High Power DC-DC Step Up Converter


Aus 12V machen wir 170V mit 30 Watt.


Das ist eine Menge Zeug. Vorsicht ist geboten, also…

Aufgemerkt und äußerste Vorsicht !!
ATTENZIONE !!
Внимание !!

hvs_400

Bitte nur bauen, wenn man sich über die Gefahren mit hoher Spannung im Klaren ist.


Mit Magnetismus
100_2614habe ich mich in E-Technik immer gequält, und in Mathe hatte ich auch nur eine 3, aber wenn man Physik anwenden will muß man da manchmal einfach durch. So auch im Folgenden, wo ich ein Schalt-Netzteil konstruieren möchte, welches mir 170V und 170mA, aus 12V – 19V bereit stellt, um diese gigantischen B-7971 Röhren mit Anodenspannung zu befeuern. Warum so viel Strom?

2mA pro Segment x 14 Segmente x 6 Tubes = 168mA.

Interessant ist z.B.
Mit diesen Spulen funktioniert es am besten.100_2613 Wie zuvor erkennbar ist es – für mich – kein einfaches Thema. Also basieten diese Ergebnisse auf Versuchen und kleinen Tips. Nun, was ist das Ziel? Ein Hochspannungsgenerator. Step Up Converter, Booster. Möglichst gut beschaffbare Bauteile. Es soll Nachbausicher und preiswert sein. Das Gerät soll einen brauchbaren Wirkungsgrad haben.

Berechnungen

Ohne ein paar Berechnungen geht es vorerst leider nicht. Aber damit nicht jeder es selber tun muss, habe ich viel Vorbereitet und es sei gleich gesagt: Der Aufbau dieses Gerätes ist durch Anregung von Steve Bench entstanden. Ich habe einige Veränderungen vorgenommen.  Die Schaltung wird ein wenig aufwändiger, wodurch sie aber im ganzen und nach meinem Dafürhalten, etwas betriebssicherer wurde. Es werden also mindestens 126mA benötigt. Um etwas Reserve zu haben und die Schaltung nicht an der Lastgrenze zu betreiben ist das gesteckte Ziel 170mA.
berechnung


urptable33Mit dieser Formel bekommen wir einen ersten Überblick über die Leistungsfähigkeit. Es zeigt sich, das eine Stufe nicht ausreichen wird. Die gewünschte Leistung soll knappe 30W erreichen.

Also erhalten wir:
berechnung2
Mit der Last von 2200Ω bricht die Spannung um etwa 5V zusammen. Hier ist die Grenze der Regelfähigkeit einer Stufe erreicht. Wir holen also 13Watt Leistung aus einem Transformer Kreis.


100_2632Wie hoch muss die Last sein, damit wir wissen das wir die Leistung erreicht haben die wir haben wollen? Das Ergebnis sind 1000Ω. Also muss ein leistungsfester 1000Ω Widerstand her, der das kurzfristig mitmacht. Ich hatte einen 7W Zementwiderstand zur Hand. Das Bild zeigt eine der fertigen Spulen.

berechnung3


Mit dieser Berechnung können wir prüfen ob wir alles richtig gemacht haben. Die gewünschte Leistung mit dem Testwiderstand ergibt: 170mA
berechnung4

Schätzungsweise drei Stufen werden benötigt um die gewünschte Leistung zu erzielen. Also erfolgt der Aufbau dem entsprechend mit drei Feldeffekt Transistoren vom Typ:IRF740. Diese FET´s haben einen recht geringen RDSon von 0,5Ω.
100_2623

Leistungsteil
Am besten ist es wenn man mit dem smps_04Leistungsteil-Aufbau beginnt. Aber hier wurden noch viele Änderungen fällig. Die grünen CerKos haben nach wenigen Sekunden das Besteck abgegeben, weil sie nicht hochspannungsfest waren. Kleine Fehler passieren. Die Spulen sind so angeordnet, das die Gleichrichterdioden schön dazwischen passen. Es ist sehr wichtig Fast-Recovery-Dioden zu verwenden. Diese hier sind vom Typ MUR480.

Der erste Test
Der erste Testlauf mit mehreren Meßsonden angeschlossen. Es folgen einige interessante Oszillogramme.
smps_05

 

Leerlauf
Ansteuersignal der FET´s ohne Last. Man sieht das die Schaltung nur 70mA aufnimmt. Die Spulen werden mit ganz kurzen Impulsen geladen und speichern nur wenig Energie.
oscstby

Vollgas
Jetzt unter voll Last. Der Eingangsstrom beträgt 2,2A. Das Impuls-Pausen-Verhältnis hat sich erheblich geändert. Es wird mehr Energie in die Spulen geladen.
oscload

 

Restschwingungen

Das Ausgangssignal an den 170V gemessen. Zum Ansteuern von Nixies ist ein Ripple von etwa 1V allemal in Ordnung.
outripple

Nachschwinger

Das „Nachklingeln“ der Spulen, gemessen am Drain der FET´s. Es bewegt sich alles in verträglichen Dimensionen.
ringing