연산 증폭기 레일을 위해 5V / 2A를 + 70 / -70V로 부스트합니까?


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웨어러블 연구 프로젝트를 위해 초음파 "트위터"를 구동하려고합니다. 일반 스피커와 비교하여 트위터의 임피던스는 4kohm 이상으로 매우 높습니다. 결과적으로, 눈에 띄는 전력을 생산하려면 매우 높은 전압이 필요하지만 RMS 전류 소비는 트위터 당 최대 몇 mA입니다. 레일에서 최대 +/- 70V를 수용하고 관심있는 주파수와 매우 잘 작동하는 LTC6090 연산 증폭기를 사용하고 있습니다.

지금까지 나는 상용 12V 전압 레귤레이터와 LT1054 전압 더블 러를 사용하여 레일에서 +/- 22V를 생산했지만 가능한 경우 더 잘하고 싶습니다. 선택의 여지가있는 것처럼 보이지만 여기에 내가 고려하고있는 몇 가지가 있습니다.

  1. 데이터 시트의 22 페이지에있는 애플리케이션 노트를 사용하여 LT8331을 사용하여 약 135V의 전압을 생성 한 다음 일부 BJT 와 함께이 단극-양극 DC 컨버터 와 같은 것을 사용 하여 +/- 65V로 변환하십시오. 아니면 레일에 0 / 135V를 넣고 전압 분배기를 사용하여 5V 신호를 바이어스 할 수 있습니까?

  2. +/- 70V를 생성하는 것과 유사한 구성에서 LM2587 플라이 백 레귤레이터를 사용하십시오. 알려진 최대 출력 전압이 60V이기 때문에 이것이 가능한 것처럼 보이지만 더 높은 출력 전압을 생성하기 위해 여기에서 구성 요소 값을 간단히 변경할 수 있는지 확실하지 않습니다.

LM2587 애플리케이션

  1. LT1054를 사용하여 + 5V를 +/- 10V로 전환 한 다음 두 개의 개별 부스트 IC를 사용하여 +/- 70V로 전환하십시오.

이들 중 일부의 경우 여러 단계로 향상해야 할 수도 있습니다. 다른 스테이지의 입력으로 사용할 수있는 5-> 35V 레귤레이터가 있습니다. 이것은 비효율적이지만 내 응용 프로그램은 전력 집약적이지 않고 전류가 거의 필요하지 않으며 대부분 개념 증명 이므로이 시점에서 나에게는 문제가되지 않습니다.

본질적으로, 나는 이것을하는 가장 좋은 방법을 알고 싶습니다. 내가이 문제에 직면 한 첫 번째 사람이 아닐 수도 있으며 비효율적이거나 신뢰할 수 없거나 위험한 방식으로 터널 비전을 피하거나 바퀴를 재발 명하려고합니다. 높은 수준의 설계 조언부터 도움이 될 수있는 특정 구성 요소 또는 토폴로지에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

이 스택 교환을 처음 사용하므로 구성 요소 데이터 시트에 대한 링크가 부족하다는 것을 용서하십시오. 게시 할 담당자가 충분하지 않습니다.


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왜 5V와 같은 저전압에서 앰프를 작동시킬 수없고 신호 진폭을 10-20 배 높이기 위해 변압기를 사용할 수 없습니까?
jms

나는 그렇게하지 않았다고 인정해야합니다. 나는 매우 작은 것을 찾을 수 없었기 때문에 첫 번째 반복에서 변압기를 피하려고 노력했지만 다시 살펴볼 때가되었습니다.
Ian Reynolds

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초음파 주파수 (이 모기 리 펠러를 어떤 주파수에서 구동 할 계획입니까?)에서 변압기는 다행히 50 / 60Hz AC 주 주파수에서 사용할 수있는 것보다 훨씬 작습니다. 아직 고려하지 않은 다른 옵션 : 센터 탭 인덕터로 벅-부스트 토폴로지 컨버터를 구축 할 수 있습니다. 인덕터의 한쪽 끝은 + 70V 레일을 공급하고 다른 쪽 끝은 -70V 레일을 공급하고 중앙 탭은 "신호 접지"(전원 공급 장치 GND에 연결하지 않음)를 제공하여 입력 신호를 결합 할 수 있습니다 에.
Robherc KV5ROB

