Расчет времени срабатывания супрессора, Необходимо защитить видеокамеру от высоковольтного разряда Опции

[simonov_p]

Мы проводим исследование плазменного разряда. У нас происходят высоковольтные помехи (как по земляной шине, так и аккустические). Один раз это привело к выходу осциллографа С9-8 из строя, так как проскочила случайно высоковольтная помеха на его вход. Осциллограф во время разряда приходится отключать от компьютера (кабель КОП (GPIB)). Одна видеокамера, работающая синфазно с другой, на близком расстоянии от разряда постоянно сбивается.
Длительность поджигающего импульса из-за которого происходят помехи = 1мкс; частота помехи порядка 100МГц. а)Напряжение на входе осциллографа не должно превышать диапазон на котором измеряем = 30V (питание входного полевого транзистора).
б)Сигналы управления на видеокамере = 3,3V. Но здесь требуется защита (ВЧ ключ?), чтобы отключать во время разряда сигналы управления и не позволить помехе быть воспринятой как сигнал.
Подскажите, как рассчитать время срабатывания супрессора (TVS-диода)? В характеристиках пишут максимальное время, которое выдерживает супрессор, т.е. с учетом его максимально рассеиваемой энергии и приводят собственную емкость. На сайте прочитал для защиты от помехи 100МГц требуется емкость супрессора 100pF.

[Пушкарев Михаил]

Можно считать, что у TVS нет времени срабатывания. А вот по поводу защиты от помехи 100 МГц и емкости 100 пФ? Может быть было написано, что для защиты сигнальных цепей с рабочей частотой 100 МГц емкость защитного элемента не должна превышать 100 пФ.

[AlexeyW]

Супрессор пойдет только для защиты. и то нужна корректность. А от помех избавиться можно совсем другими способами - грамотной топологией и подключением.
Помехи проходят только при поджиге? Какие его параметры (амплитуда напряжения, энергия)? В чем вообще происходит разряд? Мне приходилось иметь дело с поджигом и разрядом в лампе газового лазера, те же проблемы, но были решены достаточно успешно.

[Stanislav]

Вы бы схему эксперимента привели, что ли... А то запросто может получиться так, что Вам нужно вовсе не то, о чём Вы думаете...

[simonov_p]

Прилагаю структурную схему, которую делал Авраменко (see attachment). Принципиальную схему привести не могу, т.к. это труд группы (в 80-х гг. эта тема была закрытой ). У нас сотрудики ездили к нему и сделали установку по его подобию. Процесс плазменного образования происходит примерно следующим образом:
Между катодом и анодом на расстоянии примерно 1sm прикладывается U=500-1200V (энергия накапливается на конденсаторе C=510mkF) получается запасаемая Q=60-600J. Но разряда не произойдет, пока не будет подан инициирующий импульс. Так для пробоя в воздухе 1sm требуется примерно U=70kV. Образуется плазма и по ней уже протекает основной разряд. Между катодом и анодом находится оргстекло, в котором сделан миллиметровый капиляр, через который проходит разряд. Основной разряд критической помехи не создает, в отличии от разряда поджига у которого U=30-70kV, энергия Q=4J, длительность импульса t=1mks.
Есть шина земли с которой соединена экспериментальная установка. Осциллограф соединен с земляной шиной.
Независимо стоит видеокамера, которая управляется компьютером через RS232. Сейчас установлено 2 видеокамеры одной марки. На ведущей видеокамере помеха не мешает, но на ведомой (она должна запускаться синхронно с некоторой задержкой с первой по управляющему импульсу от ведущей) помеха сбивает работу камеры, даже в самостоятельном режиме работы. Отличие в том, что она сделана разработчиком более чувствительной. Земля видеокамеры с шиной земли не соединена. Видеокамера питается +12V, сигналы управления 3.3V.
Провели эксперимент: на расстоянии 2 метров от плазменного разряда видеокамера почти каждый раз сбивается (было обнаружено место под установкой, где сбоев почти не было), на расстоянии 5 - нет.
Проблема еще в том, что видеокамера может воспринять (?) даже обрезанный сигнал по напряжению супрессором как управляющий.
Если не совсем ясно, нарисую структурную схему.

