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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie am einfachsten 12V DC -> 1000V DC erzeugen


Autor: Mike (Gast)
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Hallo mc.net Freunde,

ich bin nicht zu faul zum suchen, aber denke mir, die Frage ist so 
simpel dass ich mich da trauen darf:

Habe zwar früher mit Röhren gebastelt, aber immer mit Hilfe einer 
Netzspannung, die sogar noch mit Trafo auf 300V bis 500V gehievt wurde.

Ich benötige für ein (Hobby)-Projekt 1000V für eine kleine Oszi-Röhre. 
12V DC sind vorhanden, Strom in ausreichender Stärke vorrausgesetzt.

Kann ich z.B. mit einem geeignetem AVR (evtl. Tiny?) zwei Halbleiter 
ansteuern um zwei Wicklungen eines Trafos (2x3V AC primär, 240V AC 
sekundär, also ein umgedrehter Print-Trafo) gegentaktig, gefolgt von 
einer ein oder zweistufigen diskret aufgebauten Hochsannungskaskade zu 
betreiben? Könnte dann einen Eingang des AVR sogar nutzen für HV 
AUS/EIN.

Habe die nötige AVR Erfahrung und die nötigen Tools.

Hat jemand das schon so gemacht? Gibt es bessere Ideen (außer einem 240V 
AC -> 1000V AC Trafo). Ich möchte aus der 12V DC raufkommen um 
Batteriebetrieb nicht zu vereiteln.

Hat jemand bereits Erfahrungen, ob bei dem Print-Trafo eine andere 
Frequenz als ca. 50Hz optimaler ist?

Weiß bereits jetzt schon jemand, wieviel Spannung aus dem 3V-240V 
Verhältnis tatsächlich zu erwarten ist, und wieviel Stufen die Kaskade 
für 1000V DC brauchen würde?

Hat schon jemand die geeignete Schaltung (MosFETs?, Ansteuerung durch 
AVR etc.) oder Links?

Ich bin aber auch gerne bereit hierzu zu experimentieren und mich der 
Sache iterativ zu nähern... aber nehme gerne auch Hinweise entgegen.

Das soll für eine kleine Oszi-Uhr gedacht sein, nix geheimes oder 
projektiges. Kleines Spielzeug für mich...

Grüße,
Mike

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ich hab mal sowas gebaut mit einem Push-pull Schaltregler, den LT1683. 
Ein Ferrittrafo und ein Satz schneller Dioden hintendran. Das Problem 
sind die Kapazitaeten zwischen den Windungen. Da muss man sich etwas 
Muehe geben.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Mike,

> Ich benötige für ein (Hobby)-Projekt 1000V für eine kleine Oszi-Röhre.
> 12V DC sind vorhanden, Strom in ausreichender Stärke vorrausgesetzt.
>
> Kann ich z.B. mit einem geeignetem AVR (evtl. Tiny?) zwei Halbleiter
> ansteuern um zwei Wicklungen eines Trafos (2x3V AC primär, 240V AC
> sekundär, also ein umgedrehter Print-Trafo) gegentaktig, gefolgt von
> einer ein oder zweistufigen diskret aufgebauten Hochsannungskaskade zu
> betreiben? Könnte dann einen Eingang des AVR sogar nutzen für HV
> AUS/EIN.
>
> Habe die nötige AVR Erfahrung und die nötigen Tools.
Du kannst das prinzipiell mit Schaltreglern machen, und Du kannst die 
Funktionalität des Schaltreglers auch in den AVR reinstecken. Das 
Problem besteht darin, daß Du einen gewissen (Bauteil-)Such- und 
Entwicklungsaufwand reinstecken mußt.

Die üblichen Schaltregler von Maxim hören bei 400V auf:
http://para.maxim-ic.com/en/search.mvp?fam=stepup&...

Du kannst Dir aus den Datenblättern aber hier sicher Design-Ideen für 
den µC rausziehen.

Analog Devices dürfte in einer ähnlichen Kategorie liegen.

Beachte bei Deinem Aufbau, daß Du selbst bei den Widerständen auf den 
zulässigen Spannungsbereich achten mußt und schau Dir die 
Durchschlagfeldstärke in Luft an, sonst hast Du schnell mal Blitze auf 
Deiner Platine.

Über Sicherheitssachen will ich nur kurze Anmerkungen machenh. Wer mit 
1000V rumhantiert, sollte wissen, daß das nicht ungefährlich ist. 
Insbesondere ist es gefährlich, große Kapazitäten mit 1000V aufzuladen. 
Denn selbst wenn der Schaltregler im Dauerbetrieb nur wenige mA liefert, 
können die Kapazitäten kurzfristig einen tödlichen Strom liefern.

