Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Konstruktion eines neuen Hochspannungsblocks für Nachtsichtgeräte


von Niclas L. (br03_1010-2)


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Guten Abend,

ich bin sonst immer nur ein stiller Mitleser und nehme hier aus dem 
Forum sehr viele nützliche und interessante Tipps mit. Manch Thread hat 
mir schon so einige Projekte gerettet - Danke!

Nun kurz zu meinem Problem:
Ich habe mir vor einiger Zeit ein russisches Nachtsichtgerät gekauft. 
Mit viel Mühe habe ich das Ding nun restauriert. Alter Lack ab, Rost 
entfernt, neuer Hammerschlaglack darauf, Linsen gereinigt,... Auch bei 
der Elektrik habe ich ein wenig was geändert - ein Lipo-Akku und ein 
Schalter zum Ein-und-Ausschalten sind hinzugekommen. Unzählige Stunden 
sind in das Ding reingeflossen - und plötzlich... Gibt der 
Hochspannungsblock den Geist auf...Sonst höre man nur immer ein 
monotones Klackern, plötzlich kam immer wieder in kurzen Abständen ein 
lauter Knall dazu. Ich habe das Ding also aufgeschraubt, nachgeschaut 
und musste im Betrieb einen knapp 1,5cm langen Lichtbogen zwischen zwei 
Punkten in der Elektrik feststellen. Aller 2-3 Sekunden sah man ihn 
durch das transparente Plastik. Meine ursprüngliche Idee die Teile 
eventuell reparieren zu können verblasste schnell - alle Komponenten 
sind in einer Art klarsichtigen Silikon eingegossen. Reparatur also so 
gut wie unmöglich.



Genug von der Vorgeschichte, nun zum eigentlichen Problem bei der Sache:

Meine Idee war es nun einen neuen Hochspannungsblock zu bauen. Die 
Bildwandlerröhren werden mit 12-18kV betrieben - mein Akku hat im 
Schnitt 6-7V. Im Internet gibt es einige Schaltungen für solche 
Hochspannungsgeneratoren. Einige mit 555-Timer, andere nur mit 
Transistoren.

Ich hatte vor, mit einem 555-Timer einen hochfrequenten Takt zu 
erzeugen, diesen dann über einen Transistor in die primäre Wicklung 
eines Transformators zu geben.
Auf der sekundären Seite wollte ich dann die Wechselspannung über einen 
Spannungs-Multipikator (Hochspannungskaskade?) auf die endgültigen 
15kV-DC bringen. Im Anhang ein Bild meiner Idee der gesamten 
Hochspannungsseite.

Alles in allem wäre das dann solch eine Konstruktion: 
http://www.555-timer-circuits.com/stun-gun.html


Fragen meinerseits:

Funktioniert das so überhaupt? Ich habe zudem auf manchen Seiten 
gelesen, ein Transformator könnte keine Rechteck-Funktion (wie hier vom 
555-Timer) transformieren - stimmt das? Und welche Frequenz sollte man 
dann für den 555er einstellen - gibt es da irgendwelche Idealwerte?

Ich habe in meiner Simulation mit LTSpice den Widerstand der 
Bildwandlerröhre mit 1GOhm veranschlagt (wird im Original und im Betrieb 
wohl wesentlich geringer sein). Geringere Werte sorgen hier allerdings 
für ein Zusammenbrechen der Spannung.


Und außerdem, die für mich wichtigste Frage: Sind solche Schaltkreise 
gefährlich? Ich habe mich sonst immer nur mit Mikrocontrollern und 
digitaler Technik befasst. Wo ich von Gleichstrom vielleicht noch ein 
wenig Ahnung habe, setzt es bei Wechselstrom bei mir vollkommen aus. Ich 
sehe da in erster Linie keinen Teil, der den Strom limitiert. Was wäre 
da also, wenn (so dumm kann man ja leider manchmal gar nicht denken) ein 
Mensch - sprich meine Wenigkeit - an der 15kV-Leitung anfasst? Und kann 
man notfalls den Stromfluss irgendwie limitieren?



