Источник питания для ионизационной камеры

[Kagura]

Начинаю только реализовывать дипломную работу и пришел за советом.

Суть темы - спроектировать источник питания для работы с ионизационной камерой, которая потребляет до 100uA постоянного тока.

Цель - иметь на выходе 3 или больше предопределенных напряжений DC в диапазоне 200 - 300V (в теории хотелось бы осуществить 1k - 1,5kV)

Изначальные требования - избегать использование преобразователей и проверить на практике рационально ли использовать батарейки или аккумуляторы соединенных последовательно как источник питания.(рассматривая под углом стабильности напряжения, уровня шумов, срока работы и цены).

Сейчас нахожусь на этапе переваривания найденной информации и в голове имеется идея: управлять выбором напряжения с помощью микроконтроллера и демультиплексора; высокое напряжение переключается и изолируется с помощью реле SSR. Набросок схемы прикрепил.

SSR_1.PNG

(83.43 КБ) 92 скачивания

Вопрос - Реализуемая ли вообще тема дипломной в жизни, так чтобы, в итоге, параметры хотя бы припоминали целесообразные или стоит все-таки подумать о проверенном варианте, на основе преобразователя? Тема свежая, а куратор не эксперт в этой теме, он более специализирован по ионизационным камерам, так что ищу решения и идеи на просторах интернета.
Есть ли зерно здравого смысла в моей идее и на что обратить внимание при поиске решения для стабилизации напряжения и понижение шумов?

[Телекот]

В таком включении будет КЗ, нужно использовать выводы 4,6.

[AlexS4]

конечно - только преобразователи. тут без вариантов если иметь ввиду практические соображения.
лююые хит на большие напряжения будут существенно дороже.

то что ток <1mA - дает большую свободу по выбору схемотехники. можно например на выходе применить диодный выпрямитель-умножитель с довольно большим умножением. но любые экстремальные решения скорее всего будут неочень. оптимально скорее всего однотактная бустерная схема скажем с 12V до 200..800V без умножителя или трансформаторный флайбэк (обратноход) с трансформатором 1:10..1:20 и умножителем ~x4..x8 на выходной обмотке. это легко даст до 1.5kV 100uA с диодами и пленочными конденсаторами общего применения .
фидбэк по выходному напряжению с умножителя.

[Дмитрий М]

Если анодные батареи до сих пор выпускают то почему бы и нет? Две батареи дадут микроамперный ток в течении длительного времени, а преобразователь будет жрать постоянно и гораздо больше тока питания камеры...

[Николай_С]

[uquote="Дмитрий М",url="/forum/viewtopic.php?p=4686681#p4686681"]Если анодные батареи до сих пор выпускают то почему бы и нет?[/uquote]БАС-60 - батарея анодная сухая 60 и 80 В. Их использовали до 60-х годов прошлого столетия, поэтому такие батареи теперь только в музеях. Умформер (электро-механический преобразователь) теперь тоже не найти в продаже. С высоковольтными оптронами не всё так просто - их не существует. Гораздо проще управлять ВВ генератором, к выходу которого подключен умножитель напряжения. Думайте лучше в этом направлении.

[AlexS4]

самые дещшевые батарейки что сходу находят поисковики это
розница 18р за 4 AAA
https://www.ozon.ru/product/365-dney-ba ... 0OAc1L3VPw

тоесть 3 рубля за вольт и масса ~5..8g/V

всякие 9V 6F22 и редкости вроде A23 (12V) - будут в разы дороже (а если цена за емкость то в десятки раз) , хотя позволят сэкономить массу и обьем.
https://eldvor.ru/electronics/elementy- ... 12v-20200/ A23 ~0.7g/V - наверно максимальная плотность из элементов общего применения.

[Николай_С]

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4686716#p4686716"]самые дещшевые батарейки что сходу находят поисковики это
18р за 4 AAA тоесть 3 рубля за вольт и масса ~6..8g/V[/uquote]То есть для получения 1,5 кВ понадобится 1000 штук и 4,5 тыр денег. При чём, соединять их для надёжности придётся контактной сваркой - проварить 2000 соединений. В случае выхода из строя хотя бы одного элемента придётся заменять всю батарею - не искать же потёкший элемент среди такого количества. С управлением тоже предвижу проблемы.
Короче, защитить диплом успеете, а следующие дипломники пускай разрабатывают систему диагностики и быстрой замены элементов ААА.

