可変2象限定電流ピンドライバー回路のコンプライアンス電圧範囲を拡大

以下は趣味の仕事のためのもので、私には商業的な意図はまったくありません。ほんの一握り（2つ？）が構築されます。（部品のテストと曲線の生成にこれらを使用していますが、電圧コンプライアンスが高いため、以前よりもさらに多くの用途が見つかるかもしれません。）

次のピンドライバー回路があり、最大± 10を提供しながら V出力コンプライアンス電圧$\pm 50\:\textrm{V}$ピンドライバ出力とグランドの間に接続された負荷への mA。（大きいプラスとマイナスのレールは約 ± $\pm 10\:\textrm{mA}$、オペアンプレールは ± $\pm 60\:\textrm{V}$）$\pm 15\:\textrm{V}$

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

上記の回路の出力でのスルーレートは一般にまたは$20\:\frac{\textrm{A}}{\textrm{s}}$。（ノー速くよりのオーダーのレートで入力を駆動$100\:\frac{\textrm{mV}}{\mu\textrm{s}}$、ピークツーピーク、そしてしばしばそれより遅い。$1\:\textrm{ms}$

コンプライアンス電圧を± 800に拡張したい、電流駆動能力を ± $\pm 800\:\textrm{V}$に、おそらく ± $\pm 500\:\mu\textrm{A}$。（電圧スルーレートは 1.6に増加します$\pm 1\:\textrm{mA}$と、これはあまりにも、問題となる場合があります。）$1.6\:\frac{\textrm{V}}{\mu\textrm{s}}$

± 850のペアの高電圧電源レールを取得するは問題ではありません。しかし、私は拾うことができた Q 1を介して Q 4私はマッチング維持したい（等BCM846S、）同一のダイ上に部品として V B Eを（おそらくおよび β。）しかし、今 V C E Oその種の V C E Oと一致するBJTのペアは存在しないと思うので、「多く」上がって、同じトポロジは機能しません。実際、私が見たいものに近づいている個別のPNP BJTについてはわかりません。（NPN、おそらく。しかし、PNP？）$\pm 850\:\textrm{V}$$Q_1$$Q_4$$V_{BE}$$\beta$$V_{CEO}$$V_{CEO}$

さらにもう1組の電圧レール（高電圧レールに近いが、おそらくをグランドに近づける）カスケード接続された設計（さらに4つのBJTを使用）を使用して、ハイサイドとローサイドの整合ミラーペアを保護します。追加された電圧供給は、 10以上を処理する必要はありません。$40\:\textrm{V}$またはその付近、それは新しい高電圧電源レールのうち構築するためにすべてのことは困難ではないかもしれないので。しかし、トポロジーについて他の/より良い考えがある場合、私はそれらを聞きたいです。$10\:\mu\textrm{A}$

ここに私が意味するものがあります：

^{この回路をシミュレートする}

ここで考えることを逃した問題はありますか、それとももっとうまくできますか？ここでカスコードについて検討する可能性のある個別のBJTについて、FABによるプロセスの提案がありますか？

また、クリアランスと沿面距離に関連するまったく別の問題に直面することも知っています。以前はここで直面する必要はありませんでした。ただし、これは別のトピックであり、後で個別に対処します。今、私は達成したい非常に高い電圧コンプライアンスを取得する方法に焦点を当てています。

