Генератор микросекундных импульсов Опции

[Муравей]

Нужно сгенерировать импульсы согласно стандарту МЭК 61000-4-5-95.
Амплитуда до 3 кВ, длительности до нескольких десятков мкс (прикрепил рисунок).
Цель - проверка производимой аппаратуры на устойчивость к этим импульсам. Фактически разработка испытательного стенда. Попробовать разработать такое решили исходя из наличия источника 3кВ MCA 750-3000.
Так как опыта в HV очень мало, то хочу критики. Вообще реальная ли затея ?
Как планируется сделать: всю установку засунуть в шкаф из оргстекла с концевиком на двери, который при открытии двери отключает источник. Сигнальная лампа с наличием HV тоже на всякий случай. Далее с выхода источника - ключ , через который заряжается промежуточная ёмкость. Когда надо шибануть испытуемый прибор, источник отрубается (для безопасности) и напруга с накопительного кондёра через другой ключ сливается уже через стандартную (из стандарта, прикрепил рисунок) схему из двух кондёров и резисторов на нагрузку.
Так же в планах предусмотреть ключ для безопасного слива накопленной в ёмкости энергии.
С выбором резисторов и кондёров примерно ясно что и как. Вопрос по ключам - чем лучше коммутировать, реле или IGBT ? Ведь пиковые токи >100А, напряжения 3кВ.
Кто такие ключи производит ?
Заранее спасибо за ответы.

Сообщение отредактировал Муравей - Dec 22 2015, 14:35

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Guest_TSerg_*]

Подумать над генератором Маркса - Аркадьева?

[Stas]

Разрядка емкости через цепочку лавинных транзисторов?

[Guest_TSerg_*]

Только не емкости, а емкостей.
Источник напряжения может быть 300-400 В, т.е. просто от сети.
Т.е. зарядка идет емкостей параллельно от 400 В, а при коммутации они соединяются последовательно и дают сумму своих напряжений.
Чем коммутировать - второй вопрос. Главное, что при 6-8 каскадах резко снизятся требования к коммутирующим элементам и емкостям (безиндуктивность - остается).

[Stas]

О, вот к примеру

Ну и так далее. Есть книжка про использование лавинного пробоя, Дъяконов автор, если не путаю, как называется запамятовал. Могу уточнить. как веселые картинки можно посмотреть

[Guest_TSerg_*]

О, вот к примеру

Да, можно и так, однако токи у ТС все же большие. Поэтому лучше использовать управляемое включение.
Будет сложнее, но надежнее и управляемость выше.

Пример (100 V - > 300 V на 160 V транзисторах):

[spf]

О, вот к примеру

Ну и так далее. Есть книжка про использование лавинного пробоя, Дъяконов автор, если не путаю, как называется запамятовал. Могу уточнить. как веселые картинки можно посмотреть

Статья этого автора - http://kit-e.ru/articles/elcomp/2010_08_49.php

Схемы на лавинных транзистора используются для нано-импульсов.

[Муравей]

Эх... Неужели не существует простого коммутирующего устройства , типа реле или IGBT-модуля, которое бы слило несколько десятков Джоулей на нагрузку ~десятка Ом ?
Ток , конечно, не малый , но он ведь импульсный . Может это как-то упростит схемотехнику ?
Сразу скажу, что изделие тиражировать в планах нет, поэтому компоненты могут быть дорогие .

[Tanya]

Эх... Неужели не существует простого коммутирующего устройства , типа реле или IGBT-модуля, которое бы слило несколько десятков Джоулей на нагрузку ~десятка Ом ?

Разрядник газовый?

[Муравей]

Разрядник газовый?

Ими разве можно управлять?

А по поводу реле, вот , например, есть реле HF140FF в исполнении W http://www.hongfa.com/pro/pdf/HF140FF_I_en.pdf
По напряжению близко к требуемому, но ток 10А. Интересно, если через контакты средний ток будет много меньше, но пиковый на несколько микросекунд будет превышать на порядок, на сколько это снизит ресурс реле? Быстро ли подгорят контакты?

[spf]

Разрядник газовый?

