Питание лампы-вспышки, Simmer Mode - подогрев канала Опции

[ADOWWW]

У меня как всегда вопросы на лазерную тему
Правда не знаю, подходит ли по тематике к СПТ, но всё таки питание

Вобщем немного предистории. Лампы стоят в качестве накачки твёрдотельных лазеров (рубин, неодим и т.д.)
Для предварительного "подогрева" канала лампа запитывается постоянным напряжением около 1000В,
поджигается и на пробитый канал подаётся около 90-150В для поддержания тлеющего разряда. Ток от 100мА до 1А
Питаются обычно достаточно высокочастотным напряжением. Те питатели , что встречал - несколько десятков килогерц.
По этому принципу я и свой вариант питателя собрал. Форма тока - пила.
Но есть определённые нюансы, сам процесс Simmer и так работает как широкополосный передатчик, а его еще и запитывают
от импульсника. Вобщем шпарит он в радиодиапазоне по полной.
Лазеры медецинские, требования по ЕМ совместимости очень жёсткие. Есть у меня идея, уменьшить эти излучения, запитав
лампу от линейного источника постоянного тока.
Взял трансформатор, выпрямитель, собрал простейший стабилизатор тока на двух транзисторах. Запитал лампу от него. Лампа горит, но неустойчего,
иногда пропадает канал. Причем иногда, без видимых причин то начинает генерить помехи , то работает плавно как простая лампа.
Именно такой, "ламинарной" работы я от нё и добиваюсь.
Мы как то уже обсуждали эти лампы, и способ питания, но в другом контексте

Собственно вопрос, почему при питании постоянным током, канал неуверенный ?

[Herz]

Я не сталкивался с такими лампами, но вряд ли можно её приравнивать к "простой". Ведь она, по сути, газоразрядная, а как мы знаем, разряд (искра, дуга, плазма) генерирует ЭМ-излучение в очень широком спектре. Сделать полосу предсказуемой сродни, пожалуй, тому, чтобы научиться управлять термоядом. Шумы самого источника вряд ли вносят тут заметную лепту. Скорее, симметричное (!) знакопеременное напряжение должно способствовать стабильному горению. Впрочем, читал, что и с DC-питанием похожие лампы эксплуатируются успешно. Зависит, наверное, от конструкции. Так что, экранирование, похоже, единственный кардинальный способ снизить излучение помех.

[iev91]

Разряд в газе обладает участком отрицательного наклона ВАХ, который работает как динистор. Схема стабилизации тока вряд ли поможет, поскольку характерное время развития разряда около 10 нс, а стабилизатор должен работать на порядок шустрее.
Попробуйте включить последовательно с лампой как можно ближе к ней дроссель на единицы микрогенри. Может быть, удастся снизить уровень излучения или хотя бы загнать полосу в какой-нибудь ненужный радио-диапазон.

[SNGNL]

Причем иногда, без видимых причин то начинает генерить помехи , то работает плавно как простая лампа.

Возможно, внешние магнитные поля влияют. Канал, как любой проводник с током на них реагирует, а жесткости у него нет.

[ADOWWW]

разряд (искра, дуга, плазма) генерирует ЭМ-излучение в очень широком спектре.

Сама дуга, да, там протекают сложные процессы, и излучает именно газ в ионезированном канале.
Но я заметил одну особенность, именно её я обозвал "простой лампой":
Параллельно лампе у меня висит осцил, на минусе токовые клещи. Они конечно не очень быстрые, но пару сотен килогерц свободно берут.
Так вот в какие то моменты времени, когда дуга спокойная и исходит из стабильных точек электродов, осциллограммы практически чистые.
Но в какой то момент времени, дуга срывается и перескакивает на другое место электрода и лампа начинает генерить. На осциллографе и ток и напряжение - белый шум...
Я к сожалению не снял скрин с осцилла, но обязательно сниму и выложу.
SNGNL, Мне конечно известно про поля и т.д. , более того, я успел поиграться с влиянием магнитного и электрического поля на дугу.
Правда запитанную от ВЧ. Дуга конечно извивается, притягивается или отталкивается, но поля должны быть очень сильными, а срыва дуги я вообще не смог добиться.
А тут горит, внешние параметры стабильные, ток напряжение в норме и вдруг срывается дуга, ток мгновенно падает вниз, напряжение прыгает вверх.
Предварительно же, никаких флуктуаций. Во всяком случае на экране прибора не видно.

