Hochspannungsstromversorgungen für Hochleistungsanwendungen

Der Name Glassman ist zum Synonym für hohe Zuverlässigkeit, Entwicklungsengagement, schlanke Fertigung und vorbildliche Kundenbetreuung geworden, die in der Stromversorgungsindustrie ihresgleichen sucht. Jetzt, da Glassman Teil der Produktpalette für Hochspannungsgeräte von XP Power wird, erweitert sich die Auswahl für alle Ihre Anforderungen erheblich.

XP Glassman ist in der Lage, für die meisten Anforderungen zu Hochspannungs-DC-Stromversorgungen eine Lösung aus dem wohl größten Angebot von Standardnetzteilen innerhalb der Industrie anzubieten. Durch Anpassung, Modifikation oder kundenspezifische Entwicklung sowie der Produktion können Non Standardversionen erstellt werden. Die Standardmodelle verfügen über Ausgangsspannungen bis 500 kVDC und einer Ausgangsleistung von bis zu 200 kW. Alle Geräte verfügen über eine 3-jährige Garantie.


Anwendungen

DC-Netzteile werden in einem breiten Anwendungsspektrum in kommerziellen, Verteidigungs- und Forschungsapplikationen eingesetzt. XP Glassman liefert seine Stromversorgungen seit über 40 Jahren an führende OEM-Hersteller, Industriedienstleister sowie private und öffentliche Forschungseinrichtungen. Die DC-Stromversorgungstechnologien werden in verschiedensten Prozessen und Instrumenten eingesetzt, welche die Gesellschaft und das Leben von Menschen auf der ganzen Welt täglich verbessern. XP Glassman ist stolz auf seine führende Rolle im Bereich der Gleichstromversorgung und will die Bereitstellung von Spitzentechnologie, welche die Entwicklung von Industrie und Wissenschaft im 21. Jahrhundert unterstützt, weiterhin fortführen.


Typische Einsatzgebiete, für die XP Glassman Stromversorgungen, sind: (Zum Erweitern anklicken)


  • Ionenimplantation
  • Physikalische Dampfabscheidung
  • Elektronenstrahllithographie

  • Ionenstrahlabscheidungn
  • Ionenstrahl-unterstützte Abscheidung
  • Elektronenstrahlverdampfung
  • EElektronenstrahlschweißen
  • Ionenquellen
  • DC-Magnetronbedampfer
  • Glas- / Gewebebeschichtung
  • Glimmentladung
  • C-Bias
  • Mikrowellenprozesse

  • Kapillarelektrophorese
  • Massenspektrometer
  • Röntgenfluoreszenz
  • Mikrofluidik
  • Elektrokinetik

  • PET-Scanner
  • FDG-produzierende Zyklotrone
  • Gammakameras
  • Strahlentherapiesysteme

  • Kondensatorprüfung
  • CRT-Bildschirmtests
  • Kabelfehlertests
  • Gleichstrommotortests
  • TWT-Tests
  • Hi-Pot-Test

  • Teilchenbeschleuniger
  • Freie-Elektronen-Laser
  • Neutronenquellen
  • Zyklotronquellen
  • Pulsbildende Netzwerke
  • Marx Generatoren
  • Kondensatorladegeräte
  • MIT Reduced Gravity Wasserfiltration Forschungsprojekte

  • Flugsimulatoren
  • Klystrons / Magnetrons für Mikrowellenheizungen und HF-Verstärker
  • Nanotechnologische Anwendungen
  • Elektrostatikanwendungen
  • Elektrospinnsysteme


Kundenspezifische Anpassungen


XP Glassman hat im Laufe der Jahre viele Varianten von elektrischen und mechanischen Versionen entwickelt, so dass wir unseren Kunden, falls ein Standardprodukt nicht ausreichen sollte, maßgeschneiderte Produktdesigns speziell für ihre Anwendungsanforderungen anbieten können. Wenn Sie zu den Anpassungsmöglichkeiten unserer Stromversorgungen für Ihre Bedürfnisse mit uns Kontakt aufnehmen möchten, klicken Sie bitte hier.


Hochspannungstechnologien

Die von XP Glassman entwickelten und eingesetzten Technologien und Topologien ermöglichen kompakte und zuverlässige HV-Stromversorgungen, die relativ einfach an die meisten Anwendungen angepasst werden können und gleichzeitig die wartungsfreundlichsten der Branche sind. Fast alle XP Glassman-Produkte verwenden Luft als primäres Isolationsmedium und einen Hochfrequenz-PWM-Offline-Wandler.


