JP2006288403A - 高電圧電流プロファイルを送るトランスフェクション制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トランスフェクション制御装置は、ゲート、高電圧電流入力、高電圧電流出力を備える高耐熱性スイッチ114と、高耐熱性スイッチ114と化学溶液104に結合した制限インピーダンス素子122と、高耐熱性スイッチ114の入力に結合した電荷蓄積デバイス120と、高耐熱性スイッチ114に結合しゲート信号を付与する制御プロセッサ110と、制限インピーダンス素子122の抵抗を補償して、所望の出力電圧を発生するために必要な電荷蓄積デバイス120の充電電圧を決定する制限インピーダンス補償装置とから構成されている。
【選択図】図2
Description
抵抗42は充電システム32の出力ポートと充電ノード52に接続されている。抵抗44はノード52とグランドの間に接続されている。抵抗42は充電システム32で小さな変圧器を使用できるようノード52へ流れる電流を制限する。コンデンサ40はノード52とグランドの間に結合され、高耐熱性スイッチ50は、ノード52に結合している入力端子をもっている。直列に接続した抵抗44と46はコンデンサ40に蓄積されている電荷を徐々に放電する。制御プロセッサ30の監視信号は、抵抗44と46により発生される。
トランスフェクション制御装置10は、3000V以上の電圧と1000A以上の電流を供給することができる。含まれる電圧と電流の大きさ、及び操作員が頻繁に操作する装置の要件により、関連する安全機能と操作方法の改良は絶えざる目標である。
制御プロセッサ110は、充電システム112へ充電信号を供給する。充電システム112は、出力ポートへ基本的に一定の電流を供給する高電圧スイッチング・パワー・コンバータである。蓄積コンデンサ120は、充電システム112の出力ポートと接地の間に結合されている。電圧デバイダ116は、充電システム112の出力ポートと接地の間に結合されている。またタップ端子は制御プロセッサ110に結合しいている。
コンデンサ174と抵抗158は、ノード182と184の間に直列に接続され、コンデンサ174はノード182に接続され、抵抗158はノード184に接続されている。ダイオード164と166は、それぞれアノードとカソードを含む。アノードは互いに接続され、ダイオード164のカソードは、ノード184に接続され、ダイオード166のカソードは接地に接続されている。
動作時、動作制御スイッチ134は、制御プロセッサ110が充電システム112で出力電流を発生して、それを供給をできるように充電システム112に制御信号をアサートする。充電システム112の出力電流は、蓄積コンデンサ120を充電し、高耐熱性スイッチ114の入力の電圧を増加させる。制御プロセッサ110は、電圧デバイダ116からのフィードバック入力により高耐熱性スイッチ114の入力での電圧レベルを監視する。所望の電圧レベルに達していれば、制御プロセッサは、制御信号を充電システム112へディアサートし、高耐熱性スイッチ114をトリガする。制御プロセッサ110は、トリガ信号をゲート・ポートへアサートすることにより高耐熱性スイッチをトリガする。高耐熱性スイッチ144をトリガすると、蓄積コンデンサ120に保存されている電荷/エネルギが制限抵抗122を通して負荷104に結合する。
制限抵抗122が負荷104に供給された電圧の大きさに悪影響を与えないように、負荷抵抗測定装置102が実際の負荷抵抗を決定する。抵抗測定回路102は、負荷の抵抗測定をする制御プロセッサ110を備えている。
上述したように、トランスフェクション制御装置100は、制御スイッチ134が適切に起動されたときにのみ動作する。制御プロセッサ110は、コンデンサ120が高耐熱性スイッチ114を通して負荷104へ放電する前に、制御スイッチ134のパルス・スイッチの1つが離されたか検出する。パルス・スイッチの1つまたは2つを離すと、制御プロセッサ110がSCRクローバ130をトリガして、コンデンサ120に保存された電荷を放出する。
