Hallo, ich weiss nicht genau in welchem Forum ich versuchs mal hier. Wir betreiben in unserem Gerät Elektrofilter mit einer variablen Spannung von 5-8kV und bis zu 1000uA (2uA weniger wären egal). In der zweiten Stufe des Filters brauchen wir 2kV fix mit maximal 2uA. Aktuell setzen wir dafür zwei separate Hochspannungsnetzteile ein. Um kosten zu sparen frage ich mich ob man die 2kV einfach von den variablen 5-8kV "abzapfen" könnte. Meine erste Idee, siehe Schema: Ein Vorwiderstand Rv um 1 Gigaohm und dann eine 2kV Z-Diode (?? Bauteil). Eine pasende Z-Diode habe ich aber nicht gefunden, gibts die überhaupt? Kann sich alternativ dazu jemand eine simple alternative Schaltung für das ?? Bauteil vorstellen? Oder sogar einen anderen Lösungsansatz. Grüsse Martin
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@ Martin Haag (martinhaag) >sparen frage ich mich ob man die 2kV einfach von den variablen 5-8kV >"abzapfen" könnte. Sicher. Aber dann braucht ihr mehr als nur 2uA, die Z-Diode will ja auch leben. Rechne mal eher mit 10-100uA. Dementsprechend muss der Vorwiderstand kleiner werden. >Meine erste Idee, siehe Schema: Ein Vorwiderstand Rv um 1 Gigaohm und >dann eine 2kV Z-Diode (?? Bauteil). Eine pasende Z-Diode habe ich aber >nicht gefunden, gibts die überhaupt? 2kV? Nein. Aber man kann mehrere in Reihe schalten, die gibt es bis ca. 500V.
Ahhh, es gibt 2kV "Z-Dioden". Nämliche HV-Avalancedioden mit mehreren kV Sperrspannung. Die kann man dazu missbrauchen. Aber erwarte keine große Genauigkeit, mit viel Glück ist man da bei +/-100V dabei. Temperaturdrift könnte auch noch eine Rolle spielen. Z.B. SKa 3/17 von Semikron.
Gut erhältlich bis ca. 200V, 500V ist dann schon Sonderbeschaffung, noch höher kenne ich auch nicht. Sehr preiswert bis 100V. 20 Stk davon in Reihe, fertig.
ST 1.5 KE 400 Sind sehr billig. Davon kannst du mehrere in Reihe schalten. Je nach dem wie genau es werden soll musst du sie selektieren. Std. haben sie +-10%. Nicht zu vernachlässigen ist der positive Temperaturkoeffizient. bei 2kV kommen da bei 65°C noch gute 88V hinzu. Die durchbruchspannung ist bei 1mA angegeben. Macht 0,4W verluste die weg müssen. bei einem Rth von 75°C/W kommen da noch 30°C mit drauf. Also alles in allem eine Lösung die Funktionieren kann, aber die nicht sehr genau ist.
Die Frage kommt alle 2-3 Jahre wieder ... Siehe: Beitrag "Spannungsregler 8000V zu 15V" >Autor: Erich (Gast) >Datum: 14.06.2010 16:35 Kaufen kannste das Teil bei Mouser. Gruss
@ Erich (Gast) >Beitrag "Spannungsregler 8000V zu 15V" >Autor: Erich (Gast) >Datum: 14.06.2010 16:35 >Kaufen kannste das Teil bei Mouser. Schön, aber so eine richtige, fertige Lösung sehe ich da nicht. Im Link, den man übrigens besser DIREKT postet, Beitrag "Re: Spannungsregler 8000V zu 15V" ist nur die Rede von 500V JFETs, die meist als Konstantstromquelle arbeiten sollen. Kaskadiert werden die in den ANs NICHT, bestenfalls ZWEI anitseriell verschaltet, um eine bipolare Stromquelle zu erreichen.
