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www designelektronik de DESIGN&ELEKTRONIK 13 2020 27 ner hochfrequenten haptischen Rückmeldung circa 300 Hz wird die Eingangsleistung außerordentlich hoch wodurch sich der IC stark erwärmt und wahrscheinlich an seine thermische Belastungsgrenze kommt Interessant dabei ist dass sich in dieser Topologie der Verstärker der Klasse AB durch einen Verstärker der Klasse Dersetzen lässt was zu einer viel höheren Treibereffizienz führt Man benötigt jedoch eine niederohmige Induktivität in Reihe zur Piezolast um das modulierte KlasseD-Trägersignal zu dämpfen bevor es sich im Piezoelement abbaut ■ Aufladung und Energierückgewinnung Um den Leistungsverlust zu reduzieren kann Energierückgewinnung dazu verwendet werden die Energie die zum Aufladen der Piezokapazität genutzt wird zu erhalten und sie an die Eingangsversorgung oder einen Kondensator zur Zwischenspeicherung zurückzuführen Bei dieser Methode wird der größte Teil der Blindenergie aus dem Piezoelement zurückgewonnen und die Eingangsleistung stark reduziert Verglichen mit den Verlusten in der Topologie gemäß Bild 7 ist es somit möglich einen fast zehnfach höheren energetischen Wirkungsgrad zu erreichen Bild 8 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des piezohaptischen aufwärts regelnden Aktortreibers MAX77501 von Maxim Er wird als Single-Ended-Ausgangstreiber Controller mit externen LeistungsFETs konfiguriert und bietet eine große Anwendungsflexibilität Der Baustein integriert in der 12-V-BiCMOS-Technik 10-V-Gate-Treiberausgänge Haptische Signale können als Streaming-Daten über die SPI-Schnittstelle oder gespeichert von einem internen 9-KB-RAM wiedergegeben werden Ein 12-Bit-DAC und ein Pufferverstärker vervollständigen den Signalpfad des digitalen Antriebs Die Eingangsversorgungsspannung beträgt 2 8 Vbis 5 5 Vder Boost-Verstärker kann üblicherweise Piezolastspitzen bis zu 120 Vund bis zu einer Kapazität 2 µF treiben Zur weiteren digitalen Ausstattung gehören die EnableFunktion der Status des Fifo-Speichers und eine System-Interrupt-Anforderung nIRQ aufgrund von Fehlerbedingungen Die Prinzipien der Energierückgewinnung beziehungsweise des Energie-Recyclings sind im Kurvendiagramm in Bild 9 veranschaulicht Der obere Plot blau zeigt ein haptisches Sinussignal eines Piezoaktors 80 V Spitze-Spitze bei 250 Hz Der untere zeigt den am Batterieausgang 3 6 Vgemessenen Eingangsversorgungsstrom Während des Anstiegs von dV dT von VOUT wird Energie von der Batterie benötigt um die Piezokapazität zu laden der Batteriestrom ist positiv >0 Es ist zu beachten dass der Eingangsstrom bei der maximalen dV dT von VOUT oder mit einer Verzögerung von VOUT um 90° seinen Höhepunkt erreicht Bei abfallendem dV dT muss die Energie aus dem Piezoelement entnommen werden um VOUT mit der Zeit zu reduzieren der Eingangsversorgungsstrom ist jetzt negativ das heißt die Batterieversorgung erhält Energie zurück die wieder in der Batterie gespeichert wird Eine Darstellung von VBATTERY ist hier nicht zu sehen aber je nach Widerstand beim Betrieb der Batterie lässt sich beobachten wie die Spannung VBATTERY steigt und fällt wenn der Versorgungsstrom vorwärts oder rückwärts fließt In den Spitzenoder Talbereichen in denen VOUT keine Steigung aufweist dV dT ist Null ist der Eingangsversorgungsstrom nahezu Null Bei dieser Methode wird Energie zum Laden des Piezoelements verwendet und zurückgewonnen wenn kein Ladevorgang stattfindet Natürlich gibt es Energieverluste denn bei den realen Verlustleistungselementen zum Beispiel Schalter Metall und DCR-Induktivität fallen in beide Richtungen des Energietransfers Verluste an was zu einem Gesamtwirkungsgradverlust in jedem vollständigen Zyklus des haptischen Signals führt Beträgt der Leistungsverlust pro Zyklus beispielsweise 20 Prozent so ergibt sich eine Effizienzverbesserung von 8 1 im Vergleich zum Zyklus ohne Energierückgewinnung In Bild 7 ist zu erkennen dass der lineare Verstärker während beider positiver dVOUT dT-Phasen Energie vom Ausgang des Aufwärtswandlers entnimmt um die Piezokapazität zu laden Der Verstärkerausgang muss dann die im Piezoelement gespeicherte Energie während der negativen dVOUT dT-Phasen über die Masse entladen Die Entladung der im Piezoelement gespeicherten Energie führt zu einem drastischen Anstieg der Eingangsleistung die größtenteils vom IC verbraucht wird kv TOUCH KEYPADS since 1984 www displayelektronik de Display Elektronik GmbH · Am Rauner Graben 15 · D-63667 Nidda Tel 0 60 43-9 88 88-0 · Fax 0 60 43-9 88 88-11 NEWSLETTER www displayelektronik de newsletter html COLOUR UP YOUR LIFE DisplayElek_DE 13 pdf S 1 Format 90 00 x 130 00 mm 20 Nov 2020 11 05 25 Anzeige