Vielleicht könnt Ihr mir helfen. Ich sehe sonst keinen anderen Weg mehr, 
als die viele Arbeit im Winde verwehen zu lassen =(



Grüße

von Zeno (Gast)


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Befasse Dich mal mit dem Thema Sperrschwinger.

von Hp M. (nachtmix)


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Niclas L. schrieb:
> Auf der sekundären Seite wollte ich dann die Wechselspannung über einen
> Spannungs-Multipikator (Hochspannungskaskade?) auf die endgültigen
> 15kV-DC bringen. Im Anhang ein Bild meiner Idee der gesamten
> Hochspannungsseite.

Wenn du den Hochspannungstrafo selbst wickeln willst, wirst du 
wesentlich mehr Stufen im Spannungsvervielfacher brauchen, weil die 
Hochspannungswicklung nicht lange lebt, wenn die Spannung dort so hoch 
ist, dass es zu Glimmentladungen kommen kann.
Um solche Entladungen in Luft, bei denen aggressives UV-Licht und Ozon 
entstehen, zu vermeiden tränken die Profis Hochspannungswicklungen mit 
Kunstharz.
Dazu ist aber schon ein recht gutes Vakuum notwendig, sonst 
verschlimmern eingeschlossene Luftbläschen die Situation nur.
Da ich annehme, dass du nicht über die nötigen Gerätschaften für einen 
Vakuumverguss verfügst, bleiben dir nur zwei Möglichkeiten:
Entweder du begrenzt die Sekundärspannung des selbstgewickelten Trafos 
auf z.B. 500V und verwendest entsprechend viele Stufen eines 
Spannungsvervielfachers,
oder du nimmst einen Trafo, bei dem der Hersteller sich schon um eine 
hochspannungsgerechte Konstruktion gekümmert hat.
Neben den Zeilentrafos aus alten Fernsehern und Monitoren kommen als 
Basis dafür z.B. die kleinen Hochspannungswandler aus Laserdruckern, die 
Spannungen um 4..6kV erzeugen, in Frage.
Auch in älteren Flachbildschirmen und bei den  Casemoddern werden zum 
Betrieb der CCFL-Lampen Spannungswandler verwendet, die hochfrequente 
Wechselspannungen jenseits von 1kV erzeugen können.


P.S.:
Niclas L. schrieb:
> die für mich wichtigste Frage: Sind solche Schaltkreise
> gefährlich?

Batteriegespeiste Wandler werden bei so hoher Spannung keine Ströme 
erzeugen können, die wirklich lebensgefährlich sind.
Insbesondere bei so hohen Wechselspannungen, kann aber leicht ein 
Lichtbogen entstehen, der einem ein schmerzhaftes Löchlein ins Fell 
brennt.
Die Kondensatoren des Vervielfachers können allerdings tatsächlich 
gefährliche Energiemengen speichern. Deshalb sollte man sie nicht größer 
machen als notwendig. Am einfachsten erreicht man das, wenn man mit der 
Frequenz  weit über die 50Hz des technischen Wechselstroms geht, z.B. 
aus 20kHz.

Wichtig ist auch, dass du bei so hohen Frequenzen keine gewöhnlichen 
Netzgleichrichter wie 1N4007 mehr verwenden kannst. Die sind viel zu 
langsam.
Für die Verwendung in Fernsehern etc. sind aber hinreichend schnelle 
Dioden entwickelt worden.
Vielleicht findest du noch eine BY713 o.ä.
Diese Diode ist schnell genug und kann mit einer Sperrspannung von 24kV 
solche Spannungen direkt gleichrichten:
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/102401/PHILIPS/BY713.html

Als Kondensator genügt dann ein Stück abgeschirmtes Kabel. Über den 
Daumen hat das 70..100pF pro Meter.

: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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Zündtrafos für Xenon Blitzröhren bringen auch um die 5 KV und sind kaum 
größer, als ein Würfelzucker

von Hp M. (nachtmix)


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Gerald B. schrieb:
> Zündtrafos

Sind aber nur zur Erzeugung gelegentlicher Hochspannungsimpulse 
geeignet.
Ausserdem schaffen sie solche Spannungen nur, wenn man einen 
Kondensator, z.B. 50nF, der auf 250V geladen ist, schlagartig in die 
Primärwicklung entlädt.
Dabei fliesst ein enormer Strom, den man gewöhnlich mit einem Thyristor 
oder einem mechanischen Kontakt schaltet.
Ich würde diesen Ansatz nicht versuchen wollen.


