¿Es físicamente posible un relé de estado sólido con una frecuencia de conducción de más de 1 MHz?

Solo pude encontrar una pregunta casi relacionada con la mía en SE, pero tengo en mente una aplicación más exigente. He diseñado un multiplicador de voltaje Cockroft-Walton de 32 etapas de 40 VCA -> 1000 VCC que planeo manejar con el reloj de 2.6 VCA de mi MCU. Para obtener los tamaños submilimétricos de mi condensador SMD, tengo que hacer funcionar el reloj a más de 3 MHz...

Mi plan era usar un LT8410 para aumentar los 3 V CC de mi batería a 40 V CC y cambiar eso con el reloj a través de un relé de estado sólido optoacoplado:

diagrama de circuito

Elegí esta topología porque leí en alguna parte que los SSR "tienen velocidades de conmutación rápidas que pueden variar de 1 a 100 nanosegundos", pero la más pequeña t EN (Tiempo de encendido) He encontrado que fue de 500 ns y necesito menos de 50 ns para obtener una onda cuadrada aceptable a 3 MHz.

Entonces, ¿es posible que un SSR cambie tan rápido o debería haber optado por una topología diferente para entregar los 1000 V?

Si todos sus circuitos comparten la misma tierra, ¿por qué necesita el ssr?
Con lo que quiero decir, ¿por qué no puedes usar un mosfet u otro dispositivo de conmutación? La principal ventaja del SSR es el aislamiento, pero parece que no lo necesitas.
@ BeB00 Quería evitar picos inesperados en la corriente extraída de los pines de la MCU ya que el MAX es bastante delicado. Aunque el SSR no proporciona un aislamiento total, al menos enruta el consumo de corriente dinámica lejos de la MCU. Si no puedo encontrar un SSR lo suficientemente rápido, probablemente use 2 inversores CMOS para hacer un cambio.
tienen velocidades de conmutación rápidas que pueden oscilar entre 1 y 100 nanosegundos Mi opinión: quien haya escrito ese artículo no tiene ni idea . Los SSR se utilizan generalmente para la conmutación de red que es de 50 o 60 Hz, por lo que no hay necesidad de tiempos de respuesta de ns. Lo que podría ser el caso es que la transición de apagado a encendido del SSR esté en el rango de 1 a 100 ns. Eso no significa que se pueda encender/apagar en unos pocos ns. TLDR: un SSR no funcionará en esta aplicación.
@Landon No es así como funciona esto. En la configuración en la que lo está utilizando, el SSR no proporcionará ningún beneficio y solo ralentizará las cosas y significará que no puede hacer 3MHz. Los mosfets aislarán completamente su mcu de los altos voltajes y corrientes (todavía tendrá que desacoplar adecuadamente sus líneas eléctricas, etc.). Tampoco necesita comprar inversores CMOS: el circuito que le mostré funcionará bien (probablemente necesite algunas modificaciones para ayudarlo un poco, pero eso también se aplicaría con los inversores)
También creo que su sistema no es lo que yo elegiría. Usaría un transformador para aumentar 3 V directamente hasta 500 V y luego duplicar eso o pasar directamente de 3 V a 1000 V. Un multiplicador CW puede funcionar, pero en mi opinión, no con la cantidad de energía que necesita y tantas etapas. en series. Las pérdidas en cada etapa le impedirán llegar a los 1000 V. También le sugiero que estudie otros generadores de alto voltaje y vea cuál es el que se usa comúnmente. "Diseñar el tuyo propio" solo funciona si tienes suficiente experiencia de lo que funciona y lo que no. Además: algunas soluciones funcionan en teoría pero no en la práctica.
También estoy de acuerdo con @Bimpelrekkie en que la topología CW no es necesariamente la mejor opción. Debe investigar otras topologías basadas en transformadores (el flyback es popular)
@Bimpelrekkie Todos mis componentes deben caber en una placa de cm^2 para cumplir con los requisitos del proyecto. También tiene que ser de muy baja potencia ya que nos estamos quedando sin baterías de estado sólido TDK. El transformador smd más pequeño que encontré fue 1:10 y extrajo 4 A del suministro de 3 V. Simulé mi multiplicador CW en Multisim y obtuve 960 V; Los diodos BAT62 tienen una caída de voltaje muy baja. CW es más común para mi aplicación (accionamiento de actuador electrostático) porque es una carga de potencia casi nula.
problema XY. El operador está tratando de calzar algo que no es adecuado para su propósito.
Gracias Andy, es un hallazgo genial, pero estoy tratando de evitar tener que usar un transformador.
También tiene que ser de muy baja potencia. Está tratando de convertir 1 kV en 10 Mohm, lo que significa que se disipan 100 mW en la resistencia de 10 Mohm. 100 mW no es lo que yo llamo "muy baja potencia". Supongo también que esas "baterías de estado sólido" no pueden entregar la cantidad de energía necesaria. TLDR: Te estás enfocando demasiado en la implementación mientras te olvidas de la arquitectura y el diseño del sistema . En mi opinión, su sistema no tiene sentido y es imposible de implementar . Pero siéntete libre de demostrar que estoy equivocado :-)
Todos mis componentes tienen que caber en una placa de cm^2 para cumplir con los requisitos del proyecto. No es la primera vez que "un cliente" pide lo imposible . Es por eso que necesita pruebas de lo que se puede y no se puede hacer. Ahí es donde entra un estudio de arquitectura . Un punto de partida es investigar diseños similares, ¿qué se usa ahí? ¿De qué tamaño son? ¿Por qué es así? Un cliente puede escribir fácilmente cualquier cosa que quiera, tamaño pequeño, costo pequeño, etc. Eso no significa que lo que pide sea posible .

Respuestas (1)

Entonces, ¿es posible que un SSR cambie tan rápido o debería haber optado por una topología diferente para entregar los 1000 V?

El diseño de los relés de estado sólido a menudo evita esto. Para no consumir mucha energía cuando están apagados, desactivan el refuerzo necesario para la conmutación del lado alto.

Puede hacerlo usted mismo con un controlador de puerta lateral alto y un mosfet de canal N. Por ejemplo: 1EDN7550.

Probablemente me quedaría con un canal N manejando un canal P, en lugar de un controlador de puerta completo
El convertidor elevador que estoy usando tiene un interruptor de desconexión que podría usar cuando no esté activo.
¿Es físicamente posible un relé de estado sólido con una frecuencia de conducción de más de 1 MHz?
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