Buffer de ganancia unitaria de 500V

Question

Actualmente estoy diseñando una fuente de polarización de alto voltaje para utilizarla con una cámara de ionización. La fuente de voltaje en sí se encarga, sin embargo, necesito un buffer de unidad para conducir el protector de la cámara, también elevando a 500V. Un diagrama simple se muestra a continuación.

En este diseño mencionan que tiene que ser un amplificador de baja impedancia de entrada el que sirva de buffer porque nos interesan las señales de corriente de la cámara. ¿Cómo podría elegir el amplificador correcto para utilizar en este circuito? He utilizado op-amps para amplificar señales de voltaje muy pequeñas antes, pero nunca señales de corriente y especialmente nunca a estos voltajes.

Answer 1

Esto es bastante sencillo. Utiliza una fuente aislada que produzca (digamos) +/- 15 voltios, y une su salida común a tu salida HI. A continuación, utilice cualquier amplificador operacional que desee (seleccionado para la corriente de salida), alimentado por este voltaje flotante +/- para proporcionar su corriente de guarda. Dado que puedes encontrar fácilmente fuentes de alimentación AC/DC con 2 kV o más de aislamiento de entrada (prueba en Digikey, por ejemplo), esto no debería ser un problema.

EDIT - Si es posible, encuentre una fuente lineal de la vieja escuela. Las fuentes modernas tienden a ser conmutadoras, y el ruido de conmutación puede ser objetable. Por supuesto, con una cuidadosa atención a la disposición, el filtrado y el blindaje puede producir salidas muy limpias, pero hay que prestar atención.

EDICIÓN ADICIONAL - Con respecto a lo anterior, debes usar una alimentación doble. No se puede utilizar una sola fuente con una salida de carril a carril: en realidad no van a los carriles con ninguna capacidad de corriente. Y el uso de una sola fuente con una tierra virtual para conectar a HI no es una gran idea tampoco, ya que invita a la recogida de ruido en la tierra virtual.

Answer 2

Si necesitas una fuga realmente baja a los raíles es posible que no puedas usar la configuración de @WhatRough porque el DC-DC tendrá alguna fuga interna.

Puedes utilizar un op-amp de alto voltaje como Apex PA89 pero requerirá una fuente de alimentación bastante más alta que la de 500V, tal vez 550V para mantener las entradas dentro del rango de modo común.

También son un poco caros (más de 500 dólares por unidad), así que es mejor tener cuidado con el cableado, etc.

Answer 3

A menos que haya entendido mal tu diagrama, necesitas una alta impedancia de entrada, no una baja impedancia de entrada. De lo contrario, la corriente fluye en el buffer, y Im ya no es igual a IDUT. También necesitas una baja impedancia de salida para conducir la guarda.

Probablemente, lo mejor será comprar algo de Apex como el PA94 o el PA95. Fabrican opamps con voltajes de carril a carril de hasta 2,5kV, y corrientes de hasta 50A (aunque no ambas cosas a la vez).

Estos opamps son caros. Es posible evitar el desembolso de un opamp de alto voltaje, utilizando transitores y un opamp de bajo voltaje. Es lo que se conoce como "bootstrapping" y probablemente es mucho más esfuerzo del que merece la pena, a no ser que estés construyendo cientos o miles de unidades.

Por supuesto, tendrás que comprobar que el offset de entrada, la impedancia de entrada, la impedancia de salida, etc., son adecuados. No podemos ayudarte a menos que nos des algunas cifras sobre tus necesidades.

La sugerencia de WhatRoughBeast sería más barata, pero requeriría un poco más de configuración. Si se trata de una sola vez, será más rápido comprar el amplificador. También sería bastante cauteloso a la hora de introducir una fuente de alimentación AC/DC o DC/DC de conmutación cerca de lo que parece un equipo de medición de precisión - si vas por ese camino, un convertidor AC/DC lineal podría ahorrar algo de tiempo.