iev91, Стабилизатор у меня чисто аналоговый, собирал и на н-п-н, и на п-н-п транзисторах. Быстрее, что еще может быть ?
Причем заметил особенность, при одинаковых электрических параметрах, дуга стабильнее на стабилизаторе, собранном на прямых транзисторах.
Схему рисовал от руки, если надо сфотографирую. Но там элементарно.

[Den64]

если надо сфотографирую

Надо. Ещё бы осциллограммы с нестабильностью. А в перегреве лампы не может быть проблемы?

[iev91]

iev91, Стабилизатор у меня чисто аналоговый, собирал и на н-п-н, и на п-н-п транзисторах. Быстрее, что еще может быть ?

Ну что Вы... Я ведь не просто так привел время 10 нс. Это уже область крутых СВЧ, тут транзисторы отдыхают, по крайней мере, на больших напряжениях и токах. За это время монтажная емкость электродов успевает разрядиться через пробитый газ, а ток пробоя можно застабилизировать, только если успеть снизить ток быстрее, чем снижается напряжение... Короче, нереально. Если поставить дроссель, то есть шанс на то, что в разряде будет принимать участие только небольшая часть монтажной емкости, а емкость проводов будет отсечена. По идее, это должно привести к уменьшению амплитуды осцилляций и смещению спектра в более высокочастотную область.

Погасание дуги я помню, когда игрался с лампой ДРЛ - она требует некоторого минимального тока для поддержания разряда, как я понял, это из-за сравнительно высокого давления в трубке.

[Plain]

Для стабилизатора тока нужен всего один транзистор, другие явно только мешают.

[Den64]

Для стабилизатора тока нужен всего один транзистор, другие явно только мешают.

Схему в студию!

[ADOWWW]

Вот схема запитки

Я ведь не просто так привел время 10 нс

Так ведь и при питании скажем 100кГц и стабилизацией выходного тока флая, все равно никаких СВЧ приблуд не наблюдается.
Диод на схеме стоит ультрофаст, 18нс.
Дроссель я включал 2мН, никаких изменений. Единственно гораздо устойчевей с резистором в цепи минуса. 33 Ома , но греется подлюка ))
Надо попробовать стабилизированное напряжение подать.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[SNGNL]

я успел поиграться с влиянием магнитного и электрического поля на дугу.
Правда запитанную от ВЧ.

Ну это примерно тоже самое, что мерять AC стрелочным тестером, включенным на измерение DC

Единственно гораздо устойчевей с резистором в цепи минуса. 33 Ома , но греется подлюка ))

Ferrite beads не пробовали, вместо резистора?

[SmartRed]

...
Дроссель я включал 2мН, никаких изменений. Единственно гораздо устойчевей с резистором в цепи минуса. 33 Ома , но греется подлюка ))
Надо попробовать стабилизированное напряжение подать.

Ваш дроссель 2мГ тут неуместен. У него дикая собственная емкость.
Нужен именно высокочастотный дроссель.

[ADOWWW]

Как дроссель может повлиять на стабильность дуги ? Или только для подавления ЕМИ ?

[SNGNL]

Или только для подавления ЕМИ ?

Для подавления паразитной генерации. Только сам дроссель должен обладать заметными потерями. К примеру: ферритовые бусы, либо шаговая обмотка на резисторе номиналом в десятки Ом.

Сообщение отредактировал SNGNL - May 6 2016, 08:04

[SmartRed]

Как дроссель может повлиять на стабильность дуги ? Или только для подавления ЕМИ ?

Дуга устойчиво горит от источника тока.