@Falk Brunner Danke für den Hinweis zu "direkt posten", aber wie ich den erstelle bzw. an die Subnummer rankomme´, das kenne ich noch nicht. Unsere beiden Links sehen in der Ansicht übrigens völlig identisch aus, nur wenn man mit der Maus drübergeht sehe ich bei deinem Link diese Subnummer hinter dem # . Zum Thema Kaskadierung der LND150 hatte ich mir jetzt aktuell die AN nicht mehr selbst angesehen. Jedenfalls kann man die Dinger mit Ausgleichwiderständen kaskadieren (so wie Z-Dioden auch). Denn warum sollte das nicht funktionieren? Und passende Teilwiderstände für die Gewinnung einer Spannung über dem Strom, das sollte wohl auch klappen. Gruss
> Danke für den Hinweis zu "direkt posten", aber wie ich den erstelle bzw. > an die Subnummer rankomme´, das kenne ich noch nicht. Jeder Beitragstitel (der Text vor orangenem Hintergrund) ist ein Link auf den jew. Beitrag.
@ Erich (Gast) >an die Subnummer rankomme´, das kenne ich noch nicht. Titel des Beitrags ist ein Link, rechte Maustaste, "Link Adresse kopieren". >Zum Thema Kaskadierung der LND150 hatte ich mir jetzt aktuell die AN >nicht mehr selbst angesehen. Aha. >Jedenfalls kann man die Dinger mit Ausgleichwiderständen kaskadieren (so >wie Z-Dioden auch). >Denn warum sollte das nicht funktionieren? Na dann mach mal ne konkrete Schaltung auf den Papier und wir reden drüber. >Und passende Teilwiderstände für die Gewinnung einer Spannung über dem >Strom, das sollte wohl auch klappen. Zeig deine Schaltung. Oder willst du nur Bullshit-Bingo spielen? Die Schlagworte HV-MOSFET, Konstantstromquelle und kaskadieren sind schon weg ;-) Gruss
Vielen Dank für die Ideen könnte man TVS Dioden auch missbrauchen? Wäre auch etwas in Richtung "Crowbar" mit einem Transistor möglich? Freundliche Grüsse Martin
Martin Haag schrieb: > könnte man TVS Dioden auch missbrauchen? Ähm, die oben erwähnte 1.5KE ist eine TVS-Diode... Und Littelfuse macht die bis 500V und gibt sogar einen recht niedrigen Leckstrom von 1uA an: http://dev.littelfuse.com/data/en/Data_Sheets/Littelfuse_TVS-Diode_1.5KE.pdf
> Vorwiderstand Rv um 1 Gigaohm und > dann eine 2kV Z-Diode od. TVS bleibt die Frage des TK und der LANGzeitstabilität.
Nimm einen VDR Widerstand. Ist zwar nicht so genau (steile Kurve) wie eine Diode, aber für diese Spannung erhältlich. Kommt halt darauf an, wie genau die Ausgangsspannung sein soll.
Anderer Ansatz. Bei der mordsmäßßig geringen Leistung und moderaten Hochspannung tut es eine dreistufige HV-Kaskade aus 1kV Dioden und Cs. Gespeist mit demm allseits beliebten Royer Converter und passendem Trafo. Ist klein, preiswert und liefert ne stabile Ausgangsspannung. Been there, done that (5kV/100µA). 100-200kHz sind OK, 1nF reicht als C, Dioden sind BYG23 & Co.
