LASER Power Supply design (ALC-60 NT)

[sanaia]

Hallo,

ich wollte nun doch mal das abenteuer NT-selbstbau wagen. Da das ding aber sowieso line-connected werden würde dachte ich mir, dann könnte ich mir den spartrafo eigentlich auch gleich ganz sparen

Die 325V DC kondensatorspannung nach dem gleichrichter könnte man doch ganz elegant mit einem PWM step-down regler auf die nötigen 130V runterbringen, den rest macht dann ein linearregler.

Die frage ist nun: was für einen transistor nimmt man denn da am besten ? Das ding müsste 350V@20A mit 25kHz schalten können. Irgendwelche vorschläge ?

[ralf-k]

Hi!

Warum dahinter noch ein Linearregler? Wenn das SMPS gut aufgebaut ist brauchst du den nicht mehr.
Als Transistor würde ich einen Mosfet mit 600V nehmen. Also IRFP 460 ist da ganz ok. 2 Stück parallel müsten reichen.

Oder einen schnellen IGBT. Da wäre z.B. IXSK50N60BD1 oder IXGH30N60BD1 oder IXGH39N60B
Davon müste einer reichen...

Allerdings ist dies schon alles ein mächtiger Aufwand.
Du solltest vorher schonal Schaltnetzteile aufgebaut haben, um zu wisen was zu beachten ist. Denn bie diesen Strömen gibt es da lustige Effekte....

Gruß Ralf

[sanaia]

Hallo,

Danke für die antwort.

Warum dahinter noch ein Linearregler?

frag mich mal, warum die goldbox das macht ...

Eigentlich hast du schon recht, nur dann müßte ich den ganzen 'spaß' ja komplett neu designen, und das wollte ich mir ersparen. Einen step-down converter kann man im allersimpelsten fall sogar open-loop machen.

Alternativ würde sicher auch eine halbgesteuerte thyristorbrücke gehen - das ist auch relativ einfach hinzubekommen. Ein richtiges SMPS ist natürlich wesentlich mehr aufwand. Ziel ist ja nur, das ganze möglichst einfach und billig zu halten - es geht mir nicht um höchtstmögliche effizenz.

vg,
sanaia.

[wler]

Die frage ist nun: was für einen transistor nimmt man denn da am besten ? Das ding müsste 350V@20A mit 25kHz schalten können. Irgendwelche vorschläge ?

Diese und aehnliche Fragen hatte ich auch mal. Check meine page fuer Tips:

http://argonholo.webhop.net/switchmode.html

-W

[sanaia]

lang lang ist's her ...

Mein eigenbau-NT raubt mir immer noch die nerven, aber zumindest sind die groben fehler nun raus. Das NT ist ein hybriddesign, ähnlich wie die goldbox. Wenn man sich die scopebilder ansieht, wird nun auch klar wo der vorteil eines solch aufwendigen konzepts liegt.

Am ausgang des schaltreglers (der zur anode geht) liegt, wie zu erwarten, eine offsetbehaftete sägezahnspannung. Der kreuzgekoppelte Linearregler tut nun diese 'glattbügeln', weil er dieser gegenregelt und damit den strom konstant hält. Was mich noch stört sind allerdings die Spikes auf der spannung, die immer im Schaltmoment entstehen.

Bisher ist die drossel noch die falsche und das design des controllers bedarf auch noch einer kräftigen überarbeitung. Getestet habe ich bisher erst mit max. 35V/5A.

[richardk]

Hallo Sanaia,

Hier die meine Umsetzung der Schaltung von
Wolfgang als Leiterplatenversion ohne spez.
Bauteile wie der DC/DC den er verwendet
um eine galvanische Trennung zu realiesieren innerhalb
der Schaltung.
http://www.web-world.ch/richard/projekt ... _SMPS.html

Grundsätlich funktioniert's muss aber noch überarbeitet
werden. Die LP Files sind mühsam nachzubearbeiten.
Wenn ich mal Zeit hab, werd ich's in Protel nochmals
neuzeichnen und ne doppelseitige LP bestellen.
Aber zuerst mal mein Xenon Projekt fertig stellen...
Ausserdem will ich bei der Strommessung weg von den
Shunt Wiederständen die satte 50Watt verbraten hin zu LEM Modulen.

