13.3 Hochspannungsgeneratoren
Hochspannungsgeneratoren
können prinzipiell genauso aufgebaut sein, wie jeder andere
Wandler auch. Allerdings ergeben sich aus den hohen
Ausgangsspannungen einige Einschränkungen und
schaltungstechnische Besonderheiten. Z.B. sind Step-Up-Wandler nur
schlecht geeignet, um aus einer Batteriespannung eine Hochspannung
von mehreren kVolt zu erzeugen. Dazu bräuchte man Transistoren
mit sehr niedrigem Einschaltwiderstand und sehr hoher Sperrspannung -
zwei Eigenschaften, die zumindest bei MOSFETs einander
ausschließen. Außerdem müsste man, um die extrem
kurzen Ausschaltzeiten zu realisieren, sehr schnelle Transistoren
verwenden, was den Einsatz von bipolaren Transistoren und womöglich
auch IGBTs verbietet. Damit der Wandler effizient arbeiten kann, wird
die Hochspannung üblicherweise in einer separaten Spule mit
hoher Windungszahl induziert. Als Wandlertypen kommen
vorzugsweise Sperr-, Fluss-, Resonanz- oder Sinuswandler zum
Einsatz. Wenn eine Gleichspannung benötigt wird, schaltet man
auch gerne eine Hochspannungskaskade nach. Kaskaden verringern das
Zerstörungsrisiko der Hochspannungswicklung durch interne
Hochspannungsüberschläge. Außerdem lassen sich Spulen
mit niedrigerer Windungszahl und Spannungsfestigkeit wesentlich
besser herstellen.
13.3.1 Hochspannungswandler für kontinuierlichen Betrieb
Wird eine
permanent anliegende Hochspannung benötigt, kommen die bereits
erwähnten Standard-Wandlertypen zum Einsatz. Die einfachste
Methode, aus der Netzspannung eine Hochspannung zu erzeugen ist
immer noch eine 50-Hz-Kaskade. Damit lassen sich ohne Trafo
problemlos Spannungen von mehreren Kilovolt erzeugen. Ein Nachteil
besteht darin, dass die Ausgangsspannung keine galvanische
Netztrennung besitzt. Hohe Leistungen lassen sich damit auch nicht
erreichen, da die Kondensatoren bei 50 Hz sonst unhandlich groß
und teuer werden würden.
In vielen
Fällen wird bei einer Hochspannung keine oder nur sehr wenig
Leistung benötigt. Insbesondere bei batteriebetriebenen
Geräten, wie z. B. Geiger-Müller-Zähler oder
Restlichtverstärker wird man versuchen, die Leistungsaufnahme
möglichst gering zu halten. Resonanz- und Sinuswandler
haben aufgrund des hohen Blindleistungsumsatzes und den damit
verbundenen Verlusten eine etwas höhere Stromaufnahme. Bei
Flusswandlern ist die induzierte Spannung in den Spulen nicht so
hoch, es sei denn, man erhöht die Arbeitsfrequenz drastisch oder
man verkürzt die Einschaltdauer des Schalttransistors, was
aber in jedem Fall die Verlustleistung erhöht. Für
kleine Hochspannungswandler mit kleiner Leistung bevorzugt man
deshalb den Sperrwandler. Er hat den Vorteil, dass sich trotz
niedriger Schwingfrequenz relativ hohe Spannungen in den Spulen
induzieren lassen. Das erleichtert den Aufbau der Sekundärspule
erheblich. Während man bei normalen Sperrwandlern versucht, die
induzierte Spannung in Fluss- und Sperrphase in ähnlicher
Größenordnung zu halten, wird man bei
Hochspannungswandlern versuchen, die Spannung während der
Sperrphase um ein Vielfaches höher werden zu lassen. Der
Schalttransistor muss dann natürlich eine entsprechend hohe
Spannungsfestigkeit haben.