Du hast 5..8kV mit max. 1mA, nun brauachst Du noch konstante 2kV und willst diese mit maximal 2µA belasten? Es kommt wirklich drauf an was du haben möchtest: - Wie weit darf die Spannung absolut von deinem Sollwert abweichen? - Wie hoch darf die Ripple-Spannung sein? - Wie viel Strom darf die die Spannungsregelung für die 2kV klauen? - Müssen die 2kV kurzschlussfest sein oder sollen über eine Strombegrenzung verfügen? Ich glaube nicht, dass dies für Deine Anwendung das richtige ist, aber ich wollte es doch mal erwähnen: Seitdem es ja schon einige Zeit günstige Hochspannungtransistoren (von den FETs, über IGBTs bis hin zu ganz normalen bipolaren) gibt, bin ich kein Freund mehr vom Z-Dioden stapeln. Mit ein paar Bauteilen lässt sich ein Spannungregler diskret aufbauen - auch ein Hochspannungsregler, bei passender Auslegung sehen die meisten Bauteile die hohe Spannung gar nicht, nur der Transistor und ein Widerstand. Folgende Schaltungen mal als Anregung: - www.next-tube.com/articles/hvs/hvrEn.pdf (Die Schaltung sieht gut seht gut aus - lässt sich wunderbar anpassen, scheint auch ausgiebig getestet zu sein) - http://www.chinaicmart.com/uploadfile/ic-circuit/200972401328839.gif (direkt aus dem Datenblatt des guten alten LM317) - http://gilmore2.chem.northwestern.edu/images2/opamp19.gif - http://www.edn.com/design/analog/4368081/Produce-current-from-positive-or-negative-high-voltage-supplies (HV-Konstantstromquelle) - http://www.tubecad.com/2010/12/blog0197.htm - http://www.tubecad.com/2007/06/blog0109.htm (Shunt-Regulator - bei geringen Strömen auch eine Alternative) - http://g4oep.110mb.com/efamp/efamp.htm (Die Schaltung ganz unten - mit Röhre, aufgrund ihrer Robustheit und Unempfindlichkeit gegenüber ESD sind sie in Hochspannungsschaltungen auch heute noch aktuell und gern gesehen, wobei es hier einzig die Konstanterröhre ist - also quasi die Röhrenversion der Z-Diode, die restliche Schaltung dennoch mit Halbleitern aufzubauen vernichtet jegliche Vorteile natürlich wieder) Um jetzt aber doch noch mal auf Dein Problem zurückzukommen, Martin: Wie werden denn die 5..8kV (ich bezeichne diese jetzt mal als Hauptspannung) erzeugt? Da ist ja wohl ein Trafo im Spiel - meine Glaskugel sagt mir, gar ein Trafo der irgendwo im kHz-Bereich betrieben wird. Bei dem geringen Strom den Du für die 2kV benötigst würde ich in diesem Fall eben jene Spannung direkt vor der Gleichrichtung/Glättung der Hauptspannung mit einer Kapazität abgreifen und deren Blindwiderstand nutzen - gefolgt von einer Diode zur Einweggleichrichtung und eben einem Bauelement zur Spannungsbegrenzung auf die 2kV (z.B. eine missbrauchse TVS - wegen dem geringen Leckstrom, aber nicht sehr genau), Widerstand und Kondensator als RC-Filter und dann evtl. noch einen Widerstand nur Begrenzung des Ausgangsstroms - aber das kann ich ja alles gar nicht sicher sagen, da ich nicht weiß, was Du überhaupt haben willst/brauchst.
Hallo Sascha, danke für deine umfangreiche Antwort. Hier ein paar zusätzliche Angaben: >Wie weit darf die Spannung absolut von deinem Sollwert abweichen? Ich würde mal ein Spannungsbereich von 2000-2300V angeben indem man sich bewegen kann. >Wie hoch darf die Ripple-Spannung sein? Für die Filterfunktion sehe ich keine Probleme mit zB. P-P 10% >Wie viel Strom darf die die Spannungsregelung für die 2kV klauen? So 30uA sehe ich als Maximum. >Müssen die 2kV kurzschlussfest sein oder sollen über eine Strombegrenzung verfügen? Ja, kurzschlussfest Zur erzeugung der "Hauptspannung" greifen wir auf ein vergossenes Modul zurück und der Hersteller ist sehr sparsam mit Informationen über das Innenleben. Ich habe ein Modul gewaltsam geöffnet und das einzige das ich sicher sagen kann ist das sie mit einer Dioden, Kondensator Kaskade arbeiten (dem Ripple nach zu urteilen bei etwa 100kHz). Es ist nicht mein Ziel eine eigene Entwicklung für ein Netzteil zu starten, das können Andere besser. Die Frage ist ob sich mit wenigen einfachen Elementen diese "Zusatzspannung" generieren lässt. Grüsse Martin
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@ Martin Haag (martinhaag) >Ich würde mal ein Spannungsbereich von 2000-2300V angeben indem man sich >bewegen kann. Naja, mit ausmessen kann man ein paar TVS in Riehe schalten, bleibt die Frage nach der Temperaturdrift. >So 30uA sehe ich als Maximum. Naja, macht bei 8kV mindesten 200M Ohm. Bie 5kV fließen dann noch 15µA. Geht so. >Ja, kurzschlussfest Kurzschlussstrom 8kV/200M=40µA Alternativ. 500M / 500M Spannungsteiler. Dann ein paar TVS-Dioden in Reihe mit ca. 1500V Flußspannung, ganz "unten" ein 1kV MOSFET. Regelung mit einer kleinen Hilfelektronik auf Massepotential. Sollte auch gehen und ist ebenso preiswert + genau und temperaturkompensiert! Klassischer Shuntregler. Und braucht weniger Strom. PASST!
