Высоковольтные источники питания для (гео)физики, Довольно общая тема Опции

[TheMad]

Фёдор, привет.
Нет, это не для ФЭУ. С ФЭУ проблем вообще нет, там напряжение относительно низкое - в пределах киловольта как правило.
Почему это я не смогу работать с использованием намагничивания феррита в оба конца?

[Yuri7751]

А вот за ссылки на миниатюрные генераторы рентгена спасибо! Не видел таких мелких. Рентген как таковой меня не интересует, но увидеть бы что внутри этих прекрасных коробочек! Возможно как раз только рентген и поможет: скорее всего там всё залито наглухо.

Внутри никакой магии. Вот источник от Amptek - 50кВ, 80 мкА:



Обычный Роер и 28 каскадов умножения (умножитель под делителем обратной связи). Трансформатор EFD1820, секционированный. Заливается силиконовым компаундом скорей всего от Dow Corning, мы используем КЕ-1024 от Shin-Etsu.
Конденсаторы умножителя 820пФ, 5 кВ SMD. Управляется роер перевернутым buck-регулятором на LT1738.
Показана только высоковольтная часть (без трансформатора накала), там ещё пара плат - на одной вся аналоговая часть, на второй микроконтроллер и интерфейс.

[gte]

Внутри никакой магии. Вот источник от Amptek - 50кВ, 80 мкА:

Сложнее будет, когда мощность будет больше. Тогда дешевого серийного трансформатора не будет и напряжение на выходе трансформатора надо будет увеличивать.

Если Вас выводной резистор на выходе умножителя стоит, то он никак не тянет на 50 кВ.
А если он композитный, то может быть еще хуже.

[Yuri7751]

Сложнее будет, когда мощность будет больше. Тогда дешевого серийного трансформатора не будет и напряжение на выходе трансформатора надо будет увеличивать.

Если Вас выводной резистор на выходе умножителя стоит, то он никак не тянет на 50 кВ.
А если он композитный, то может быть еще хуже.

Резистор carbon composition 100к. Ту небольшую энергию, что он должен рассеять при пробоях в пушке, он рассеивает без вреда для здоровья. С ним проблем никаких. Но в целом схема пробоев не любит - вылетает операционник в канале измерения тока эмиссии, невзирая на два TVSа. Но американцы махнули рукой, добившись надёжной работы пушки.
Ясен пень, что на бОльшие мощности используем другие топологии. На 40-60кВ, 60Вт (входное 24В, для рентгена) мы и Спеллман/Мацусада () - обычный (почти) пуш-пулл и трансформатор (дешёвый серийный, ага)на ETD (PC44), намотанный универсалью (honeycomb). От обычного пуш-пула отличается добавлением дросселя 1:1 в коллекторы мосфетов для подавления выброса. Число каскадов умножения 18 (для 60кВ). Замечу, что в рентгеновских источниках особо заморачиваться кпд обычно смысла никакого нет (по крайней мере для медицинского и XRF). Хотя в данном случае он не такой уж плохой. Сколько получалось, не помню, но мосфеты не грелись вообще. Грелись только снабберы, но у них судьба такая.
Вот дальше буду делать на 500Вт - будет интересней.

[Herz]

Показана только высоковольтная часть (без трансформатора накала), там ещё пара плат - на одной вся аналоговая часть, на второй микроконтроллер и интерфейс.

А зачем второе вложение такого объёма? Информации оно всё равно не добавляет.

[Yuri7751]

А зачем второе вложение такого объёма? Информации оно всё равно не добавляет.

Я, конечно, всё понимаю, но на месте админов я бы таки поменял движок на что-нибудь человеческое. Исправил.

[TheMad]

От обычного пуш-пула отличается добавлением дросселя 1:1 в коллекторы мосфетов для подавления выброса.

Нельзя ли пояснить что имелось в виду? С куском схемы было бы идеально.

[Yuri7751]

Вот вся плата от Matsusada XR505. Я так понимаю, разрабатывалось это Спеллманом. Или наоборот Сейчас ещё китайцы (Wisman) выпускают.



