Підвищення від 5 В / 2А до + 70 / -70 В для рейкових підсилювачів?


9

Я намагаюся загнати ультразвуковий «твітер» для носимого дослідницького проекту. У порівнянні зі звичайним динаміком, твітер має дуже високий опір, вгору на 4 км. Як наслідок, для отримання значної потужності потрібна дуже висока напруга, але розтяг струму RMS становить не більше кількох ма на твітер. Я використовував підсилювач LTC6090, який приймає до +/- 70В на рейках і дуже добре працює з цікавими мені частотами.

До цього часу я використовував примхливу комбінацію нестандартного 12В-регулятора напруги та удвоєння напруги LT1054 для отримання +/- 22В на рейках, але я хотів би зробити це краще, якщо можливо. Здається, існує цілий ряд варіантів, але ось кілька я розглядаю:

  1. Використовуйте LT8331 для отримання напруги близько 135 В, використовуючи примітку додатка на сторінці 22 своєї таблиці, а потім використовуйте щось на зразок цього однополярного двополярного перетворювача постійного струму з деякими напруженими BJT, щоб перетворити це на +/- 65V. Або я міг просто поставити 0 / 135V на рейки і зміщення сигналу 5В, використовуючи дільник напруги?

  2. Використовуйте регулятор віддачі LM2587 у конфігурації, подібній до показаної, щоб створити +/- 70V. Це здається життєздатним, оскільки оголошена максимальна вихідна напруга становить 60 В, але я не впевнений, чи зміг би я тут просто змінити значення компонентів для отримання більш високої вихідної напруги.

Додаток LM2587

  1. Використовуйте LT1054, щоб перетворити + 5V на +/- 10V, а потім перетворити їх на +/- 70V з двома окремими розширювальними ІС.

Для деяких із них мені може знадобитися посилення в кілька етапів; У мене є 5-> 35V регулятор, який я можу використовувати як вхід на інший етап. Це може бути неефективним, але моє застосування не є енергоємним, вимагає дуже мало струму, і, головним чином, є доказовою концепцією, тому це наразі не є проблемою для мене.

По суті, я хотів би знати найкращий спосіб зробити це. Навряд чи я є першою людиною, яка зіткнулася з цією проблемою, і я хотів би спробувати уникнути тунельного зору чи винаходити колесо способами, які можуть бути неефективними, ненадійними або небезпечними. Буду вдячний за будь-яке розуміння, від дизайнерських порад високого рівня до конкретних компонентів або топологій, які можуть бути корисними.

Я новачок у цій стекет-обміні, тому, будь ласка, вибачте відсутність посилань на таблиці даних компонентів, у мене немає достатньої кількості представників, щоб розмістити їх.


2
Чому ви не можете керувати підсилювачем при низькій напрузі, наприклад 5 В, і використовувати трансформатор для підвищення амплітуди сигналу в 10-20 разів?
jms

Я мушу визнати, що я не намагався це зробити так. Я зупинився на трансформаторах під час першої ітерації, бо не міг знайти щось дуже компактне, але, можливо, прийшов час поглянути ще раз.
Ян Рейнольдс

1
На ультразвукових частотах (яку частоту ви плануєте запустити в цьому відштовхувачі від комарів?) Трансформатори, на щастя, отримують набагато менше, ніж все, що ви могли б використовувати на частоті змінного струму 50/60 Гц. Інший варіант, який ви, можливо, ще не розглядали: Ви можете побудувати топологічний перетворювач для підвищення рівня долара з індуктором з центральним націленням. Нехай один кінець індуктора подає вашу рейку + 70 В, другий кінець подає рейку -70 В, а центральний кран дає "сигнал заземлення" (НЕ підключайте його до джерела живлення GND), що ви можете з'єднати вхідний сигнал до.
Robherc KV5ROB

@IanReynolds: це, зрештою, саме те, що робить ваш комутаційний перетворювач, і з подібною частотою. Тож у будь-якому випадку вам потрібен приблизно подібний індуктор ...
Брайан Драммонд

@ RobhercKV5ROB пристрій призначений для виведення широкосмугових сигналів, таких як щебетання та клацання, в діапазоні близько 30-80 кГц. Я не впевнений, як придбати позаштатні трансформатори, особливо справді маленькі, призначені для установки на поверхні. Є чи це гарне місце , щоб почати? Діапазони частот виглядають правильно, і я можу вибрати коефіцієнт опору, який відповідає моїм потребам.
Ян Рейнольдс

Відповіді:


8

Я настійно рекомендую не намагатися будь-який аудіо вихідний трансформатор для підвищення виходу підсилювача, як пропонується в коментарях. Не зрозумійте мене неправильно, це абсолютно дійсна і часто застосовувана техніка. Насправді це просто різновид імпедансного узгодження, і трансформатори, що відповідають імпедансу, чудово підходять для цього, і нехай підсилювачі низького опору керують значно більшими голосовими котушками імпедансу, ефективно збільшуючи форму вихідної хвилі.

Проблема полягає в тому, що нічого із цього у вашій програмі не працює, оскільки ви не керуєте голосовою котушкою, ви керуєте п’єзоелектричним ультразвуковим перетворювачем.