Jetzt wird aber gezaubert:) Sieht wirklich elegant aus. Der Buz kostet bei Farnell viel, aber da findet sich für die Serie sicher noch was günstigeres. Hast Du dich beim Spannungsteiler noch vertan 125k:500M = 1:4000 --> es wird bei 1V Referenz auf 4000V "geregelt" ? Oder habe ich was nicht verstanden? Aber einem geschenkten Gaul.... Ich glaube hierfür bestelle ich sicher die Bauteile und schau mal wie das geht. Danke und Grüsse Martin
@ Martin Haag (martinhaag) >Sieht wirklich elegant aus. Der Buz kostet bei Farnell viel, aber da Der BUZ50 hält auch keine 1000V aus. Ist nur ein Dummy. Mit den passenden TVS-Dioden tut es ein einfacher, preiswerter 600V MOSFET. >findet sich für die Serie sicher noch was günstigeres. Hast Du dich beim >Spannungsteiler noch vertan 125k:500M = 1:4000 --> es wird bei 1V >Referenz auf 4000V "geregelt" ? Ja, kleiner Rechenfehler im Eifer des Gefechts. Praktisch würde ich eine präzise 1,2V Referenz nehmen und den dazu passenden Widerstand, dazu ggf. ein Poti.
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So aufgebaut und getestet, hier ein paar Infos: Aufgebaut nach der Schaltung von Falk, mit folgenden Komponenten: -4,096V Spannungsreferenz MCP1541 für den OP Amp (über Poti auf 3V) -TVS-Diode Typ P6MB550A (habe mir noch eine paralell zum Mosfet gegönnt) -Mosfet Typ FQP5N80 (800V N-Kanal) -Op-Amp LT1078 (musste + und - wechseln !) Folgende Werte konnte ich messen: V_IN[kV] V_2kV[kV] I[uA] 3060 1215 3.7 3430 1366 4.1 5012 1987 6.1 5380 2000 6.8 6600 2004 9.2 7560 2011 11.1 8840 2024 13.6 Fazit: Funktioniert, braucht im Minimum etwa 7uA um sauber zu regeln. Mit etwas kleineren Widerständen als 2x500M dürfte die Schaltung auch schon mit tieferer Eingangsspannung arbeiten. Auch die Auswahl eines im offenen Zustand hochohmigeren Mosfet dürfte helfen. Ich habe bei V_IN 3060V über den TVS dioden je rund 380V gemessen und über dem Mosfet mit TVS Diode rund 80V. Langzeitstabilität, Temperaturabhängigkeit? Danke nochmal für die Ideen. Martin
@Martin Haag (martinhaag) >-Op-Amp LT1078 (musste + und - wechseln !) Was heißt das? Ich denke, meine Schaltung ist schon richtig, wenn gleich andere OPVs ggf. andere Pinnummern haben, aber das ist eher selten. Aber der + Eingang geht an die Referenz, der - Eingang per Widerstand an den Shunt. >Folgende Werte konnte ich messen: Wie gemessen? Mit welche Messgeräten? Ein normales Multimeter misst keine 2kV, von 2µA Belastung ganz zu schweigen. 2uA an 2kV = 1GOhm. Hast du ein Multimeter, dass 1G++ Eingangswiderstand hat und 2kV messen kann? Mit normalen Mitteln kann man nur am Shunt messen und dem ohmschen Gesetz und dem Spannungsteiler vertrauen! >V_IN[kV] V_2kV[kV] I[uA] >3060 1215 3.7 >3430 1366 4.1 >5012 1987 6.1 >5380 2000 6.8 >6600 2004 9.2 >7560 2011 11.1 >8840 2024 13.6 Das ist kein guter Regler unter 5kV, was aber normal ist, darauf ist er nicht ausgelegt. Deine Forderung war 5-8kV. >Fazit: Funktioniert, braucht im Minimum etwa 7uA um sauber zu regeln. Klingt doch gut, oder? >Mit etwas kleineren Widerständen als 2x500M dürfte die Schaltung auch >schon mit tieferer Eingangsspannung arbeiten. Auch die Auswahl eines im >offenen Zustand hochohmigeren Mosfet dürfte helfen. Ich habe bei V_IN >3060V über den TVS dioden je rund 380V gemessen und über dem Mosfet mit >TVS Diode rund 80V. Auch hier kann man sich leicht ins Knie schießen, ein 10M Multimeter reicht hier nicht mehr! Aber schön zu sehen, dass es so gut und schnell funktioniert hat. MfG Falk
Man sollte auch mal prüfen, wie stabil die Regelschleife ist. Mit dem Pulsgenerator Rechteckpulse 10 Hz oder so auf den Referenzeingang geben und die Reaktion als Spannung über dem Shunt R3 messen. Sollte möglichst nicht überschwingen, ggf. C1 erhöhen.
