Aumento dell'intervallo di tensione di conformità per un circuito pin-driver a corrente costante variabile a due quadranti

Quanto segue è per il lavoro hobbistico e non ho alcuna intenzione commerciale. Solo una manciata (due?) Sarà costruita. (Li uso per i test delle parti e la generazione della curva, sebbene con le più elevate conformità di tensione potrei trovare ancora più usi di prima.)

Ho il seguente circuito driver del pin, che fornisce fino a tensione di conformità dell'uscita mentre fornisce ± $\pm 50\:\textrm{V}$ a un carico collegato tra l'uscita del driver del pin e la terra. (I binari più e meno grandi sono circa ± $\pm 10\:\textrm{mA}$ , con i binari opamp a ± $\pm 60\:\textrm{V}$ )$\pm 15\:\textrm{V}$

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Le velocità di risposta in uscita per il circuito sopra indicato non sono generalmente superiori a o$20\:\frac{\textrm{A}}{\textrm{s}}$ . (Guido l'ingresso a velocità dell'ordine di non più veloce di$100\:\frac{\textrm{mV}}{\mu\textrm{s}}$$1\:\textrm{ms}$ , picco a picco, e spesso più lento di così.)

Vorrei espandere le tensioni di conformità a e ridurre la capacità attuale del convertitore da qualche parte a$\pm 800\:\textrm{V}$ forse ± $\pm 500\:\mu\textrm{A}$ . (La velocità di variazione della tensione aumenta quindi a$\pm 1\:\textrm{mA}$$1.6\:\frac{\textrm{V}}{\mu\textrm{s}}$ e questo può essere un problema, anche.)

Ottenere le guide di alimentazione ad alta tensione accoppiate di non è il problema. Ma sono stato in grado di raccogliere da Q 1 a Q 4 come parti sullo stesso dado (BCM846S, ecc.) Vorrei mantenere la corrispondenza di V B E (e forse anche β .) Ma ora V C E O è cresciuto "molto" e la stessa topologia non funzionerà, dal momento che non credo che ci siano QUALSIASI coppia di BJT abbinati con quel tipo di V C $\pm 850\:\textrm{V}$$Q_1$$Q_4$$V_{BE}$$\beta$$V_{CEO}$$V_{CEO}$ . In realtà, non sono sicuro di alcun BJT PNP discreto che si avvicini a quello che mi piacerebbe vedere. (NPN, forse. Ma PNP?)

Posso immaginare di installare ancora un'altra coppia di binari di tensione (vicino ai binari di alta tensione, ma forse più vicino al suolo) e utilizzando un design a cascata (utilizzando altri quattro BJT) al fine di proteggere le coppie di specchi abbinate lato alto e basso. Quell'alimentazione di tensione aggiunta non avrebbe bisogno di gestire più di$40\:\textrm{V}$$10\:\mu\textrm{A}$ o giù di lì, quindi potrebbe non essere così difficile costruire con le nuove guide di alimentazione ad alta tensione. Ma se ci sono altri / migliori pensieri sulla topologia, mi piacerebbe ascoltarli.

Ecco cosa intendo:

^{simula questo circuito}

C'è un problema che mi è sfuggito di pensare qui, o posso fare di meglio? Qualcuno ha un suggerimento di qualche processo da parte di un FAB per BJT discreti che potrei prendere in considerazione per i cascode qui?

So anche che affronterò anche problemi completamente diversi relativi alle distanze e alla dispersione, che non ho dovuto affrontare qui prima. Questo è un argomento diverso, che affronterò separatamente e in seguito. In questo momento, sono concentrato su come ottenere le conformità di tensione significativamente più elevate che vorrei ottenere.

Solo per motivi di chiarezza, nel caso in cui non sia ovvio, il circuito è una sorgente di corrente controllata in corrente continua (VCCS) che affonda o genera la corrente in un carico messo a terra. (Un uso è stato per il tracciamento della curva dei semiconduttori.) Una tensione di ingresso di sarebbe fonte$-10\:\textrm{V}$ nel carico collegato a terra. Una tensione di ingresso di$500\:\mu\textrm{A}$ affonderebbe$+10\:\textrm{V}$ dal carico collegato a terra. Un'onda del triangolo di tensione, oscillante uniformemente tra - $500\:\mu\textrm{A}$ e + $-10\:\textrm{V}$ genererebbe un'onda triangolare corrente in un carico oscillante uniformemente da + $+10\:\textrm{V}$ a - $+500\:\mu\textrm{A}$ (se quel carico era un diodo o un resistore.) E la conformità della tensione dovrebbe supportare facendo tutto quanto sopra con un$-500\:\mu\textrm{A}$Resistenza M Ω come carico. A volte, verrà utilizzato con un'onda a dente di sega o un'onda triangolare come input. Potrei anche farlo funzionare tra - $1.5\:\textrm{M}\Omega$ e + $-1\:\textrm{V}$ all'ingresso di controllo (o anche tra - $+1\:\textrm{V}$ e + $-100\:\textrm{mV}$ all'ingresso.) Il comportamento deve essere monotonico, ovunque. La frequenza massima che utilizzo è$+100\:\textrm{mV}$ , ma posso sacrificare un fattore 10 su quel punto, se necessario.$1\:\textrm{kHz}$

