Sinüs ile 50W-250W ultrasonik transdüserler Sürüş: Herhangi bir Sınıf B 135KHz monolitik güç amplifikatörü IC?

Projemin, dönüştürücü rezonans frekansının +/-% 2'sini süpüren bir sinüs dalgası ( / testere dişi ) tarama üreticisinden orta güçte bir ultrasonik piezoelektrik dönüştürücü kullanması gerekiyor .

Soru: Bu transdüserleri DDS tarafından üretilen şekilli bir sinyalden sürmek için en basit seçeneklerim nelerdir, makul derecede düşük bozulma (% 5-10)?

1. Dönüştürücüyü doğrudan sürmek için çok sayıda ısı azalması olan daha yüksek voltajlı bir raydan güç amplifikatörü IC kullanın
2. Bir güç amplifikatörü IC, sonra (?) Bir transistör akım amplifikasyon aşaması, daha sonra dönüştürücüyü çalıştırmak için uygun (tanımlanması için yardım gerekir) bir yükseltici transformatör kullanın
3. Çok fazla ısılmaya ihtiyaç duymayacak bir çeşit D sınıfı yüksek güçlü amplifikatör IC kullanın ( Düzenleme: Çözüm değil, bkz. Not 7 ).
4. Tamamen başka bir seçenek
5. Düzenleme: Aşağıdaki öneriden Parametreleri ve kısıtlamaları karşılayan hazır bir OEM amplifikatör modülünü belirleyin.

GÜNCELLEME: [15-Ekim-2012] Seçenek 5 yukarıda, en iyi cevap görünüyor eğer uygun bir OEM modülü veya iki sivri dışarı olabilir - Yok bugüne kadar araştırmam bulundu. Dolayısıyla soru açık bırakılır.

Süpürme dalga formu üretimi, bir DDS IC, AD9850, Veri Sayfası yoluyla yapılır: AD9850 CMOS 125 MHz Tam DDS Sentezleyici

Kullanabileceğim dönüştürücülerden biri: 5938D-25LBPZT-4 ( Ultrasonik Langevin Dönüştürücüler )

• Rezonans frekansı: 25 KHz
• Rezonans empedansı: 10-20 Ohm
• Kapasitans: 5400 pf +/-% 10
• Giriş gücü: 60W
• Veri sayfası: Keşke bir tane bulabilseydim!

Dönüştürücü, her biri 50-250 watt aralığında, yukarıdaki tasarımla benzer şekilde, 20KHz'den 135KHz'e kadar duruma göre değişir.

Bu dönüştürücüler için gördüğüm sürücü tasarımları, bazı durumlarda Vpp 100v ile onları sürmek için anahtarlama yani kare dalgaları kullanır! ( ? Bu cihazlar bile gerilimin bu tür bir ihtiyaç mı : Düzenleme Anlaşılan bu yüzden)

Bazı sürücüler, dalga şeklini bir sinüs veya bir sinyale dönüştürmek için ayarlı filtreler kullanır.

Bu maalesef benim amacım için işe yaramıyor - Proje, ilk önce 20-135KHz aralığında bağlı bir dönüştürücünün rezonans frekanslarını tespit eden, sonra ilk önce bir sinüs dalgasıyla her rezonans frekansını süpüren tek bir cihazdır ( Düzenle: Bu gereksinimin olanaksız olarak kaldırılması: daha sonra testere dişi sinyali, ) belirli bir güç çıkışında, genellikle dönüştürücünün nominal gücünün yaklaşık yarısı.

Aradığım şey, bu DDS dalga formlarını dönüştürücüye aktarmak için uygun bir prototip dostu yaklaşım önermede bu topluluğun bilgeliğidir. Hepinize teşekkür ederim!

