Guten Tag, Ich benötige etwas Hilfe bei der Auslegung der Stromversorgung einer Piezo Ansteuerung. Der Piezo wird mit 100V angesteuert. Die Reine Stromversorgung soll nach diesem Vorbild aufgebaut werden : http://www.ti.com/tool/PMP8913 Nun wird der Piezo im Pulsbetrieb angesteuert. Die Flankenbreite entspricht 50uS bei 100hz. Die Kapazität des Piezo´s ist 6nF. Entsprechend meiner Berechnung benötigt der Piezo 2uS bei 0.3A Spitzenlast, bis VPP von 100V anliegt. Der Piezo wird nur aller 10 Sekunden für jeweils 1s (100 Pulse a 50uS) angesteuert. Meine Frage ist nun folgende : Kann ich hinter der Stromversorgung einfach entsprechend große Kondensatoren schalten, um die Ladeströme des Piezo ab zu fangen ? Immerhin werden ja nur 600nF/10sek konsumiert. Während der 9sek. Ansteuerpause, könnten die Kondensatoren sich wieder aufladen. Generell ist das nicht notwendig, da der Schaltregler eine ausreichende Leistung hat, jedoch würde ich diesen gerne entlasten. Ist das eine sinnvolle Idee ? Langfristig würde ich gern mehrere Piezo´s betreiben, wodurch der Schaltregler an eine Grenzen kommt. Hier erscheint es mir als einfachste Lösung, die Kondensatoren als "Bufferbaterie" zu verwenden. Danke euch ! Mars
Mars schrieb: > Die Flankenbreite entspricht 50uS bei 100hz. > Die Kapazität des Piezo´s ist 6nF. > Entsprechend meiner Berechnung benötigt der Piezo 2uS > bei 0.3A Spitzenlast, bis VPP von 100V anliegt. Scheint zu stimmen. > Meine Frage ist nun folgende : > > Kann ich hinter der Stromversorgung einfach entsprechend > große Kondensatoren schalten, um die Ladeströme des Piezo > ab zu fangen ? Ja, sicher. Wobei fraglich ist, ob das notwendig ist; die Stromversorgung enthält i.d.R. schon einen Ausgangselko. > Immerhin werden ja nur 600nF/10sek konsumiert. Nee. 6nF*100V*100 = 600nAs*100 = 60µC (=60µAs) > Während der 9sek. Ansteuerpause, könnten die Kondensatoren > sich wieder aufladen. Ja, sicher. Der Pulsstrom ist mit ungefähr 0.3A schon nennenswert, aber der mittlere Gleichstrom ist ziemlich niedrig. > Generell ist das nicht notwendig, da der Schaltregler eine > ausreichende Leistung hat, jedoch würde ich diesen gerne > entlasten. Naja, IRGENDWO solltest Du schon passende Elkos unterbringen; möglichst nicht allzuweit von der Endstufe entfernt. Ansonsten wandern die Strompulse lustig in der gesamten Schaltung herum :) > Langfristig würde ich gern mehrere Piezo´s betreiben, > wodurch der Schaltregler an eine Grenzen kommt. Unwahrscheinlich. Der mittlere Gleichstrom ist gering. > Hier erscheint es mir als einfachste Lösung, die > Kondensatoren als "Bufferbaterie" zu verwenden. Selbstverständlich. Die Pufferelkos NAHE bei der Endstufe unterbringen. Ach so: Daran denken, dass die Piezos nicht nur AUFGELADEN, sondern auch wieder ENTLADEN werden wollen :)
Wow, danke für deine Ausführliche Antwort ! Das hat mir sehr weiter geholfen. Eine andere Frage habe ich noch : Man sieht oft Piezo Verstärker die über Trafos und Flyback Variante ihre hohe Spannung erzeugen. Warum nutzt man nicht öfters Boost-Converter wie in der Beispielschaltung ? Eigentlich bringt der ähnlich gute Performance zu gleichem Preis aber weniger Platzverbrauch. Gibt es sonst Nachteile die ein solcher Boost-Converter bei Piezo Anwendungen mit sich bringt ? Natürlich muss man sagen das ich keinen Linear-Verstärker benötige, sondern nur eine feste Spannung, das vereinfach natürlich das ganze. Laden und Entladen wollte ich mit 2 N-Fets. Einen gegen Masse und Masse-Piezo (zum laden) und den anderen gegen Masse und VPP-Piezo (zum entladen). Danke !