[Asmodey]

[uquote="Kagura",url="/forum/viewtopic.php?p=4686626#p4686626"]потребляет до 100uA постоянного тока[/uquote]Это скока?

Для батареи из нескольких сотен элементов важен конструктив в первую очередь. Иначе она сдохнет от утечек в течении первых суток после сборки. Скажем, какаянить "Молния" на 300 В непременно вся прокладывалась полиэтиленом и заливалась битумом. Но все равно имела небольшой срок хранения.

[piligrim130]

Вы фигню какую то с батарейками придумали - этакий вольтов столб в 21 веке шум преобразователя мешает - так спрячьте в экран ,поставе фильтр . А шум ардуины вас не пугает ?:))

[AlexS4]

С высоковольтными оптронами не всё так просто - их не существует.

чтоб коммутировать батареи, оптроны не нужны!, а транзисторы общего применения до 1.2kV и даже 1.5kV давно уже не редкость ни для jbt ни для fet
fet:
https://www.chipdip.ru/product/ms4n1350e
jbt:
https://www.chipdip.ru/product/2sc4927

а до ~650V выпускают совсем дешевые в мелких корпусах
https://www.chipdip.ru/product/1n65g

при токе 100uA не проблема сделать линейный регулятор напряжения, 1kV падения ~ всего 100mW !


... другое дело что применять батареи нет ни малейшего смысла

для получения 1,5 кВ понадобится 1000 штук

могу бесплатно подкинуть идею удобного конструктива :

матрица 32x32 круглых ячеек для AAA
можно напечатать или склеить из отрезков пластиковых трубок

на одной стенке закрывающей эту матрцу - никелевые перемычки соединяющие попарно соседние элементы в матрице. и с контактным доступом к каждой пластине с внешней стороны для целей диагностики и c отводами для разных напряжений где нужно

на другой стенке - парные стальные никелированные пружинки ( стандартный пром. конструктивный элемент) , также попарно замыкающие элементы.

жесткие стенки стягиваются 4мя болтами через отверстия в матрице.

[Дмитрий М]

Пластиковая труба в которую закладываются последовательно "пуговичные" трехвольтовые элементы с торца две пружины (возможно и одна) для прижима. Возьмём например 2016... толщина 1,6 мм. сто штук дадут 300 вольт и длина набора 160 мм. Имхо вполне технологично.

[local07]

Например, в ГОСТ 18668-73 Камеры ионизационные токовые для радиоизотопных приборов указан источник питания стабилизированный БНВ-31. Питание у него от сети, далее стоит преобразователь с умножителем напряжения. Выходное напряжение регулируется переменником и контролируется встроенным вольтметром.
Кстати, БНВ-31 сделан на том же заводе, где делали серийные дозиметрические приборы. И во всех серийных дозиметрах применяли преобразователи. Ибо без них трудоемко было получить высокое напряжение. Конечно, тамошние преобразователи, в силу своей специфики, попроще чем в БНВ-31. А вот в мегомметрах преобразователи уже помощнее стояли. Опять же с силу своей специфики.
Чем плохи преобразователи?

Не, ну если на элементах питания, то, чем больше компонентов, тем меньше надежность, плюс усложняется подготовка к процессу самого измерения. Необходимо будет предусмотреть подключение прибора контроля к каждому отдельному элементу питания. С заданием границ допуска "годен-не годен". Например, 100 элементов питания = 100 позиций переключалки. К концу процесса контроля уже пофиг будет, не говоря уже о том, что такой еще найти надо...
Или каждый раз получать со склада комплект секционированных батарей с протоколом проверки и печатью "годен"??? А вдруг при пролете мимо радиации один из элементов составной батарейки сделает "пук"...
В случае с преобразователем - 1 вольтметр + 1 переменник, или переключалка с регулятором "плавно".

