10kV HV-Stromquelle mit Transistoren

Das müsste mit so einer Kaskade eigentlich gehen:

http://www.mikrocontroller.net/attachment/47306/Kaskade.png

Der untere Transistor wird als Stromquelle beschaltet, die oberen sorgen 
dann für die Spannungsfestigkeit. Ich hab das aber noch nicht selber 
ausprobiert.

@  ASZ18 (Gast)

>gibt es irgendeine Möglichkeit mit kaskadierten Transistoren
>eine Stromquellenschaltung zu machen,

Kann man machen. hab ich vor einiger Zeit mal skizziert.

Beitrag "Re: Transistor für 2000 V 1 mA gesucht"

Das Ganze geht auch im Analogbetrieb. Been there, done that.

>ich komm auf keine sinnvolle Idee.
>Ich hab auch keinen Transistor gefunden, der 10kV von Haus aus kann...

Gibt es auch nicht. AFAIK sind die besten zur Zeit verfügbaren MOSFETs 
bzw. IGBTs bei 2500V. Es gibt auch ein paar bipolare für 2kV.

Aber vielleicht ist eine geregelte Diodenkaskade der sinnvollere Ansatz.

MFG
Falk

Since Iam not Moses, I don't have to know everything, my little 
smartass.

Besides, I doubt it that the OP want to use such a heavy module, heavy 
in weight and price.

Es wäre wie immer VOLLKOMMEN unsinnig, sich über Netiquette zu 
informieren und Gott bewahre sie auch anzuwenden . . .

Falk meint du hättest gleich alle Infos auf den Tisch legen sollen. 
Strom, Frequenz, Duty-Cycle, welche Anwendung.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Netiquette#Klare_Beschreibung_des_Problems

@ASZ18 (Gast)

>Dutycycle 10Hz,

Kaum. Das ist eine Frequenz.

>Spannung max. 10kV, Strom 5A

Hmm. Rechteckpulse? 10kV und 5A gleichzeitg? Das wären satte 50kW.

>Das wird zum schalten schon happig, das problem an der Sache ist jetzt,
>dass bei der Geschichte die Flankensteilheiten variabel sein sollen.
>(500ns bis 2us)

Tja, dann mal los.

>Im kleinen würde man vielleicht nen Kondensator mit ner Stromquelle
>laden und nen Emitterfoger nachschalten.

Tolles Konzept, nur keine Sekunde für diese Parameter brauchbar.

>Daher die Frage, ob man für 10kV eine Stromquelle bauen kann

Kann es sein, dass du Strom un Spannung nicht auseinanderhalten kannst. 
Und damit sinken deine Chance, sowas zu bauen, exponentiell.

>Von gegentakt für die fallende Flanke will ich mal noch garnicht reden.

Wovon redest du dann überhaupt? Was für eine Super-Duper-Anwendung soll 
das denn werden?

>Eine Röhre könnte wohl die Spannung, aber mit dem Strom wirds wohl
>probleme geben, wenn die Abmessungen endlich sein sollen.

Von nix ist nix.

MFG
Falk

Fuer solche Geschichten gibt's den Behlke. Dort kaufen auch Leute, die 
schon lange im Business sind und es eigentlich fast koennten.
So nebenbei. Bei 10Hz, 500ns & 5A ist der durchschnittliche Ladestrom 
1uA, was bei 10kV immerhin eine Spitzenleistung von 10mW ergibt. Das 
wuerde bedeuten zum Laden eine lineare Kaskade mit 100 Bipolaren in 
Serie waere von der Leistung her machbar.

@  ASZ18 (Gast)

>Ja natürlich sind die 10Hz eine Frequenz... es gilt nicht das was ich
>sage, sondern das was ich meine!

Mit dieser Einstellung darfst du gern Selbstgespräche führen. Aber 
bitteschön nicht erwarten, dass andere Leute mit dir reden, geschweige 
denn dir helfen können.

>Ja sind 50kW.
>Behlke kenn ich...

Na dann sind doch alle Probleme gelöst.

>Die Grundsätzliche frage lautet, ob das überhaupt irgendwie realisierbar
>ist, sei es mit ner Stromquellenschaltung oder mit einer geregelten
>Spannungsquelle, damit man da irgendwie einen Rampensollwert in groß
>abbildet.

