R4000F 4kV Diode zerstört - warum?

Dominik schrieb:
> Ich habe dann versucht die Spannung zu messen (ohne den 1uF Cap), was
> nicht möglich war: Dazu 3 Widerstände in Reihe genommen (1M + 100k + 1M)
> und mein Multimeter (10M Innenwiderstand) am 100k Widerstand in der
> Mitte gehangen. Sobald ich den Impuls über den 2,1M Serienwiderstand
> gebe, hängt sich mein Multimeter auf. Schließe ich den Serienwiderstand
> vor dem Laden schon an, so hat er bis 54V geladen, was umgerechnet 1,1kV
> entsprechen müsste.

Wenn dein Multimeter 2kV abkann, wäre das ja kein Problem. Aber es wird 
wohl noch nicht mal 1kV mögen wollen. Da nützen auch die 2,1M 
Vorsiedertand nix, das das die 2kV ja nur  um rund 20% reduziert fürs 
Multimeter..

MiWi schrieb:
> Das klingelt dann schön herum wenn der Strom da durchzapt und die Diode
> geht halt kaputt.

So ist es. Wenn die Kondensatoren entladen werden kehrt sich die 
Spannung durch die Leitungsinduktivitäten über den Dioden und 
Kondensatoren auch schon mal kurzzeitig um.
Das passiert mir auch bei meiner großen Cap-Bank. Wenn ich den 
Ladegleichrichter vor dem Entladen nicht abklemme ist mindestens ein 
Zweig futsch. Das sogar bei Netzspannung und je zwei in Serie 
geschalteten 1000V Dioden im Brückengleichrichter.

Bei solchen Vervielfacherschaltungen ist die Spannungsverteilung 
ziemlich abhängig von der Symmetrie des Aufbaus und auch von der 
Schaltgeschwindigkeit der einzelnen Dioden ab wenn ein Kurzschlusss 
entsteht.

Auch Streuinduktivitäten oder Streukapazitäten spielen da mit.

Bei 4kV und 1µF ist die Energie im Kondensator 1/2 C U² = 8J , das ist 
mehr als der gelegentlich als Gefährlichkeitsgrenze genannte Wert für 
HV-geladene Kondensatoren von 1J.

Wenn da per Kurzschluss entladen wird, bekommen einzelne Dioden leicht 
einen erheblichen Teil dieser 8J ab. Da braucht nur eine Diode schneller 
oder langsamer sein als die andren und bekommt genügend viel J ab.


Auch beim Spannungsteiler für das DVM bilden die Streukapazitäten eine 
erhebliche Rolle. Mach dich da mal über den Begriff kompensierter 
Spannunggsteiler schlau, wie er bei Oszilloskop-Tastköpfen besteht.


btw: Warum eine komplizierte Spannngsvervielfacherschaltung, wenn ein 
gut aufgebauter Trafo das besser kann, z.B ein alter split-Dioden-Trafo?

Die ernsthafte Kaskade funktionierte schon super!
http://www.serious-technology.de/Ernsthafte%20Kaskade.htm

hatte ich mal aufgebaut!

zum ernsthaften Wandler kam ich nie

http://www.serious-technology.de/ernsthafter_wandler.htm

Wolfgang schrieb:
> Was verstehst du an einem 20:1 Spannungsteiler nicht?

Sorry, hast recht. Dachte, er hat es einfach in Reihe geschaltet (zu 
schnell den Text überflogen ;-)

Danke, eure Antworten waren für mich sehr hilfreich! Also ist die Diode 
eher schon beim Laden gestorben als beim Entladen. Dann müssten sie ja 
auch bei Kurzschließen des Ausgangs sterben nach kurzer Zeit.

Könnte ihr konkret eine bessere Diode empfehlen? 12kV Mikrowellendioden 
sind wohl mit 350mA spezifiziert und 50A Impuls. Allerdings ist die 
Bauform größer, dass ich sie nicht einfach auf der Platine unterbekomme. 
Und nach den Umschaltzeiten (jemand schrieb 60Hz für die RF4000) habe 
ich jetzt noch gar nicht geschaut.