わかりやすくするために、わかりにくい場合、回路はDC電圧制御電流源（VCCS）であり、電流を接地負荷にシンクまたはソースします。（1つの用途は、半導体曲線のトレースに使用されています。）- 10の入力電圧は 500をソースします$-10\:\textrm{V}$接地負荷へ。+ 10の入力電圧$500\:\mu\textrm{A}$は 500をシンクします$+10\:\textrm{V}$接地負荷から。− 10の間で滑らかに振動する電圧三角波$500\:\mu\textrm{A}$および + $-10\:\textrm{V}$は、 + 500からスムーズに振動する負荷に現在の三角波を生成します$+10\:\textrm{V}$へ - $+500\:\mu\textrm{A}$（その負荷はダイオードや抵抗であったかどうか。）そして、電圧コンプライアンスはして上記のすべてをやってサポートする必要があります$-500\:\mu\textrm{A}$負荷として抵抗。時折、入力としてノコギリ波または三角波で動作します。私はまたの間でそれを動作させることができる - $1.5\:\textrm{M}\Omega$および + $-1\:\textrm{V}$制御入力（あるいはとの間とで - $+1\:\textrm{V}$および + $-100\:\textrm{mV}$入力で mV。）動作は全体を通して単調でなければなりません。私が使用する最大周波数は$+100\:\textrm{mV}$ですが、必要に応じてそのポイントで10の係数を犠牲にすることができます。$1\:\textrm{kHz}$

上記の回路は別の目的にも適しています。削除した場合（0に置き換えて）） R 8、私はシンクできるにノードまたはソース電流としてオペアンプの反転入力を使用し、私はまた、次いで出力におけるバイポーラ電圧に依存し、地面への出力から既知の高精度抵抗を配置する場合グランドへのバイポーラ電流。$0\:\Omega$$R_8$

実際にはかなり汎用性の高いモジュールです。

答えが殺到しないので：

アプリケーションはリップルに対してどの程度敏感ですか（〜振幅、帯域幅については既に述べました）？

ハイサイドからローサイドへの別のPWM制御スイッチングトランジスタへのPWM制御スイッチングトランジスタがあり、これら2つの間のノードに3kΩ範囲の電流センス抵抗を追加し、その後にロー-フィルターを通過させ、そこからDUTを駆動します。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ここで、Rmeasを流れる電流が1mAを超えるときのパルス位置に基づいて、これらのスイッチを制御します（D2で観測）。キャリブレーションが必要な場合もありますが、50 kHzのスイッチングレートでこのアプリケーションに完全に十分であると仮定すると（そして、高電圧のゲートまたはベースを駆動する必要があることを考えると、それはすでにそれほど簡単ではありません） -そして、そのレートでのローサイドスイッチ）、最新のMCUはタスク次第です。私の提案したソフトウェアよりも賢いアナログ設計を思いつくことができると確信しています（量子化の問題があるにもかかわらず、ソフトウェアでそれを行うと、キャリブレーションデータを簡単に組み込むことができます）。

ここでPNダイオードブリッジ整流器を使用することは本当にお勧めではないので、Rectifier *にアスタリスクを付けました。ダイオード電流は測定電流よりも大きくなる可能性があるため、動作しません。フローティング電源でのオペアンプベースの高精度整流器は、ここでのソリューションかもしれません（そして、美しいデザインを犠牲にして、コスト効率よく、バッテリーで構築できます...）。いずれにせよ、整流器全体-フォトカプラ-ツェナー回路は、実際には1ビットの符号を無視した電圧ADCです。ウィンドウコンパレータ、または制御MCUへのデジタル光リンクなどを備えた適切な電流計ICでさえ、おそらくより良い結果をもたらすでしょう。

明らかに、シングルステージRC（1.6kΩ³100nF）LPFは、ここでは手っ取り早い方法です。ただし、50 kHzのスイッチング周波数で-36 dBの振幅減衰を示します（そして、これは十分であると推測しました）が、5％の許容範囲で1kVを超えるフィルムコンデンサとしてまだ利用可能なコンデンサ値に依存しています。

これに対する私の動機は、手元の電圧で十分に線形にトランジスタを制御するよりも、十分にタイミングのとれた方法でスイッチングトランジスタをアドレスする方がおそらく簡単だということです。

HV pnp BJTを見つけるのは難しいでしょう。私は他の仕事に600Vタイプを使用し、安くて見つけやすく、信頼性があります。それらを直列に接続できます。それ以外の場合は、SRPPに基づくもののようなすべてのNPNデザインに行くことができます。私は、ブリッジレッグごとに安価な800 VNチャネルMOSFET 2シリーズを使用して、1 Maで最大+/- 500 VDCを作りました