Gleichrichter für 65kHz HF Hochspannung bis 20KV?
Moin Leute ,
Ich habe eine Vorschaltung für einen Teslatrafo gebaut die noch nicht ganz fertig ist . Ich bin soweit dass ich als Versorgung Einen HF Wechselrichter gebaut habe (Frequenzgenerator -Frequenzverstärker dann zur Halbbrücke mit IRFP460er und auch der HF Hochspannungstrafo ist selbst gebaut . An einem am Ausgang Gleichgerichtetem und geglättetem Stelltrafo kann ich die Leistung einstellen . Den Ausgang des HF Trafos kann ich kurzschließen und es wird nur noch ein Kleiner Strom verbraucht . Darauf lege ich wert ,weil Die Funkenstrecke später auch periodisch kurzschließt . Nun habe ich aber ein Problem mit der Gleichrichtung .
Es kommen raus : bis 20000 volt bei 65 KHz und 800 Watt etwa ,also richtig Dampf .Jedoch Hällt kein Gleichrichter lang Durch . Ich habe es mit ner Kaskade versucht die nur eine stufe hat und aus vielen Dioden 4kv 200mA mit Ausgleichswiederständen besteht . 6 in reihe und das ganze 4 mal parallel .Konnis unter 1nF . Das ding wird schnell heiß und die leistung die gefressen wird steht in keiner Relation zum Ausgang am Teslatrafo . Ich habe mir 20 KV 2A Einphasendioden gekauft und eine als Gleichrichter genommen . Das Ergebnis war wesentlich besser . Kaum verbrauch und viel mehr Power am Teslatrafo Ausgang ,aber auch diese ging kaputt . Dann eine Reihenschaltung aus VS-HFA 15TB60 ultrafast mit ausgleichswiederständen 4 Megaohm parallel zu jeder . Es geht aber sie werden schnell warm .
Woran liegt es dass immer so viel Leistung am Gleichrichter verloren geht ?
Bei 60 KHz muss ultrafst doch reichen oder ? 15 Ampere können sie schalten das ist 100 mal mehr als ich brauche und ich habe die Spannung der Reihenschaltung nicht überschritten .
Kann mir jemand sagen was ich falsch mache ,welche dioden ich nehmen sollte . Hyperfast sogar? Hat jemand mit ähnlichem Erfahrung? Ich hänge schon ewig an dem Problem rum . Irgendwie muss man das doch gleichrichten Können .....
Ich würde mich freuen wenn jemand sich meldet der was weiß . Sonnst probiere ich es mit ner Reihenschaltung aus 40stück 600 Volt 15A hyperfastdioden Plus ausgleichswiederstände . Aber das käme sehr Teuer .....
1 Antwort
Es kommt auf die genauen Umschaltzeiten der Dioden an. IdR sind Hochstromdioden sehr langsam.
Das Problem ist kurze Umschaltzeit und viel Strom schließen einander aus.
Ich würde in dem Fall zu einer aktiven Gleichrichterschaltung greifen, die kann mit guter Steuerung und FETs auch das noch gleichrichten allerdings musst du erstmal FETs für die Spannung finden.
Als Dioden kannst du am ehesten noch Siliziumcarbid Schottky Dioden verwenden mit extrem kleiner Umschaltzeit das sind aber meist schon recht teuere Dioden. Die billigsten von Conrad Farnell oder RS sind hald bei dieser Zeit und bei dem Strom schon zu langsam.
Btw in Serieschalten der Dioden bringt nicht all zu viel irgendwann brennt eine Diode ab weil sie sich alle minimal unterscheiden.
Das Problem ist hier dass die Schaltgeschwindigkeit der Dioden wohl zu gering ist.
20kV mit 50mA mit 65kHz zu schalten ist nicht ganz ohne und mit Standarddioden nicht machbar weil die Recoverytime zu hoch ist. Da bist du schnell mal im Mikrosekundenbereich und in dieser Zeit hast du quasi die volle Verlustleistung an der Diode was zum thermischen Tod von dieser führt.
Der Strom und die Spannung alleine sind natürlich kein Problem, aber mit der hohen Frequenz werden sie zum Problem.
Ich Baue mal einen Frequenzgenerator ein der runter bis 20 Khz gehen kann . 65 ist das minnimum bei dem grade . Danke
Ja also kleinere Frequenzen sind auf jedenfall einfacher zu handhaben.
Btw warum verwendest du überhaupt schon HF in der Ansteuerung?