Mars schrieb: > Man sieht oft Piezo Verstärker die über Trafos und Flyback > Variante ihre hohe Spannung erzeugen. > Warum nutzt man nicht öfters Boost-Converter wie in der > Beispielschaltung ? Kurzes googeln lehrt mich: Flyback ist Sperrwandler mit Trafo, Boost ist Sperrwandler ohne Trafo. > Eigentlich bringt der ähnlich gute Performance zu gleichem > Preis aber weniger Platzverbrauch. Naja, der Unterschied ist offensichtlich: Der Trafo, d.h. die (mögliche) Potenzialtrennung von Ein- und Ausgang. Ob man die Potenzialtrennung braucht bzw. haben will, hängt vom Gesamtsystem ab. Auch wenn man symmetrische Versorgung haben will, ist Flyback im Vorteil. > Laden und Entladen wollte ich mit 2 N-Fets. > Einen gegen Masse und Masse-Piezo (zum laden) und den > anderen gegen Masse und VPP-Piezo (zum entladen). Das gibt einen Kurzschluss beim Entladen.
Possetitjel schrieb: > Flyback ist Sperrwandler mit Trafo Ja. > Boost ist Sperrwandler ohne Trafo. Einspruch euer Ehren. Der Boost-Converter ist sozusagen ein "Semi-Durchflusswandler", denn es fließt (bei nichtlückender Auslegung) immer ein Strom vom Eingang direkt zum Ausgang. Es wird nur ein Teil der Energie zwischengespeichert. Der Inverswandler ist dagegen ein echter Sperrwandler, er speichert in der Einschaltzeit die gesamte Energie ein und gibt sie in der Sperrphase an den Ausgang ab.
ArnoR schrieb: > Einspruch euer Ehren. Der Boost-Converter ist sozusagen > ein "Semi-Durchflusswandler", denn es fließt (bei > nichtlückender Auslegung) immer ein Strom vom Eingang > direkt zum Ausgang. Hmm. Dann verstehe ich aber das Prinzipschaltbild in der Wikipädie nicht: https://de.wikipedia.org/wiki/Aufw%C3%A4rtswandler Wenn der Schalter leitend wird, fließt ja nur Ladestrom in die Spule. Energieübertragung zum Ausgang findet hier nur in der Sperrphase des Schalters statt -- zumindest sehe ich nicht, wie es anders sein sollte.
Entschuldigung, mein Fehler, meinte nicht: ArnoR schrieb: > immer ein Strom vom Eingang direkt zum Ausgang sondern "immer ein Eingangsstrom" Beim echten Sperrwandler ist der ja in der Sperrphase "0", der entnimmt der Quelle nur in der Leitphase Energie.
Angehängte Dateien:
-
Schaltung.png
81 KB
Ich denke mit der Stromversorgung ist soweit erstmal alles klar. Allerdings würde mich eure Meinung zu der Mosfet Schaltung interessieren, um den Piezo zu "Pulsen". Kernparamenter zur Ansteuerung : - Betriebsspannung 100V - Flankenbreite 50uS bei 100hz - Kapazität 6nF - Ladezeit 2uS - Ladestrom 0.3A Ich möchte die Schaltung gemäß des Diagramms im Anhang realisieren, welches ich in einem anderen Thread hier gefunden habe. Als Mosfet dachte ich an den IRF8720, welcher bzgl. Preis & Leistung derzeit am besten erscheint. Nur bin ich mir unsicher bei der Mosfet Treiber Schaltung. Angesteuert soll das ganze direkt über die 5v logic eines Arduinos. Genügt für meine Anwendung noch eine einfache Transistor Schaltung, oder sollte man schon auf einen richtigen Mosfet Treiber IC setzten ? Generell, was haltet ihr von der Auswahl des Mosfets ?
Mars schrieb: > oder > sollte man schon auf einen richtigen Mosfet Treiber IC setzten ? Die machens dir zumindest recht einfach mit Highside Ladungspumpe und direkter Logikansteuerung. IR2104 mit kleinem Gehäuse und mittlerem Gatestrom, IR2181, IR2184 für hohen Gatestrom, oder z.B. IR2110 für hohen Gatestrom aber komplexerer Ansteuerung.
Danke für die Antwort. Wenn ich mich nich irre, benötige ich 2x Low Side driver ? Wie wäre es mit dem UCC27324 als Treiber ? Und noch eine andere Frage : Transistor/Mosfet mit der Bezeichnung TH in der Grafik, dient zur Entladung des Piezos. Zur Entladung wird der interne Drain-Source Widerstand des Mosfets verwendet. Ist das eine gute Idee bzw. mit meinem ausgewählten Mosfet praktikabel ? Oder sollte man lieber einen externen Widerstand hinzufügen ? Ist die Kombination IRF8720 + UCC27324 für meine Anwendung gut dimensioniert ?