Danke auch für den Hinweis zur Delon-Vervierfacher Schaltung. Von einem 
einfachen Delon-Verdoppler hatte ich zwar schon mal gehört (rein 
theoretisch), in der Praxis aber noch nie gesehen. Jetzt macht auch das 
Sinn und ich habe mich tatsächlich nicht vertan beim Verfolgen der 
Leiterbahnen.

Klimakondensatoren sind Motor(betriebs)kondensatoren in Klimaanlagen. 
Werden oft mit CBB65 bezeichnet und gibt es auch 3polig (2in1 für 
Klimakompressor und Lüfter). Sollen Impulsfest sein und sind mit 450V AC 
spezifiziert und gibt es wohl bis 100uF. Einen habe ich tatsächlich 
davon aus einer alten Klimaanlage. 4 davon wären mir aber zu teuer, bzw. 
irgendwelche alten, ausgebauten machen wohl wenig Sinn: Serienschaltung 
von Kondensatoren ist wohl kritisch um die Spannungsfestigkeit zu 
erhöhen. Wenn, dann müssten die 4 schon aus einer Fertigung stammen.

Nachtrag: Als Ersatztyp gefunden habe ich bis jetzt nur die "schnelle 
Siliziumdiode" BA159 mit den gleichen Maßen. Allerdings ist diese nur 
bis 1000V spannungsfest. Erhöht man die Spannungsfestigkeit, wenn man 
dann 2 in Reihe schaltet? Das würde dann vielleicht noch gehen, indem 
ich jeweils 2Stück stehend a-förmig einlöte statt eine liegend.

Dominik schrieb:
> Nachtrag: Als Ersatztyp gefunden habe ich bis jetzt nur die "schnelle
> Siliziumdiode" BA159 mit den gleichen Maßen. Allerdings ist diese nur
> bis 1000V spannungsfest. Erhöht man die Spannungsfestigkeit, wenn man
> dann 2 in Reihe schaltet?

jain, du darfst nur nicht linear rechnen!

Eine Diode 1000V
Zwei Dioden nur rechnerisch 2000V in Wirklichkeit wegen der Streuung in 
der Fertigung sollte man für 2000V mindestens 4 Dioden nehmen.
Die Spannung teilt sich halt nicht genau symetrisch auf.

Siehe:
http://www.serious-technology.de/Ernsthafte%20Kaskade.htm

Die 2CL71 von Diotec hat nur 5mA und erheblich niedrigere 
Impulsstromfestigkeit. Die RF4000 dagegen 200mA und deutlich höhere 
Impulsstromfestigkeit.
Ich habe auch schon überlegt vor dem Stoß-Entladen den externen 
Kondensator zu trennen, bzw. zumindest ein Strombegrenzungs-Widerstand 
zwischen intern und extern zu setzen.

@Joachim B.: Danke, die "ernsthafte Kaskade" liest sich sehr nett, auch 
wenn der Farbkontrast der Seite einfach grässlich ist. Wenn ich richtig 
gelesen habe, brauche ich - unabhängig von der Streuung - auch so die 
4kV (wegen U_SS). Insofern würde 2kV eh nicht reichen?

@ Peter R.: 8J wären schön. Es sind nur 2J, bzw. wenn überhaupt. Denn 
bei vollen 4,2V LiIO-Akku sollen es 2kV sein mit welchen ich 1uF lade. 
Eigentlich wollte ich bei Bedarf dann sogar 2 davon in Reihe schalten, 
also 4J bei 4kV. Mehr als 5kV dürfen es allerdings nicht sein.

Dioden-Split-Trafo klingt interessant, habe ich aber nicht. Ich habe 
gehofft ein billiges Fertigmodul würde reichen. Groß experimentieren 
kann ich nicht, da mir die Messmöglichkeit fehlt. Ein altes Zeigermodul 
mit entsprechenden Spannungsteiler wäre noch schön, so dass ich den 
Ladungszustand beobachten kann. Vielleicht kommt das später noch.
Alternativ habe ich auch an so eine elektrische Fliegenklatsche gedacht, 
welche auch mit 3V läuft und vermutlich ähnliche Spannungen erzeugt. 
Alte Zeilentrafos von CRT Geräten habe ich schon hier. Das ganze muss 
Batteriebetrieben funktionieren (max. 12V Eingang). Insofern hat mich 
die 3,7V-Lösung des chinesischen Moduls schon sehr angesprochen.

