500-V-Einheitsverstärkungspuffer

Ich bin derzeit dabei, eine Hochspannungs-Vorspannungsversorgung für die Verwendung mit einer Ionisationskammer zu entwerfen. Die Spannungsquelle selbst ist erledigt, aber ich brauche einen Einheitspuffer, um den Schutz der Kammer anzutreiben und ihn auch auf 500 V anzuheben. Ein einfaches Diagramm ist unten gezeigt.

Vorspannung des Ionenkammer-Triaxialkabels

In diesem Design erwähnen sie, dass es sich um einen Verstärker mit niedriger Eingangsimpedanz handeln muss, der als Puffer dient, da wir an Stromsignalen aus der Kammer interessiert sind. Wie würde ich vorgehen, um den richtigen Verstärker für diese Schaltung auszuwählen? Ich habe schon früher Operationsverstärker verwendet, um sehr kleine Spannungssignale zu verstärken, aber nie Stromsignale und vor allem nie bei diesen Spannungen.

Was ist die Eingangsimpedanz einer invertierenden Operationsverstärkerkonfiguration? Wohin geht der Strom von der Quelle in dieser Topologie? Wie sonst kann man Strom in Spannung umwandeln? (V=I R )
Warum können Sie den Wächter nicht einfach direkt an den Knoten zwischen Spannungsquelle und Stromsensor anschließen, möglicherweise mit einem RC-Tiefpassfilter dazwischen? Wenn sich die Spannung nicht schnell ändert, sehe ich keine Notwendigkeit für einen aktiven Puffer.
@DaveTweed, da dies den Zweck eines Wächters zunichte machen würde, ist der Wächter da, um den pA der Leckage zwischen dem hochempfindlichen Strommesser (Im) und der Erde zu stoppen, die nicht auf Ionisationsereignisse zurückzuführen ist.
@Sam: Ich folge dir nicht. Wenn der Schutz auf "V" getrieben wird, gibt es keinen Kriechweg von I_DUT direkt zur Erde.
@DaveTweed Viele wirklich empfindliche Strommesser haben sehr hohe Impedanzen. Wenn also ein winziger Strom erzeugt wird, kann dies zu einem ziemlich großen Spannungsabfall am Strommesser führen (einige Ionisations-Transimpedanzsonden haben Eingangsimpedanzen von Teraohm). Strommesser, der dazu führt, dass der Schutz und die "Erfassungs" -Leitung unterschiedliche Spannungen haben (und daher eine gewisse Leckage und kapazitive Kopplung), es sei denn, der Schutz wird aktiv angesteuert (stellen Sie sich Im als Gohm- oder Tohm-Widerstand vor).

Antworten (3)

Das ist ziemlich einfach. Verwenden Sie eine isolierte Versorgung, um (sagen wir) +/- 15 Volt zu erzeugen, und verbinden Sie ihren Ausgang gemeinsam mit Ihrem Ausgang HI. Verwenden Sie dann einen beliebigen Operationsverstärker (ausgewählt für den Ausgangsstrom), der von dieser schwebenden +/- Spannung gespeist wird, um Ihren Schutzstrom bereitzustellen. Da Sie leicht AC/DC-Netzteile mit 2 kV oder mehr Eingangsisolation finden können (versuchen Sie es beispielsweise mit Digikey), sollte dies kein Problem darstellen.

BEARBEITEN - Wenn möglich, finden Sie eine lineare Versorgung der alten Schule. Moderne Netzteile sind in der Regel Schalter, und das Schaltgeräusch kann tatsächlich störend sein. Natürlich können Sie mit sorgfältiger Beachtung von Layout, Filterung und Abschirmung sehr saubere Ausgänge erzeugen, aber Sie müssen darauf achten.

WEITERE BEARBEITUNG - WRT zum vorherigen, MÜSSEN Sie eine doppelte Versorgung verwenden. Sie können keine einzelne Versorgung mit einem Rail-to-Rail-Ausgang verwenden: Sie gehen einfach nicht mit Stromfähigkeit auf die Schienen. Und die Verwendung einer einzelnen Versorgung mit virtueller Masse zum Anschluss an HI ist auch keine gute Idee, da dies zur Aufnahme von Rauschen auf der virtuellen Masse einlädt.

So habe ich es bei Massenspektrometern +1 gemacht

Wenn Sie eine wirklich geringe Leckage an den Schienen benötigen, können Sie die Konfiguration von @ WhatRough möglicherweise nicht verwenden, da der DC-DC eine gewisse interne Leckage aufweist.

Sie können einen Hochspannungs-Operationsverstärker wie Apex PA89 verwenden , aber er erfordert eine Stromversorgung, die deutlich höher als die 500-V-Versorgung ist, möglicherweise 550 V, um die Eingänge im Gleichtaktbereich zu halten.

Sie sind auch nur ein bisschen teuer (mehr als 500 USD / Stück). Seien Sie also am besten vorsichtig mit der Verkabelung usw.

Ich habe an eine AC / DC-Versorgung gedacht, wie ich in meiner Antwort angegeben habe. Jegliche Leckage geht dann ins Netz.
@WhatRoughBeast Klingt gut, ich war mir nicht sicher, ob das möglich ist.
Alter - 3 kV für eine Minute ist eine Standard-Sicherheitsanforderung für Geräte der Klasse II. Schauen Sie sich einige von digikey.com/products/en/power-supplies-board-mount/…
@WhatRoughBeast Oh, das weiß ich. Es war das Leck in der genauen Konfiguration, die er verwendete, bei der ich mir nicht sicher war. Ich soll ein Amperemeter sein?

Sofern ich Ihr Diagramm nicht missverstanden habe, benötigen Sie eine hohe Eingangsimpedanz, keine niedrige Eingangsimpedanz. Andernfalls fließt Strom in den Puffer und Im ist nicht mehr gleich IDUT. Sie benötigen auch eine niedrige Ausgangsimpedanz, um den Schutz anzusteuern.

Wahrscheinlich ist es am besten, etwas von Apex zu kaufen , z. B. den PA94 oder PA95. Sie stellen Operationsverstärker mit Rail-to-Rail-Spannungen von bis zu 2,5 kV und Strömen von bis zu 50 A her (wenn auch nicht beides gleichzeitig).

Diese Operationsverstärker sind teuer. Es ist möglich, die Suche nach einem Hochspannungs-Operationsverstärker zu vermeiden, indem Transistoren und ein Niederspannungs-Operationsverstärker verwendet werden. Es ist bekannt als „Bootstrapping“ und es ist wahrscheinlich viel mehr Aufwand, als es wert ist, es sei denn, Sie bauen Hunderte oder Tausende von Einheiten.

Sie müssen natürlich überprüfen, ob Eingangsoffset, Eingangsimpedanz, Ausgangsimpedanz usw. angemessen sind. Wir können Ihnen dabei nicht helfen, es sei denn, Sie geben einige Zahlen zu Ihren Anforderungen an.

Der Vorschlag von WhatRoughBeast würde billiger funktionieren, würde aber etwas mehr Einrichtung erfordern. Wenn dies einmalig ist, ist es schneller, nur den Operationsverstärker zu kaufen. Ich wäre auch ziemlich vorsichtig mit der Einführung einer schaltenden AC / DC- oder DC / DC-Versorgung in unmittelbarer Nähe eines Präzisionsmessgeräts. Wenn Sie diesen Weg einschlagen, könnte ein linearer AC / DC-Wandler einige Zeit sparen .

500-V-Einheitsverstärkungspuffer
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