抵抗210は、トランジスタQ2のコレクタをトランジスタQ1のベースに結合している。トランジスタQ2のエミッタは、接地とトランジスタQ2のベースに結合され、トリガ・クローバ入力信号を受け取る。好適な実施例において、コンデンサ202は、約μF、25Vに、コンデンサ204と208は0.01μFに定格化されている。
電圧デバイダ300は、蓄積コンデンサ120に現れる電圧の大きさを調節する。大きさを調節した電圧は増幅器302へ供給される。増幅器302はバッファでノード303を調節した電圧レベルでドライブする。電圧コンパレータ304、306、308の各々はノード303に結合した入力を備えている。コンパレータ304は、ノード303の電圧レベルが既定の値を越えたとき、カウンタ310へリセット信号をアサートするためセットされる。コンパレータ306と308でウィンドウ・コンパレータを構成している。コンパレータ306と308の出力は、ワイヤードOR接続されコンパレータからの出力のANDをとり、電圧レベルが2つの既定電圧レベルの間にあるとき、ゲートで構成された発振器312へゲートオン信号を供給する。ゲートで構成された発振器312の出力は、カウンタ310へ供給される。
電圧比が1/εなので波形に対し、T=γLn|(EF−Ri)/(EF−EX)|、
EF=Φ
なので、T=γLn|Ei/EX|
この比がEi/EX=1/eである場合、T=γ=時定数である。
従って、ウィンドウのパルス幅は、時定数に等しくなる。カウンタ310は、発振器312によってドライブされ、発振器312はウィンドウ期間時にのみ動作する。このため、カウンタ310の値は時定数に等しくなる。
動作時、トランジスタ404は、蓄積コンデンサ120(図2を参照)がほとんど完全に放電するまで、オンのままになるように設計されている。図2のトランスフェクション制御装置100は、負荷104へ供給された出力波形が5V以下に低下したとき、これを制御プロセッサ110に通知するコンパレータ(図示せず)を含む。
図8はトリガ回路408の好適な実施例を示す図6に示す低電圧ドライバ400の詳細な回路図である。図8において、発振器500は2つのデュアル入力NANDゲート(NANDゲート605と608)、NPNトランジスタ、コンデンサ612、4つの抵抗(抵抗620、622、624、626)を含む。
動作時、制御信号は、充電されるコンデンサCiを含むすべてのセルの各FET706にアサートされる。充電ノード702の充電電流は、起動されたFET706をもつセルのこれらのコンデンサのみ充電する。電流は、コンデンサの充電時にはダイオード703を通って流れない。電流制限抵抗704は、FET706の最大電流を制限する。特定コンデンサCiの電流は、他のコンデンサCiが並列に電荷を保存しているとき、FET706が起動されたときなど、充電システムから供給された最大の充電電流を越えることもある。
従って、拡張モジュール700は、並列に充電するため選択したコンデンサ・セルのみ起動する。充電されたすべてのセルを並列に放電できるようにする。スイッチングは電子的に制御されスイッチング要素に影響を与えることはない。その結果、拡張モジュール700は、12の電界コンデンサ(25μFのコンデンサを1つ、50μFのコンデンサを1つ、100μFのコンデンサを10つ)を用いて、25μFの精度をもつ43の異なった容量値を生成してる。
20,104 負荷
30,110 制御プロセッサ
32,112 充電システム
36 トリガ供給
42 第1抵抗
44 第2抵抗
46 第3抵抗
50 高耐熱性ハイジュール・スイッチ
52,180,182,184,303 ノード
53 負荷ライン
54 手動制御ユニット
102 抵抗測定回路
116,300 電圧デバイダ
120 蓄積コンデンサ
122,704 電流制限抵抗
130,402 SCRクローバ
132 直列抵抗
134 動作制御スイッチ
150,312,500 発振器
152 バンドパス増幅器
156,158,201,210,206,620,622,624,626,660,662,664,666 抵抗
160,162,164,166,652 ダイオード
170,172,174,202,204,208,612,656 コンデンサ
200 トリガ回路
302 増幅器
304,306,308 電圧コンパレータ
310 カウンタ