Mars schrieb: > Schaltung.png Diese Schaltung zumindest ist eine klassische Halbbrücke mit 2 N-Kanalern und dafür brauchst du für den Highside Treiber eine Ladungspumpe (oder DC-DC Wandler, das führt aber jetzt zu weit). Genau dafür sind die genannten Treiberbausteine gedacht. Mars schrieb: > Wie wäre es mit dem UCC27324 als Treiber ? Das ist ein Lowside Treiber. Wie o.a., brauchst du aber noch einen für die Highside. Mars schrieb: > IRF8720 Schau ins Datenblatt. Du weisst die benötigte Geschwindigkeit, den Strom und die Uds, guck, obs passt.
ok, verstanden :) Da habe ich das Diagramm etwas falsch verstanden. Wie sieht es mit dem MCP14700 als Treiber an ? Der klingt von den Daten her eigentlich sehr gut. Da dieser mit 5V betrieben werden kann, würde das etwas den Schaltaufwand minimieren.
für die Schaltung mit IR2104 als Treiber, muss ich bei meiner erhöhten Spannung etwas bei der Auswahl der richtigen Diode beachten? Wäre die SS115 eine geeignete Diode ? Und den Kondensator entsprechend mit 1uF Dimensionieren ? Sorry für die vielen Fragen, möchte mir ungern unangenehme Fehler einbauen ... das ist bei der etwas höheren Spannung ja doch schwieriger hinten dran in der Fehlersuche.
Vorweg: Ich bin jetzt nicht unbedingt der große Piezo-Meister oder was, aber ich denke trotzdem, daß hier so einiges (und zwar wichtiges...) noch nicht beachtet wurde. (Der Anteil an Quatsch, den ich nun verzapfe, wird sehr bald von erfahreneren / wissenderen Leuten korrigiert - trotzdem solltest Du es vielleicht erst einmal als "vermutlich richtig" handhaben, was ich da schreibsele - ok? ;-) Mars schrieb: > Kernparamenter zur Ansteuerung : > > - Betriebsspannung 100V 100Vp oder 100Vpp? Du willst den Piezo ja bipolar ansteuern - er soll oszillieren. Oder? Das ist zumindest die gewöhnliche Art, das zu machen... (Piezos haben auch eine Resonanzfrequenz - nenne sie doch mal...) Erst mal bedeuten die "p" bei Vp oder Vpp "Spitze(nwert)". Bei bipolarer Ansteuerung (symmetrischem Rechteck) gilt: Betriebsspannung 100Vpp bedeutet "Zwischen -50V und + 50V" - denn das "pp" heißt "peak to peak", von Spitze zu Spitze. 100Vp hingegen würde "Zwischen -100V und +100V" bedeuten - denn "p" heißt ("nur") "peak", also "Spitze einer Polarität". [Auch muß man differenzieren, ob sich die Bezeichnung (ob nun Vp oder aber Vpp) auch wirklich auf Rechteck bezieht, oder aber auf Sinus... Denn wenn der Piezo z.B. 100Vp Sinus "sehen will", würdest Du ihn bei 100Vp Rechteck mit stark erhöhter Leistung betreiben. Beim symm. Rechteck ist d. Spitzenwert gleich dem Effektivwert - beim Sinus ist der Effektivwert der Spannung ca. Vp * 0,707. Das heißt umgekehrt natürlich, daß ein Rechtecksignal mit dem gleichen Spitzenwert wie der "Vergleichs-Sinus" dann auch den 1,414-fachen Effektivwert hat.] Bitte also ganz genau, Vp oder Vpp. Und überprüfen, ob sich eine Angabe der Resonanzfrequenz auftreiben läßt (ist eventuell ca. im Bereich (1 / 100µS) = 10kHz - eventuell). > - Flankenbreite 50uS bei 100hz ...eines symmetrischen Signales, oder? Also 50µS in die eine, dann 50µS in die andere Richtung? So daß immer 1 Sekunde lang 10kHz anliegen, dann immer 9 Sekunden Pause? Mars schrieb: > (100 Pulse a 50uS) Hoffentlich falsch formuliert, und richtig wäre: "100 Perioden mit je 50µS die eine + 50µS die andere Polarität" Und die Resonanzfrequenz (falls Du die herausfinden kannst) liegt in jenem Bereich, also IST 10kHz (oder nahe dran)? Mars schrieb: > Wie sieht es mit dem MCP14700 als Treiber an ? Wenn meine bisherigen Annahmen zutreffen, brauchst Du mindestens einen sog. "High- and Lowside Driver", oder einen "Halfbridge-DR.". Entweder einen mit "enable" oder "disable" Pin - an diesem Pin könntest Du separat für diese "1 Sekunde ein, 9 Sekunden aus" sorgen. Oder aber Du pausierst die zugeführten Signale selbst. Im Falle des "Halfbridge-Drivers" ganz einfach - der braucht ja sowieso nur ein Signal. (Achtung: