Hochspannung digital regeln

[Karel M. (marsalek)]

Liebe Kollegen,

für einen Teilchenzähler erzeuge ich Hochspannung von -750 Volt mit 
einem Spannungsgesteuerten Hochspannungsnetzteil von Hamamatsu (IC101). 
Der Ausgang ist mit einer RC-Glättungskaskade belastet und danach geht 
die HV an die Kathode der Ionisationskammer. Das Ziel ist, am Ausgang 
der Glättungskaskade die besagten z.B. -750V zu haben, wobei die Last 
ca. 25µA zieht, aber nicht konstant:-( Diese 750V sollen auf 1.0V stabil 
sein. Die Genauigkeit ist im Moment untergeordnet und hängt mit der 
Spannungsreferenz des AD-Wandlers zusammen. Es wird am Schluss mit einem 
DMM kalibriert.

Das Hamamatsu HV-Netzteil bekommt eine Steuerspannung von 0 bis 5 Volt 
(entspricht 0 bis -1250 Volt am Ausgang von IC101). Diese Steuerspannung 
erzeuge ich mit einem 12-bit DA-Wandler (IC103, AD5339). Die 
Hochspannung messe ich mit einem bipolaren 16-bit AD-Wandler AD7656-1 
über den Spannungsteiler 270K/60M.

Das ganze wird mit einem ATMEGA1284P gesteuert.

Jetzt zu meiner Frage an euch: wie würdet ihr das regeln? Da ich ein 
Regelungstechnischer Laie bin, bitte z.B. um Links zu dem Thema, was ich 
mir durchlesen sollte.

Zu der Kette: die "Zeitkonstante" der Glättungskaskade ist ca 50 ms, 
d.h. nach ca. 5*50 ms pendelt sich nach einem Sprung am Eingang der 
Ausgang ein. Der Übertragungsfaktor des Hochspannungsnetzteils ist ca. 
-250.

Welche Art Regler würdet ihr dafür nehmen oder was könnt ihr mir 
empfehlen?

Vielen Dank im Voraus
Karel

[Purzel H. (hacky)]

>Welche Art Regler würdet ihr dafür nehmen oder was könnt ihr mir
empfehlen?

PI

[Anja (Gast)]

Karel Marsalek schrieb:
> ca. 25µA zieht, aber nicht konstant:-( Diese 750V sollen auf 1.0V stabil

Und das bei insgesamt 2,8 Meg-Ohm Quellimpedanz.
Ich behaupte mal: das geht gar nicht.
Bei 5uA (+/-2.5uA) Schwankung an der Last ergeben sich schon 14V 
Ausgangsänderung die du gar nicht so schnell ausregeln kannst wie sie 
sich ändert.

Meine Strategie wäre: Quellimpedanz drastisch reduzieren. Die 
Spannungsschwankungen durch Laständerung dürfen nicht mehr als 0.1 - 
0.5V sein damit ich bei der langsamen Strecke noch eine Chance habe 
irgendwas auszuregeln.

Karel Marsalek schrieb:
> Hochspannung messe ich mit einem bipolaren 16-bit AD-Wandler AD7656-1
> über den Spannungsteiler 270K/60M.
Da ist hoffentlich noch ein Hochohmiger Pufferverstärker (siehe 
Datenblatt) dazwischen ansonsten macht der Leckstrom von 1uA einen 
gewaltigen Fehler.

Gruß Anja

[Karel M. (marsalek)]

Hallo Anja und Hacky. Danke für eure Antworten.

Anja, habe nochmal nachgerechnet, wie groß die Stromschwankungen werden, 
und auf der 2.8 MOhm Quellimpedanz macht es nur ca. 100mV. Leider kann 
ich die Quellimpedanz nicht reduzieren - es muss ausreichend glätten 
aber wegen Safety muss die Gesamtkapazität unter ca. 47 nF bleiben - da 
bin ich schon am Limit. Ich kann nachher dennoch messen, wie weit das 
Rauschen ansteigt, wenn ich die Hochspannung weniger glätte, d.h. die 
560 kOhm durch etwas kleineres ersetze.

Anja schrieb:
>> Hochspannung messe ich mit einem bipolaren 16-bit AD-Wandler AD7656-1
>> über den Spannungsteiler 270K/60M.
> Da ist hoffentlich noch ein Hochohmiger Pufferverstärker (siehe
> Datenblatt) dazwischen ansonsten macht der Leckstrom von 1uA einen
> gewaltigen Fehler.

Im Moment puffere ich es nur mit einem R-C Glied 82R + 10nF, was u.U. 
nicht ausreicht. Zieht der AD7656 den 1µA ständig oder nur beim Samplen? 
Wie stabil ist der Leckstrom auf Dauer?

Vielen Dank
Karel

[Max G. (l0wside)]

Karel Marsalek schrieb:

> Welche Art Regler würdet ihr dafür nehmen oder was könnt ihr mir
> empfehlen?

Du hast einen großen Vorteil, du weißt schon einiges über deine Strecke.

Für die digitale Regelung ist ein PID-Regler prinzipiell keine schlechte 
Wahl. Der ist in ein paar wenigen Zeilen C-Code implementiert. Google 
liefert haufenweise Beispiele.

Für das Einstellen ist das empirische Verfahren nach Ziegler-Nichols 
nicht schlecht. Es liefert zwar keine theoretisch optimalen Werte, dafür 
kommen sehr schnell ganz brauchbare Einstellungen raus.

Max

[Anja (Gast)]

Karel Marsalek schrieb:
> Zieht der AD7656 den 1µA ständig oder nur beim Samplen?
> Wie stabil ist der Leckstrom auf Dauer?

Die 1uA sind der Maximalwert über Temperatur.
Bei 25 Grad wird es vermutlich weniger sein.
Beim sampeln kommt noch für jeden Sample-Vorgang
die Ladung des 10-14pF-Sample-Kondensators dazu.

Gruß Anja

[Karel M. (marsalek)]

Danke Anja!

K.