Stepup Regler und PWM

[Peter F. (piet)]

Hallo!
Für einen Piezo Schallwandler benötige ich eine relativ hohe Spannung um 
die gewünschte Lautstärke (>85dB) zu erzeugen.
Es sollen variable Tonhöhen erzeugt werden können für verschiedene Arten 
von Bestätigugs und Fehlertönen.

Es handelt sich um ein Handgerät das mit 2 Mignon Akkus betrieben wird. 
Die Schaltung wird aus einem Stepup Regler mit 3,3v betrieben.

Ich habe mir folgende Schaltung überlegt um das PWM Signal mit >=12V für 
den Piezo zu erzeugen, sollte das funktionieren?

L3, Q2, D1 und C1 bilden einen Stepup Regler, dieser erzeugt die nötige 
und einigermaßen geglättete Spannung.
Diese wird dann auf den Piezo gegeben und mit einem PWM Signal durch Q1 
zerhackt um den gewünschten Ton zu erzeugen.

Wenn ruhe herrschen soll sperren beide FETs, so fließt kein Strom mehr 
durch die Spule in Ruhestellung.
R2 und D2 sind nur als Überspannungsschutz für den Testaufbau 
eingeplant.

Mfg,
Peter

[Aehh (Gast)]

Der Stepup wird schon gehen, vorausgesetzt der FET kommt mit 3V am Gate 
durch. Der Piezo funktioniert so nicht. Den zweiten pin des Piezos so 
runter zu ziehen wird kaum was bringen. Betrachte einen Piezo als 
Kondensator....

[MaWin (Gast)]

Ob man mit einen Schaltregler eine Spannung ver-6-fachen kann, hängt von 
Nebenwerten der Beuteile ab, z.B. der Kapazitaet zwischen den Windungen 
der Spule, der Kapazitaet am D des MOSFETs etc.

Aber eine Schaltung zu entwerfen ohne Schutz vor Sättigung der Spule, 
Überstrom am Transistor, ist nicht unbedingt klug, zumal ihre Funktion 
von der richtigen Funktion des Prozessor abhängt, was macht man, wenn 
dessen Quarz nicht richtig schwingt.

Zum Piezo wurde schon was gesagt. Ein Piezo an einer Spule bildet einen 
Schingkreis, und kann von selbst über 30V erzeugen, (Class E Verstärker 
zur Sinussignalerzeugung) aber nur auf der dann angegebenen 
Resonanzfrequenz.

[Peter F. (piet)]

Danke für die Antwort!
Auha, ja, da hast recht.
Hatte ich irgendwie nicht drann gedacht gehabt bei dem Entwurf...

So sollte es ja nun funktionieren, denke ich.

Mfg,
Peter

[Peter F. (piet)]

MaWin schrieb:
> Ob man mit einen Schaltregler eine Spannung ver-6-fachen kann, hängt von
> Nebenwerten der Beuteile ab, z.B. der Kapazitaet zwischen den Windungen
> der Spule, der Kapazitaet am D des MOSFETs etc.

Über die Dimensionierung und die Bauteil-Wahl wollte ich mir erst 
Gedanken machen wenn ich weiss ob das so praktikabel möglich ist. ;^_^

> Aber eine Schaltung zu entwerfen ohne Schutz vor Sättigung der Spule,
> Überstrom am Transistor, ist nicht unbedingt klug, zumal ihre Funktion
> von der richtigen Funktion des Prozessor abhängt, was macht man, wenn
> dessen Quarz nicht richtig schwingt.

Das stimmt, dann würde es einen sauberen Kurzschluss geben.
Ist der Aktuell angehängte Entwurf so brauchbar?
Die Theorie eines Stepup Reglers habe ich schon nachgeschlagen, wenn ich 
nicht irgendwas übersehen habe sollte das doch so machbar sein, oder?

> Ein Piezo an einer Spule bildet einen
> Schingkreis, und kann von selbst über 30V erzeugen, (Class E Verstärker
> zur Sinussignalerzeugung) aber nur auf der dann angegebenen
> Resonanzfrequenz.

