高電圧増幅器
出力の保護
DUTに高電圧を印加したとき、そのDUTがｼｮｰﾄﾓｰﾄﾞで破壊すると高電圧
増幅器の出力からｼｮｰﾄした瞬間に大電流が流れて高電圧増幅器にﾀﾞﾒｰｼﾞ
を与えかねません
高電圧出力中にDUTが破壊された場合でも高電圧増幅器が保護される
ための回路を検討します
Fig 56-1
2.4kΩの抵抗R51、R12、R13をを入れて出力短絡時に高電圧増幅器を保護しています。
抵抗R51はＢoosterAmp部を保護し、抵抗R12、R13(とﾀﾞｲｵｰﾄﾞD3,D4)は帰還回路から低圧回路部を保護します。
抵抗R3とｺﾝﾃﾞﾝｻC3は、抵抗R51の負荷側に接続し、R51による電圧低下がｹﾞｲﾝに影しないようします。
抵抗R51はＢoosterAmp部を保護し、抵抗R12、R13(とﾀﾞｲｵｰﾄﾞD3,D4)は帰還回路から低圧回路部を保護します。
抵抗R3とｺﾝﾃﾞﾝｻC3は、抵抗R51の負荷側に接続し、R51による電圧低下がｹﾞｲﾝに影しないようします。
Fig 56-2
青 ：出力電圧
赤 ：抵抗R51の電流 I51
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力電圧、保護抵抗R51に流れるの電流I51の応答波形です。
赤 ：抵抗R51の電流 I51
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力電圧、保護抵抗R51に流れるの電流I51の応答波形です。
Fig 56-3
電源V501を使用して出力を強制的に0Vに短絡(DUTのｼｮｰﾄﾓｰﾄﾞの破壊)することを模擬しています。
2kVの高圧が出力されてから50uS後(t=60uS)に出力を0V(厳密にはﾀﾞｲｵｰﾄﾞD501の順方向電圧分だけ残る)に落とします。
2kVの高圧が出力されてから50uS後(t=60uS)に出力を0V(厳密にはﾀﾞｲｵｰﾄﾞD501の順方向電圧分だけ残る)に落とします。
Fig 56-4
青 ：出力電圧
赤 ：抵抗R51の電流 I51
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力電圧、2.4kΩの保護抵抗R51に流れるの電流I51の応答波形です。
出力短絡時、高電圧増幅器の出力電流I51が1A以下(約850mA、ﾊﾟﾙｽ幅1uS)に制限されています。
ﾊﾟﾙｽ幅1uS、1Aのｻｰｼﾞ電流に耐えられるように設計(部品を選定)すれば、高電圧増幅器は壊れることなく保護されます。
尚、この保護抵抗R51の値は高圧電源の大きさに応じて、例えば5kVであればR51を5kΩ程度に大きくする必要があります。
赤 ：抵抗R51の電流 I51
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力電圧、2.4kΩの保護抵抗R51に流れるの電流I51の応答波形です。
出力短絡時、高電圧増幅器の出力電流I51が1A以下(約850mA、ﾊﾟﾙｽ幅1uS)に制限されています。
ﾊﾟﾙｽ幅1uS、1Aのｻｰｼﾞ電流に耐えられるように設計(部品を選定)すれば、高電圧増幅器は壊れることなく保護されます。
尚、この保護抵抗R51の値は高圧電源の大きさに応じて、例えば5kVであればR51を5kΩ程度に大きくする必要があります。
Fig 56-5
青 ：出力電圧
赤 ：抵抗R51の電流 I51
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力をt=60uSで短絡した、1Ωの抵抗R51に流れるの電流I51の応答波形です。
出力短絡時、高電圧増幅器の出力電流I51が約210A流れています。
保護抵抗R51が無ければ、このような大電流によって高電圧増幅器にﾀﾞﾒｰｼﾞを与え、最悪の場合は破壊されることになります。
赤 ：抵抗R51の電流 I51
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力をt=60uSで短絡した、1Ωの抵抗R51に流れるの電流I51の応答波形です。
出力短絡時、高電圧増幅器の出力電流I51が約210A流れています。