Dein Problem ist immer noch, dass du autistisch in deinen Bart 
brabbelst. Mit deinen Fragmenten von Informationen kann dir keiner eine 
sinnvolle Antwort geben. Sollte Technikern eigentlich klar sein, aber 
Autismus sei "Dank" wird halt immer nur in den Bart gebrabelt.

Beschreibe deine Anwendung UMFASSEND mit klaren Zahlen, dann reden wir 
weiter.

Wie soll der Puls aussehen? Pulsbreite, Frequenz, Anstiegszeit?
Wie sieht die Last aus?
Etc.

Siehe Netiquette.

>@ Falk: Spar Dir bitte die überspitzen Formulierungen.

Nö.

MfG
Falk

@  ASZ18 (Gast)

>Ausgangsspannung 10kV
>Flankensteilheit variabel von 500ns bis 2us
>Pulsbreite 2-10us
>Wiederholfrequenz <= 10Hz

So kommen wir der Sache schon näher.

>Last: Röhre, also eher eine Stromquelle + Parasitäten von Zuleitungen
>etc.

Hier wirds wieder schwammig. Röhre? Davon gibt es gefühlt 1 Million 
verschiedene auf dieser Welt. Aber sei's drum.

>Gefordert ist, dass das ganze Gebilde 5A treiben kann.

Gut.

>Mir erscheinen aber insgesamt die Anforderungen derart daneben,auch an
>Messgenauigkeit (anderes Thema) usw. dass das von nem Schreibtischtäter
>stammen muss, der sich keine Gedanken macht ob man derartiges Zeug
>überhaupt realisieren kann.

Kann sein.

>Generell bleibt die Frage wie und ob man sowas überhaupt machen kann.

Kann man, wenn gleich nicht mal so hoppla hopp. Ich hab da auch keine 
vergleichbare Sache in der Schublade. Nur ein paar Ideen, wie es gehen 
könnte.

>Ausgegangen werden kann von einem Kondensatorreservoier, das eine für
>diesen Zweck hinreichend Stabile Spannung liefert (evtl auch größer
>10kV)

Schon mal viel wert.

>glaubst Du im Ernst ich weiß den Unterschied nicht?)

Nein, das glaube ich nicht. Aber man kann dich nur nach dem was du 
SCHREIBST beurteilen, nicht was du DENKST.

> sich sparen kann zu kommentieren.
>Außer Spott konnte ich Deinen beiträgen nicht viel abgewinnen.

Es ist eher Ironie, manchmal Sarkassmus.

Nun ja, wie baut man so einen Pulsgenerator? Hmmm. Man könnte ein paar 
Thyistoren in Reihe schalten. Die kann man synchron zünden, sei es nun 
per Übertrager oder optisch. Ausschalten wird ein Problem, könnte man 
aber per zweiter Thyristorkette machen (Löschthyristor).

Das Ganze sollte auch mit MOSFETs gehen, die kann man auch wieder 
ausschalten. Die Flankensteilheiten kann man ggf. durch passive 
LC-Filter erreichen, vielleicht aber auch aktiv durch kontrolliert 
langsames Aufsteuern der MOSFETs. Dann muss man aber sehr auf die SOA 
achten, sonst verdampfen die.

Je nach Anforderung geht es vielleicht auch nahezu komplett passiv über 
einen passenden RLC-Pulsfilter, der quasi wie ein besserer RC-Hochpass 
wirkt. Dann reicht ein einfacher Schalter, sei es mechanisch oder z.B. 
eine Gasfunkenstrecke.

Alles in Allem kein triviales Projekt. Viel Erfolg.

MFG
Falk

ASZ18 schrieb:
> Daten:
> Ausgangsspannung 10kV
> Flankensteilheit variabel von 500ns bis 2us
> Pulsbreite 2-10us
> Wiederholfrequenz <= 10Hz
> Last: Röhre, also eher eine Stromquelle + Parasitäten von Zuleitungen
> etc.
> Gefordert ist, dass das ganze Gebilde 5A treiben kann.

