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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltnetzteil: -700V


Autor: Johann L. (gjlayde) Benutzerseite
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Hi,

ich hab mir ein SNT für -700 zusammengebastelt, das die Kathodenspannung 
für eine Elektronenröhre liefert. Im Schaltplan die Bauteile mit den 
20-er-Nummern.

Eigentlich funktioniert's wie es soll, macht stabil die Spannungen von 
-300 bis -900 Volt.

Allerdings muss man kein Held sein, um zu sehen, daß das Design nicht 
optimal ist. Der momentane Aufbau der beiden SNT ist aufm Steckbrett (wo 
sonst?) und irgendwann soll es auf Platine.

Die Platine muss ich fertigen lassen, weil ich keinen Keller hab, wo ich 
rumwutzen kann. Daher wollte ich sicher sein, daß das SNT später auch so 
auf Platine funzt, woran ich aber irgendwie zweifle.

Das SNT läuft fast zwangsläufig im lückenden Betrieb. Die Last am 
Ausgang ist recht klein (ca. 650V * 0.6mA), und das Windungsverhältnis 
lässt sich nicht beliebig nach oben schrauben.

Die Standard-Seite

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html

ist hier auch nicht sooo hilfreich; für nen Flyback gibt sie für die 
Sekundärseite 9000 Windungen aus, also unbrauchbar.

Kann mir jemand Tipps geben, wo ich was verbessern kann? Problem: ich 
hab kein Oszi, das für sowas fast obligatorisch ist, und die meisten 
Bauteile gibt's -- wenn überhaupt für privat -- als Bastel-unfreundliche 
SMDs.

Erste Baustelle wäre der Schaltregler. Der MC34063 kann bis 40V und ist 
nicht wirklich dazu gedacht, nen FET zu treiben. Bei Maxim hab ich den 
MAX749 gefunden, hat jemand Erfahrung mit dem Teil?

MC34063:
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/M/C...

MAX749:
http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/1163

Sind die Frequenzen > 100kHz basteltauglich? Oder eher schlecht zu 
beherrschen?

Zweite Baustelle Transistoren. Wäre hier ein PNP besser? Momentan hab 
ich ne möglichst hohe Schaltfrequenz, weil ich folgendes ausgerechnet 
habe für die Induktivität L der Drossel:

dabei ist ny die Schaltfrquenz und P die zu entnehmende Leistung, U die 
Eingangsspannung. Die Konstante ergibt sich aus dem maximalen Duty von 
6/7 des 34063. Weil große Induktivitäten ab 1mH kaum wickelbar sind 
(Primärwicklung schon, aber es muss ja auch ne Sekundärwicklung her) 
wäre ne möglichst hohe Frequenz wünschenswert. Ausserdem hab ich die 
Ausgangslast an C25 vergrößert durch 1/2 Mega + Glimmlampe.

Ne zu hohe Frequenz macht jedoch dem diskreten FET-Treiber Streß.

Nochwas zur Kühlung: brauch ich momentan an keinem der SNT, bzw. alles 
kühlt passiv ohne Blech, wird dabei höchstens handwarm und das kann auch 
gerne so bleiben :-)

...was gibt's noch...

Wirkungsgrad: Ist erst mal nicht so wichtig. Die Leistung am Ausgang ist 
recht klein, also wird man eh keinen guten Wirkungsgrad bekommen. 
Momentan ist er etwa 50%.

Drossel: E20/10/6. Ist überdimensioniert, aber es müssen ja auch 
Wicklungen auf das Teil, und jede Rechnung hat nen starken Drang zu 
großen Induktivitäten und großem Wicklungsverhältnis. Die Drossel fühlt 
sich nicht sonderlich wohl, wird nämlich auch handwarm und ist 
wahrscheinlich kräftig am zwitschern (mit Oszi bekäm ich wohl graue 
Haare ;-))

Ach ja, die Ausgangskondensatoren sind C25=FKP und C26=MKP.

LED1 arbeitet als Konstantspannungsquelle.

Wie sieht's mit dem C27 im Messkreis aus? In manchen SNT-Anwendungen 
sieht man einen kleinen C über R23. Durch den Ripple auf V_OUT ist die 
Feedback-Leitung dann doch voll am rumzappeln, oder?

