Estou tentando dirigir um "tweeter" ultrassônico para um projeto de pesquisa vestível. Comparado a um alto-falante normal, o tweeter tem uma impedância muito alta, acima de 4kohm. Como resultado, é necessária uma voltagem muito alta para produzir energia apreciável, mas o consumo de corrente RMS é de alguns mA por tweeter, no máximo. Estou usando o amplificador operacional LTC6090, que aceita até +/- 70V nos trilhos e funciona muito bem com as frequências que me interessam.
Até agora, tenho usado uma combinação instável de um regulador de tensão de 12V pronto para uso e um dobrador de tensão LT1054 para produzir +/- 22V nos trilhos, mas eu gostaria de fazer melhor, se possível. Parece haver um mundo de opções por aí, mas aqui estão algumas que estou considerando:
Use o LT8331 para produzir uma tensão em torno de 135V usando a nota de aplicação na página 22 de sua folha de dados e, em seguida, use algo como este conversor CC unipolar para bipolar com alguns BJTs pesados para transformar isso em +/- 65V. Ou eu poderia simplesmente colocar 0 / 135V nos trilhos e desviar o sinal de 5V usando um divisor de tensão?
Use o regulador flyback LM2587 em uma configuração semelhante à mostrada para produzir +/- 70V. Este parece viável, pois a tensão de saída máxima anunciada é de 60V, mas não tenho certeza se eu poderia simplesmente alterar os valores dos componentes aqui para produzir uma tensão de saída mais alta.
- Use um LT1054 para transformar + 5V em +/- 10V e depois em +/- 70V com dois ICs de impulso separados.
Para algumas delas, talvez eu precise aumentar em várias etapas; Eu tenho um regulador de 5-> 35V que posso usar como entrada para outro estágio. Isso pode ser ineficiente, mas meu aplicativo não consome muita energia, requer muito pouca corrente e é principalmente uma prova de conceito; portanto, não é um problema para mim neste momento.
Essencialmente, eu gostaria de saber a melhor maneira de fazer isso. É improvável que eu seja a primeira pessoa a enfrentar esse problema e gostaria de tentar evitar a visão do túnel ou reinventar a roda de maneiras que provavelmente sejam ineficientes, não confiáveis ou perigosas. Eu apreciaria qualquer insight, desde conselhos de alto nível até componentes ou topologias específicas que podem ser úteis.
Eu sou novo nessa stackexchange, portanto, perdoe a falta de links para as folhas de dados dos componentes, não tenho representante suficiente para publicá-las.
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Respostas:
Eu recomendaria fortemente contra a tentativa de qualquer tipo de transformador de saída de áudio para aumentar a saída do amplificador operacional, como está sendo sugerido nos comentários. Não me interpretem mal, é uma técnica perfeitamente válida e usada com frequência. Na realidade, é apenas um tipo de correspondência de impedância, e os transformadores de correspondência de impedância funcionam muito bem para isso, e permitem que amplificadores de baixa impedância acionem bobinas de voz com impedância muito maior, aumentando efetivamente a forma de onda de saída.
O problema é que nada disso funciona na sua aplicação porque você não está dirigindo uma bobina de voz, está dirigindo um transdutor ultrassônico piezoelétrico.
Esta é uma distinção bastante importante da qual você deve estar ciente, porque muitas das técnicas normais que funcionam para direcionar falantes tradicionais não são aplicáveis à sua situação. As bobinas de voz são desviadas pelo fluxo de corrente e sua impedância é de natureza resistiva e indutiva. Seu transdutor ultrassônico não é nada disso. Sua impedância é totalmente capacitivae circuito aberto para DC. É acionado pela diferença de carga entre suas placas, não atual. Tão efetivamente, é desviado diretamente pela tensão. Você realmente precisa de polaridade, e acoplá-la através de um transformador fará com que você perca isso; portanto, você também precisará usar um estágio de retificação síncrona para restaurar a polaridade na saída do transformador. Isso não é um problema ao dirigir alto-falantes, mas importa com esse tipo de carga. Você precisa conduzi-lo puxando diretamente a carga da placa para dentro ou para fora, e a maneira como você deve fazer isso é como planejava fazê-lo desde o início.
