オペアンプレールの5V / 2Aを+ 70 / -70Vにブーストしますか?


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ウェアラブル研究プロジェクトのために超音波「ツイーター」を駆動しようとしています。通常のスピーカーと比較して、ツィーターは4kΩ以上の非常に高いインピーダンスを持っています。その結果、かなりの電力を生成するには非常に高い電圧が必要ですが、RMS電流引き込みは、ツイーターあたり最大で数mAです。私は、LTC6090オペアンプを使用しています。これは、レールで最大+/- 70Vを受け入れ、関心のある周波数で非常にうまく機能します。

これまでは、既成の12V電圧レギュレータとLT1054電圧ダブラーのジャンキーな組み合わせを使用して、レールで+/- 22Vを生成していましたが、可能であればもっと改善したいと思います。そこにはオプションの世界があるようですが、ここで私が検討しているいくつかを紹介します。

  1. LT8331を使用して、データシートの22ページにあるアプリケーションノートを使用して約135Vの電圧を生成し、次にこのユニポーラ-バイポーラDCコンバータのようなものを使用して、これを+/- 65Vに変換します。または、0 / 135Vをレールに配置し、分圧器を使用して5V信号にバイアスをかけることができますか?

  2. LM2587フライバックレギュレータは、+ /-70Vを生成するために示されているものと同様の構成で使用してください。アドバタイズされた最大出力電圧が60Vであるため、これは実行可能であるように見えますが、コンポーネントの値を変更してより高い出力電圧を生成できるかどうかはわかりません。

LM2587アプリケーション

  1. LT1054を使用して+ 5Vを+/- 10Vに変換してから、2つの個別のブーストICを使用して+/- 70Vに変換します。

これらのいくつかについては、いくつかの段階でブーストする必要があるかもしれません。私は別のステージへの入力として使用できる5-> 35Vレギュレーターを持っています。これは非効率的かもしれませんが、私のアプリケーションは電力を集中的に使用せず、電流をほとんど必要とせず、ほとんどが概念実証であるため、現時点ではこれは問題ではありません。

基本的に、これを行うための最善の方法を知りたいのです。私がこの問題に直面する最初の人である可能性は低く、トンネルビジョンを回避したり、非効率的、信頼性が低い、または危険である可能性が高い方法でホイールを再発明したりしたいと思います。高レベルの設計アドバイスから、役立つ可能性のある特定のコンポーネントやトポロジーまで、どんな洞察にも感謝します。

私はこのstackexchangeを初めて使用するので、コンポーネントデータシートへのリンクがないことを許してください。それらを投稿するのに十分な担当者がいません。


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アンプを5 Vなどの低電圧で動作させ、トランスを使用して信号の振幅を10〜20倍に増幅できないのはなぜですか。
jms 2016年

私はその方法でそれを行うことを検討していないことを認めなければなりません。非常にコンパクトなものは見つからなかったため、最初の反復でトランスフォーマーを避けましたが、再検討するときかもしれません。
Ian Reynolds

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超音波周波数(この蚊リペラをどの周波数で実行する予定ですか?)では、変圧器は幸いにも、50 / 60HzのAC主電源周波数で使用できるものよりもはるかに小さくなります。まだ検討していない可能性のある別のオプション:センタータップのインダクターを備えた昇降圧トポロジーコンバーターを構築できます。インダクターの一方の端が+ 70Vレールに給電し、もう一方の端が-70Vレールに給電するようにします。センタータップにより、入力信号を結合できる「シグナルアース」が得られます(電源のGNDに接続しないでください)。に。
Robherc KV5ROB 2016年

@IanReynolds:つまり、結局のところ、スイッチングコンバータが正確に行うことであり、同様の周波数でです。したがって、どちらの方法でもほぼ同じようなインダクターが必要です...
ブライアンドラモンド

@ RobhercKV5ROBデバイスは、チャープやクリックなどの広帯域信号を約30〜80kHzの範囲で出力するように設計されています。既製の変圧器、特に表面実装用に設計された本当に小さい変圧器を購入する方法がわかりません。あるこれは、開始するには良い場所?周波数範囲は正しく見え、自分のニーズに合ったインピーダンス比を選択できます。
Ian Reynolds

回答:


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コメントで提案されているようなオペアンプの出力をブーストするために、あらゆる種類のオーディオ出力トランスを試みることはお勧めしません。誤解しないでください。これは完全に有効で、頻繁に使用される手法です。実際には、これは一種のインピーダンスマッチングであり、インピーダンスマッチングトランスはこれに最適であり、低インピーダンスアンプが出力波形を効果的にステップアップすることにより、はるかに高いインピーダンスのボイスコイルを駆動します。