В низкочастотной области ваша схема каким-то источником тока является.
Но высокочастотные возмущения она не отрабатывает.
Дроссель, при условии что его полное сопротивление на определенной частоте много больше сопротивления нагрузки,
исполняет роль источника тока на этой частоте.

[Plain]

Вот схема запитки

Источников тока не видно. Параллельно лампе — 5 нФ умножителя, а пара транзисторов, вместе с неотключаемой цепью поджига, скорее создают генератор. Вообще, из полевого транзистора источник тока никакой, и по многим причинам.

[ADOWWW]

Источников тока не видно. Параллельно лампе — 5 нФ умножителя, а пара транзисторов, вместе с неотключаемой цепью поджига, скорее создают генератор. Вообще, из полевого транзистора источник тока никакой, и по многим причинам.

Так ведь прецизионная стабилизация тока и не требуется. А в пределах нескольких мА он стабилизирует.
На предидущей странице я писАл, что наилучшие результаты получились с pnp ранзистором в качестве регулятора.
В умножителе ёмкость конденсаторов суммируется ? А неотключаемая, потому как макет и никаких других целей, кроме как исследование работы на постоянном токе не преследовалось.


С дросселем понятно, но какую частоту взять за расчётную ?
Для снижения помех с дроселем я уже эксперементировал. На работе я снимал спектр излучения с кабеля питания лампы в симмерном режиме.
там сплошной шум, с пиками соответствующими помехам от питателя вплоть до ГГц.
Дроссели я тогда подкидывал начиная от 1µH, эффект от применения начал сказываться от 470µH до примерно 6мН, при дальнейшем увеличении лампа перестала запускаться.
В реальном же устройстве применение дросселя исключено, да и безсмысленно. Поскольку мне еще этой лампой вспыхивать надо.


Вопрос в работе лампы на постоянном напряжении, насколько "ламинарным" может быть плазменный канал ?
Может кто нибудь реальным опытом обладает в этом вопросе ?

[SNGNL]

В умножителе ёмкость конденсаторов суммируется ?

При заряде, суммируется (параллельное соединение), при разряде - произведение/сумма (последовательное соединение).

Вопрос в работе лампы на постоянном напряжении, насколько "ламинарным" может быть плазменный канал ?
Может кто нибудь реальным опытом обладает в этом вопросе ?

Раньше, практически все подобные лампы работали на DC. Разряд горел устойчиво, при токах в десятки мА. Срывы наблюдались, лишь у ламп с истощенным катодом. Правда, конструктив ламп был несколько иной: электроды из торированного вольфрама, а в колбу добавлялась ртуть. Шумы особо не волновали, поэтому их не контролировали.

[ADOWWW]

При заряде, суммируется (параллельное соединение), при разряде - произведение/сумма (последовательное соединение).

я потому и удивился, почему 5 нФ

Раньше, практически все подобные лампы работали на DC. Разряд горел устойчиво, при токах в десятки мА. Срывы наблюдались, лишь у ламп с истощенным катодом.
Правда, конструктив ламп был несколько иной: электроды из торированного вольфрама, а в колбу добавлялась ртуть. Шумы особо не волновали, поэтому их не контролировали.

канал поддерживается до 40-50мА, но при последующем импульсе на таком токе, симмер срывается, надо опять поджигать, что неприемлимо.
Чем больше ток, тем увереннее подхватывает канал после вспышки. На этом типе ламп, уверенно продолжает тлеть на 180-200мА, но чем старее лампа, тем больший нужен ток.
Но чем больше ток, тем сильнее "искрит" канал и сильнее излучает помехи. Замкнутый круг...

Я вот думаю, может не ток стабилизировать а напряжение ? А ток просто ограничевать по максимальному уровню, дапустим на полампера ?
Надо линейный БП смастырить на высокое напряжение. Поставлю "жирный" ИГБТ с обдувом и парочку быстрых ОУ, что скажете ?

[SNGNL]

Но чем больше ток, тем сильнее "искрит" канал и сильнее излучает помехи.