Ich hoff mal, das reicht an Info um ne Vorstellung zu bekommen.

Die Spannung soll natürlich möglichst stabil sein, weil nicht nur die 
Kathode damit gefüttert wird, sondern auch Fokusierung und Helligkeit 
per Wehnelt-Zylinder.

Grüß, Johann

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Johann L. (gjlayde) Benutzerseite

>optimal ist. Der momentane Aufbau der beiden SNT ist aufm Steckbrett (wo

Mutig ;-)

>rumwutzen kann. Daher wollte ich sicher sein, daß das SNT später auch so
>auf Platine funzt, woran ich aber irgendwie zweifle.

Sicher ist man bei sowas erst nach dem 2. Prototypen ;-)

>Das SNT läuft fast zwangsläufig im lückenden Betrieb. Die Last am
>Ausgang ist recht klein (ca. 650V * 0.6mA), und das Windungsverhältnis
>lässt sich nicht beliebig nach oben schrauben.

>ist hier auch nicht sooo hilfreich; für nen Flyback gibt sie für die
>Sekundärseite 9000 Windungen aus, also unbrauchbar.

????
Selbst 10:1 sollte hier locker reichen.

http://www.dos4ever.com/flyback/flyback.html

>Kann mir jemand Tipps geben, wo ich was verbessern kann? Problem: ich
>hab kein Oszi, das für sowas fast obligatorisch ist,

Besorg dir ein Oszi. Ein einfaches analoges reicht. Wenigstens 
leihweise.

>Bauteile gibt's -- wenn überhaupt für privat -- als Bastel-unfreundliche
>SMDs.

Mach dir mal nicht ins Hemd. SMD verbaut man auch als Bastsler 
problemlos, wenns nicht gerade 0201er Widerstände oder BGAs sind ;-)

>Erste Baustelle wäre der Schaltregler. Der MC34063 kann bis 40V und ist
>nicht wirklich dazu gedacht, nen FET zu treiben.

Das ist nur ein besserer NE555 ;-)

>Sind die Frequenzen > 100kHz basteltauglich? Oder eher schlecht zu
>beherrschen?

Jain. Ist hier aber unnötig. Lieber ne etwas grössere Spule, du willst 
ja nicht so kleine Bauteile haben ;-)

>6/7 des 34063. Weil große Induktivitäten ab 1mH kaum wickelbar sind

???
Schon mal was von einem Ferritkern gehört? Und z.B. Ringkern, wobei das 
hier nicht unbedingt notwendig ist.

>(Primärwicklung schon, aber es muss ja auch ne Sekundärwicklung her)
>wäre ne möglichst hohe Frequenz wünschenswert.

100 kHz reichen.

>Ausgangslast an C25 vergrößert durch 1/2 Mega + Glimmlampe.

Hoffentlich mit zwei Widerständen in Reihe, denn normale halten keine 
700V aus. Besser sogar drei Widerstände.

>kühlt passiv ohne Blech, wird dabei höchstens handwarm und das kann auch
>gerne so bleiben :-)

na hoffentlich langst du bei deinem Temperatirtsest nciht mal an nen 
falschen Punkt :-0

>Momentan ist er etwa 50%.

So what.

>sich nicht sonderlich wohl, wird nämlich auch handwarm und ist

So what.  Die hält wesentlich mehr aus.

MFG
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Insgesamt sieht die Schaltung ganz gut aus. Nur der MC34063 ist nicht 
gerade perfekt, da sein Tastverhältnis fest ist.
Da die Regel nur aus An/Aus besteht, habe ich schon die Erfahrung 
gemacht, dass ein RC Glied hinter dem Siebkondensator die Regelung 
verschlechtert. Ich würde den Spannungsteiler daher an den ersten 
Kondensator anschließen.
Vor allem bei Übertragern mit hohen Windungszahlen würde ich mit der 
Frequenzauch  nicht allzu hoch gehen: Die parasitäre Kapazität der 
Wicklung macht sich deutlich bemerkbar. Ob das jetzt negativ oder 
positiv ist, ist aber schwer zu sagen.

