Ich versuche, einen Ultraschall- "Hochtöner" für ein tragbares Forschungsprojekt zu fahren. Im Vergleich zu einem normalen Lautsprecher hat der Hochtöner eine sehr hohe Impedanz von mehr als 4 kOhm. Infolgedessen ist eine sehr hohe Spannung erforderlich, um eine nennenswerte Leistung zu erzeugen, aber die RMS-Stromaufnahme beträgt höchstens einige mA pro Hochtöner. Ich habe den Operationsverstärker LTC6090 verwendet, der bis zu +/- 70 V an den Schienen akzeptiert und mit den interessierten Frequenzen sehr gut funktioniert.
Bis jetzt habe ich eine ruckelige Kombination aus einem handelsüblichen 12-V-Spannungsregler und einem LT1054-Spannungsverdoppler verwendet, um +/- 22 V an den Schienen zu erzeugen, aber ich würde es gerne besser machen, wenn möglich. Es scheint eine Welt voller Optionen zu geben, aber hier sind einige, die ich in Betracht ziehe:
Verwenden Sie den LT8331, um mithilfe des Anwendungshinweises auf Seite 22 des Datenblattes eine Spannung um 135 V zu erzeugen, und verwenden Sie dann so etwas wie diesen unipolaren bis bipolaren Gleichstromwandler mit einigen Hochleistungs-BJTs, um diese in +/- 65 V umzuwandeln. Oder könnte ich einfach 0 / 135V an die Schienen legen und das 5V-Signal mit einem Spannungsteiler vorspannen?
Verwenden Sie den Rücklaufregler LM2587 in einer Konfiguration ähnlich der gezeigten, um +/- 70 V zu erzeugen. Dieser scheint realisierbar zu sein, da die angegebene maximale Ausgangsspannung 60 V beträgt, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich die Komponentenwerte hier einfach ändern könnte, um eine höhere Ausgangsspannung zu erzeugen.
- Verwenden Sie einen LT1054, um +5 V in +/- 10 V umzuwandeln, und verwandeln Sie diese dann mit zwei separaten Boost-ICs in +/- 70 V.
Für einige von diesen muss ich möglicherweise in mehreren Stufen steigern; Ich habe einen 5-> 35-V-Regler, den ich als Eingang für eine andere Stufe verwenden kann. Dies mag ineffizient sein, aber meine Anwendung ist nicht stromintensiv, benötigt nur sehr wenig Strom und ist meistens ein Proof-of-Concept. Daher ist dies für mich derzeit kein Problem.
Im Wesentlichen würde ich gerne wissen, wie ich das am besten machen kann. Es ist unwahrscheinlich, dass ich die erste Person bin, die mit diesem Problem konfrontiert wird, und ich möchte versuchen, Tunnelblick zu vermeiden oder das Rad auf eine Weise neu zu erfinden, die wahrscheinlich ineffizient, unzuverlässig oder gefährlich ist. Ich würde mich über jeden Einblick freuen, von hochrangigen Design-Ratschlägen bis hin zu bestimmten Komponenten oder Topologien, die hilfreich sein könnten.
Ich bin neu in diesem Stapelaustausch. Bitte verzeihen Sie das Fehlen von Links zu Komponentendatenblättern. Ich habe nicht genügend Mitarbeiter, um sie zu veröffentlichen.
quelle
Antworten:
Ich würde dringend empfehlen, keinen Audioausgangstransformator zu verwenden, um den Ausgang des Operationsverstärkers zu steigern, wie dies in den Kommentaren vorgeschlagen wird. Versteh mich nicht falsch, es ist eine absolut gültige und häufig verwendete Technik. In Wirklichkeit ist es nur eine Art Impedanzanpassung, und Impedanzanpassungstransformatoren eignen sich hervorragend dafür und lassen niederohmige Verstärker Schwingspulen mit viel höherer Impedanz ansteuern, indem sie die Ausgangswellenform effektiv erhöhen.
Das Problem ist, dass nichts davon in Ihrer Anwendung überhaupt funktioniert, weil Sie keine Schwingspule ansteuern, sondern einen piezoelektrischen Ultraschallwandler.
Dies ist eine ziemlich wichtige Unterscheidung, die Sie beachten sollten, da viele der normalen Techniken, mit denen herkömmliche Lautsprecher betrieben werden, nicht auf Ihre Situation anwendbar sind. Schwingspulen werden durch den Stromfluss abgelenkt und ihre Impedanz ist von Natur aus resistiv und induktiv. Ihr Ultraschallwandler ist keines dieser Dinge. Seine Impedanz ist vollständig kapazitivund Unterbrechung zu DC. Es wird durch Ladungsdifferenz zwischen seinen Platten betätigt, nicht durch Strom. So effektiv wird es direkt durch die Spannung abgelenkt. Sie benötigen tatsächlich eine Polarität, und wenn Sie diese über einen Transformator koppeln, verlieren Sie diese. Daher müssen Sie auch eine synchrone Gleichrichtungsstufe verwenden, um die Polarität am Ausgang des Transformators wiederherzustellen. Dies ist kein Problem, wenn Lautsprecher angesteuert werden, aber es ist wichtig für diese Art von Last. Sie müssen es fahren, indem Sie die Plattenladung direkt heraus- oder hineinziehen, und die Art und Weise, wie Sie dies tun sollten, ist die Art und Weise, wie Sie es von Anfang an geplant hatten.
