Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Piezopumpen Treiber


von Siggi O. (Firma: Uni R.) (pcman)


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Hallo zusammen,
wie ihr in dem Thread Beitrag "Raspi GPIO auf 5V Pegeln" 
vielleicht schon gesehen habt, möchte ich für ein Uni-Projekt eine 
Piezopumpe mit einem Raspi betreiben.
Bei den Piezopumpen + Treiberplatine handelt es sich um folgende 
Produkte:
http://www.takasago-fluidics.com/products_pump/piezo/

Beschreibung:
Ich habe für die Treiberplatine zwar ein Datenblatt, darf es aber nicht 
online stellen (Anweisung vom Vertreiber). Ich habe aber ein paar 
Kerndaten extrahiert und sie hier angehängt, weitere Daten dürfen gerne 
erfragt werden.
Die Pumpen werden über eine "Takasago Standard Waveform" betrieben 
(siehe Anhang). Welcher Chip das da auf der Platine ist, werde ich 
hoffentlich bald erfahren. Als Eingang zur Treiberplatine dienen 5V 
Betriebsspannung, GND, Enable, Referenzspannung und Frequenz. Die 
Referenzspannung (zwischen 0,2 und 4,5V) bestimmt die Ausgangsspannung 
an den Pumpen (50-340Vp-p). Vp-p bedeutet die Distanz zwischen dem 
Wellenberg und dem Wellental, die "Mitte" liegt wohl bei 0V.

Problem:
Ich habe mir Treiber und Piezopumpe schon beschafft, wobei ich den Preis 
für die Treiberplatine ganz schön heikel finde. Ich würde deswegen, 
falls ich nochmal eine weitere Pumpe betreiben will, gerne selbst einen 
Treiber basteln. Vielleicht habt ihr ja eine Idee, wie man so ein Signal 
erzeugen kann und zwar mit 3V TTL-Pegeln vom Raspi als Taktgeber? Die 
Referenzspannung könnte man über einen DAC einstellen?

Ich würde versuchen, eine Treiberplatine in Eagle zu konzipieren (mit 
Eagle habe ich zumindest etwas Erfahrung). Vom gescheiten Layouten habe 
ich wenig Erfahrung, mag mir dabei jemand unter die Arme greifen?

Danke und Viele Grüße

von BT (Gast)


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Hallo pcman,


zu dem Thema gibt es eine AN von Linear -->  AN118. "High Voltage, Low 
Noise, DC/DC Converters"

Ist allerdings von 2008. Da stehen aber ein paar Ansätze drin.

Gruß
BT

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Simon G. schrieb:
> Vielleicht habt ihr ja eine Idee, wie man so ein Signal
> erzeugen kann und zwar mit 3V TTL-Pegeln vom Raspi als Taktgeber?

Das kann eine recht einfache Gegentaktendstufe sein. Die muss ja nur 
zwischen V+ und V- hin- und herschalten ohne grosse Anforderung an 
Verzerrungen oder Linearität.
Da 3V auch jeden anständigen (bipolaren) Treibertransistor voll 
durchschalten, ist das easy. Es kann allerdings sein, das du einen 
Freigabe Eingang vorsehen musst, um die Pumpe stromlos zu mchen.

Wichtiger ist, ob das Piezoelement Gleichspannung verträgt, oder ob es 
AC gekoppelt sein muss. Das solltest du mal an dem teuren Board messen, 
wenn es läuft.

von Siggi O. (Firma: Uni R.) (pcman)


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Matthias S. schrieb:
> Da 3V auch jeden anständigen (bipolaren) Treibertransistor voll
> durchschalten, ist das easy.

Das heißt aber auch, dass ich die 340V mitbringen, oder? Das Board von 
denen läuft mit 5V Betriebsspannung. Mir fällt da nur das Wort 
Ladungspumpe ein. Wenn ich wüsste, wie diese "Takasago Standard 
Waveform" sonst noch heißt, könnte ich evtl. auch besser recherchieren. 
Hmm...

von Siggi O. (Firma: Uni R.) (pcman)


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Interessant: DRV2700
http://www.ti.com/product/DRV2700
Im Flyback-Modus (was heißt das?) kann das Teil wohl bis zu 1kV 
rausblasen!?

: Bearbeitet durch User
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Siggi O. schrieb:
> Das heißt aber auch, dass ich die 340V mitbringen, oder? Das Board von
> denen läuft mit 5V Betriebsspannung. Mir fällt da nur das Wort
> Ladungspumpe ein.

Kann sein, das sie da drin einen Generator haben, die +/-340V brauchen 
ja so gut wie keine Leistung zu haben, denn es wird nur das Piezo 
umgeladen. Sieht man ja an dem TI Teil, da ist alles in einem Gehäuse 
ohne grosse Kühlung.

Siggi O. schrieb:
> Wenn ich wüsste, wie diese "Takasago Standard
> Waveform" sonst noch heißt, könnte ich evtl. auch besser recherchieren.

Eigentlich steht alles über diese Wellenform doch schon in dem 
Waschzettel zum Piezo.
+/- 50V bis +/- 340V mit 40Hz Rechteck.

: Bearbeitet durch User
von Siggi O. (Firma: Uni R.) (pcman)


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Moin,
die Treiberplatine is da. Darauf finde ich keine "speziellen" Bausteine. 
Mit speziell meine ich welche, die eigene Entwicklung erfordern, also µC 
oder FPGAs oder was auch immer.
Ich finde folgende Komponenten auf dem Board:
- Wiederstände, Kondensatoren, Dioden, Transistoren...
- P172G, 4 Pins -> Könnte ein Optokoppler oder ein Spannungsregler sein
- Texas Instruments "HC02 12K G4 DV17", 14 Pins -> Pegelwandler? keine 
Ahnung :(
- Texas Instruments "L324 38A63 P3E7", 14 Pins -> Evtl. 
Operationsverstärker
- JRC "2374A E009F", 8 Pins -> Wahrscheinlich DC/DC Konverter
Quelle: Alldatasheet

Als Eingang: GND, Vcc, VSense, Enable, Step
Ausgang: V+, V-
Schwer zu sagen, was diese Schaltung wirklich macht...

