Ich hatte schon einmal im Thread Beitrag "1500V Linearverstärker" eine Schaltung gezeigt, da ich an einem ähnlichen Problem bin.
Ich habe diese Schaltung nun verworfen und mal etwas neues erstellt, komme aber an einer Stelle nicht weiter und das ganze Projekt ist auch noch ziemlich am Anfang.
Die Anforderung ist erst einmal die geforderten 400Vpp ausgeben zu können mit der Option das noch ein bisschen höher zu skalieren. Strom soll maximal 0.5A Ausgangsseitig sein. Die Geschwindigkeit ist erstmal zweitrangig, alles ab 1kHz Sinus am Ausgang wäre in Ordnung. Die Strombegrenzung soll ersteinmal digital erfolgen, später vielleicht noch analog der Bipolartransistor.
Die Anwendung wird die Aufnahme von Strom/Spannungskennlinien in Plasmen sein. Es muss also diese Art verstärker sein um 4 Quadrant Betrieb zu ermöglichen.
In der PDF ist die Schaltung und außerdem eine DC Analyse der Ausgangssspannung bei Last.
Ich habe hier schon Q4,Q7,Q6 Kaskadiert um über dem Einzeltransistor nicht so ein hohes Uce zu haben. Die Gesamte Verlustleistung bleibt natürlich gleich. Ebenso ist das am Stromspiegel Q2,Q9,Q11,Q1,Q8,Q12 passiert. Das habe ich in der Simulation auch abbilden können und die Spannung teilt sich auf.
Momentan bin ich noch bei der DC Simulation. Transient kommt später.
Nun komme ich an einer Stelle nicht weiter. Ich möchte auch Q3 kaskadieren, sowie Q5 und Q19 um auch hier die Spannungsfestigkeit zu erhöhen und die Einzeltransistoren nicht zu sehr belasten. In der Simulation sind erstmal keine TVS Dioden für Basis und Gate drin, die ich in der realen Schaltung zwingend bräuchte.
Wie kann ich also Q3 sinnvoll kaskadieren? Kann mir jemand vielleicht Feedback zu der Schaltung geben und ob das so real vielleicht sofort in Rauch aufgeht?
Die Anforderung ist erst einmal die geforderten 400Vpp ausgeben zu
können mit der Option das noch ein bisschen höher zu skalieren. Strom
soll maximal 0.5A Ausgangsseitig sein. Die Geschwindigkeit ist erstmal
zweitrangig, alles ab 1kHz Sinus am Ausgang wäre in Ordnung.
Dafür braucht man keine kaskadierten MOSFETs, zwei 650V MOSFETs reichen. OK, die SOA hat da ein Wörtchen mitzureden, aber das ist ein anderes Thema.
Die
Strombegrenzung soll ersteinmal digital erfolgen,
Was soll das heißen?
Die Anwendung wird die Aufnahme von Strom/Spannungskennlinien in Plasmen
sein. Es muss also diese Art verstärker sein um 4 Quadrant Betrieb zu
ermöglichen.
Hatten wir das nicht schon mal vor langer Zeit?
In der PDF ist die Schaltung und außerdem eine DC Analyse der
Ausgangssspannung bei Last.
Naja, mit KiCAD simulieren nicht viele, LTspice ist das Mittel der Wahl.
Ich habe hier schon Q4,Q7,Q6 Kaskadiert um über dem Einzeltransistor
nicht so ein hohes Uce zu haben.
Deine Bauteile sind chaotisch bennant, alles durcheinander.
Nun komme ich an einer Stelle nicht weiter. Ich möchte auch Q3
kaskadieren, sowie Q5 und Q19 um auch hier die Spannungsfestigkeit zu
erhöhen und die Einzeltransistoren nicht zu sehr belasten.
Ist bei den Spannungen nicht nötig und sinnvoll.
In der
Simulation sind erstmal keine TVS Dioden für Basis und Gate drin, die
ich in der realen Schaltung zwingend bräuchte.
Für die Basis sicher nicht, Gate schon eher.