Was ich nicht gefunden habe, ist ein passendes Schaltgerät. Das habe ich 
mir notdürftig mit einem Hubmagnet und einen langen Kunststoffanker 
selbst gebaut. Bei handelsüblichen Relais ist der Kontaktabstand zu 
gering und die Magnetspule ist quasi direkt am metallischen Klappanker.

Dominik schrieb:
> brauche ich - unabhängig von der Streuung - auch so die
> 4kV (wegen U_SS). Insofern würde 2kV eh nicht reichen?

ich verstehe nicht mal was du sagen willst.
Wenn es um 2kV geht reichen zwei 1000V Dioden halt nicht.
Ist genau wie wenn es um 2A geht, zwei 1A Dioden parallel reichen halt 
auch nicht, weil jede Diode etwas abweichende Uf hat somit wird sich das 
nie symmetrisch aufteilen!

Nur bei Symmetrie kann man I oder U addieren, aber da jede Diode auch 
noch eine eigene Temperaturdrift hat........


In gewissen Grenzen wenn alle vom selben Wafer stammen geht das 
vielleicht, aber schon in einer Bauteilkiste oder vom Distributor ist 
das nicht mehr sicher.

Joachim B. schrieb:
> Dominik schrieb:
>> brauche ich - unabhängig von der Streuung - auch so die
>> 4kV (wegen U_SS). Insofern würde 2kV eh nicht reichen?
>
> ich verstehe nicht mal was du sagen willst.
> Wenn es um 2kV geht reichen zwei 1000V Dioden halt nicht.

Ich wollte sagen, dass die Dioden tatsächlich 4kV-Typen sein müssen (wie 
vorher die R4000F) und nicht nur wie geplant 2kV (2xBA159). Vielleicht 
ist das auch falsch. Die "ernsthafte Kaskade" ist ja auch mit 2kV-Stufen 
gebaut nutzt aber die Villard-Schaltung und nicht Delon. Der Autor nutzt 
5x BA159 und schreibt bei Bemessung: Zitat:
"Die BA159 ist relativ schnell, preiswert, und hält max. 1000V 
Sperrspannung und 1A Durchlaßstrom aus.
Da jede Diodenstrecke in der Kaskade mindestens die doppelte 
Spitzenspannung der Eingangsspannung ( 2 * Û = 4000 V ) aushalten muß, 
müßten jeweils mindestens 4 solche Dioden in Reihe geschaltet werden. Um 
einen soliden Sicherheitsabstand zu haben, wurden jeweils nicht 4, 
sondern 5 Dioden in Reihe geschaltet."

Insofern rechnet er ja auch nur linear und legt EINE zusätzliche Diode 
zu. Die Frage ist, ob ich im Delon-Vervierfacher auch mit der "doppelten 
Spitzenspannung" rechnen muss, also zwingend 4kV wählen? Dann würden 
selbst 4 BA159 ebenfalls nicht reichen wegen der von Dir beschriebenen 
Bauteil-toleranzen/-asymmetrien.


MiWi schrieb:
>> > Eigentlich wollte ich bei Bedarf dann sogar 2 davon in Reihe schalten,
>
> Eine Schnapsidee. Denkst Du wirklich das der Übetrager überall die
> Isolationseigenschaften hat um dann "auf" den bereits bestehenden 2kV
> gegenüber der Primärversorgung herumzufloaten? Haaaaalllloooo - das ist
> ein Chinaböller, die auf den Fotos  gezeigten Leiterbahnabstände sind ja
> nicht einmal in der Lage die bestehenden Spannungen längere Zeit (Tage
> und Wochen) sauber zu isolieren, der Übertrager sieht auch nicht
> sonderlich vertrauenserweckend aus.

