사인으로 50W-250W 초음파 트랜스 듀서 구동 : 모든 클래스 B 135KHz 모 놀리 식 파워 앰프 IC?

내 프로젝트 는 변환기 공진 주파수의 +/- 2 %를 스위핑 하는 사인파 ( / 톱니 ) 스위프 생성기 에서 중 출력 초음파 압전 트랜스 듀서를 구동해야합니다 .

문제 : 왜곡이 비교적 낮은 (5-10 %) DDS 생성 형태의 신호에서 이러한 트랜스 듀서를 구동하는 가장 간단한 옵션은 무엇입니까?

1. 트랜스미터를 직접 구동하기 위해 방열판이 많은 고전압 레일에서 파워 앰프 IC를 사용하십시오.
2. 전력 증폭기 IC를 사용한 다음 트랜지스터 전류 증폭 단계 (?)를 사용하고 변환기를 구동하기 위해 적절한 (증가 필요) 승압 변압기를 사용하십시오.
3. 히트 싱크가 많이 필요하지 않은 클래스 D 고전력 증폭기 IC를 사용 하십시오 ( 편집 : 솔루션이 아님, 참고 7 참조 ).
4. 다른 옵션은 전적으로
5. 편집 : 아래 제안 에서 매개 변수 및 제약 조건을 충족하는 기성품 OEM 앰프 모듈을 식별하십시오.

업데이트 : [2012 년 10 월 15 일] 위의 옵션 5 는 적합한 OEM 모듈 또는 두 개를 지적 할 수있는 경우 가장 좋은 답변 인 것 같습니다 . 따라서 질문을 열어 둡니다.

스위프 파형 생성은 DDS IC, AD9850을 통해 이루어집니다. 여기에서 데이터 시트 : AD9850 CMOS 125MHz Complete DDS 신시사이저

사용 가능한 변환기 중 하나 : 5938D-25LBPZT-4 ( 초음파 Langevin 변환기 )

• 공진 주파수 : 25 KHz
• 공진 임피던스 : 10-20 Ohms
• 캐패시턴스 : 5400 pf +/- 10 %
• 입력 파워 : 60W
• 데이터 시트 : 하나를 찾을 수 있으면 좋겠다!

트랜스 듀서는 각각 50-250 와트 범위에서 20KHz에서 135KHz로 변경 될 수 있으며, 위의 설계와 유사합니다.

이 트랜스 듀서에 대해 본 드라이버 디자인은 일반적으로 스위칭, 즉 구형파를 사용하여 구동합니다. MOSFET 구동, 경우에 따라 Vpp 100v 사용! ( 이러한 장치에도 이런 종류의 전압이 필요합니까? 편집 : 분명히 그렇습니다)

일부 드라이버는 튜닝 된 필터를 사용하여 파형을 사인 또는 근사치로 만듭니다.

불행히도 내 목적으로는 효과가 없습니다.이 프로젝트는 전체 범위 20-135KHz에서 연결된 트랜스 듀서의 공진 주파수를 먼저 감지 한 다음 사인파로 각 공진 주파수를 스위핑하는 단일 장치입니다 ( 편집 : 이 요구 사항을 실현할 수없는 것으로 제거 : 지정된 전력 출력에서 톱니 신호 ), 일반적으로 트랜스 듀서의 정격 전력의 약 절반 정도.

따라서 제가 찾고자하는 것은 DDS 파형을 트랜스 듀서로 가져 오는 데 적합한 프로토 타입 친화적 인 접근 방식을 제안하는이 커뮤니티의 지혜입니다. 모두 감사합니다!

접수 된 의견과 답변을 바탕으로 몇 가지 메모 를 추가했습니다 .

1. 파형 정확도는 매우 중요하지 않으며 5 % 왜곡이 허용됩니다. 증폭기 단계에서 손실로 인한 열 문제와 전력 낭비가 더 큰 문제입니다. 적어도 프로토 타입 단계를 거치기 전까지는 비용이 주요 관심사입니다.
2. 요구 사항에 맞는 사전 제작 된 OEM 앰프 모듈이 최선의 방법이라고 제안되었습니다. 그것이 호소력이있는 동안, 나는 여전히 내 질문에 제안한 옵션에 대한 대안과 시험을 대안으로 바라고 있기 때문에 아직 대답을 받아들이지 않았습니다.
3. 50 와트 출력에서도 20KHz ~ 135KHz 주파수 범위를 지원하는 OEM 모듈을 온라인에서 찾을 수 없습니다. 응답에서 제안 된 것은 3.5KHz를 위해 설계되었으며 스위칭 주파수는 100KHz입니다. ( 이 요구 사항을 삭제 : 또한 커서 정확도로 톱니 파를 처리하기 위해 그보다 훨씬 높은 대역폭이 필요하지 않습니까? 톱니 요구 사항을 건너 뛰고 톱니 또는 기타 응답자는 합리적인 비용으로 임의 파형을 전달할 수없는 것으로 보입니다. )
4. 새로운 제안 방법은 피드백이있는 클래스 B입니다. 언급 된주의 사항은이 증폭기 단계에서 높은 소실입니다. 내 질문에 두 가지 부속물이 있습니다.
5. 원하는 주파수 범위 (20KHz ~ 135KHz, 톱니파 포기) 및 전력 요구 사항 (최대 50 와트)을 포괄 할 수있는 모 놀리 식 클래스 B 증폭기 IC가 있습니까?
6. 트랜스 듀서에 예상되는 전력 공급의 백분율로 이러한 클래스 B 단계에서 예상되는 방열 범위는 얼마입니까?
7. 새로운 클래스 D 앰프, 모 놀리 식 또는 OEM 소개 : 그들은 합리적인 THD와 100-135KHz 사인파를 지원하기 위해, 800KHz 이상의 순서의 스위칭 주파수를 사용해야합니다. 5 % 왜곡 요구 사항을 위해서는 스위칭 주파수가 훨씬 높아야합니다. 이러한 높은 스위칭 주파수 클래스 D 전력 증폭기는 존재하지 않는 것 같습니다.

