ALC 909 Schaltnetzteil

[medusa]

Hi Freax,

jetzt da ich es habe, allen meinen Dank, die mich auf meiner Suche mit Rat unterstützt haben. Dies hier ist der 2. Bericht aus meiner Hexenküche, den ich versprochen habe.
Die meisten Gaslaternen hier kennen wahrscheinlich das Zeiss-Schaltnetzteil, das zum ALC 909 Z gehört. Ein längliches Aluteil mit mehreren Kisten und Platinen darin, das ein bißchen so aussieht, als sei es von Han Solo's "Millenium Falcon" abgefallen. Die Bezeichnung auf dem Typenschild lautet ZPS.02, hergestellt von einer Zeiss-Tochterfirma in den USA.
Ganz alleine tut es das SNT noch nicht, es braucht etwas externe Beschaltung. Die Kontrollplatine muß mit +/-15V versorgt werden, und an dem 26-pinnigen Stecker braucht es minimal 2 Schalter und ein Poti für die Stromregelung. Ich habe mich entschlossen, all das in einem "Kellergeschoß" unterzubringen, denn die beiden nach unten gekrümmten Rohranschlüsse verhinderten sonst ohnehin, das SNT waagerecht in einem Regal abzustellen.

snt.jpg

So sieht es jetzt aus. Unten die Schalter, das Poti und Meßgeräte für Strom und Spannung. In der rechten Alukiste werkelt ein 2-phasiger Abwärtswandler (buck converter), dessen Pulsbreitensteuerung mit etwa 44kHz getaktet ist (siehe das Oszilloskopbild unten). Auf dem Bild oben hängt eine Elektroheizung mit 24 Ohm als Testlast dran, die 7.5A bei etwa 180V aufnimmt.
In der mittleren Alukiste sind die dicken Elkos, deren zugehöriger Gleichrichter links unter meiner Abdeckung sitzt. Die ist lebenswichtig, weil die Schraubanschlüsse für den Anschluß an das 230V-Netz sonst offen liegen.

osc.jpg

Oszilloskopbild der Pulsbreitensteuerung von Phase "B". Vertikal 5V/div, horizontal 5us/div. Massepotential entspricht der Mittellinie. Pulsbreite entspricht einem Ausgangsstrom von 7.5A.

Ein Abwärtswandler ist eine feine Sache, weil sich die Ausgangsspannung stets an den eingestellten Strom anpaßt. Das Zeiss-SNT hat bei mir die verschiedensten Röhren zu Testzwecken betrieben, auch kleine wie die Lasos oder den ALC60. Bei den kleinen Röhren gibt es nur das Problem, daß die Stromspitze beim Zünden den Überlastschutz des SNTs ansprechen läßt. Es braucht hier einen Lastwiderstand als Begrenzung (3 Ohm reichen), dann laufen auch luftgekühlte Argonröhren an einem wassergekühlten Netzteil. Die 3 Ohm können übrigens nach dem Zünden per Bypass trockengelegt werden, für den Betrieb sind sie nicht notwendig.

Der Ausgangsfilter des SNTs macht im Betrieb übrigens leichte Geräusche, ein leises Rauschen wie bei der Sendersuche mit einem alten Analogradio. Steigt die Spannung im Betrieb bis auf 280V, so wird das Rauschen plötzlich schärfer. Hier ist wohl das obere Limit des Wandlers erreicht.

alc909.jpg

Hier lasert zusammen, was zusammen gehört: ALC909Z mit zugehörigem SNT und der originalen "gehackten" Zündbox. Im Bild läuft das Schätzchen bei 15A Anodenstrom schön leise und ohne dampfenden und stinkenden Linearregler/Lastwiderstand.
Der Spot hinter der Kamera, dessen Widerschein das Zimmer erleuchtet, ist übrigens auf einem Strahlfänger aus einem schwarz eloxierten Kühlkörper (!).

~medusa.

[gento]

Erinnert mich an meinen Kelleraufbau.

lg Gento

p.s. läuft Wasser durch den Kreislauf hört man vom NT nix .

[fesix]

Sehr hübsch das ganze, bringt mich wieder auf den Gedanken mein selbstgebautes ALC60 Netzteil mal etwas umzubauen und zu modernisieren

[medusa]

Ja, Schaltnetzteile sind schon was Feines. Seit ich verstanden habe, wie das Teil funktioniert, bin ich fast versucht, mir ein kleines Funktionsmodell von einem Wandler zu bauen, um die Eigenarten von den Dingern praktisch etwas mehr zu erforschen. Das Prinzip ist wirklich elegant.
Kontroll- und Treiber-ICs gibts ja im Zeitalter der Großserien-PC-Netzteile auch für Centbeträge.

