Verificación de diseño para un circuito de interruptor de lado alto, para conducir tubos Nixie

Estoy diseñando un circuito que permite usar una placa Arduino para impulsar tubos Nixie ( https://en.wikipedia.org/wiki/Nixie_tube ), que son dispositivos tipo LED que requieren ~170V para encenderse y ~140V para mantener después encendido. Se utiliza una resistencia en serie para limitar la corriente a 1-5 mA.

Para controlar individualmente los 10 dígitos en el tubo, utilizo una solución común, un registro de alto voltaje (80 V) (HV57708) que se conecta a cada uno de los 10 pines de cátodo del tubo, por lo que puedo cambiar cada dígito mediante programación ( al cambiar entre 0 V y 80 V, la caída de voltaje es de 170 V o 90 V en cualquier dígito individual, lo que corresponde a los estados de encendido y apagado de ese dígito).

Sin embargo, este tipo de control no me permite cambiar el brillo de los tubos, que necesita ser modulado ya sea variando la corriente o por PWM. (Cambiar el voltaje de entrada no es una solución recomendada para ajustar el brillo del tubo, ya que afecta la uniformidad del brillo). El interruptor del lado bajo, mediado por HV57708, solo podría admitir el software PWM, que consumiría todos los recursos del procesador Arduino. . (es decir, todo el procesador debe estar dedicado a esta tarea de software PWM, que no es ideal para mi aplicación).

Por lo tanto, me gustaría implementar un interruptor de lado alto adicional, que se conectaría al pin de ánodo único del tubo (y, por lo tanto, encendería o apagaría todo el tubo, en todos los dígitos, que es un comportamiento que busco) ).

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Tengo bastante poca experiencia con el diseño de circuitos, pero después de ~ 1 semana de investigación, he llegado al siguiente diseño (ver imagen adjunta). Me gustaría preguntar si algunas preguntas sobre este circuito:

(1) Según los ojos experimentados, ¿funcionaría este circuito (a) de manera segura y confiable, y (b) lograría el comportamiento de conmutación previsto?

Para explicar este circuito:

-- Q3 es un MOSFET de potencia de canal p; Q2 es un MOSFET de potencia de canal n que controla Q3. (De lo contrario, los 5V de Arduino no pueden controlar el voltaje de suministro de 170V).

-- R1 y R2 son un divisor de voltaje para reducir el voltaje a ~ 165 V cuando Q2 está encendido (cuando Arduino emite 5 V). Esta diferencia de 5V enciende Q3. (El límite en V_GS de Q3 es de +/- 20 V. Por lo tanto, parece necesario tener este divisor de voltaje, en lugar de arrojar los 170 V completos en V_GS). Los valores de resistencia alta se seleccionaron para mantener baja la corriente en estado ON, porque R2 cae ~ 165 V y, por lo tanto, la potencia disipada podría superar fácilmente las clasificaciones de potencia de la resistencia SMD (~ 100 mW) incluso a una corriente de ~ 1 mA.

-- R3 es una resistencia desplegable para garantizar que el pin nunca esté flotando. Elijo 10K (corriente en estado de 0,5 mA) sin ninguna razón importante; por favor sugiera si otros valores podrían funcionar mejor.

-- El pin de salida en la parte inferior es de HV57708, que se conecta a los 10 pines de cátodo del tubo Nixie. Por lo general, 9 de los 10 estarían configurados en 80 V (un estado apagado, porque incluso si el interruptor del lado superior está encendido, 170 V - 80 V = 90 V no es suficiente para encender el tubo), mientras que 1 de los 10 sería establecerse en 0V (un estado encendido; solo se aplica al cátodo correspondiente al dígito que pretendemos iluminar).

-- Considere X como un circuito abierto (sin nada adjunto) por ahora.

(2) ¿Este interruptor de lado alto podría admitir el control de brillo basado en PWM, si el pin de "salida de Arduino" es un pin compatible con PWM en Arduino?

(3) Digamos ahora que queremos evitar por completo el uso de PWM, lo que podría tener beneficios, ya que algunos plantearon la hipótesis de que reduce la vida útil del tubo. En tal caso, para lograr ajustes en el brillo del tubo, parece que un enfoque plausible es duplicar y reflejar toda la Caja 1, y colocarla en la ubicación marcada con una "X", nuevamente conectada a través de R4. Bajo tal esquema, el Arduino podría controlar el número (y cuáles) de las resistencias limitadoras de corriente (R4) que están en paralelo.

Más resistencias en paralelo aumentarían la corriente total de la fuente de 170 V, lo que iluminaría el tubo, ¿correcto? Por ejemplo, con solo 2 de estos circuitos, uno con R4_A = 15K y otro con R4_B = 30K, se podrían producir tres niveles de brillo de estado ON diferentes. ( I = (170V-140V)/R_equivalent, donde R_equivalent es 15K, 30K o 1/(1/15+1/30) = 10K, lo que lleva a I = 3mA, 2mA o 1mA. Esto parece suficiente para mi propósito ¿Funcionaría este tipo de estrategia de apilamiento?

(4) Si algún experto tiene otras soluciones o ideas sobre cómo implementar este ajuste de brillo del tubo, tendré mucha curiosidad por saberlo. (Inicialmente pensé en usar un solo potenciómetro digital; es decir, 170 V se conecta a R4, luego a digi-POT, luego a tubo Nixie, luego a la salida HV57708. Sin embargo, los digi-POT existentes parecen tener una clasificación de corriente baja (~ 5 mA, que se trata de la corriente que debe pasar) y la baja caída de voltaje tolerada (< 30 V).)