Manche davon haben trotzdem zwei Eingänge - aber nur, um auch mit einem invertierten Signal zurechtzukommen.) Im Falle eines "Hi-Lo-Driver" müßten aber beide synchron aussetzen. (Denn dieser bräuchte ja 2 separate Signale, einmal Hi, einmal Lo. Das unterscheidet die beiden Treiber-Typen ja hauptsächlich.) Im Endeffekt ist also ein Halfbridge-Driver einfacher zu händeln in diesem Fall. Und zur Erzeugung eines symmetrischen Rechteckes braucht man nicht zwingend einen High&Lowside-Driver, welcher über- lappende Signale zuließe. Letzteren Typ erwähnte ich eigentlich nur, weil es auch damit ginge - und man vielleicht ja gerade zufällig einen solchen schon hat, leichter besorgen kann, oder ähnliches. Allerdings: Es gelten meine obigen Hinweise bezüglich Betriebsspannung. Welche genau nun erforderlich ist, ist zwingend vorher festzustellen. Übrigens wird bei einer H-Brücke (auch Voll-Brücke), wenn also der Piezo sowohl "links" als auch "rechts" jeweils mit dem Mittelpunkt (dem sogenannten Schaltknoten) einer Halb-Brücke verbunden ist, eine vollständige Umpolung gemacht. Jede Seite wird abwechselnd auf GND und dann auf V_CC gezogen. Deshalb reichen in diesem Fall einfache 100VDC als V_CC, um + / - 100V an den Piezo zu legen. (= 100Vp) Du hast also die Wahl zwischen Voll-Brücke (kompliziertere Schaltung, aber nur halbe Betriebsspannung nötig), und einer Halb-Brücke (einfachere Schaltung, aber doppelte V_CC nötig). Also, Leute - Feuer frei auf meine Anfänger-Fehler... ;-)
Nachtrag: Mars schrieb: > Wäre die SS115 eine geeignete Diode ? Das kommt drauf an. Wenn Du + / - 100V Rechteck m. e. Halbbrücke machen willst, brauchst Du eine V_CC von 200VDC. Dann reichte die nicht, die Sperrspannung wäre zu gering. Mars schrieb: > Und den Kondensator entsprechend mit 1uF Dimensionieren ? (Welcher überhaupt? Aber:) Vorsicht. Der Bootstrap-Kondensator muß ja 9 Sekunden lang die Spannung halten (genug Spannung, um den High-Side-FET noch sauber durchzuschalten).
Mars schrieb: > Sorry für die vielen Fragen, möchte mir ungern unangenehme > Fehler einbauen ... das ist bei der etwas höheren Spannung > ja doch schwieriger hinten dran in der Fehlersuche. Naja, ich würde das offen gestanden auch nicht mit einer DC-gekoppelten Endstufe und 100V Versorgungsspannung versuchen, sondern eine (Parallel-)Gegentaktschaltung mit angezapftem Übertrager verwenden ("transformer push pull amplifier"). 24V Verstorungsspannung, Trafo 1:5, zwei Transistoren, die ca. 3A abkönnen. Geeignete Messmittel (Signalgenerator, Oszi) sollten aber schon vorhanden sein.
@rookie da wookie : Der Piezo wird nur mit 100Vp betrieben. Das Signal sollte so Rechteckig wie möglich sein. Also 50uS Flankenbreite (kein Sinus) mit 100hz. Das liegt daran dass der Piezo nur einseitig sprungartig ausgelenkt wird. Also sollte der IR2104 Aufbau ganz gut gehen. Der "untere" Mosfet lädt den Piezo auf, und der "obere" entlädt den Piezo. Bezüglich der Dimensionierung für den Bootstrap Kondensator : Was wäre hier eine geeignete Dimensionierung ? Die 9 Sekunden Schaltpause habe ich dabei garnicht bedacht. @Possetitjel : Der "transformer push pull amplifier" Aufbau hätte nur den Vorteil, das er weniger Empfindlich und Galvanisch getrennt ist ? Oder verstehe ich das falsch ? Geeignete Messmittel habe ich.
Mars schrieb: > Der "transformer push pull amplifier" Aufbau hätte nur den > Vorteil, das er weniger Empfindlich und Galvanisch getrennt > ist ? Nö, er hat den Vorteil, dass Du 1. keine Betriebsspannung von 100V bereitstellen musst und 2. keine "High-Side" hast.
Mars schrieb: > Die 9 Sekunden > Schaltpause habe ich dabei garnicht bedacht. Du musst ja den Piezo nicht 9 Sekunden lang kurzschliessen, es reichen ja zum Abdämpfen ein paar dutzend ms. Dananch setzt du du den /SD Eingang auf low, bis zu den nächsten Bursts. Damit lädt sich auch die Ladungspumpe wieder auf.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.