In Bild 13.3.1a sind zwei einfache
Hochspannungswandler zu sehen.
Die einfachere Version (links)
ist für Batteriebetrieb und kleinste Leistungen gedacht.
Damit der Wandler eine definierte Ausgangsspannung abgibt, ist er
primärseitig geregelt.
Eine sekundärseitige Regelung wäre zwar auch möglich,
hat aber den Nachteil, dass bei hohen Spannungen der erforderliche
Spannungsteiler eine relativ hohe Verlustleistung verursacht.
Das sollte man bei Batteriebetrieb vermeiden.
Auf eine Streufeldentsorgung kann man bei derart kleinen
Betriebsspannungen und Wandlerleistungen verzichten.
Da die verwendeten Trafos meistens recht klein ausfallen, sollten aus der
Sekundärspule nicht mehr als 1000 Volt herausgeholt werden.
Für höhere Ausgangsspannungen empfehle ich die Verwendung
einer Hochspannungskaskade.
Wegen der primärseitigen Regelung kann der Generator wahlweise
eine positive oder negative Ausgangsspannung erzeugen.
Weiterhin könnte man am Kollektor von T2 noch eine Induktionsspannung
von 5–10 Volt abgreifen und mit einer Diode gleichrichten
um eventuell noch vorhandene Elektronik mit
einer „normalen“ Betriebsspannung zu versorgen.
Bild 13.3.1a: Einfache geregelte Hochspannungsgeneratoren für kleine Leistungen
Wird eine hochstabile Hochspannung benötigt, z. B. für messtechnische
Anwendungen, muss die Spannung sekundärseitig geregelt werden.
Im rechten Schaltbild ist ein genau geregelter
Hochspannungsgenerator mit etwas höherer Ausgangsleistung
zu sehen. Es handelt sich um eine Mischung aus Sperr- und
Sinuswandler, bei dem eine Halbwelle sehr stark abgeplattet ist.
Die Spannung wird dadurch stark asymmetrisch.
Einer langen Flussphase mit konstanter Induktionsspannung folgt eine
wesentlich kürzere Sinushalbwelle mit hoher Induktionsspannung.
Der wesentliche Vorteil dieser Technik besteht darin, dass die
Streufeldenergie, wie bei Eintakt-Sinuswandlern üblich,
zurückgewonnen wird und trotzdem der bei Sperrwandlern übliche
große Regelbereich zur Verfügung steht.
Um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, wurde ein MOSFET
als Schalttransistor eingesetzt.
Für die Regelung wird die bewährte Schaltung
mit einem Shunt-Regler vom Typ TL431 eingesetzt, der eine sehr
genaue Regelung der Ausgangsspannung ermöglicht.
Zunächst lädt sich C2 über R1 auf die Zenerspannung von ZD (5,1 Volt) auf.
Über R2 fließt ein Strom durch D1, der dort
einen Spannungsabfall bewirkt, der sich zu den 5,1 Volt addiert.
Diese Spannung dient nun als Gatevorspannung, die den MOSFET als
Verstärker arbeiten und anschwingen lässt.
Das Rückkopplungssignal aus der Spule W2 wird über C3 auf das
Gate des MOSFETs zurückgekoppelt.
Durch die begrenzte Gatespannung gerät der MOSFET nach einiger Zeit in der
Flussphase in eine kontrollierte Sättigung und schaltet dann in
die Sperrphase um.
In der Sperrphase wandert die im Trafo gespeicherte Energie
zunächst in den Kondensator C4, was zu
einem hohen Spannungsimpuls am Drain des MOSFET und in der
Sekundärspule führt.
Der Spannungsimpuls wird gleich wieder dadurch beendet,
dass die Energie in den Trafo zurückwandert.
Der Spannungsimpuls entspricht der halben Periode einer Schwingung
mit der Resonanzfrequenz, die sich aus dem Wert von C4 und der
Primärinduktivität ergibt.