Obwohl die Luftisolierung nicht für ultra-miniaturisierte Module unter schwierigen Umgebungsbedingungen geeignet ist, bietet sie eine leicht reparierbare Struktur, welche die parasitäre Kapazitätsverluste für die meisten Anwendungen minimiert. Wir haben HV-Strukturen entwickelt, die eine Äquipotentialabstufung und elektrostatische Abschirmung von empfindlichen Bauteilen beinhalten, so dass wir eine hervorragende Stabilität und Genauigkeit erreichen. Alle unsere HV-Baugruppen basieren auf dem bekannten Cockcroft-Walton-Voltage-Multiplier-Konzept oder Variationen davon, um hohe DC-Ausgangsspannungen zu erreichen und gleichzeitig die Spitzenspannungen im Sekundärkreis der Transformer zu minimieren. Der Einsatz von Luft als Isolierstoff ermöglicht darüber hinaus bei Bedarf eine forcierte Kühlung der HV-Komponenten. Ebenso kann durch forcierte Kühlung ein erhöhter Reihenschutzwiderstandswert eingesetzt (falls praktikabel) und so die Spitzenentladeströme bei Überlast oder Lichtbögen minimiert werden. (Hinweis: Einige Modelle oder Anwendungen benötigen dazu extern zu beschaltenden Serienschutzwiderstand.) Dadurch werden nicht nur die HV-Komponenten und Lasten geschützt, sondern gleichzeitig reduziert sich auch die Entladungsenergie, die während eines Lichtbogens auftritt und die elektromagnetischen Interferenzimpulse (EMI) werden minimiert, welche empfindliche Steuerelemente beschädigen oder Mikrocontroller stören können. Alle diese Techniken verbessern die Zuverlässigkeit der gesamten Hochspannungsbaugruppe, sowie der Steuer- und Leistungselemente der gesamten Stromversorgung.


Über 150kV verwenden unsere Designs einen Open-Air- "Stack", wodurch die üblicherweise benötigten massiven HV-Stecker und Kabel entfallen. Stattdessen werden ringförmige Anschlüsse und Äquipotentialflächen verwendet, um die elektrostatischen Felder zu minimieren. Bei Geräten mit 150 kV oder weniger montieren wir die HV-Baugruppe in einem proprietären HV-isolierten Gehäuse aus feuerhemmenden Materialien, dessen Wände der vollen Spannung widerstehen. Diese sind so konzipiert, dass sie über einen einheitlichen Oberflächengradienten zur Minimierung der Corona verfügen. Das Gehäuse wiederum wird in einem geerdeten Chassis montiert.


Eines der Probleme bei höheren Frequenzen in HV-Stromversorgungen ist die parasitäre, reflektierte Kapazität. Dies wird durch die Nähe von Oberflächen zum Schutzleiter gebildet. In einer großen HV-Baugruppe kann die reflektierte parasitäre Kapazität sehr groß sein. Wird ein fester oder flüssiger Isolationsstoff verwendet, ist dessen Kapazität im Vergleich zu Luft viel höher, da die Dielektrizitätskonstante von Luft 1,0 ist, während die der meisten anderen Isolationsstoffe in der Größenordnung von 3 - 4,5 liegt. Die Kapazität ist direkt proportional zur Dielektrizitätskonstante der Isolierung.


Unsere HV-Transformatoren haben typischerweise eine Spitzenspannung von 6 kV oder weniger an den Sekundärwicklungen und verwenden spezielle universelle Wicklungstechniken, um eine selbsttragende Wicklung mit großem Durchmesser und den richtigen Spannungsgradienten zu erzeugen. Zusätzlich verwenden wir typischerweise U-Kerne mit großen Wickelfenstern, die genug Platz für die richtigen Gradienten bieten.


XP Glassman HV-Stromversorgungen nutzen die firmeneigene PWM-Konvertertechnologie für die Leistungstransformation. In der Regel wird die Netzspannung gleichgerichtet und als DC Spannung bereitgestellt. In vielen Fällen wird dabei ein PFC-Boost-Wandler eingesetzt um eine geregelte 400 VDC-Spannung zu erzeugen. Dies ergibt einen Leistungsfaktor von nahezu Eins, wodurch harmonische Oberschwingungen praktisch eliminiert und die aus dem Netz gezogene Scheinleistung minimiert werden. Die DC-Spannung wird mittels der HV-Transformatoren auf den HV Schaltkreis übertragen. Diese Transformatoren generieren auch die Isolation von Eingang zu Schutzleiter. Die Ansteuersignale werden über Trenntransformatoren an die Schaltelemente übertragen, die ebenfalls eine Isolation von Eingang zu Schutzleiter bereitstellen.


