Умножитель 360V - 6kV не даёт больше 3kV Опции

[Уголев Антон]

Понадобилась «зажигалка» с напряжением пробоя от 5 до 6 кВольт. Есть простые схемы на дросселях или импульсных трансформаторах, но такие варианты не устраивают, поскольку напряжение пробоя должно быть однополярным импульсом, постепенно нарастающим в течение 10-20 миллисекунд до 5...6 кВольт (не более!), а после пробоя как можно быстрее спадающим до нуля, при условии отключения процесса заряда сразу после пробоя. Для этой цели был собран макет умножителя напряжения на диодах и конденсаторах.
Характеристики умножителя:
- Количество ступеней умножения - 14
- Диоды импульсные smd HS1M (Uобр.= 1000В, trr=35nS) - 14шт.
- Конденсаторы smd керамические, диэлектрик X7R, 1000V, 10nF - 14шт.
- Частота подаваемых на вход импульсов - 50…100 кГц
- Входные импульсы двуполярные от Пуш-Пулл преобразователя, амплитуда - 360V
- На выходе умножителя стоит нагрузка сопротивлением 20 мОм для измерительных целей
Схема заработала, но не совсем так, как ожидалось. Проблема в том, что сначала при повышении амплитуды импульсов, поступающих на вход умножителя (это делалось вручную повышением напряжения питания импульсного трансформатора Пуш-Пулла), напряжение на выходе увеличивалось пропорционально, но при достижении где-то 3кВольт как будто наступает «насыщение» умножителя, и выходное напряжение дальше почти не растёт. Даже когда амплитуда входных импульсов достигала 400V.
В результате надёжный пробой наступает при воздушном промежутке между электродами меньше 1 миллиметра, а надо, чтобы пробивало 2 мм.

Если кто-нибудь имел дело с такими умножителями, подскажите, пожалуйста, как это решить. А может быть существуют какие-либо другие схемные решения для получения заданных характеристик высоковольтного импульса? Буду благодарен за советы и помощь, поскольку высоковольтной импульсной техникой раньше не занимался.

Прилагаю схему умножителя:

[Plain]

Речь про экранированные гантели:

https://www.terraelectronica.ru/product/30593

У дросселей внутри обыкновенные эмальпровода, и у двух слоёв этой эмали находящихся рядом двух витков (худший случай, начало и конец обмотки, потому что намотаны они внавал) само собой есть напряжение пробоя, а именно, указанные 1200 В, и эта эмаль имеет право сразу или со временем повредиться, поэтому это напряжение пропорционально уменьшится, как минимум вдвое — соответственно, чтобы схема не выгорела, требуется увеличить этот резерв, ну или использовать в качестве дросселя первичную обмотку сетевого обратноходового трансформатора, вроде такого:

https://www.terraelectronica.ru/product/355655

Такие обмотки намотаны в один ряд, т.е. между соседними витками не более десятков вольт, но в резерве у них получаются всё те же два слоя лака, и если эту изоляцию таки пробьёт, дроссель окажется с короткозамкнутым витком, а значит, сразу превратится в простой кусок провода и схема выгорит.

Насчёт индуктивных выбросов — ну Вы же тысячи раз в жизни видели синюю дугу в каждом выключателе освещения, хотя, казалось бы, дроссель из электропроводки никакой.

[Уголев Антон]

Насчёт индуктивных выбросов...

Да-а, а пуш-пулл то гораздо надёжнее, хотя и мотать самому приходится. И не нужен высоковольтный мосфет.
Мой пуш-пулл собран на LM5030 с ограничением тока ключей 5А, защита в первичке есть. Плюс ещё софт-старт организован с постепенным нарастанием ШИМ. Попробую позамыкать резистор на входе умножителя, авось ничего не сгорит. Если уж и после этого умножитель недозаряжаться будет, то тогда и не знаю, в чём дело, не те детали что-ли мне в СМП продали? Пойду тогда на АЛИ-экспресс к китайцам.

Имею в виду именно размер. Прикрепляйте, по возможности, изображения при помощи кнопки "вставить изображение" (вверху), а не "добавить картинку" (внизу). Так она отмасштабируется автоматически.

Сжать картинку не получается, пропала кнопка EDIT под первым сообщением с картинкой. Может у вас получится?

Сообщение отредактировал Уголев Антон - Sep 21 2018, 05:53

[wim]

Попробую позамыкать резистор на входе умножителя, авось ничего не сгорит

Вы бы схемку силовой части нарисовали. Потому что пуш-пуллы разные бывают. Если он с дросселем на входе (питаемый током) - это одно, а если без дросселя (питаемый напряжением) - то другое. Судя по бессмысленной фразе про высокую надежность пуш-пулла, мне кажется, что дросселя там нет.

[Уголев Антон]

Вы бы схемку силовой части нарисовали. Потому что пуш-пуллы разные бывают...