Normalerweise würde der Schwingkreis, nachdem sich die Energie
wieder im Trafo befindet, eine negative Halbwelle beginnen.
Allerdings beginnt in diesem Moment wieder die nächste Flussphase
und statt des negativen Spannungsimpulses liegt die vom Betrag her
viel kleinere Betriebsspannung am Schwingkreis.
Es dauert jetzt relativ lange (halbe Flussphase), bis die Energie
aus dem Trafo in die Stromversorgung zurückgewandert ist.
In der zweiten Hälfte der Flussphase wird dann wieder Energie
aus der Stromversorgung entnommen und im Trafo gespeichert.
Wenn der Sollwert der Ausgangsspannung erreicht ist, zieht der TL431 mehr
Strom durch R1 bis schließlich die Spannung an ZD und C2 sinkt.
Mit der Spannung an C2 sinkt aber auch die maximale
Gatespannung des MOSFET und somit auch dessen Sättigungsstrom.
Damit kann die Länge der Flussphase und die Leistung des
Wandlers auf ein Minimum heruntergeregelt werden.
Mit den angegebenen Bauteilen kann eine Ausgangsleistung bis ca. 10 Watt
erreicht werden.
Mit einem größeren Trafo und einem stärkeren MOSFET
lassen sich aber auch wesentlich höhere Leistungen hochspannen.
Sollen höhere Ausgangsspannungen über 1 kV erzeugt werden,
sollte eine Kaskade verwendet werden.
Diese kann auch nach dem Spannungsteiler für die Regelung angeschlossen werden.
Da der Vervielfachungsfaktor einer Kaskade, wenn die Kondensatoren genügend
groß sind, sehr genau eingehalten wird, ist es meistens ausreichend,
wenn die Regelung nur die Spannung der ersten Stufe erfasst.
Spannungsteiler an höheren Spannungen verursachen
außerdem zusätzliche Verluste und erfordern spezielle
hochspannungsbeständige Widerstände.
In vielen Hochspannungsanwendungen wird auch ein konstanter Strom benötigt.
Ein Beispiel wären die Koronadrähte, die in
Laserdruckern und Kopierern versorgt werden müssen.
In diesem Fall muss statt der Spannungs- eine Strommessung durchgeführt werden.
Bei einer negativen Ausgangsspannung geht das sehr gut
über das „kalte“ Ende bzw. den Fußpunkt der Hochspannungsspule.
Der mittlere Gleichstrom in der Spule ist gleich dem Ausgangsgleichstrom
und unabhängig davon, ob noch eine Kaskade nachgeschaltet ist.
Bild 13.3.1b: Hochspannungsgenerator mit Konstantstromregelung
In Bild 13.3.1b ist ein Generator zu sehen,
der bei Spannungen bis zu – 2,5 kV einen konstanten Ausgangsstrom
von – 2,5 mA liefert.
Der Ausgangsgleichstrom fließt auch durch R7 und verursacht dort
im Regelbetrieb einen Spannungsabfall von 2,5 Volt, was einem
Strom von 2,5 mA entspricht.
Der Kondensator C11 hält den starken Wechselstromanteil des Spulenstromes
von der Regelschaltung fern.
Ansonsten ist die Regelschaltung identisch mit der aus
Bild 13.3.1a. Zu beachten ist, dass die Schaltung nicht
leerlauffest ist.
Ohne Last steigt die Spannung unkontrolliert an und es kann zur Zerstörung
des Generators durch Hochspannungsüberschläge in der Spule oder den Bauteilen
kommen.
Um dies zu verhindern, könnte man an C10 einen Überspannungsableiter
anschließen, der die Spannung auf maximal etwa 900 Volt begrenzt.
Alternativ habe ich vier in Serie geschaltete Zenerdioden ZD2 bis ZD5
eingezeichnet, die die Ausgangsspannung der ersten Gleichrichterstufe
auf ca. 800 Volt begrenzen.
