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

Wysokonapięciowy wzmacniacz w. cz. 0-200V 1-200kHz do piezo

06 Lis 2007 21:39 3609 6
  • Poziom 12  
    Witam!
    Od dłuższego czasu próbuję skonstruować wzmacniacz dający na wyjściu napięcie do około 150V i pracujący przy częstotliwości do 200kHz. Niestety moje poszukiwania gotowca spełzły na niczym bo NIGDZIE nie ma konstrukcji spełniającej moje założenia. Aż zaczynam się zastanawiać czy to jest w ogóle wykonalne. Zatem jeżeli ktoś słyszał lub wie jak skonstruować takie cacko to proszę o pomoc. Projekt może być super-prymitywny albo super-zaawansowany. Przetestuje każdy układ. Ale jeżeli ktoś już kiedyś takie coś budował to proszę o podzielenie się doświadczeniem.

    Wymagania minimalne:
    1. Sygnał wejściowy 0-10V prostokąt 100kHz-150kHz.
    2. Sygnał wyjściowy 0-150V (lepiej 0-200V) prostokąt 100kHz-150kHz.
    3. Prąd wyjściowy do 50mA

    Wymagania maksymalne:
    1. Sygnał wejściowy 0-10V dowolny (np: sinus) 100Hz-200kHz.
    2. Sygnał wyjściowy 0-200V jak wejściowy (100Hz do 200kHz ) z możliwie małymi zniekształceniami w całym zakresie.
    3. Amplituda sygnału wy (wzmocnienie) sterowana napięciowo 0-10V
    4. Prąd wyjściowy do 200mA.
    5. Zabezpieczenie przeciwzwarciowe.

    Przyznam, że próbowałem podejść do tego tematu z różnych stron ale praktyczne testy zawsze kończyły się fiaskiem (albo popalone elementy albo sygnał wyjściowy zerowej jakości). Słowem nie udało mi się skonstruować tego co chcę.

    Problemem wydaje sie tu być niekorzystne połączenie wysokiego napięcia z wysoką częstotliwością co uniemożliwia np zastosowanie przekaźnika półprzewodnikowego (pracuje do kilku kHz) lub prostego układu tranzystorowego który z kolei się przegrzewa przy wysokim napięciu.

    Jeżeli ktoś ma pomysł albo wie jak to skonstruować to proszę o pomoc.

    P.S. Wiem, ze można kupić wzmacniacze operacyjne wysokonapięciowe ale takie co się do tego najlepiej nadają czyli APEXY są niedostępne na polskim rynku a ponadto bardzo drogie (do kilkuset zł) A ja poszukuję prostego i skutecznego rozwiązania i w sumie wystarczy tylko prostokąt na wyjściu.

    Jeżeli ktoś może mi pomóc to będę wdzięczny.
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
  • Relpol przekaźniki nadzorczeRelpol przekaźniki nadzorcze
  • Relpol przekaźniki nadzorczeRelpol przekaźniki nadzorcze
  • Poziom 12  
    r2d2004 Dzięki za odpowiedź, ale schemat pt: "Ultradźwiękowy zestaw myjący UZM-10" się kompletnie nie nadaje z następujących przyczyn:

    1. Nic nie wiem na temat wyjściowego napięcia zasilającego sam przetwornik piezoelektryczny (100,300,1000V??).
    2. Nie znam parametrów użytych transformatorów.
    3. Podejrzewam ponadto że są one dedykowane specjalnie do tej aplikacji a co za tym idzie musiałbym je sam nawijać (wiele odczepów).
    4. Nie widzę możliwości regulacji napięcia wyjściowego (ogromna wada dla mojej aplikacji).
    5. Częstotliwość pracy jest 23kHz +/-10% czyli dokładnie o 100kHz ZA MAŁO :/
    6. Brak możliwości przestrajania w szerszym zakresie.
    7. Układ to jakiś zarąbisty generator o mocy 630VA i wadze 21kg -chyba do mycia słoni... a ja potrzebuje ledwie 2W czyli około 50mA na wyjściu...

    Generalnie dyskwalifikuje to wyżej przedstawiony układ.
    Na pewno da się to zrobić prościej.

    P.S. Tak na przyszłość- jak już życzysz sobie 2 pkt za pobranie pliku to przynajmniej zrobiłbyś z tego porządnego pdfa a nie krzywo sfotografowane jpg-i.
  • Poziom 29  
    d525 napisał:

    maksymalne:[/b]
    1. Sygnał wejściowy 0-10V dowolny (np: sinus) 100Hz-200kHz.
    2. Sygnał wyjściowy 0-200V jak wejściowy (100Hz do 200kHz ) z możliwie małymi zniekształceniami w całym zakresie.
    3. Amplituda sygnału wy (wzmocnienie) sterowana napięciowo 0-10V
    4. Prąd wyjściowy do 200mA.
    5. Zabezpieczenie przeciwzwarciowe.



