Lái xe đầu dò siêu âm 50W-250W với sin: Bất kỳ IC amp công suất nguyên khối Class B 135KHz nào?

Dự án của tôi cần phải điều khiển một đầu dò áp điện siêu âm công suất trung bình từ một máy phát quét sóng hình sin ( / sawtooth ) quét +/- 2% tần số cộng hưởng đầu dò.

Câu hỏi: Các tùy chọn đơn giản nhất của tôi để điều khiển các bộ chuyển đổi này từ tín hiệu hình DDS được tạo ra, với độ méo khá thấp (5-10%) là gì?

1. Sử dụng IC khuếch đại công suất ra khỏi đường ray điện áp cao hơn, với rất nhiều tản nhiệt, để lái trực tiếp đầu dò
2. Sử dụng IC khuếch đại công suất, sau đó (?) Giai đoạn khuếch đại dòng bán dẫn, sau đó là máy biến áp tăng cường (cần trợ giúp xác định) để điều khiển đầu dò
3. Sử dụng một số loại IC khuếch đại công suất cao loại D (cần trợ giúp) không cần tản nhiệt nhiều ( Chỉnh sửa: Không phải là giải pháp, xem Lưu ý 7 ).
4. Một số tùy chọn khác hoàn toàn
5. Chỉnh sửa: Từ đề xuất bên dưới Xác định mô-đun bộ khuếch đại OEM có sẵn đáp ứng các tham số và ràng buộc.

CẬP NHẬT: [15 tháng 10 năm 2012] Tùy chọn 5 ở trên có vẻ là câu trả lời tốt nhất, nếu một hoặc hai mô-đun OEM phù hợp có thể được chỉ ra - Không tìm thấy trong nghiên cứu của tôi cho đến nay. Do đó để lại câu hỏi mở.

Việc tạo dạng sóng quét thông qua IC DDS, AD9850, Datasheet tại đây: Bộ tổng hợp DDS hoàn chỉnh AD9850 CMOS 125 MHz

Một trong những đầu dò có sẵn cho tôi: 5938D-25LBPZT-4 ( Đầu dò siêu âm Langevin )

• Tần số cộng hưởng: 25 KHz
• Trở kháng cộng hưởng: 10-20 Ohms
• Điện dung: 5400 pf +/- 10%
• Công suất đầu vào: 60W
• Bảng dữ liệu: Tôi ước tôi có thể tìm thấy một!

Bộ chuyển đổi sẽ thay đổi từng trường hợp, từ 20KHz thành 135KHz, mỗi bộ trong dải 50-250 watt, có thiết kế tương tự như trên.

Các thiết kế trình điều khiển mà tôi đã thấy cho các bộ chuyển đổi này thường sử dụng chuyển đổi tức là sóng vuông để điều khiển chúng, điều khiển MOSFET, với Vpp 100v trong một số trường hợp! ( Các thiết bị này thậm chí có cần loại điện áp đó không? Chỉnh sửa: Rõ ràng là như vậy)

Một số trình điều khiển sử dụng các bộ lọc được điều chỉnh để định hình dạng sóng thành hình sin hoặc xấp xỉ.

Thật không may, điều này không hoạt động cho mục đích của tôi, thật không may - Dự án là một thiết bị đầu tiên phát hiện tần số cộng hưởng của một bộ chuyển đổi được gắn trên toàn dải 20-135KHz, sau đó quét xung quanh từng tần số cộng hưởng với sóng hình sin đầu tiên, ( Chỉnh sửa: Loại bỏ yêu cầu này là không khả thi: sau đó là tín hiệu răng cưa, ) tại một đầu ra công suất được chỉ định, thường là khoảng một nửa công suất định mức của đầu dò.

Vì vậy, điều tôi đang tìm kiếm là sự khôn ngoan của cộng đồng này trong việc đề xuất một cách tiếp cận thân thiện với nguyên mẫu phù hợp để đưa các dạng sóng DDS đó đến đầu dò. Cảm ơn tất cả!