保護抵抗R51が無ければ、このような大電流によって高電圧増幅器にﾀﾞﾒｰｼﾞを与え、最悪の場合は破壊されることになります。
Fig 56-6
青 ：出力電圧
紫 ：抵抗R52の電流 I52
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力をt=60uSで短絡した、保護抵抗R12=R13=2.4kΩのときの抵抗R52に流れる電流I52の応答波形です。
出力短絡時、帰還回路R2、R3、C2、C3に流れる電流I52が約350mA(ﾊﾟﾙｽ幅1uS)に制限されています。
ﾊﾟﾙｽ幅1uS、400mAのｻｰｼﾞ電流に耐えられるように設計(部品を選定)すれば、高電圧増幅器は壊れることなく保護されます。
紫 ：抵抗R52の電流 I52
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力をt=60uSで短絡した、保護抵抗R12=R13=2.4kΩのときの抵抗R52に流れる電流I52の応答波形です。
出力短絡時、帰還回路R2、R3、C2、C3に流れる電流I52が約350mA(ﾊﾟﾙｽ幅1uS)に制限されています。
ﾊﾟﾙｽ幅1uS、400mAのｻｰｼﾞ電流に耐えられるように設計(部品を選定)すれば、高電圧増幅器は壊れることなく保護されます。
Fig 56-7
青 ：出力電圧
紫 ：抵抗R52の電流 I52
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力をt=60uSで短絡した、R12=R13=1Ωのときの抵抗R52に流れる電流I52の応答波形です。
出力短絡時、高電圧増幅器の出力電流I51が約1.5A流れています。
2.4kΩの保護抵抗R12、R13が無ければ、このような大きな電流によって高電圧増幅器にﾀﾞﾒｰｼﾞを与え、最悪の場合は破壊されることになります。
紫 ：抵抗R52の電流 I52
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力をt=60uSで短絡した、R12=R13=1Ωのときの抵抗R52に流れる電流I52の応答波形です。
出力短絡時、高電圧増幅器の出力電流I51が約1.5A流れています。
2.4kΩの保護抵抗R12、R13が無ければ、このような大きな電流によって高電圧増幅器にﾀﾞﾒｰｼﾞを与え、最悪の場合は破壊されることになります。
Fig 56-8
Q101-G：Q101のｹﾞｰﾄ波形 Q201-G：Q201のｹﾞｰﾄ波形
+HVps ：+2200V高圧電源 -HVps ：-2200V高圧電源
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力をt=60uSで短絡した、出力、Q101のｹﾞｰﾄ、Q102のｹﾞｰﾄの応答波形です。
出力が短絡したt=60uS以降でもQ101とQ201のｹﾞｰﾄ間の電位差はGBｺﾝﾃﾞﾝｻC151によってほぼ一定に保たれています。
(Q101のｹﾞｰﾄ − 出力)と(高圧電源+HVps − Q101のｹﾞｰﾄ)の電位差は、出力が短絡したt=60uS以降に多少ﾊﾞﾗﾝｽを崩していますが
(mosFETの耐圧を超える)問題となるような大きな崩れではなく、速やかに電位差が等しくなる方向に向かっています。
出力と負側のQ201のｹﾞｰﾄ、-HVpsとの関係も同様です。
+HVps ：+2200V高圧電源 -HVps ：-2200V高圧電源
0V／+10V、60uSﾊﾟﾙｽ入力に対する出力をt=60uSで短絡した、出力、Q101のｹﾞｰﾄ、Q102のｹﾞｰﾄの応答波形です。
出力が短絡したt=60uS以降でもQ101とQ201のｹﾞｰﾄ間の電位差はGBｺﾝﾃﾞﾝｻC151によってほぼ一定に保たれています。
(Q101のｹﾞｰﾄ − 出力)と(高圧電源+HVps − Q101のｹﾞｰﾄ)の電位差は、出力が短絡したt=60uS以降に多少ﾊﾞﾗﾝｽを崩していますが
(mosFETの耐圧を超える)問題となるような大きな崩れではなく、速やかに電位差が等しくなる方向に向かっています。
出力と負側のQ201のｹﾞｰﾄ、-HVpsとの関係も同様です。
-2kVの負電圧出力時も電圧や電流の方向が変わるだけで、ほぼ同様に回路は保護されます。