Wie kann ich also Q3 sinnvoll kaskadieren? Kann mir jemand vielleicht
Feedback zu der Schaltung geben und ob das so real vielleicht sofort in
Rauch aufgeht?
Ich mein, so was "basteln" mag ja interessant sein, aber deine Kompetenz liegt doch wohl eher woanders, beim Plasma und so. Bist du E-Techniker? Oder eher was anderes?
So einen Verstärker kann man fertig für relativ wenig Geld kaufen. Das sollte man tun.
Ich mein, so was "basteln" mag ja interessant sein, aber deine Kompetenz
liegt doch wohl eher woanders, beim Plasma und so. Bist du E-Techniker?
Oder eher was anderes?
So einen Verstärker kann man fertig für relativ wenig Geld kaufen. Das
sollte man tun.
Schaltungsentwurf kann ich aber die hohen Spannungen sind mir eben nicht geläufig. Ich würde das gerne als Einschub kaufen aber in der Bauform und so anpasspar gibt es das leider doch nicht. Mit den paar mA komme ich bei vielen Herstellern nicht weiter.
PAD189 scheint dennoch brauchbar zu sein aber es geht mir dennoch auch um das Verständnis und dabei etwas zu lernen.
Wie "400" müssen die 400Vpp sein (da du nur mit +-200V simulierst wohl nicht so genau), wie 0.5 der Strom und wie viel/lange kommt da wirklich Rückspeisung aus dem Plasma?
Mit einem Apex PA93 bist du Nahe an deinen Werten, ~380V, ~300mA Dauer (bei perfekter Kühlung). Ja, das ist Nahe an den abs. max. ratings, aber weil die von Apex kommen, wäre ich geneigt, dem Datenblatt bis dort zu glauben. Strombegrenzung kann der auch gleich mit, wenngleich die 0.5A recht wenig sind, außerhalb der typischen Kurve im Datenblatt.
Wenn Klirrfaktoren nicht besonders klein sein müssen, dann geht das mit Optokopplern im Ansteuerpfad.
400V 0,5A sind 200W.
Power ratings of 20W to 50W for the TO-220 packages and up to 100W for the TO-247 package.
D.h. Du mußt in der Endstufe auch Transistoren parallel schalten mit Symmetrierungswiderständen (für Transistoren 2V für Mosfet 6V zusätzlichen Spannungsabfall berücksichtigen). Wegen der 4-Quadranten dann 3 TO-247 oder 6-10 TO-220.
Ich muss das revidieren. Der PAD189 ist doch nicht geeignet, da auch der in der SOA für diese Spannung nicht mehr geeignet ist.
Ich habe durchaus recherchiert und bin zu dem Schluss gekommen, dass es das eben so nicht fertig gibt.
Die 400V sind nicht besonders fix aber es sollte mal bis dahin kommen, deswegen sehe ich keinen anderen Weg als kaskadieren, da Einzeltransistoren hier einfach an die Grenzen kommen. Ich möchte auch gut beschaffbare Teile benutzen, die nicht nach einem Jahr wieder abgekündigt sind.
Von Optokopplern habe ich bisher in analogen Schaltungen bisher immer die Finger gelassen. Es gibt dort durchaus eine Driftkomponente über die Zeit.
Frage ist immer, wieviel Forschungszeit und Lehrgeld nötig sind, bis es wunschgemäß und ausreichend zuverlässig funktioniert. Bevor ich einen Lötkolben anfasse, würde ich bei hv mal anrufen.
Das ist aber bei den von mir angedachten Messungen eine fundamentale Anforderung. Es muss ein Wert auf gehalten werden können.
Ich habe mit der von mir erstellten Schaltung mal eine Transientensimulation probiert. Ging natürlich nicht. Wenn ich Q3 aber durch einen idealen NPN ersetze dann schon.
Es ist mir bewusst, dass hier viele LTspice bevorzugen aber ich bin eher an ngspice und kicad gewöhnt. LTSpice hat für mich eine absolut unbenutzbare oberfläche und da neue Modelle oder Symbole zu erstellen ist die Hölle (Nicht böse gemeint und es soll sich hier keiner verletzt fühlen).
