เพิ่ม 5V / 2A ถึง + 70 / -70V สำหรับ op-amp rails หรือไม่


9

ฉันพยายามขับ "ทวีตเตอร์" ล้ำเสียงสำหรับโครงการวิจัยที่สวมใส่ได้ เมื่อเทียบกับลำโพงทั่วไปทวีตเตอร์มีความต้านทานสูงมากเกิน 4kohm เป็นผลให้มันต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูงมากในการผลิตพลังงานที่เห็นได้ แต่การวาดปัจจุบัน RMS เป็น mA ไม่กี่ต่อทวีตเตอร์มากที่สุด ฉันใช้ LTC6090 op-amp ซึ่งยอมรับได้ถึง +/- 70V ที่รางและทำงานได้ดีกับความถี่ที่ฉันสนใจ

จนถึงตอนนี้ฉันได้ใช้ชุดควบคุมแรงดันไฟฟ้า 12V แบบ off-the-shelf และตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้า LT1054 เพื่อผลิต +/- 22V ที่ราง แต่ฉันอยากจะทำได้ดีกว่าถ้าเป็นไปได้ ดูเหมือนจะมีโลกของตัวเลือกอยู่ตรงนั้น แต่นี่คือบางสิ่งที่ฉันกำลังพิจารณา:

  1. ใช้ LT8331 เพื่อสร้างแรงดันประมาณ 135V โดยใช้หมายเหตุแอปพลิเคชันในหน้า 22 ของแผ่นข้อมูลจากนั้นใช้บางอย่างเช่นunipolar เพื่อแปลง bipolar DCด้วย BJTs สำหรับงานหนักเพื่อเปลี่ยนเป็น +/- 65V หรือฉันอาจจะใส่ 0 / 135V ที่รางและตั้งค่าสัญญาณ 5V โดยใช้ตัวแบ่งแรงดัน

  2. ใช้ตัวควบคุม flyback LM2587 ในการกำหนดค่าที่คล้ายกับที่แสดงในการผลิต +/- 70V อันนี้ดูเหมือนจะทำงานได้เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตสูงสุดที่โฆษณาคือ 60V แต่ฉันไม่แน่ใจว่าฉันสามารถเปลี่ยนค่าส่วนประกอบที่นี่เพื่อสร้างแรงดันขาออกที่สูงขึ้นได้หรือไม่

แอปพลิเคชัน LM2587

  1. ใช้ LT1054 เพื่อเปลี่ยน + 5V เป็น +/- 10V จากนั้นเปลี่ยนเป็น +/- 70V พร้อมด้วยไอซีบูสเตอร์แยกสองตัว

สำหรับบางสิ่งเหล่านี้ฉันอาจต้องเร่งความเร็วในหลายขั้นตอน ฉันมีตัวควบคุม 5-> 35V ที่ฉันสามารถใช้เป็นอินพุตไปยังสเตจอื่น นี่อาจไม่มีประสิทธิภาพ แต่แอปพลิเคชันของฉันไม่ใช้พลังงานมากต้องใช้กระแสไฟน้อยมากและส่วนใหญ่เป็นหลักฐานแนวคิดดังนั้นนี่จึงไม่ใช่ปัญหาสำหรับฉันในตอนนี้

โดยพื้นฐานแล้วฉันต้องการทราบวิธีที่ดีที่สุดในการทำสิ่งนี้ มันไม่น่าเป็นไปได้ที่ฉันจะเป็นคนแรกที่ประสบกับปัญหานี้และฉันต้องการพยายามหลีกเลี่ยงการมองเห็นในอุโมงค์หรือสร้างวงล้อใหม่ด้วยวิธีที่ดูเหมือนจะไม่มีประสิทธิภาพไม่น่าเชื่อถือหรืออันตราย ฉันขอขอบคุณข้อมูลเชิงลึกใด ๆ ตั้งแต่คำแนะนำการออกแบบระดับสูงไปจนถึงส่วนประกอบหรือโครงสร้างเฉพาะที่อาจเป็นประโยชน์

ฉันยังใหม่กับการเปลี่ยนแลกเปลี่ยนนี้ดังนั้นโปรดให้อภัยการขาดการเชื่อมโยงไปยังเอกสารข้อมูลส่วนประกอบฉันไม่มีตัวแทนเพียงพอที่จะโพสต์พวกเขา