Экспериментировали во всем диапазоне токов? Производитель допускает до 4А, при рекомендуемых 500 - 1000 мА.
Интересовались их мнением, насчет DC?

Надо линейный БП смастырить на высокое напряжение. Поставлю "жирный" ИГБТ с обдувом и парочку быстрых ОУ, что скажете ?

Подход понятен, но не стоит торопиться усложнять схемотехнику. Приведите, пожалуйста, временные параметры рабочих импульсов. Возможно, получится прикинуть вольтодобавку с дросселем, на выходе симмерного канала.

[ADOWWW]

Экспериментировали во всем диапазоне токов? Производитель допускает до 4А, при рекомендуемых 500 - 1000 мА.
Интересовались их мнением, насчет DC?

До Ампера доводил, выше греется сильно, смысла нет дальше проверять. Все равно в реале применить не смогу.
На счёт моих вопросов они сказали, что лампы они производят согласно расчётам, а клиенты должны сами исследовать возможности применения.
Пока думаю это меня одного волнует, единномышленников еще не нашёл...

Подход понятен, но не стоит торопиться усложнять схемотехнику. Приведите, пожалуйста, временные параметры рабочих импульсов.
Возможно, получится прикинуть вольтодобавку с дросселем, на выходе симмерного канала.

Имете в виду вспышки ? Параметры разные, зависят от лазера, от 50 до 5000µs, частота до 25Гц

Просто запитать от постоянки в принципе не проблема, тупо от 200В выпрямителя через резистор и всё стабильно светится(и генерит мусор в эфир).
Мне хочется конкретно искрение на электродах придушить. Это основной источник помех.
Наверно лучше видео записать, чтоб показать , что именно имею в виду.

[khach]

Дежурную дугу питали постоянкой, после ВВ зажигания поддердивали ток в 250ма-1А в зависимости от размера лампы. Но есть вопрос к конструкции квантрона. В нашем случае часть лампы в районе электродов находилась за пределами активной области лазерного кристалла, и потеря светового потока от распыления электродов на стенку колбы существенного влияние не оказывала. Возле электродов образовывалась темная область на кварце лампы от распыления вольфрама.
Для реальных конструкций покупали модули дежурной дуги от http://analogmodules.com/laser-electronics/simmer-supplies/
PS. Коллеги, забудьте об этих лампах, принайте оптиков-констркторов. Никакая лампа не сравнится с лазерной линейкой на 808 нм. 150А в импульсе в диодную лазерную линейку кроют 500 А лампу как бык овцу. И схемотехника намного проще.

[ADOWWW]

... есть вопрос к конструкции квантрона. В нашем случае часть лампы в районе электродов находилась за пределами активной области лазерного кристалла, и потеря светового потока от распыления электродов на стенку колбы существенного влияние не оказывала. Возле электродов образовывалась темная область на кварце лампы от распыления вольфрама.
PS. Коллеги, забудьте об этих лампах, принайте оптиков-констркторов. Никакая лампа не сравнится с лазерной линейкой на 808 нм. 150А в импульсе в диодную лазерную линейку кроют 500 А лампу как бык овцу. И схемотехника намного проще.

У нас то-же где то по полтора сантиметра с каждой стороны за пределами. Америкосовские питатели вещь хорошая, но в немецкой медтехнике неприменимая, у них стандарты другие .
Да диодная накачка вещь хорошая, но дорогая.

[khach]

Америкосовские питатели вещь хорошая, но в немецкой медтехнике неприменимая, у них стандарты другие .

Тогда если можно подробнее про стандарты. Тут ведь вопрос в методе первичного поджига лампы. Симмер или должен выдерживать десятки киловольт импульса поджига, или вообще его генерить. А схемы поджига приходится изменять именно из за требований национальных стандартов. Насколько я помню, ВЧ симмер и выдумали, чтобы использовать трансформаторную схему поджига без диодов, дросселей итд ( т е элементов, которые могут подохнуть при поджиге), т.е ВЧ гнали через поджигающий трансформатор.
Потом надежность комплектухи возросла, начали делать поджиг на генераторе маркса и симмер сдеали на постоянку. А чтобы электроды не пылили от дежурной дуги- на лампу надевали кольцевые магниты, дежурный разряд начинал крутится по поверхности электрода и не выгарали кратера. А на рабочий импульс постоянные магниты не влияли.