400 低ドロップアウト高耐熱性スイッチ
404,706 絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ
406 電流検出抵抗
408 トリガ
410 ゲート
412 アノード
414 カソード
505 変圧/整流回路
605,608 NANDゲート
610 NPNトランジスタ
650 変圧器
654 ツェナ・ダイオード
700 拡張モジュール
702 充電ノード
703 高出力ダイオード
Claims (19)
- 第1の規定の電流プロファイルを第2の規定の高電圧レベルで化学溶液へ送るトランスフェクション制御装置において、
ゲート、高圧電流を受け取る入力、及び高電圧電流を放出する出力を備える高耐熱性スイッチと、
前記高耐熱性スイッチの前記出力に結合した第1の端子と化学溶液に結合した第2の端子とを備える制限インピーダンス素子と、
前記高圧電流が流れる前記高耐熱性スイッチを設けるために、前記高耐熱性スイッチの前記入力に結合した電荷蓄積デバイスと、
前記電荷蓄積デバイスの電圧レベルが補償高電圧レベルに略等しいとき、前記高耐熱性スイッチを起動するためにゲート信号をアサートする前記高耐熱性スイッチの前記ゲートに結合した制御プロセッサと、
前記制限インピーダンス素子の抵抗を補償するため、第2の既定の高電圧レベルより大きな前記補償電圧レベルを前記制御プロセッサが決定できるように、前記化学溶液を通して基準電圧へ、抵抗を備える前記制御プロセッサを設けるために、前記制御プロセッサが既定の第2の高電圧レベルより大きい前記補償電圧レベルの決定と前記制限インピーダンス素子の抵抗を補償できるようにし、前記第2の端子電圧における実際の電圧レベルが第2の既定の電圧レベルに略等しいようにする制限インピーダンス補償器と、
を備えることを特徴とする第1の規定の電流プロファイルを第2の規定の高電圧レベルで化学溶液に送るトランスフェクション制御装置。 - 請求項1に記載のトランスフェクション制御装置において、 前記制御プロセッサによって規定されたエネルギ・レベルまで前記電荷蓄積デバイスを充電するため、前記制御プロセッサと前記電荷蓄積デバイスに結合した充電システムと、前記電荷蓄積デバイスに保存した前記電圧レベルの表示を備えた前記制御プロセッサを設けるために、前記電荷蓄積デバイスに結合した電圧レベル監視装置とをさらに備え、
前記制御プロセッサは、第2の既定の電圧レベルよりも大きい実際の電圧レベルまで前記充電システムが前記電荷蓄積デバイスを制御する結果、前記制限インピーダンス素子の前記第2の端子における実際の電圧レベルは、前記高耐熱性スイッチが前記制限インピーダンス素子を通して前記高電圧電流を供給した後、前記第2の既定の電圧レベルに略等しくなることを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 第2の既定の高電圧レベルで第1の既定の電流プロファイルを化学溶液へ送るトランスフェクション制御装置において、
ゲート、高電圧電流を受け取る入力、及び化学溶液に結合したノードに高電圧電流を放出する出力を備える高耐熱性スイッッチと、
電荷を保存することにより前記高電圧電流が流れる前記高耐熱性スイッチを設けるために、前記高耐熱性スイッチの入力に結合した電荷蓄積デバイスと、
前記電荷蓄積デバイスの電圧レベルが少なくとも第2の既定の高電圧レベルに等しいとき、前記高耐熱性スイッチを起動するためゲート信号をアサートする前記高耐熱性スイッチの前記ゲートに結合した制御プロセッサと、
前記高耐熱性スイッチの入力に結合した入力、基準電圧に結合した出力を有し、前記制御プロセッからゲート入力へのトリガ信号に応答するクローバ回路を備え、
前記クローバ回路は、前記制御プロセッサが前記トリガ信号をアサートするとき、前記電荷蓄積デバイスに保存された前記電荷を放出することを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 請求項3に記載のトランスフェクション制御装置において、前記制御プロセッサは動作電源が断になったとき、前記トリガ信号をアサートするための手段を含むことを特徴とするトランスフェクション制御装置。