Sie haben dort jedoch einige Optionen:
Ich denke, ich werde die beste Leistung erzielen und einfacher und einfacher sein, insbesondere angesichts der Art der Signale, mit denen Sie arbeiten werden. Chips, Klicks und verschiedene andere Dinge müssen mit minimaler Verzerrung verstärkt werden (zumindest würde ich annehmen). Option 2 ist wirklich nur dann verfügbar, wenn Sie die Leistung benötigen, die Sie nur von einem Operationsverstärker mit niedrigerer Spannung erhalten können. Da es jedoch einen Operationsverstärker gibt, der (unter anderem) speziell für Ihre Anwendung entwickelt wurde, sprechen wir wirklich nur von vielleicht 80-kHz-Spitzen. Ich sehe keinen Grund, Option 2 zu versuchen. Ich schlage Option 1 vor. Der LTC6090 funktioniert sehr gut für genau das, wofür Sie ihn verwenden müssen. Bis zum Thermal Pad-Bereich wird alles berücksichtigt.
Um die Schienen zu erhalten, enthält das Datenblatt für den LTC6090 tatsächlich einige Schaltpläne, die ausschließlich der Herstellung von Schienen mit ± 65 V oder ± 70 V gewidmet sind. Sie können sie verwenden oder nicht, aber die Topologie ist der Punkt. Meiner Meinung nach ist ein Flyback-Konverter definitiv die beste Wahl. 5V bis 70V sind wirklich ein zu hohes Verhältnis für einen Aufwärtswandler. 135 V treiben es noch weiter voran - der LTC8331 ist ein großartiger Teil, und er kann wahrscheinlich 135 V aus 5 V erzeugen, aber er wird nicht effizient oder hübsch sein. Und ich denke nicht, dass gezapfte Induktivitäten alles sind, was für die Herstellung der virtuellen Masse verfügbar ist. Es ist einfacher, billiger und viel praktischer, einfach einen Flyback-Wandler mit zwei Ausgangswicklungen zu verwenden.
Lassen Sie sich nicht von Flyback-Konvertern einschüchtern - sie invertieren nur Buck-Boost-Konverter. Das ist kein Scherz. Schau dir die Schaltkreise an. Sie sind die gleiche Schaltung, der gleiche Konverter, das gleiche Ding. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Flyback zwei oder mehr Wicklungen auf demselben Kern für seinen Induktor hat. Und die Diode kann je nach gewünschter Polarität in die eine oder andere Richtung verlaufen. Ehrlich gesagt würde ich empfehlen, einfach den LTC3411 zu verwenden, wie im Datenblatt des LTC6090 vorgeschlagen. Möglicherweise möchten Sie jedoch mehr Strom, wofür der LTC3412 gedacht ist - es ist nur ein LTC3411 mit der doppelten Stromkapazität. Leider sollten Sie sich wahrscheinlich für den etwas teuren (6 USD in Einzelmengen) Würth-Transformator Linear entscheiden, der in seinem Datenblatt vorgeschlagen wird. Flyback-Transformatoren benötigen nicht wirklich einen richtigen Transformator und nur einen gekoppelten Induktor. Es gibt jedoch nur wenige gekoppelte Induktivitäten mit 3 Wicklungen, und ich bezweifle, dass eine von ihnen für 100 + V ausgelegt ist (Sie möchten etwas Kopffreiheit). Der Würth-Transformator ist klein, oberflächenmontiert und kann sicher 150 V an jeder Sekundärwicklung verarbeiten. Mit Würth kann man nichts falsch machen, aber man wird dafür bezahlen müssen.
Ich weiß, dass Sie die Stückliste wahrscheinlich niedrig halten möchten, aber vertrauen Sie mir, es wird die Zeitersparnis und das Fehlen von Kopfschmerzen und Komplikationen wert sein, ein Anwendungsschema von einem Konverter wie dem LTC3411 / 2 einfach zu kopieren und einzufügen. Die Schaltteile von Linear sind auch die besten und am einfachsten zu verwendenden (und leider auch die teuersten), und ich empfehle normalerweise, mit einem linearen Teil zu beginnen. Sobald Sie mit Schaltkonvertern vertraut und vertraut sind, ist TI auch gut und viel billiger, obwohl es oft nicht ganz so einfach zu bedienen ist.
Sie sollten sich über diese Ultraschall-Zwitschern und -Schreie Sorgen machen und was nicht. Ich denke, dies ist eine dieser Situationen, in denen es sinnvoll ist, ein wenig mehr zu zahlen, um sich nicht um die Stromversorgung kümmern zu müssen, damit Sie sich um das kümmern können, was Sie tun. Ich mache es tatsächlich. Wenn Sie können, greifen Sie einfach zu diesem Würth-Transformator, folgen Sie dem Schema auf Seite 22 des LTC3412- Datenblattes, oder es gibt eine Tabelle mit Transformatoren und ihren möglichen Ausgängen auf Seite 10. Die Schaltung funktioniert gut mit 5-V-Eingang, aber mit reduzierter Ausgangsleistung. Sie müssen nur den EVLO-Teiler auf 5 V einstellen (oder ihn direkt an die Fahrgestellnummer binden).
quelle