Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sterowanie piezostosu 0...140V, 10mA (zasilacz + wzmacniacz)

tomeeh 11 Mar 2006 01:10 2709 16
  • #1 11 Mar 2006 01:10
    tomeeh
    Poziom 23  

    Witam.

    Jednym z elementów budowanego przeze mnie urządzenia jest zasilacz do piezostosu. Zakres napięć, jakie można przykładać do konkretnego modelu wynosi -10V...150V. Aby sobie nie robić dodatkowego problemu zamierzam zawęzić zakres napięć sterujących od 0...140V kosztem ograniczenia maksymalnego wychylenia (40µm).
    Generalnie widzę 2 opcje; w każdej z nich jest jednak jedno 'ale'. no to przypatrzmy się moim pomysłom:

    1. Na piezo potrzebne jest 140V, tak więc wzmacniacz musi być zasilany 160V (zakładając, że nie jest to Rail-Rail), do tego ok. 20V na stabilizację (TL783C), tak więc na kondensatorze wyjściowym potrzeba ok 160V. Decyduję się na zasilanie bipolarne, tzn 2 zasilacze po 70V na wyjściu każdy. Każdy z zasilaczy napędza wzmacniacz OPA445 (max.90V; działa od roku bezproblemowo przy 96V, sprawdzone na 4 egzemplarzach). Wzmacniacze pracują w przeciwfazie i są połączone tak, że napięcie między ich zaciskami wyjściowymi zmienia się od ok 0V do 140V. Problem jest taki, że potrzebny jest transformator o napięciu wyjściowym 80V/1,41 = 57V (nie bierzemy 70V/1,41, bo 70V ma być na wzmacniaczu, a 10V zostawiamy na stabilizację). No i pytanie, skąd tu wykombinować transformator 2 x 60V. Jeśli chodzi o takie napięcia, jak dotąd udało mi się jedynie znaleźć trafa do wzmacniaczy mocy; trafa takie mają moc 150W, ja natomiast potrzebuję jedynie ok 1,5W, więc nie tędy droga.

    2. Na piezo potrzebne jest 140V, wzmacniacz jest zasilany 150V, ok. 10V na stabilizację więc na kondensatorze wyjściowym potrzeba ok 160V. Zakładając zasilanie unipolarne, transformator powinien miec na wyjsciu 111V (pomijając spadek na diodach). Tak więc bierzemy toroid; najmniejszy, jaki znalazłem to 20W 230/115V i jest okej, tylko który wzmacniacz przyjmie na siebie 150V.

    Czekam na porady, w którym kierunku iść, czy drążymy punkt 1. (problem trafa 2x60V), bądź punkt 2 (wzmacniacz Vmax = 150V). Osobiście preferuję punkt 1, gdyż dotatkowym atutem będzie prostsza budowa stabilizatora na TL783C, tylko skąd ten transformator. Ostatecznie mogą to być nawet 2 transformatory po 60V każdy...

    0 16
  • #2 11 Mar 2006 01:22
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Nie prościej przetworniczkę? To tylko 1.4W...

    0
  • #3 11 Mar 2006 01:29
    tomeeh
    Poziom 23  

    No jeśli uzyskam wskazówki, jak ową wykonać to chętnie. Ale obawiam się, że z napięciami powyżej 30V nie będzie łatwo. No chya RoMan, że robiłeś przetworniczkę na napięcie ok. 80V i polecisz sprawdzony schemat , to pójdę w tym kierunku.

    0
  • #4 11 Mar 2006 02:33
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Na tym forum liczyliśmy już podobną przetworniczkę na 100V - o ile mnie skleroza nie myli... Zaraz poszukam...

    Znalazłem:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=304304&postdays=0&postorder=asc&highlight=mc34063&start=0

    Do tego dochodzi wczorajszy wątek o przetwornicy 5V -> 300V o mocy 10W. Przy 1.4W najprawdopodobniej nawet nie trzeba będzie dodatkowego tranzystora.

