Генератор синуса, 300В 20 кГц 600 Вт Опции

[termik]

Добый день.
Необходимо питать оборудование для ультразвуковой сварки.

Сейчас для этого разработали генератор, но он выдает "двухполярный" меандр, а не синус. В принципе, всё работает, но пьезоизлучатель эффетивнее функционирует от синусоидального напряжения. Можно конечно поставить последовательно дроссель - но на нем будет рассеиваться энергия, он занимает место, да и в идеале его надо немного подстраивать когда от нагревания плывет частота пьезоизлучателя.

Возникла идея сразу делать синус, а не фильтровать меандр.. Погуглив, я пришел к выводу, что мощный синус лучше всего делать по принципу усилителя класса Д.
Собственно вопросы:
1. Правильно ли я думаю насчет усилителя класса Д?
2. Я неопытен в этой сфере, поэтому опасаюсь что займусь изобретением велосипеда. Подскажите пожалуйста типичные решения такой задачи.

Сейчас меандр генерируется микросхемой AD9833, она также умеет выдавать синус. Я так понимаю, что нужно этот синус пропустить через компаратор с пилой, и получить шим-импульсы. Только вот что неясно: генерируемый микросхемой синус является однополярным, соответственно после того как его, в виде шим импульсов, пропустим через полевики(получается вообще через один полевик) - он и останется однополярным, и не удастся его подать на развязывающий трансформатор?

Если я задаю слишком глупые вопросы и создается впечатление, что я не хочу думать сам - это не так, курю форумы уже три месяца, и с нулевых почти знаний в электронике разработал генератор на h-мосте. Буду очень признателен, если попинаете в нужном направлении, разжевывать необязательно!

Прикладываю схему того, что уже сделано. В идеале бы использовать этот же H-мост, просто немного изменить часть схемы, выдающую управляющие импульсы на затворы.

Сообщение отредактировал termik - Aug 22 2013, 09:59

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Iptash]

Может просто линейный усилитель мощности с вых. повышающим трансформатором?

[Herz]

Может просто линейный усилитель мощности с вых. повышающим трансформатором?

Линейный на 600Вт ещё поди найди. Не аудиофильский же покупать? С классом Д идея привлекательная, но всё равно понадобится фильтр, а это тот же дроссель, габариты и сложности с АЧХ: пьезоизлучатель - нагрузка непростая.

[shf_05]

самому лучше микросхемы класса Д не делать, есть готовые.
в журнале компоненты и технологии за прошлый год вроде были схемы усилителей класса Д и С на полевых транзисторах microsemi, до нескольких МГц десятки и сотни вольт, сотни Ватт.

[stells]

наверное с усилителем есть смысл связываться, если предполагается работа в некотором диапазоне частот

[In_an_im_di]

Работает же всё, так зачем трогать? только ради "повышения эффективности пьезоизлучателя"? непонятно.

[termik]

так может работать еще лучше)
на мой взгляд, это отличный повод чтобы трогать)))
всё-таки вопрос остается открытым - есть ли какие-нибудь типовые решения/микросхемы, которые принимают на вход сигнал, а на выходе рулят H-мостом по принципу усилителя класса д?

Сообщение отредактировал termik - Aug 23 2013, 10:14

[AlexandrY]

так может работать еще лучше)
на мой взгляд, это отличный повод чтобы трогать)))
всё-таки вопрос остается открытым - есть ли какие-нибудь типовые решения/микросхемы, которые принимают на вход сигнал, а на выходе рулят H-мостом по принципу усилителя класса д?

Для 300 В и 600 Вт нереально. Слишком высокая частота ШИМ-а получается, пара мегагерц.

Типовые 3-х фазные силовые сборки для инверторов в районе киловатта, из последних сил тянут 20 КГц ШИМ. У них dead time около 1 мкс.
А здесь на два порядка надо выше.

Разумнее применить многоступенчатую аппроксимацию синусоиды.

[Herz]

так может работать еще лучше)
на мой взгляд, это отличный повод чтобы трогать)))
всё-таки вопрос остается открытым - есть ли какие-нибудь типовые решения/микросхемы, которые принимают на вход сигнал, а на выходе рулят H-мостом по принципу усилителя класса д?

Если что, готовы новый излучатель покупать? Спрашиваю вполне серьёзно, ибо имелся опыт, сын ошибок трудных...