問題は、ボイスコイルを駆動していないため、圧電超音波トランスデューサーを駆動しているため、アプリケーションではまったく機能しないことです。

従来のスピーカーを駆動するために機能する通常の手法の多くは状況に適用できないため、これは、注意する必要があるかなり重要な違いです。ボイスコイルは電流の流れによって偏向され、そのインピーダンスは本質的に抵抗性と誘導性です。あなたの超音波トランスデューサーはそれらのものではありません。そのインピーダンスは完全に容量性ですDCへの開回路。これは、電流ではなく、プレート間の電荷の差によって作動します。つまり、電圧によって直接偏向されます。実際には極性が必要であり、変圧器を介して結合するとこれが失われるため、同期整流ステージを使用して変圧器の出力の極性を復元する必要もあります。スピーカーを駆動する場合は問題ありませんが、この種の負荷では問題になります。プレートチャージを直接引き出すか、そこに引き込むことでそれを駆動する必要があり、これを行う方法は、最初からそれを行うことを計画していた方法です。

ただし、いくつかのオプションがあります。

  1. 広い電源レールを備えた高電圧オペアンプを使用できます。または
  2. 高電圧レールに接続されたプッシュプル出力段を制御する低電圧オペアンプを使用します。

特に使用する信号の性質を考慮すると、1は最高のパフォーマンスを発揮するだけでなく、シンプルで簡単になると思います。チップ、クリック、その他のさまざまなものが、最小限の歪みで(少なくとも、私は想定しているように)増幅する必要があります。オプション2は実際には、より低い電圧のオペアンプからしか得られないパフォーマンスが必要な場合のみですが、(特に)アプリケーション用に特別に設計されたオペアンプがあり、80kHzのトップについてのみ話しているため、オプション2を試す理由がわかりません。オプション1をお勧めします。LTC6090は、LTC6090を使用するために必要な正確な機能を発揮します。サーマルパッド領域まで、すべてが考慮されます。

レールの入手に関しては、LTC6090のデータシートには、実際に±65Vまたは±70Vレールを作成するための専用回路図がいくつか含まれています。それらを使用してもしなくてもかまいませんが、トポロジーがポイントです。私の意見では、フライバックコンバーターは間違いなくあなたの最善の策です。5Vから70Vは、昇圧コンバーターとしては比率が高すぎます。135Vはそれをさらに押し上げています-LTC8331は素晴らしい部分であり、おそらく5Vから135Vを作ることができますが、それは効率的ではないか、かなりきれいではありません。そして、仮想接地を作るためにタップ付きインダクターがすべて利用できるとは思いません。2つの出力巻線を備えたフライバックコンバーターを単純に使用するほうが、単純で、安価で、はるかに実用的です。

フライバックコンバーターに威圧されないでください。これらは単にバックブーストコンバーターを反転しているだけです。私はあなたをからかわない。回路を見てください。それらは同じ回路、同じコンバータ、同じものです。唯一の違いは、フライバックのインダクターの同じコアに2つ以上の巻線があることです。そして、あなたが望む極性に応じて、ダイオードはどちらか一方になるかもしれません。正直なところ、LTC6090のデータシートで提案されているように、LTC3411を使用することをお勧めします。ただし、より多くの電流が必要な場合があります。これは、LTC3412の目的です。これは、電流容量が2倍のLTC3411にすぎません。残念ながら、おそらくいくらか高価な(1数量で6ドル)のWürthトランスフォーマーリニアがデータシートで提案しているはずです。フライバックトランスは、適切なトランスを必要とせず、結合されたインダクタのみを必要とします。しかし、3つの巻線を備えた結合インダクタはほとんどなく、それらのいずれも100 + V定格であるとは思えません(ヘッドルームが必要です)。Würthトランスは小型の表面実装で、各2次巻線の150Vを安全に処理できます。Würthで問題が発生することはありませんが、特典の代金を支払うことになります。

おそらくBOMを低く抑えたいと思っていますが、LTC3411 / 2のようなコンバーターからアプリケーションの回路図を「コピーして貼り付ける」だけで、時間を節約し、頭痛や複雑さを解消する価値があります。リニアのスイッチングパーツも最も使いやすく、使いやすい(そして残念なことに最も高価な)ので、通常はリニアパーツから始めることをお勧めします。スイッチングコンバータに慣れてきたら、TIの価格も安くなりますが、使い勝手はよくありません。

あなたはそれらの超音波の鳴き声と鳴き声について心配する必要があります、そして何がそうではないかと思います実際にやり直します。可能であれば、そのWürth変圧器を入手するか、LTC3412データシートの22ページの回路図に従うか、10ページに変圧器とそれらの潜在的な出力の表があります。 EVLO分圧器を5Vに調整するだけです(または、VLOに直接接続するだけです)。


これは素晴らしい答えです。これを書いて時間を割いてくださったことに感謝することはできません。負荷を容量性であるとはまったく考えていませんでした(製造元がインピーダンスの減少についての不可解なヒントさえ提供しているにもかかわらず)頻度、そうです!)あなたはおそらく私に多くの頭痛を救いました。おそらく6090データシートの回路図をそのまま使用します。とりあえずこれらのうちの1つを構築するだけでよいので、6ドルの変圧器を購入しても銀行を壊すことにはなりません:)ありがとうございます!
Ian Reynolds

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@IanReynolds-常に少なくとも2つのプロトタイプを作成してください!こうすることで、1つ目を飛ばしたときに2つ目で作業することができます。そこに行ったことがある。
コナーウルフ2016年
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