...sondern überhaupt kein Bildwandlerrohr aber einen Raspberry Pie mit 
der NoIR Kamera verwenden.

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Niclas L. schrieb:
> Meine Idee war es nun einen neuen Hochspannungsblock zu bauen

Kaufe einen von
https://www.ebay.de/itm/15KV-high-voltage-generator-step-up-inverter-arc-igniter-coil-module-DC-5Vha/363066723483
https://www.ebay.de/itm/15KV-High-Voltage-Inverter-Generator-Spark-Arc-Ignition-Coil-Module-DIY-Kit-3-7V/382131734381
https://www.ebay.de/itm/15KV-high-voltage-generator-step-up-inverter-arc-igniter-coil-module-DC-5Vha/363066723483
https://www.ebay.de/itm/15KV-High-Voltage-Generator-Module-Arc-Ignition-Inverter-Step-Up-Boost-Coil-G4/174353014929

So wie ich dass sehe, produzieren die alle ungeregelte Wechselspannung. 
Also gleichrichten (diode split trafo wäre natürlich günstig) und ggf. 
regeln.

Zumindest hast du (bis auf den letztern) so einen tauglichen Trafo und 
eine Grundlage für eine eigene Schaltung.

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Niclas L. schrieb:
> alle Komponenten
> sind in einer Art klarsichtigen Silikon eingegossen. Reparatur also so
> gut wie unmöglich.

Was heißt da "so gut wie unmöglich"?
Pul das Zeug ab. Da mußt Du jetzt durch, fertig.

von Jochen F. (jamesy)


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Es gibt diese NT auch zu kaufen, Matsusada und HiTek (heißt heute evtl 
anders) stellen so etwas her, andere auch. Das sind Module, keine 
Fertiggeräte.
Ich hätte auch noch gebrauchte da, bis 20 KV einstellbar. Positiv oder 
negativ?
Die werden allerdings mit 12 oder 24 Volt gespeist.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Übrigens hat jede elektrische Fliegenklatsche einen Sperrschwinger, der 
aus 3V etwa 1-2kV erzeugt. Strom ist nicht dolle, aber du brauchst ja 
auch nicht viel. Eine Kaskade dahinter mit den o.a. Dioden und HV 
Kondensatoren erzeugt dir recht einfach die gewünschte Spannung.
Lustigerweise sind diese Sperrschwinger auch für Dauerbetrieb geeignet - 
ich habe so ein Dings schon mal den ganzen Tag laufen lassen.
Eine weitere Quelle für HV Generatoren sind Fotokopierer und 
Laserdrucker.

: Bearbeitet durch User
von W.S. (Gast)


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Habt ihr denn schon alles vergessen, was vor einigen Jahren noch ganz 
normal war, nämlich CCFL-Display-Beleuchtungen und deren Ansteuerungen?

Die eigentliche Hochspannungserzeugung bei denen war mit einem 
Royer-Konverter. Eigentlich eine billige und robuste Technik. Da kriegt 
man relativ problemlos eine Wechselspannung im 1..2 kV Bereich heraus, 
was die Anzahl der daran hängenden Kaskaden in Grenzen hält.

W.S.

von Horst S. (petawatt)


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Mach mal ein Foto von der Problemstelle.
Eine energieeffiziente Lösung für Batteriebetrieb ist problematisch im 
Eigenbau.
Ein "normales" Netzteil für eine alte Fernsehbildröhre besteht aus einem 
AC-Trafo plus Kaskade. Alten S/W-Fernseher auschlachten.
Bei "neueren" Röhren-TV mit DC-Trafo sind die Gleichrichter bereits 
eingegossen.
Nützliche Seiten: 
http://hosin.de/Specials/HV-Schaltnetzteil/hv-schaltnetzteil.html 
http://www.hcrs.at/
Grüße von petawatt

von Hp M. (nachtmix)


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W.S. schrieb:
> Habt ihr denn schon alles vergessen, was vor einigen Jahren noch ganz
> normal war, nämlich CCFL-Display-Beleuchtungen und deren Ansteuerungen?