    Też robiłem wzmacniacz do piezo, w ostatniej fazie wyszło mi coś takiego:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic655874.html
    zasilanie z zasilaczy 200V/3A z ograniczeniem prądowym (ważne!). Kluczowym parametrem jest pojemność piezo, bo to określa wymagany prąd przy danej częstotliwości i amplitudzie, na mój gust 200V Vpp i 200kHz będzie wymagać prądu znacznie większego niż 200mA. Poza tym kwadrat 200kHz będzie wymagał jeszcze większego pasma. Mi udało się spalić kilkadziesiąt tranzystorów i oporników w końcu kupiłem za kilka tysięcy euro gotowy wzmacniacz w www.piezomechanik.de. Działa bardzo ładnie i ma pasmo do 70kHz (max. amplituda zależy od częstości i pojemności). Poza tym rozwiązanie wzmacniacza też zależy od zastosowania danego przetwornika piezo.
  • Poziom 12  
    Dzięki me_super za odwiedziny. Oczywiście widziałem Twoje forum :):) Nie mniej jednak zraziłem się trochę śmieciami na wyjściu wzmacniacza poza tym właściwie to nie potrzebuję napięcia symetrycznego wystarczy mi samo dodatnie.
    Zdaję sobie sprawę, że sygnał prostokątny wymaga większego pasma, ale za to praktycznie nie wymaga liniowości bo praca będzie miała charakter zał/wył dlatego stwierdziłem, ze być może prościej będzie zrobić jakieś sprytne kluczowanie tranzystorem niż układ typowego wzmacniacza z jego zaletami i wadami.

    Co zaś się tyczy pieza to mierzyłem prąd wygląda to tak:
    1. Zasilanie napięciem +/-80V (160Vp-p) - Sygnał sinusoidalny (o wartości skutecznej 54V bez składowej stałej)
    2. Częstotliwość rezonansowa piezoelektryka wraz z układem mechanicznym:
    około: 121kHz.
    3. Prąd płynący przez piezoelektryk: 35mA.

    Piezo ma pojemność 0.55uF a wmontowane w układ mechaniczny 0.75uF (ze względu na to, ze częściowo styka się z układem mechanicznym więc myślę, ze stąd ta różnica w pojemności).

    Co się zaś tyczy wzmacniacza to wiem jakie są ceny gotowców :) Natomiast w Twoim przypadku jak już dostałeś pieniądze to może można byłoby zrobić na porządnym okładzie np: APEX PA90, PA91 lub PA98 one doskonale się sprawdzają w zakresach +/-200V i mają szerokie pasmo niestety jedna sztuka kosztuje kilkaset zł (dokładnie jakieś 800zł) i jest niedostępna na polskim rynku. Ja nie mogę tyle wydać na wzmacniacz, ponadto potrzebuję nie jedną sztukę ale sześć więc tym bardziej mi się nijak kalkuluje...

    Znalazłem na sieci wzmacniacz +/-75V ale nie wiem jakie ma pasmo i jak się zachowuje na wyższych częstotliwościach oto link do układu: http://www.elektor.com/magazines/2004/december/high-voltage-amplifier.57288.lynkx jak mi się uda zmontować to napiszę jak działa. Ale to nadal nie rozwiązuje mi problemu bo raczej interesuje mnie wyjście 0-200V prostokąt z regulowanym zakresem wyjścia (0-200V lub 0-150V). Więc na razie w tym kierunku szukam.

    Pozdr
  • Poziom 29  
    d525 napisał:

    Co zaś się tyczy pieza to mierzyłem prąd wygląda to tak:
    1. Zasilanie napięciem +/-80V (160Vp-p) - Sygnał sinusoidalny (o wartości skutecznej 54V bez składowej stałej)
    2. Częstotliwość rezonansowa piezoelektryka wraz z układem mechanicznym:
    około: 121kHz.
    3. Prąd płynący przez piezoelektryk: 35mA.

    Piezo ma pojemność 0.55uF a wmontowane w układ mechaniczny 0.75uF (ze względu na to, ze częściowo styka się z układem mechanicznym więc myślę, ze stąd ta różnica w pojemności).



    Poczytaj co wypisują producenci piezo na stronach www, np. PI Ceramic. Tutaj jest ciekawy wzór:

    http://www.physikinstrumente.com/en/products/prdetail.php?sortnr=400600.75

    w okolicach (Equation 16); może zacytuję

    Cytat:


    The following equations describe the relationship between amplifier output current, voltage and operating frequency. They help determine the minimum specifications of a piezo amplifier for dynamic operation.