Обмотки Т2 намотаны одновременно в противоположных направлениях (кошмар технолога короче). В принципе довольно эффективно работает, хотя полностью, конечно, выбросы не убирает. Но без него вообще беда. Я мотал на колечке, снабберы включил нормально - два на землю и выкинул безумные драйверы - поставил крохотные сборочки npn-pnp от Diodes. Много керамики оттого, что всё заливается вместе с высоковольтной частью. Хотя я склоняюсь к тому, чтоб отказаться от заливки этой части в целях снижения веса и цены.

[Plain]

Схема явно для врагов, потому что всё делается гораздо проще, дешевле и надёжнее.

[Yuri7751]

Всё ещё хуже . У меня ощущение, что мосфеты в оригинальной схеме работают вместо снабберов, обрезая лишнее. Отсюда и корпус ТО3. Тем более, что часами рентген никто не гоняет.

[khach]

Вот вся плата от Matsusada XR505.

А какова конструктивная емкость обмоток ВВ трансформатора? Или резонансная частота его обмоток? Как она связана с рабочей частотой преобразователя? Вроде в последнее время наметился переход на квазирезонансные преобразователи по типу LLC, поэтому интересна конструкция системы управления таким преобразователем с устройством плавного старта и как подобный преобразователь реагирует на пробой нагрузки.

[gte]

Резистор carbon composition 100к. Ту небольшую энергию, что он должен рассеять при пробоях в пушке, он рассеивает без вреда для здоровья. С ним проблем никаких. Но в целом схема пробоев не любит - вылетает операционник в канале измерения тока эмиссии, невзирая на два TVSа. Но американцы махнули рукой, добившись надёжной работы пушки.

Уточню, без вреда для здоровья резистора.
Я думаю, что причина выхода из строя TVS в следующем. Если Вы внимательно изучите тех. документацию на композитные резисторы то найдете такую засаду - уменьшение их сопротивления при увеличении напряжения.
Это проблема многих высоковольтных резисторов, но у композитных проявляется в полной мере. Посмотрите какой у них Voltage Coefficient. Для композитных он может быть до от нуля до -0,1-0,05 %/V . Т.е. при 50 kV исходное сопротивление может упасть в десятки раз. Отсюда и вылеты TVS. Причем, испытание можно пройти, а на другом экземпляре выйдет из строя TVS или в.в. столбы.
Специалисты Спеллман обязаны были это учитывать.

На 40-60кВ, 60Вт (входное 24В, для рентгена) мы и Спеллман/Мацусада () - обычный (почти) пуш-пулл и трансформатор (дешёвый серийный, ага)на ETD (PC44), намотанный универсалью (honeycomb).

Интересно. Можете подсказать марку серийного трансформатора на 60 Вт?

А какова конструктивная емкость обмоток ВВ трансформатора? Или резонансная частота его обмоток? Как она связана с рабочей частотой преобразователя? Вроде в последнее время наметился переход на квазирезонансные преобразователи по типу LLC, поэтому интересна конструкция системы управления таким преобразователем с устройством плавного старта и как подобный преобразователь реагирует на пробой нагрузки.

В.В. трансформатор самый дорогой компонент после умножителя, если он сделан специально для вв. источника. Серийность небольшая.
А в этой схеме небольшая мощность и использован серийный трансформатор от какого-нибудь телевизора.
Так, что как получилось, так и получилось. Может поэтому и остальные выкрутасы.

[Yuri7751]

Я думаю, что причина выхода из строя TVS в следующем.

Вы не поняли - TVS из строя не выходит никогда, но и не спасает вход ОУ. Чудеса какие-то, ни в одной другой такой схеме такого нет, в т.ч. в 60ВТ-ном. Там кстати тоже стоят carbon composition резисторы, только поболее числом.

Интересно. Можете подсказать марку серийного трансформатора на 60 Вт?

Тут уже я наверное неправильно выразился. Я никогда не использую серийных высоковольтных трансформаторов ввиду их отсутствия в природе.
Серийные здесь сердечник (РС40) и катушка:

Высоковольтная обмотка намотана honeycomb методом, как я уже писал.

А в этой схеме небольшая мощность и использован серийный трансформатор от какого-нибудь телевизора.

Какого телевизора? Со свалки что ли? Дык уже и на свалке не найдёшь. Помню, как в 2006 корейцы ржали - мы тогда воевали то ли с Украиной, то ли с Белоруссией из-за газа и лишили Европу поставок. Самсунгу пришлось остановить завод в Словакии, делавший CRT мониторы для отсталой Восточной Европы. В Корее о них уже все забыли к тому времени.

