功率半导体及驱动电路发展概述
• 1.3.2 高频功率变压器发展方向
• 1.4 论文研究主要内容
• 第2章 功率MOSFET和驱动电路的研究
• 2.1 引言
• 2.2 功率MOSFET概述
• 2.2.1 功率MOSFET结构和原理
• 2.2.2 功率MOSFET基本特性
• 2.2.3 功率MOSFET等效电路
• 2.3 功率MOSFET驱动电路研究
• 2.3.1 功率MOSFET驱动电路要求
• 2.3.2 功率MOSFET驱动电路的分类
• 2.3.3 驱动电路参数设计原则
• 2.4 设计过程中应考虑的问题
• 2.4.1 栅极功率驱动电路的寄生效应分析及对策
• 2.4.2 布局的考虑
• 2.5 本章小结
• 第3章 高频功率变压器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 高频变压器基本概述
• 3.2.1 变压器的功能
• 3.2.2 变压器的等效电路
• 3.3 高频变压器磁芯的分析
• 3.3.1 磁芯的工作状态
• 3.3.2 高频变压器对软磁材料的要求
• 3.3.3 软磁铁氧体材料
• 3.3.4 铁氧体磁芯形状
• 3.3.5 磁芯尺寸
• 3.4 变压器参数计算
• 3.4.1 分布参数
• 3.4.2 导线参数
• 3.4.3 损耗和温升
• 3.5 高频变压器的设计方法
• 3.5.1 变压器设计的基本原则
• 3.5.2 变压器设计参数
• 3.5.3 变压器设计过程
• 3.6 本章小结
• 第4章 水声发射机设计
• 4.1 发射机设计要求和电路结构
• 4.1.1 技术指标
• 4.1.2 发射电路的组成
• 4.2 发射机硬件电路设计
• 4.2.1 功率放大电路
• 4.2.2 驱动电路确定
• 4.2.3 变压器的参数设计
• 4.2.4 保护电路
• 4.3 储能电容
• 4.4 测试
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统实验结果
• 5.1 水池试验
• 5.2 松花湖实验结果
• 5.3 大连浅海实验结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录