Повышение 5В / 2А до +70 / -70В для шин операционного усилителя?

Я пытаюсь водить ультразвуковой «твитер» для носимого исследовательского проекта. По сравнению с обычным динамиком, твитер имеет очень высокий импеданс, выше 4 кОм. В результате для получения заметной мощности требуется очень высокое напряжение, но среднеквадратичное потребление тока составляет максимум несколько мА на твитер. Я использовал операционный усилитель LTC6090, который принимает до +/- 70 В на шинах и очень хорошо работает с интересующими меня частотами.

До сих пор я использовал нестандартную комбинацию стандартного регулятора напряжения 12 В и удвоителя напряжения LT1054 для получения +/- 22 В на рельсах, но я хотел бы добиться большего успеха, если это возможно. Кажется, существует целый ряд вариантов, но вот несколько, которые я рассматриваю:

1. Используйте LT8331 для создания напряжения около 135 В, используя примечание по применению на странице 22 своего технического описания, затем используйте что-то вроде этого однополярного в двухполярный преобразователь постоянного тока с некоторыми сверхмощными BJT, чтобы превратить его в +/- 65 В. Или я мог бы просто поставить 0/135 В на рельсах и сместить сигнал 5 В с помощью делителя напряжения?

2. Используйте регулятор обратной связи LM2587 в конфигурации, аналогичной показанной для получения +/- 70В. Это кажется приемлемым, так как заявленное максимальное выходное напряжение составляет 60 В, но я не уверен, смогу ли я просто изменить значения компонентов здесь, чтобы получить более высокое выходное напряжение.

3. Используйте LT1054, чтобы превратить + 5 В в +/- 10 В, а затем превратить их в +/- 70 В с помощью двух отдельных микросхем усиления.

Для некоторых из них, возможно, потребуется повысить в несколько этапов; У меня есть регулятор 5-> 35 В, который я могу использовать в качестве входа для другой ступени. Это может быть неэффективно, но мое приложение не потребляет много энергии, требует очень мало тока и в основном является проверкой концепции, так что на данный момент это не проблема для меня.

По сути, я хотел бы знать лучший способ сделать это. Маловероятно, что я первый, кто столкнулся с этой проблемой, и я хотел бы попытаться избежать туннельного зрения или изобретать велосипед таким образом, который может быть неэффективным, ненадежным или опасным. Буду признателен за любую информацию, от рекомендаций по проектированию высокого уровня до конкретных компонентов или топологий, которые могут быть полезны.

Я новичок в этом стековом обмене, поэтому, пожалуйста, прости за отсутствие ссылок на таблицы компонентов, у меня недостаточно представителей для их публикации.

Я настоятельно рекомендую не пытаться использовать какой-либо аудио-выходной трансформатор для усиления выходного сигнала операционного усилителя, как это предлагается в комментариях. Не поймите меня неправильно, это совершенно правильный и часто используемый метод. На самом деле, это просто своего рода согласование импедансов, и трансформаторы согласования импедансов прекрасно работают для этого, и позволяют усилителям с низким импедансом управлять звуковыми катушками с гораздо более высоким импедансом, эффективно усиливая форму выходной волны.

Проблема в том, что ничего из этого не работает в вашем приложении, потому что вы не используете звуковую катушку, вы используете пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь.

Это довольно важное различие, о котором вы должны знать, потому что многие из обычных техник, которые работают с традиционными колонками, не применимы к вашей ситуации. Звуковые катушки отклоняются током, и их сопротивление является резистивным и индуктивным по своей природе. Ваш ультразвуковой преобразователь не из тех вещей. Его сопротивление полностью емкостноеи разомкнутая цепь к постоянному току. Это вызвано разницей в заряде между пластинами, а не током. Так эффективно, он отклоняется напряжением напрямую. Вам действительно нужна полярность, и подключение ее через трансформатор приведет к потере этого, поэтому вам также придется использовать ступень синхронного выпрямления для восстановления полярности на выходе трансформатора. Это не проблема при управлении динамиками, но это имеет значение при такой нагрузке. Вы должны управлять этим, непосредственно вытягивая пластинчатый заряд из или в него, и способ, которым Вы должны сделать это, является способом, которым Вы планировали сделать это с самого начала.