    0
  • #5 11 Mar 2006 10:35
    tomeeh
    Poziom 23  

    Czyli sugestia jest taka że idziemy w punkt 1. (zasilanie bipolarne, bo póki co nie mamy wzmacniacza na 150V). Okej, zakładając że zrobię 2 przetwornice 5V -> 80V muszę ja połączyć tak jak na rysunku. Czy zakładając, że napięcia wejściowe (Vdd1 i Vdd2) są od siebie odseparowane (pochodzą z oddzielnych uzwojeń transformatora; naturalnie po mostku graetza i filtrze) można połączyć przetwornice tak, jak na rysunku?

    No i jeszcze mała kwestia w przypadku przetwornic w tym projekcie - czy to jest uzasadnione, jeśli najpierw transformatorem obniżam napięcie z 220V do 5V, a potem podbijam przetwornicą do 80V?

    0
  • #6 11 Mar 2006 13:42
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Inaczej - 5V potrzebujesz i tak dla całej logiki i tego nie unikniesz. A przetworniczkę zasilasz raczej nie z 5V tylko z napięcia przed stabilizatorem. Na dokładkę zdecydowanie polecałbym pojedynczą przetworniczkę z wyjściem 160V a nie dwie po 80V.
    Oczywiście da się zrobić nawet na jednej +/- 80V ale nie jest to zadanie tak proste jak uzyskanie pojedynczego napięcia.

    0
  • #7 11 Mar 2006 15:17
    tomeeh
    Poziom 23  

    Rozumiem RoMan, dla mnie też lepiej wykonać jedną przetwornicę na 160
    V, ale nie wiem, czy czytałeś całość problemu, który opisałem - jeśli nawet będę miał przetwornicę na 160V, to i tak stoję w miejscu, bo nie mam wzmacniaczy, które wezmą na siebie 160V (mam tylko na 90V), stąd ten podział na 2x po 80V - przypatrz się rysunkowi i zobacz jak są podłączone wzmacniacze. Co do przetwornic wiadomo, że +/- 80V nie będzie łatwe, ale przecież mogę wykonać 2 po 80V każda - tylko nie jestem pewien, czy to będzie działać tak jak na rysunku (za tym, że to będzie działać przemawia fakt, że w ten sposób można łączyć stabilizatory napięć dodatnich, np 2x po 78xx w celu osiągnięcia napięć bipolarnych na wyjściu; taki motyw przetestowałem ze stabilizatorami TL783 w zasilaczu 2 x 50V (+/-50V) i to działa).
    Zasilanie przetwornicy - zrobię nie z 5V, a raczej z ok. 12...20V, zobaczymy jaki trafo wybiorę do części cyfrowej układu.

    0
  • #8 11 Mar 2006 15:28
    _jta_
    Specjalista elektronik

    A co konkretnie potrzebujesz mieć na tym piezostosie oprócz napięcia - to znaczy,
    ile prądu przez niego popłynie, czy potrzebne jest szybkie narastanie/opadanie
    napięcia, czy to sterowanie ma być precyzyjne, jaki sygnał do sterowania masz,
    czy byłoby wygodniej uziemić jeden koniec - jeśli tak, to który?

    0
  • #9 11 Mar 2006 16:04
    tomeeh
    Poziom 23  

    _jta_ napisał:
    A co konkretnie potrzebujesz mieć na tym piezostosie oprócz napięcia - to znaczy, ile prądu przez niego popłynie,

    Przez piezostos prąd praktycznie nie płynie (tam jest potrzebne pole), te 10mA o których mówię to prąd spoczynkowy + margines dla OPA445, lub innego wzmacniacza.

    _jta_ napisał:
    czy potrzebne jest szybkie narastanie/opadanie
    napięcia

    Na razie narastanie takie, jakie oferuje OPA445 jest w zupełnosci wystarczające, czyli 15V/µs; minimalnie powinno być 1V/µs.
    _jta_ napisał:

    czy to sterowanie ma być precyzyjne,

    Sterowanie musi być precyzyjne - powiedzmy, że fluktuacje napięcia na wyjściu wzmacniacza/wzmaczniaczy nie mogą przekroczyć 0.1V).
    _jta_ napisał:

    jaki sygnał do sterowania masz,

    Sygnał do sterowania będzie brany z zewnętrznego 16-bitowego przetowrnika unipolarnego DA podłączonego przez SPI do µC. Napięcie wyjściowe przetwornika DA będzie zależeć od użytej referencji - rozpatruję 2 możliwości 2,5V, lub 5V.
    _jta_ napisał:

    czy byłoby wygodniej uziemić jeden koniec - jeśli tak, to który?

