Amplification DC-DC 5V-90V

[aqwzsx99999]

Bonjour à tous,

Je cherche à amplifier une alimentation continue de 5V pour obtenir une tension continue pouvant aller jusqu'à 90V.

L'objectif est de créer un signal carré de 1 KHz de +-90V donc 180V Cr-Cr.

Pour cela j'utilise un NE555 alimenté en 5V pour créer un signal carré de 1 KHz avec 5V Cr-Cr. Qui ensuite serait amplifié avec un OPAMP pour obtenir le signal de 180V Cr-Cr. Cet OPAMP devra donc être alimenté avec 90V.

J'ai trouvé un composant (LT3482) qui a l'air de faire ce que je veux mais qui est conçu pour polariser une photodiode avalanche.
voici la datasheet du composant: https://www.mouser.fr/datasheet/2/60...fa-1268145.pdf

Mon niveau d'anglais ne me permet pas d'être sûr que je peux avoir 90V sans y connecter une APD. Car de ce que je comprend le composant ce sert de cette APD comme feedback pour faire je ne sais quoi. Donc sans ce feedback est-ce que je pourrais quand même avoir ce 90V ?

Sinon je suis ouvert à toute proposition sachant que mon système fonctionnera sur batterie, il faudrait un encombrement minime, donc je privilégie les circuits intégrés.

Ma question est donc, comment obtenir 90V à partir de 5V ? J'ai lu des choses sur les hacheurs mais je préfère venir vers vous pour éviter de creuser une piste qui ne donnera rien.

Merci d'avance pour vos réponses
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[jiherve]

bonjour,
en polarisant la pin CTRL(13) au dessus de 1,5V le circuit ne tient compte que de la CR de tension définie par le pont diviseur alimentant la pin FB(14).
les pins 3,2,16 ne seront pas connectées.
Ceci dit c'est insuffisant pour générer un signal de +-90Vcc car il faudra une alimentation complémentaire.
quel est le but ultime de la manip?
Si c'est pour piloter un piezo il y a çà :https://www.ti.com/product/DRV2700
JR

[gienas]

Bonjour aqwzsx99999 et tout le groupe

… L'objectif est de créer un signal carré de 1 KHz de +-90V donc 180V Cr-Cr …

Pour savoir si ton idée est viable, tu dois préciser quel est le courant que doit pouvoir fournir ton 180V, et tu dois aussi préciser quelle est la précision que tu attends dans ton 180V car, avec 90V continus c’est "impossible".

[DAT44]

Bonjour,
tu peux faire un petit boost a 180V , puis piloter un hacheur a transistor avec le 555 ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[aqwzsx99999]

Bonjour à tous,

merci pour vos réponses,

Jiherve,
Effectivement le LT 3482 est insuffisant. Finalement j'ai opté pour une option bien plus couteuse, le Q04CT-12 de chez XP POWER, qui peut sortir jusqu'à +200V et -200V.
Le but est de polariser un MEMS utilisant la force électrostatique.

Puis j'utilise un AOP, le PA107 de chez apex microtechnology créant alors le signal carré voulu.

Gienas,
Le composant utilise une force électrostatique donc zéro courant, uniquement une tension.

Ceci m'amène une nouvelle problématique. Précédemment je polarisais avec un signal continu, donc je pilotais ma polarisation avec un transistor monté en émetteur commun utilisé en saturé bloqué pour "allumer" ou "éteindre" mon signal de polarisation avec une commande 0 ou 5V sur la base.
Utilisant maintenant un signal carré, ce montage ne fonctionne plus, je regarde donc pour faire un montage dans le style d'un "push-pull" comme les ampli de classe B.
J'ai aussi pensé à utiliser un AOP ayant une fonction enable/disable mais je trouve que ça n'a pas trop de sens.
Mais peut-être avez vous de meilleures idées pour "allumer"/"éteindre" un signal carré à partir d'une commande 5V ?

[aqwzsx99999]

J'avais aussi en tête d'utiliser un filtre TBF mais c'est peut-être un peu bourrin.