I circuiti di cui sopra sono anche buoni per un altro scopo. Se rimuovo (sostituendolo con ) R 8 e utilizzare l'ingresso invertente dell'opamp come nodo in cui posso affondare o alimentare la corrente, e se poi posiziono anche un resistore di precisione noto dall'uscita a terra, allora la tensione bipolare all'uscita dipenderà da la corrente bipolare a terra.$0\:\Omega$$R_8$

In realtà è un modulo piuttosto versatile.

Dal momento che non c'è fretta di risposte:

Quanto è sensibile la tua applicazione all'increspatura (~ ampiezza, hai già menzionato la larghezza di banda)?

Ho progressivamente la sensazione che dovresti forse avere solo un transistor di commutazione controllato da PWM dal lato alto a un altro transistor di commutazione controllato da PWM al lato basso, aggiungere un resistore di rilevamento corrente nella gamma 3kΩ sul nodo tra questi due, seguito da un basso -passare il filtro e guidare il DUT da quello.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Ora, controlleresti questi interruttori in base alla posizione dell'impulso di quando la corrente attraverso Rmeas attraversa l'intero 1mA (come osservato da D2). La calibrazione potrebbe essere (ok, sarà) necessaria, ma supponendo che a una frequenza di commutazione di forse 50 kHz sia totalmente sufficiente per questa applicazione (e che già non è poi così facile, considerando che è necessario guidare le porte o le basi dell'alta - e switch low-side a quel ritmo), i moderni MCU saranno all'altezza del compito. Sono sicuro che saresti in grado di elaborare un design analogico che potrebbe essere più intelligente di quello proposto dal mio software (anche se farlo nel software, nonostante abbia problemi di quantizzazione, renderà sicuramente più semplice incorporare i dati di calibrazione).

Ho dato un asterisco al Raddrizzatore * perché non è proprio come se ti raccomandassi davvero di usare un raddrizzatore a ponte a diodi PN qui - che non funzionerà, poiché le correnti del diodo saranno probabilmente più grandi delle correnti di misurazione. Un raddrizzatore di precisione basato su opamp su un alimentatore flottante potrebbe essere la soluzione qui (e potrebbe essere costruito, in modo economico, a spese di un bel design, con una batteria ...). In ogni caso, l'intero raddrizzatore - accoppiatore ottico - il circuito Zener è in realtà solo un ADC a 1 bit che ignora il segno; un comparatore di finestre, o anche un adeguato amplificatore IC con ad esempio un collegamento ottico digitale all'MCU di controllo probabilmente farebbe meglio.

Ovviamente, l'LPF a stadio singolo RC (1.6kΩ ł 100nF) è solo un approccio veloce e sporco qui; tuttavia, mostra un'attenuazione di magnitudine di -36dB alla mia frequenza di commutazione di 50 kHz (e la mia ipotesi è stata che questo sia sufficiente per te) mentre fa affidamento su un valore del condensatore che è ancora disponibile come condensatore a film per> 1kV con una tolleranza del 5%.

La mia motivazione per questo è che probabilmente è più facile indirizzare i transistor di commutazione in un tempo abbastanza finemente che controllare i transistor in modo abbastanza lineare alle tensioni a portata di mano.

Il tuo circuito sembra a posto. I bjt hp pnp saranno difficili da trovare. Uso i tipi da 600 V per altri lavori, sono economici, facili da trovare e affidabili. Potresti collegarli in serie. Ho collegato fino a 4 di questi in serie senza alcun problemi. Altrimenti potresti andare a un design tutto NPN come qualcosa basato su un SRPP. Ho usato mosfet a canale 800 VN economici 2 serie per gamba ponte per fare fino a +/- 500 VDC a 1 Ma.