Hier wären ein paar high voltage amplifier mit Schaltbildern:
Diese Schaltung fällt auch unter die Rubrik, funktioniert nur theoretisch.
Neben der Temperaturabhängigkeit der Optokoppler kommt noch die der FETs TR1, TR2 hinzu. Da sollte man wenigstens eine Treiberschaltung mit OPVs nehmen. Die kann man dann so dimensionieren, daß beide LEDs nur einen kleinen Ruhestrom bekommen. Und bei Aussteuerung macht ein Optokoppler komplett dicht und der andere kann schön aufsteuern.
Und daß die Optokoppler die Endstufe abschalten, ist ne ganz blöde Idee. Das gibt hübsche Einschaltspitzen, die die FETs nicht überleben.
Im Bild mal ein Optokoppler der den FET einschaltet. Und ja, das ist eine Kaskodenschaltung, der FET wird am Source gesteuert.
Für kleine Frequenzen geht der symmetrische Aufbau ganz gut.
Will man schneller sein, ist ein Optokoppler besser zu beherrschen mit aktiver Stromquelle für die andere Richtung.
Ohne Optokoppler, d.h. mit Transistoren und Z-Dioden zum Potentialversatz gibt es Probleme mit dem Ripple der Versorgungsspannungen. Der läßt sich nicht schnell genug ausregeln, aufgrund der hohen Verschiebespannung.
Für sehr hohe Ströme (>50mA) habe ich bisher nichts entwickelt. Ich habe vorwiegend statische Lasten (Linsenpotentiale) und kapazitive (Ablenkplatten).
Dafür braucht man keine kaskadierten MOSFETs, zwei 650V MOSFETs reichen
Na ja, 400V mit 0.5A sind immerhin 200W, das schafft kein einzelner MOSFET linear geregelt alleine weg, da ist es dann auch egal ob die mehreren benötigten parallel oder kaskadiert geschaltet werden. Und als Schaltnetzteil sind die Spannungstransienten von wenigstens 800V/us schon schwer zu beherrschen.
Da steht man mit einem IGBT schon besser da IGW25N120 aber die sind schwer linear zu regeln.
0,5A ist der Genickbrecher, selbst APEX hat da nichts im Programm.
Geht von der Leistungsdichte einfach nicht. Es bräuchte ein so enorm großes Gehäuse, daß es sich mit 2en einfacher bauen lässt. Was spricht denn gegen eine Parallelschaltung zur Leistungserhöhung? Strom ist doch unkritisch. Besonders bei 1kHz. 400V @ kH1 erfordern gerade 3V/us. Das ist für einen solchen OP ein Klacks.
Außerdem ist das nur ein Konzept und in dem Schaltplan sind mehrere
Fehler drin.
So war das. Der Autor dürfte das nur simuliert haben. Gepostet hat dieser aber den Schaltplan mit Fehlern. Das ist eine übliche Methode das Nachmachen und technologisch Einholen zu vereiteln zu versuchen.
Vor allem fehlen bei diesen Schaltplänen in der Regel die Komponenten, die verhindern, dass durch Bauteilstreuungen ein Halbleiter zerschossen wird. Im Simulator sind in der Regel alle Halbleiter des gleichen Typs gleich.
Nachdem der Link nicht mehr geht, konnte ich aus dem Speicher im Offline-Mode noch etwas wiederherstellen und habe das als Screenshot angefügt.
Keine Sekunde. Wozu sollen die gut sein? Der OP will einen Analogverstärker mit 200Vp / 400Vpp mit sagenhaften 1kHz bauen! Dafür reichen auch olle 40 Jahre alte Bipolartransistoren!
Nicht keine Sekunde sondern geradezu grundsätzlich.
Ich habe $DAMALS schon sowas gebaut (plus/minus 400V,
also 800Vpp)
Die Lösung waren wirklich die FETs, vor allem der
damals neue Motorola MTP2P50E p-Kanal.
Keine Sekunde. Wozu sollen die gut sein? Der OP will einen
Analogverstärker mit 200Vp / 400Vpp mit sagenhaften 1kHz bauen! Dafür
reichen auch olle 40 Jahre alte Bipolartransistoren!