Du kannst die Hohe Spannung auch über einen einfachen Sperrwandler mit nachgeschalteter Hochspannungskaskade erreichen oder brauchst du unbedingt die 800W?
Btw nur als Anmerkung am Rande ich glaube zwar dass du dich gut auskennst aber pass bitte auf 800W Hochspannung ist sehr schnell tödlich.
Ursprünglich wollte ich eine sstc bauen ,also eine Voll elektronische Teslaspule . Leider spricht der Teslatrafo kaum darauf an . Natürlich habe ich den Resonanzpunkt gesucht aber der Teslatrafo scheint einach zu groß zu sein . Auch bei über 500 Watt kommt nur 15000Kv etwa . Die Mosfeds werden schnell heiß obwohl sie bei einer Ohmischen Last bei 500 watt glatt kalt bleiben . Ich bin mir nicht sicher was dahinter steckt . Irgendeine Rükkoppelung warscheinlich . Ich habe es dann mit der herkömmlichen Variante versucht . Also Funkenstrecke Hochspannungskondensator aufladen . Die Gesammtenergie ist zwar die Gleiche aber die Impulsleistung geht schnell in den 2stelligen Kw bereich . Darauf spricht der Teslatrafo super an . Die Alte vorschaltung möchte ich gerne als Hochspannungsquelle konzipieren da sie sonnst umsonnst gewesen währe . Ich habe 3 Monate Entwicklung drin . Da würde ich mir die Haare ausreißen und ich habe keinen Bock auf einen 10 Kg schweeren netztrafo der dazu noch mega teuer ist . Bei 50 Hz ist mir der Strom nach dem Gleichrichten außerdem viel zu Brummig . Ich habe die Frequenz nun von 65 auf 30 kHz heruntergeregelt und fahre mit Zeilentrafos . Ja man muss wirklich aufpassen . Man hat bei mir schon ein paar Schreie aus dem Keller gehört aber bei Strom lernt man sehr schnell :) . Bei HF verbrennt man sich nur aber son Kondensator der noch geladen ist .... da spürt man dass man lebt ;)
Nur als kleine Anmerkung zu den sstcs.
Die macht man idR über eine Schaltung die den Namen Joulethief trägt. Diese Schaltung betreibt die Spule immer in Resonanz und wird auch in ähnlicher Form bei Induktionsheitgeräten verwendet.
Man muss hier so eine Schaltung verwenden weil die Resonanz der Spule sich stark verschieben kann wenn man in die Nähe kommt und dann gehts nicht mehr, es ist daher essentiell, die Frequenz nachzuführen und nicht auf einen konstanten Wert einzustellen.
Das Problem mit deiner entwickelten Schaltung sehe ich in erster Linie in der hohen Frequenz. Du kannst deine Schaltung vermutlich aber relativ leicht in einen Sperrwandler umdesignen dazu brauchst du einen Trafo mit Luftspalt oder in einfachster Weise eine Zündspule aus einem PKW. Für die Gleichrichtung dabach reicht dir idR eine schnelle Hochspannungsdiode aus. Da du beim Impulsdesign ohnehin nur einen Kodensator laden musst kannst du die Schaltfrequenz auf einige 100Hz runter mit einem geeigneten Dutycycle bringen. Die Ansteuerung von dem Ding geht dann über einen einfach NE555 der kann dir die Schaltfrequenz auch an den Energiefluss anpassen.
Ein weiterer Vorteil von dem Design ist dass die mittlere Leistung im zwischenkreis klein bleibt aber die Impulsleistung je nach Kondensator dennoch hoch ist. Das hilft dir die Diodenverluste klein zu halten.