Die meisten unserer Produkte arbeiten mit Schaltfrequenzen zwischen 30 kHz und 70 kHz und verwenden entweder FETs oder IGBTs als Schalter. Die Effizienz der Wandler beträgt dabei mehr als 90%. Die Wandlertopologie ist bestens für Transformatoren mit großem Übertragungsverhältnis geeignet, da sie zum Erzeugen der Sekundärspannung die in der Kapazität des Streufeld und der Wicklung des Transformators gespeicherte Energie verwendet, anstatt sie in Dämpfungsgliedern oder Schaltverlusten zu verschwenden.


Der Wandler ist pulsweitenmoduliert und nutzt integrierte Magnete, um die Energie zu speichern. Da eine Zero-Current-Switching-Topologie verwendet wird, werden die Einschaltverluste minimiert und die Regeldaten verbessert. Dieses Wandlerdesign ist grundsätzlich strombegrenzt, so dass der Wandler selbst ohne externe Steuerung oder zusätzliche Schutzmaßnahmen im Dauerkurzschluss betrieben werden kann. Darüber hinaus ist es in der Lage einem undefinierten sekundärseitigen Kurzschluss zu widerstehen.


Alle XP Glassman-Produkte verwenden eine schnelle Strom- und Spannungsregelung mit automatischer Umschaltung. Darüber hinaus werden Techniken eingesetzt, um ein sicheres, geregeltes Hochfahren der Ausgangsspannung von jedem beliebigen Zustand aus zu gewährleisten, einschließlich nach einem Lichtbogen, einer Überlastung oder einem Kurzschluss. Dies verhindert ein gefährliches Überschwingen der Ausgangsspannung nach dem Auflösen jeglicher Fehlerbedingung.


Alle XP Glassman Stromversorgungen verfügen über eine redundante Unterspannungserfassung, so dass die Stromversorgung vollständig gegen Störungen der Eingangsspannung geschützt ist. Dies gewährleistet einen sicheren Betrieb auch bei Spannungsausfällen oder großen Spannungseinbrüchen. Alle Hilfsspannungen werden von einer einzigen Quelle abgeleitet, so dass sich diese beim Ein- und Ausschalten, als auch beim normalen Betrieb gleich verhalten. Dies eliminiert die Möglichkeit, dass die Operationsverstärker des Regelkreises gestört und falsche Ansteuersignale erzeugt werden.


Zum Lieferumfang der XP Glassman Produkte gehören eine Vielzahl von lokalen und externen Steuerungsmöglichkeiten. Die Steuerung und Überwachung mittels RS232, USB und Ethernet ist für viele Geräteversionen verfügbar. Eine serielle Schnittstelle steht für Netzteile ohne integrierte digitale Steuerung als Option zur Verfügung. Alle Computer-Schnittstellen bieten eine galvanische Trennung von bis zu 1000VAC zwischen dem Host-Computer und der Stromversorgung. Dies ist sehr wichtig in der Umgebung mit hohen Störungen und Transienten, in der HV-Stromversorgungen arbeiten. Diese Technik isoliert und schützt empfindliche Computerschaltkreise sowohl auf der Anwenderseite als auch in der Stromversorgung selbst.


Die meisten XP Glassman-Designs verwenden schnelle Lichtbogenerkennung und den Schutz dagegen. Jedes Mal, wenn eine Hochspannungsstromversorgung entladen wird, wird die gespeicherte Energie innerhalb der HV-Baugruppe an interne Begrenzungswiderstände geleitet. Diese Widerstände werden benötigt, um den Entladestrom zu begrenzen und somit die HV-Dioden und Kondensatoren zu schützen, sowie die EMV zu verbessern. Da die meisten XP Glassman Netzteile über eine schnelle Anstiegszeit bei der Spannungswiederherstellung verfügen, ist die Leistung, die in den Begrenzungswiderständen während wiederholter Lichtbogenbildung in Wärme umgesetzt wird, proportional zu dem Produkt der Energie und der Wiederholungfrequenz. Dies kann ein Vielfaches der gespeicherten Energie sein.