Це досить важлива відмінність, яку ви повинні пам’ятати, тому що багато нормальних методик, які працюють на традиційних динаміках, не застосовуються до вашої ситуації. Голосові котушки відхиляються потоком струму, а їх опір має резистивний та індуктивний характер. Ваш ультразвуковий перетворювач - це нічого з цього. Його імпеданс є повністю ємніснимі розімкнутий ланцюг до постійного струму. Приводиться в дію різницею заряду між його пластинами, а не струмом. Так ефективно, воно відхиляється напругою безпосередньо. Насправді вам потрібна полярність, і з'єднання її через трансформатор призведе до втрати цього, тому вам також доведеться використовувати етап синхронної ректифікації, щоб відновити полярність на виході трансформатора. Це не проблема, якщо водіння динаміків, але це має значення при такому навантаженні. Потрібно керувати ним, безпосередньо витягуючи заряд з пластини або в неї, а так, як ви повинні це зробити, це так, як ви планували це робити з самого початку.

Однак у вас є кілька варіантів:

  1. Ви можете використовувати високу напругу змінного струму з широкими рельсами живлення, АБО
  2. Використовуйте низьконапружений підсилювач вимикача, який керує виштовхувальним витяжним ступенем, прив'язаним до рейки високої напруги.

Я думаю, що 1 матиме найкращі показники, а також буде простішими та легшими, особливо враховуючи характер сигналів, з якими ви будете працювати. Фішки, клацання, різні інші речі потрібно посилити і (принаймні, я би припустив) з мінімальними спотвореннями. Варіант 2 насправді лише тоді, коли вам потрібна продуктивність, ви можете знайти лише з підсилювача нижчої напруги, але оскільки існує підсилювач, розроблений спеціально для вашої програми (серед інших), і ми говоримо лише про вершини 80 кГц, Я не бачу причини для спроби варіанту 2. Я пропоную варіант 1. LTC6090 дуже добре працює саме для того, що вам потрібно використовувати. Внизу до зони термальної колодки все враховується.

Що стосується отримання рейок, то лист даних LTC6090 фактично містить пару схем, повністю присвячених виробленню для нього рейок ± 65 В або ± 70 В. Ви можете використовувати їх чи ні, але топологія - це справа. На мою думку, реверсивний перетворювач - це, безумовно, найкраща ставка. 5В до 70В насправді занадто високе співвідношення для перетворювача посилення. 135V підштовхує це ще більше - LTC8331 - це чудова частина, і, ймовірно, це може зробити 135V від 5V, але це не буде ефективно або красиво. І я не думаю, що накладені індуктори - це все, що доступно для створення віртуальної землі. Буде простіше, дешевше і набагато практичніше просто використовувати зворотний перетворювач з двома вихідними обмотками.

Не залякуйте перевертаючі перетворювачі - вони просто інвертують перетворювачі долара. Я малюк тебе не. Подивіться на схеми. Вони одна і та ж схема, той же перетворювач, те саме. Єдина відмінність полягає в тому, що проліт має дві або більше обмоток на одній серцевині для свого індуктора. А діод може бути так чи інакше залежно від потрібної полярності. Чесно кажучи, я б рекомендував просто використовувати LTC3411, як це запропоновано в таблиці даних LTC6090. Можливо, ви хочете отримати більш поточний, для чого LTC3412 - це просто LTC3411 з подвоєною потужністю. На жаль, вам, мабуть, варто скористатися дещо дорогим (6 доларів США в одиничних кількостях) Вюртовим трансформатором Linear пропонує у своєму описі. Flyback-трансформатори насправді не потребують належного трансформатора і просто сполученого індуктора, але є декілька сполучених індукторів з 3-ма обмотками, і я сумніваюся, що будь-який з них оцінюється як 100 + V (ви хочете трохи прогону). Трансформатор Вюрта невеликий, поверхневий, і може безпечно обробляти 150 В на кожній вторинній обмотці. Ви не можете помилитися з Вюртом, але вони змусять вас заплатити за пільгу.

Я знаю, що ви хочете, мабуть, утримувати BOM вниз, але повірте мені, варто буде заощадити час та відсутність головних болів та ускладнень, щоб просто «скопіювати та вставити» схему програми з перетворювача типу LTC3411 / 2. Частини комутації Linear - це також найкращі та найпростіші у використанні (а також найдорожчі на жаль), і я зазвичай пропоную почати з лінійної частини. Після того, як ви досвідченіші та зручніші з перемиканням перетворювачів, TI - це дуже добре і значно дешевше, хоча часто не буде таким простим у використанні.

Ви повинні турбуватися про ті ультразвукові щебетання та гудіння, і що ні, я думаю, що це одна з тих ситуацій, коли є сенс заплатити трохи більше, щоб просто не мати справу з джерелом живлення, щоб ви могли мати справу з тим, що ви ' насправді роблю. Якщо ви можете, просто захопіть цей трансформатор Вюрта , дотримуйтесь схеми на сторінці 22 таблиці LTC3412 , або є таблиця трансформаторів та їх потенційні виходи на сторінці 10. Схема буде добре працювати з входом 5 В, але зі зниженою вихідною потужністю, вам потрібно лише налаштувати роздільник EVLO на 5 В (або просто прив’язати його безпосередньо до VIN).


Це відмінна відповідь, і я не можу вам подякувати достатньо часу, щоб виписати це - я взагалі не вважав, що навантаження є ємнісною (хоча виробник навіть надав виразний натяк на те, що опір зменшується частота, поступається!), тому ви, ймовірно, врятували мені багато головного болю. Я, мабуть, просто перейду зі схемою із 6090-го аркуша. Купівля трансформатора за 6 доларів точно не порушить банк, оскільки нам потрібно наразі створити лише один із них :) Дякую ще раз!
Ян Рейнольдс

2
@IanReynolds - Завжди роби принаймні 2 прототипи! Таким чином, коли ви розгортаєте перше, ви можете працювати з другим. Я був там.
Коннор Вольф
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.