Statt den Begrenzungsstrom direkt nach Masse abfließen zu lassen,
wird er auf den Ausgang des Regelverstärkers gegeben und bewirkt
so eine Abregelung der Wandlerleistung.
Das ist vor allem bei größeren Ausgangsströmen notwendig,
damit im Leerlauf nicht die volle
Wandlerleistung in den Zenerdioden verheizt werden muss.
Eine weitere häufige Anwendung, bei der ein konstanter Gleichstrom benötigt
wird, ist die Stromversorgung von Gaslaserröhren, wie z. B.
einer He-Ne-Laserröhre.
Um eine maximale Lebensdauer der teilweise recht teuren Röhren bei
höchstmöglicher Ausgangsleistung zu erreichen, muss der vom Hersteller
angegebene Betriebsstrom der Röhre, z. B. 5 mA, eingehalten werden.
Auch für diesen Zweck lässt sich eine Variante des
Hochspannungsgenerators aus Bild 13.3.1a verwenden.
Bild 13.3.1c: Hochspannungsgenerator für Laserröhre mit Zündvorrichtung
In Bild 13.3.1c ist ein Hochspannungsgenerator
zum Betrieb einer kleinen He-Ne-Laserröhre zu sehen.
Kleine Laserröhren arbeiten mit Betriebsspannungen von 1…2 kV.
Diese lässt sich einfach mit einer dreistufigen Kaskadenschaltung
(D2 bis D6) erzeugen.
Allerdings benötigen die Röhren zum Zünden ein Vielfaches dieser Spannung.
Deshalb ist der regulären Arbeitsspannung noch eine Zündspannung überlagert.
Dazu wird der eigentlichen „Hauptkaskade“, bestehend aus den
Kondensatoren C6 bis C10 und den Dioden D2 bis D6,
noch eine zweite Kaskade nachgeschaltet.
Die reguläre Betriebsspannung der Röhre liegt dann an der Kathode
von D6 und beträgt maximal etwa 2,5 kV.
Der Kondensator C11 koppelt die Wechselspannung sehr hochohmig
in die zweite Kaskade ein, sodass sich im Leerlauf etwa die
dreifache maximale Betriebsspannung aufbauen kann.
Wenn die Röhre gezündet hat, wird die Betriebsspannung über die Dioden D7
bis D20 direkt auf die Röhre geleitet.
Dieser Teil der Kaskade ist dann kurzgeschlossen und kann wegen der geringen
Kapazität von C11 keine Spannung mehr aufbauen.
C11 dient also zur Strombegrenzung der Zündspannung.
Vor der Röhre muss noch ein Serienwiderstand R8 zur Dämpfung von
Kippschwingungen eingefügt werden.
Die optimale Größe muss experimentell ermittelt werden und wird zwischen
50 kOhm und 100 kOhm liegen.
Zu ermitteln ist der minimale Wert,
bei dem eine kontinuierliche Glimmentladung noch sicher stattfindet.
Eine Besonderheit der Kaskadenschaltung ist bei der ersten Stufe zu sehen:
Statt, wie bei einer Villard-Verdopplerstufe üblich, die
Wechselspannung mit einem Kondensator einzukoppeln, wird die Spannung
direkt mit D2 gleichgerichtet und mit C6 gesiebt.
Die erste Stufe ist also eine einfache Gleichrichterschaltung.
Wegen der stark asymmetrischen Wechselspannung
macht eine Villard-Schaltung in der ersten Stufe keinen Sinn.
Sie würde kaum mehr Spannung abgeben als eine einfache Gleichrichterschaltung.
Hier kann eine Diode und ein Kondensator eingespart werden.
Jede der folgenden Villard-Stufen erhöht dann die Ausgangsspannung
um den Wert der einfachen Ausgangsspannung.
Die Gatespannung von T2 wird durch die Spannung am Elko C4 begrenzt.