Wie sind denn die Anforderungen an die Stromquelle bzw. Innenwiderstand. 
Muss die über einen großen Spannungsbereich einen konstanten Strom 
liefern oder ist die Ausgangsspannung eher konsant?
Evtl. kann man einfach mit einer Reihenschaltung aus Mosfets oder IGBTs 
einen Hochspannungs-Schalter aufbauen und dann noch einen 
Reihenwiderstand einbauen, der den Strom definiert. Das ist vermutlich 
der einfachste Ansatz.

Falls unterschiedliche Ausgangsspannungen benötigt werden, die aber 
vorher bekannt sind, könnte man das mit unterschiedliche zuschaltbaren 
Widerständen machen.

Wenn du hier wirklich einen konkreten Lösungsvorschlag erwartest, dann 
solltest Du deine Anwendung einigermaßen vollständig beschreiben. Vor 
allem die Last ist hier ein sehr wichtiger Punkt, also ob das eine 
ohmsche Last ist oder ob die induktives/kapazitves Verhalten hat.

ASZ18 schrieb:
> Mir erscheinen aber insgesamt die Anforderungen derart daneben,auch an
> Messgenauigkeit (anderes Thema) usw. dass das von nem Schreibtischtäter
> stammen muss, der sich keine Gedanken macht ob man derartiges Zeug
> überhaupt realisieren kann. Da muss ich sowieso Rücksprache halten.

Möglicherweise kann man diese Aufgabe auch ganz anders lösen als sich 
das der "Schreibtischtäter" vorgestellt hat. Warum beschreibst du nicht, 
was eigentlich die Aufgabe ist, vielleicht hat jemand eine viel bessere 
Idee und du kannst die dann dem Betreuer vorschlagen.

Hast Du schon mal über einen Trafo (Stromwandler) nachgedacht ?
Wegen der kurzen Impulsdauer und der geringen mittleren Einschaltdauer 
kann der trotz der hohen Impulsleistung relativ kompakt sein und braucht 
auch auf der Hochspannungsseite nicht übermäßig viele Windungen. Mit 
einem Übersetzungsverhältnis von z.B. 1:10 konntest Du Dein Problem auf 
Spannungen um die 1000 V reduzieren, bräuchtest allerdings Ströme von 
ca. 50 A. Das läßt sich mit modernen Halbleitern aber wesentlich 
einfacher handeln.

Jörg

Eine ganz andere Variante waere ein "transmission line pulser" (keine 
Ahung ob es dafuer auch ein deutsches Wort gibt). Da laedt man ein 
Koaxialkabel passender Laenge auf (mit einer 10 kV Spannungsquelle in 
Deinem Fall) und entlaedt es dann schlagartig. Die Kabellaenge bestimmt 
im wesentlichen dann die Pulsdauer. 2-10us ist dafuer schon etwas lang 
aber wahrscheinlich noch machbar. Bei bloss 10 Hz und darunter koennte 
man eventuell auch ein Quecksilber-Relay zum Schalten nehmen - dann ist 
die Komplexitaet des Schalters SEHR gering. Die angegebenen 
Anstiegszeiten sind mit so einem Relay durchaus hinzubekommen (die 
schalten unheimlich schnell und sauber = ohne Prellen, nicht zu 
vergleichen mit "normalen" mechanischen Relays). Solche Aufbauten werden 
z.B. fuer ESD (electrostatic discharge) Tests verwendet.

Wolfgang

Wolfgang M. schrieb:
> Eine ganz andere Variante waere ein "transmission line pulser" (keine
> Ahung ob es dafuer auch ein deutsches Wort gibt). Da laedt man ein
> Koaxialkabel passender Laenge auf (mit einer 10 kV Spannungsquelle in
> Deinem Fall) und entlaedt es dann schlagartig. Die Kabellaenge bestimmt
> im wesentlichen dann die Pulsdauer. 2-10us ist dafuer schon etwas lang
> aber wahrscheinlich noch machbar.