Прикрепленные файлы

 princ_shem_red.rar ( 1.42 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 38

 

[AlexeyW]

Жаль, дежавюшника сейчас нет. Но смысл - примерно такой же, как был у нас. У меня была сложность тоже с тем, что импульс поджига запускал логический сигнал.
Основная помеха от поджтга - электростатическая, т.е. распределенная емкость на окружающие проводники. Самый примитивный прием - это помещение всей схемы поджига в экран, соединенный с общей землей, включая провод поджига, который в экране, только самый кончик свободный - так, чтоб только не пробивалось.
Еще есть проблема - подскок части земли при поджиге, но это нужно смотреть Вашу схему - завтра попробую посмотреть.
Правильно я понимаю, схема поджига последовательная (т.е. импкльс поджига подается тоже на анод, а не на третий электрод)?

Кстати, просто в воздухе пробой 30кВ/см, но из-за неоднородности поля у острия проводников - еще меньше

[asdf]

Прилагаю структурную схему, которую делал Авраменко (see attachment). Принципиальную схему привести не могу, т.к. это труд группы (в 80-х гг. эта тема была закрытой ). У нас сотрудики ездили к нему и сделали установку по его подобию.

Это бластер из НИИРПа?

[yakub_EZ]

Какой у вас делитель к осциллографу? Если это что то самодельное из набора высокоомных резисторов нескомпенсированных по емкости, тогда он пропускает быстрые импульсы преактически один к одному, по емкостной связи.
По поводу камеры - оденьте на её кабель бронь, ферритовых колечек, резистор последовательно.

[pokos]

Провели эксперимент: на расстоянии 2 метров от плазменного разряда видеокамера почти каждый раз сбивается ...

Жуть какая. А почему нельзя замуровать камеру с аккумулятором в экран, а управление подать по волокну? Копейки ж стоит.

[Tanya]

Жуть какая. А почему нельзя замуровать камеру с аккумулятором в экран, а управление подать по волокну? Копейки ж стоит.

Примерно такая же проблема решилась замуровкой компьютера с АЦП и УПСом. Связь волоконная. Кабель питания УПСа отрывался руками. Но не копейки...

[pokos]

...Но не копейки...

Понятно, что если надо сымать с АЦП поток данных - это дороже, но тут же практически одна кнопка. Копеечные TOTX и TORX с мультимодовым кабелем.

Сообщение отредактировал pokos - Mar 18 2011, 08:43

[yakub_EZ]

Копеечные TOTX и TORX с мультимодовым кабелем.

Toslink от Toshiba? Подкиньте идею где их купить можно, не заказывая вагон и не выковыривая из DVD плееров. Надо буквально 20 штук

[pokos]

Toslink от Toshiba?

Оно. http://www.efind.ru/icsearch/?search=torx173

[simonov_p]

"Это бластер из НИИРПа"
Авраменко работал в радиофизическом институте в Москве, который Берия организовал для

своего сына, который был талантливый инженер.

Мы подстраиваемся импульсом поджига в момент фотографирования видеокамерой.

У нас пробой в воздухе происходит через капиляр в диэлектрике.

Хорошие замечания. 1."Какой у вас делитель к осциллографу?" У нас столбик из

R=17x3kOm=51kOm, к 51Om.По этому же делителю проходит инициирующий импульс. Буду благодарен,

если расскажете физику емкостной компенсаци; причину распространения помех в отсутствии

емкости. 2. Ферритовые коллечки действительно помогают у нас соседи с помощью них избавились

от помех. Не совсем понял "оденьте на её кабель бронь".

Сегодня достали оптоволокно.

Остается вопрос времени срабатывания супрессора. "...мгновенно", происходят быстро

протекающие процессы. Но это, наверно, вопрос к производителю.

[AlexeyW]

У нас пробой в воздухе происходит через капиляр в диэлектрике.

А для чего 4 Дж на поджиг? У нас в лазерных лампах порядка 10 мДж, напряжение 12-14 кВ. Если у Вас 30, ну и емкости побольше - ну, 0,1 Дж вполне бы хватило.

У нас столбик из
R=17x3kOm=51kOm, к 51Om.По этому же делителю проходит инициирующий импульс. Буду благодарен,
если расскажете физику емкостной компенсаци; причину распространения помех в отсутствии
емкости.