Você tem algumas opções lá:
Eu acho que vou ter o melhor desempenho, além de ser mais simples e mais fácil, principalmente considerando a natureza dos sinais com os quais você estará trabalhando. Fichas, cliques, várias outras coisas precisam ser amplificadas e (pelo menos, eu diria) com mínima distorção. A opção 2 é realmente apenas quando você precisa do desempenho que só pode ser encontrado em um amplificador operacional de baixa tensão, mas como existe um amplificador operacional projetado especificamente para a sua aplicação (entre outros) e estamos falando apenas de talvez topos de 80kHz, Não vejo motivo para tentar a opção 2. Sugiro a opção 1. O LTC6090 funciona muito bem para a coisa exata em que você precisa usá-lo. Até a área da almofada térmica, tudo é contabilizado.
Quanto à obtenção dos trilhos, a folha de dados do LTC6090 na verdade contém alguns esquemas dedicados inteiramente à produção de trilhos de ± 65V ou ± 70V. Você pode usá-los ou não, mas a topologia é o ponto. Na minha opinião, um conversor flyback é definitivamente a sua melhor aposta. 5V a 70V é realmente uma proporção muito alta para um conversor de impulso. A 135V está aumentando ainda mais - o LTC8331 é ótimo e provavelmente pode produzir 135V a partir de 5V, mas não será eficiente nem bonito. E não acho que os indutores aproveitados estejam disponíveis para criar o terreno virtual. Será mais simples, mais barato e muito mais prático simplesmente usar um conversor flyback com dois enrolamentos de saída.
Não se deixe intimidar por conversores flyback - eles estão apenas invertendo conversores dinâmicos por impulso. Eu não estou brincando com você. Olhe para os circuitos. Eles são o mesmo circuito, o mesmo conversor, a mesma coisa. A única diferença é que o flyback tem dois ou mais enrolamentos no mesmo núcleo para o seu indutor. E o diodo pode ser de uma maneira ou de outra, dependendo da polaridade desejada. Honestamente, eu recomendaria simplesmente usar o LTC3411, conforme sugerido na folha de dados do LTC6090. Você pode querer mais atual, porém, é para isso que serve o LTC3412 - é apenas um LTC3411 com o dobro da capacidade atual. Infelizmente, você provavelmente deve usar o transformador Würth Linear, um tanto caro (US $ 6 em quantidades únicas), sugerido em sua folha de dados. Os transformadores Flyback realmente não precisam de um transformador adequado e apenas de um indutor acoplado, mas existem poucos indutores acoplados com 3 enrolamentos, e duvido que algum deles seja classificado para 100 + V (você deseja um pouco de espaço livre). O transformador Würth é pequeno, montagem em superfície e pode suportar com segurança 150V em cada enrolamento secundário. Você não pode errar com a Würth, mas eles farão você pagar pelo privilégio.
Sei que você provavelmente deseja manter a lista técnica baixa, mas confie em mim, valerá o tempo economizado e a falta de dores de cabeça e complicações para apenas 'copiar e colar' um esquema esquemático de um conversor como o LTC3411 / 2. As peças de comutação da Linear também são as melhores e mais fáceis de usar (e também as mais caras, infelizmente) e eu geralmente sugiro começar com uma peça linear. Quando você estiver mais experiente e confortável com a troca de conversores, a TI também é boa e muito mais barata, embora muitas vezes não seja tão fácil de usar.
Você deveria se preocupar com esses sons e piadas ultra-sônicas e, o que não, acho que é uma daquelas situações em que faz sentido pagar um pouco mais para não precisar lidar com a fonte de alimentação para que você possa lidar com o que quer que seja ' estou realmente fazendo. Se puder, basta pegar o transformador Würth, siga o esquema na página 22 da folha de dados LTC3412 , ou há uma tabela de transformadores e suas saídas potenciais na página 10. O circuito funcionará bem com entrada de 5V, mas com potência de saída reduzida, você só precisa ajustar o divisor EVLO para 5V (ou apenas amarrá-lo diretamente ao VIN).
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