Дросселя нет, зато есть токовый сенсорный резостор 0,1 Ом в истоковой цепи ключей. Для LM5030 это значит 5А. Надёжность проверена на практике.

Очень похоже, что у Вас диоды не на 1000В, а на меньшее напряжение...

Я покупал их под названием HS1M. Благодарю за подсказку. Проверю, сейчас пока умножитель не у меня, друг забрал на тестирование.
... Нет, всё-таки пойду к китайцам
Пардон, ещё один вопросик. Общаясь на форуме, я заметил, что моделирование в LTspise очень популярно. Что скажите, хороший симулятор?

Сообщение отредактировал Уголев Антон - Sep 21 2018, 13:22

[wim]

Дросселя нет

И как же Вы собираетесь с помощью ШИМ что-то регулировать? Используете вместо дросселя индуктивность рассеивания трансформатора?

[Уголев Антон]

И как же Вы собираетесь с помощью ШИМ что-то регулировать? Используете вместо дросселя индуктивность рассеивания трансформатора?

И что же не так?




Сообщение отредактировал Уголев Антон - Sep 21 2018, 16:04

[gte]

И что же не так?

Выдался выходной и выдана схема, без которой все предыдущее можно не читать. Вся разгадка в трансформаторе.
Возьмите генератор, подключите к нему первичную (низковольтную) обмотку трансформатора (с подключенным умножителем к вторичной обмотке) через небольшой резистор. Измеряйте осциллографом напряжение на резисторе (ток) и напряжение на первичной обмотке трансформатора (после резистора). Пройдите частоты от 1 до 100 кГц и найдите точки последовательного и параллельного резонансов (точки, где сдвиг фаз ноль - где минимумы/максимумы тока/напряжения). Результат сообщите здесь.

[Уголев Антон]

Возьмите генератор...

Где б его взять. Покупать надо. До сих пор без него обходился. Лабораторную работу, значит, проделать, как в институте? Хорошо бы. Спасибо, будем искать возможности.
Резистор 100 ом нормально?
Вы имеете ввиду подключить генератор прямоугольных двуполярных импульсов к одной из первичных обмоток?
А мерить то что, сами частоты резонанса или величины тока/напряжения на этих частотах или ещё и напряжение на выходе умножителя?
А вообще как может работать в таком широком диапазоне трансформатор, ведь на малых частотах сердечник ферритовый будет входить в насыщение, если не изменить кол-во витков первички. Т.е. на низких частотах скорее всего неадекватно будет работать сам трансформатор.
(Forgive the kettle)

Сообщение отредактировал Уголев Антон - Sep 22 2018, 16:44

[gte]

Где б его взять. Покупать надо. До сих пор без него обходился. Лабораторную работу, значит, проделать, как в институте? Хорошо бы. Спасибо, будем искать возможности.

Можно снять в симуляторе, только потребуется адекватная модель трансформатора.
Можете просто плавно изменять частоту генерации того, что имеете и смотреть напряжение на выходе умножителя. Начните с 10 кГц. Без нагрузки можете получить даже больше чем желаете.

Резистор 100 ом нормально?
Вы имеете ввиду подключить генератор прямоугольных двуполярных импульсов к одной из первичных обмоток?
А мерить то что, сами частоты резонанса или величины тока/напряжения на этих частотах или ещё и напряжение на выходе умножителя?

Генератор синуса, резистор порядка единиц Ом, на выходе ничего смотреть не надо.

[Уголев Антон]

Начните с 10 кГц...

На 10 кГц уже другой транс мотать надо, индукция в насыщение входить будет.
У меня на схеме пуш-пулла есть переменный частотозадающий резистор 50 кОм на ноге Rt. Я менял частоту от 50 до 100 кГц, никаких существенных изменений не замечал.
Вы хотите сказать, что нормальная работа умножителя возможна только на каких-то резонансных частотах?
И без нагрузки нельзя, напряжение на выходе измерять надо в реальном времени через ОУ.
И почему нужно начинать именно с 10кГц? Ведь на низких частотах скорость переходного процесса на выходе умножителя низкая.
(см. http://www.rotr.info/electronics/theory/en....htm#transient)

А вы не разделяете мнение о несоответствии компонентов (диодов и конденсаторов) заявленным требованиям? Почему я склонен так думать? Потому что собирал однажды умножитель на том же пуш-пулле по двуполярной схеме умножения на 4. На вход давал 170V, на выходе получал 680V на нагрузке! Но я этот умножитель собирал не из SMD-компонентов, а из китайских диодов HER108 и наших плёночных конденсаторов. Так работает всё за милую душу на частоте 50 кГц. Правда там конденсаторы у меня не 10nF, а 100nF, и резистор на входе умножителя 50 Ом. Я конечно мог бы из этих же компонентов собрать и умножитель на 14, но он огромный получится, места много занимать будет. А хотелось поменьше.

Сообщение отредактировал Уголев Антон - Sep 22 2018, 17:44