Mi proyecto necesita manejar un transductor piezoeléctrico ultrasónico de potencia media desde un generador de barrido de onda sinusoidal ( / diente de sierra ) que barre +/- 2% de la frecuencia resonante del transductor.
La pregunta: ¿Cuáles son mis opciones más simples para conducir estos transductores desde una señal conformada generada por DDS, con una distorsión razonablemente baja (5-10%)?
- Use un amplificador de potencia IC de un riel de mayor voltaje, con mucho disipador de calor, para conducir directamente el transductor
- Use un amplificador de potencia IC, luego (?) Una etapa de amplificación de corriente del transistor, luego un transformador elevador apropiado (necesita ayuda para identificarlo) para conducir el transductor
- Utilice algún tipo de (necesita ayuda para identificar) amplificador de clase D de alta potencia IC que no necesitaría mucho disipador de calor ( Edición: no es una solución, vea la Nota 7 ).
- Alguna otra opción por completo
- Editar: de la sugerencia a continuación Identifique un módulo amplificador OEM listo para usar que cumpla con los parámetros y restricciones.
ACTUALIZAR: [15-Oct-2012] La opción 5 anterior parece la mejor respuesta, si se puede señalar un módulo OEM adecuado o dos: ninguno se ha encontrado en mi investigación hasta ahora. Por lo tanto, deja la pregunta abierta.
La generación de la forma de onda de barrido es a través de un DDS IC, AD9850, Hoja de datos aquí: AD9850 CMOS 125 MHz Sintetizador DDS completo
Uno de los transductores disponibles para mí: 5938D-25LBPZT-4 ( Transductores ultrasónicos de Langevin )
- Frecuencia resonante: 25 KHz
- Impedancia resonante: 10-20 ohmios
- Capacitancia: 5400 pf +/- 10%
- Potencia de entrada: 60 W
- Hoja de datos: ¡Ojalá pudiera encontrar uno!
El transductor cambiaría caso por caso, de 20KHz a 135KHz, cada uno en el rango de 50-250 vatios, similar en diseño al anterior.
Los diseños de controladores que he visto para estos transductores generalmente usan conmutación, es decir, ondas cuadradas para conducirlos, impulsados por MOSFET, ¡con Vpp 100v en algunos casos! ( ¿Estos dispositivos incluso necesitan ese tipo de voltaje? Editar: evidentemente)
Algunos controladores usan filtros sintonizados para dar forma a la forma de onda a un seno o una aproximación de la misma.
Desafortunadamente, esto no funciona para mis propósitos: el proyecto es un solo dispositivo que primero detectaría las frecuencias resonantes de un transductor conectado en todo el rango de 20-135 kHz, luego barrería cada frecuencia resonante con primero una onda sinusoidal ( Editar: Eliminar este requisito como inviable: luego una señal de diente de sierra, ) a una potencia de salida especificada, generalmente alrededor de la mitad de la potencia nominal del transductor.
Entonces, lo que estoy buscando es la sabiduría de esta comunidad al sugerir un enfoque adecuado para prototipos adecuados para llevar esas formas de onda DDS al transductor. ¡Gracias a todos!
Se agregaron algunas notas basadas en comentarios y respuestas recibidas:
- La precisión de la forma de onda no es súper crítica, la distorsión del 5% es muy aceptable. Los problemas térmicos y el desperdicio de energía a través de la disipación en la etapa del amplificador son preocupaciones mayores. El costo es una preocupación clave, al menos hasta más allá de la etapa de prototipo.
- Se ha sugerido que los módulos de amplificadores OEM preconstruidos que se ajusten a los requisitos podrían ser mi mejor opción. Si bien eso es atractivo, todavía espero alternativas además de un examen de las opciones que he propuesto en mi pregunta, por lo tanto, aún no marqué la respuesta aceptada.
- Todavía no se ha encontrado ningún módulo OEM en línea que cubra un rango de frecuencia de 20KHz a 135KHz, incluso para una salida de 50 vatios. El que se sugiere en una respuesta está diseñado para 3.5KHz, y su frecuencia de conmutación es de 100KHz. (Se eliminó este requisito: Además, ¿no requeriría un ancho de banda mucho más alto que eso para manejar una onda de diente de sierra con una precisión incluso superficial? Los encuestados consideran que la entrega de formas de onda arbitrarias es inalcanzable a un costo razonable. )
- Nuevo enfoque sugerido es una clase B con comentarios. La advertencia mencionada es una alta disipación en esta etapa del amplificador. Entonces dos adjuntos a mi pregunta:
- ¿Existe un CI amplificador monolítico de Clase B que pueda cubrir el rango de frecuencia deseado (20KHz a 135KHz, renunciando a la onda de diente de sierra) y los requisitos de potencia (50 vatios máximo)?
- ¿Cuál es el rango de disipación de calor esperado en una etapa de clase B como porcentaje del suministro de energía esperado al transductor?
- Novedades sobre los amplificadores de clase D, monolíticos u OEM: tendrían que usar frecuencias de conmutación del orden de 800 KHz o más, para admitir una onda sinusoidal de 100-135 KHz con THD razonable. Para un requisito de distorsión del 5%, la frecuencia de conmutación debe ser aún mayor. Tales amplificadores de potencia de clase D de alta frecuencia de conmutación no parecen existir.