C4 wird über die Konstantstromquelle T1 mit 5 mA aufgeladen,
bis die Spannung genügend groß ist, um den Wandler anlaufen zu lassen.
Der Laststrom gelangt über den Fußpunkt der
Hochspannungsspule W1 ebenfalls auf C4 und ist dem Strom der
Konstantstromquelle entgegengesetzt.
Sobald der Ausgangsstrom über 5 mA ansteigt,
wird C4 wieder entladen und so die Wandlerleistung heruntergesetzt.
Auf diese Weise stellt sich ein konstanter Ausgangsstrom von ca. 5 mA ein,
der ggf. an die verwendete Röhre angepasst werden muss.
Leider gibt es bei der Stromregelung noch zwei Fehlerquellen,
die ggf. durch eine Erhöhung des Stromes in T1 kompensiert werden müssen.
Die Zenerdiode ZD2 zieht bereits vor Erreichen ihrer Zenerspannung
einen Teil des Stromes ab (je nach Typ 0,5–1 mA).
Notfalls kann ZD2 aber ersatzlos entfallen.
Die Regel- und die Schutzschaltung sorgen im Normalfall schon für eine
Begrenzung der Spannung an C4.
Eine weitere Fehlerquelle ist der TL431, dessen Kathodenstrom
schon vor Erreichen der 2,5 Volt am Reference-Eingang
einen Fehler von ca. 0,2 mA bewirkt.
Damit der Wandler im Leerlauf nicht hochläuft und sich selbst zerstört,
ist noch eine Schutzschaltung eingebaut.
Sobald die gleichgerichtete Spannung an C6,
die mit dem Spannungsteiler R5 bis R7 heruntergeteilt wird,
über etwa 800 Volt ansteigt, wird C4 über den TL431 entladen
und so der Wandler ebenfalls heruntergeregelt.
Manchmal kommt es weniger auf die genaue Einhaltung der Hochspannung an,
als darauf, mit möglichst wenig Aufwand möglichst hohe
Spannungen zu erzeugen.
Gleichspannungen bis etwa 30 kV lassen sich sehr gut mit Diodensplitttrafos,
kurz DSTs, erzeugen.
Diese wurden, bzw. werden immer noch zur Erzeugung der Anodenspannung von
Bildröhren in Fernsehgeräten und Monitoren eingesetzt.
Zur Verringerung der Wechselstrombelastung wird die
Hochspannungsspule in mehrere kleine Einzelspulen aufgeteilt und
jeweils mit einem Gleichrichter versehen. Hier greife ich nochmals
auf zwei Schaltungen aus meinem Monitor-Handbuch zurück.
DSTs zu Versuchszwecken dürften aus Restbeständen und
Schrottgeräten noch in großen Mengen im Umlauf sein.
Da man nie weiß, ob die Trafos eine passende Primärspule
besitzen, bringt man diese am besten gleich selbst auf den Kern auf.
Da die Spulen nur 5 + 1 Windung besitzen, ist es kein Problem, die
Spulen auf dem noch freien Schenkel des Trafos aufzubringen. Die
gängigen DSTs für Bildröhren erzeugen positive
Ausgangsspannungen. Der negative Ausgang befindet sich auf einem der
Pins auf der Unterseite des Trafos. Daneben gibt es weitere Pins, die
mit dem negativen Ausgangspin verbunden werden müssen. In den
meisten DSTs befinden sich noch Potis, Widerstände und
Kondensatoren, die mit der Hochspannung in Verbindung stehen.
Werden die nicht angeschlossen, können sie sich auf hohe
Spannungen aufladen und Hochspannungsüberschläge
verursachen. Da nicht alle internen Kondensatoren mit einem
Parallelwiderstand versehen sind, kann es passieren, dass die
Hochspannung auch nach dem Abschalten des Generators noch eine Weile
erhalten bleibt.