Mit "leise rauschen" meinte ich übrigens, mit dem Ohr nah am Lochblech auf der Wandlerkiste gerade noch zu hören. Ich hör das dann auch noch, wenn das Wasser läuft.
Wenn man normal vor dem Laser sitzt, ist natürlich nichts zu hören, da plätschert nur leise das Wasser im Abflußrohr.

~medusa.

[medusa]

Noch ein Nachtrag:

Ich hatte heute mal die Krypton-Röhre an dem SNT, die läuft zunächst mal gut los. Allerdings geht sie bei 14A einfach aus (mehrfach probiert), die Spannung ist da auf ungefähr 250 Volt angestiegen. Mit dem Ohr am Wandler gibt es kurz vorher die gleichen garstigen Geräusche wie mit der Elektroheizung bei 280V.
Scheint also, daß mit nichtlinearen Verbrauchern das SNT weniger nachsichtig ist.

~medusa.

PS. @kilovolt, falls er das liest: bei 14A gabs immer noch kein Gelb.

[kilovolt]

PS. @kilovolt, falls er das liest: bei 14A gabs immer noch kein Gelb.

Yep, er liest (fast) alles Schade, dass Dein Rohr noch kein Gelb rausleuchten will. Vielleicht ist es halt wirklich ein rein roter Krypton, das gibt's ja auch.

Ich hatte heute mal die Krypton-Röhre an dem SNT, die läuft zunächst mal gut los. Allerdings geht sie bei 14A einfach aus (mehrfach probiert), die Spannung ist da auf ungefähr 250 Volt angestiegen.

Wahrscheinlich kann das Netzteil da nichts dafür. Ich hatte interessanterweise genau dasselbe Problem mit einem meiner ALC-60X an meinem einfachen Linearregler. Das Problem trat immer nur mit diesem Kopf auf und zuerst immer ab knapp 7A, später, als er viel gelaufen war, jedoch erst bei 8,3A. Zudem stellte ich fest, dass meist kurz vor dem Auslöschen die Röhrenbrennspannung in weiten Grenzen schwankte. Vermutlich ist es ein von der Röhre verursachtes Problem, denn das Netzteil wird immer versuchen, den Strom zu liefern, und sollte die Netzteilspannung nicht ausreichen, wird einfach entsprechend weniger Strom fliessen, aber der Stromfluss sollte nicht einfach abbrechen. Leider habe ich auch keine schlüssige Erklärung dazu, wie das Phänomen in der Röhre zustandekommen könnte, aber bei mir war es wirklich nur ein einziger Kopf, bei dem dies auftrat und ich vermute schon einen Zusammenhang mit starkem Überdruck. Evt. kannst Du wie ich durch runterbrennen des Röhrendrucks diese "Ausschaltschwelle" erhöhen?

Beste Grüsse
kilovolt

[medusa]

Ah, siehst Du, es ist doch gut jemand zu haben der sich mit den Netzteilen auskennt... an eine Plasmainstabilität hatte ich jetzt noch nicht gedacht, da ich für die Kryptonröhre auch überhaupt keine Referenzdaten habe. Ich werde das mit dem Runterbrennen mal probieren, das sollte bei Krypton relativ schnell gehen. Bisher war die Röhre ja immer nur kurz an.

Vorher hatte ich solche Instabilitäten für Dreck auf dem Reglerpoti gehalten, das dann beim Regeln "kratzt". Jetzt ist ein nagelneues drin, das kann also nicht der Grund sein.

Ich werde dann mal den Magnetstrom über meinen großen Pi-Filter glätten, damit es vom Magneten her keine Modulation der Leistung geben kann, und den Laserspot auf meine Solarzelle mit dem Oszi dran setzen und dann sehen, wann die Instabilität beginnt. Schließlich ist die Laserleistung ja ungefähr proportional zu I^2. Dann müßte ich relativ schnell sehen können, ob längerer Betrieb diese Grenze verschiebt.
Das Krypton für nix abfackeln wäre nämlich auch nicht schön.

~medusa.

[kilovolt]

Danke für die Blumen, medusa
Vielleicht wollte Dir Dein Laserchen auch einfach helfen, Strom zu sparen und ist deshalb von alleine ausgegangen?

Im Ernst, muss natürlich nicht zwingend sein, dass bei Deinem Setup die Ursache am gleichen Ort zu suchen ist.