Die 4kV sollen ja nicht an dem Modul anliegen. Man könnte ein Modul 
nehmen, die Kondensatoren parallel laden und danach in Serie umschalten 
(und dabei das Modul trennen). Da es keine geeigneten, spannungsfeste 
Umschaltrelais gibt und das Modul eh nur 2$ kostet, würde ich einfach 2 
Module nehmen und die Kondensatoren fest in Reihe verschalten - jedes 
mit eigenem Lademodul. => 4J und an einem Modul liegt weiterhin nur 2kV 
an.

MiWi schrieb:
> Wie Du siehst.. das reicht nicht aus.
>
> Ich schlage G6FS vor. Ist aber um mind. 20ns langsamer als die von Hinz
> vorgeschlagene.

Danke für den Tipp. Jedoch kann ich auch das nicht nachvollziehen. Ich 
stelle die 3 Dioden mal nebeneinander:

------ R4000F - 2CL71 - G6FS
I_F    200mA  - 5mA   - 10mA
I_FSM  30A    - 0,5A  - 3A
tr     500ns  - 80ns  - 100ns
V_F    6,5V   - 30V   - 18V

Fazit: Außer in der Umschaltzeit sind die beiden Typen doch in allem 
schlechter: Die hohe Durchlassspannung verursacht doch schon erheblich 
größere, thermische Belastung?
Was passiert denn während des Umschaltvorgangs? Verzögert/Sperrt die 
Diode da nur bis sie anfängt zu leiten? Oder fließt da auch ein (großer) 
thermischer Verluststrom? Nur bei letzteren würde euer Vorschlag Sinn 
machen.
Mehr Sorgen macht mir die erheblich geringere Impulsbelastbarkeit.

Selbst wenn ich ein Widerstand zwischen internen (22nF) und externen 
(1uF) Kondensator schaltet. Sagen wir ganz pessimistisch 100kOhm. Dann 
wäre Tau=100K*1uF=0,1s. Bei 5Tau=0,5sek wäre der Kondensator theoretisch 
geladen (tatsächlich wird das Modul vermutlich wohl länger brauchen, 
weil es gar nicht soviel Strom kann). Bei Stoßentladung würde der Strom 
dann auf I=U/R=2000/100K=20mA begrenzt. Gut, der Impulsstrom der Dioden 
lägen immer noch deutlich darüber.
Mit dem Widerstand versaue ich mir natürlich die steile Flanke beim 
Entladen.

Welche Spannungsfestigkeit hat ein normaler (Kohleschicht)widerstand? 
1000V? Dann würden ich 3x 33KOhm in Reihe probieren.

MiWi schrieb:
> Doch wenn ich Dich richtig verstanden habe möchtest Du die Ausgänge von
> 2 Module in Serie schalten.
>
> Und genau das ist Murks.

Ok. Aber es sind doch schon jede Menge Sperrdioden im Ausgang, über die 
wir die ganze Zeit reden? Die 2EUR, bzw. 4EUR wäre ich ggf. noch bereit 
zu opfern. Ja, dass ganze soll schon länger funktionieren. Denke so 10 
bis max 60Minuten pro Anwendung alle 5-10sek. einen Stoss.
Für den Anfang würde ich es aber erst mal mit einem Modul probieren.

Danke nochmal. Meine erste Suche nach der Spannungsfestigkeit von 
gewöhnlichen Widerständen ergab tatsächlich 800V, aber 1000V außerhalb 
der Spezifikation seien auch kein Problem. Jetzt habe ich mir 
tatsächlich noch mal einige konkrete Datenblätter angeschaut. Von 300V, 
500V, 750V und sogar Widerstandsbereichsabhängigen Werten habe ich nun 
alles gefunden. Ich werde jetzt 10x 10KOhm nehmen. 
Hochspannungswiderstände sind meist nur im MOhm-Bereich zu bekommen.