Ggf. muss die Ausgangsspannung mit einem zusätzlichen Parallelwiderstand
(ca. 1000 Megaohm) versehen werden oder jedes Mal manuell entladen werden.
Soll eine negative Spannung erzeugt werden, kann der Hochspannungsausgang auf
Masse gelegt und die negative Hochspannung am Fußpunkt der Hochspannungsspule
an dem entsprechenden Pin auf der Unterseite abgenommen werden.
Da der negative Anschluss der Ausgangsspannung gegenüber dem Trafo
nicht isoliert ist, muss der gesamte Trafo einschließlich Kern
isoliert befestigt werden.
Der Draht für die Primärspule muss dementsprechend eine gute Isolation haben.
In Bild 13.3.1d ist ein einfacher Hochspannungsgenerator,
vorwiegend für Test- und Experimentierzwecke zu sehen,
mit dem sich Gleichspannungen bis etwa 20 kV erzeugen lassen.
Um die gewünschte Ausgangsspannung zu erhalten wird der Generator
mit einer variablen Eingangsspannung aus einem Labornetzteil versorgt.
Bild 13.3.1d: Einfacher 20-kV-Hochspannungsgenerator mit Diodensplitttrafo
Da im DST eine Einweggleichrichtung der stark asymmetrischen
Wechselspannung stattfindet, ist darauf zu achten, dass die Primärspule
die richtige Polarität bezüglich der Hochspannungsspule hat.
Die richtige Polarität erkennt man an der wesentlich höheren
Ausgangsspannung im Vergleich zur falschen Polarität.
Sie muss bei einem unbekannten Trafo versuchsweise ermittelt werden.
Die Anordnung der Primärwicklung ist im rechten Teil des Bildes zu sehen.
Bei der Ermittlung der richtigen Polarität ist natürlich
darauf zu achten, dass die Polarität der Rückkopplungsspule
im Verhältnis zur Primärspule immer stimmen muss.
Leider ist die Höhe der Ausgangsspannung des Generators
in Bild 13.3.1d kaum berechenbar und stark lastabhängig.
Eine Regelung ist nur über einen Hochspannungsteiler möglich,
den man gerne vermeidet.
Bild 13.3.1e: Einstellbarer 30-kV-Hochspannungsgenerator
In Bild 13.3.1e ist eine etwas komfortablere Version des
Hochspannungsgenerators zu sehen.
Ein NE555 erzeugt eine stabile Schaltfrequenz von ca. 100 kHz.
Damit wird der Schalttransistor T4 angesteuert.
Mit der dreieckähnlichen Spannung an C1 wird ein diskret
aufgebauter Komparator, bestehend aus T1 und T2 angesteuert.
Die mit dem Poti P eingestellte Basisspannung von T1
bestimmt das Tastverhältnis, mit dem T3 eingeschaltet wird.
Die Kombination T3, D2, Dr und C4 bildet einen normalen
Step-Down-Wandler.
Die Ausgangsspannung an C4 ist zwar nicht geregelt,
aber dennoch nur von der Eingangsspannung
und vom Tastverhältnis des Komparators abhängig
und deshalb relativ stabil.
Die Spannung an der Primärspule ist wieder stark asymmetrisch.
Dies ist nötig, damit man die höchstmögliche Spannung
aus dem DST herausholen kann.
Symmetrische Induktionsspannungen im Trafo verursachen in einem
Einweggleichrichter hohe Sperrspannungen, die rund doppelt so
hoch sind wie die Ausgangsspannung.
Bei stark asymmetrischen Induktionsspannungen muss die Sperrspannung
der Gleichrichter dagegen nicht wesentlich (ca. 10 %)
höher sein als die Ausgangsspannung.
Die Asymmetrie stellt sich automatisch dadurch ein,
dass die stabile Schaltfrequenz deutlich niedriger als die
Resonanzfrequenz des Primärschwingkreises
(C5/Primärspule ≫ 300 kHz) gewählt wird.
