Guten Abend .
Für ein Scanner Projekt benötige ich eine Ansteuerung für insgesamt 4
Piezo Elemente (Piezo Scanner Rohr).
Aktuell habe ich schon ein passendes Piezo Netzteil um die hohe Spannung
sowie die Impulse zu erzeugen.
Die Piezo Elemente werden jeweils mit ca. 200V und einem 20 bis 100
Mikrosekunden langen Puls angesteuert.
Frequenz von ca. 100hz bis 1khz.
Ein Piezo Element hat jeweils eine Kapazität von ca. 25nF.
Das Netzteil (eigentlich eher ein Piezo Treiber) steuert die Piezos sehr
Steilflankig an , was sehr wichtig für meine Anwendung ist.
Da ich nicht 4 einzelne Netzteile für die separate Ansteuerung der Piezo
Elemente verwenden möchte , suche ich eine Möglichkeit diese zu
"Multiplexen".
Die Elemente sollen wahlweise nacheinander Angesteuert werden ,
idealerweise über einen Mikrocontroller gesteuert.
Nun meine Frage :
Kann ich hierfür einen N-Mosfet "einfach" jeweils zwischen der
Masseleitung der Piezo Elemente schalten ?
Worauf sollte bei der Auswahl des geeigneten Mosfets geachtet werden ?
Das Netzteil/Piezo-Treiber entlädt auch jeweils den Piezo wieder ,
nachdem er Angesteuert wurde.
Funktioniert das auch noch mit dazwischen geschalteten Mostet ?
Wichtig wäre ein möglichst kleines Package des Mosfets , ideal wäre
SOT32 o.ä.
Vielen Dank für euere Hilfe !
Grüße,
Ben
Guten Morgen.
Ein N-Fet als Schalter gegen Masse?
1 Bedenke die Spannungsfestigkeit/Sicherheitsabstände zwischen
den Beinchen. Steht irgendwie im Konflikt mit "möglichst klein".
2 Wenn der Trasistor als "Schalter gegen Masse" leitend wird,
läd sich die Kapazität/das Piezo-Röhrchen auf. Sperrst Du danach
den Transistor kann die Ladung im Röhrchen nicht abfließen
( von Leckströmen abgesehen ).
Ich vermute ganz stark, daß Du für Multiplex mit Aufladung und
Entladung bei ~200V deutlich mehr Aufwand zu erwarten hast ...
Viel Erfolg
Martin
Ein Piezo mit 25nF zieht schon einiges an Strom. Falls man die
anliegende Spannung absacken laesst, wird der Schritt wieder
rueckgaengig gemacht. Wie ich Piezos kenne muessen die Linear
angesteuert werden. Das waere ein wahrscheinlich ein steppender Piezo,
als langsame Flanke hoch, schnelle Flanke runter, und umgekehrt...
Dafuer gibt es Verstaerker : zB von APEX
https://www.apexanalog.com/products/pa340.htmlhttps://www.apexanalog.com/products/pa441.html
Und ja, davon kann man 4 Stueck an einem Netzteil laufen lassen.
Ben schrieb:> Kann ich hierfür einen N-Mosfet "einfach" jeweils zwischen der> Masseleitung der Piezo Elemente schalten ?
Zwischen der Masseleitung und was?
> Das Netzteil (eigentlich eher ein Piezo Treiber) steuert die Piezos sehr> Steilflankig an , was sehr wichtig für meine Anwendung ist.
Hat das nur 1 Ausgang, an den das Piezoelement angeschlossen wird?
Oder hat das 2 Ausgänge, zwischen die das Piezoelement angeschlossen
wird?
> Das Netzteil/Piezo-Treiber entlädt auch jeweils den Piezo wieder ,> nachdem er Angesteuert wurde. Funktioniert das auch noch mit dazwischen> geschalteten Mostet ?
Zeichne doch mal einen Schaltplan mit den beteiligten Komponenten (und
soweit bekannt deren Bezeichnungen und Typen usw) und zeichne dort mal
ein, was du wie schalten willst. Ein Schaltplan ist das
Kommunikationsmittel für Elektroniker...
BTW: bitte nicht Plenken! Ein Satzzeichen hat keine eigene Zeile
verdient!
Ich verwende folgenden Verstärker von PICeramics (Netzteil war wohl der
falsche begriff) :
https://www.piceramic.de/de/produkte/piezocontroller/fuer-picoactuatorr-aktoren/e-508-pica-piezoverstaerkermodul-602450/
Im Anhang ein vereinfachter Schaltplan, wie ich mir das ganze vorstelle.