2
ทำไมคุณไม่สามารถใช้งานแอมป์ที่แรงดันต่ำเช่น 5 V และใช้หม้อแปลงเพื่อเพิ่มความกว้างของสัญญาณ 10-20 ครั้ง
jms

ฉันต้องยอมรับว่าฉันไม่ได้มองลงมือทำแบบนั้น ฉันนำหม้อแปลงที่ชัดเจนในการทำซ้ำครั้งแรกเพราะฉันไม่พบอะไรที่กะทัดรัดมากนัก แต่อาจถึงเวลาที่จะต้องดูอีกที
เอียนเรย์โนลด์ส

1
ที่ความถี่อัลตราโซนิก (สิ่งที่ความถี่. คุณกำลังวางแผนที่จะใช้ไล่ยุงที่นี้?) หม้อแปลงทำโชคดีที่ได้รับห่างไกลที่มีขนาดเล็กกว่าสิ่งที่คุณสามารถใช้ที่ 50 / 60Hz ความถี่ AC ไฟ ตัวเลือกอื่นที่คุณอาจยังไม่ได้พิจารณา: คุณสามารถสร้างตัวแปลงโทโพโลยีบั๊ก - บูสต์ด้วยตัวเหนี่ยวนำแบบกึ่งเกลียว ปล่อยให้ปลายด้านหนึ่งของตัวเหนี่ยวนำดึงราง + 70V ของคุณปลายอีกด้านหนึ่งดึงราง -70V ของคุณและแตะตรงกลางให้ "สัญญาณกราวด์" (อย่าเชื่อมต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ GND) ที่คุณสามารถจับคู่สัญญาณอินพุตของคุณ ถึง.
Robherc KV5ROB

@IanReynolds: นั่นคือสิ่งที่ตัวแปลงสวิตชิ่งของคุณทำและสิ่งที่คล้ายกันกับความถี่ ดังนั้นคุณจึงจำเป็นต้องมีการเหนี่ยวนำที่คล้ายกันประมาณทางใดทางหนึ่ง ...
ไบรอันดรัมมอนด์

@ RobhercKV5ROB อุปกรณ์ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งสัญญาณบรอดแบนด์เช่น chirps และคลิกที่ช่วงประมาณ 30-80kHz ฉันไม่แน่ใจว่าจะซื้อหม้อแปลงแบบไม่วางจำหน่ายได้อย่างไรโดยเฉพาะอย่างยิ่งหม้อแปลงขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อยึดกับพื้นผิว คือนี้เป็นสถานที่ที่ดีที่จะเริ่มต้นอย่างไร ช่วงความถี่ดูถูกต้องและฉันสามารถเลือกอัตราส่วนความต้านทานที่เหมาะสมกับความต้องการของฉันได้
Ian Reynolds

คำตอบ:


8

ฉันอยากจะแนะนำอย่างยิ่งต่อความพยายามของตัวแปลงสัญญาณเสียงออกใด ๆ เพื่อเพิ่มเอาต์พุตของ op amp เหมือนที่กำลังถูกแนะนำในความคิดเห็น อย่าเข้าใจฉันผิดมันเป็นเทคนิคที่ถูกต้องสมบูรณ์และใช้บ่อย ในความเป็นจริงมันเป็นแค่การจับคู่อิมพีแดนซ์และการจับคู่อิมพีแดนซ์นั้นทำงานได้ดีในเรื่องนี้และให้แอมป์อิมพีแดนซ์ต่ำขับเสียงขดลวดอิมพิแดนซ์ที่สูงกว่ามากขึ้น

ปัญหาคือไม่มีสิ่งใดในใบสมัครของคุณเพราะคุณไม่ได้ขับคอยล์เสียงคุณกำลังขับ transducer ล้ำเสียงแบบ piezoelectric