[termik]

Читаю про многоступенчатую аппроксимацию синусоиды, пока кажется сложнее шима.

Если что, готовы новый излучатель покупать? Спрашиваю вполне серьёзно, ибо имелся опыт, сын ошибок трудных...

Да) Поделитесь опытом пожалуйста, что разумнее - фильтровать меандр или делать сразу синус?

[stells]

Поделитесь опытом пожалуйста, что разумнее - фильтровать меандр или делать сразу синус?

наверное не просто фильтровать меандр, а делать на выходе резонансный контур

[_Pasha]

Посмотрите на схемные решения для индукционных печей. При том, что "пьезик" в УЗ-сварке является элементом резонансной цепи. Типовое исторически устойчивое решение для УЗ - генератор на тиристорах с подстройкой резонанса катушками. Все равно горит. Я чего хочу сказать: вынужденные колебания пьезоэлемента - это тот уровень энергетической эффективности, когда что синус что меандр. Лучше не будет. Лучше - только генератор. Имхо, конечно.

Сообщение отредактировал _Pasha - Aug 23 2013, 15:15

[Burner]

последовательно дроссель - но на нем будет рассеиваться энергия

А чего бы на нем рассеиваться? Можно сделать добротность 200 - получишь 3 Вт тепла. Подстройка - если езда частоты умещается в 0,5 резонансного интервала - не нужна. Тут зависит от добротности всего контура. Чем она больше, тем он уже. Контур необходим. Т. е., резонанс, как я понимал, на голой пьезокерамике, или +чуток конденсаторов для подгонки. Тогда добротность системы будет минимальна, соотв. и необходимость подстройки. Шо касается класса D, то, в принципе, релейная схема может быть оптимальна. Особенно если особой спектральной чистоты от ультразвука не требуется.
У ней максимальное быстродействие при данной тактовой частоте. Т. е., там и тактов нет. Это похоже на ту структуру с пилой, о которой Вы упоминали, только вместо пилы - интеграл выходного напряжения(до дросселя). Просто компаратор с гистерезисом, который переключает полевики по сравнению вашего 20к синуса с интегралом напряжения и/или по току. Т. е., норм. нужен шунт или ТТ, шоб ничего не сгорело. Особенно при 600 Вт и высокодобротной нагрузке. Это вам не динамики. Раз у Вас мост - то имеет смысл сделать 2 компаратора, т.с. с 3 положениями - плюс, ноль(нагрузка закорачивается мостом) и минус. Быстродействие лучше(соотв. форма сигнала), нагрев дросселя меньше. Дроссель все равно нужен, только меньший раз в 5, и подстраивать действительно ниче не надо. Это дело с 2 компараторами можно провернуть и с тактовым сигналом, но я рассказать щас это не смогу. Думал когда-то, но уж забыл, а придумывать щас некогда. Мож., сами. Или действительно возьмите такой драйвер моста для класса D.
Заметим, что с этим делом Вас ждет сюрприз - восстановление обратного диода в полевике. Когда даешь просто меандр, его нет. Норм. диод приходится отсекать шоткой по старому рецепту IR. У полевиков, которые выдерживают 300 В, эти диоды много медленнее тех 60 В, что ставят в усилках. Ну если отсекать не захотите - берите полевики ST, напр. У них этот заряд вроде раза в 2 меньше, чем у IR.

[_Pasha]

А чего бы на нем рассеиваться? Можно сделать добротность 200 - получишь 3 Вт тепла. Подстройка - если езда частоты умещается в 0,5 резонансного интервала - не нужна.

Там частота поболее ездит. То, что видел - где-то на 40% вверх.

[AlexandrY]

Читаю про многоступенчатую аппроксимацию синусоиды, пока кажется сложнее шима.

Схемотехнически выполнить формирование синусоиды из фазосмещенных меандров не сложнее, а только несколько дороже.
Но благодаря модульному принципу такая схема легко масштабируется до нужной чистоты синусоиды или мощности сигнала.
Скажем на 8-и меандрах можно сделать приближение к синусоиде где будут подавлены гармоники вплоть до 13-й.

8-мь синхронных меандров частотой 20 КГц с заданными смещениями вы легко можете сделать использовав микроконтроллеры семейства Kinetis от Freescale. ))