Geht man von einer Geschwindigkeit von 200000 km/s im Kabel aus, 
benötigt man für 10µs eine Lauflänge von 2km. Da die Pulswelle das Kabel 
zweimal durchläuft, brauchst Du aber "nur" 1 km Kabel. Bei einer 
geforderten Spannungsfestigkeit von 10kV wird das schon eine ordentliche 
Kabeltrommel. Alternativ kann man solche überlangen Kabel auch durch 
entsprechend dimensionierte LC-Ketten ersetzen. Wenn die Pulslänge 
variabel sein soll, wird es dann allerdings etwas schwieriger.
Weiterhin hat diese Methode den Nachteil, dass man damit primär keinen 
konstanten Strom erzeugen kann. Während der Pulsdauer wirkt das Kabel 
wie eine Spannungsquelle mit festem Innenwiderstand, der dem 
Wellenwiderstand des Kabels entspricht.

Jörg

Hups, die Leitungslaenge hatte ich etwas unetrschaetzt - das kommt 
davon, wenn man nicht rechnet bevor man schreibt :-) 2us Pulslaenge geht 
da ja vielleicht noch, aber 1 km Koaxialkabel moechte ich nicht mehr auf 
meinem Tisch aufrollen (abgesehen davon, dass die Leitungsverluste dann 
schon sehr hoch sind). Variable Pulslaengen waeren da nicht das Problem 
- man koennte ja wahlweise mehr oder weniger Kabel mit RF-Relays 
hintereinanderschalten. Die Idee mit einer LC-Kette ist aber gut. Zu 
beachten ist beim Aufbau nur, dass die Zeitkonstante jedes Glieds 
deutlich kuerzer ist als die gewuenschte Anstiegszeit (das ergibt dann 
wieder eine ganze Menge solcher LC-Glieder, und ich fuerchte, die 
ohmschen Verluste in den vielen Spulen sind dann auch nicht mehr so 
toll). Wenn die genaue Pulsform aber doch nicht kritisch ist, waere ja 
vielleicht sogar ein einzelner Hochspannungskondensator (mit 
entsprechendem 10 kV-Hochspannungsnetzteil zum Laden von der Stange) 
ausreichend. Zur Reduzierung der GHesamtinduktivitaet und des 
Quellwiderstands in der Praxis eventuell eine Bank von Kondensatoren 
parallel, sonst kriegt man <1ns Antisegszeit nicht hin.

Kommentar mit Spannungsquelle stimmt natuerlich. Aus dem Thread ist 
allerdings nicht klar zu erkennen, ob er Fragesteller nun wirklich eine 
STROMquelle will (also konstanten Strom bei variabler Spannung), oder ob 
er sich nur missverstaendlich ausgedrueckt hat. (so nach dem Motto, aus 
der Steckdose kommt umgangssprachlich auch Strom, aber die wirkt ja 
trotzdem als 220V Spannungsquelle, nicht als Stromquelle). Denn bei 
seinem Post von 13.8., 11:17 Uhr ist nur noch von 10 kV die Rede, aber 
nicht mehr von irgendeinem Strom...

Man kann eine Kabellaenge auch durch einen Satz LC nachbilden. Die C's 
muessen natuerlich die 10kV bringen und die L's muessen die 5A 
durchlassen. Ich denk mit 50 Paerchen waer man dabei.

ASZ18 schrieb:

> Der Ansatz mit dem Übertrager klingt nicht ganz uninteressant, die Frage
> ist wie Streuarm man sowas wickeln kann, Bifilar scheidet sicher wegen
> der Hohen Spannung eher aus, aber vielleicht mehrere Sekundärwicklungen
> drumrumschachteln und die dann wieder in Reihe schalten.

Um steile Flanken zu erhalten, sollte die Streuinduktivität schon 
möglichst gering sein. Das erreicht man einmal dadurch, dass man nur 
soviel Windungen wickelt, wie unbedingt nötig und indem man die Lagen 
der Spulen möglichst lang über die gesamte Breite des Spulenkörpers 
wickelt. Eine weitere Verbesserung erreicht man in der Tat, indem man 
die Lagen von Primär- und Sekundärspule ineinander verschachtelt. Dabei 
wird man Lagen von Spulen mit niedrigen Windungszahlen eher parallel und 
die der Hochspannungsspule in Serie schalten. Da eine dicke Isolation 
aber auch für Streuung sorgt, würde ich nur eine Primärspule und max 2 
Hochspannungsspulensegmente wickeln.

Jörg