Apex 사가 만든 이 선형 증폭기를 사용해보십시오 . 그들은 초음파 응용을 위해 특별히 설계되었습니다.

많은 초음파 응용 분야에서는 매체에 충분한 음향 출력을 제공하기 위해 100V를 초과하는 전위차로 작동해야합니다. 이는 트랜스 듀서가 전기적으로 제공하는 임피던스가 상당히 낮기 때문입니다. 그러나 전달 기능이 중요하지 않기 때문에 설정된 음압을 달성하는 데 필요한 전압의 양을 예측하는 것은 불가능합니다.

많은 초음파 어플리케이션은 여기 파형과 크게 관련이 없습니다. 이것이 많은 전력 증폭기 스테이지가 구형파 출력을 제공하는 매우 간단한 푸시 풀 구성 인 이유입니다. 그들의 장점은 두 가지입니다.

1. 저전압 신호 생성 회로에서 쉽게 구동 할 수 있으며
2. 이들은 일반적인 설계 제약 인 스위칭 소자에서 전력을 거의 소비하지 않습니다. (초음파 변환기가 상당히 협 대역이기 때문에 에너지 소비가 케이블과 변환기로 이동합니다. 변환기를 냉각하는 것이 훨씬 쉽습니다.)

신호 파형이 중요한 상황에서 과거에 경험했던 전력 증폭기 단계는 일반적으로 고전압 레일에서 공급되는 크로스 오버 왜곡을 피하기 위해 네거티브 피드백을 갖는 클래스 B 푸시 풀 구성이었습니다. 이것이 당신의 상황에 갈 수있는 길이라고 들립니다. 참고 : 스위칭 소자에서 무시할 수없는 전력이 소실됩니다.

내 생각 엔 Piezo Systems EPA-104-115 는 저비용 기준을 제외한 모든 기준에 적합 합니다. 비용은 $ 2,639입니다.

그만큼 AA 랩 시스템 A-301HS는 또한 적합하고 찾을 수 있습니다로 저렴로 아마 수 있습니다. 나는 $ 975에 ebay에 하나를 보았다.

검색 중 piezo driverpiezo linear amplifier내 검색에서 더 저렴한 것을 하거나 찾지 않았지만 자유롭게 다시 확인하십시오.

실험실에서 작성한 압전 액츄에이터 용 저가 드라이버를 작성한 이 백서 를 읽어보십시오 . 불행히도 드라이버는 1kHz 범위에 있지만 kHz를 높일 수있는 방법을 제안함으로써 끝납니다. 반면에 그들은 더 높은 주파수를 처리 할 수있는 부품을 어디에서 구해야할지 확실하지 않지만 더 높은 주파수를 어렵게 만드는 요소를 이해하고 약간의 인내력을 갖춘 솔루션으로 이끌 수 있다고하는 것이 도움이 될 수 있습니다.

우선, 250W를 20Ω으로 구동하려면 100V 피크 (70.7V RMS) 정도의 전압이 필요합니다.

관심있는 전력 및 주파수 범위를 포괄하는 OEM 전력 증폭기 모듈을 구입할 수 있습니다. 낮은 디자인 위험으로 프로토 타입을 빠르게 작동시키는 것이 가장 좋습니다. 심지어 생산을위한 길일 수도 있습니다. 용량 성 부하를 처리 할 수있는 장치를 선택하십시오.

한 가지 예가 있습니다. 흥미롭게도 요즘 오디오 전력 증폭기 모듈은 거의 독점적으로 클래스 D이며 대역폭이 10s kHz로 제한되어 있습니다. 몇 년 전에 마지막으로 살펴봤을 때 클래스 AB 였고 대역폭은 100 kHz였습니다. 검색어에 "piezo"또는 "ultrasonic"을 포함 시키십시오.

표준 피에조 또는 피에조 복합 트랜스 듀서의 대역폭이 20 % 정도 (튜닝을 위해 상당히 하드 코어 매칭 네트워크를 가진 옥타브 일 수 있음)를 가지고 있으며, 모두가 구형파 구동을하는 이유가 있으며, 트랜스 듀서가 사인파 이외의 다른 신호를 재생할 수있는 충분한 대역폭이 없으면 드라이브 파형이 트랜스 듀서가 사인파로 대역 통과하는 것이 무엇이든 상관 없습니다.

또한 대역폭 내에서도 그룹 지연이 광범위하게 변하기 때문에 폴 다우 스트가 파티 트릭 데모로 사용하기에 합리적으로 제곱 멀티 사이클 펄스를 물에 넣는 것조차 어렵습니다 (사인파의 제곱 버스트에서와 같이) ).

앰프 출력과 직렬로 제공되는 적당한 (몇 옴 정도의) 전력 저항은 위상 마진을 돕는 것이 좋습니다.

당신이 원하는 것을 할 것입니다,하지만 저렴한 오디오 앰프가 있습니까? 그다지 많지 않으며 트랜스 듀서 제한으로 인해 H 브리지 만 있으면됩니다 (인터 모드가 문제가 될 수있는 가용 대역폭 내에서 다중 톤은 예외).

GaN이 포함 된 클래스 D는 옵션 일 수 있지만 아직 아무도 아직 제품을 가지고 있지 않습니다.

감사합니다, 댄