Керування ультразвуковими перетворювачами потужністю 50 Вт-250 Вт з синусом: будь-які монолітні підсилювачі потужності 135 кГц?

Мій проект потребує приводу ультразвукового п’єзоелектричного перетворювача середньої потужності з генератора синусоїди ( / пилкоподібного типу ), який зміщує +/- 2% резонансної частоти перетворювача.

Питання: Які мої найпростіші варіанти для управління цими перетворювачами від сигналу, що формується DDS, з досить низьким спотворенням (5-10%)?

1. Використовуйте ІС підсилювача потужності від рейки високої напруги з великою кількістю потоку тепла, щоб безпосередньо привести перетворювач
2. Використовуйте підсилювач потужності ІС, потім (?) Етап посилення струму транзистора, потім відповідний (потрібна допомога в ідентифікації) посилювального трансформатора для приводу перетворювача
3. Скористайтеся якоюсь (потрібна допомога з ідентифікації) підсилювача високої потужності класу D, який не потребував би великого потоку тепла ( Редагувати: Не рішення, див. Примітку 7 ).
4. Якийсь інший варіант цілком
5. Редагувати: З запропонованих нижче пропозицій Визначте модуль підсилювача OEM на полиці, який відповідає параметрам та обмеженням.

ОНОВЛЕННЯ: [15 жовтня 2012 р.] Варіант 5 вище здається найкращою відповіддю, якщо можна вказати відповідний модуль OEM або два - жодного з моїх досліджень поки не знайдено. Отже, питання залишається відкритим.

Формування сигналу розгортки здійснюється через ІКД DDS, AD9850, Таблиця даних тут: AD9850 CMOS 125 МГц Повний синтезатор DDS

Один із доступних мені перетворювачів: 5938D-25LBPZT-4 ( Ультразвукові датчики Лангевіна )

• Резонансна частота: 25 КГц
• Резонансний опір: 10-20 Ом
• Ємність: 5400 pf +/- 10%
• Вхідна потужність: 60 Вт
• Лист даних: Я б хотів, щоб я міг його знайти!

Перетворювач мінявся б залежно від конкретного випадку, від 20 кГц до 135 кГц, кожен в діапазоні 50-250 Вт, аналогічний за конструкцією з вищевказаним.

Конструкції драйверів, які я бачив для цих перетворювачів, як правило, використовують комутацію, тобто квадратні хвилі для керування ними, керовані MOSFET, з Vpp 100v в деяких випадках! ( Чи потрібні ці пристрої навіть такої напруги? Редагувати: очевидно, що так)

Деякі драйвери використовують налаштовані фільтри для формування форми хвилі до синуса або наближення до нього.

На жаль, це не працює для моїх цілей, на жаль, проект - це єдиний пристрій, який спочатку виявив би резонансні частоти приєднаного перетворювача по всьому діапазону 20-135 кГц, потім змістив навколо кожної резонансної частоти спочатку синусоїду ( Редагувати: Видалення цієї вимоги як нездійсненної: тоді сигнал пилоподібного зуба, ) при заданому виході потужності, як правило, приблизно вдвічі від номінальної потужності перетворювача.

Тож, що я шукаю, - це мудрість цього співтовариства в тому, щоб запропонувати відповідний прототип-підхід для отримання цих сигналів DDS до перетворювача. Дякую всім!

Додано кілька приміток на основі отриманих коментарів та відповідей:

1. Точність форми хвилі не надкритична, 5% спотворення дуже прийнятні. Теплові проблеми та енерговитрати через розсіювання на стадії підсилювача викликають більшу стурбованість. Вартість є ключовою проблемою, принаймні до проходження етапу прототипу.
2. Було запропоновано, що попередньо вбудовані модулі підсилювачів OEM, які відповідають вимогам, можуть бути найкращими для мене. Незважаючи на те, що це апелює, я все ще сподіваюся на альтернативи на додаток до та розгляд варіантів, які я запропонував у своєму запитанні, отже, не позначаючи прийнятої відповіді.
3. В Інтернеті ще не знайдено жодного модуля OEM, який би охоплював частотний діапазон від 20 кГц до 135 кГц, навіть для потужності 50 Вт. Той, що пропонується у відповіді, розрахований на 3,5 кГц, а частота його комутації - 100 кГц. ( Відмовився від цієї вимоги. Чи не вимагав би я пропускну здатність набагато вище, ніж для обробки хвилі пилоподібного зрізання з рівномірною точністю? Можливо, мені доведеться пропустити вимогу пилового зуба і обмежити своє запитання синусоїдами, якщо пиляний або інший довільна подача сигналу вважається респондентами недосяжною за розумних витрат. )
4. Новий запропонований підхід - це клас B із зворотним зв'язком. Згаданий Caveat на цій стадії підсилювача має високу дисипацію. Тож два доповнення до мого питання:
5. Чи існує монолітний підсилювач класу В, який може охоплювати бажаний діапазон частот (від 20 кГц до 135 кГц, відмовляючись від пилоподібної хвилі) та вимоги до потужності (макс. 50 Вт)?
6. Який діапазон розсіювання тепла очікується на такому етапі класу В у відсотках від очікуваної подачі потужності на перетворювач?
7. Нове про підсилювачі класу D, монолітні або OEM: їм потрібно буде використовувати частоти комутації порядку 800 кГц або вище, щоб підтримувати синусоїду 100-135 кГц з розумною THD. Для вимоги 5% спотворень частота перемикання повинна бути ще більшою. Таких підсилювачів потужності високої частоти комутації, здається, не існує.