    Jeden koniec można uziemić, jest to nawet obojętne który, ale jeśli go uziemię, znaczy to tyle, że by wysterować piezostos w pełni, tj. 150V, będę potrzebował takie wzmacniacza, by wytrzymał na swoich zaciskach 160V. Jeśli natomiast nie uziemiam, to wwczas jest sytuacja taka, ze moge zastosowac 2 wzmacniacze OPA445 połączone tak, jak na rysunku; pytanie jest tylko o zdobycie trafa 2x60V / 3...5W.

    0
  • #10 11 Mar 2006 16:27
    -RoMan-
    Poziom 42  

    1V/us da się uzyskać bez najmniejszego problemu na typowym układzie stosowanym we wzmacniaczach końcowych wizji OTV nawet ze stosunkowo dużą pojemnością obciążenia. Czyli bardzo prosty układ na dwóch tranzystorach NPN np. serii BF457-9. Resztę, czyli sterowanie i sprzężenie zwrotne można już oprzeć o normalny, niskonapięciowy układ na wzmacniaczu operacyjnym.
    W takim przypadku wystarcza w zupełności pojedyncze zasilanie +160V.

    0
  • #11 11 Mar 2006 18:03
    tomeeh
    Poziom 23  

    Przeglądam schematy OTV, niestety ta dziedzina elektroniki nie jest mi znana i nie potrafię zlokalizować poszukiwanego wzmacniacza wizji. W związku z tym prośba czy ktoś obeznany w technice OTV, byłby tak miły i narysował mi schemat stopnia końcowego (chodzi mi jedynie o sposób podłączenia tych 2 tranzystorów w stopniu końcowym, gdyż ze sterowaniem i sprzężeniem zwrotnym powinienem sobie poradzić).

    0
  • #12 02 Maj 2007 19:11
    d525
    Poziom 12  

    Chciałbym nieco odświeżyć wątek i spytać autora postu czyudało mu się wykonać badany układ? Też oszukuję wzmacniacza lub sposobu który da mi napięcie wyjściowe rzędu 150-200V tanim kosztem. Znalazłem specjalizowane układy APEX np serii PA90 lub PA98 natomiast sa to dość drogie scalaczki a z drugiej zaś strony czy sam regulator TL783C nie mógłby pracować w układzie wzmacniacza (tylko, e się dostaje napięcie wyjściowe 10 -125V tylko). Pozdrawiam

    Dodano po 7 [minuty]:

    Aha jest jeszcze jeden wzmacniacz który znalazłem na sieci: osymbolu 3584 on ma zakres +/- 150V, niestety nie jest rekomendowany do nowych aplikacji więc nie wiem nawet jak z jego dostępnością na rynku polskim jest stad można ściągnać specyfikację techniczną:

    http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/3584.html

    A co do PA90/PA98 to nie są dostępne na polskim rynku NIGDZIE, najbliższy dostawca to niemcy cena około 100-150E
    Pozdrawiam

    0
  • #13 03 Maj 2007 12:18
    tomeeh
    Poziom 23  

    Tak, udało mi się zrealizować źródło napięciowe o napięciach 10...150V wykorzystując układ z rysunku DC-DC (patrz mój post powyżej). Wykorzystuje ono 2 przetwornice do uzyskania napięcia ±80V, oraz 2 wzmacniacze operacyjne OPA445 (są zdecydowanie tańsze niż 3584 [200E w DigiKey]). Wzmacniacz OPA445 wytrzymuje zasilanie 95V bez problemu (mimo iż jest to już praca poza SOA) - sprawdziłem w praktyce w układzie pracującym ponad rok 24h/dobę. Tak więc podbijając napięcie na przetwornicy do ±95V uzyskałbyś napięcie wyjściowe ok. 180V. Możesz oczywiście zamiast przetwornic wykorzystać odpowiedni transformator; ja jednak miałem problemy ze znalezieniem takiego.
    Takie rozwiązanie ma jednak parę wad:
    1. Nie uzyskuje się 0V (minimalnie chyba 6V).
    2. Żadne z wyjść nie jest umasione (tzn. wyjście typu floating).
    Ja zbudowałem ten układ, ponieważ miałem wcześniejsze doświadczenie i wiedziałem, że będzie działać.
    Osobiście jednak uważam, że bardzuej estetycznie byłoby zrobić stopień wyjściowy na tranzystorach - tak jak polecał Roman. Niestety nigdy tego nie robiłem, nie znam schematu, toteż nie eksperymentowałem.