Aufgrund der Baugröße und des Layouts ist es nicht immer realisierbar, genügend oder ausreichend große Begrenzungswiderstände zu installieren, um alle diese Verluste zu bewältigen. Obwohl es sich um Hochleistungswiderstände handelt und sie mehreren kurzen Lichtbögen standhalten können, sind sie unter Umständen nicht in der Lage, einem kontinuierlichen Lichtbogen zu widerstehen. Der Schutz wird durch eine Lichtbogensensorschaltung gewährleistet, welche den HV-Ausgang abschaltet, sobald die Anzahl an Lichtbögen innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine festgelegte Grenze überschritten wird. Mit dies Technik wird eine realistische durchschnittliche Verlustleistung in den Widerständen ermöglicht. Die Lichtbogensensorschaltungen reagieren innerhalb von Mikrosekunden bei Grenzwerten, welche einen Schutz der Stromversorgung, ohne übermäßige "störende" Auslösungen bietet. Nach dem Abschalten der Stromversorgung erfolgt die automatische Rücksetzung normalerweise innerhalb von 5 Sekunden. Optional kann das Netzteil auch dauerhaft abgeschaltet werden. Das Zurücksetzen der Stromversorgung hat dann über ein externes Signal zu erfolgen. Die Lichtbogenlöschfunktion deaktiviert das Netzteil für eine feste Zeitspanne nach jedem Lichtbogen, um das Erlöschen des Lichtbogens zu ermöglichen.


Obwohl der Hauptzweck der Lichtbogensensorschaltung darin besteht, die Stromversorgung zu schützen, ist sie bei einigen Anwendungen auch in der Lage die angeschlossene Last schützen. Zum Beispiel wird für Ionenquellen, bei denen normalerweise ein externer Serienwiderstand erforderlich ist, dieser durch die Lichtbogensensorfunktion nicht benötigt, da das schnelle Löschen des Lichtbogens durch die Löschfunktion die Ionenquelle vor Beschädigungen schützt. Die Sperrzeit, Empfindlichkeit und Frequenz des Lichtbogensensors kann für jede Anwendung individuell angepasst werden, solange die Parameter innerhalb der für den Schutz der Stromversorgung erforderlichen Bereiche bleiben. Sie sollten sich mit uns in Verbindungen setzen, falls ein externer Widerstand in Reihe mit der Last verwendet werden soll, so dass die Empfindlichkeitsschwelle im Vorfeld richtig eingestellt werden kann.


Der Lichtbogen tritt an dem Punkt auf, der 2cm links von dem mittleren Raster liegt, wenn der HV-Ausgang entladen wird. Die HV-Ausgangsenergie wird durch den Lichtbogen entladen, bis der Lichtbogen erlischt. In diesem Foto erlischt der Lichtbogen bei ungefähr 12kV. Die durchgezogene horizontale Linie zeigt Null.


Die Lichtbogenlöschung deaktiviert den HV-Ausgang für 20ms, wie die Verzögerung vor dem erneuten Aufladen des Ausgangs zeigt. Die Ausgangsladecharakteristik bewirkt, dass sich der Ausgang sehr schnell auf ca. 25% der Nennwert auflädt, wobei die Zeitdauer durch den Stromnennwert der Versorgung sowie die gesamte Ausgangskapazität und -last bestimmt wird. Der Ausgang steigt wie dargestellt exponentiell mit einer Zeitkonstante von 50ms von 25% auf den Nennwert an.


Beachten Sie, dass der anfängliche schnelle Anstieg auf 25% des Nennwerts limitiert ist, unabhängig davon wie weit der Ausgang ursprünglich entladen war. Wenn der Ausgang vollständig entladen wäre, würde der schnelle anfängliche Anstieg auf die vollen 25%, in diesem Fall 15 kV erfolgen. Da jedoch der Lichtbogen im Beispiel bei 12 kV gelöscht wurde, beträgt der schnelle Anstieg nur 15kV - 12kV = 3kV.


Arc Response - Oscilloscope
Lichtbogen-Ansprechverhalten einer 60-kV-Stromversorgung.


Das Standard-XP-Glassman-HV-Anschlussystem, welches bei Spannungen >6 kV verwendet wird, besteht aus Hohlröhren mit Federkontakten. Die Länge des Verbinders ist dabei von der Ausgangsspannung abhängig. Die Länge ist so ausgelegt, dass Anwender nicht mit gefährlichen Spannungen in Berührung kommen können, auch wenn das Netzteil mit offenen Ausgangsanschlüssen betrieben wird. Der Schirm des Ausgangskabels ist zur Sicherheit mit dem Chassis verbunden.

Technische Hinweise

Um Sie bei Ihrem Produktdesign zu unterstützen, haben wir eine Reihe technischer Dokumentationen zum Download zusammengestellt. Diese Hinweise behandeln eine Reihe verschiedener Themen, die Sie über zu berücksichtigende Punkte und Belange beim Einsatz von Hochspannungs-Stromversorgungen informieren.


Herunterladen Hochspannungswiderstände
Herunterladen Testverfahren für Hochspannungsversorgungen