Мой проект должен приводить в действие ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь средней мощности от генератора с синусоидальной ( / пилообразной ) разверткой, который подметает +/- 2% от резонансной частоты преобразователя.
Вопрос: Каковы мои самые простые варианты для управления этими преобразователями из сформированного сигнала DDS с достаточно низким искажением (5-10%)?
- Используйте микросхему усилителя мощности от высоковольтной шины, с большим количеством теплоотвода, чтобы напрямую управлять преобразователем
- Используйте ИС усилителя мощности, затем (?) Ступень усиления тока транзистора, затем соответствующий (требуется помощь в определении) повышающий трансформатор для управления преобразователем.
- Используйте какую-то (нужную помощь в идентификации) ИС усилителя высокой мощности класса D, которая не потребует большого количества тепла ( Правка: не решение, см. Примечание 7 ).
- Какой-то другой вариант целиком
- Изменить: Из предложенного ниже Определите готовый модуль усилителя OEM, который соответствует параметрам и ограничениям.
ОБНОВЛЕНИЕ: [15-окт-2012] Вариант 5, представленный выше, кажется наилучшим ответом, если можно указать один или два подходящих модуля OEM - пока что в моем исследовании не было найдено ни одного. Следовательно, оставляя вопрос открытым.
Генерация формы развертки осуществляется с помощью DDS IC, AD9850, спецификация здесь: AD9850 CMOS 125 MHz Complete DDS Synthesizer
Один из доступных мне преобразователей: 5938D-25LBPZT-4 ( Ультразвуковые преобразователи Ланжевена )
- Резонансная частота: 25 кГц
- Резонансное сопротивление: 10-20 Ом
- Емкость: 5400 пф +/- 10%
- Входная мощность: 60 Вт
- Лист данных: Я хотел бы найти один!
Преобразователь будет менять регистр на случай, от 20 кГц до 135 кГц, каждый в диапазоне 50-250 ватт, аналогично дизайну вышеописанного.
В конструкциях драйверов, которые я видел для этих преобразователей, обычно используется переключение, то есть прямоугольные волны, для их возбуждения, MOSFET, в некоторых случаях с Vpp 100v! ( Этим устройствам даже нужно такое напряжение? Редактировать: Очевидно, так)
Некоторые драйверы используют настроенные фильтры для придания синусоидальной формы сигнала или его приближения.
К сожалению, это не работает для моих целей. Проект представляет собой единое устройство, которое сначала обнаруживает резонансные частоты подключенного преобразователя во всем диапазоне 20–135 кГц, а затем охватывает каждую резонансную частоту первой синусоидальной волной ( Edit: Исключить это требование как невыполнимое: затем пилообразный сигнал, ) при указанной выходной мощности, обычно около половины номинальной мощности преобразователя.
Так что я ищу мудрость этого сообщества в предложении подходящего подходящего для прототипов подхода для передачи этих сигналов DDS на преобразователь. Спасибо вам всем!
Добавлены некоторые заметки на основе комментариев и полученных ответов:
- Точность осциллограммы не сверхкритическая, искажение 5% очень приемлемо. Тепловые проблемы и потери энергии из-за рассеяния на ступени усилителя являются более серьезными проблемами. Стоимость является ключевой проблемой, по крайней мере, до окончания стадии прототипа.
- Было высказано предположение, что лучше всего подойдет предварительно собранные модули усилителей OEM, которые соответствуют требованиям. Хотя это и привлекает, я все еще надеюсь на альтернативы в дополнение к вариантам, предложенным мною в моем вопросе, и их изучение, поэтому пока еще не отмечен принятый ответ.
- Пока не найдено ни одного OEM-модуля, работающего в диапазоне частот от 20 кГц до 135 кГц, даже для выходной мощности 50 Вт. Тот, который предлагается в ответе, рассчитан на 3,5 кГц, а его частота переключения составляет 100 кГц. ( Отказалось от этого требования. Кроме того, разве мне не потребуется пропускная способность, намного превышающая эту, для обработки пилообразной волны даже с краткой точностью? Возможно, мне придется пропустить требование пилообразной нагрузки и ограничить мой вопрос синусоидальными волнами, если пилообразная или другая респонденты считают передачу произвольной формы сигнала недостижимой при разумных затратах. )
- Новый предложенный подход - класс B с обратной связью. Предостережение, упомянутое о высоком рассеянии на этой стадии усилителя Итак, два дополнения к моему вопросу:
- Существует ли монолитная ИС усилителя класса B, которая может охватывать требуемый диапазон частот (от 20 кГц до 135 кГц, отказ от пилообразной волны) и требования к мощности (макс. 50 Вт)?
- Каков диапазон рассеяния тепла, ожидаемый на такой стадии класса B, в процентах от ожидаемой подачи мощности на преобразователь?