Nö, das hatte ich weiter oben schon erwähnt:

Hp M. schrieb:
> Auch in älteren Flachbildschirmen und bei den  Casemoddern werden zum
> Betrieb der CCFL-Lampen Spannungswandler verwendet, die hochfrequente
> Wechselspannungen jenseits von 1kV erzeugen können.

Die Brennspannung jener Gasentladungslampen liegt m.W. in der Gegend von 
800V.

von Schrotti (Gast)


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Niclas L. schrieb:
> und plötzlich... Gibt der
> Hochspannungsblock den Geist auf

Netter langer Roman, aber weder ein Plan, noch Fotos?

Niclas L. schrieb:
> Bildwandlerröhren werden mit 12-18kV betrieben - mein Akku hat im
> Schnitt 6-7V.

Ungenauer häts ein Troll nicht schreiben können. Was nu, 12 oder 18 kV?

Niclas L. schrieb:
> Auf der sekundären Seite wollte ich dann die Wechselspannung über einen
> Spannungs-Multipikator (Hochspannungskaskade?) auf die endgültigen
> 15kV-DC bringen. Im Anhang ein Bild meiner Idee der gesamten
> Hochspannungsseite.

Du weißt also nicht, ob Du eine HS-Kaskade willst oder was?
Und das soll die gesamte HS-Seite sein - wen willst verarschen?

Niclas L. schrieb:
> Fragen meinerseits:

Nö, schon vergessen:
> (Hochspannungskaskade?)

Wae diese Frage etwa keine?

Niclas L. schrieb:
> Sind solche Schaltkreise
> gefährlich?

Unbedingt!

Niclas L. schrieb:
> Ich sehe sonst keinen anderen Weg mehr,
> als die viele Arbeit im Winde verwehen zu lassen =(

(Hochspannungskaskade?)

Niclas L. schrieb:
> Vielleicht könnt Ihr mir helfen. Ich sehe sonst keinen anderen Weg mehr,
> als die viele Arbeit im Winde verwehen zu lassen =(

Ich glaube Dir ohne Foto kein Wort - Vielleicht verkaufst den virtuellen 
Schrott besser wieder an einen anderen Troll -

von Olaf (Gast)


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> Habt ihr denn schon alles vergessen, was vor einigen Jahren noch ganz
> normal war, nämlich CCFL-Display-Beleuchtungen und deren Ansteuerungen?

Ich hab es nicht vergessen, sondern selbst schon gebaut. (PMT 
Anodenspannung) :-)

Daher sei es erwaehnt das es da eine nette Applikation von Linear zu 
gab. Leider will mir die Nummer gerade nicht einfallen.

Allerdings hat man dann erst 2kV, ueber die Spannungsvervielfachung muss 
man sich dann auch noch Gedanken machen.

Ich wuerde aber vermutlich auch schaun das ich irgendwo ein fertiges 
Modul oder Trafo bekomme. Fernseher wurden ja schon genannt. Was ist 
denn mit Laserdruckern? Keine Ahnung welche Spannung die genau brauchen, 
aber fuer Ozon reicht es ja immerhin schonmal. Die Teile darin sind 
zumindest schonmal kleiner.

Olaf

von Peter D. (peda)


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Niclas L. schrieb:
> ein Lipo-Akku und ein
> Schalter zum Ein-und-Ausschalten sind hinzugekommen.

Welche Spannung hat der und welche lieferte die original Batterie?
Vermutlich ist die Spannung höher und darum hat es den HV-Teil gekillt.

12-18kV zu erzeugen ist kein Anfängerprojekt.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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von M. K. (Gast)


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Die Hochspannungserzeugung scheint doch super zu laufen.
Nur mit der Isolation ist es nicht mehr soweit her.
Da ist wahrscheinlich bei Deiner Restaurierung Feuchtigkeit 
eingedrungen.
Mal versucht das Teil über viele Stunden bei niedriger Temperatur im 
Backofen zu trocknen oder Spray zur Feuchteverdrängung einzusetzen?