[ADOWWW]

khach, да стандарты европейские EN60601-1 3Ed. Вся проблема в уровнях ВЧ помех и баръерах электробезопасности.
Например 32мм зазора между первичкой и вторичкой на напряжении 1000В ( 2МОРР ). Это превращает конструирование узлов питания в постоянный бег с препятствиями. Я тут на первой страничке давал ссылку на обсуждение моего блока симмера и поджига.
Там я применил питание от 24В, чтоб была многоступенчатая развязка от сети. Но всё равно, оптроны в реальной конструкции у меня самодельные, потому как 16мм все равно осталось...

А магниты для вращения очень интересно.

[SmartRed]

khach, да стандарты европейские EN60601-1 3Ed. Вся проблема в уровнях ВЧ помех и баръерах электробезопасности.
Например 32мм зазора между первичкой и вторичкой на напряжении 1000В ( 2МОРР ). Это превращает конструирование узлов питания в постоянный бег с препятствиями. Я тут на первой страничке давал ссылку на обсуждение моего блока симмера и поджига.
Там я применил питание от 24В, чтоб была многоступенчатая развязка от сети. Но всё равно, оптроны в реальной конструкции у меня самодельные, потому как 16мм все равно осталось...

А магниты для вращения очень интересно.

1) Должно быть два MOPP. Одно - это зазор или путь утечки, а второе - это, например, защитное заземление!
2) У вас вторичка на 1000В соединяется с рабочей частью ? Если да, то я вам сочувствую.
А если нет, то там чисто функциональная изоляция, а не MOPP, и другие зазоры и пути утечки.

[SNGNL]

Мне хочется конкретно искрение на электродах придушить. Это основной источник помех.

Искрение -следствие недостаточной эмиссии катода. Придушить его можно лишь уменьшив токоотбор с катода, либо увеличив температуру его поверхности.

канал поддерживается до 40-50мА, но при последующем импульсе на таком токе, симмер срывается

Попробуйте поэкспериментировать с вольтодобавкой: Во время рабочего импульса, ключ открывается, закорачивая дроссель на землю. Естественно, ограничение по току во время импульса, должно отключаться. По окончании рабочего импульса, ключ запирается. Повышенное напряжение прикладывается к лампе, предотвращая срыв симмера.

Сообщение отредактировал SNGNL - May 9 2016, 21:31

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ADOWWW]

1) Должно быть два MOPP. Одно - это зазор или путь утечки, а второе - это, например, защитное заземление!
2) У вас вторичка на 1000В соединяется с рабочей частью ? Если да, то я вам сочувствую.
А если нет, то там чисто функциональная изоляция, а не MOPP, и другие зазоры и пути утечки.

1. Да, 2МОРР. Если считать по заземлению, то оно считается как 1МОРР.
2. 1000В не соединяется. Но управлять то мне им нужно. А управление идёт напрямую к пациенту/оператору.
Диаграмма изоляций достаточно сложная. Раньше было различие, для оператора (МООР) и пациента (МОРР), теперь они приравненны.
Да и кроме того, функциональная изоляция то же регламентируется. Но это уже другая история...

Попробуйте поэкспериментировать с вольтодобавкой: Во время рабочего импульса, ключ открывается, закорачивая дроссель на землю.
Естественно, ограничение по току во время импульса, должно отключаться. По окончании рабочего импульса, ключ запирается.
Повышенное напряжение прикладывается к лампе, предотвращая срыв симмера.

Интересная идея, правда технически реализовать будет трудновато. Чисто физически симмер и разрядка разделены.
Но попробую.