Alimentatore per alta tensione

[marconmeteo]

PRESTARE LA MASSIMA ATTENZIONE !!! QUESTO PROGETTO UTILIZZA PARTI SOTTOPOSTE AD ALTA TENSIONE - L'ALTA TENSIONE PUO' ESSERE LETALE

Voglio presentare quì un "work in progress" che potrebbe interessare molti: la realizzazione di un alimentatore per alta tensione.
Non realizzeremo una cosa dal nulla, ma utilizzeremo dei componenti reperibili, con una certa facilità, sul mercato; si tratterà quindi, più che altro, di un lavoro di "assemblaggio".
Partiamo da un modulo alimentatore reperibile sul mercato dell'usato, in questo caso un Bertan (nota casa produttrice di questi componenti)

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Di questo esemplare ne abbiamo presi due (uno io e uno quazar18), si trovano a bassissimo prezzo, sopratutto questi modelli che hanno tensione di uscita negativa. Cosa vuol dire? Niente di strano, solo che la tensione in uscita, sul connettore, presenta il negativo sul pin centrale ed il positivo sulla carcassa del connettore; ma nulla vieta poi di collegarli ad un connettore (avendo l'avvertenza di tenerlo isolato dal contenitore) invertendo la connessione (vedremo poi, in fase costruttiva, alcune soluzioni, più o meno costose).
Necessita, per il suo funzionamento (almeno questo esemplare, ci sono versioni diverse sul mercato, ma cambia poco per i nostri scopi) di due tensioni, positive e negative, rispetto alla massa (in questo caso +/- 12-18 volt). Potremmo realizzare (e sarà il nostro caso) un piccolo doppio alimentatore, utilizzando la solita coppia 7812/7912, due regolatori lineari da 12 volt, dal prezzo esiguo.

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Quello che vedete nella foto ne è un esempio commerciale, realizzato proprio così.
Questa tipologia di alimentatori per alta tensione, ha un ingresso a cui collegare un potenziometro, per regolare la tensione da zero al suo massimo (in questo caso 2000 volt).

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Regolando il potenziometro possiamo variare la tensione in uscita, che quì vedete misurata con il nostro voltmetro ad alta impedenza.

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E vedete come invertendo i collegamenti sul connettore di uscita, otteniamo la stessa tensione positiva.

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Sul connettore dell'alimentatore per alta tensione, è presente un terminale che permette di collegare direttamente un voltmetro per visualizzarne la tensione in uscita ( nel modello in questione l'uscita è da 1 volt per Kv).
Alla prossima vedremo la realizzazione di un alimentatore duale per pilotare il nostro HV Supply.

[Francesco]

Grazie per le informazioni, se riesco a procurarmi uno di quei alimentatori ci proverò.

Hai il mio stesso oscilloscopio (quello nell'ultima foto)..

[marconmeteo]

(OT) - HP 54503 ? E' una bomba, se ti dovesse servire ho tutta la documentazione (manuale utente, manuale servizio, manuale programmazione, ecc.) e anche di più.....

[quazar18]

Bello, probabilmente mi ispirerò a quello che stai facendo

[Francesco]

(OT) - HP 54503 ? E' una bomba, se ti dovesse servire ho tutta la documentazione (manuale utente, manuale servizio, manuale programmazione, ecc.) e anche di più.....

Allora no sono diversi, il mio è l'HP 54501A la versione da 100 MHz, il mio ha il difetto che ha il modulo NVRAM con batteria andata, addio tarature e impostazioni, devo sostituirgli il modulo NVRAM e rifare la taratura.

[marconmeteo]

Procediamo con il secondo step, ovvero la realizzazione di un alimentatore duale da +/- 12 volt; in quasto caso sono sufficenti 350 mA di uscita e quindi ci possiamo affidare, come base di realizzazione, alla nota coppia di stabilizzatori lineari 7812 (regolatore positivo) e 7912 (regolatore negativo), capaci, se ben raffreddati, di erogare 1 A. Nel nostro caso lavoreranno a meno della metà delle loro capacità di erogazione e quindi stiamo sicuri.
Per lo schema, un classico, di cui posto una foto di esempio (sul web ne possiamo trovare una infinità, più o meno complicati).

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Per chi volesse maggiori info, inserisco anche i datasheet dei due regolatori.

lm78xx.pdf

lm79xx.pdf

La prima cosa è realizzare il disegno del PCB (circuito stampato), io utilizzo Circad, un vecchi programma per schemi e pcb, ma potete usare il famoso Orcad, Eagle o qualsiasi programma simile (ce ne sono di gratuiti, anche Eagle fino ad un certo numero di componenti è gratis), persino un programma di grafica.
Per trasferire il disegno delle piste sulla vetronite ramata esistono vari metodi, dal professionale della fotoincisione a quello più scadente che utilizza pennarelli. Io da un pò di tempo uso i fogli Press-n-Peel ([External Link Removed for Guests])
che mi permettono di ottenere un ottimo lavoro in poco tempo senza necessità di un bromografo (di cui comunque dispongo).
Il disegno viene stampato su questi fogli tramite una laser (o fotocopiatrice) e trasferito sulla basetta utilizzando un ferro caldo (guardate le spiegazioni sul link). Ecco il risultato:

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Poi la basetta va immersa nel bagno di Percloruro fino a completa incisione delle piste; al termine (il tempo varia in base alla temperatura del bagno di incisione e della sua agitazione) lavare il circuito con trielina od acetone (mi raccomando lavorate all'aperto ed utilizzate mascherina e guanti) fino alla completa pulizia.