Ich werde einfach die beiden von euch vorgeschlagenden Dioden mal 
bestellen und dann ausprobieren. Und ja, ich habe keine Ahnung, warum 
die Diode gestorben ist, sonst hätte ich nicht gefragt. Ob die langsamen 
Umschaltzeiten der Grund war, wird sich dann zeigen. Hoffentlich ist 
eure Vermutung richtig. Bei allen was ich bisher gebaut habe, hat die 
trr für mich tatsächlich noch nie eine Rolle gespielt. Ich bin kein 
Akademiker, sondern nur stinknormaler Elektriker, der seit über 10Jahren 
auch an Mittelspannungsanlagen arbeitet. Ansonsten Hobbyelektroniker mit 
Grundkenntnissen aus Schule/Ausbildung/Hobby.

Was macht man mit 2kV?

Dominik schrieb:
> Dann würden
> selbst 4 BA159 ebenfalls nicht reichen wegen der von Dir beschriebenen
> Bauteil-toleranzen/-asymmetrien.

stimmt, das wäre ja auch nur das Minimum, besseren Sicherheitsabstand 
bekommt man mit 10 Dioden.
In der RFS Ausbildung lernte ich sogar bei Parallel- oder 
Reihen-schaltung mindestens 10-fach überdimmensionieren.

Hallo noch mal. Ich habe jetzt die schnelleren 2CL71 Dioden verbaut. Ihr hattet absolut recht! Ich hatte erst nur die beiden direkt am Ausgang ersetzt und die beiden R4000F Dioden am Eingang der Kaskade drin gelassen. Mit Wärmebildkamera gesehen, dass die R4000F im Nu auf 70Grad Celsius sind. Mit 4 x 2CL71 (R4000F ganz raus) war dann gar keine Nennenswerte Erwärmung mehr zu sehen. Die Spannung scheint nun wieder da zu sein. Allerdings nur mit dem 22nF onboard Kondensator. Bei einer kleinen Luftstrecke (1-2mm) habe ich pro Sekunde mehrere Überschläge. Wenn ich allerdings den Mikrowellenkondensator wieder mit reinnehme, habe ich an der gleichen Funkenstrecke gar keine Überschläge mehr - egal wie lange ich abwarte! Vorher hat das (einmal) funkioniert. Offensichtlich hat die Schaltung nun deutlich weniger Leistung. Der Mikrowellenkondensator hat intern noch ein 10M Entladewiderstand (mit 1000V DC-Iso-Messgerät auch exakt messbar!). Das scheint jetzt wohl schon zuviel Last zu sein. Kann das mit den neuen Dioden zusammenhängen?

Nachgemessen habe ich jetzt allerdings noch nicht:

Mike schrieb:

Dominik schrieb:

Ich werde jetzt 10x 10KOhm nehmen. Hochspannungswiderstände sind meist nur im MOhm-Bereich zu bekommen.

Der 100k Widerstand ist nicht das Problem. Knapp 1000V fallen jeweils an den beiden 1MOhm ab. Hier z.B. 10*100kOhm nehmen.

Bisher hatte ich das Multimeter ja parallel zu dem 100k-Widerstand. (Serie aus 3 Widerständen 1M-100k-1M), was ja 2,1M Lastwiderstand entspricht. Da ich nun mehr Widerstände nehmen möchte (wg. erwähnter Spannungsfestigkeit) das Multimeter einen Innenwiderstand von 10M hat, müsste man es doch auch direkt in Serie einbauen können, wenn ich 9x 10M Widerstände direkt in Reihe mit dem Multimeter schalte (1:10 Spannungsteiler)? Wenn die Schaltung an den 10M-Entladewiderstand schon keine Leistung mehr bringt um den Mikrowellenkondensator auf Betriebspannung voll aufzuladen, so könnte ich dann wenigstens mit 100M parallel noch halbwegs was messen? Spräche was dagegen?

Ohne den 1µF Kondensator mit 90MOhm seriell zum DMM messen? Könntest Du machen, und vielleicht hast Du Glück, aber:

Dominik schrieb:

Offensichtlich hat die Schaltung nun deutlich weniger Leistung.