Das Krypton für nix abfackeln wäre nämlich auch nicht schön.

Klar Gibt es eigentlich für reine Kryptonlaser auch eine Tabelle, in der man die ungefähre Betriebsstundenzahl in Abhängigkeit des Röhrenstroms findet? Ich meine, irgendwo mal gelesen zu haben, dass Kryptons und auch ArKr Mischgaslaser bedeutend weniger Betriebsstunden mitmachen als reine Argon-Laser.

Gruss kilovolt

[medusa]

Ich kenne leider keine Tabelle, in der was von Krypton-Verbrauch steht. Nur die Info, daß Kr im Vergleich zu Ar rasant runterbrennt. Angeblich haben die Coherent-Weißlichtlaser in ihren Nachfüllampullen fast reines Krypton aus diesem Grund.

Hab gerade eine 1.5-Stunden-Sitzung mit dem SNT und der Kr-909 hinter mir. Die Stromstärke, bei der sie ausgeht, kommt mit der Zeit immer weiter runter, zuletzt ist sie bei 11.5A ausgegangen. Wahrscheinlich wird sie erst mit der Zeit richtig warm, und der Gasdruck steigt weiter. Immerhin hatte ich den Eindruck, daß der Threshold nach einer Abkühl-Pause etwas runterkam und schon bei 11A lag -allerdings nur kurz, weil die Röhre ja schnell wieder warm wurde.

Das SNT hat auch Kapriolen gemacht. Entweder mag es den langen Betrieb bei der hohen Spannung nicht, oder die dauernden Wiederstarts haben irgendwann die Logik abstürzen lassen. Irgendwann war es jedenfalls in einem Zustand, in dem mehr oder weniger regelmäßig die Spannung kurz wegging. Provisorisch das Oszi dran zeigte, daß die Pulsbreitenstuerung kurz weg war in solchen Momenten. Die ohnehin "musikalischen" Ausgangsfilter haben jedesmal geknackt dabei... mir ist fast das Herz stehengeblieben. Kurz ein-und auschalten brachte keine Besserung.
Ich hab dann länger vom Netz getrennt, damit sich wirklich alle Kondensatoren entladen... jetzt scheint es wieder normal zu laufen, ich hatte die Heizung zum Testen nochmal dran. Zickt auch nicht bei hohen Spannungen. Irgendeiner ne Ahnung, was da passiert sein kann?

Das nächste Mal werde ich die Röhre nur knapp über Threshold laufen lassen, bis sie ausgeht. Jedenfalls wenn das SNT wirklich keinen Schaden genommen hat.

~medusa.

[kilovolt]

Das SNT hat auch Kapriolen gemacht. Entweder mag es den langen Betrieb bei der hohen Spannung nicht, oder die dauernden Wiederstarts haben irgendwann die Logik abstürzen lassen. Irgendwann war es jedenfalls in einem Zustand, in dem mehr oder weniger regelmäßig die Spannung kurz wegging. Provisorisch das Oszi dran zeigte, daß die Pulsbreitenstuerung kurz weg war in solchen Momenten. Die ohnehin "musikalischen" Ausgangsfilter haben jedesmal geknackt dabei... mir ist fast das Herz stehengeblieben.

Ich kann Deine Bedenken gut verstehen. Von eigenen Schaltungen (Stichwort SSTC) kenne ich die Angst sehr gut, dass was in der Endstufe abfackeln könnte, speziell wenn man hört, dass die Schaltvorgänge allenfalls etwas unsauber werden. Eigentlich müsste ein solches Schaltnetzteil jedoch die beiden Extremfälle "Kurzschluss" und "Leerlauf" beide verkraften können, da beides in der Realität vorkommen kann. Alle "Zwischenstufen" natürlich ebenso. Es ist vielleicht etwas Spekulation, wenn man die Situation so von aussen her beurteilen möchte. Was ich mir aber vorstellen könnte, dass die Kondensatoren im Primärteil des Netzteils allenfalls teilweise etwas Kapazität verloren haben. Ich musste früher beruflich unter anderem kleinere Schaltnetzteile reparieren (keine Lasernetzteile, aber prinzipiell ähnlich), und da war es ein durchaus geläufiges Problem, dass Elkos nahe von Kühlkörpern ausgetrocknet waren und ihre Kapazität verloren. Dies führte dann dazu, dass der Schalttransistor oder Power-MOSFET in der Endstufe nicht mehr sauber angesteuert wurde aufgrund eines unsauberen Treiber- oder Oszillatorsignals, was wiederum meist bei hohen Belastungen zu Zwitschergeräuschen führte und dementsprechend auch instabile Ausgangsspannungen zur Folge hatte. Im Extremfall konnte es dann natürlich auch passieren, dass die Endstufe abbrannte. Einen solchen Effekt bzw. das Anfangsstadium davon könnte ich mir allenfalls auch bei Deinem getakteten Netzteil vorstellen, falls dieses schon einige Jahre auf dem Buckel hat, aber wie gesagt, das sind halt wirklich reine Spekulationen. Die Geräusche bei unterschiedlicher Last müssen nicht zwingend etwas bedeuten.