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Siggi O. schrieb:
> - P172G, 4 Pins -> Könnte ein Optokoppler oder ein Spannungsregler sein
Toshiba Optokoppler

> - Texas Instruments "HC02 12K G4 DV17", 14 Pins -> Pegelwandler? keine
> Ahnung :(
74HC02 - 4-fach NOR Gatter

> - Texas Instruments "L324 38A63 P3E7", 14 Pins -> Evtl.
> Operationsverstärker
LM324 - Quad OpAmp

von Pandur S. (jetztnicht)


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Ich hab auch schon aus 12V 350V gemacht, mit einem LT 1683, der macht 
wirklich wenig Stoerungen.

von Siggi O. (Firma: Uni R.) (pcman)


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Ah, danke für die Tipps!
Ich habe auch mal versucht mich ein bisschen mit diesem 
TI-Chip-Datenblatt zu befassen, muss mich da aber noch mehr einarbeiten, 
einiges verstehe ich noch nicht. Sollte eine Schaltung zustande kommen, 
werde ich sie hier posten.

Mal eine ganz andere, für die Profis bestimmt schon lächerlich wirkende 
Frage: ich habe dieses Treiberboard von dem japanischen Hersteller 
(http://www.takasago-fluidics.com/products_pump/piezo/) angeschlossen. 
Wenn ich den Eingang auf Low lege, dann messe ich am Ausgang mit dem 
Multimeter -155V, bei High +155V. Das Multimeter greift an Out(+) und 
Out(-) ab. Jetzt die blöde Frage: was messe ich da? Sind das jetzt 
Vpp=310V?
Oder ist es so, dass beim "Umpolen" der eine Ausgang positiv wird, 
während der andere negativ wird? Wäre das Vpp dann doch 155V?
(Der Verkäufer aus England kann mir da aber nichts genaues zu nennen, 
weil er die exakte Funktionsweise der Schaltung auch nicht kennt.)

von F. F. (foldi)


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Siggi O. schrieb:
> dann messe ich am Ausgang mit dem
> Multimeter

Falsches Messmittel.
Hast du dir eigentlich das Datenblatt mal angesehen?
http://www.takasago-fluidics.com/pdf/catalog/Piezoelectric_micro_pump.pdf

Da steht doch drin wie die laufen.

von Siggi O. (Firma: Uni R.) (pcman)


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F. F. schrieb:
> Falsches Messmittel.
> Hast du dir eigentlich das Datenblatt mal angesehen?
> http://www.takasago-fluidics.com/pdf/catalog/Piezoelectric_micro_pump.pdf

Inzwischen habe ich in einem Vermerk gesehen, dass man die Vpp mit einem 
Oszi messen soll.
Ja, ich kenne das Datenblatt. Ich hab das Treiberboard und die Pumpe 
auch schon im Betrieb. Jedoch würde ich gerne wissen, was die Schaltung 
da genau macht -  für den eigenen Nachbau, evtl. möchte ich nämlich eine 
zweite Pumpe in Betrieb nehmen. Im Prinzip bräuchte ich etwas, was mir 
eine Amplitude von 30V-125V liefert und sich durch ein TTL-Signal takten 
lässt... Ein paar Hinweise dazu gab es ja schon.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Siggi O. schrieb:
> Im Prinzip bräuchte ich etwas, was mir
> eine Amplitude von 30V-125V liefert und sich durch ein TTL-Signal takten
> lässt... Ein paar Hinweise dazu gab es ja schon.

Auch gut geeignet für hohe Spannung, symmetrischen Ausgang und geringen 
Strom sind Ablenkstufen in Analog-Oszilloskopen.

von F. F. (foldi)


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Siggi O. schrieb:
> ich nämlich eine
> zweite Pumpe in Betrieb nehmen.

Dann hast du das Datenblatt nicht gelesen. Denn da steht, dass du max. 
zwei Pumpen an dem Board betreiben kannst.

Kenne mich jetzt nicht mit den Pumpen aus, aber über die Frequenz der 
Taktung wirst du bestimmt die Geschwindigkeit ändern und über die 
Spannung sicher den Hub.

Kannst ja mit einem Klingeltrafo einen Netztrafo andersrum betreiben, 
dann hast du schon mal eine brauchbare Spannung und Frequenz.
So sollte sie laufen.

von Siggi O. (Firma: Uni R.) (pcman)


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F. F. schrieb:
> Siggi O. schrieb:
> Dann hast du das Datenblatt nicht gelesen. Denn da steht, dass du max.
> zwei Pumpen an dem Board betreiben kannst.

Ja, ich kann zwei Pumpen in betrieb nehmen, aber nicht unabhängig 
voneinander betreiben. Dazu brauche ich ein weiteres Board.

> Kenne mich jetzt nicht mit den Pumpen aus, aber über die Frequenz der
> Taktung wirst du bestimmt die Geschwindigkeit ändern und über die
> Spannung sicher den Hub.

Genau so ist es. Innerhalb eines gewissen Bereiches bestimmt man also 
über den Hub wieviel pro Einheit gepumpt wird und über die Frequenz 
wieviel Einheiten pro Zeit.

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