    0
  • #14 03 Maj 2007 12:38
    me_super
    Poziom 29  

    tomeeh napisał:
    Tak, udało mi się zrealizować źródło napięciowe o napięciach 10...150V wykorzystując układ z rysunku DC-DC (patrz mój post powyżej)


    Czy mógłbyś zamieścić pełny schemat wzmacniacza? Też zrobiłem zasilacz-wzmacniacz do piezostosu, tylko w moim wypadku potrzebne było duże pasmo (do 40kHz) przy sensownej amplitudzie. Pojemność piezo to jakieś 250nF, zasilania -30 do +150V. Zrobiłem układ na uA741 + wyjście na tranzystorach komplementarnych (MJE15032,MJE15033) ale nie jestem zadowolony z działania (śmietnik na wyjściu, pojawiają się duże przerzuty).
    Zasilam z zewn. zasilaczy laboratoryjnych 150V/2A.
    A gotowy wzmacniacz 200W to ok. 4000 euro + vat :(

    0
  • #15 03 Maj 2007 15:45
    tomeeh
    Poziom 23  

    Skoro potrzebujesz częstotliwości rzędu dziesiątek kHz, to mój układ ci się raczej nie przyda. Fundamentalne ograniczenie pochodzi od samych wzmacniaczy - OPA445 "rozpędza się" tylko do 15V/µs (parametr SR), więc to trochę mało (oblicz dokładnie jakiego nachylenia zbocza potrzebujesz).

    Poniżej zamieszczam schemat i płytkę do mego ustrojstwa (wersja Eagle 4.01). Spójrz tylko na stopień wyjściowy, bo tam jest również PID (do kompensacji nieliniowości piezo). Dodatkowo pamiętam, że zasilanie OPA445 było trochę zmodyfikowane, tzn. jeden był zasilany +80V / -15V, a drugi +15V / -80V (a nie tak jak na schemacie, tzn pomiędzy ±80V i masą). Przeróbka była potrzebna dlatego, że OPA pracujący w konfiguracji odwracającej nie radził sobie, gdy sygnał wejściowy był bliski masy.

    W ramach Fair-Play chciałbym, abyś ty również zamieścił swój nie do końca działający układ (tzn kompletny schemat) - to przyniesie wszystkim korzyści, bo możliwe, że układ da się wspólnymi siłami poprawić. (Ja właśnie chętnie zbudowałbym stopień wyjściowy na el. dyskretnych).

    0
  • #16 03 Maj 2007 16:09
    me_super
    Poziom 29  

    tomeeh napisał:

    W ramach Fair-Play chciałbym, abyś ty również zamieścił swój nie do końca działający układ (tzn kompletny schemat) - to przyniesie wszystkim korzyści, bo możliwe, że układ da się wspólnymi siłami poprawić. (Ja właśnie chętnie zbudowałbym stopień wyjściowy na el. dyskretnych).


    Tutaj jest schemat oraz krótka dyskusja.

    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=655874

    Tranzystory końcowe to wspomniane wcześniej MJE. Układ bez obciążenia ma pasmo do ok. 100kHz, jeśli się podłączy piezo pojawiają się tzw. przerzuty szczególnie widoczne na prostokątnym sygnale (ale piezo ma wykonywać głównie ruchy sinusoidalne). Zauważyłem, że duuże kond. na liniach zasilania trochę pomagają. No i przy małym wzmocnieniu układ lubi się wzbudzać. Moc trudno mi oszacować, ale przy 250nF układ ciągnął po 200mA na +/-60V, dalej mam problemy z ograniczeniem prądu.

    0
  • #17 03 Maj 2007 16:19
    tomeeh
    Poziom 23  

    Trzeba by też policzyć impedancję twego piezo dla kHz, bo taka OPA445 daje bardzo niewiele prądu (trzeba uważać, by nie przekroczyć mocy 0,7W, co przy napięciu 95V ogranicza prąd do zaledwie 7mA).

    0
  Szukaj w 5mln produktów