Je nach Art der Vergussmasse gibt es verschiedene Methoden die 
runterzuholen.
Ist die Masse eher flexibel, könnte es Silikon sein.
Das lässt sich noch am einfachsten mechanisch entfernen.

Epoxy, Polyester etc. ist schon ekliger, aber dem rückt man mit Wärme, 
Aceton oder Dremel zu Leibe.
Das hört sich schlimmer an als es ist.

Bei guter Belüftung mit einer alten Lötkolbenspitze Material abtragen, 
geht bei Epoxy z.B. relativ schnell.
Anhaftende Reste dann mit Kältespray spröde machen und runterhebeln.

Mach doch mal ein Foto und ag was zu den fühlbaren Eigenschaften des 
Vergusses, dan kann man mehr sagen.

Das wird alles deutlich schneller gehen als mal eben eine HV Erzeugung 
aufzubauen die dann auch den Ansprüchen der Röhre gerecht wird.

von Niclas L. (br03_1010-2)


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Guten Abend,

vielen Dank für euer konstruktives Feedback und eure Ideen. Ich habe 
jetzt einfach mal aus verschiedenen eurer Vorschläge eine Schaltung 
gebastelt und in LTSpice simuliert.
Über ein polnisches Forum habe ich zudem noch neue Informationen zu den 
verwendeten Bildwandlerröhren erhalten. Damit konnte ich nochmal die 
Kondensatoren wesentlich kleiner bemessen.

Heute wurden dann die Teile geliefert. Ursprünglich wollte ich das Board 
für den Niederspannungsteil ätzen - auf einer Lochrasterplatine erschien 
mir dann aber doch schneller und einfacher für sowas kleines.
Seit ein paar Minuten ist nun alles vollendet - es funktioniert sogar 
erstaunlicherweise! Auf dem Bild ist alles noch provisorisch mit 
Wago-Klemmen verbunden.

Als Trafo habe ich nun den ursprünglichen Trafo aus dem originalen 
Hochspannungsblock genommen. Der wandelt direkt die 6V auf 5kV und ist 
schon direkt ordentlich in Epoxidharz vergossen.
Danach war nur noch ein kleiner Spannungstripper mit 3 Kondensatoren und 
3 Dioden nötig.

Niederspannungsseitig habe ich mich nun doch zum 555-Timer entschlossen. 
Ich hatte noch ein paar ICs davon herumliegen. Zusammen mit einem 
Transistor und entsprechenden Dioden, um den Schaltkreis zu schützen ist 
das Ganze sogar recht klein und kompakt.

Wirklich herzlichen Dank für eure Hilfe!

Mit freundlichen Grüßen

von Jim (Gast)


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Eine solide Versorgung für NVGs wäre glaube ich generell interessant. Im 
Prinzip ist ja außer der Träger sonst nicht viel drin in einem NVG. 
Hätte man da erobern Open source Schaltplan für die Versorgung, wäre das 
wirklich cool. Die HV Blöcke aus den kommerziellen NVGs bekommt man ja 
nirgends.

von Horst S. (petawatt)


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Niclas L. schrieb:
> musste im Betrieb einen knapp 1,5cm langen Lichtbogen zwischen zwei
> Punkten in der Elektrik feststellen. Aller 2-3 Sekunden sah man ihn
> durch das transparente Plastik.

Verstehe einiges nicht. Leider hast du kein Foto von der Problemstelle 
hier eingestellt. Wenn du einen langen Lichtbogen gesehen hast, dann war 
der Primärteil doch vermutlich noch in Ordnung und die Kaskade ist 
defekt. Warum willst du dann auch den Primärteil erneuern? Wenn der 
Lichtbogen am Trafo war, dann kann der nicht weiterverwendet werden. 
Hätte zuerst die Kaskade erneuert oder ev. repariert. Wie willst du 
letztlich die erzeugte Spannung der neuen Schaltung messen?
Grüße von petawatt

von Stefan F. (Gast)


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Horst S. schrieb:
> Verstehe einiges nicht.

Ich erkenne die Logik in dieser "Lösung" auch nicht.

von Jemin K. (jkam)


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Ich habe hier was interessantes gefunden:
https://worldradiohistory.com/Archive-Radio-Electronics/70s/1974/Radio-Electronics-1974-08.pdf

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