Надо разобрать генератор и посмотреть, как там сделано :-)
ГЕНЕРАТОР МИКРОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ ГМИ-1

Технические характеристики

3.1 Амплитуда импульсов напряжения (положительной и отрицательной полярности), kV 0,5; 1,0; 2,0; 4,0(±10 %)
3.2 Длительность фронта импульса напряжения, µs 1,0 (±30 %)
3.3 Длительность импульса напряжения, µs 50,0 (±20 %)
4 В режиме короткого замыкания (нагрузка не более 0,1 Ω):
4.1 Амплитуда импульса тока (положительной и отрицательной полярности), kA 0,25; 0,5; 1,0; 2,0(±10 %)
4.2 Длительность фронта импульса тока, µs 6,4 (±20 %)
4.3 Длительность импульса тока, µs 16,0 (±20 %)
5 Выходное сопротивление, не более, Ω 2,0
6 Период следования выходных импульсов, не менее, min 1

Интересно, если через контакты средний ток будет много меньше, но пиковый на несколько микросекунд будет превышать на порядок, на сколько это снизит ресурс реле? Быстро ли подгорят контакты?

на два порядка должно быть превышение - 2,0 кА (2000А) [MAX]

[Муравей]

Надо разобрать генератор и посмотреть, как там сделано :-)

Ни у кого нет фоток разобранного генератора?

Почитал про генератор Маркса - красивая идея.

[wim]

Ими разве можно управлять?

Можно, называется это тиратрон.
Кстати, вот так выглядят пробники, используемые для калибровки испытательных генераторов МИП. Вы же намерены воспроизвести форму импульсов тока и напряжения, ну так без пробников никак не обойтись. Может, проще купить готовый прибор?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Guest_TSerg_*]

Ни у кого нет фоток разобранного генератора?

Обращайтесь к коллегам:

http://comsignal.ru/public/gvi1/doc/gvi1re.pdf
http://www.emzlvi.ru/files/Catalog/pribor/GVI2000M.pdf

[Муравей]

Обращайтесь к коллегам:

http://comsignal.ru/public/gvi1/doc/gvi1re.pdf
http://www.emzlvi.ru/files/Catalog/pribor/GVI2000M.pdf

Спасибо, по первой ссылке на 8 странице есть полезная структурная схема.

Да, можно и так, однако токи у ТС все же большие. Поэтому лучше использовать управляемое включение.
Будет сложнее, но надежнее и управляемость выше.

Пример (100 V - > 300 V на 160 V транзисторах):

Попробовал помоделировать Ваш пример. Ввёл небольшой разброс по временам открытия транзисторов, он ведь всё равно будет. В худшем случае получается между коллектором и эмиттером может быть до 300В.
В моём случае, если я буду строить схему из ячеек по 500В, то всё равно нужно закладывать транзисторы , которые держат до 3кВ. Как-то читал, что есть такие ПП приборы, как лавинные тиристоры . Может быть уместнее в качестве ключей их применить в этой схеме ?

[Guest_TSerg_*]

Я привел всего-лишь концептуальный пример.
Так-то да, ньансов много вылезет + обвес будет.

http://www.findpatent.ru/patent/218/2185021.html

Те, кто умеет работать с импульсными трансформаторами большой мощности - используют их.
http://www.findpatent.ru/patent/218/2181925.html

Лавинные тиристоры вполне подойдут, надо только смотреть по их временным параметрам.

Ну и модули есть:
http://astrael.ru/index/leftmenu/51/ru

Короче, руки на клаву и искать.

[Tanya]

Ими разве можно управлять?

Кроме упомянутых уже тиратронов...
Некоторые делают такие вещи сами. Бывают поджигаемые разрядники, а в простейшем случае управляют давлением газа.

Кстати, вот так выглядят пробники, используемые для калибровки испытательных генераторов МИП.

Опять же некоторые делают такие вещи довольно просто - стеклянный цилиндр с электролитом. Можно там третий электрод, а альтернатива - емкостный делитель.

[AnatolyT]

Для простой оценки помехоустойчивости изделий подсоединяли проводами к электродам кухонной пьезозажигалки разрядник, который представлял собой припаянные к платке два электрода из толстого медного провода. Подгибая их т.е. изменяя расстояние между электродами разрядника, устанавливается напряжение пробоя, 1 мм соответствует примерно 1 кВ. Только это скорее не микро, а наносекундное воздействие.

Сообщение отредактировал AnatolyT - Dec 24 2015, 21:37

[Муравей]

Только это скорее не микро, а наносекундное воздействие.

Это наносекундные импульсы, для проверок по стандарту МЭК 61000-4-4: 2004 может подойти.