Alınan yorum ve yanıtlara dayalı bazı notlar eklendi :

1. Dalga formu doğruluğu süper kritik değildir,% 5 bozulma çok kabul edilebilir. Amplifikatör aşamasında dağılma yoluyla termal sorunlar ve güç israfı daha büyük endişelerdir. Maliyet, en azından prototip aşamasını geçene kadar kilit bir endişedir.
2. Gereksinimlere uygun önceden oluşturulmuş OEM amplifikatör modüllerinin benim en iyi seçeneğim olabileceği öne sürüldü. Bu cazip gelse de, sorumda önerdiğim seçeneklere ek olarak ve bunları incelemek için alternatifler umuyorum, bu nedenle henüz kabul edilen cevabı işaretlemiyorum.
3. Çevrimiçi olarak henüz 50 watt çıkış için bile 20KHz ila 135KHz frekans aralığını kapsayan herhangi bir OEM modülü bulunamadı. Yanıtta önerilen yanıt 3.5KHz için tasarlanmıştır ve anahtarlama frekansı 100KHz'dir. ( Bu gereksinimi düşürdüm: Ayrıca, testere dişi dalgalarını daha iyi bir doğrulukla işlemek için bant genişliğine çok daha fazla ihtiyaç duymaz mıyım? Testere dişi gereksinimini atlamak ve testere dişi veya diğer keyfi dalga formu teslimi, katılımcılar tarafından makul maliyetle elde edilemez olarak görülmektedir. )
4. Yeni Önerilen yaklaşım geri bildirimli bir B Sınıfıdır. Bahsedilen uyarı, bu amplifikatör aşamasında yüksek dağılımdır. Soruma iki ek olarak:
5. İstenen frekans aralığını (testere dişi dalgasından vazgeçerek 20KHz ila 135KHz) ve güç gereksinimlerini (maks. 50 watt) karşılayabilecek monolitik Sınıf B amplifikatör IC var mı?
6. Dönüştürücüye beklenen güç dağıtımının yüzdesi olarak böyle bir B sınıfı aşamada beklenen ısı yayılımı aralığı nedir?
7. Yeni D Sınıfı amplifikatörler, monolitik veya OEM Hakkında: Makul THD ile 100-135KHz sinüs dalgasını desteklemek için 800KHz veya daha yüksek anahtarlama frekanslarını kullanmaları gerekir. % 5 bozulma gereksinimi için, anahtarlama frekansı daha da yüksek olmalıdır. Bu tür yüksek anahtarlama frekansı Sınıf D güç amplifikatörleri mevcut değildir.

Apex tarafından üretilen bu doğrusal amplifikatörleri deneyin . Ultrason uygulamaları için özel olarak tasarlanmıştır.

Birçok ultrasonik uygulamada, ortama yeterli akustik güç sağlamak için 100V'un üzerindeki potansiyel farklarla çalışmanız gerekecektir. Bu, transdüserlerin elektriksel olarak mevcut oldukça düşük empedansından kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, ayarlanmış bir akustik basınca ulaşmak için ne kadar voltaj gerektiğini tahmin etmek, transfer fonksiyonları önemsiz olduğu için imkansızdır.

Birçok ultrason uygulaması, uyarım dalga formu ile korkunç derecede ilgili değildir. Birçok güç amplifikatörü aşamasının, kare dalga çıkışı veren çok basit itme-çekme yapılandırmaları olmasının nedeni budur. Avantajları iki katlıdır:

1. düşük voltajlı sinyal üretim devrelerinden kolayca sürülebilir ve
2. ortak bir tasarım kısıtlaması olan anahtarlama elemanlarında çok az güç harcarlar. (Ultrason transdüserlerinin oldukça dar bant olması nedeniyle, enerji dağılımı kabloya ve transdüsere ​​kaydırılır. Genellikle transdüserin soğutulması çok daha kolaydır.)

Sinyal dalga formunun önemli olduğu durumlarda, geçmişte karşılaştığım güç amplifikatörü aşamaları, yüksek voltajlı raylardan beslenen çapraz bozulmayı önlemek için genellikle negatif geri beslemeli B sınıfı itme-çekme konfigürasyonlarıydı. Bana öyle geliyor ki, bu sizin durumunuza girmenin bir yolu olacaktır. Not: Anahtarlama elemanlarınızda göz ardı edilemeyecek bir güç olacaktır.