Der Vorteil der jetztigen Version, ist dass die LP's leicht in der
Küche zu ätzen sind *gg*

Gruss Richard

[sanaia]

Ausserdem will ich bei der Strommessung weg von den
Shunt Wiederständen die satte 50Watt verbraten hin zu LEM Modulen.

Das macht nur bei einem reinen SMPS sinn. Der linearteil braucht ja sowieso die emitterwiderstände und einen separaten shunt gibt es bei mir gar nicht. Zielstellung war, die glattest mögliche röhrenspannung zu haben. Da sind SMPS nunmal prinzipbedingt nur die zweitbeste variante.

Erst einmal abwarten, wie es mit der richtigen drossel aussieht; Zur transientenbeseitigung werde ich wohl noch ein separates CLC-netzwerk nehmen (müssen). Die transienten entstehen vermutlich, weil der linearregler nicht schnell genug ist.

[ralf-k]

Hi Sanaia,

ich weis ja ja nicht ob du deinen Schaltplan 1:1 umgesetzt hast,
aber da fehlt noch ein großer Eingangskondensator. Dieser muß mit auf die Platine und nah an den T's....

Gruß Ralf

[sanaia]

das RAW-supply ist nicht mit abgebildet. Versorgt wird die passbank aus einer üblichen gleichrichterschaltung, die mit 3900µF gepuffert ist. Die länge der 2,5mm^2 leitungen ist 10...15 cm.

[richardk]

Hallo Sanaia,

Ich habe deine Sicherung im DC Zwischenkreis entdeckt...
Bitte achte darauf dass du da eine DC taugliche Sicherung
für diese Spannungen verwendest.
Ein Arbeitskollege von mir hat an einem Funktionsmuster
EMV Messungen durchgeführt und ist dazu an unsere grosse 300V
Traktionsbatterie die bei uns in der Firma mit 70mm2 an jeden
Arbeitsplatz führt. Klugerweise hat er da ne 20A Sicherung drangeklemmt.
Diese war in einer Tekobox mit Sicherheit's Laborbuchsen eingebaut.
Jedoch kein DC Typ... Die Tekobox verteilte sich 20m
brennend in der ganzen Entwicklungsabteilung. Am Holztisch waren
1mm tiefe Brandlöcher der glühenden Kramik/Glasteilchen.
Zum Glück ist er Brillenträger.....

Ich persönlich arbeite immer an Laborspeisungen, oder mit zwei
geräten im Kreis und gleiche die Verluste aus.
Ausser zu EMV Messungen, dann aber nur mit geigneter Halbleitersicherung.

Resüme: Lieber mir fliegt ein IGBT um die Ohren als ne ungeignete
Sicherung die bei DC durchzündet.

Gruss Richard

[sanaia]

Hallo Richard,

ich glaube nicht, daß da ein DC-typ viel geändert hätte. Die sicherung ging ja sicher durch, weil ein lichtbogen gezündet hat und durch die in diesem fall "unbegrenzt" zur verfügung stehende strommenge ist das teil explodiert.
In meinem Pufferkondensator stecken ja "nur" 205 J (max.), im Normalfall 100 J. Das reicht allerdings auch für einen gewaltigen rums. Würde die sicherung zünden (lichtbogen), werden die 100...200J frei, danach flöge die primärsicherung.

Aber du hast schon recht. Die Sicherung sitzt an einer etwas ungünstigen stelle, da dort 230V und riesige strompeaks durchgehen. Somit ist die warscheinlichkeit des versagens wesentlich höher; außerdem möchte ich auch keine 200J in einer sicherung zur freisetzung bringen. Ich werde sie eliminieren.

Die regelung funktioniert zumindest schon mal (prinzipiell). Der Ausgangsstrom ist konstant und die Versorgungsspannung wird mittels schaltregler so angepaßt, daß über der passbank ein konstanter spannungsabfall entsteht.

[wler]

Ausserdem will ich bei der Strommessung weg von den
Shunt Wiederständen die satte 50Watt verbraten hin zu LEM Modulen.

Das macht nur bei einem reinen SMPS sinn. Der linearteil braucht ja sowieso die emitterwiderstände und einen separaten shunt gibt es bei mir gar nicht. Zielstellung war, die glattest mögliche röhrenspannung zu haben. Da sind SMPS nunmal prinzipbedingt nur die zweitbeste variante.