    (Equation 16)

    Ia ~= f * C * Upp



    Czyli relacja pomiędzy prądem wyjściowym, napięciem i częstotliwością.
    Niech C=0.75e-6 F, f=100e3 Hz, Upp=160V. Jak się to wymnoży to wychodzi prąd Ia=12A (dwanaście amperów) jeśli chcemy władować sinusoidę w piezo o pojemności 0.75uF i napięciu międzyszczytowym 160V. Wyszło mi więcej niż Tobie (dlatego napisałem w pierwszym poście ze 200mA to za mało), ale możliwe że się walnąłem gdzieś w rozumowaniu lub obliczeniach. Załączam wykres mojego wzmacniacza, o średnim prądzie 350mA a w impulsie 1200mA. Zobacz jakie ma pasmo przy 0.47uF i 150V.


    d525 napisał:

    Co się zaś tyczy wzmacniacza to wiem jakie są ceny gotowców :) Natomiast w Twoim przypadku jak już dostałeś pieniądze to może można byłoby zrobić na porządnym okładzie np: APEX PA90, PA91 lub PA98 one doskonale się sprawdzają w zakresach +/-200V i mają szerokie pasmo niestety jedna sztuka kosztuje kilkaset zł (dokładnie jakieś 800zł) i jest niedostępna na polskim rynku. Ja nie mogę tyle wydać na wzmacniacz, ponadto potrzebuję nie jedną sztukę ale sześć więc tym bardziej mi się nijak kalkuluje...


    One mają jakieś mikroskopijny prąd i nie nadają się do zastosowań dynamicznych. Mam gdzieś dwudziestokanałowy wzmacniacz do piezo na +/-160V właśnie na operacyjnych APEX i wzmacniaczach izolacyjnych Burr Brown. Apeksy kupowane w Stanach.

    [/quote]
    Znalazłem na sieci wzmacniacz +/-75V ale nie wiem jakie ma pasmo i jak się zachowuje na wyższych częstotliwościach oto link do układu: http://www.elektor.com/magazines/2004/december/high-voltage-amplifier.57288.lynkx jak mi się uda zmontować to napiszę jak działa.
    [/quote]

    To jest wzm. audio i może mieć sprzężenie AC. Ja potrzebowałem wzmacniacz liniowy przenoszący cały sygnał wraz z podkładem DC, stąd wszystkie układy audio odpadły.
    Jeśli tylko kwadrat to może chamskie przełączanie tranzystorami IGBT albo mosfetami? Albo nawet przełącznikami półprzewodnikowymi, ostatnio znajomy znalazł jakieś przełączniki do 2-3kV.
  • Poziom 12  
    Generalnie wszystko co napisałeś się zgadza :)
    1. Dla pojemności C=0.55uF częstotliwości f=120kHz i napięcia Upp=160V prądy wynoszą: imax=33.2A iavr=10.5A

    ale

    tak jest dla PEŁNEGO odwzorowania sinusoidy czyli jakbym chciał pracować w trybie liniowej pracy dynamicznej gdzie wychylenie jest wprost proporcjonalne do amplitudy (wtedy odwzorowuję położeniem kształt napięcia bez większych zniekształceń)

    Natomiast ja w sumie nie potrzebuję odwzorowywać kształtu napięcia ponieważ mnie zależy tylko na tym, żeby wprowadzić układ w rezonans i płynie regulować jego amplitudą. A do tego nie jest mi potrzebne pełne przeładowanie piezoelektryka tylko w zasadzie jego pobudzenie. Istotne jest natomiast żeby pobudzenie było o takiej samej częstotliwości co częstotliwość rezonansowa układu i żeby napięcie było odpowiednio wysokie.
    Chciałem wykorzystać sinusoidę, żeby mieć dokładnie jedną harmoniczną przebiegu wymuszającego ale chyba daruję sobie i zastosuje przełączanie prostokątem.

    Co do wzmacniaczy to APEX PA93 ma 8A prąd (ale jest chyba wolniejszy niż 90 lub 98) natomiast nawet PI też nie ma wzmacniaczy o niewiadomo jakich wydajnościach :
    http://www.physikinstrumente.com/en/products/piezo_driver/piezo_driver_selection.php?table=8
    http://www.physikinstrumente.com/en/products/piezo_driver/piezo_driver_selection.php?table=11

    standardowe mają 5-14W co przy wysokich napięciach też nie daje nie wiadomo ile amperów wysoko watowe mają w prawdzie po 550W ale to też nie daje 10A :)

    Natomiast te 35mA to po prostu zmierzyłem multimetrem przy danym napięciu (160Vp-p) oczywiście to jest wartość skuteczna prądu przemiennego więc na pewno wartość szczytowa będzie większa nie mniej jednak nie wiem jak ją zmierzyć.

    W każdym razie chyba podejdę po "chamsku" do tego i zacznę to czymś przełączać. a półprzewodnikowe przekaźniki nie wydalają przy 100kHz maksymalnie to chyba jakieś 2kHz...cz y20 nie pamiętam- za duży czas załączania :)