Ich bastel momentan an etwas ähnlichem: Ich erzeuge galvanisch getrennte 
6,3V  für die Heizung (liegt auf -1kV), 250V für die Ablenkung und 
-1000/+3000V für die Kathode und die Nachbeschleunigung. Als 
Schaltregler IC habe ich mich für den UC3842 entschieden. Bei den 250V 
und den 6,3V funktioniert das wunderbar, nur bei der Hochspannung ist 
die Regelung nur am Schwingen. Entweder ist der Übertrager ungünstig 
(stammt aus einem Laserdrucker), oder die Regelung kommt nicht der 
nachgeschalteten Kaskade zurecht.

Die Schaltung bei dem Link von Falk sieht auf jedenfall nicht schlecht 
aus. Vor allem besteht sie nur aus einfachen Bauteilen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Noch ein Tip. Der Trick beim Flyback/Booster ist es, die Induktivität 
eher KLEIN zu halten. Denn es gilt

Wenn ich die Induktivität halbiere, stiegt der Strom in der gleichen 
Zeit auf das Doppelte, womit ich die doppelte Energie in der Spule habe 
;-)
Das war auf einer Seite mal schön beschrieben,find ich aber im Moment 
leider nicht :-(

MFG
Falk

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Ich plane gerade etwas ähnliches, aber mit etwas mehr Leistung:
12V => 550V/200W,
Ich habe aber vor, einen Vollbrücke zu verwenden.
Verwendet werden sollen zwei ETD29-Kerne

Autor: Falk Brunner (falk)
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Suchet so werdet ihr finden.

http://ludens.cl/Electron/Magnet.html

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:
> Noch ein Tip. Der Trick beim Flyback/Booster ist es, die Induktivität
> eher KLEIN zu halten. Denn es gilt
>
>
>
> Wenn ich die Induktivität halbiere, stiegt der Strom in der gleichen
> Zeit auf das Doppelte, womit ich die doppelte Energie in der Spule habe
> ;-)

Stimmt. Allerdings muss man dafür einen größeren Spitzenstrom und somit 
mehr Ripple am Ausgang oder einen größeren Siebkondensator in kauf 
nehmen.
Eine zu kleine Induktivität ist daher ebenso schlecht, wie eine zu 
große.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Benedikt K. (benedikt)

>Stimmt. Allerdings muss man dafür einen größeren Spitzenstrom und somit

Schon klar, aber ich glaube das Javascript auf der oben verlinkten Seite 
rechnet mit zu kleinen Strömen.

MFG
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ja, man wird in der Praxis fast immer kleinere Spulen wählen, alleine 
schon wegen der Einfachheit beim Wickeln, den niedrigeren Widerständen 
usw. Man kann diesen Wert dann aber gut mit der Seite simulieren und 
sieht schön was rauskommt.
Teilweise ist das ziemlich erschreckend, wie hoch die Spitzenströme 
werden, selbst bei kleinen Mittelwerten.

Der berechnete Wert ist halt auf einen nicht lückenden Strom mit viel 
Reserve ausgelegt:
"Der Vorschlagswert für L ist so gewäht, dass ΔIL=0,4·Ie bei Ue_min 
beträgt."

Das ist beim MC34063 sowiso nicht einzuhalten, da dessen duty fest ist.

Autor: 3366 (Gast)
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Ich bau auch Hochspannungs Netzteile fuer ein paar 100V, ab 12V am 
Eingang. Ich verwende gerne den LT1683, der er ist Ulta Low Noise. Als 
Trafo einen selbstgewickelten Ferrittrafo. 2x12 Windungen primaer 
(gegentakt) und soviele Windungen sekundaer wie ich volt haben will. 
Dann einen Brueckengleichrichter hinten dran. Beim Trafo muss man etwas 
aufpassen...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ 3366 (Gast)

>Dann einen Brueckengleichrichter hinten dran.

Brückengleihrichter bei Hochspannung? Da müssen die Dioden doppelt 
soviel aushalten.

MFG
Falk

Autor: 3366 (Gast)
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Ja. In der Tat. Aber lieber eine Bruecke als eine 2. Wicklung.