>Aber der + Eingang geht an die Referenz, der - Eingang per Widerstand an >den
Shunt.
Das ist das Originalfoto der funktionierenden Schaltung, man sieht wie
angschlossen wurde. Vielleicht interpretiere ich das Datenblatt falsch?
Spannung gemessen mit einem Fluke 80K-40 Hochspannungstastkopf (1G Ohm).
Strom gerechnet mit Spannungsabfall über dem "oberen" 500M Widerstand.
Immer noch keine Einwände bezüglich Sicherheit und Hochspannung? Was ist
den los.
Grüsse
Martin
>>-Op-Amp LT1078 (musste + und - wechseln !) >Was heißt das? Ich denke, meine Schaltung ist schon richtig, wenn gleich >andere OPVs ggf. andere Pinnummern haben, aber das ist eher selten. Aber >der + Eingang geht an die Referenz, der - Eingang per Widerstand an den >Shunt. Aber Falk, das kenne ich ja gar nicht von Dir. Klar sind in Deinem Schaltbild + und - vertauscht. Denn da der Mosfet invertiert, muß die Rückkopplung auf den +Eingang gehen, und Ref. an -.
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ArrrrggH! Stimmt! Hier die korrigierte und vervollständigte Version. Nun hoffentlich richtig. @ Martin Haag (martinhaag) >Spannung gemessen mit einem Fluke 80K-40 Hochspannungstastkopf (1G Ohm). OK. >Strom gerechnet mit Spannungsabfall über dem "oberen" 500M Widerstand. Warum nicht einfach ein Multimeter in die Zuleitung einschleifen, das kann ja gut isoliert auf der Hochspannung sitzen. Solte man nur nicht mehr anfassen ;-) >Immer noch keine Einwände bezüglich Sicherheit und Hochspannung? Was ist >den los. Alle Reichsbedenkenträger sind im Urlaub ;-) Wenn man weiß was man tut, kann man sowas schon mal experimentell so machen wie du, mach ich auch so. MfG Falk
> Hier die korrigierte und vervollständigte Version.
Da der FQD1N60 auch im ausgeschalteten Zustand 10uA, bei höherer
Temperatur gar 100uA durchlässt, und 500V Zenerdioden bei 1uA kaum ihre
500V halten werden (kein Datenblatt gefunden), sondern vielleicht 200V,
sehe ich noch Probleme in der Schaltung.
@ MaWin (Gast) >Da der FQD1N60 auch im ausgeschalteten Zustand 10uA, bei höherer >Temperatur gar 100uA durchlässt, Ok, nehmen wir den FQP2N60C, der hat 1µA bei 25°C, und das ist worst case. Real sind die Bauteile oft deutlich besser, nur wäre es zu aufwändig und teuer, das zu messen. Wem das nicht gut genu ist, muss halt einen mit noch weniger garantiertem Leckstrom suchen. Und von 125°C war nie die Rede. > und 500V Zenerdioden bei 1uA kaum ihre >500V halten werden (kein Datenblatt gefunden), Nicht alle, aber einige Typen. SMBJ440A z.B. von Littelfuse, 1uA bei 440V, wobei aber nix über die Temperatur dort steht. Nun ja, es ist kein fertiges Produkt, das komplett getestet ist, nur ein brauchbarer Entwurf.
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