Ein Vorteil dieser Schaltung ist die noch einfachere Primärspule,
die aus nur einer einzigen Spule mit 5 Windungen besteht.
Die richtige Polarität dieser Spule muss natürlich wieder beachtet werden.
Mit einem geeigneten DST lassen sich Spannungen bis etwa 30 kV erzeugen.
Höhere Spannungen sind mit normalen DSTs für Bildröhren nicht erreichbar,
da dies die höchste Spannung ist,
mit der große Bildröhren üblicherweise versorgt werden müssen.
Für höhere Spannungen sind diese Trafos auch nicht ausgelegt.
Die Ausgangsspannung dieses Generators ist zwar nicht geregelt,
jedoch wesentlich stabiler als bei der Schaltung aus Bild 13.3.1d.
Da die Schaltung ohnehin über eine Spannung eingestellt wird,
ist es auch kein Problem mehr, eine Regelschaltung mit einzubauen.
Mit ein paar Änderungen des ungeregelten Generators wird in
Bild 13.3.1f ein einstellbarer geregelter Hochspannungsgenerator.
Um eine saubere Regelung zu ermöglichen,
ist zunächst ein Siebkondensator (C8) am Hochspannungsausgang nötig.
Um die Spannung messen zu können wird ein sehr hochohmiger
hochspannungsfester Widerstand für den Hochspannungsteiler benötigt.
Dabei handelt es sich meistens um Dickfilmwiderstände
mit besonders langer Widerstandsbahn.
Zur Stabilisierung der Regelung kann optional ein Differenzierkondensator
(C9) zwischen Hochspannungsausgang und Eingang des Regelverstärkers
geschaltet werden.
Da die Regelung bei vielen DSTs bereits vorgesehen ist,
sind die Widerstände (R12, R13) und Kondensatoren (C8, C9)
oft schon eingebaut und mit vergossen.
Das erleichtert dann den Aufbau erheblich.
Bild 13.3.1f: Einstellbarer geregelter 30-kV-Hochspannungsgenerator
Der Regelverstärker ist mit einem TL431 aufgebaut.
Die Spannung am Ausgang des Hochspannungsteilers wird daher
auf 2,5 Volt geregelt.
Handelsübliche DSTs liefern Ausgangsströme bis etwa 1 mA,
was einer Ausgangsleistung von bis zu 30 Watt entspricht.
Für die meisten Anwendungen dürfte das ausreichen.
Werden höhere Leistungen benötigt, kann man zunächst auf speziell
angefertigte DSTs mit höherer Leistung zurückgreifen.
Mit zunehmender Leistung lohnt sich der Aufwand jedoch immer weniger.
Bei größeren Leistungen nimmt einmal der
Kernquerschnitt zu, sodass die Windungszahl der
Hochspannungswicklung drastisch abnimmt und außerdem
entschärft sich das Isolationsproblem wegen der größeren
Abmessungen des Trafos.
Hochspannungsgeneratoren für höhere Leistungen sind also weitgehend
konventionelle Gegentaktwandler, die als Fluss-, Resonanz-
oder Sinuswandler aufgebaut sind.
Eine Besonderheit von Hochspannungsspulen besteht allerdings darin,
dass sie verstärkt zu Eigenresonanzen neigen.
Deshalb kann es insbesondere bei Fluss- und ZCS-Resonanzwandlern
aufgrund der Schaltflanken im Leerlauf zu starken Spannungsüberhöhungen
kommen, die den Trafo oder den Gleichrichter zerstören können.
Der Einsatz eines Sinuswandlers bietet sich daher bei
Hochspannungsgeneratoren an.
Die moderate Spannungssteilheit sinusförmiger Hochspannungen
belastet die Isolation und die Hochspannungsgleichrichter
wesentlich weniger.
Als Generatoren für höhere Leistungen wären z. B. die
Sinuswandler in Bild 11.2d
und 11.2e zu nennen.
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