Autor: Arno H. (arno_h)
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@Falk: Wieso?

Arno

Autor: Johann L. (gjlayde) Benutzerseite
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Falk Brunner wrote:
> @ Johann L. (gjlayde) Benutzerseite
>>Ausgangslast an C25 vergrößert durch 1/2 Mega + Glimmlampe.
>
> Hoffentlich mit zwei Widerständen in Reihe, denn normale halten keine
> 700V aus. Besser sogar drei Widerstände.

Sind zwei 1M parallel. Hochspannungs-Widerstände von Bürklin, die 
sollten es doch tun?

Benedikt K. wrote:
> Insgesamt sieht die Schaltung ganz gut aus. Nur der MC34063 ist nicht
> gerade perfekt, da sein Tastverhältnis fest ist.
> Da die Regel nur aus An/Aus besteht, habe ich schon die Erfahrung
> gemacht, dass ein RC Glied hinter dem Siebkondensator die Regelung
> verschlechtert. Ich würde den Spannungsteiler daher an den ersten
> Kondensator anschließen.

Da sitzt er auch. Ist ein Fehler im Schaltplan, der mir noch garnicht 
aufgefallen war! Danke!

> Ich bastel momentan an etwas ähnlichem: Ich erzeuge galvanisch getrennte
> 6,3V  für die Heizung (liegt auf -1kV), 250V für die Ablenkung und
> -1000/+3000V für die Kathode und die Nachbeschleunigung. Als
> Schaltregler IC habe ich mich für den UC3842 entschieden. Bei den 250V
> und den 6,3V funktioniert das wunderbar, nur bei der Hochspannung ist
> die Regelung nur am Schwingen. Entweder ist der Übertrager ungünstig
> (stammt aus einem Laserdrucker), oder die Regelung kommt nicht der
> nachgeschalteten Kaskade zurecht.

Die 6.3V-Heize wollte ich erst auch per SNT übertragen, hat aber nicht 
so geklappt wie geplant. Fehler war wohl, daß ich es als weitere 
Sekundärwicklung mit der Kathoden-Spannung in gleichen SNT erzeugen 
wollte (liegen ja auf gleichem Potential). Hab das dann sein lassen und 
werd wahrscheinlich einfach nen kleinen Blocktrafo nehmen.

Um die Röhre langsam anzuheizen und die mechanische Belastung des Fadens 
beim Anfahren der Röhre zu reduzieren, heiz ich per PWM an:

http://www.gjlay.de/pub/morpheus/index.html#pwm-steller

Zur Kaskade: Wie funzt das denn? Im Prinzip so wie hier?

http://www.b-kainka.de/bastel80.htm

Ne Kaskade will doch Wechselspannung. Damit betreibst Du die Schaltung 
in der ON-Phase doch wie ein Trafo, und in der OFF-Phase wie ein SNT?

Auf jeden Falls würde ich ne Drossel mit bekannten Werten (L, W_max, 
I_max, Kernmaterial) nehmen.

Für so hohe Spannungen schon mal nen elektronischen Trafo überlegt, also 
Gleichspannung -> sin-Selbstschwinger bei 1-10 kHz -> Trafo -> Kaskade? 
Hab ich mal in nem Schaltplan für ein batteriebetriebenes Oszi gesehen. 
Dürfte nicht so effektiv sein wie ein SNT, dafür aber weniger Störungen 
machen.

> Die Schaltung bei dem Link von Falk sieht auf jedenfall nicht schlecht
> aus. Vor allem besteht sie nur aus einfachen Bauteilen.

Hab mir nochmal den NE555 angesehen, ist sogar noch einer in meiner 
IC-Krabbelkiste. Aber ich blick net, wie ich den für meine Zwecke 
beschalten müsste...

Für ne n-FET/NPN Ansteuerung könnt man einfach die astabile 
Kippschaltung nehen, ok.

Für den p-FET brauch ich aber lange ON-Phasen (low) und kurze OFF-Phasen 
(high). Mit der Beschaltung ausm Datenblatt gehen aber nur Duty > 50%, 
ich würde aber gerne um die 10% oder kleiner haben. Ausserdem muss bei 
"AUS" an Ausgang ein HIGH anliegen, und nicht LOW, was die Drossel 
grillen würde.