Nein.Es geht nicht nur um die Bandbreite - sondern auch um SOA-Bereiche und 4-Quadranten-Betrieb.Zeig mir mal Deinen 40 Jahren alten BJT, der bei voller Betriebsspannung von 400V noch seine max Verlustleistung im DC-Betrieb erlaubt.
Nicht keine Sekunde sondern geradezu grundsätzlich.
Ich habe $DAMALS schon sowas gebaut (plus/minus 400V,
also 800Vpp)
Die Lösung waren wirklich die FETs, vor allem der
damals neue Motorola MTP2P50E p-Kanal.
Prototyp als Doppeleuropakarte mit Kühltunnel.
Ich habe versuchsweise mal eine andere Topologie gewählt. Nämlich die aus dem 1500V Linearverstärker thread.
Ich bekomme das mit idealen Modell aus ngspice ans laufen aber sobald ich da mal zum beispiel einen IXTH10P60 benutze läuft gar nichts mehr. Der Ruhestrom wird dann mehrere Ampere groß.
In dem o.a. Verstärker mit dem Bild kommt übrigens ein
kapazitiv gekoppelter ISO-Verstärker von Burr-Brown (jetzt TI) vor.
24 Pin-Gehäuse mit nur den äußersten 8 Pins wirklich vorhanden.
Die Dinger sind tückisch. Wenn eine "Hochspannungsleitung" in
der Nähe irgendwelche Aktivitäten macht, dann gibt es Offsetfehler
in erschreckendem Umfang.
Nicht keine Sekunde sondern geradezu grundsätzlich.
Ich habe $DAMALS schon sowas gebaut (plus/minus 400V,
also 800Vpp)
Die Lösung waren wirklich die FETs, vor allem der
damals neue Motorola MTP2P50E p-Kanal.
Die Dinger sind tückisch. Wenn eine "Hochspannungsleitung" in
der Nähe irgendwelche Aktivitäten macht, dann gibt es Offsetfehler
in erschreckendem Umfang.
Momentan bin ich noch bei der DC Simulation. Transient kommt später.
Es ist aber schon klar, dass ein Plasma einen negativen Widerstand mit einem Zeitverhalten darstellt ? Das Zeitverhalten kommt von der Geschwindigkeit der Ladungstraeger. Die haengt vom Druck und der Spannung ab. Ich haett mal mit 1MHz begonnen. Die Geschwindigkeit ist wichtiger wie der Strom. Der Strom engt einfach den Messbereich ein. Also erst die Geschwindigkeit hinbekommen, dass auf den Strom aufbohren. Oberhalb des lieferbaren Stromes schaut's wie ein Kurzschluss aus.
Und ich wuerd mal mit 1 Quadrant starten. Die Spannung zwischen Null und der Zuendstannung, resp nachher der Brennspannung ist nicht interessant Allenfalls halt die Anschluesse tauschen. Und Rueckspeisung aus dem Plasma scheint mir nicht sinnvoll, da Plasma erst mal dissipativ ist.
Ja, das ist richtig. Aber nicht, dass das Plasma schon da ist. Du haengst nun also eine oder zwei Elektroden ins Plasma. Und willst Ladungstraeger entladen. Du hast dann also positive und negative Ladungstraeger. Waehrend Atomruempfe an einer Metalloberflaeche entladen werden koennen, kommen die dann nicht mehr so einfach von dort runter.
Die Anforderung ist erst einmal die geforderten 400Vpp ausgeben zu
können mit der Option das noch ein bisschen höher zu skalieren. Strom
soll maximal 0.5A Ausgangsseitig sein. Die Geschwindigkeit ist erstmal
zweitrangig, alles ab 1kHz Sinus am Ausgang wäre in Ordnung.
Also brauchst du kein DC? Warum dann nicht einfach einen Hifi-Verstärker nehmen und am Ausgang einen umgedrehten 12V-Klingeltrafo dranhängen? Dann hast du den Hochspannungskreis sogar galvanisch getrennt, was Messungen vereinfacht.
DC.png
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