[raptor]

оптимальных вариантов два, применение в качестве силового ключа высоковольтного IGBT или несколько последовательно соединённых. Последний вариант проще всего реализовать на доступных IGBT 1200 В (3 шт.) с необходимым током. Управлять ими не сложно, как и реализовать дополнительные цепи для нормальной работы при таком соединении. Длительность импульса при этом может варьироваться в очень широких пределах. Зачем изобретать велосипеды и давать советы в виде решений, которые не приспособлены к импульсам такой длительности (лавинные транзисторы и т. д.) Если нужна помощь в проектировании, то обращайтесь.

Сообщение отредактировал raptor - Dec 25 2015, 10:39

[wim]

оптимальных вариантов два, применение в качестве силового ключа высоковольтного IGBT или несколько последовательно соединённых. Последний вариант проще всего реализовать на доступных IGBT 1200 В (3 шт.) с необходимым током.

Вот про "необходимый ток" хочется поподробнее - там до 2000 А в импульсе.

[raptor]

смотрите, имеется два отдельных режима при КЗ:
1. Длительность (длительность переднего фронта импульса + длительность импульса) 22,4 мкс, напряжение до 4 кВ, максимальный ток 2 кА, интервал между импульсами не менее 1 мин.
2. Длительность (длительность переднего фронта импульса + длительность импульса) 304 мкс, напряжение до 4 кВ, максимальный ток 100 А, интервал между импульсами не менее 1 мин.

Я знаю несколько вариантов решения данной задачи, но опишу только один из них, для оценки, без промежуточных результатов.

Самый «тяжелый» режим для работы транзисторов — 1, но длительность импульса при этом не сильно большая. Исходя из напряжения, максимального тока и минимального числа транзисторов выбираем дискретные IGBT на 1700 В (IXGK100N170). При напряжении 4 кВ необходимо соединить 3 транзистора последовательно, при этом получается очень хороший запас по допустимому напряжению, что упростит или исключит некоторые цепи защиты. Обычно, чем выше допустимое напряжение дискретных IGBT, тем ниже допустимый ток и выбор IGBT на 1700 В является в этом плане оптимальным решением. Наиболее устойчивыми к току КЗ являются NPT-IGBT, самоограничение тока КЗ (выход из насыщения) которых составляет 6-10 Ic. Они выдерживают ток КЗ до разрушения в течении около 50 мкс, более современные IGBT обычно разрушаются после 15-18 мкс.

IXGK100N170 имеют повторяющийся максимальный ток коллектора 600 А при длительности 1 мс. Превышение максимальной температуры, учитывая интервал между импульсами, вам не грозит. Самоограничение тока КЗ данного транзистора составит около 1000-1700 А. Чтобы не усложнять разработку и снизить её стоимость я предлагаю способ увеличение значения самоограничения тока КЗ с помощью увеличения управляющего напряжения до 25-30 В. Это гарантированно даст возможность достичь значения тока 2 кА без параллельного соединения транзисторов (ещё 3 IGBT + цепи управления + 3 диода и т. д., что дороже). К транзисторам необходимо подобрать диоды, например DH60-18A. Дальше обеспечиваем нормальную работу последовательно соединённых транзисторов, что не сложно и вот вам готовый высоковольтный ключ на большую пиковую мощность. При этом такое решение более выгодное, по сравнению с использованием высоковольтных модулей IGBT, особенно по цене.

Для режима 2 даже писать ничего не надо. Для этих транзисторов 100 А при такой длительности, что слону дробина.

Есть вариант с IGBT на 1200 В, но он оказался дороже и я его не стал описывать, хотя и он один из нескольких.

Сообщение отредактировал raptor - Dec 26 2015, 08:52

[BioWolf2000]

Если период повторения несколько секунд, то вполне можно применить ртутный контактор наподобие таких http://www.surplussales.com/relays/mercury_con.html http://www.mercuryrelays.com/hi_voltage_relays.html
Делал похожий генератор, до 10кВ держат хорошо, хоть и написано было на них было max 250VAC. Использовал не высоковольтные. Марку уже не скажу. Килоамперы в импульсе держат отлично.

[Fujitser]

Ими разве можно управлять?

Да, разрядник в прозрачном корпусе + УФ светодиод, например. Или уже упомянутый тиратрон.

[_Thomas_]

Да, разрядник в прозрачном корпусе + УФ светодиод, например.

Такого не видел, но есть другая идея - это тригатрон, с искровым промежутком и тремя электродами, два основных и один для поджига.

[AndreyVN]

Делал ключ как раз на 3кВ, 5 последовательно соединенных IGBT IRGB20B60PD1, недорогие.

Щелкал этим ключом по 4 виткам сначала на феррите, потом на альсифере.

PS: Пиковые токи довольно трудно измерить в смысле доверия к полученной цифре.