- 第1の既定の電流プロファイルを第2の既定の高電圧レベルで化学溶液へ送るトランスフェクション制御装置において、
ゲート、高圧電流を受け取る入力、及び化学溶液に結合したノードへ高電圧電流を放出する出力を備える高耐熱性スイッチと、
電荷を保存することにより、前記高圧電流を供給する前記高耐熱性スイッチを設けるために、前記高耐熱性スイッチの前記入力に結合した電荷蓄積デバイスと、
前記電荷蓄積デバイスの電圧レベルが少なくとも第2の既定の高電圧レベルに等しいとき、前記高耐熱性スイッチを起動するために、ゲート信号をアサートする前記高耐熱性スイッチの前記ゲートに結合した制御プロセッサと、
前記電荷蓄積デバイスの容量を測定するため、前記電荷蓄積デバイスに結合した手段と、
を備えることを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 第1の既定の電流プロファイルを第2の既定の電圧レベルで化学溶液へ送るトランスフェクション制御装置において、
ゲート、高電圧電流を受け取る入力、及び化学溶液に結合したノードへ高電圧電流を放出する出力とを備える高耐熱性スイッチと、
電荷を保存することにより、前記高電圧電流を受けとる前記高耐熱性スイッチを設けるために、前記高耐熱性スイッチの入力に結合した電荷蓄積デバイスと、
前記電荷蓄積デバイスの電圧レベルが少なくとも第2の既定の高電圧電流レベルに等しいとき、前記高耐熱性スイッチを起動するためゲート信号をアサートする前記高耐熱性スイッチの前記ゲートに結合した制御プロセッサと、
前記電荷蓄積デバイスの時定数と前記負荷を測定するため、前記電荷蓄積デバイスに結合した手段と、
を備えることを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 請求項5に記載のトランスフェクション制御装置において、抵抗を介して前記高耐熱性スイッチの前記入力に結合した入力と、基準電圧に結合した出力とをさらに有し、前記制御プロセッサからゲート入力へのトリガ信号に応答するクローバ回路を備え、前記クローバ回路は、前記制御プロセッサが前記トリガ信号をアサートするとき、前記電荷蓄積デバイスに保存された前記電荷を放出し、
前記制御プロセッサは、前記時定数測定手段を用いて前記電荷蓄積デバイスの容量を測定するために、前記トリガ信号を前記クローバ回路へアサートすることを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 第1の既定の電流プロファイルを第2の既定の高電圧レベルで化学溶液へ送るトランスフェクション制御装置において、
ゲート、高電圧電流を受け取る入力、及び化学溶液に結合したノードへ高電圧電流を放出する出力とを備える高耐熱性スイッチと、
電荷を保存することにより、前記高電圧電流を供給する前記高耐熱性スイッチを設けるために、前記高耐熱性スイッチの入力に結合した電荷保存デバイスと、
前記電荷蓄積デバイスの電圧レベルが少なくとも第2の既定の高電圧レベルに等しいとき、前記高耐熱性スイッチを起動するためゲート信号をアサートする前記高耐熱性スイッチの前記ゲートに結合した制御プロセッサと、
出力電圧を基準電圧に供給するため、前記電荷蓄積デバイスに結合した電圧スケーラと、
前記出力電圧が第2の電圧レベルより小さく、第3のレベルより大きいときゲート信号をアサートするために、前記基準ノードに結合したウィンドウ・コンパレータを備え、
前記第2の電圧レベルは前記第1のレベルより小さく、前記第3の電圧レベルは自然対数の底で除した前記第2の電圧レベルに略等しく、
入力と出力を備え前記制御プロセッサに結合して、前記入力に供給された入力信号の総遷移数を累積するため、及び前記総カウントを保持する前記制御プロセッサを設けるために、前記リセット信号に応答するカウンタを備え、前記リセット信号は前記総カウント数をクリアし、
前記カウンタの前記入力に結合した出力と前記ウィンドウ・コンパレータに結合したゲート入力をもつゲートで構成された発振器を備え、前記ゲート信号がアサートさたとき、前記カウンタだけへの前記入力信号を発生するために、前記ゲート信号のアサートに応答し、