> Hat jemand das schon so gemacht? Gibt es bessere Ideen (außer einem 240V
> AC -> 1000V AC Trafo). Ich möchte aus der 12V DC raufkommen um
> Batteriebetrieb nicht zu vereiteln.
Es gibt geeignete Hochspannungsmodule zu kaufen:
http://deutronic.com/hochspannungswandler/12v_pot_isol.htm

Farnell hat auch sowas, aber ich finde sie im Moment nicht.

Gruß,
  Michael

Autor: Peter R. (pnu)
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Für große Spannungsübersetzungsverhältnisse wie 12 zu 1000 sind 
Sperrwandler die beste Wahl.

Eine gute Quelle für Hochspannung 1...3 kV sind Laserdrucker. Die haben 
alle Hochspannungswandler in diesem Spannungsbereich.

Für noch höhere Spannungen sind Zeilentrafos, am besten in 
split-diode-Bauform ein guter Weg.

Zur Gefahr von HV-geladenen C's habe ich die Angabe von 1Ws als 
Gefahrengrenze im Hinterkopf, nur stammt diese Angabe aus den 50-er 
Jahren (Telefunken-Röhre). bei 1kV dürfte man also mit C nicht über 2 uF 
gehen.

Nur ist dann ein Schlag schon sehr unangenehm.

Den Sperrwandler von einem Kontroller her anzusteuern ist kein Problem, 
nur bilden spezialisierte Spannungswandler-IC's wie UC3843 und Konsorten 
besser regelnde Schaltungen..

Autor: Mike (Gast)
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Der Hinweis mit fertigen Modulen ist sehr hilfreich. Ich werde mal die 
Preise in Erfahrung bringen. Danke. Eine solche Lösung hätte schon 
diverse Vorteile. Ich vermute, wenn das nicht total den Rahmen sprengt, 
daß ich diesen Weg wählen werde.

Der Hinweis mit Laser-Druckern war auch super - ich habe sogar 2 (zwei!) 
solche kleinen Platinen hier im Fundus und werde die mal untersuchen - 
sie stammen aus 2 IBM 3130 Laserdruckern (ca. 300 Seiten / Minute). Ich 
muss dann aber die Platine ein wenig "entziffern", da sie offensichtlich 
diverse Modulations-Eingänge sowie Fehler-Ausgänge hat 
(Flachband-Anschluss zusätzlich zum Vcc/GND).

Prinzipiell bleibt die Frage, ob ein umgekehrt betriebener Print-Trafo 
200-500V produzieren kann - oder anders gesagt: Auf TV-Zeilentrafos, 
Zündspulen oder selbstgewickeltes verzichten zu können.

Danke für die bisherigen Hinweise.

Ach so: Die 1000V und die Gesundheit - zur Kenntnis genommen. Wünscht 
mir Glück!

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Mike schrieb:
> Prinzipiell bleibt die Frage, ob ein umgekehrt betriebener Print-Trafo
> 200-500V produzieren kann

Ja, das geht problemlos. Der Trafo ist dann aber größer und der 
Wirkungsgrad geringer, da man mit einer niedrigeren Frequenz arbeiten 
muss.

Peter R. schrieb:
> bei 1kV dürfte man also mit C nicht über 2 uF gehen.
>
> Nur ist dann ein Schlag schon sehr unangenehm.

Ja, das ist definitv äußerst unangenehm. Ich habe mal versehentlich 
einen 1µF Kondensator aus einer Mikrowelle entladen (hatte rund 2kV und 
die Kabelisolation war porös und hat nicht mehr ordentlich isoliert als 
ich mich näherte...)
Zum Glück reichen bei den gesuchten Strömen ein paar nF um die Spannung 
ausreichend zu glätten wenn man nicht gerade bei <100Hz arbeitet.

Autor: mhh (Gast)
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Vllt. ist als Ausgangsbasis ein Inverter für Kaltlicht-Kathoden 
Leuchtstoffröhren geeignet.

Autor: Thomas K. (tomk)
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Hi,

12V gleich auf 1000V ist wohl ein bischen heftig. Weiter: ein 
Normaltrafo (invers betrieben) ist nicht für die hohe Spannung isoliert!

Versuchs 2-stufig: 12V auf 300V und dann Diodenvervielfacher!

cu, Thomas

Autor: Michael (Gast)
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Also nach der VDE wirds ab 350 mJ gefährlich bei Kondensatoren, bei 1kV 
sind hier also alle Kondensatoren mit einer Kapazität größer/gleich 0.7 
µF. Aber ich denke mal, todesmutig wie ich bin, dass sich der TE darüber 
im Klaren ist. ;)

Autor: Michael (Gast)
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PS: Achja, ich würde dafür einen vorgefertigten DC/DC Wandler nehmen, 
wie schon jemand sagte, vielleicht aus einem gebrauchten Laserdrucker 
oder so. Oder man kauft halt einen.