Ich will per high-side schalten, weil ich kein Flyback bauen will, 
sondern lieber nen voltage-boosted Inverter wie im Schaltplan ganz oben. 
Das verkleinert die Streuinduktivität und die Spannungsspitzen am FET 
(denk ich mir zumindest).

Falk Brunner wrote:
> Noch ein Tip. Der Trick beim Flyback/Booster ist es, die Induktivität
> eher KLEIN zu halten. Denn es gilt
>
>
>
> Wenn ich die Induktivität halbiere, stiegt der Strom in der gleichen
> Zeit auf das Doppelte, womit ich die doppelte Energie in der Spule habe
> ;-)

Das, wenn man möglichst viel Leistung durch die Drossel bekommen will. 
Aber im vorliegenden Fall ist die Leistung klein -- ich hab wie gesagt 
extra die Ausgangslast erhöht! In der Formel oben sieht man auch, daß
und für kleine Leistung die Induktivität groß wird bei ansonsten 
gleichen Parametern. Das liegt dran, daß die Energie in der Drossel 
quadratisch geht mit dem Strom und linear mit der Induktivität, der 
Strom aber durch die Induktivität nur linear gebremst wird.

Wo wir gerade beim Thema sind: Hier noch der Link zu meinem 
Nixie-Netzteil:

http://www.gjlay.de/pub/neptun/index.html#netzteil

@Falk: Dieses Netzteil wuchs und gedieh auch aufm Steckbrett, und der 
erste Prototyp läuft unverändert, 1A und ungeschminkt :-)

Grüß, Johann

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Johann L. wrote:

> Zur Kaskade: Wie funzt das denn? Im Prinzip so wie hier?
>
> http://www.b-kainka.de/bastel80.htm

Ja, nur dass ich in der positiven Richtung 3 Stufen habe, und in der 
negativen Richtung eine Stufe. Der Übertrager muss also 1000Vss liefern.

> Ne Kaskade will doch Wechselspannung. Damit betreibst Du die Schaltung
> in der ON-Phase doch wie ein Trafo, und in der OFF-Phase wie ein SNT?

Ja, das ist vielleicht aus das Problem, denn in der ON Phase fließt 
nicht nur Strom in die Induktivität, sondern eben auch in die Kaskade.

> Für so hohe Spannungen schon mal nen elektronischen Trafo überlegt, also
> Gleichspannung -> sin-Selbstschwinger bei 1-10 kHz -> Trafo -> Kaskade?

Ja, nur hätte ich die Spannung gerne geregelt, denn bei wechselndem 
Strahlstrom ändert sich die Spannung und somit die Bildgröße -> nicht 
gerade optimal.
Und Übertrager wickeln (vor allem für hohe Spannungen) ist nicht ganz 
meine Lieblingsbeschäftigung.

Ich hatte auch schonmal Schaltpläne von richtigen Oszis durchsucht: Die 
machen das meistens mit einem einzigen Schaltnetzteil, das alles 
versorgt. Oder maximal mit einem zweiten, das nur für die Hochspannungen 
zuständig ist.

Autor: Johann L. (gjlayde) Benutzerseite
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Benedikt K. wrote:
> Johann L. wrote:
>
>> Zur Kaskade: Wie funzt das denn? Im Prinzip so wie hier?
>>
>> http://www.b-kainka.de/bastel80.htm
>
> Ja, nur dass ich in der positiven Richtung 3 Stufen habe, und in der
> negativen Richtung eine Stufe. Der Übertrager muss also 1000Vss liefern.
>
>> Ne Kaskade will doch Wechselspannung. Damit betreibst Du die Schaltung
>> in der ON-Phase doch wie ein Trafo, und in der OFF-Phase wie ein SNT?
>
> Ja, das ist vielleicht aus das Problem, denn in der ON Phase fließt
> nicht nur Strom in die Induktivität, sondern eben auch in die Kaskade.

Vor allem bleibt in der Spule kaum Fluß für die Off-Phase. Ich schätze 
mal, das Netzteil liefert wie geplant 1kV aber die Kaskade ist am 
Schwächeln...