[Antoane]

Bonjour,

Le PA107 fait probablement l'affaire, mais c'est une solution très luxueuse si tu t'en serts uniquement pour faire du carré atteignant les rails d'alimentation.
J'utiliserais un pont en H (avec une alimentation +90/0 V) ou un demi-pont (avec une alimentation +90/-90 V), basé sur un CI ou des composants discrets.

Pour l'alimentation, on trouve par exemple le https://www.analog.com/en/products/lt8365.html

[aqwzsx99999]

Bonjour Antoane,

J'ai choisi cette solution effectivement luxueuse car je doit avoir des temps de montée/descente <200ns. Or c'est un des rares aop permettant d'avoir une vitesse de balayage supérieur à 1kV/µs pour un gain de 30. Car j'ai trouvé d'autres AOP ayant une vitesse de balayage de 1KV/µs, cependant pour de faible gain il faut rajouter un capa de compensation de phase qui détériore très fortement la vitesse de balayage.

[Antoane]

Il faudrait définir si un ampli de gain 30 est nécessaire, ou si un circuit "logique haute tension" (i.e. qui ne peut délivrer en sortie que ses valeurs de tension d'alimentation et qui commute à une grande vitesse bien que non-maitrisée) est suffisant. Car ce serait plus simple et moins cher...

[bobflux]

Q04CT-12 de chez XP POWER, qui peut sortir jusqu'à +200V et -200V.
Le but est de polariser un MEMS utilisant la force électrostatique.

Puis j'utilise un AOP, le PA107 de chez apex microtechnology créant alors le signal carré voulu.

Le courant de repos de l'amplificateur est de 40mA ce qui fait 8W avec une alim 200V (+100/-100)

Le bidule XP POWER sort 1.25mA

Il y a un problème quelque part...

Si tu pars d'une alim 5V pour avoir de la haute tension, tu n'auras que peu de courant disponible, donc c'est important de consommer le moins possible de courant sur la haute tension. Donc,

Questions :

1) Pour le temps de montée de la sortie tu as répondu (200ns) ; plus rapide c'est mieux ou alors 200ns c'est bon ? Une fois arrivé à la tension cible, quelle est la tolérance (settling time, etc), il faut que le haut du carré soit plat à combien de % ?

2) Quelle fréquence maxi pour le carré en sortie ?

3) Quelle est la capacité de la charge ?

Par exemple si C=100pF, V=180V

q=Cv et i=dq/dt, donc lors de la transition, il faut un courant C dv/dt = 90mA pendant 200ns

Le courant moyen est F*C*V donc si F=1kHz on a 18µA.

Y'a plus qu'à faire ces calculs avec les vraies valeurs de fréquence et capacité du MEMS.

4) Est-ce que le signal sera toujours un carré, qui n'a pas besoin d'un amplificateur linéaire... ou bien penses-tu avoir besoin de signaux plus "analogiques" qui ont besoin d'un amplificateur linéaire ?

5) La tension de sortie de +/-90V est-elle définitive, ou bien auras-tu besoin de carrés d'amplitude variable ?

6) La charge est-elle flottante ou pas ? Pour polariser ton MEMS sous +/-90V il y a deux solutions, soit une sortie bipolaire qui sort +/-90V soit un pont avec deux sorties 0V/90V, mais pour ça il faut pas qu'une des bornes de la charge soit connectée à la masse, au chassis, etc. Donc il faut vérifier.

Si tu as besoin uniquement d'un signal carré, utiliser un amplificateur linéaire comme cet APEX ne sert à rien, en plus le courant de repos est important. Une meilleure solution serait un demi pont en H comme suggéré plus haut, avec des petits MOSFET et un driver style IRS2103 (il y en a plein, il faudra choisir le bon). L'avantage d'un driver bootstrap est que l'énergie pour commuter les MOSFET provient de l'alim basse tension, donc ça consomme rien sur la HT. L'inconvénient est qu'il ne peut pas maintenir un niveau constant, il y a une fréquence de commutation minimum, en général quelques Hz. Donc à toi de voir si cette solution convient, ça dépend si tu veux pouvoir avoir un niveau de sortie continu ou pas.

Sinon en discret c'est pas très compliqué non plus.