Đã thêm một số ghi chú dựa trên nhận xét và phản hồi nhận được:

1. Độ chính xác của dạng sóng không phải là cực kỳ quan trọng, độ méo 5% là rất chấp nhận được. Các vấn đề về nhiệt và lãng phí điện năng thông qua sự tiêu tán trong giai đoạn khuếch đại là mối quan tâm lớn hơn. Chi phí là một mối quan tâm chính, ít nhất là cho đến khi qua giai đoạn nguyên mẫu.
2. Nó đã được đề xuất rằng các mô-đun khuếch đại OEM dựng sẵn phù hợp với các yêu cầu có thể là lựa chọn tốt nhất của tôi. Mặc dù điều đó không hấp dẫn, tôi vẫn hy vọng các lựa chọn thay thế ngoài và kiểm tra các lựa chọn tôi đã đề xuất trong câu hỏi của mình, do đó không đánh dấu câu trả lời được chấp nhận.
3. Không tìm thấy bất kỳ mô-đun OEM trực tuyến nào bao gồm dải tần từ 20KHz đến 135KHz, ngay cả đối với đầu ra 50 watt. Một gợi ý trong phản hồi được thiết kế cho 3,5KHz và tần số chuyển đổi của nó là 100KHz. ( Bỏ yêu cầu này: Ngoài ra, tôi sẽ không yêu cầu băng thông cao hơn thế nữa, để xử lý sóng răng cưa với độ chính xác thậm chí khó hiểu? phân phối dạng sóng tùy ý được người trả lời xem là không thể đạt được với chi phí hợp lý. )
4. Cách tiếp cận được đề xuất mới là Lớp B có phản hồi. Caveat được đề cập là tản cao ở giai đoạn khuếch đại này. Vì vậy, hai điều chỉnh cho câu hỏi của tôi:
5. Có IC khuếch đại Class B nguyên khối nào có thể bao phủ dải tần mong muốn (20KHz đến 135KHz, từ bỏ sóng răng cưa) và yêu cầu công suất (tối đa 50 watt) không?
6. Phạm vi tản nhiệt dự kiến ​​ở giai đoạn B như vậy là bao nhiêu phần trăm của việc cung cấp năng lượng dự kiến ​​cho đầu dò?
7. Mới về bộ khuếch đại Class D, nguyên khối hoặc OEM: Họ sẽ cần sử dụng tần số chuyển đổi có thứ tự từ 800KHz trở lên, để hỗ trợ sóng hình sin 100-135KHz với THD hợp lý. Đối với yêu cầu biến dạng 5%, tần số chuyển đổi phải cao hơn nữa. Bộ khuếch đại công suất loại D tần số cao như vậy dường như không tồn tại.

Hãy thử các bộ khuếch đại tuyến tính được thực hiện bởi Apex . Chúng được thiết kế đặc biệt cho ứng dụng siêu âm.

Trong nhiều ứng dụng siêu âm, bạn thực sự sẽ cần phải làm việc với các khác biệt tiềm năng vượt quá 100V để cung cấp đủ công suất âm cho môi trường. Điều này là do trở kháng khá thấp mà các đầu dò hiện diện bằng điện. Việc dự đoán mức độ điện áp bạn cần để đạt được áp suất âm đặt là không thể, vì các chức năng truyền tải là không tầm thường.

Nhiều ứng dụng siêu âm không quan tâm khủng khiếp đến dạng sóng kích thích. Đây là lý do tại sao nhiều giai đoạn khuếch đại công suất là cấu hình đẩy-kéo rất đơn giản cho đầu ra sóng vuông. Lợi thế của họ là hai lần:

1. chúng có thể được điều khiển dễ dàng từ các mạch tạo tín hiệu điện áp thấp và
2. chúng tiêu tan rất ít năng lượng trong các phần tử chuyển mạch vốn là một hạn chế thiết kế phổ biến. (Do thực tế là các đầu dò siêu âm có dải tần khá hẹp, sự tiêu tán năng lượng được chuyển sang cáp và đầu dò. Thường việc làm mát đầu dò dễ dàng hơn nhiều.)

Trong các tình huống mà dạng sóng tín hiệu là quan trọng, các giai đoạn khuếch đại công suất tôi gặp trong quá khứ thường là các cấu hình kéo đẩy loại B với phản hồi âm để tránh méo chéo được cung cấp từ đường ray điện áp cao. Nghe có vẻ như đây là cách để bạn đi vào tình huống của bạn. Lưu ý: sẽ có công suất không đáng kể tiêu tan trong các phần tử chuyển mạch của bạn.

