Высоковольтный источник питания 12/980 (В)
#digitalcat_electronics #photonics #HV В подземных коридорах секретной лаборатории лазерной физики и прикладной генетики, где тусклый свет ламп то гаснет, то вспыхивает от импульсов экспериментальных установок, наступил момент создания источников питания. Все они объединены одним свойством — относятся к классу высоковольтных источников. Сегодня мы поговорим о младшем из них. ⚡ Герой обзора Неизолированный повышающий преобразователь 12 → 980 В (1 Вт) с выходным удвоением напряжения. Спроектирован для питания вакуумного коаксиального фотоэлемента, фиксирующего кратчайшие вспышки экстремально ярких оптических процессов — настоящие “стрелы света”, рождающиеся в недрах наших установок. 🔬 Идея Создать максимально компактный источник без классического трансформатора. Ключ к замыслу — микросхема HV9150 от Microchip: двухпозиционный импульсный регулятор с интегрированным драйвером ключа и ИОН на борту. 🛠️ Технические тайны Осциллятор: 40 – 400 кГц; частота коммутации ключа вдвое ниже. Драйвер затвора: перезаряд 380 пФ при Vin – 1 В. Гистерезис компаратора ООС: 100 мВ. Отсутствие защит (Бинго! Нам это нужно) Предел повышения напряжения в преобразователях таких топологий упирается в максимальный D и суммарные потери на ключе + индуктивности. Для расчётов использовали MATLAB-скрипт на основе формул из документации на контроллер HV9150 предварительно рассчитав модельный пример в экселе, построили идеализированные графики зависимости U, I, η от f и D, а затем написали алгоритм оптимизации рабочей точки по максимуму КПД. 🔍 Эксперимент против теории Первое включение макета показало трёхкратное расхождение между расчётным и реальным напряжением — словно сама вселенная испытывала нас на прочность. После теоретических изысканий и исследования осциллограмм, путем подбора индуктивности и частоты коммутации удалось выйти на регулировку 800 – 985 В выходного напряжения при 0.5 – 0.9 Вт нагрузки и пульсациях выходного напряжения в 7 – 8.5 В — что допустимо для нашего применения. Обнаружено: выходное напряжение обратно пропорционально температуре дросселя. Нагрев снижает индуктивность дросселя, в системе для стационарной нагрузки возможна "параметрическая" стабилизация при этом выходное напряжение определяется энергетическим балансом, компаратор ООС не срабатывает. а пульсации выхода драматически снижаются. 📈 Дальнейшие шаги Мы разрабатываем инженерную методику автоматизированного расчёта подобных преобразователей в MATLAB и меняем дроссель на больший типоразмер. Впереди — устранение температурной зависимости и выход за пределы 1 кВ… но об этом — в будущих выпусках. ⚡ Смотрите, вдохновляйтесь и создавайте вместе с нами! 💡 Подписывайтесь, чтобы узнать больше! 🔗 Продолжение следует. Stay tuned! Наш канал: / @digitalcat-electronics Импульсные источники питания: • Импульсные источники питания [TIMESTAMPS] 00:00 - Титры 00:22 - Нагрузка преобразователя 00:36 - Контроллер преобразователя HV9150 00:46 - Принцип гистерезисного управления 01:11 - Блок схема контроллера HV9150 01:29 - Режим LDO 01:45 - Ключевые параметры контроллера HV9150 02:08 - Расчет пульсаций выхода от гистерезиса компаратора 02:35 - Факторы и метод подгонки заданного выходного напряжения 03:15 - Идеализированные расчетные соотношения 04:40 - Расчет и визуализация в Matlab 04:58 - Uout(D,F) при L 150 uH 05:11 - Uout(D,F) при L 220 uH 05:27 - Uout(D,F) при L 330 uH 05:41 - Графики всех функций для L 150 uH 07:15 - Принципиальная схема 07:42 - Выходной удвоитель напряжения 08:03 - Выбор резисторов высоковольтного делителя напряжения ОС 08:16 - Ключевой транзистор STU3LN80K5 08:35 - Ключевые характеристики STU3LN80K5 09:04 - Печатная плата источника 09:23 - Первый запуск и неудача 09:36 - Осциллограмма Vfb пин не пропаян 09:52 - Исправление ошибок и повторный запуск 10:10 - Осциллограмма Vgs L 330 uH F 75 kHz Vout 200 V 10:39 - Осциллограмма Vfb меньше Vfb th уменьшаем частоту 11:00 - Эксперименты с индуктивносями и частотой коммутации 11:19 - Осциллограмма Vgs, Vout = 880V L 220 uH F 75 kHz 11:39 - Осциллограмма Vgs, Vout = 932V L 220 uH F 60 kHz 12:00 - Осциллограмма Vfb, Vout AC работа компаратора 15:19 - "Параметрическая" стабилизация выходного напряжения 15:31 - Падение величины индуктивности при нагреве 15:19 - Температура индуктивности 15:59 - Параметры индуктивности 16:18 - Диаграмма дерейтинга индуктивности 16:36 - Заключение