GND und VCC hängen am Ausgang des Verstärkers, I/O dann am
Mikrocontroller zur Ansteuerung.
Später würde ich zur Sicherheit an I/O noch einen Optokoppler zwischen
schalten.
Der Mosfet/Transistor wird so lange durchgeschalten, wie der Piezo
angesteuert wird bzw. bis er sich wieder entladen hat.
Die Ansteuerung ist nicht linear , sondern wirklich ein Impulse mit oben
genanten Daten.
Natürlich durch die Kapazität, erfolgt die Entladung nicht perfekt
Steilflankig.
Ben schrieb:> GND und VCC hängen am Ausgang des Verstärkers
Du musst dann übrigens die Masse deines IO-Pins (µC oder wasweißich)
auch mit GND des Verstärkers verbinden. Denn sonst hat der IO-Pin den
falschen Massebezug.
> Natürlich durch die Kapazität, erfolgt die Entladung nicht perfekt> Steilflankig.
Eher gar nicht? Denn wohin solte sich den der Piezo entladen wenn du
ihm einen Pin hochohmig abschaltest?
Äxl (geloescht) schrieb:> Der Piezo kann sich gut über die BodyDiode entladen...
Zeig doch mal. Nehmen wir an, alle Piezoelemente seien auf 200V geladen
und der Verstärker gibt 200V aus.
Das könnte zudem eigenartige Effekte auf den Verstärker und die anderen
Elemente haben...
Der Poster soll erst mal abklaeren , ob der Piezoscanner Rechteck- oder
Dreieckpule braucht. Denn Rechteckpulse machen keinen Sinn. Falls
Dreieck, benoetigt er einen Linearverstaerker.
Danke für die schnellen Antworten.
Um erstmal ein paar Fragen zu klären.
Der von mit verwendete Verstärker ist ein Linearverstärker, jedoch
verwende ich ein Rechteckimpuls zur Ansteuerung.
Somit ist mein Ausgangssignal am Verstärker auch rechteckig.
Mir ist bewusst das bei Klassischen Scanner Anwendungen die
Piezoröhrchen Analog über ein Dreiecksignal angesteuert werden.
Die Entladung der Piezoröhrchen erfolgt über den Verstärker, sobald ein
LOW-Pegel anliegt.
Im allgemeinen arbeite ich schon seit einigen Monaten mit den
Piezoröhrchen, und sie erfüllen auch ihren Zweck mit der gewählten
Ansteuerung.
Nun möchte ich den Aufbau duplizieren, ohne wieder 4 dieser
Kostspieligen Verstärker verwenden zu müssen.
Zudem plane ich später auch den Einsatz von mehreren Röhrchen pro
Aufbau.
Mosfet-Halbbrücke war ein gutes Stichwort.
Nach kurzer Recherche habe ich folgenden Ausschnitt einer Doktorarbeit
gefunden(siehe Anhang).
Hierbei geht es auch um die Ansteuerung von Piezo-Elementen, allerdings
für einer komplett andere Anwendung.
Die Ansteuerparameter stimmen aber in etwa mit denen von mir überein.
Somit würde ich wohl diesen Aufbau fürs erste mal testen.
Nun die Frage , was muss ich beachten bei der Auswahl der richtigen
Mosfets ?
Ist die Schaltgeschwindigkeit bei meinen Parametern schon kritisch für
den Mosfet ?
Nicht vergessen, die ueblichen Halbbrueckentreiber funktionieren nicht
mit DC, insbesondere ist kontinuierlich High nicht moeglich.
Kontinuierlich Low hingegen schon.
Bei Lowsignal von der Bruecke liegt die volle Spannung am Piezo an,
entladen wird er bei High. Allenfalls muss der Piezo gegen GND montiert
werden und nicht gegen die Versorgung.
Wenn ich das richtig verstehe, verwendet die obere Schaltung jeweils
N-Mosfets zum Schalten.
Je nachdem ob man den Piezo auf- oder entlädt, werden die Mosfets ja nie
länger als 200 Mikrosekunden durchgeschalten.
Ist das schon problematisch ?
Wäre der STD3LN62K3 N-Fet für den Nachbau geeignet ?
Piezo Scanner Röhrchen sind Röhrchen hergestellt aus einer Piezo Keramik
mit segmentierten Elektroden.
Je nachdem auf welches Segment man eine Spannung anlegt , Lenkt sich das
Röhrchen in eine Richtung ab.
Der Ausschlag ist abhängig von der Spannung.
Dadurch kann man z.b. Optiken im Mirko/Nanometer Bereich bewegen.