>> Für so hohe Spannungen schon mal nen elektronischen Trafo überlegt, also
>> Gleichspannung -> sin-Selbstschwinger bei 1-10 kHz -> Trafo -> Kaskade?
>
> Ja, nur hätte ich die Spannung gerne geregelt, denn bei wechselndem
> Strahlstrom ändert sich die Spannung und somit die Bildgröße -> nicht
> gerade optimal.

Regelbare Spannungen sind immer was feines. Allerdings macht der riesige 
Hebel von der kleinen Vref der Regler auf die Ausgangsspannung von 1kV 
zu schaffen. Ich hatte versucht, das über einen externen Komparator zu 
lösen, allerdings mit nicht überzeugendem Ergebnis. Duch Anpassung von 
C27 im Rückkoppelzweig war nicht wirklich was zu gewinnen, und ein C 
über R23 verschlechterte wie erwartet das Regelverhalten.

Daher verfolge ich jetzt einen ganz anderen Ansatz, der bislang prima 
funktioniert: Die benötigt Leistung ist konstant. Die Hochspannung für 
Kathode und Steuergitter wird per Spannungsteiler erhalten; der 
Strahlstrom ist wesentlich kleiner als der Strom durch den Teiler.

Die Ausgangsleistung des SNT ist abhängig von der Arbeitsfrequenz des 
SNT wie oben zu sehen. Durch Trimmen dieser Frequenz ist die 
Maximalleistung des SNT und damit die abgegebene Spannung einstellbar. 
Die Spannung steht wie ne Eins und ist nicht mehr am rumhampeln wie 
vorher -- das war zwar nicht sooo viel, aber immerhin genug, um 
erkennbare Helligkeitsschwankungen zu verursachen. Mit dem neuen Ansatz 
ist die Spannug fest bis auf die SNT-bedingte Welligkeit und zudem 
deutlich höherfrequenter.

Die Spannungsregelung erfolgt also nicht mehr "extern", sondern 
inhärent über den Betrieb des SNT. Das funktioniert natürlich nur 
deshalb, weil am Ausgang keine Lastwechsel gebraucht werden.

> Und Übertrager wickeln (vor allem für hohe Spannungen) ist nicht ganz
> meine Lieblingsbeschäftigung.

Spätestens nach er 500-en Wicklung wirst Du von einer wohltuenden, 
meditativen Ruhe durchflutet!

OMMM...

Autor: Johann L. (gjlayde) Benutzerseite
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Hab das Netzteil überarbeitet.

Als Schaltregler hab ich nen ATtiny genommen. So kann ich das 
Tastverhältnis einstellen und brauche keinen externen Komparator zum 
Invertieren.

Ausserdem ist ein AVR besser verfügbar als die ganzen vielleicht besser 
geeigneten aber exotischen und nicht beschaffbaren SMPS-Controller...

FET-Treiber ist ein MAX4428.

Die negative Ausgangsspannung ist bei -630V, aber auch -800V gehen 
klaglos und sauber.

Leistungsaufnahme (ca)
   180mA * 9V (1.6W)

Abgabe (ca)
  -630V * 0.6mA (400mW)
   250V * 2.8mA (700mW)

Autor: Falk Brunner (falk)
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Sieht gut aus.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Wie sieht der Regler in Software aus? Ist das ein P, PI, I oder PID 
Regler?

Autor: Johann L. (gjlayde) Benutzerseite
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Benedikt K. wrote:
> Wie sieht der Regler in Software aus? Ist das ein P, PI, I oder PID
> Regler?

Es ist ein PMD-Regler: *)
        if (ACSR & (1 << ACO))
        {
            // AC- drops below V_BG
            // PORT = LOW (disable SMPS), disconnect from PWM
            PORT_PWM &= ~(1 << BIT_PWM);
            GTCCR = (1 << PWM1B);
        }    
        else    
        {
            // AC- rises over V_BG: activate PWM and thereby SMPS
            // Clear OC1B on Compare Match, set when TCNT1 = 0
            GTCCR = (1 << PWM1B) | (0 << COM1B1) | (1 << COM1B0);
        }    

*) poor man's discontinuous regulator

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