[jiherve]

bonsoir
pour le fun en discret, des cascodes couplés.

a noter qu'il n'y a aucune protection en cas de cc çà fume , les 10 ohm d’émetteur ne limitent qu'un chouilla.
JR

[ATdevice]

Pour compléter ce qui a été dit, dans le cas où le signal carré aurait besoin d'une amplitude différente, il est possible de rendre ajustable la tension de sortie d'un circuit tel que le LT8365 déjà cité. Il suffit de jouer sur la tension de feedback, soit avec un potentiomètre, soit piloté par un circuit analogique externe

[aqwzsx99999]

Bonjour bobflux,

Merci pour ta réponse,
Oui effectivement le PA n'est pas utilisable avec l'alim XP power
1) plus rapide c'est mieux, tant que c'est en dessous des 200ns. Pas trop de contrainte, tant qu'on est au dessus de la tension désirée, enfin tant que ça ne varie pas de 10V ça devrait être bon.

2) La fréquence visée est 1 kHz, je ne dépasserais pas le MHz si jamais cette fréquence venait à changer.

3) La capacité de la charge est de 150 fF

4) Oui toujours carré

5) la tension n'est pas définitive, mais pas besoin d'un système "variable". Une fois définie, elle sera fixe.

6)La force électrostatique se forme entre une piste RF et mon signal de polarisation par le biais de la capa de 150 fF. Tout les montages que je vois de pont en H fonctionne car on branche les deux accès de la charge au pont en H, or dans ma config je ne peux brancher la charge qu'avec un accès. il faut que mon signal carré se balade dans un unique "brin". Un pont en H peut-il fonctionner sans charge ?

[aqwzsx99999]

Bonjour Jiherve,

Le problème avec mon besoin, c'est que je n'ai pas accès aux deux "brins" de ma charge, le signal carré doit se retrouver en un seul fil, or avec un tel montage on a besoin d'une charge sur laquelle les deux accès sont accessibles.

[DAT44]

Bonjour,
tu peux partir d'une alim 180V et mettre un condensateur en sortie pour obtenir le +/- 90V ...

[bobflux]

OK, 150fF c'est plutôt négligeable, la capacité parasite des câbles va dominer ; tu as un long coax 50 ohms entre l'ampli et la charge ou bien juste un petit bout de fil ?

[bobflux]

6)La force électrostatique se forme entre une piste RF et mon signal de polarisation par le biais de la capa de 150 fF. Tout les montages que je vois de pont en H fonctionne car on branche les deux accès de la charge au pont en H, or dans ma config je ne peux brancher la charge qu'avec un accès. il faut que mon signal carré se balade dans un unique "brin". Un pont en H peut-il fonctionner sans charge ?

Un pont en H demande une charge flottante, ce n'est pas le cas, donc on peut abandonner cette idée : il faut une sortie +/- 90V. Il n'y a pas forcément besoin d'une alim symétrique, ça peut se faire avec une alim unique 180V, une sortie 0/180V, et un condensateur de couplage.

2) La fréquence visée est 1 kHz, je ne dépasserais pas le MHz si jamais cette fréquence venait à changer.

OK, mais attention à la fréquence : à chaque commutation il y aura charge/décharge de condensateurs, pas seulement la capacité de 150fF en sortie mais aussi toutes les capacités parasites, les câbles, et surtout les jonctions des transistors en question. À chaque commutation il va y avoir un pic de courant tiré sur l'alim haute tension, comme expliqué plus haut.

Si la fréquence est faible, le courant moyen sera faible et la dissipation aussi. Par contre si tu demandes 1MHz ta mini alim ne suffira pas du tout, il faut plus sérieux.

D'autre part +/-90V à 1MHz ça va demander une étude plus sérieuse de la dissipation dans les transistors...

[aqwzsx99999]

Bobflux,

Entre ma charge et mon signal il devrait il y avoir une piste de 2cm max je dirais. Mais le routage de la carte sera réfléchis qu'une fois la solution pour créer le signal trouvé.

Du coup c'est retour à la case départ si je comprend bien ?

Avez-vous des idées pour créer un signal carré haute tension dans un fil par rapport à la masse et non au borne d'un dipôle comme pour les hacheurs ?