Autor: Ben (Gast)
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das würd ich auch vorschlagen, kleiner beherrschbarer sperrwandler mit 
200-300v ausgang und eine diodenkaskade dahinter. wurde früher in jedem 
fernseher so gemacht, zeilentrafo 4-5kv raus und per kaskade bis auf 
25kv hoch. nimm aber kleine kondis, wenn du dir das ding mal aus 
versehen durch die finger entladen solltest wirfst du es sonst durch den 
raum...

printtrafo bis geschätzt 1khz und 300v sollte gehen, 1000v hält die 
primärwicklung aber nie im leben längere zeit aus.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> Also nach der VDE wirds ab 350 mJ gefährlich bei Kondensatoren, bei 1kV
> sind hier also alle Kondensatoren mit einer Kapazität größer/gleich 0.7
> µF. Aber ich denke mal, todesmutig wie ich bin, dass sich der TE darüber
> im Klaren ist. ;)

Hallo Michael,

welche VDE-Vorschrift ist das, bzw. wo finde ich die Angabe? Ich 
bräuchte die Information beruflich und würde sie gerne selbst 
nachschlagen und darauf referenzierne.

Gruß,
  Michael

Autor: Peter R. (pnu)
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50-Hz-Trafos sind so ausgelegt, dass kurz oberhalb der Nennspannung die 
Sättigung des Eisens einsetzt. Mit einer 230V-Wicklung lässt sich also 
keine wesentlich höhere Spannung als 230V bzw 300VDC erzeugen. Da bleibt 
nur die Lösung, mit einem Dioden-Vervielfacher die 230 V am Ausgang 
entsprechend zu vervielfachen.

>350mJ- Grenze:
Auch mich würde eine Quellenangabe erfreuen.

Autor: pq (Gast)
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Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Peter R. schrieb:
> 50-Hz-Trafos sind so ausgelegt, dass kurz oberhalb der Nennspannung die
> Sättigung des Eisens einsetzt. Mit einer 230V-Wicklung lässt sich also
> keine wesentlich höhere Spannung als 230V bzw 300VDC erzeugen. Da bleibt
> nur die Lösung, mit einem Dioden-Vervielfacher die 230 V am Ausgang
> entsprechend zu vervielfachen.

Das stimmt nicht ganz.
Die Sättigung hängt nicht direkt von der Spannung ab, sondern vom Strom. 
Und dieser wiederum wird durch das Integral aus der Spannung über der 
Zeit bestimmt.
Mit anderen Worten: Dreht man die Frequenz hoch, kann man auch die 
Spannung entsprechend erhöhen. Ein paar 100Hz sind bei normalen 50Hz 
Trafos oft problemlos möglich. Wenn dadurch der Strom niedriger wird, 
steigt sogar der Wirkungsgrad auch wenn durch die höhere Frequenz mehr 
Verluste im Kern entstehen.
Wenn man den Trafo als Sperrwandler betreibt, dann sind selbst bei 
niedrigen Frequenzen hohe Spitzenspannungen möglich, so wird das auch 
bei einer Zündspule gemacht.

Autor: Michael_ (Gast)
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>Sättigung des Eisens einsetzt. Mit einer 230V-Wicklung lässt sich also
>keine wesentlich höhere Spannung als 230V bzw 300VDC erzeugen. Da bleibt
Es geht doch, denn es gibt Printtrafos mit zwei 230V-Wicklungen. Durch 
das andere Übersetzungsverhältnis ist man da schon bei 500V~.

Autor: Mike (Gast)
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Also, ich habe mir meine beiden im Fundus befindlichen HV Module mal 
angesehen.

Beide sind YAHATA Electric Works Ltd., das eine trägt die Bezeichnung 
HVHK-Z125A-1, das andere HVHK-Z127A-1.

Die Homepage von denen ist voll Japanish. Die Module dürften ohnehin 20 
Jahre alt sein - wer weiss ob ich da specs bekommen oder finden kann.

Der Anschluss ist Flachband Kabel, GND und VCC habe ich identifiziert. 
Dazu gibt es mehrere per Optokoppler getrennte Steuerleitungen sowie ein 
oder zwei Rückmeldungsleitungen (je nach Modul).

Desweiteren scheinen diese Module auch mehr als einen HV Ausgang zu 
haben.

Da habe ich auf jeden Fall aber interessante Bauteile gefunden: Bei dem 
einen Modul ist nämlich für einen Hilfsausgang eine süßer kleiner 
Step-Up Trafo gefolgt von einer HV tauglichen Diode sowie ein 1kV 
fähiger Kondensator.

