Meu projeto precisa acionar um transdutor piezoelétrico ultrassônico de média potência a partir de um gerador de varredura de onda senoidal ( / dente de serra ) que varre +/- 2% da frequência ressonante do transdutor.
A pergunta: Quais são as minhas opções mais simples para direcionar esses transdutores a partir de um sinal em forma gerado por DDS, com distorção razoavelmente baixa (5-10%)?
- Use um IC de amplificador de potência em um trilho de alta tensão, com muito dissipador de calor, para acionar diretamente o transdutor
- Use um IC do amplificador de potência, depois (?) Um estágio de amplificação da corrente do transistor e, em seguida, um transformador de expansão apropriado (necessário de ajuda na identificação) para acionar o transdutor
- Use algum tipo de IC de amplificador de alta potência classe D (necessário de ajuda para identificar) que não precisaria de muito dissipação de calor ( Editar: Não é uma solução, consulte a Nota 7 ).
- Alguma outra opção inteiramente
- Edit: From sugestão abaixo Identifique um módulo amplificador OEM pronto para uso que atenda aos parâmetros e restrições.
ATUALIZAÇÃO: [15-out-2012] A opção 5 acima parece ser a melhor resposta, se um ou dois módulos OEM adequados puderem ser apontados - Nenhum encontrado em minha pesquisa até agora. Portanto, deixando a pergunta em aberto.
A geração da forma de onda de varredura é feita através de um IC DDS, AD9850, folha de dados aqui: AD9850 CMOS 125 MHz Sintetizador DDS completo
Um dos transdutores disponíveis para mim: 5938D-25LBPZT-4 ( transdutores ultrassônicos Langevin )
- Frequência de ressonância: 25 KHz
- Impedância ressonante: 10-20 Ohms
- Capacitância: 5400 pf +/- 10%
- Potência de entrada: 60W
- Ficha técnica: Gostaria de encontrar um!
O transdutor mudaria caso a caso, de 20KHz para 135KHz, cada um na faixa de 50-250 watts, com design semelhante ao descrito acima.
Os projetos de driver que eu vi para esses transdutores geralmente usam comutação, ou seja, ondas quadradas para acioná-los, acionados por MOSFET, com Vpp 100v em alguns casos! ( Esses dispositivos ainda precisam desse tipo de voltagem? Edit: Evidentemente)
Alguns drivers usam filtros ajustados para moldar a forma de onda em um seno ou aproximação dela.
Infelizmente, isso não funciona para os meus propósitos - o projeto é um dispositivo único que primeiro detectava as frequências ressonantes de um transdutor conectado em toda a faixa de 20 a 135KHz e depois varria cada frequência ressonante com a primeira onda senoidal ( Edit: Removendo esse requisito como inviável: um sinal de dente de serra ) em uma potência especificada, geralmente em torno da metade da potência nominal do transdutor.
Então, o que eu estou procurando é a sabedoria dessa comunidade em sugerir uma abordagem adequada para protótipos para levar essas formas de onda DDS ao transdutor. Obrigado a todos!
Adicionadas algumas notas com base nos comentários e respostas recebidas:
- A precisão da forma de onda não é super-crítica, distorção de 5% é muito aceitável. Problemas térmicos e desperdício de energia por dissipação no estágio do amplificador são preocupações maiores. O custo é uma preocupação importante, pelo menos até o estágio de protótipo.
- Foi sugerido que os módulos amplificadores OEM pré-criados que atendem aos requisitos podem ser minha melhor aposta. Embora isso apele, ainda estou esperando por alternativas além das análises que eu propus na minha pergunta e, portanto, não marcando a resposta aceita ainda.
- Ainda não foi encontrado nenhum módulo OEM on-line que cubra uma faixa de frequência de 20KHz a 135KHz, mesmo para uma saída de 50 watts. O sugerido em uma resposta foi desenvolvido para 3,5 KHz e sua frequência de comutação é de 100 KHz. ( Eliminou este requisito: além disso, eu não exigiria largura de banda muito superior a isso para lidar com uma onda de dente de serra com precisão ainda superficial? Talvez eu precise ignorar o requisito de dente de serra e restringir minha pergunta a ondas senoidais, se o dente de serra ou outro entrega arbitrária de forma de onda é vista pelos entrevistados como inatingível a um custo razoável. )
- A nova abordagem sugerida é uma classe B com feedback. A advertência mencionada é alta dissipação neste estágio do amplificador. Então, dois adjuntos para a minha pergunta:
- Existe um IC amplificador monolítico de Classe B que possa cobrir a faixa de frequência desejada (20 KHz a 135 KHz, desistindo da onda dente de serra) e os requisitos de energia (50 watts no máximo)?
- Qual é o intervalo de dissipação de calor esperado em um estágio dessa classe B, como uma porcentagem da entrega de energia esperada ao transdutor?
- Novidades sobre os amplificadores de classe D, monolíticos ou OEM: eles precisariam usar frequências de chaveamento da ordem de 800KHz ou superior, para suportar uma onda senoidal de 100-135KHz com THD razoável. Para um requisito de distorção de 5%, a frequência de comutação deve ser ainda maior. Esses amplificadores de potência Classe D de alta frequência de comutação parecem não existir.