@IanReynolds : 결국 스위칭 컨버터가하는 일과 비슷한 종류의 주파수에서 정확하게 작동합니다. 따라서 대략 비슷한 인덕터가 필요하다.
Brian Drummond

@ RobhercKV5ROB이 장치는 약 30-80kHz 범위에서 처프 및 클릭과 같은 광대역 신호를 출력하도록 설계되었습니다. 상용 변압기, 특히 표면에 장착되도록 설계된 작은 변압기를 구입하는 방법을 잘 모르겠습니다. 가 시작하기 좋은 장소? 주파수 범위가 올바르게 보이고 내 요구에 맞는 임피던스 비율을 선택할 수 있습니다.
이안 레이놀즈

답변:


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의견에 제안 된 것처럼 op amp의 출력을 높이기 위해 모든 종류의 오디오 출력 변압기를 사용하지 않는 것이 좋습니다. 잘못 이해하지 마십시오. 완벽하게 유효하고 자주 사용되는 기술입니다. 실제로, 이는 일종의 임피던스 정합이며, 임피던스 정합 변압기는이를 위해 훌륭하게 작동하며, 낮은 임피던스 증폭기가 출력 파형을 효과적으로 강화함으로써 훨씬 높은 임피던스의 음성 코일을 구동하게합니다.

문제는 음성 코일을 구동하지 않고 압전 초음파 변환기를 구동하기 때문에 애플리케이션에서 전혀 작동하지 않는다는 것입니다.

전통적인 스피커를 구동하기 위해 작동하는 많은 일반적인 기술은 현재 상황에 적용 할 수 없기 때문에이 점을 알아야합니다. 보이스 코일은 전류 흐름에 의해 편향되며 임피던스는 본질적으로 저항성 및 유도 성입니다. 초음파 변환기는 그런 것이 아닙니다. 임피던스는 완전히 용량 성입니다그리고 DC에 개방 회로. 전류가 아닌 플레이트 간의 전하 차이에 의해 작동됩니다. 따라서 효과적으로 전압에 의해 직접 편향됩니다. 실제로 극성이 필요하고 변압기를 통해 결합하면이를 잃을 수 있으므로 동기 출력 정류 단계를 사용하여 변압기 출력의 극성을 복원해야합니다. 스피커를 구동 할 때는 문제가되지 않지만 이런 종류의 부하에서는 중요합니다. 플레이트 충전을 직접 또는 밖으로 당겨서 구동해야하며, 이렇게해야하는 방식은 처음부터 계획했던 방식입니다.

그래도 몇 가지 옵션이 있습니다.

  1. 넓은 공급 레일과 함께 고전압 연산 증폭기를 사용할 수 있습니다. 또는
  2. 고전압 레일에 연결된 푸시 풀 출력 스테이지를 제어하는 ​​저전압 연산 증폭기를 사용하십시오.

나는 1이 최고의 성능을 가지고 더 간단하고 쉬울 것이라고 생각합니다. 특히 작업 할 신호의 특성을 고려하십시오. 칩, 클릭, 기타 다양한 것들을 최소화하고 최소한의 왜곡으로 증폭해야합니다. 옵션 2는 실제로 성능이 필요할 때만 저전압 연산 증폭기에서만 찾을 수 있지만 응용 프로그램을 위해 특별히 설계된 연산 증폭기가 있기 때문에 실제로는 80kHz 정상에 대해서만 이야기하고 있습니다. 옵션 2를 시도해야 할 이유가 보이지 않습니다. 옵션 1을 제안합니다. LTC6090은 정확히 사용해야하는 용도에 매우 적합합니다. 열 패드 영역까지 모든 것이 설명됩니다.