นี่เป็นข้อแตกต่างที่สำคัญที่คุณควรระวังเพราะเทคนิคปกติหลายอย่างที่ใช้ในการขับเคลื่อนลำโพงแบบดั้งเดิมนั้นไม่เหมาะสมกับสถานการณ์ของคุณ คอยล์เสียงถูกเบี่ยงเบนจากกระแสในปัจจุบันและอิมพีแดนซ์ของพวกมันคือความต้านทานและอุปนัยในธรรมชาติ transducer ล้ำเสียงของคุณไม่มีสิ่งเหล่านั้น ความต้านทานของมันคือcapacitive ทั้งหมดและวงจรเปิดเพื่อ DC มันถูกกระตุ้นโดยความแตกต่างของประจุระหว่างเพลตของมันไม่ใช่กระแสไฟฟ้า ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจึงเบี่ยงเบนโดยตรง คุณต้องการขั้วไฟฟ้าและการเชื่อมต่อผ่านหม้อแปลงจะทำให้คุณสูญเสียสิ่งนี้ดังนั้นคุณจะต้องใช้ขั้นตอนการแก้ไขแบบซิงโครนัสเพื่อเรียกคืนขั้วบนเอาต์พุตของหม้อแปลง นี่ไม่ใช่ปัญหาถ้าขับลำโพง แต่มันมีความสำคัญกับโหลดประเภทนี้ คุณต้องขับมันด้วยการดึงแผ่นชาร์จออกมาหรือเข้าไปข้างในและวิธีที่คุณควรทำคือวิธีที่คุณวางแผนที่จะทำตั้งแต่เริ่มต้น

คุณมีตัวเลือกสองสามอย่างที่นั่นแม้ว่า:

  1. คุณสามารถใช้แอมป์ไฟฟ้าแรงสูงที่มีรางจ่ายไฟกว้างหรือ
  2. ใช้แอมป์สหกรณ์แรงดันไฟฟ้าต่ำที่ควบคุมสเตจพุชแบบดึงออกซึ่งเชื่อมโยงกับรางไฟฟ้าแรงสูง

ฉันคิดว่า 1 กำลังจะมีประสิทธิภาพที่ดีที่สุดรวมถึงความเรียบง่ายและง่ายขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงลักษณะของสัญญาณที่คุณจะใช้งาน ชิป, การคลิก, สิ่งต่าง ๆ มากมายจำเป็นต้องได้รับการขยายและ (อย่างน้อยก็ฉันจะถือว่า) โดยมีการบิดเบือนน้อยที่สุด ตัวเลือกที่ 2 นั้นก็ต่อเมื่อคุณต้องการประสิทธิภาพที่คุณสามารถหาได้จากแอมป์แรงดันไฟฟ้าต่ำ แต่เนื่องจากมีแอมป์ op ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ (ท่ามกลางคนอื่น ๆ ) และเรากำลังพูดถึง ฉันไม่เห็นเหตุผลที่จะลองใช้ตัวเลือกที่ 2 ฉันขอแนะนำตัวเลือกที่ 1 LTC6090 ทำงานได้ดีมากสำหรับสิ่งที่คุณต้องการใช้ ลงไปที่บริเวณแผ่นความร้อนทุกอย่างจะถูกนำมาพิจารณา

สำหรับการได้รับรางแผ่นข้อมูลของ LTC6090 นั้นประกอบด้วย schematics สองส่วนที่อุทิศให้กับการผลิตราง± 65V หรือ± 70V คุณสามารถใช้พวกเขาหรือไม่ แต่ทอพอโลยีเป็นจุด ในความคิดของฉันตัวแปลง flyback เป็นทางออกที่ดีที่สุดของคุณอย่างแน่นอน 5V ถึง 70V นั้นมีอัตราส่วนสูงเกินไปสำหรับตัวแปลงบูสเตอร์ 135V กำลังผลักดันมันมากยิ่งขึ้น - LTC8331 เป็นส่วนที่ดีและมันสามารถสร้าง 135V จาก 5V ได้ แต่จะไม่มีประสิทธิภาพหรือสวย และฉันไม่คิดว่าตัวเหนี่ยวนำแบบเคาะจะใช้สำหรับสร้างพื้นที่เสมือน มันจะง่ายขึ้นราคาถูกลงและใช้งานได้ง่ายขึ้นกว่าเดิมเพียงใช้ตัวแปลง flyback กับขดลวดเอาต์พุตสองเส้น

