100kV Netzteil

Um Spannungen von über 100kV zu erzeugen, gibt es mehrere Wege:
Der einfachste ist statische Elektrizität. Etwas aufwendiger ist es auf dem herkömmlichen Weg über einen Trafo mit Gleichrichter/Vervielfacher. Dafür liefert dieser Weg aber einen höheren Strom.

Das ganze beginnt mit einem Hochspannungsnetzteil das ausreichend niederohmig sein muss um die Kaskade mit viel Leistung anzusteuern.
Aus diesem Grund wird ein Zeilentrafo mit einer Mosfet Halbbrücke mit einer Frequenz von über 20kHz angesteuert, um den frequenzabhängigen Innenwiderstand der Kaskade niedrig zu halten.

Um die Schäden bei einem Überschlag durch die eventuellen Rückwirkung bis in das Netzteil gering zu halten, wurde dieses so einfach wie möglich aufgebaut:
Ein Gleichrichter mit Spannunsgverdopplung erzeugt etwa 80V Betriebsspannung für die Mosfet Halbbrücke. Daraus werden die 15V für den Oszillator und Mosfet Treiber IR2153 gewonnen.
Die Ansteuerung des Zeilentrafos erfolgt also mit etwa 40Veff bei >20kHz.

Die Hochspannungskaskade stammt vermutlich aus einer Röntgenanlage. Jede der 32 Dioden ist für 10kV bei 0,3A ausgelegt. Schaltzeiten von 300ns erlauben den Betrieb auch an hohen Frequenzen. Es sind immer 4 Dioden in Reihe geschaltet, die maximal zulässige Eingangsspannung beträgt also 80kVss was eine Ausgangsspannung von 320kV zur Folge hat.

Die orginale Kaskade erzeugte eine symmetrische Ausgangsspannung von etwa +/- 50 bis 100kV. Nach ein paar kleinen Änderungen der Verdrahtung entstand eine Kaskade die je nach Anschluss enweder eine positive oder negative Spannung von über 200kV erzeugen kann.

An die 4 Ein/Ausgänge der Kaskaden wurden einigermaßen hochspannungsfeste Buchsen mit eingegossen die die bei >20kV auftretenden Sprühentladungen unterbinden sollen.

Um Sprühentladungen in alle Richtungen, und vor allem nach unten, zu vermeiden wurde die ganze Kaskade in eine Kunstoffbox eingegossen. Da von den 4 Anschlüssen immer noch 3 benötigt werden, wird der vierte zur Vermeidung von den Sprühentladungen zugstopft.

Dieses Bild zeigt den gesamten Aufbau: Hochspannungsnetzteil mit Koppelkondensator, Hochspannungskaskade und 250kOhm Schutzwiderstand um die Kaskade vor zu hohen Strömen zu schützen.
Holz leitet bei 100kV übrigends ziemlich gut Strom. Zumindest ausreichend um der Spannungsquelle genügend Leistung zu entziehen, so dass diese auf <100kV zusammenbricht.

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