Verständnis einer Ultraschall-Piezo-Treiberschaltung

1. Warum gibt es keine Diode zwischen dem LC-Kreis und der Versorgungsschiene? Würde die Spule nicht auch einige ziemlich unangenehme Spannungsspitzen auf die Versorgungsschiene legen?

• Da das Piezoelement aus elektrischer Sicht ein (nichtlinearer) Kondensator ist, verhindert dies daher$V_\mathrm{CE}$von$T_1$ins Unendliche steigen. Genau, während$T_1$Ausschaltphase, die Spannung$V_\mathrm{L_1}$tendiert dazu, anzusteigen, da der Induktor dazu neigt, seine gespeicherte magnetische Energie beizubehalten, indem er einen Stromfluss aufrechterhält$I_\mathrm{L_1}$durch sein Terminal: aber da$L_1$parallel geschaltet ist$LS_1$, senkt das piezoelektrische Gerät den folgenden Strom $$I_{LS_1}=\frac{\mathrm{d}(C_\mathrm{LS_1}V_\mathrm{LS_1})}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}(C_\mathrm{LS_1}V_\mathrm{L_1})}{\mathrm{d}t}$$ Der aufgenommene Strom begrenzt den Anstieg der Kollektor-Emitter-Spannung$V_\mathrm{CE}$von$T_1$.

2. Soweit ich weiß, könnte ich anstelle des BJT genauso gut einen MOSFET verwenden (solange er auch mit den Spannungsspitzen der Spule umgehen kann), ist das richtig? In diesem Fall kann ich auch R1 loswerden, richtig?

• Ja, Sie können einen (Logic Level) MOSFET verwenden , dh ein MOSFET-Gerät, das vollständig eingeschaltet ist$V_\mathrm{GS}=+5\mathrm{V}$. Jedoch nicht vollständig eliminieren$R_1$: Es kann auf 1/20 des tatsächlichen Werts gesenkt werden, abhängig von der Stromtreiberfähigkeit Ihrer Gate-Treiberstufe, aber es muss vorhanden sein, um den Einschaltstrom des MOSFET-Gates zu begrenzen.

3. Die Zielfrequenz in meiner Anwendung liegt im Bereich von 19 - 21 kHz (leicht variabel, die PWM wird entsprechend angepasst). Sollte ich versuchen, den LC-Kreis auf die Mittenfrequenz von 20 kHz abzustimmen, oder ist das vergebliche Mühe?

• Das Abstimmen der Schaltung senkt den Kollektorstrom von$T_1$: Daher liegt es an Ihnen, die Resonanzfrequenz der BJT-Last zu suchen oder nicht. Wenn die Verlustleistung nicht kritisch ist, können Sie die Komplikation einer selbstabstimmenden Schaltung vermeiden (dies ist nicht möglich, wenn Sie einen piezoelektrischen Aktuator ansteuern): Denken Sie daran, dass eine solche Schaltung einen Präzisions-Strommess-Shunt-Widerstand und die Spur(en) enthalten sollte um die Spannung über ihn durch den Mikrocontroller zu messen.