PiezoPower

High Voltage Piezo-Treiber-Leiterplatte

Problem

Wir wollen die Passage mit Chiptunes beschallen. Dafür haben wir Piezos an die Scheibe geklebt. Leider sind diese mit konventionellen Mitteln ziemlich leise. Daher brauchen wir mehr Leistung.

Idee

Man könnte die Piezos mit 200V treiben.

Verantwortlich

• cfr34k
• x5444

Ansatz

Wir entwickeln einen Aufwärtswandler, der die 200V aus leichter verfügbaren Spannungen (z.B. 12V) erzeugt und bauen hinten dran eine Push-Pull-Endstufe. Die 200V sollen geregelt werden.

Fortschritt

Januar 2016

x5444 experimentiert mit Sperrwandlern. Erste kleine Erfolge stellen sich ein, aber der Wirkungsgrad ist sehr gering.

Februar 2016

Wechsel auf den normalen Aufwärtswandler. FET-Treiber werden eingebaut und Ringkerne durch richtige Spulen ersetzt. Das steigert den Wirkungsgrad auf >85% (yay \o/). Zu diesem Zeitpunkt übernimmt cfr34k den praktischen Teil des Projekts.

März 2016

Finaler Test auf Breadboards, inklusive Push-Pull-Endstufe und einem Regler, der auf einem STM32F4Discovery implementiert ist. Eine Platine wird gelayoutet und bestellt.

Bestückte Platine v1.0 mit leicht angeschlagenem Piezo

April 2016

Die Platinen für v1.0 kommen an und werden bestückt. Abgesehen von kleineren Fehlern in der Footprintauswahl sieht alles gut aus.

Vor der Inbetriebnahme muss die Software auf den jetzt verwendeten STM32F103 portiert werden. Auch, wenn das nicht so einfach geht wie erwartet (Init-Code muss komplett umgeschrieben werden), läuft die Software am Ende auf dem neuen Chip!

Die Inbetriebnahme erfolgt zuerst im sicheren Modus mit 15V (Aufwärtswandler deaktiviert). Hier läuft alles gut und dank Push-Pull-Endstufe ist der Ton garnicht so leise.

Beim ersten Test mit 200V brennt erstmal der Tiefpass-Widerstand vor dem Piezo durch (was zu erwarten war, aber einen Versuch war’s wert :D ). Leider war der Piezo über den darauffolgenden Versuch ohne Vorwiderstand nicht so glücklich (siehe Foto).

Probleme

• Niemand hat Ahnung von Leistungselektronik... Try&Error FTW!
• Piezo oder auch sein Vorwiderstand ist nicht so glücklich über 200V/60kHz-PWM. Ideen:
  • Tiefpass mit Spule bauen. Leider wäre hierfür eine 1 mH-Spule nötig für 16 kHz Grenzfrequenz. Auch: Folgen für die Push-Pull-Endstufe?
  • Lastwiderstand als Vorwiderstand (-> hohe Verlustleistung :( )
  • Langsamer schalten?
  • Andere PWM-Methode (keine 50%-PWM im Idle)
  • Spannung reduzieren auf 100V?

ToDo

• Git veröffentlichen.