А какова конструктивная емкость обмоток ВВ трансформатора? Или резонансная частота его обмоток? Как она связана с рабочей частотой преобразователя? Вроде в последнее время наметился переход на квазирезонансные преобразователи по типу LLC, поэтому интересна конструкция системы управления таким преобразователем с устройством плавного старта и как подобный преобразователь реагирует на пробой нагрузки.

Не мерял - тут не резонансная схема, но судя по всему мы работаем выше резонанса. Мосфеты включаются мягко, не шумят и не греются вообще.

Резонансный я делал на 400Вт, 15кВ для field emittion дисплея. Только не LLC - из-за паразитной ёмкости трансформатора он у вас вряд ли получится. Скорей LCC (хотя реактивностей там не три). Хорошая топология. Стоит попробовать хотя бы ради интереса, потом и вам понравится .
В том источнике использовал UCC28600, обратная связь по напряжению на ОУ, всё обычно. На пробой реагирует, как и должен - нормально . Правда у меня там была схема защиты. При пробое источник выключается и включается через несколько секунд сам. С плавным стартом, ага. С высокой частоты.
Делал и на сборках от Fairchild - со встроенными мосфетами. В принципе все контроллеры LLC одинаковы - содержат схему плавного пуска и...всё Хоть бы ОУ встроили для приличия.
Но для нынешних рентгеновских дел эта топология мне не подходит из-за необходимости регулирования в очень широком диапазоне, да и нагрузка тоже меняется от ХХ до номинала.
Сейчас у меня лежит Спелманновский рентгеновский источник на 1200Вт. Всё собираюсь посмотреть, как они сделали. Он резонансный, но работает на фиксированной частоте (UC3825) и регулируется от 0 до 50кВ. Причём никаких извращений (типа дополнительных ключей и т.д.) осмотр не выявил. Просто полумост, резонансные компоненты (с использованием индуктивности рассеяния) и всё. Пока непонятно.

[gte]

Вы не поняли - TVS из строя не выходит никогда, но и не спасает вход ОУ. Чудеса какие-то, ни в одной другой такой схеме такого нет, в т.ч. в 60ВТ-ном. Там кстати тоже стоят carbon composition резисторы, только поболее числом.

Если не горят, то энергии запасенной в емкостях не хватает. Проблема именно в carbon composition и в том, что на них большое напряжение - явно выше номинала. Там где 60Вт их явно вероятно больше и с меньшей нагрузкой, они еще и последовательно. А плохой VC не у всех подряд (для одного типономинала). Не зря он указан от нуля до хх. Причем, при использовании меньше максимального допустимого импульсного напряжения резисторов, проблем меньше. Поставьте два последовательно и проблема исчезнет.

Тут уже я наверное неправильно выразился. Я никогда не использую серийных высоковольтных трансформаторов ввиду их отсутствия в природе.

Понятно, вот и я удивился.

Какого телевизора? Со свалки что ли? Дык уже и на свалке не найдёшь.

А для чего предназначался EFD1820 как не для CCFL. И напряжение соответствующее, в результате большое число каскадов.

[Yuri7751]

А для чего предназначался EFD1820 как не для CCFL. И напряжение соответствующее, в результате большое число каскадов.

Сам сердечник и катушка, конечно, да. Но трансформатор рассчитывался и мотался под конкретный проект. Собственно EFD1820 - это уже наше, у Amptek (они предлагают быть их OEM-производителем) был несколько иной. Их по-разному называют - там центральный стержень с катушкой вкладывается в пазы прямоугольного кольца. И сверху ещё крышка из феррита. Он чуть лучше, но такого мы уже не нашли. С этими ферритами постепенно наступает тот же финал - труднее становится доставать. Некоторые фирмы переходят на EE, URS и EFD не столь плоского формата. Так сказать, широкого применения.

Проблема именно в carbon composition и в том, что на них большое напряжение - явно выше номинала.

Главное достоинство этого типа в том, что они выдерживают большие перегрузки (собственно больше их нигде нынче и не используют, кроме как в высоковольтных цепях в качестве ограничительных: http://3rlab.co.kr/anglais/pdfs/et.pdf ). К сожалению фирма по ссылке перестала выпускать специальные резисторы для этих целей (скорей всего тоже композитные) приемлемых для нас размеров и ушла в сектор больших энергий.