nauel@rambler.ru +7-985-764-49-18 nauel001@yandex.ru

HV для исследований

Импульсные источники высокого напряжения для испытаний и исследовательских установок

Мы не делаем высоковольтные блоки ради красивых цифр в каталоге. Обычно прибор появляется тогда, когда у установки уже есть конкретная физика: ФЭУ, плазма, рентген, пьезокерамика, электростатика, литография. Иногда нужен один источник, иногда несколько десятков одинаковых. Ниже — несколько таких задач.

1. Sh0104imp — 50 кВ / 200 нс, МИФИ

В 2019–2021 гг. изготовили 3 источника. Схема Заказчика. Первые экземпляры доцент МИФИ оплатил из собственных средств.

2. Рентген — пульсации 200 мВ пик-пик на фоне 40 кВ

Для микрофокусного рентгена важны уже не просто киловольты, а стабильность на их фоне. Один из режимов — около 40 кВ при пульсациях порядка 200 мВ. Масштаб задачи — просветить чужую микросхему и увидеть детали менее 10 мкм; грубо говоря, просветить то, что сравнимо по размеру с яйцом комара. Левым.

3. Микроэлектроника — литограф и шестиканальный прижим

Для литографических установок приходили запросы на источники со стабильностью порядка 2 ppm и очень высоким разрешением регулировки. Это пока задача на вырост.
А вот шестиканальных блоков электростатического прижима сделали три. Шесть выходов формируют быстро меняющиеся полусинусоидальные напряжения — по принципу, напоминающему трёхфазную сеть, только заметно быстрее. Для управления пришлось поставить два микропроцессора, а синусоиды собирать из отдельных участков двухтактными IGBT-ключами.
И вправду прижимает подложку… Нежно и по всей площади.

4. Плазменный разряд и молекулярные мембраны

Для московского НИИ делали USB-управляемые источники для установки, где работа с молекулярными мембранами шла в плазменном разряде. Здесь лучше один раз показать сам процесс, чем долго объяснять словами, зачем научной установке нужен нестандартный источник.

5. Киловатты для плазмы — холодный термояд

Пять киловаттных генераторов импульсов: для установок МГУ, МИФИ, МФТИ и два — в Зеленограде. В таких задачах высокое напряжение — не самоцель, а часть режима разряда, который должен воспроизводиться от опыта к опыту.
Ходят слухи, что добились стабильного выхода изотопов…

6. ±40 кВ для обогащения руды

Для НИИ нанотехнологий делали двухполярный источник порядка ±40 кВ для экспериментальной установки по обогащению руды. На наладке оксиды были везде — на установке, на столе и на инженере. Хорошее напоминание, что прикладная наука далеко не всегда живёт в белых перчатках.

7. Sh0104imp для медицины — шесть электродов, импульсные пачки и управление с ПК

500–3000 В, до 50 А в импульсе, до 15 Дж, длительность 20–100 мкс.
Для одного из московских НИИ сделали генератор с шестью высоковольтными выходами. Он программно формирует пачки импульсов, выбирает рабочую пару электродов и меняет полярность; остальные выходы при этом остаются разомкнутыми. Управление — вручную или с компьютера по USB.

8. Sh0104imp — сложный испытательный генератор под компьютер для НПО «ЭРКОН».

Sh0104imp — автономный источник высоковольтных импульсов; ручное управление и управление от ПК через USB.

Пример выполненной разработки: Sh0104imp
Прибор объединяет регулируемый высоковольтный источник постоянного напряжения, формирователь прямоугольных импульсов, силовой ключ, измерительные цепи и управление. Он предназначен для работы в составе электронного оборудования заказчика.

до 2,8 кВ

амплитуда / источник

до 800 Вт

максимальная мощность

10–1000 мкс

длительность импульса

25–200 Ом

нагрузка

Основные параметры Sh0104imp

Параметр	Значение / режим
Встроенный источник постоянного напряжения	0…+2,8 кВ; положительная полярность
Средний ток	0…360 мА
Максимальная мощность	800 Вт
Форма импульса	Прямоугольная
Амплитуда импульсов	100…2500 В; до 2800 В
Длительность импульса	10…1000 мкс, шаг 1 мкс в программном режиме
Период следования	200 мкс…10 с
Скважность	20…10000
Количество импульсов	Непрерывно или заданное количество до 9999
Фронт нарастания	Обычно менее 0,5 мкс по уровню 0,2–0,8 амплитуды
Фронт спада без нагрузки	Обычно менее 2 мкс по уровню 0,2–0,8 амплитуды
Диапазон сопротивления нагрузки	25…200 Ом
Контроль осциллографом	Выходной делитель 1/100, разъём СР-50 на передней панели
Управление	Ручное или от ПК через USB

Управление с компьютера
В режиме ЭВМ параметры выходных импульсов задаются с ПК через USB. Программа позволяет вводить напряжение, средний ток, длительность импульса, количество импульсов и скважность, а также запускать и останавливать генерацию и сохранять режимы работы.

Окно программы управления IMP2: ввод параметров, запуск/останов и работа с сохранёнными режимами.

Контроль импульсов и подключение
Для наблюдения формы импульса предусмотрен встроенный выходной делитель 1/100 на передней панели. Осциллограф используется внешний и в комплект поставки не входит. При работе от ПК генератор и компьютер должны быть корректно заземлены.

Схема защитного заземления генератора и компьютера из паспорта Sh0104imp.

Что задаётся под новую исследовательскую установку

требуемое высокое напряжение и полярность;
длительность и форма импульса;
период / частота повторения и режим серии импульсов;
тип и эквивалентные параметры нагрузки;
необходимые ограничения по току и мощности;
ручное, компьютерное или иное управление;
требования к измерению, регистрации и синхронизации.

Для новой задачи

Пришлите исходные параметры установки и желаемый режим работы. По ним можно оценить реализуемость, выбрать структуру высоковольтной части и сформировать техническое предложение. Sh0104imp здесь приведён как пример выполненного специального прибора, а не как ограничение по параметрам будущих разработок.