サインを使用して50W-250W超音波トランスデューサーを駆動する：クラスB 135KHzモノリシックパワーアンプICはありますか？

私のプロジェクトでは、トランスデューサーの共振周波数の+/- 2％をスイープする正弦波（/のこぎり）スイープジェネレーターから中出力の超音波圧電トランスデューサーを駆動する必要があります。

質問：かなり低い歪み（5-10％）で、DDSで生成された整形信号からこれらのトランスデューサーを駆動するための最も簡単なオプションは何ですか？

1. トランスデューサーを直接駆動するために、多くのヒートシンクを備えた高電圧レールからパワーアンプICを使用します
2. 電力増幅器ICを使用し、次に（？）トランジスター電流増幅段を使用し、次に適切な（識別が必要な）ステップアップトランスを使用してトランスデューサーを駆動します。
3. ヒートシンクをあまり必要としない、ある種の（識別が必要な）クラスD高出力アンプICを使用します（編集： 解決策ではありません。注7を参照）。
4. その他のオプション
5. 編集：以下の提案からパラメータと制約を満たす市販のOEMアンプモジュールを特定します。

更新： [2012年10月15日]上記のオプション5は、適切なOEMモジュールまたは2つを指摘できれば最良の答えのようです-これまでの私の研究では見つかりませんでした。したがって、質問を開いたままにします。

掃引波形の生成は、DDS IC、AD9850、ここのデータシートを介して行われます：AD9850 CMOS 125 MHz Complete DDS Synthesizer

私が利用できるトランスデューサーの1つ：5938D-25LBPZT-4（超音波ランジュバントランスデューサー）

• 共振周波数：25 KHz
• 共振インピーダンス：10-20オーム
• 静電容量：5400 pf +/- 10％
• 入力電力：60W
• データシート：見つけてほしい！

トランスデューサーは、ケースごとに20KHzから135KHzに変更し、それぞれ50〜250ワットの範囲で、上記のデザインと同様です。

これらのトランスデューサーで私が見たドライバーの設計では、通常、スイッチングを使用します。つまり、方形波を使用してMOSFETを駆動し、場合によってはVpp 100vで駆動します。（これらのデバイスはそのような電圧を必要としますか？ 編集：明らかにそうです）

一部のドライバーは、調整されたフィルターを使用して、波形を正弦波またはその近似値に整形します。

残念ながら、これは私の目的には機能しません-プロジェクトは、最初に20-135KHzの全範囲にわたって接続されたトランスデューサーの共振周波数を検出し、次に各共振周波数を最初に正弦波でスイープする単一のデバイスです（編集：この要件を実行不可能として削除します。その後、指定された出力で、通常はトランスデューサの定格出力の約半分の鋸歯状信号）。

したがって、私が探しているのは、これらのDDS波形を変換器に渡すための適切なプロトタイプに優しいアプローチを提案するこのコミュニティの知恵です。皆さん、ありがとうございました！

受け取ったコメントと応答に基づいていくつかのメモを追加しました。

1. 波形の精度は超臨界ではなく、5％の歪みは非常に許容されます。アンプ段での消費による熱の問題と電力の浪費は大きな懸念事項です。少なくともプロトタイプ段階が終わるまで、コストは重要な関心事です。
2. 要件に合ったビルド済みのOEMアンプモジュールが最善の策であることが示唆されています。それはアピールしますが、私は私の質問で提案した選択肢に加えて、代替案を検討し、まだ答えを受け入れていないことを期待しています。
3. 50ワット出力でも20KHzから135KHzの周波数範囲をカバーするOEMモジュールはまだオンラインにありません。応答で提案されているものは3.5KHz用に設計されており、そのスイッチング周波数は100KHzです。（この要件を削除しました： また、大まかな精度でノコギリ波を処理するために、それよりもはるかに高い帯域幅を必要としないでしょうか？ノコギリ波の要件をスキップし、ノコギリ波またはその他任意波形送達は、合理的なコストで達成できないような回答者によって見られています。）
4. 新しい推奨アプローチは、フィードバック付きのクラスBです。言及された警告は、このアンプ段での高い損失です。だから私の質問に2つの付属物：
5. 希望の周波数範囲（20 KHzから135 KHz、のこぎり波をあきらめる）と所要電力（最大50ワット）をカバーするモノリシッククラスBアンプICはありますか？
6. そのようなクラスBステージで予想される熱放散の範囲は、トランスデューサーへの予想される電力供給の割合として何ですか？
7. 新しいクラスDアンプ、モノリシックまたはOEMについて：彼らは、合理的なTHDと100-135KHzの正弦波をサポートするために、800kHzのまたはそれ以上のオーダーのスイッチング周波数を使用する必要があります。5％の歪み要件の場合、スイッチング周波数はさらに高くする必要があります。このような高いスイッチング周波数のクラスDパワーアンプは存在しないようです。