Piezo Systems EPA-104-115'in düşük maliyetli kriterler hariç tüm kriterlerinize uygun olduğunu düşünüyorum . 2.639 dolar.

AA Lab Systems A-301HS de uyacak ve bulabileceğiniz gibi ucuza olarak muhtemelen olabilir. Ebay'de 975 dolara bir tane gördüm.

Arama yaptığımda piezo driverveya piezo linear amplifierdaha uygun bir şey aramadı, ancak kendinizi tekrar kontrol etmekten çekinmeyin.

Piezo aktüatörleri için daha ucuz bir sürücü inşa eden bir laboratuvar tarafından yazılan bu makaleyi de okumak isteyebilirsiniz . Ne yazık ki sürücüleri 1kHz aralığında ancak kHz'i yükseltebilecek bazı yöntemler önererek son buluyorlar. Öte yandan, daha yüksek frekansları işleyebilecek parçaları nereden alacağından emin olmadıklarını söylüyorlar, ancak daha yüksek frekansları neyin zorlaştırdığını ve biraz sebatla bir çözüme yol açabileceğini anlamak faydalı olabilir.

Her şeyden önce, evet, 250W'yi 20Ω'ye sürmek için 100V tepe (70.7V RMS) voltajına ihtiyacınız olacak.

İlgilendiğiniz güç ve frekans aralığını kapsayan OEM güç amplifikatörü modülleri satın alabilirsiniz; bu, prototipin düşük tasarım riski ile hızlı bir şekilde çalışmasını sağlamak için muhtemelen en iyi seçimdir. Hatta üretime geçmenin yolu bile olabilir. Kapasitif yük ile baş edebilecek bir birim seçtiğinizden emin olun.

İşte bir örnek. İlginç bir şekilde, bu günlerde ses güç amplifikatörü modüllerinin neredeyse sadece D sınıfı olduğunu ve bant genişliği 10s kHz ile sınırlı olduğunu düşünüyorum. Bunlara birkaç yıl önce en son baktığımda, AB sınıfıydılar ve 100s kHz bant genişliğine sahiptiler. Arama terimlerinize "piezo" veya "ultrasonic" ifadesini eklediğinizden emin olun.

Standart bir piezo veya piezo kompozit dönüştürücünün% 20 veya daha fazla bir bant genişliğine sahip olduğunu gözlemleyeceğim (muhtemelen ayar için oldukça hardcore bir eşleştirme ağına sahip bir oktav), herkesin kare dalga sürücüsü yapmasının bir nedeni var ve dönüştürücüler sadece sinüs dalgası dışında bir şey yeniden üretmek için yeterli bant genişliğine sahip değil, kelimenin tam anlamıyla sürücü dalga formunun dönüştürücünün bir sinüs dalgasına bantlayacağı önemli değildir.

Dahası, bu bant genişliği içinde bile grup gecikmesi büyük ölçüde değişir, suya makul bir kare çok devirli nabız atmak bile Paul Doust'un parti hilesi demosu olarak kullandığı kadar zordur (Sinüs dalgalarının kare bir patlamasında olduğu gibi) ).

Ne yaparsanız yapın, amplifikatör çıkışı ile seri olarak mütevazı (birkaç ohm veya daha az) bir güç direncinin faz marjına yardımcı olması için iyi bir fikir olacağını öneririm.

Ses amplifikatörleri var ne istiyorsun, ama ucuz? Çok fazla değil, ve Dediğim gibi dönüştürücü sınırlamaları nedeniyle gerçekten ihtiyacınız olan tek şey (İstisna, intermodun bir sorun olabileceği mevcut bant genişliği içinde çoklu tonlardır).

GaN'li D Sınıfı bir seçenek olabilir, ancak henüz kimsenin ürünü yok.

Saygılar, Dan.