正弦驱动50W-250W超声换能器：是否有B类135KHz单片功率放大器IC？

我的项目需要使用正弦波（/锯齿）扫描发生器驱动中功率超声压电换能器，该发生器扫描换能器谐振频率的+/- 2％。

问题：从DDS生成的整形信号中驱动这些传感器的最简单的选择是什么，失真度较低（5-10％）？

1. 使用功率放大器IC离开高电压轨，并且会大量散热，以直接驱动换能器
2. 使用功率放大器IC，然后（？）一个晶体管电流放大级，然后使用一个合适的（需要帮助识别）升压变压器来驱动换能器
3. 使用不需要大量散热的某种（需要帮助识别）D类高功率放大器IC（编辑： 不是解决方案，请参见注释7）。
4. 完全其他一些选择
5. 编辑：从下面的建议中确定满足参数和约束的现成的OEM放大器模块。

更新： [2012年10月15日] 如果可以指出一个或两个合适的OEM模块，则上述选项5似乎是最佳答案-到目前为止，我的研究中没有发现。因此，问题悬而未决。

扫频波形通过DDS IC，AD9850和数据表生成：AD9850 CMOS 125 MHz完整DDS合成器

我可以使用的一种换能器：5938D-25LBPZT-4（超声波兰格文换能器）

• 共振频率：25 KHz
• 谐振阻抗：10-20欧姆
• 电容：5400 pf +/- 10％
• 输入功率：60W
• 数据表：我希望我能找到一个！

换能器的大小写会从20KHz更改为135KHz，每个都在50-250瓦范围内，与上述设计类似。

我在这些换能器上看到的驱动器设计通常使用开关，即方波来驱动它们，MOSFET驱动，在某些情况下为Vpp 100v！（这些设备甚至需要那种电压吗？ 编辑：显然是这样）

一些驱动器使用调谐滤波器将波形整形为正弦或近似波形。

不幸的是，这不适用于我的目的-该项目是一个设备，该设备首先会在20-135KHz的整个范围内检测连接的换能器的谐振频率，然后首先用正弦波扫描每个谐振频率，（编辑：取消此要求是不可行的：然后在指定的功率输出（通常约为换能器额定功率的一半）处产生一个锯齿信号）。

因此，我所寻找的是该社区的智慧，他们提出了一种适合原型友好的方法，以将那些DDS波形传递到换能器。谢谢你们！

根据收到的评论和回复添加了一些注释：

1. 波形精度不是超临界的，5％的失真是可以接受的。放大器级中的散热引起的散热问题和功率浪费是更大的问题。至少在原型阶段之前，成本是一个关键问题。
2. 有人建议，符合要求的预构建OEM放大器模块可能是我最好的选择。虽然确实很吸引人，但我仍然希望除了我提出的备选方案之外，还要研究我在问题中提出的备选方案，因此尚未标记出可接受的答案。
3. 尚未找到任何在线OEM模块，该模块可覆盖20KHz至135KHz频率范围，即使输出功率为50瓦。响应中建议的一个设计用于3.5KHz，其开关频率为100KHz。（放弃了此要求： 另外，我是否需要更高的带宽来处理甚至达到粗略精度的锯齿波？如果锯齿或其他锯齿波，我可能不得不跳过锯齿要求，并将我的问题约束为正弦波被调查者认为以合理的成本无法获得任意波形。）
4. 建议的新方法是具有反馈的B级。需注意的是，此放大器阶段的功耗很高。因此，我的问题有两个附加条件：
5. 是否有可以覆盖所需频率范围（放弃锯齿波）的所需频率范围（20KHz至135KHz）和功率要求（最大50瓦）的单片B类放大器IC？
6. 在此类B级阶段，预期的散热范围是多少，将其传递给换能器的预期功率是多少？
7. 新的关于d类放大器，单片或OEM：他们将需要使用800kHz的或更高的数量级的开关频率，支持与合理的THD一个100-135KHz正弦波。对于5％的失真要求，开关频率必须更高。这样的高开关频率D类功率放大器似乎并不存在。

尝试使用Apex制造的这些线性放大器。它们是专门为超声应用而设计的。

在许多超声波应用中，您确实需要使用超过100V的电势差来向介质传递足够的声功率。这是由于换能器电阻抗相当低。但是，由于传递函数并不重要，因此几乎无法预测达到设定声压所需的电压。

许多超声应用并不十分关心激发波形。这就是为什么许多功率放大器级都是非常简单的推挽式配置以提供方波输出的原因。他们的优势有两个：

1. 它们可以通过低压信号发生电路轻松驱动，并且
2. 它们在开关元件中的功耗很小，这是常见的设计约束。（由于超声换能器的带宽很窄，因此能量耗散转移到电缆和换能器上。通常，冷却换能器要容易得多。）

在信号波形很重要的情况下，我过去遇到的功率放大器级通常是具有负反馈的B类推挽式配置，以避免从高压电源轨产生的交叉失真。在我看来，这将是您遇到的问题的解决之道。注意：您的开关元件将消耗不可忽略的功率。

我认为Piezo Systems EPA-104-115符合您所有的标准，但低成本的标准除外。它的价格为2639美元。

该AA实验室系统A-301HS还可以适应并可能是便宜，因为你会发现。我在ebay上看到了一个975美元的商品。

在我的搜索中搜索piezo driver还是piezo linear amplifier没有找到更实惠的商品，但请仔细检查。

您可能还需要阅读由实验室编写的这篇论文，该实验室为他们的压电执行器构建了更便宜的驱动器。不幸的是，他们的驱动器在1kHz范围内，但他们最后提出了一些可能会提高kHz的方法。另一方面，他们说他们不确定在哪里可以处理更高频率的零件，但是了解导致高频困难的原因并有一定毅力的解决方案可能对您有所帮助。

首先，是的，您需要大约100V峰值（70.7V RMS）的电压才能将250W驱动到20Ω。

您可以购买可满足您感兴趣的功率和频率范围的OEM功率放大器模块；就使原型快速运行，降低设计风险而言，这可能是您最好的选择。它甚至可能也是生产的一种方式。确保选择可以处理容性负载的单元。

这是一个例子。有趣的是，我发现如今的音频功率放大器模块几乎完全是D类，其带宽限制为10s kHz。几年前，当我最后一次查看这些信号时，它们属于AB类，带宽为100s kHz。请确保在搜索字词中包含“压电”或“超声波”。

我会观察到，标准的压电或压电复合换能器的带宽可能约为20％（可能是一个八度音阶，具有相当硬的匹配网络以进行调谐），每个人都做方波驱动是有原因的，这就是换能器只是没有足够的带宽可以复制正弦波以外的任何东西，所以换句话说，换能器将其带通成为正弦波的驱动波形是什么。...

此外，即使在该带宽内，群延迟也相差很大，以至于即使将合理的方形多周期脉冲放入水中也非常困难，以至于Paul Doust曾经将其用作聚会技巧演示（如正弦波的方阵爆发） ）。

我建议无论做什么，将一个适中（几欧姆左右）的功率电阻与放大器输出串联在一起是一个有助于相位裕量的好主意。

有音频放大器会做什么，但价格便宜？没那么多，正如我说的那样，由于转换器的限制，您真正需要的是H桥（例外是可用带宽内的多个音调，这可能是intermod的问题）。

带有GaN的D类可能是一种选择，但是还没有人真正拥有产品。

问候，丹。