У вас есть несколько вариантов:

1. Вы можете использовать операционный усилитель высокого напряжения с широкими шинами питания, ИЛИ
2. Используйте операционный усилитель низкого напряжения, управляющий двухтактным выходным каскадом, связанный с высоковольтными шинами.

Я думаю, что 1 будет иметь лучшую производительность, а также будет проще и проще, особенно учитывая природу сигналов, с которыми вы будете работать. Фишки, щелчки, различные другие вещи должны быть усилены и (по крайней мере, я бы предположил) с минимальным искажением. Вариант 2 на самом деле нужен только тогда, когда вам нужна производительность, которую вы можете найти только в операционном усилителе с более низким напряжением, но, поскольку есть операционный усилитель, который специально разработан для вашего приложения (среди прочих), и мы на самом деле говорим только о, возможно, верхах 80 кГц, Я не вижу причин для выбора варианта 2. Я предлагаю вариант 1. LTC6090 работает очень хорошо для того, для чего вам нужно его использовать. Вплоть до области термопары все учитывается.

Что касается получения рельсов, то таблица данных для LTC6090 фактически содержит несколько схем, предназначенных исключительно для производства рельсов ± 65 В или ± 70 В для него. Вы можете использовать их или нет, но топология это главное. На мой взгляд, конвертер с обратной связью - определенно ваш лучший выбор. От 5 В до 70 В действительно слишком высокое соотношение для повышающего преобразователя. 135 В продвигает его еще больше - LTC8331 - отличная часть, и он может, вероятно, сделать 135 В от 5 В, но он не будет эффективным или красивым. И я не думаю, что подключенные индукторы - это все, что доступно для создания виртуальной земли. Будет проще, дешевле и гораздо практичнее просто использовать обратный преобразователь с двумя выходными обмотками.

Не пугайтесь конвертеров с обратной связью - они просто инвертируют конвертеры с повышенным потенциалом. Я не шучу. Посмотрите на схемы. Это одна и та же схема, один и тот же преобразователь, одно и то же. Единственное отличие состоит в том, что обратный клапан имеет две или более обмотки на одном сердечнике для своего индуктора. И диод может быть так или иначе, в зависимости от полярности, которую вы хотите. Честно говоря, я бы порекомендовал просто использовать LTC3411, как предложено в техническом описании LTC6090. Вы можете хотеть больше тока, хотя, для этого и нужен LTC3412 - это всего лишь LTC3411 с удвоенной мощностью. К сожалению, вам, вероятно, стоит пойти с довольно дорогим (6 долларов в единичных количествах) трансформатором Würth Linear, предлагаемым в их техническом описании. Трансформаторы с обратной связью на самом деле не нуждаются в надлежащем трансформаторе и только в соединенном индукторе, но есть несколько связанных индукторов с 3-мя обмотками, и я сомневаюсь, что какая-либо из них рассчитана на 100 + В (вам нужен запас мощности). Трансформатор Würth имеет небольшой размер для поверхностного монтажа и может безопасно выдерживать напряжение 150 В на каждой вторичной обмотке. Вы не ошибетесь с Вюртом, но они заставят вас заплатить за привилегию.

Я знаю, что вы, вероятно, хотите не использовать BOM, но, поверьте мне, это будет стоить сэкономленного времени и отсутствия головных болей и сложностей, чтобы просто «скопировать и вставить» схему приложения из конвертера, такого как LTC3411 / 2. Переключающие части Linear также являются лучшими и простыми в использовании (и, к сожалению, самыми дорогими), и я обычно советую начинать с линейной части. Как только вы станете более опытными и освоите переключающие преобразователи, TI тоже подойдет и станет намного дешевле, хотя зачастую его будет не так просто использовать.

Вы должны беспокоиться об этих ультразвуковых звуковых сигналах и гудках, а что нет, я думаю, что это одна из тех ситуаций, когда имеет смысл заплатить немного больше, чтобы просто не иметь дело с источником питания, чтобы вы могли иметь дело с тем, что вы на самом деле Если вы можете, просто возьмите тот трансформатор Вюрта , следуйте схеме на странице 22 спецификации LTC3412 , или есть таблица трансформаторов и их потенциальных выходов на странице 10. Схема будет работать нормально с входом 5 В, но с пониженной выходной мощностью, вам нужно только настроить делитель EVLO на 5 В (или просто привязать его непосредственно к VIN).