前記総カウントは、前記電荷蓄積デバイスの容量と前記容量を放電する抵抗の積に比例していることを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 請求項7に記載の装置において、
抵抗を介して前記高耐熱性スイッチの前記入力に結合した入力と、基準電圧に結合した出力に結合したクローバ回路を備え、
前記制御プロセッサからゲート入力へのトリガ信号に応答し、前記クローバ回路は、前記プロセッサが前記トリガ信号をアサートしたとき、前記電荷蓄積デバイスに保存された前記電荷を放出する回路であり、前記制御プロセッサは、前記抵抗を通して電荷蓄積デバイスに保存された前記電荷を放電するために、前記トリガ信号を前記クローバ回路へアサートし、前記抵抗は前記抵抗と前記電荷蓄積デバイスの前記容量に比例している総カウントを供給することを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 請求項1に記載の高耐熱性スイッチにおいて、
高電圧電流のソースへの結合に適したアノード、前記高電圧電流を受け取るため化学溶液への結合に適したカソード、前記ゲートの電圧レベルが第1の閾値を越えたとき、前記ソースから前記化学溶液へ前記高電圧電流を供給するために、半導体制御の整流器を起動するゲートとを備え、
前記半導体制御の整流器は、前記アノードにおける前記高電圧電流が第2の閾値よりも低いとき、前記半導体制御の整流器の起動を停止し、
トリガ信号をアサートするためゲート信号に応答するトリガ回路と、
前記ゲートと前記カソードに結合した電流検出抵抗と、
前記アノードに結合したコレクタ、前記電流検出抵抗を介して前記カソードに結合したエミッタ、前記トリガ信号を受け取るため前記トリガ回路に結合したベースを有するバイポーラ・トランジスタを備え、
前記バイポーラ、トランジスタは、前記高電圧が前記第2の閾値よりも小さいとき前記高電圧電流を前記化学溶液に供給し、
前記高電圧電流は、前記高電圧電流が前記第2の閾値を越えたとき、前記電流検出抵抗を流れ前記ゲートで前記第1の閾値電圧よりも大きな検出電圧を発生することを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 請求項1に記載の高耐熱性スイッチにおいて、
高電圧電流のソースへの結合に適したアノード、前記高電圧電流を受け取る化学溶液の結合に適したカソード、及び前記ゲートの電圧レベルが第1の閾値を越えたとき、前記ソースから前記化学溶液へ前記高電圧電流を供給するため、半導体制御の整流器を起動するゲートをもつ半導体制御の整流器を備え、
前記高電圧電流が前記アノードにおいて第2の閾値よりも小さいとき、前記半導体制御の整流器の起動を停止し、
前記高電圧電流が前記第2の閾値よりも小さいとき、前記高電圧電流を前記化学溶液に供給するために、前記半導体制御の整流器に並列に結合した手段と、
前記高電圧電流が前記第2の閾値を越えるとき、前記第1の閾値より大きな前記電圧レベルをアサートするために、前記供給する手段と前記ゲートに結合した手段と、
を備えることを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 請求項1に記載のトランスフェクション制御装置に使用するコンデンサ拡張モジュールであって、各々充電ノードへ熱的に並列に結合するのに適した複数のコンデンサを備えるコンデンサ拡張モジュールにおいて、
前記複数のコンデンサの1つに対応する第2の端子に結合した電子制御回路に対応した前記複数のうちの1つの各々は、
基準電圧に結合したアノードと前記対応するコンデンサの第2の端子に結合したカソードを有するパワー・ダイオードと、
前記対応するコンデンサの前記第2の端子に結合した第1の端子をもつ抵抗と、
前記基準電圧に結合したドレイン、前記抵抗の第2の端子に結合したソースとゲートを有する電界効果トランジスタを備え、前記電界効果トランジスタは、前記ソースから前記ドレインヘ電流が流れるようにする制御信号に応答し、
前記複数の前記電界効果トランジスタの選択した1つに前記制御信号をアサートして、前記選択した電界効果トランジスタの1つに対応する前記複数のコンデンサの1つにのみ充電できるようにすることを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 請求項12に記載のコンデンサ拡張モジュールにおいて、 充電ノードに並列に結合するのに適した第1の端子を備える複数のコンデンサと、