레일을 얻는 것과 관련하여 LTC6090의 데이터 시트에는 실제로 ± 65V 또는 ± 70V 레일을 생산하기위한 전용 회로도가 포함되어 있습니다. 사용할 수 있지만 토폴로지가 핵심입니다. 제 생각에는 플라이 백 컨버터가 가장 좋습니다. 5V ~ 70V는 부스트 컨버터에 비해 너무 높은 비율입니다. LTC8331은 135V로 더욱 발전하고 있으며 5V에서 135V를 만들 수는 있지만 효율적이거나 예쁘지 않다. 그리고 탭 인덕터가 가상 접지를 만드는 데 사용 가능한 것이라고 생각하지 않습니다. 두 개의 출력 권선이있는 플라이 백 컨버터를 사용하는 것이 더 간단하고 저렴하며 실용적입니다.

플라이 백 컨버터에 겁 먹지 말고 벅 부스트 컨버터를 뒤집는 것뿐입니다. 난 당신이 아니에요. 회로를보십시오. 그것들은 같은 회로, 같은 변환기, 같은 것입니다. 유일한 차이점은 플라이 백에 인덕터의 동일한 코어에 두 개 이상의 권선이 있다는 것입니다. 그리고 원하는 극성에 따라 다이오드가 한 가지 방법이 될 수도 있습니다. 솔직히 LTC6090의 데이터 시트에 제안 된대로 LTC3411을 사용하는 것이 좋습니다. 그래도 LTC3412가 더 많은 전류를 원할 수 있습니다. LTC3411은 전류 용량이 두 배인 LTC3411입니다. 불행히도, 데이터 시트에서 Würth Transformer Linear가 제안하는 다소 고가 (단일 수량으로 6 달러)를 사용해야 할 것입니다. 플라이 백 트랜스포머에는 실제로 적절한 트랜스포머가 필요하지 않으며 연결된 인덕터 만 있으면됩니다. 그러나 3 개의 권선이있는 결합 된 인덕터가 거의 없으며 100 + V (헤드 룸을 원할 것) 인 정격이 의심됩니다. Würth 변압기는 작고 표면에 장착되며 각 2 차 권선에서 150V를 안전하게 처리 할 수 ​​있습니다. 당신은 Würth에 잘못 갈 수 없지만, 그들은 당신이 특권을 지불하게 할 것입니다.

아마도 BOM을 유지하고 싶지만 저를 믿으십시오. LTC3411 / 2와 같은 변환기의 응용 회로도를 '복사하여 붙여 넣기'하는 데 드는 시간과 두통과 합병증의 가치가 없습니다. Linear의 스위칭 부품은 사용하기에 가장 쉽고 사용하기 쉽고 가장 비싸기 때문에 일반적으로 선형 부품으로 시작하는 것이 좋습니다. 스위칭 컨버터에 대한 경험이 풍부하고 편안 해지면 TI도 훌륭하고 훨씬 저렴하지만 종종 사용하기 쉽지는 않습니다.

당신은 초음파 처프와 후트에 대해 걱정해야합니다. 그렇지 않은 것은, 이것이 당신이 당신이하는 것을 다룰 수 있도록 전원 공급 장치를 다루지 않아도되도록 조금 더 지불하는 것이 합리적 인 상황 중 하나라고 생각합니다. 실제로 다시하고 있습니다. Würth 변압기를 잡을 수 있다면 LTC3412 데이터 시트의 22 페이지에 나와있는 회로도를 따르 거나 10 페이지에 변압기와 잠재적 인 출력 표가 있습니다. 회로는 5V 입력에서 잘 작동하지만 출력 전력은 줄어 듭니다. EVLO 분배기를 5V로만 조정하면됩니다 (또는 VIN에 직접 연결).


이것은 훌륭한 답변이며 시간을내어 시간을내어 주셔서 감사합니다.로드를 용량 성으로 생각하지 않았습니다 (제조업체가 주파수, yikes!) 그래서 당신은 나에게 많은 두통을 저장했을 것입니다. 6090 데이터 시트의 회로도를 사용하겠습니다. 6 달러짜리 변압기를 구입한다고해서 당분간이 중 하나만 구축하면되기 때문에 은행을 깰 수는 없습니다. 다시 한번 감사드립니다!
이안 레이놀즈

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@IanReynolds-항상 최소 2 개의 프로토 타입을 만드십시오! 그렇게하면 첫 번째를 돌파 할 때 두 번째와 함께 일할 수 있습니다. 나 거기 가봤 어.
코너 울프
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