Erst einmal abwarten, wie es mit der richtigen drossel aussieht; Zur transientenbeseitigung werde ich wohl noch ein separates CLC-netzwerk nehmen (müssen). Die transienten entstehen vermutlich, weil der linearregler nicht schnell genug ist.

Also mit richtiger Drossel/Siebelko-Dimensionierung kommt man locker
unter 1% Restwelligkeit, auch ohne Linearregler (ich habe relativ
viel, dh 640uF low ESR Siebelkos). Transienten (dh Schaltspitzen)
sehe ich zwar auch, aber ich denke dass sie "fake" sind - dh durch
Direkteinkopplung in die Scope-Sonde kommen. Immerhin sehe ich mehr
oder weniger die gleichen Transienten, wenn ich mit der scope Probe
auf Masse oder sonst wohin gehe, und sie aendern die Amplitude wenn
ich das Scope-Gehaeuse anlange (trotz Erdung). In jedem Fall ist
die Energie eines solchen (wohl kapazitiv uebertragenen) Impulses
so gering, dass sie nichts ausmachen kann. Bei Halbleitern waeren
Transienten eher kritisch, aber bei einer Argonroehre braucht es
schon richtig Saft, um etwas schlimmes anzurichten.
Wenn wir mal zB 100pF
Kopplungskapazitaet ueber den Induktor hinweg zum output annehmen,
dann kann der darueber induzierte Impuls wohl kaum einem nennenswerten
Energieanteil an der 1KW Last erreichen. Entsprechend sehe ich
auch im Lichtoutput, mittels einer schnellen Photodiode, keine
Zacken, das aber nur wenn ich einige 10m von der Anlage weggehe und
so keine Stoerstrahlung habe.

Vielleicht kannst Du mal den Strom direkt ueber einen zB 0.1Ohm
Widerstand messen, am besten mit einem batteriebetriebenen Scope;
einmal ueber den Widerstand und einmal mit kurzgeschlossenem
Widerstand (um zu sehen, ob die Transienten tastaechlich ueber 0.1
Ohm anliegen oder nur eingestreut sind).

[sanaia]

Hallo,

Ich habe gestern einen 0,1R widerstand zw. drossel und siebelko (330µ) gepackt, da ich wissen wollte, ob die drossel in der sättigung ist.

Fazit a): sie ist.
Fazit b): über diesem widerstand sind keine transienten zu sehen - jedenfalls werden sie nicht größer mit steigender stromstärke.

Gemessen wurde das mit einem 0.2R lastwiderstand - also im kurzschlußbetrieb - mit bis zu 3,5A@35V versorgungsspannung. Die meisten "transienten" haben sich als trains herausgestellt, was aber auf dem fluke mit seinem besch..... display nicht zu erkennen war. Vermutlich ändert sich das mit einer passenden drossel.
Momentan ist es so: Der schaltregler gibt ein paar impulse, diese 'überladen' den siebelko, so daß die schwellspannung über dem linearregler überschritten wird, und als folge schaltet der schaltregler wieder ab. Nun entlädt sich der siebelko durch die (zu kleine) last (47R) bis die schaltschwelle wieder unterschritten wird - dann geht das ganze wieder von vorne los. Dabei macht die drossel auch ziemliche geräusche.

Welche fotodiode geht denn bis 7MHz (=1/100stel der periodendauer der 70kHz SMPS frequenz) ? Ich habe - für ein anderes projekt - mal welche gesucht und nichts gefunden. Die anstiegsgeschwindigkeiten sind meistens so schlecht, daß schon weit <100kHz schluß ist. Ein 50khz rechtecksignal erkennen die meisten dioden schon überhaupt nicht als solches mehr - von spikes ganz zu schweigen.

[wler]

Welche fotodiode geht denn bis 7MHz (=1/100stel der periodendauer der 70kHz SMPS frequenz) ?

Ich verwende ua PIN-Dioden von Hamamatsu, zB S3590-04. Allerdings braeuchte es am besten noch einen geeigneten schnellen Transimpedanzverstaerker danach. Wollte so etwas noch gelegentlich mal bauen, auch aus anderen Gruenden wo mehr Empfindlichkeit gefordert ist.