Sie bringt sicherlich nicht viel Strom - aber die zuvor verwendeten Dioden waren für die /Frequenz/ so ungeeignet, daß sie mehr als verlustbehaftete Cs, leicht asymmetrisch durch ihre U_F, denn als Gleichrichter gearbeitet hatten... :-( Die hier zu verwenden war also (ahnungsloser Billig-)Murks.

Es hat aber auch keiner behauptet, Du sollest dasselbe wie zuvor ausprobieren - sondern Dir wurde explizit geraten:

MiWi schrieb:

Ich habe auch schon überlegt vor dem Stoß-Entladen den externen Kondensator zu trennen, bzw. zumindest ein Strombegrenzungs-Widerstand zwischen intern und extern zu setzen.

Mach das. (...) Denk dran Hochspannungsfeste Widerstände zu nehmen. Oder ausreichend viele.

Maßnahme also vermutlich NICHT durchgeführt?

(Aussage "bringt weniger Leistung" deutet stark darauf hin, und Du erwähntest diese Rs ja auch nicht (/mehr).)

Falls wirklich nicht sind die neuen Dioden evtl. hin - denn I_F(AV) weit über 5mA mögen die sicher nicht, und der genaue Innenwiderstand der Schaltung (was diese /durchläßt/ durch die Dioden, wenn man den Ausgang mit einem größeren Cap wie 1µF praktisch kurzschließt) ist weitestgehend unbekannt.

Falls also keine HV mehr zu messen, ...

...wäre Schritt 2, alle 2CL71 zu prüfen - mit Labornetzteil (LNT/LNG) mit CC/KSQ (Konstantstrom) Funktion und >= 32VDC Ausgang ginge das prinzipiell, aber bitte nur mal sagen, ob Du eines hättest (sonst sterben die Dioden noch am LNG).

DC-Netzteil mit viel höherer U_aus und dicke Widerstände (zweistellige Watt, einstelliger kOhm Bereich) gingen auch, aber solche Rs haben viel weniger Leute daheim als LNGs.

Obwohl, falls Du die Rs weggelassen hast, und keine HV mehr am Ausgang ist, sind es /wahrscheinlich/ die Dioden. (Nicht unbedingt alle vier, aber...)

P.S.: Die von MiWi genannten hätten mehr Strom erlaubt, aber auch die hätten einen -wenn auch etwas kleineren- R_vor gebraucht. So ein 1µF Cap ist für Kleinstleistungs-HV-Wandler durchaus eine Hausnummer.

Erstmal Danke Alfred B.,

ja, ich habe tatsächlich auf den Vorwiderstand verzichtet. Allerdings scheinen die Dioden zu leben. Denn ohne den zusätzlichen, externen 1uF Cap habe ich nach wie vor 2-3 Lichtbögen pro Sek an der Funkenstrecke. Beim Zünden stellen diese doch sogar quasi Kurzschlüsse da, den die Dioden wohl auch überleben?

Zum Verständnis: Wenn ich ohne Vorwiderstand den externen 1uF nicht geladen bekomme, dann doch mit erst recht nicht?

Zu den 5mA I_F: Ob der kleine Wandler den überhaupt schafft? Die Stromaufnahme des ganzen Wandlers beträgt bei 4V im Leerlauf 270mA und mit 1uF 400mA. Sollte ich vielleicht auch mal versuchen sekundär irgendwie den Ladestrom messen? Direkt oder Spannung über einen Shunt im Ladezweig? Ich habe mir überlegt einen größeren Wandler zu kaufen (heißt CX-20 20W). Selbst der ist nur mit max. 0-5mA angegeben: https://www.aliexpress.com/item/33060931133.html. Ich habe nämlich gelesen, dass man die Mikrowellen-Kondensatoren wohl auch relativ problemlos überladen kann. Manche laden die sogar mit 8-10kV, womit sie wohl auch geprüft werden. 4kV DC wäre mein Ziel.

Achja, ich habe 2 LNGs mit CC. 60V/5A (Schaltnetzteil) und eines linear mit geringen Ausgangskapazität aber leider nur bis 30V. Ich vermute aber, dass die Dioden in Ordnung sind (s.o.)