Leider soll ja die Frequenz variabel sein, deshalb wollte ich den Piezo 
mit einer festen Spannung versorgen und diese per PWM steuern.
Ich hatte erst einen extra Stepup Wandler von LTC eingeplant aber diesen 
nur für den Piezo einbauen ist overkill, imo.
Der Preis von ~6 Euro spricht auch nicht dafür.

Mfg,
Peter

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ein Piezo ist in erster Linie ein hörbarer Kondensator. Laut wird der, 
wenn du eine "richtige" Wechselspannung anlegst. Du bekommst einen Piezo 
nicht laut, wenn du den nicht aktiv umlädst.
In deiner Schaltung wird der Piezo-Kondensator zwar auf eine recht hohe 
Spannung geladen, aber niemals mehr entladen  :-o

Warum nimmst du nicht die "übliche" Schaltung mit einem 74hc04, jeweils 
3 Gatter in Brückenschaltung. Das klappt garantiert besser als deine 
Versuche bisher.

              .----------|>o-----------.
              |                        |
uC  o----|>o--o--|>o--.        .--o<|--o         
              |       |   ||   |       |
              '--|>o--o---||---o--o<|--' 
                          ||

Und wenn du eine hohe Spannung hast (12V) dann kannst du CMOS-Inverter 
nehmen. Dann steppt der Bär  ;-)

BTW:
Besser als deine Lösung wäre sogar, den Piezo einfach zwischen zwei 
Portpins zu legen, und die aktiv im Gegentakt anzusteuern.

[MaWin (Gast)]

Der Widerstand bringt ja nur Verluste,
und das mit dem Piezo hast du gar nicht verstanden,
den MOSFET von unten nach oben zu setzen bringt nichts.

Entweder ein protected MOSFET wie NCV8402,
oder ein MOSFET-Treiber mit Stromabschaltung wie IR2121
oder ein Step-Up-Schaltregler mit Strombegrenzung wie MC34063,
leider taugen alle nicht für 2V,
aber du solltest das Prinzip erkennen können.

[Peter F. (piet)]

Hallo und Danke für die Antworten!

Ich habe mir folgende Ziele gesetzt:
variable Lautstärke
variable Tonhöhe
möglichst laut >= 85dB

Dafür brauche ich einmal die variable Spannung für die Lautstärke,
durch den diskreten Stepup an dem das Tastverhältnis geändert wird.

Und zum andern eine Treiberstufe für den Piezo, wie ich ja jetzt gelernt 
habe. Diese muss einmal das Rechtecksignal vom AVR das die Tonhöhe 
bestimmt auf den Pegel des Stepup Wandlers bringen und den Piezo aktiv 
umladen.

Ich habe jetzt nochmal alles bisher gelernte verinnerlicht und folgende 
Schaltung entworfen. Die ist jetzt leider ziehmlich groß...
Gibt es vielleicht eine einfachere Lösung für das ganze?

Es geht mir gerade mehr um, ist das so machbar und gibt es einen 
besseren Ansatz als um die verwendeten Bauteile!
Die FETs im Schaltplan sind z.B. alle unbrauchbar aber bevor ich auf 
Bauteilsuche gehe möchte ich erstmal wissen ob es so überhaupt geht.

Mfg,
Peter

[MaWin (Gast)]

Wie willst du damit verschieden laut werden ?
Die Betriebsspannung kannst du nicht einstellen, weil du sie nicht 
messen kannst.
Wenn man schon 74HCT04 (HCT geht nur bis 5.5V, HC hat bei 12V Versorgung 
zu hohe Schaltschwelle, nimm andere pegelwandelnde ICs, z.B. MOSFET 
Treiber) hat, braucht man keine BSxxx mehr, so viel Leistung ziehen 
Piezoscheiben nicht.

Bei der Anzsahl der Bauteile weiss ich, warum uns Chinesen klug 
überholen.

F1 und F2 sind nun auch nicht das, was ich mir unter absichern 
vorstellte, aber mach mal.