充電されたすべてのコンデンサを放電している間、前記複数のコンデンサの選択した1つにだけ充電するため、複数のコンデンサに結合した手段と、
を備えることを特徴とするトランスフェクション制御装置。 - 保護抵抗を通して既定の高電圧電流を化学溶液に供給するのに適したトランスフェクション制御装置を動作させる方法において、
化学溶液の第1の抵抗を測定するステップと、
保護抵抗の第2の抵抗による電圧低下を補償するため、既定の高電圧電流より大きい特定の高電圧電流でトランスフェクショ制御装置を動作させるステップと、
を含むことを特徴とするトランスフェクション制御装置を動作させる方法。 - 既定の高電圧電流を化学溶液に供給するのに適したトランスフェクション制御装置を動作させる方法において、
トランスフェクション制御装置の電源が断になったとき、トリガ信号をアサートするステップと、
前記トリガ信号がアサートされたとき、高電圧電流を供給する電荷蓄積デバイスに結合したクローバ回路をトリガするステップと、
前記クローバ回路が起動されたとき、前記クローバ回路を通して前記電荷蓄積デバイスを放電するステップと、
を含むことを特徴とするトランスフェクション制御装置を動作させる方法。 - 既定の高圧電流を化学溶液に供給するのに適したトランスフェクション制御装置を動作させる方法において、
クローバ回路に結合した抵抗を通して高電圧電流を供給する電荷蓄積デバイスを放電するステップと、
前記電荷蓄積デバイスが放電したとき、前記電荷蓄積デバイに保存された電圧レベルをサンプリングするステップと、
周期信号を供給するため、前記電圧レベルが既定の電圧範囲にある間、発振器を動作させるステップと、
前記容量と前記抵抗の抵抗の積に比例した総カウントを供給するため、周期信号の遷移数をカウントするステップと、
を含むことを特徴とするトランスフェクション制御装置を動作させる方法。 - 既定の高圧電流を化学溶液に供給するのに適したトランスフェクション制御装置を動作させる方法において、
高電圧電流が閾値を越えるとき、電荷蓄積デバイスから高電圧電流を化学溶液に供給する高耐熱性スイッチの半導体制御整流器を動作させるステップと、
高電圧電流が前記閾値より低いとき、高電圧電流を供給する高耐熱性スイッチのバイポーラ・トランジスタを動作させるステップと、
を含むことを特徴とするトランスフェクション制御装置を動作させる方法。 - 公称増加分だけ互いに変化する複数の公称容量値は、それぞれ関連する精度許容範囲をもつ並列に結合した複数のコンデンサを含むコンデンサ拡張モジュールから化学溶液への高電圧電流の供給に適したトランスフェクション制御装置を動作させる方法において、
公称増加の偶数倍に等しくない公称容量値と関連する精度許容範囲に等しい許容値をもつ拡張モジュールのディザ・コンデンサを含むステップと、
トランスフェクション制御装置の設置後、拡張モジュールの複数のコンデンサの各々の実際の値を測定するステップと、
所望の公称容量値の1つを選択するステップと、
関連する許容精度より低い前記所望の容量値の1つから離れた前記実際の容量値の組合せを提供する複数のコンデンサの組合せを選択するステップと、
を含むことを特徴とするトランスフェクション制御装置を動作させる方法。 - 化学溶液を通して高電圧電流を放電する前に化学溶液の負荷抵抗を測定するトランスフェクション制御装置で用いる抵抗測定回路であって、
前記ノードを通して化学溶液へ正弦電流を供給するため、化学溶液に結合したノードに結合した発振器と、
化学溶液の抵抗を表す前記ノードにおける電圧を回復するため、前記ノードに結合したバンドパス増幅器と、
前記発振器の出力と接地の間に結合した第1のアノード接続された保護ツェナ・ダイオード対と、
前記バンドパス増幅器の入力と接地の間に結合した第2のアノード接続されたツェナ・ダイオード対と、
を備えることを特徴とするトランスフェクション制御装置。
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