Apex製のこれらのリニアアンプをお試しください。それらは、超音波アプリケーション専用に設計されています。

多くの超音波アプリケーションでは、媒体に十分な音響パワーを提供するために、100Vを超える潜在的な差を扱う必要があります。これは、トランスデューサーの電気インピーダンスがかなり低いためです。ただし、伝達関数は自明ではないため、設定された音圧を達成するために必要な電圧を予測することはほとんど不可能です。

多くの超音波アプリケーションは、励起波形にそれほど関係していません。これが、多くの電力増幅器段が非常に単純なプッシュプル構成であり、方形波出力を提供する理由です。それらの利点は2つあります。

1. 低電圧信号生成回路から簡単に駆動できます。
2. 一般的な設計上の制約である、スイッチング素子での電力消費はほとんどありません。（超音波トランスデューサーはかなり狭帯域であるため、エネルギー散逸はケーブルとトランスデューサーにシフトします。多くの場合、トランスデューサーの冷却ははるかに簡単です。）

信号波形が重要な状況では、過去に出会ったパワーアンプステージは一般に、高電圧レールから供給されるクロスオーバー歪みを回避するための負帰還を備えたクラスBプッシュプル構成でした。これはあなたの状況に行く方法であると私には聞こえます。注：スイッチング素子で消費される無視できない電力があります。

私が考えるピエゾシステムEPA-104-115低コストの基準を除き、すべての基準に適合します。費用は2,639ドルです。

AAラボシステムズA-301HSはまた、合わせて、あなたは見つけるように安いと思われることがあります。私は975ドルでeBayで見ました。

検索するpiezo driverか、piezo linear amplifier私の検索では、より手頃な価格のものを上げますが、自分自身を再確認すること自由に感じませんでした。

また、ピエゾアクチュエータ用の安価なドライバを構築した研究室によって書かれたこの論文を読むこともできます。残念ながら、ドライバーは1kHzの範囲ですが、kHzを上げる可能性のあるいくつかの方法を提案することで終わります。一方、高周波数を処理できる部品はどこで入手できるかわからないが、高周波数を困難にし、忍耐力のあるソリューションにつながる可能性があるものを理解するのに役立つかもしれません。

まず第一に、はい、250Wを20Ωに駆動するには100Vピーク（70.7V RMS）程度の電圧が必要です。

関心のある電力と周波数範囲をカバーするOEMパワーアンプモジュールを購入できます。これはおそらく、プロトタイプを低設計リスクで迅速に動作させるという点であなたの最善策です。それも生産に行く方法かもしれません。容量性負荷を処理できるユニットを選択してください。

次に例を示します。興味深いことに、最近のオーディオパワーアンプモジュールはほとんどすべてがクラスDであり、帯域幅は数10 kHzに制限されています。数年前にこれらを最後に見たとき、それらはクラスABであり、帯域幅は数百kHzでした。検索キーワードに「ピエゾ」または「超音波」を含めるようにしてください。

標準のピエゾまたはピエゾ複合トランスデューサーの帯域幅はおそらく20％程度（おそらく、チューニング用のかなりハードコアのマッチングネットワークを備えたオクターブ）であり、誰もが方形波駆動を行う理由があります。正弦波以外を再生するのに十分な帯域幅がないだけで、文字通り駆動波形が何であるかは関係ありません。トランスデューサは正弦波に帯域通過します。

さらに、その帯域幅内でもグループ遅延は大きく変化するため、適度に正方形のマルチサイクルパルスを水中に入れることでさえ、ポールダウストがパーティトリックデモとして使用するのに十分なほど困難になります（正弦波の正方形バーストのように） ）。

あなたが何をするにしても、アンプ出力と直列の控えめな（数オーム程度の）電力抵抗器が位相マージンを助けるのに良いアイデアであることをお勧めします。

あなたがしたいことをするオーディオアンプがありますが、安いですか？それほど多くはありませんが、トランスデューサーの制限のため、Hブリッジだけが本当に必要です（例外は、相互変調が問題になる可能性のある帯域幅内の複数のトーンです）。

GaNを使用したクラスDはオプションかもしれませんが、実際に製品を持っている人はまだいません。

よろしく、ダン。