Спробуйте ці лінійні підсилювачі виробництва Apex . Вони розроблені спеціально для застосування ультразвуку.

У багатьох програмах для ультразвуку вам дійсно потрібно буде працювати з потенційними різницями, що перевищують 100 В, щоб доставити достатню акустичну потужність середовища. Це пояснюється досить низьким опором, який датчики мають електричний характер. Прогнозувати, скільки напруги потрібно для досягнення заданого акустичного тиску, однак поруч із неможливим, оскільки функції передачі нетривіальні.

Багато ультразвукових програм не так сильно переймаються формою хвилі збудження. Це причина, чому багато етапів підсилювача потужності - це дуже прості конфігурації push-pull, що дають квадратний хвильовий вихід. Їх перевага дворазова:

1. їх можна легко керувати ланцюгами генерації сигналів низької напруги та
2. вони розсіюють дуже мало енергії в елементах комутації, що є загальним дизайнерським обмеженням. (Через те, що ультразвукові перетворювачі є досить вузькосмуговими, розсіювання енергії переміщується на кабель і перетворювач. Часто охолоджувати перетворювач набагато простіше.)

У ситуаціях, коли важлива форма хвилі сигналу, етапи підсилювача потужності, з якими я зустрічався в минулому, як правило, були конфігурації push-pull класу B з негативним зворотним зв'язком, щоб уникнути перехресних спотворень, що подаються з рельсів високої напруги. Мені здається, що це був би шлях у вашій ситуації. Примітка: у ваших перемикаючих елементах буде розсіюватися незначна потужність.

Я думаю, що Piezo Systems EPA-104-115 відповідає всім вашим критеріям, крім критеріїв низької вартості. Коштує 2639 доларів.

AA Lab Systems A-301HS може також відповідати і, ймовірно , так дешево , як ви знайдете. Я бачив його на ebay за 975 доларів.

Шукаючи piezo driverабо piezo linear amplifierне виявляйте нічого більш доступного в моєму пошуку, але сміливо перевірте себе.

Ви також можете прочитати цей документ, написаний лабораторією, яка побудувала менш дорогий драйвер для своїх п'єзоприводів. На жаль, їх драйвер знаходиться в діапазоні 1 кГц, але вони закінчуються, пропонуючи деякі методи, які можуть підвищити кГц. З іншого боку, вони кажуть, що не знають, де взяти деталі, які могли б обробляти більш високі частоти, але може бути корисним читанням, щоб зрозуміти, що ускладнює більш високі частоти і може привести до рішення з деякою наполегливістю.

Перш за все, так, вам знадобиться напруга порядку піка 100 В (70,7 В RMS), щоб загнати 250 Вт в 20 Ом.

Ви можете придбати модулі підсилювача потужності OEM, які охоплюють діапазон потужності та частоти, який вас цікавить; це, мабуть, найкраща ставка з точки зору того, щоб прототип швидко працював з низьким дизайнерським ризиком. Це навіть може бути шлях для виробництва. Обов’язково виберіть агрегат, який може справлятися з ємнісним навантаженням.

Ось один приклад. Цікаво, що я вважаю, що в наші дні модулі підсилювачів звукової потужності майже виключно класу D, пропускна здатність яких обмежена 10 сек кГц. Коли я востаннє дивився на них кілька років тому, вони були класу AB і мали пропускну здатність 100 кГц. Обов’язково введіть у пошукові терміни "п'єзо" або "ультразвуковий".

Я зауважу, що стандартний п'єзо-композиційний перетворювач має пропускну здатність, можливо, приблизно 20% (можливо, октава з досить жорсткою мережею для налаштування), є причина, що всі роблять квадратний хвильовий привід, і це те, що перетворювачі просто не вистачає пропускної здатності, щоб відтворити щось інше, ніж синусоїда, це буквально не має значення, якою формою хвилі приводу є перетворювач, пропускає його в синусоїду ....

Далі навіть у межах цієї пропускної здатності групова затримка змінюється в широких межах, аж до того, що навіть досить розумний багатоцикловий імпульс у воду є досить важким, що Пол Дуст використовував його як демонстрацію партійного трюку (Як у квадратному сплеску синусоїд) ).

Я б припустив, що все, що ви робите, скромний (кілька Ом або близько того) силовий резистор послідовно з виходом підсилювача буде хорошою ідеєю для покращення фазового запасу.

Є звукові підсилювачі, що робитимуть те, що ви хочете, але дешево? Не так вже багато, і, як я кажу, міст Н - це все, що вам дійсно потрібно через обмеження перетворювача (Виняток - це кілька тонів у межах доступної пропускної здатності, коли інтермод може бути проблемою).

Клас D з GaN може бути варіантом, але ніхто ще не має продукту.

З повагою, Ден.