Je nach Segmentierung kann sich das Röhrchen um mehrere Achsen bewegen.
Hat keiner eine Antwort auf meine Fragen ?
Ben schrieb:> Im Anhang ein vereinfachter Schaltplan, wie ich mir das ganze vorstelle.> GND und VCC hängen am Ausgang des Verstärkers,
Das kann nur dann funktionieren, wenn der eine Verstärkerausgang von
Haus aus auf GND liegt und der andere mit positiven Spannungen
ausgesteuert wird. Ist das bei deinem Piezotreiber der Fall?
Falls ja, dann kann deine erste Schaltungsidee funktionieren. Dann würde
bei einem Puls der aktivierte Piezo das Feld sehen die anderen würden
kein Feld sehen sondern an beiden Elektroden den vollen Spannungssprung
mitmachen (ich weiß nicht, ob dein segmentiertes Piezo-Röhrchen das
mag).
Ben schrieb:> Nach kurzer Recherche habe ich folgenden Ausschnitt einer Doktorarbeit> gefunden(siehe Anhang).
Das ist eine sehr schematische Zeichnung. Du wirst einen sehr realen
Halbbrückentreiber brauchen. Da kann es schon ein wenig auf die Details
ankommen.
Ben schrieb:> Je nachdem ob man den Piezo auf- oder entlädt, werden die Mosfets ja nie> länger als 200 Mikrosekunden durchgeschalten.>> Ist das schon problematisch ?
Sie werden insbesondere immer nur kurz Strom leiten müssen (selbst wenn
der Puls 200µs lang ist, ist die Auflade/Entladezeit für den Piezo ja
kürzer. Jede einzelne Schaltflanke wird im FET nur 500µJ verheizen
(25nF/2*(200V)^2).
Von daher ist das im Prinzip nicht sehr problematisch. Aber in der
praktischen Ausführung ist es für einen Anfänger schon eine Nummer. Ich
fürchte, ein Abend Internetrecherche reicht nicht, um das aus dem Stand
zum Funktionieren zu bringen.
Mach mal einen konkreten Schaltungsvorschlag (nicht nur eine
Prinzipskizze). Dann kann man auch konkret Feedback geben, wo Probleme
zu erwarten wären.
Achim S. schrieb:> Das kann nur dann funktionieren, wenn der eine Verstärkerausgang von> Haus aus auf GND liegt und der andere mit positiven Spannungen> ausgesteuert wird. Ist das bei deinem Piezotreiber der Fall?
Augenscheinlich schon. Aber ich würde da sicherheitshalber nochmal
nachfragen oder wenigstens Nachmessen oder Nachsehen. Nicht, dass da
noch irgendeine Schutzschaltung oder sonstwas in der "GND-Leitung"
sitzt...
Danke.
Sehr gerne mache ich mal ein Schaltplan fertig.
Bevor ich jedoch grob etwas falsch mache, würde ich gern Grundlegend
herausfinden ob es der richtige Ansatz ist.
Technisch würde ich das ganze nun gemäß des Auszuges aus der
Doktorarbeit (von mir zuletzt gezeigtes Bild) umsetzten.
Wie detailliert darf man diese Darstellung wahrnehmen ?
Fehlen hier noch maßgebliche Bauteile (abgesehen von der
Grundbeschaltung der jeweiligen Bauelemente) ?
Was muss bei der Dimensionierung der Mosfets beachtet werden ?
Ben schrieb:> Technisch würde ich das ganze nun gemäß des Auszuges aus der> Doktorarbeit (von mir zuletzt gezeigtes Bild) umsetzten.
Bloß ist in dieser Arbeit ein Ende des Piezo "fest" auf U+ und eben
nicht auf GND.
Ben schrieb:> Fehlen hier noch maßgebliche Bauteile (abgesehen von der> Grundbeschaltung der jeweiligen Bauelemente) ?
Treiberschaltung. Besteht real nicht aus OPV.
Ben schrieb:> Was muss bei der Dimensionierung der Mosfets beachtet werden ?
Strom, Spannung, Frequenz, Schaltflanke.
Danke.
Ich werde einen Schaltungsentwurf erarbeiten und dann hier posten.
Eine andere Frage :
Wie kann ich den Ladestrom meines Piezos berechnen ?
Spannung und Kapazität ist bekannt.
Ben schrieb:> Wie kann ich den Ladestrom meines Piezos berechnen ?> Spannung und Kapazität ist bekannt.
Damit kannst du schon mal die nötige Energie berechnen.
Für einen Strom brauchst du noch einen Widerstand...