- Новое об усилителях класса D, монолитных или OEM: им нужно будет использовать частоты переключения порядка 800 кГц или выше, чтобы поддерживать синусоидальную волну 100-135 кГц с приемлемым THD. Для требования искажения 5% частота переключения должна быть еще выше. Такие усилители мощности класса D с высокой частотой коммутации, по-видимому, не существуют.
источник
Ответы:
Попробуйте эти линейные усилители производства Apex . Они разработаны специально для ультразвуковых аппликаций.
источник
Во многих ультразвуковых приложениях вам действительно нужно работать с разностью потенциалов, превышающей 100 В, чтобы обеспечить достаточную акустическую мощность для среды. Это связано с довольно низким импедансом, который преобразователи имеют электрически. Прогнозировать, какое напряжение вам нужно для достижения заданного акустического давления, практически невозможно, поскольку передаточные функции нетривиальны.
Многие применения ультразвука не сильно связаны с формой волны возбуждения. По этой причине многие каскады усилителя мощности представляют собой очень простые двухтактные конфигурации, дающие прямоугольный выходной сигнал. Их преимущество в два раза:
В ситуациях, когда форма сигнала важна, каскады усилителя мощности, с которыми я сталкивался в прошлом, были, как правило, двухтактными конфигурациями класса B с отрицательной обратной связью, чтобы избежать перекрестного искажения, питаемого от высоковольтных рельсов. Мне кажется, что это был бы путь в вашей ситуации. Примечание: в ваших коммутационных элементах будет рассеянная мощность.
источник
Я думаю, что Piezo Systems EPA-104-115 соответствует всем вашим критериям, за исключением критериев низкой стоимости. Это стоит $ 2639.
AA Lab Systems A-301HS может также соответствовать и, вероятно , так дешево , как вы найдете. Я видел один на Ebay за 975 долларов.
Ищите
piezo driver
илиpiezo linear amplifier
не нашли ничего более доступного в моем поиске, но не стесняйтесь перепроверить себя.Вы также можете прочитать эту статью, написанную лабораторией, которая создала менее дорогой драйвер для своих пьезоприводов. К сожалению, их драйвер находится в диапазоне 1 кГц, но они заканчивают, предлагая некоторые методы, которые могут повысить кГц. С другой стороны, они говорят, что не уверены, где взять детали, которые могли бы обрабатывать более высокие частоты, но может быть полезно прочитать, чтобы понять, что делает более высокие частоты трудными и может привести к решению с некоторой настойчивостью.
источник
Прежде всего, да, вам потребуются напряжения порядка 100 В (70,7 В RMS), чтобы подвести 250 Вт к 20 Ом.
Вы можете приобрести OEM-модули усилителя мощности, которые охватывают интересующий вас диапазон мощности и частоты; это, вероятно, ваш лучший выбор с точки зрения обеспечения быстрой работы прототипа с низким риском проектирования. Это может быть даже путь к производству. Обязательно выберите устройство, способное справиться с емкостной нагрузкой.
Вот один пример. Интересно, что я считаю, что модули усилителей мощности звука в наши дни являются почти исключительно классом D, с полосой пропускания, ограниченной 10 с кГц. Когда я в последний раз смотрел на них несколько лет назад, они были класса AB и имели ширину полосы 100 кГц. Не забудьте включить «пьезо» или «ультразвуковой» в ваши условия поиска.
источник
Я бы заметил, что стандартный пьезо или пьезокомпозитный преобразователь имеет полосу пропускания примерно 20% или около того (возможно, октаву с достаточно жесткой согласованной сетью для настройки), есть причина, по которой все используют прямоугольный привод, и это то, что преобразователи просто не хватает пропускной способности, чтобы воспроизвести что-либо, кроме синусоидальной волны, буквально не имеет значения, какой сигнал возбуждения преобразователь будет пропускать в синусоидальную волну ....
Кроме того, даже в пределах этой полосы частот групповая задержка варьируется в широких пределах, вплоть до того, что даже введение достаточно квадратного многоциклового импульса в воду достаточно сложно, чтобы Пол Дуст использовал его в качестве демонстрационного трюка для вечеринки (как в квадратном всплеске синусоидальных волн ).
Я бы предположил, что, что бы вы ни делали, скромный (несколько Ом или около того) силовой резистор, включенный последовательно с выходом усилителя, был бы хорошей идеей, чтобы помочь запасу по фазе.
Есть аудио усилители, что делать то, что вы хотите, но дешево? Не так много, и, как я сказал, мост H - это все, что вам действительно нужно из-за ограничений преобразователя (исключение составляет несколько тонов в пределах доступной полосы пропускания, где интермод может быть проблемой).
Класс D с GaN может быть вариантом, но на самом деле ни у кого еще нет продукта.
С уважением, Дэн.
источник