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Fraunhofer Geschäftsbereich Adaptronik

Optimierte Miniaturpiezoverstärker für die Adaptronik#

Abb. 1: Analoger PZT-Verstärker Typ: PIA1115/2020 Prototyp-III.

Durch den anhaltenden Trend zum Leichtbau bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an das Komfort- und Betriebsverhalten technischer Systeme werden immer häufiger aktive Maßnahmen im Bereich der Lärm- und Schwingungsreduktion erforderlich. In diesem Zusammenhang sind insbesondere piezoelektrische Aktorsysteme von großer Bedeutung. Hierbei stellt insbesondere die Entwicklung von Leistungsverstärkern für Piezoaktoren eine besondere Herausforderung dar, da diese für den Verstärker eine kapazitive Last darstellen. Je nach Qualität des Verstärkers können störende Oberwellen entstehen, die mehr Energie in das System hineinbringen können als das Grundsignal selbst.

Für die aktive Schwingungsregelung wurde daher ein Leistungsverstärker entwickelt, bei dem besonders auf eine hohe Linearität und einen niedrigen Klirrfaktor Wert gelegt worden ist. Durch die kompakten Abmessungen und die Möglichkeit der Versorgung mit 12 VDC ist der Piezoverstärker besonders für den mobilen Einsatz geeignet.
Durch den modularen Aufbau ist eine Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle leicht möglich.

Abb. 2: Blockschaltbild.
Abb. 3: Automatisierte Messung mit dSpace (T. J.) Steuersignal: 5-V-Offset, 4.8-V-Amplitude.
Abb. 4: Automatisierte Messung mit dSpace (T. J.) Steuersignal: 5-V-Offset, 4.8-V-Amplitude.

Vorläufiges Datenblatt: Typ: PIA1115/2020 (Prototyp III)

  • Versorgungsspannungsbereich:
11.3 bis 15 V, (24 V optional), kurzzeitig bis 36 V
  • Stromaufnahme:
0.3 bis 18 A lastabhängig, Spitzenimpulsstrom bis 19 A
  • Standbystrom:
0.003 A
  • Ausgangsspannungsbereiche:
0 bis 150 V oder 0 bis 200 V (Vorgabe notwendig)
  • Ausgangsstrom:
max. 500 mA (noch kein endgültiger Wert)
  • Ausgangsoffsetspannung:
75 V oder 100 V (intern einstellbar; optional extern)
  • Frequenzbereich:
0 bis 10 kHz, lastabhängig
  • Eingangsspannungsbereich (Vpp):
0 bis 9 V (mit 0 bis 4.5 VDC – Offset, einstellbar); mindestens 8.2 für maximale Ausgangsamplitude (abhängig von Pegelabschwächer und Integratoreinstellung)
  • Eingangswiderstand:
10 kO || 100 pF (optional höhere Werte möglich)
  • Verstärkungseinstellung (Gain):
24 (notfalls anderer Wert möglich)
  • Abmessung des Elektronikmoduls (ohne Gehäuse und Kühlkörper):
94*74*30 mm³
  • Max. Leistungsaufnahme:
ca. 200 W lastabhängig
  • Übertemperaturabschaltung der Spannungsversorgung:
70-80 °C
  • Ausgangswiderstand:
1.8O
  • Abmessung des Gehäuses:
105*78*49 mm³ ohne Flansch und Einsteller
  • Eingangswiderstand anpassbar nach Vorgabe
 
  • Integrator mit einstellbarer Zeitkonstante (Bereich nach Vorgabe)
 
  • Einstellbarer Offset
 
  • Optional Negative Ausgangsspannungen mit zusätzlichem externem Netzteil
 
  • Optional Stromsteuerung der Ausgangsstufe
 
  • Optional koaxiale Ein-/Ausgangsanschlüsse (sonst Reihensteckklemme)
 
  • Einsteller: extern, intern oder keine (mit Vorgabe der Einstellwerte)
 
  • Elektrisch kaskadierbar
 
  • On/Off-Steuerausgang für externe Netzgeräte bzw. Signalisierung der Betriebsbereitschaft
 
  • On/Off-Remote-Steuereingang für 1 mA bis 5 mA
 
Abb. 4: Einstellmöglichkeiten des eingebauten Integrators im Zeit- und Frequenzbereich.
Abb. 5: Einstellmöglichkeiten des eingebauten Integrators im Zeit- und Frequenzbereich.