[bobflux]

> Entre ma charge et mon signal il devrait il y avoir une piste de 2cm max je dirais

OK, donc c'est bien, t'as pas de coax donc la charge capacitive est minuscule. Et si c'est sur la même carte et sans câble, pas de soucis avec une éventuelle protection contre les court-circuits.

Il faut que tu décides la fréquence max parce que ça va influencer sur le courant consommé et donc sur le choix du booster de tension pour l'alim.

[aqwzsx99999]

Partons du principe que la fréquence utilisée sera 1kHz donc c'est la fréquence max on va dire. Bon il y a de l'énergie non négligeable jusque l'harmonique 5-6 peut être ? donc on va arrondir et prendre un peu large, la fréquence max composant le carré sera de 10kHz (pour un carré de 1kHz).

Après il y a pas mal de solution de booster chez les fabricants, qui sont pas map adaptable pour sortir plus ou moins de courant. Donc ma priorité actuellement c'est de trouver une solution permettant de créer mon carré de 150V Cr-Cr pour voir son besoin en courant pour ensuite dimensionner le booster.

[bobflux]

Alors attention, parce que c'est super simple.

Comme la capacité de la charge est plus petite que la capacité parasite d'un transistor monté en émetteur suiveur, ça ne sert à rien d'ajouter des émetteurs suiveurs...

Donc, nous avons un signal carré en 5V qui arrive sur une paire différentielle pusb-pull classe B (Q3-6-7-8) dont l'entrée de derrière est reliée à la moitié de la tension du signal, donc ici 2.5V. Prévoir un diviseur de tension depuis 5V et un condensateur de découplage, par exemple 1µF MLCC X7R, pour que ce 2.5V ait une faible impédance.

Quand v(in) > 2.5V+2Vbe soit environ 3.7V, Q3 Q8 conduisent. Lors du front montant, un courant important circule pendant quelques dizaines de ns à travers de la capacité C2 de 1nF. Le miroir de courant au dessus renvoie ce courant dans la sortie et charge la capacité de sortie (j'ai mis 5pF) à +190V. Note que C1 représente la capacité de la charge et de la piste, c'est pas un composant, il faut pas le mettre sur le circuit. À l'état stationnaire, une fois la transition faite en sortie, avec V(in)=5V, le courant d'émetteur de Q3 Q8 est de seulement 125µA environ, via R6, pour sauver la planète en économisant des watts.

Dans l'autre sens, quand v(in) repasse en dessous de 1.3V, c'est Q6 Q7 qui conduisent, et ça tire la sortie vers 0V.

Temps de montée d'après le simulateur: 20ns.

Les transistors haute tension sont des KSC3503/KSA1381, choisis pour leur faible capacité Cbc, puisque cette capacité sera chargée et déchargée à chaque commutation. Si tu veux du CMS, il y a des équivalents mais j'ai pas la réf en tête.

Les transistors du bas, tu peux mettre ce que tu as sous la main, par exemple des 2N3906/MMBT3906 etc.

Le courant crète est important mais il dure pas longtemps et donc le courant moyen est très faible, dans les 2 mA à 1MHz, en fait ça passe.

Les transistors saturent mais c'est pas grave.

Pour driver ça il faut un truc qui ait de la patate parce que le courant de base n'est pas négligeable : un circuit logique type 74AC en 5V par exemple.

[gienas]

Bonjour à tous

... le signal carré doit se retrouver en un seul fil ...

Depuis que je suis (de loin) cette discussion â laquelle je ne comprends rien, cette remarque me fait encore plus bondir.

Pour commencer, il est impossible d’avoir une ddp sur un fil. Il faut forcément deux bornes pour qu’il s’y développe une différence de potentiel.

Peux-tu expliquer clairement et de manière convaincante à quoi ça doit servir?

Cela a déjà été évoqué mais le seul moyen de disposer de +90V puis de -90V, c’est d’avoir le pont en H, avec une source flottante (isolée de toute masse).

Un des fils sera relié à ce qui servira de référence dont on ne peut pas se passer, et l’autre fil sera celui que tu appelles de tes vœux.

Rien n’empêche de faire le 90V à partir de 5V.

[bobflux]

Rôôôô

Puisqu'il a une alim symétrique, rien n'empêche de rajouter un level shifter pour avoir une sortie symétrique