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Forate i pad per i componenti utilizzando un minitrapano e procedete alla saldatura, partendo dai pezzi di altezza minore (resistenze, diodi, ecc.) ed a seguire con quelli di maggiori dimensioni, sino a terminare il lavoro.

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Nel prossimo step, proveremo questo alimentatore e lo collegheremo a quello ad alta tensione.

[marconmeteo]

Prove dell'alimentatore +/- 12 volt, con verifica delle tensioni di uscita.

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Collegato l'alimentatore duale a quello ad alta tensione e prove di funzionamento.

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Ho lasciato tutto acceso per qualche ora, per verificare che non ci fossero problemi. Tutto Ok, al prossimo step.....

[marconmeteo]

Come avevo descritto in un post precedente, questa tipologia di alimentatori, ha un'uscita che consente di pilotare un voltmetro per avere una indicazione della tensione di uscita; tale voltmetro, in genere, è di tipo analogico (a lancetta).
Nel mio caso l'uscita è da 1V ogni Kilovolt, quindi basta un voltmetro da 2 volt f.s.; queste uscite generalmente non hanno una grande precisione (dovendo pilotare un voltmetro analogico, non ce nè la necessità), quindi ho pensato di utilizzare un voltmetro digitale che avevo a disposizione: UP6135.
Questo moduletto a 3 ¹/₂ cifre, a led rossi, richiede una alimentazione separata di 5 volt; potete utilizzarne anche altri tipi, purchè con alimentazione separata e 2 volt f.s.

Quì potete vedere il datasheet della versione da me utilizzata:

DSAUD0048050.pdf

Per i collegamenti, ho utilizzato lo schema di cablaggio seguente (può variare da modello a modello):

Voltmetro.png

Per la taratura, regolare l'alimentatore HV per una Vout di 1000 volt, quindi regolare il trimmer Scale Adj presente nello strumento (aiutarsi anche con il trimmer da 1 Mohm), poi portare l'alimentatore a 500 volt e ripetere le regolazioni; infine portarlo a 1500 volt ed effettuare le stesse operazioni.
Ripetere il controllo a 1000 volt ed eventualmente regolare di fino.

Ecco il risultato:

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[marconmeteo]

Passiamo ad un altro step per la costruzione del nostro alimentatore ad alta tensione.
Il modulo che abbiamo utilizzato da in uscita una tensione negativa rispetto alla massa, ma noi potremmo aver bisogno di una tensione positiva (e lo stesso nel caso il nostro modulo desse una tensione positiva in uscita, poichè molte scintillatrici vogliono una tensione negativa).
La soluzione più semplice è quella di utilizzare due connettori di uscita (siano BNC, SHV od altro) e tenerli isolati dalla massa utilizzando un contenitore plastico (oppure, se utilizzeremo un contenitore metallico, montando i connettori su una piccola basetta in materiale plastico, fissata poi al contenitore, forando quest'ultimo in modo che non tocchi i connettori).
Il cavo di uscita verrà poi saldato normalmente su uno dei due connettori, mentre sull'altro, tramite due corti ponticelli, invertiremo i collegamenti (la massa sul pin centrale e viceversa). I connettori dovranno venire ben evidenziati tramite opportuna scritta apposta sul contenitore per non farci sbagliare collegamenti con le nostre sonde.

Una seconda soluzione, più pratica, ma molto più costosa, è quella che ho adottato e fa uso di quattro relè reed per alta tensione

0900766b8045e19b.pdf

Il loro costo è davvero elevato, però ci consentono di scambiare la tensione tramite un semplice deviatore

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I relè sono connessi a due a due (ce ne vogliono quattro perchè sono a contatto singolo) come si evince dalla foto. Non inserisco schemi di collegamento perchè dipende dai relè che uno reperisce (eventualmente mi contattate e provvedo ad indicarvi come procedere con ciò che vi procurate), comunque chi si accinge a costruire tale dispositivo DEVE PRESTARE MASSIMA ATTENZIONE DATO LE ALTE TENSIONI IN GIOCO e si suppone che abbia una certa pratica con dispositivi di questo genere e quindi anche di collegare i relè in modo che effettuino lo scambio della polarità.

I relè sono stati montati su un supporto in teflon per mantenere un elevato isolamento. Alcune foto illustrano le prove.

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