อย่ากลัวว่าจะถูกแปลงโดย flyback - พวกมันแค่แปลงค่าบูสต์บูสเตอร์ ฉันไม่ได้คุณ ดูวงจร พวกมันคือวงจรเดียวกัน, ตัวแปลงเดียวกัน, สิ่งเดียวกัน ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือ flyback มีขดลวดตั้งแต่สองแกนขึ้นไปบนแกนเดียวกันสำหรับตัวเหนี่ยวนำ และไดโอดอาจเป็นทางเดียวหรืออีกทางหนึ่งขึ้นอยู่กับขั้วที่คุณต้องการ สุจริตฉันจะแนะนำเพียงใช้ LTC3411 ตามที่แนะนำในแผ่นข้อมูลของ LTC6090 คุณอาจต้องการกระแสที่มากขึ้นซึ่งเป็นสิ่งที่ LTC3412 ใช้สำหรับ - เป็นเพียง LTC3411 ที่มีความสามารถในปัจจุบันสองเท่า โชคไม่ดีที่คุณอาจจะไปด้วยราคาค่อนข้างแพง ($ 6 ในปริมาณเดียว) หม้อแปลงWürthเป็น Linear แนะนำในแผ่นข้อมูลของพวกเขา หม้อแปลง Flyback ไม่จำเป็นต้องมีหม้อแปลงที่เหมาะสมและเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าคู่ แต่มีตัวเหนี่ยวนำคู่น้อยมากที่มีขดลวด 3 เส้นและฉันสงสัยว่ามันจะถูกจัดอันดับให้ 100 + V (คุณต้องการห้องที่ใหญ่กว่า) หม้อแปลงWürthมีขนาดเล็กติดตั้งบนพื้นผิวและสามารถจัดการกับ 150V ต่อการพันที่สองได้อย่างปลอดภัย คุณไม่สามารถไปไหนผิดกับWürthได้ แต่พวกเขาจะทำให้คุณได้รับสิทธิ์

ฉันรู้ว่าคุณต้องการลด BOM ลง แต่เชื่อใจฉันมันจะคุ้มค่ากับเวลาที่ประหยัดและไม่มีอาการปวดหัวและภาวะแทรกซ้อนเพียงแค่ 'คัดลอกและวาง' วงจรแอปพลิเคชันจากตัวแปลงเช่น LTC3411 / 2 ส่วนการสลับของ Linear นั้นดีที่สุดและใช้งานง่ายที่สุด (และยังแพงที่สุดด้วยเศร้า) และฉันมักจะแนะนำให้เริ่มต้นด้วยส่วนเชิงเส้น เมื่อคุณมีประสบการณ์มากขึ้นและสะดวกสบายกับตัวแปลงสวิตชิ่งแล้ว TI ก็ดีเหมือนกันและถูกกว่ามาก แต่มักจะไม่ค่อยใช้งานง่ายนัก

คุณควรกังวลเกี่ยวกับ chirps ล้ำเสียงและ hoots เหล่านั้นและสิ่งที่ไม่ฉันคิดว่านี่เป็นหนึ่งในสถานการณ์เหล่านั้นที่เหมาะสมจ่ายมากกว่าเพียงแค่ไม่ต้องจัดการกับแหล่งจ่ายไฟเพื่อให้คุณสามารถจัดการกับสิ่งที่คุณ ' กำลังทำจริง ถ้าคุณทำได้เพียงคว้าหม้อแปลงWürthตามแผนผังในหน้า 22 ของแผ่นข้อมูลLTC3412หรือมีตารางของหม้อแปลงและเอาต์พุตที่เป็นไปได้ในหน้า 10 วงจรจะทำงานได้ดีกับอินพุต 5V แต่มีกำลังขับลดลง คุณจะต้องปรับตัวแบ่ง EVLO สำหรับ 5V (หรือผูกมันโดยตรงกับ VIN)


นี่เป็นคำตอบที่ยอดเยี่ยมและฉันไม่สามารถขอบคุณได้มากพอสำหรับการสละเวลาในการเขียนออกมา - ฉันไม่ได้คิดว่าภาระนั้นเป็นแบบ capacitive เลย (แม้ว่าผู้ผลิตจะให้คำแนะนำที่เป็นความลับเกี่ยวกับความต้านทานลดลงด้วย ความถี่, yikes!) ดังนั้นคุณอาจช่วยฉันปวดหัวมาก ฉันอาจจะไปกับแผนผังจากแผ่นข้อมูล 6090 การซื้อหม้อแปลง $ 6 ไม่ได้เป็นการทำลายธนาคารเพราะเราเพียงแค่ต้องสร้างสิ่งเหล่านี้ในขณะนี้ :) ขอบคุณอีกครั้ง!
Ian Reynolds

2
@IanReynolds - สร้างต้นแบบอย่างน้อย 2 เสมอ! ด้วยวิธีนี้เมื่อคุณถอดรหัสเป็นครั้งแรกคุณสามารถทำงานกับวินาทีได้ ฉันเคยไปที่นั่น.
Connor Wolf
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.