Jump to content

    

Умножитель 360V - 6kV не даёт больше 3kV

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:

 

2018-09-17_23-16-05.png

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Расчет по схеме показывает, что все должно работать. Указанная неисправность (ограничение выходного напряжения определенным значением) часто характерна для уменьшенного, относительно указанного на схеме, сопротивления нагрузки. Сейчас это R2+R3=20 МОм, что дает выходной ток 150 мкА. С учетом входного тока 100 мА, коэффициента умножения 14:1 и возможного КПД 15...50% выходной ток д.б. не менее 1 мА. Смотрите сопротивление нагрузки, где-то есть утечка.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Схема заработала, но не совсем так, как ожидалось
Если Вы хотите получить 1,8 Вт с выхода умножителя, начните с моделирования. LTSpice, например.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Проблема в том, что сначала при повышении амплитуды импульсов, поступающих на вход умножителя (это делалось вручную повышением напряжения питания импульсного трансформатора Пуш-Пулла)

А вы наблюдаете повышение амплитуды импульсов на выходе трансформатора? Или только предполагаете?

Share this post


Link to post
Share on other sites

R1 должен быть на два порядка меньше и естественно высоковольтным.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Прошу прощения. Не сразу углядел резистор R1 на входе. Убирайте однозначно, он значительно ограничивает входной ток. Просто высчитайте входную постоянную - 68 мксек, гораздо больше периода входных импульсов. Именно в их соотношении (постоянная времени и период входных колебаний) уменьшается максимальный выходной ток относительно ожидаемого/расчетного.

Edited by Ural

Share this post


Link to post
Share on other sites

Выходное напряжение можно пропорционально снимать и с C7, тоже обычным объёмным высоковольтным резистором.

Share this post


Link to post
Share on other sites
А вы наблюдаете повышение амплитуды импульсов на выходе трансформатора? Или только предполагаете?

Да, импульсы я вижу на осциллографе TEKTRONIX, причём после входного токоограничительного резистора, т.е. фактически это напряжение на 1-м конденсаторе.

 

Если Вы хотите получить 1,8 Вт с выхода умножителя, начните с моделирования. LTSpice, например.

Моделировал в Multisim, в модели всё прекрасно.

 

Прошу прощения. Не сразу углядел резистор R1 на входе. Убирайте однозначно, он значительно ограничивает входной ток. Просто высчитайте входную постоянную - 68 мксек, гораздо больше периода входных импульсов. Именно в их соотношении (постоянная времени и период входных колебаний) уменьшается максимальный выходной ток относительно ожидаемого/расчетного.

А как же тогда я вижу на осциллографе импульсы, естественно с заваленными фронтами, на 1-м конденсаторе после этого резистора? Тогда бы он не заряжался до 400V? Причём явно с насыщением, а не на участке крутого подъёма фронта.

 

Выходное напряжение можно пропорционально снимать и с C7, тоже обычным объёмным высоковольтным резистором.

Ну да, вероятно можно после отладки и уверенной работы, просто мне пока нужно убедиться, что заряд доходит до последней ступени в полном объёме. А потом ещё у меня задача, чтобы после пробоя всё быстро разряжалось, поэтому этот резистор на выходе ещё и для разряда нужен.

Share this post


Link to post
Share on other sites

И не великоват ли обратный ток у этих диодов?

П.С.Картинку сожмите, пожалуйста.

Share this post


Link to post
Share on other sites
А может быть существуют какие-либо другие схемные решения для получения заданных характеристик высоковольтного импульса?

лучше + делайте чем - на выходе.

меньше утечек в воздух , Вы ж не люстру Чижевского делаете , верно ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

360 (400) - это действительно амплитуда (т.е. +360\-360 на вторичной обмотке) или peak-to-peak? А то тут бывают разночтения.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
лучше + делайте чем - на выходе.

меньше утечек в воздух , Вы ж не люстру Чижевского делаете , верно ?

 

Не сочиняйте. Какие "утечки в воздух" на трёх-то полученных киловольтах? Какая люстра? :)

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
360 (400) - это действительно амплитуда (т.е. +360\-360 на вторичной обмотке) или peak-to-peak? А то тут бывают разночтения.

Да, это именно амплитуда переменного напряжения относительно нуля входных импульсов, получаемых с трансформатора Пуш-Пулла. Вообще-то я сам не совсем понимаю, почему я вижу такую картинку, ведь справедливо было подмечено, что постоянная времени заряда первого конденсатора при таком номинале резистора 6,8 кОм и ёмкости 10nF равна 68 мкСек, а период колебаний входного напряжения 10...20 мкСек. И тем не менее я вижу не пилу, а почти прямоугольные импульсы.

 

И не великоват ли обратный ток у этих диодов?

П.С.Картинку сожмите, пожалуйста.

Вы знаете, да, меня тоже мучают смутные подозрения, но не сам обратный ток в установившемся режиме обратного постоянного напряжения, а выброс обратного тока, который возникает за время trr (reverce recovery time) при переключении диодов из открытого в закрытое состояние. Это только моё предположение, поскольку практик в таких вещах я никакой. Но по логике я начинаю подозревать, что при таких малых емкостях - 10nF диоды сначала заряжают конденсаторы, а при переключении не удерживают этот заряд и сливают его.

Друзья, подскажите, моё предположение верно, или на практике такого не бывает?

Share this post


Link to post
Share on other sites

На эквивалентой схеме конденсаторы образуют с сопротивлением источника ФВЧ, а ёмкости диодов ФНЧ — таким образом, умножитель является полосовым фильтром.

Share this post


Link to post
Share on other sites
На эквивалентой схеме конденсаторы образуют с сопротивлением источника ФВЧ, а ёмкости диодов ФНЧ — таким образом, умножитель является полосовым фильтром.

Т.е. вы хотите сказать, что на таких частотах умножитель вообще в принципе неадекватен как умножитель?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now