Hab gerade eine 1.5-Stunden-Sitzung mit dem SNT und der Kr-909 hinter mir. Die Stromstärke, bei der sie ausgeht, kommt mit der Zeit immer weiter runter, zuletzt ist sie bei 11.5A ausgegangen.

Das ist erstaunlich. Ich hätte angenommen, dass die Tendenz genau gegenläufig wäre, zumindest war es in meinem Fall damals mit dem ALC-60X so. Allerdings konnte ich den Effekt auch erst über längere Zeit so feststellen. Nachdem ich den Laser immer mal wieder bei maximal möglichem Röhrenstrom betrieben hatte, stieg diese Auslösch-Schwelle (leicht).

Naja, wie auch immer, ich wünsche Dir auf jeden Fall viel Erfolg bei den weiteren Tests.

Beste Grüsse
kilovolt

[medusa]

Naja, ehrlich gesagt ist das nicht so ganz in der Spec, was ich da mit der Kr-Röhre treibe... die brennt um die 240V, das SNT ist aber von einem 909Z, der nach meinen Messungen immer ziemlich genau bei 170V bleibt.

Mit der kleinen Lasos-Röhre bei 85V, dem ALC60 bei 110V und der Elektroheizung bei allen möglichen Spannungen war ich aber auch nicht in der Spec, trotzdem gab's bei meinen Tests nie Streß dieser Art.

Ich hoffe, es war nur die Logik...

~medusa.

[medusa]

Ich glaub ich weiß was los war. Statt für das Treffen morgen zu packen hab ich gerade nochmal getestet, 45 min mit Testlast bei 240V, 6A - kein Problem. Danach den Laser dran, 240V, 12A, dauerte 45 min. bis er ausging - kein Problem.
Ich hab das SNT z.Zt. auf dem großen Pi-Filter stehen, den ich für diese Messungen als Magnetnetzteil benutze. Wie Murphy es will war da genau ein einzelner Lüftungsschlitz direkt unter der Kontrollplatine (bei meinem SNT fehlt das Alublech um die Platine).
Ich kann mir gut vorstellen, daß ein Oszillatorbaustein nach 1.5h in warmer Thermik auch schon mal Zahnschmerzen kriegt.

Die 45min bei 12A sind auch schon eine Verbesserung für die Kr-909-Röhre. Ich erinnere mich, daß ganz am Anfang, noch mit dem Pi-Filter und 4 Ohm als NT, die Röhre schon nach 30min ausging. Damals hab ich noch den ollen Sicherungsautomaten dafür beschuldigt (kilovolt erinnert sich vielleicht noch daran).

~medusa.

[kilovolt]

Hallo medusa

Super, dass es nicht so ernsthaft aussieht mit Deinem Netzteil.
Meiner Meinung nach sollte eine einigermassen intelligente Netzteilschaltung, welche mit Pulsbreitenmodulation und Feedback arbeitet, ohnehin in der Lage sein, eine klare Überlast selber zu erkennen. In diesem Fall müsste der Regler auf unbedenkliche Werte begrenzen oder allenfalls abschalten (Schutzschaltung). Vielleicht ist das Ausschalten auch eine themrische Schutzfunktion des Netzteils. Es ist in der Tat nicht einfach zu sagen, warum das passiert. Interessant wäre vielleicht noch der Versuch, ob das Netzteil bei einer Testlast mit 240V/12A auch nach 45 Minuten oder so abstellt oder nicht. Falls nicht, wäre das Problem wohl schon bei der Röhre zu suchen. In diesem Fall würde ich die Röhre ohne grosse Bedenken weiter so am Netzteil betreiben. Vielleicht hat das Pi-Filter auch EMV-Einstreuungen auf den Oszillator verursacht. Dann wäre es allerdings seltsam, dass der Fehler nicht von Anfang an auftrat.

Gruss kilovolt