Существенно, что 51К есть очень большая нагрузка для 30кВ. Если его грузить на хотя бы мегомы, схему поджига можно сделать много проще и легче.
Любое телдо обладает некоторой емкостью в пространство, на эту емкость наводять электростатические наводки от высоковольтных частей. Попробуйте, например, взять такой же делитель, подключенный на землю - увидите эти помехи. А если его заэкранировать - емкость резисторов (порядка 0,5 пФ для выводных) будет заваливать фронты. Чтобы с этим справиться, параллельно каждому резистору включают емкость, в разы большую, чем емкость резистора (равные емкости для равных сопротивлений).

Не совсем понял "оденьте на её кабель бронь"

Экран, подключенный к земле, как я написал раньше

Остается вопрос времени срабатывания супрессора. "...мгновенно", происходят быстро
протекающие процессы. Но это, наверно, вопрос к производителю.

Считайте, что сам супрессор - мгновенно, но есть индуктивность подключения - она и определяет

[yakub_EZ]

У нас столбик из R=17x3kOm=51kOm, к 51Om.По этому же делителю проходит инициирующий импульс. Буду благодарен,

если расскажете физику емкостной компенсаци; причину распространения помех в отсутствии

емкости.

Это говорится о нескомпенсированном делителе. На таких частотах (или временах переходных процессов) как у вас сказывается прежде всего емкостная составляющая. И даже емкость кабеля идущего до осциллографа здесь необходимо учитывать.
Общая рекомендация - скомпенсировать плечи делителя по емкостям - включаете два канала одновременно на общий источник сигнала. Хоть на тот же встроенный в осциллографе генератор меандра для компенсации щупов. На первом канале подключаете стандартный готовый скорректированный щуп с известным коэффициентом деления, скажем 1 к 10 или 1 к 100. А на втором - ваш самодельный. Разница должна быть только в положениях ручек вольт /на деление, кривые должны полностью совпасть. Скорее всего в вашем случае потребуется компенсация именно низковольтного плеча (т.к. цепь ведет себя как дифференцирующая), поэтому параллельно 51 Омам придется допаять конденсатор. Если нет, то придется "утяжелить" по емкости резисторы высоковольтного плеча - подпаять параллельно каждому 3к по конденсатору в несколько пФ. И дальше скомпенсировать низковольтное плечо, как описывалось выше.
Хорошие результаты достигаются когда щуп состоит из кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, на измерительной стороне он заканчивается резисторами высоковольтного плеча, а на стороне осциллографа - одновременно и волновым и резистором низковольтного плеча - 50 Ом. Тогда приходится компенсировать только высоковольтное плечо делителя. Подобный делитель описан в книге Белкин В.С., Шульженко Г.И
Формирователи мощных наносекундных и пикосекундных импульсов на полупроводниковой элементной базе. - Новосибирск: ИЯФ СО АН СССР, 1990. 36 с.
В электронном виде лежит по ссылке
http://www.sanechka.nightmail.ru/others.html третьим по счету

Не совсем понял "оденьте на её кабель бронь".

Имелось в виду одеть металлическую гофру.

Такую применяют в обязательном порядке при прокладке некоторых сигнальных кабелей. Продается повсеместно, как строительный материал. Есть удобные размеры -8, 10 мм внутренний диаметр. Ферромагнетик, подавляет также и магнитную составляющую поля. Заземлять только с одной стороны.

[gte]

Заземлять только с одной стороны.

При заземлении с двух сторон прокладывается хороший уравнивающий провод. Например, Сименс для сетей профибас рекомендует провод 10 кв.

[AlexeyW]

При заземлении с двух сторон прокладывается хороший уравнивающий провод. Например, Сименс для сетей профибас рекомендует провод 10 кв.

От избыточной индуктивности тут все равно не убежать - она не очень сильно зависит от сечения, порядка мкГн/м

[Georgy]

Время срабатывания Transient Voltage Suppressors составляет пикосекунды.

Время срабатывания

[andron86]

В характеристиках пишут максимальное время, которое выдерживает супрессор, т.е. с учетом его максимально рассеиваемой энергии и приводят собственную емкость. На сайте прочитал для защиты от помехи 100МГц требуется емкость супрессора 100pF.

почему не пишут? Вот например на smcj от fairchild

Fast response time; typically less than 1.0 ps from 0 volts to BV for
unidirectional and 5.0 ns for bidirectional."