Впрочем, если препод уперся, то можно и батареи прописать. Может Нобеля дадут или Шнобеля...
И лучше применять сборки на одно напряжение, например 60В. Тогда, например, на 120В =2 секции, на 180 =3 и т.д. Тогда и тестирование можно будет упростить, если проверять секции.
И замечу, что прибор контроля на выходе источника обязателен. Ведь ключ может не сработать или наоборот. А так будет видно, чего там выдается.

И .., кстати, у SSR есть такой параметр, как ток утечки.
Как он соотносится с указанным значением тока потребления? А также с предполагаемыми токами с самой камеры...

Всегда можно "переобуться в воздухе" и продолжить с более рациональным вариантом.

[Asmodey]

Узбагойтесь, ТС потерялся. Вероятно не пережил 1500 вольт от адской батарейки.

[Килиманджаро]

ТС изначпльно был балабол.

[piligrim130]

[Kagura]

Хотел бы, пока время не поджимает, попробовать еще повозиться с батарейками; к преобразователю могу быстро переобуться, так как там уже есть готовые варианты, мне только скатать.

Я планировал использовать для теста батарейки 12V a23; если по итогу понадобится емкость побольше, могу через пластиковые трубки, по секциям, соединить 3V CR2032.

Еще нашел для стабилизации регулятор LR8

LR8.pdf

(804.45 КБ) 137 скачиваний

; думаю выглядит подходящим для моих целей, как по факту есть, спрашиваю у вас.

В голове есть еще идея попробовать каждую секцию стабилизировать через свой LR8, а потом также через SSR управлять выходом(оказалось у меня было кз на изначальной схеме, через выходы 4 и 6 вышло уже ожидаемо, но проверял, физически, через относительно меньшее напряжение).Также может лучше иметь одну целую секцию и через делители давать нужное напряжение на lr8?так батарейки будут равномерно разряжаться.

Нашел еще схему с регулируемым напряжением,

regolatore_LR8N3.jpg

(57.05 КБ) 37 скачиваний

но не уверен что могу на входе использовать свои батарейки.

[Николай_С]

[uquote="Kagura",url="/forum/viewtopic.php?p=4687286#p4687286"]Еще нашел для стабилизации регулятор LR8... думаю выглядит подходящим для моих целей, как по факту есть, спрашиваю у вас.[/uquote]Любой регулятор для своей работы потребляет от источника питания ток, значительно превышающий рабочий ток, заявленный Вами. Поэтому, если надо регулировку, то это будут точно не батарейки.

[AlexS4]

Kagura, если есть LR8 то усиливать ее транзисторами для потребителя 100uA - ненужно
просто typical Application Circuit. R1=12k R2=4.7M переменный C1,C2 пленочные 100nF 630V
https://www.chipdip.ru/product0/8735675809
https://www.chipdip.ru/product0/603903490
потреблять сам регулятор будет ~10uA чип + 100uA вышеуказанный делитель. впринципе сопротивление этого делителя вероятно можно еще увеличить в разы, но ценой будет ухудшение стабильности и трудности раздобыть хороший переменный резистор на 47M
можно переключатель и набор постоянных резисторов. это будет дешевле и лучше в смысле стабильности.
в любом случае будут суровые специфические требования к монтажу вроде тщательной отмывки от флюса итп.

если же нужно управление обязательно именно с msc то особого смысла применять редкости вроде LR8 скорее не будет, тогда нужно будет изобретать чтото с высоковольтными fet, возможно делитель или управляемый балласт - стабилизатор возможно даже pwm регулятор.
но конечно при источнике из A23 это все нельзя будет долговременно включать, я б выбрал AAA, с ними явно свободнее будет выбор схемотехники регуляторв.

про ssr - забудьте, они там неуместны ниразу, применять их для этой задачи есть смысл только если не у кого спросить как работают транзисторы . если хочется хардкора - можно с помощью классических реле с механическими контактами коммутировать - тож вариант, и меньше проблем с сопротивлением в разомкнутом состоянии