Tôi nghĩ rằng Piezo Systems EPA-104-115 phù hợp với tất cả các tiêu chí của bạn ngoại trừ các tiêu chí chi phí thấp. Nó có giá 2.639 đô la.

Các AA Lab Hệ thống A-301HS cũng có thể phù hợp và có lẽ là rẻ như bạn sẽ tìm thấy. Tôi thấy một cái trên ebay với giá 975 đô la.

Tìm kiếm piezo driver hoặc piezo linear amplifierkhông tìm thấy bất cứ điều gì hợp lý hơn trong tìm kiếm của tôi, nhưng hãy tự kiểm tra lại.

Bạn cũng có thể muốn đọc bài báo này được viết bởi một phòng thí nghiệm đã xây dựng một trình điều khiển ít tốn kém hơn cho các bộ truyền động piezo của họ. Thật không may, trình điều khiển của họ nằm trong phạm vi 1kHz nhưng họ kết thúc bằng cách đề xuất một số phương pháp có thể làm tăng tần số kHz. Mặt khác, họ nói rằng họ không chắc chắn nơi nào có được các bộ phận có thể xử lý tần số cao hơn, nhưng có thể là một cách đọc hữu ích để hiểu điều gì làm cho tần số cao trở nên khó khăn và có thể dẫn đến một giải pháp với sự kiên trì.

Trước hết, vâng, bạn sẽ cần điện áp theo thứ tự đỉnh 100V (70,7V RMS) để truyền 250W vào 20Ω.

Bạn có thể mua các mô-đun bộ khuếch đại công suất OEM bao gồm dải công suất và tần số bạn quan tâm; đây có lẽ là đặt cược tốt nhất của bạn về việc giúp nguyên mẫu hoạt động nhanh chóng với rủi ro thiết kế thấp. Nó thậm chí có thể là cách để đi vào sản xuất. Hãy chắc chắn chọn một đơn vị có thể đối phó với tải điện dung.

Đây là một ví dụ. Thật thú vị, tôi thấy rằng các mô-đun bộ khuếch đại công suất âm thanh ngày nay hầu như chỉ có loại D, với dải tần được giới hạn ở 10s kHz. Khi tôi nhìn vào những lần trước đây vài năm trước, chúng là lớp AB và có băng thông 100 kHz. Hãy chắc chắn bao gồm "piezo" hoặc "siêu âm" trong cụm từ tìm kiếm của bạn.

Tôi sẽ quan sát rằng một bộ chuyển đổi hỗn hợp piezo hoặc piezo tiêu chuẩn có băng thông có thể khoảng 20% ​​hoặc hơn (Có thể là một quãng tám với mạng kết hợp khá khó điều chỉnh), có một lý do khiến mọi người đều truyền động sóng vuông, và đó là bộ chuyển đổi chỉ cần không có đủ băng thông để tái tạo bất cứ thứ gì khác ngoài sóng hình sin, nó thực sự không quan trọng hình thức sóng ổ đĩa là gì, bộ chuyển đổi sẽ băng nó thành sóng hình sin ....

Hơn nữa, ngay cả trong phạm vi băng thông đó, độ trễ của nhóm rất khác nhau, đến mức ngay cả việc đặt một xung đa chu kỳ vuông hợp lý vào nước cũng khó đến mức Paul Doust đã sử dụng nó như một bản demo lừa đảo (Như trong một đợt sóng hình sin vuông ).

Tôi sẽ đề nghị rằng bất cứ điều gì bạn làm, một điện trở công suất khiêm tốn (vài ohms hoặc hơn) nối tiếp với đầu ra bộ khuếch đại sẽ là một ý tưởng tốt để giúp lề pha.

Có ampe âm thanh những gì sẽ làm những gì bạn muốn, nhưng giá rẻ? Không quá nhiều, và như tôi nói một cây cầu H là tất cả những gì bạn thực sự cần vì những hạn chế của bộ chuyển đổi (Ngoại lệ là nhiều âm trong băng thông có sẵn trong đó intermod có thể là một vấn đề).

Lớp D với GaN có thể là một lựa chọn nhưng chưa ai thực sự có sản phẩm.

Trân trọng, Dân.