Sehr cool dass sie sich solche mühe geben . Ja hatte auch bei meinem HF Trafo komische Effekte. Bei 65 KHz konnte ich den verbrauch hoch und niedrig halten der Verbrauch nahm entsprechend zu und ab und ich konnte sogar kurzschließen ,dann war der verbrauch gering bzw so als würde ich garnichts abnehmen . Bei 100 KHz war der verbrauch auch nicht wesentlich anders aber mittendrin wenn man einen Lichtbogen zog explodierten mit die Mosfeds .Ein Phänomen . Bleiben kalt und plötzlich peng. Wenn das nix mit UFO's zu tuhn hat 😂 .Naja vielleicht wurde eine Stöhrung eingestreut durch meinen HF Trafo . Der kern war ein Ferritstab ,also komplett offen ,das strahlt natürlich aus. Die Elektronik sitzt in einem Blechgehäuse aber die Anzeige vom Stelltrafo spinnt auch immer rum sobald ich da HF Action mache.Ich habe heute Zwei Zeilentrafos zusammen auf eine Platiene gebaut und schön designt . Primär paralel und auch sek paralel ,damit ich die Power Habe . Das bei 30 KHz läuft Top . Primär habe ich 22 Windungen und Schiebe mit bis zu 450 Volt . Sek bekomme ich bis zu 40000 volt und alles läuft Stabil und auch ein Kurzschluss ist kein Problem . Die Fet's Bleiben kühl und ich habe die Gleichrichtung Gleich mit drin . Ich denke ich habe nun die Perfekte Hochspannungsquelle aber das mit dem joulethief schaue ich mir aus Interesse trotzdem mal an . Als ich die Kappazität der Teslaspulenkugel sammt spule gemessen habe ,habe ich schon gemerkt was sie hir meinen. Sie schwankte zwischen 40 und 50 Picofarad nur weil ich etwas mehr hin fasste oder weiter weg ging aber jetzt baue ich ja eh kein Sstc mehr sonder ganz normal . Aber mit rotierender funkenstrecke und gekapselt . Ich möchte Helium einfüllen dann verschleißt sie kaum noch . Hab da schon was ausprobiert mit einer statischen löschfunkenstrecke . Argon ist nicht so gut ,helium ist besser aber trotzdem ionisert es viel leichter als luft bzw Stickstoff ich denke ich setze das ganze unter Druck ,2-3 bar dann ist es sicher viel besser . Einen schönen Abend noch :)
Fets sind je nach Ansteuerung sensitiv auf Elektromagnetische Störungen daher kanns hald sein dass die drauf gehen. Außerdem ist bei solchen Schaltungen immer wichtig die Fets richtig zu steuern, also entsprechend Deadtime einplanen, einen Snubber vorsehen damit die Dinger nicht durch den Spannungshub durchschalten, das Gate mit einer TVS Diodenschaltung schützen etc.
Bei höherem Druck in der Funkenstrecke musst du aufpassen dass du den Lichtbogen nicht mitziehst. Je mehr Druck desto schlechter erlöscht der Lichtbogen weil du mehr Ionen hast welche Deionisiert werden müssen. Du solltest also eine Löschvorrichtung einbauen.
Ja eine Deadtime habe ich mir dadurch erhofft dass ich eine 3,6 volt zehnerdiode in gegenrichtung zum Gate geschaltet habe . So kann die negative Spannung direkt durch und abschalten ,die Positive muss erst eine gewisse Höhe ereichen um zu Laden . Dann sollte eine Deadtime entstehen habe ich mir jedenfalls so gedacht . Ich habe natürlich auch zwei gegensinnig geschaltete 15 volt zehnerdioden zwischen gate und Source und 10 Ohm vor dem Gate der Beiden . Ich fahre mit einem Gate Driver Trafo . Muss ja wegen der Galevanischen Trennung . Es sind noch zusätzlich zu den Bodydioden paralel jeweils eine MUR3060PT . So sieht die ganze Endstufe aus . Das mit den Snubberkonnis hab ich noch nicht so drauf ,muss ich mich mal mit beschäftigen . Oh dass mit der funkenstrecke wusste ich noch garnicht ,dass bei höherem Druck der Lichtbogen länger stehen Bleibt . Eventuell kann ich die Funkenstrecke auch 2 oder 3fach ausführen so dass im höchstfall also 6 Spalten da sind die sich einander nähern und entfernen . Mal schauen ,bissel testen alles .
Wenn du galvanische Trennung haben willst wären eventuell optische FETs oder IGBTs nicht schlecht. Die brauchen aber eine höhere Deadtime weil man die Basis bzw das Gate nicht aktiv entladen kann.
Dann müsste ich die Ansteuerung ganz neu entwerfen ,aber so wie es jetzt ist funktioniert es schon Top . Ich bin sehr zufrieden . Ein hoch auf Zeilentrafos . MfG
War jetzt nicht für dein momentanes Projekt gedacht sondern nur als Input wenn du mal wieder solche Schaltungen entwerfen willst ;)
also wenn ich richtig rechne, dann haben wir es hier mit 40, sagen wir wenns dumm läuft 50 mA zu tun. das sind bei 20 kV schon ne hausnummer, aber für die dioden selbst sollte das noch kein problem sein.