problemas con el circuito piezo

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En mi circuito estoy viendo un comportamiento extraño de mi piezo. Estoy manejando un zumbador piezo 4Khz ( TDK PS1240P02BT ) con un BSS138K FET de mejora de nivel lógico de canal N. La salida PWM de mi microcontrolador (PIC18) está conectada directamente a la compuerta del transistor con un desplegable de 100K ohmios también conectado a la compuerta. El piezo PS12 tiene una resistencia de 1K Ohm en paralelo, tal como lo recomienda la hoja de datos. El voltaje que impulsa al piezo es de 12 V, y el voltaje de la compuerta es de 3.3 V.

Circuito:

Editar:SeagregósimulaciónpotencialconlosdiodosdesujeciónsugeridosporOlin: simulación

Los problemas que estoy viendo son los transistores, el volumen piezoeléctrico disminuye durante los tonos más largos y el piezo no funciona durante un tiempo después de tocar, y luego vuelve a funcionar después de "descansar" por un tiempo.

Tengo un par de preguntas:

  1. ¿Alguna idea de por qué se están muriendo los transistores? No parece que se esté poniendo demasiado caliente.

  2. ¿Hay una manera de determinar la impedancia del piezo? No parece estar listado en la hoja de datos. Intenté modelar el circuito pero esto es difícil de hacer con precisión cuando se desconoce la capacidad del piezo. Vi picos actuales mucho más altos de lo esperado cuando uso valores de ~ 100nF.

  3. La hoja de datos enumera el piezo a 3.3VP-P, pero dice que puede tolerar hasta 30 V sin sesgo de CC. ¿Se está ejecutando esto a través de 12V para destruir el piezo?

  4. En general, ¿son necesarios los resistores limitadores de corriente y los diodos de retorno para los controladores piezoeléctricos? En caso afirmativo, ¿cómo se calcula el valor del resistor?

  5. Finalmente, aparte de eso, el piezo sobrevive en un entorno automotriz (mis problemas actuales ocurren en el banco con un suministro regulado), por ejemplo. ¿Los transitorios de voltaje destruirían rápidamente el piezoeléctrico?

pregunta QuestionMan

3 respuestas

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Los elementos piezo pueden parecer bastante inductivos para el circuito. También pueden producir altos voltajes por choques externos. Algunos encendedores de barbacoa producen chispas eléctricamente al golpear a un piezo, por ejemplo.

El problema es que cualquiera o ambos de estos efectos están causando un alto voltaje que está friendo su transistor. Asegúrese de que haya diodos inversos a tierra y energía para proporcionar una ruta segura para cualquier corriente que de lo contrario causaría un alto voltaje. Los diodos Schottky serían buenos en este caso ya que son rápidos y sus voltajes son bajos.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Los FET se activan más rápido y tienen una resistencia de estado estacionario más baja a un voltaje de accionamiento de puerta más alto. Cuando los FET se activan demasiado lentamente, o tienen una resistencia de estado estable demasiado alta, o ambos, pueden calentarse y fallar.

Lo primero que intentaría es: agregue algo entre la CPU y el FET para convertir la salida digital de la CPU (0V y 3.3V, ¿verdad?) a un voltaje más alto, quizás de 0 a 5V; o 0 a 12 V - y aplique ese voltaje más alto a la puerta del FET. Quizás algo como: 

         +12V   +12V +12V
          |      |    |
          R2     R1   piezo
          |      |    |
          +--+   +-R3-+
CPU ----|[Q2 +-|[Q1
          |      |
         GND    GND

donde comenzaría con R1 como la recomendada de 1 KOhm, y R2 y R3 quizás de 100 Ohm. (Hay otros circuitos de controladores piezoeléctricos y controladores FET más eficientes disponibles. Muchos controladores piezo reemplazan R3 con un inductor.).

Lo siguiente que verificaría es la fuente de alimentación. Piezos ultrasónicos son conocidos por tirar más poder de lo que la gente espera, arrastrando hacia abajo las líneas de energía, donde el bajo voltaje de la fuente de alimentación provoca reinicios de la CPU y otros problemas inesperados.

    
respondido por el DavidCary
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Me he dado cuenta de que los dispositivos piezoeléctricos con el oscilador incorporado accionado por CC se pueden calificar de 2 a 9 Vcc. Sin embargo, lo estás conduciendo a 12Vcc y más tarde a 14.4Vcc +/-?

Probablemente, estos se activen en resonancia en un circuito equivalente de oscilador Colpitts clásico. Sin embargo, NO lo está conduciendo al nivel recomendado, que es el voltaje de entrada = 3V [Vo-p] [onda rectangular].

Ahora sabes que el efecto piezo es recíproco como lo sugiere el iniciador de barbacoa de Olin. No pretendo saber el efecto a largo plazo de DC en un cristal. Sé que hay una especificación máxima = tensión de entrada máxima 30V 0-P máx. [sin sesgo de DC], lo que implica que el máximo se reduce "con el sesgo de DC", pero no se indica cuál es el sesgo de CC máximo.

Mi sugerencia es enviar un informe detallado al soporte técnico de TDK a través de su distribuidor para asegurarse de que reciba la atención adecuada.

Para la mejor confiabilidad para las necesidades automotrices, evitaría el sesgo de DC. El mejor circuito para generar esto es usar dos inversores CMOS para impulsar el dispositivo con ondas cuadradas invertidas y una resistencia de 1K entre ellas. El uso de las tapas de filtro Colpitts puede combinar la condición resonante de retroalimentación positiva. Con las resistencias de polarización automática de 10MΩ en la retroalimentación de cada inversor, es posible que pueda conducir el dispositivo con cero CC y 24V pp o 12V op a la frecuencia fundamental auto resonante de 4KHz (desviación a 5KHz) o si no tiene suerte con los inversores con búfer modo. :(

Si realmente necesita un esquema ... haga uno (2 inversores 3 resistencias 1M, 1M, 1K, 2 tapas pequeñas, 1 cristal (también conocido como dispositivo piezoeléctrico) .. o pregunte ...

La impedancia del cristal se puede obtener con un generador de tonos de barrido en un alcance con una resistencia fija para medir la corriente frente al voltaje en el modo X-Y. o use una base de tiempo con un método de barrido de envolvente para los picos máximos como abajo.

la potencia debe ser de milivatios, por ejemplo. ~ 100mW. no enuf para freír Q1

La razón por la que su controlador se está calentando es que la carga capacitiva hace que el área de operación segura (SOA) se vea invadida por una alta caída de potencia transitoria de V * I en el transistor, lo que reduce la ganancia (gFS Transconductance) con la temperatura , luego deja de emitir sonido y luego se enfría y se recupera con una constante de tiempo de unos pocos minutos. ¿Qué tan conveniente alarma? alarma de ciclo ..ha.

Asegúrese de que la señal sea una onda cuadrada en los dos inversores de mi diseño. Al deshacerse de nuestro Q1 con el interruptor de voltaje de velocidad ultra alta, obtendrá picos de corriente ultra "altos". Ic = C dv / dt. Debería ser capaz de desconectar 2 inversores CMOS con 5V. Algo más y la gente puede poner cinta sobre el agujero ... :)

¡Debería mostrarse todo el esquema del controlador !, pero mi mejor consejo ya se basa en algunas suposiciones. Si realmente quiere expulsar a la gente del automóvil ... condúzcalo con un interruptor bang bang con inductor para obtener un pico de alto voltaje o usar un transformador automático incremental y obtener 30V o-p sin polarización de CC. Considere los controladores 2 'HC04 o equiv. Necesitará protección adicional para uso automotriz.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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