Der eigentliche große Hochpannunstrafo ist schön gekapselt und hat 
primär-seitig 7 Anschlüsse.

Außer vielleicht die Bauteile zu nutzen sind mir diese Module eine 
Nummer zu dicke. Das war ja auch ein riesiger Laserdrucker, nicht so wie 
ein kleiner HP Laserjet, sondern DIN A3 fähig und rasend schnell.

Laut Datenblatt benötige ich für den Elektronenstrahl weniger als 10uA, 
also bei 1kV dann weit weniger Strom als viele Module liefern können.

Ich such mal weiter - ich habe noch irgendwo die Innereien von einem 
kleinen Kopierer...

Heute Nachmittag nehme ich mal einen 2x6V auf 240V Printtrafo und 
probiere mal einen primitiven Multivibrator als ersten Test.

Grüße,
Mike

Autor: Peter R. (pnu)
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Printtrafos bei höheren Frequenzen als der Netzfrequenz zu verwenden ist 
keine so gute Idee. bei höherer Frequenz steigen die Wirbelstromverluste 
in den Blechen rapide an. Eine Schaltfrequenz von einigen hundert Hertz 
geht zwar, nur ist das Geräusch etwas lästig, das die Trafos dann 
machen.

Noch ein Vorschlag:
Zwei oder drei Printtrafos in Reihe schalten und primärseitig mit der 
passenden Spannung speisen. Wenn es VDE-gemäße Trafos sind, haben sie 
eine Prüfspannung von 2 kV, halten die Reihenschaltung isolationsmäßig 
also aus.

Ein Bisschen Überspannung kann man ihnen auch noch zumuten, das dürfte 
aber meiner Schätzung nach  bis maximal 50% Spannungserhöhung Erfolg 
bringen.

Autor: Michael (Gast)
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>>350mJ- Grenze:
>Auch mich würde eine Quellenangabe erfreuen.

Ich schau am WE noch mal, müsste aber, so aus dem Bauch heraus, in der 
DIN VDE 0100 stehen.

Autor: Ben (Gast)
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ach ja wenn du das ganze geregelt aufbauen willst, bitte nicht die 
1000Vdc direkt auf einen stino 1/4W kohleschichtwiderstand legen, 
sondern den oberen widerstand in 3-4 physikalische widerstände 
aufteilen.

auf deinen laserdruckerplatinen ist alles drauf was du brauchst, 
einschließlich passender trafos. ich hab hier bestimmt drei solcher 
platinen wo entsprechende trafos mit nachgeschalteter diodenkaskade 
drauf sind. regelung würd ich glatt über einen PWM-IC machen, TL494 oder 
sowas.

Autor: Anos B. (Gast)
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ich würd da so ganz grob, wenn mir das thema so über den tisch fällt, an 
das ausschlachten einer fliegenpatsche oder eines 
Leuchtstoffröhren-Inverters denken. diese dinger werden zwar nicht 
gerade das brauchbarste ergebnis liefern, aber zumindest den trafo 
könnte man noch dafür gebrauchen oder sich bei so einer einfachen 
billigschaltung mal die schaltung angucken. :)

Autor: Mike (Gast)
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Im MediaMarkt liegen für 12 Euronen so Tesla-Kugeln (an USB, 
unglaublich, oder?). Ich nehme mal eine auseinander. Warscheinlich ist 
in der Kugel ein Gas-gemisch, welches Entladungen schon bei wenigen 100V 
fördert, aber mal sehen...

Autor: Ben (Gast)
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ein leuchtstoffröhreninverter (denke du meinst so ein CCFL teil) 
schlachten? aber nur den trafo, der rest ist wenig brauchbar. da sind 
keine hochspannungsdioden drin und die kondis sind meistens auch nur bis 
1kv spezifiziert.

diese tesla-kugeln sind gar nicht so ohne, ich hab hier eine die mit 
einem 12V netzadapter arbeitet. in 30 cm entfernung reicht die 
feldstärke für eine sichtbare anregung einer leuchtstofflampe. richtig 
böse ists wenn man ein wenig alufolie oder so auf die kugel legt und 
sich dieser dann mit dem finger nähert. dabei entstehen ziemlich 
energiereiche HF-funken, die einem sofort die haut verbrennen. einen 
schlag bekommt man wohl wegen des skin-effektes nicht, ist aber sehr 
unangenehm! mit zwei nadeln oder reißzwecken lassen sich schöne 
lichtbögen ziehen, aber geht auch nicht lange weil die spitze der nadel 
anfängt zu glühen und dann wird der rest auch warm.

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