DE102015002104A1 - Energy efficient and inherently safe excitation generator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Anregungsgenerator für ein Funkenemissionsspektrometer zur Erzeugung von Funken an einer Elektrode (2), mit einer Hochspannungsquelle (63) und einer Mittelspannungsquelle, wobei die Mittelspannungsquelle wenigstens einen Kondensator (51) oder eine Anzahl parallel geschalteter Kondensatoren mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 200 Volt, wenigstens eine Induktivität (53) und wenigstens einen von einer Steuerung (69) angesteuerten Schalter (61) mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 200 Volt aufweist, wobei eine Niederspannungsquelle mit einer Spannung von weniger als 125 Volt vorgesehen ist, wobei die Mittelspannungsquelle mittels einer Entkoppeldiode (49) mit der Elektrode (2) verbunden ist und die Niederspannungsquelle mittels einer Entkoppeldiode (48) mit der Elektrode (2) verbunden ist.The invention relates to an excitation generator for a spark emission spectrometer for generating sparks on an electrode (2), comprising a high voltage source (63) and a medium voltage source, the medium voltage source comprising at least one capacitor (51) or a number of parallel connected capacitors having a withstand voltage of at least 200 Volts, at least one inductance (53) and at least one controlled by a controller (69) switch (61) having a dielectric strength of at least 200 volts, wherein a low voltage source is provided with a voltage of less than 125 volts, wherein the medium voltage source by means of a Decoupling diode (49) is connected to the electrode (2) and the low-voltage source is connected by means of a decoupling diode (48) to the electrode (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anregungsgenerator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Erzeugung eines Funkens in einem optischen Emissionsspektrometer.The present invention relates to an excitation generator having the features of the preamble of claim 1 and a method for generating a spark in an optical emission spectrometer.
Stand der TechnikState of the art
Die Funken-Emissionsspektrometrie (FOES) ist derzeit das meist genutzte Standardverfahren zur betrieblichen Elementanalyse metallischer Proben. Die FOES ermöglicht es, innerhalb einer Minute die Masseanteile aller relevanten Elemente im Bereich von wenigen ppm bis 100% zu bestimmen.Spark Emission Spectrometry (FOES) is currently the most widely used standard method for operational elemental analysis of metallic samples. The FOES makes it possible to determine the mass fractions of all relevant elements in the range of a few ppm to 100% within one minute.
Anregungsgeneratoren in Funkenspektrometern erzeugen Funken, deren Dauer und Stromstärke variiert werden kann. Kurze, stromstarke Funken führen zu wenig gekrümmten Kalibrationsfunktionen mit guter Reststreuung, also guter Korrelation zwischen Elementgehalten und gemessenen Lichtmengen. Allerdings ist die Nachweisempfindlichkeit unter diesen Bedingungen nicht besonders hoch.Excitation generators in spark spectrometers generate sparks whose duration and current can be varied. Short, high-current sparks lead to poorly curved calibration functions with good residual scattering, ie good correlation between element contents and measured amounts of light. However, the detection sensitivity under these conditions is not particularly high.
Mit lang andauernden stromschwachen Funken können kleinste Elementgehalte nachgewiesen werden, meist unter Verwendung von Atomlinien. Allerdings tendieren solche Funken zu großen Streuungen der Kalibrationsfunktionen, die zudem so stark gekrümmt sind, dass bei höheren Elementgehalten keine Messung mit ausreichender Richtigkeit mehr möglich ist.Long-lasting low-power sparks can detect the smallest element contents, usually using atomic lines. However, such sparks tend to large variations of the calibration functions, which are also so strongly curved that at higher element levels no measurement with sufficient accuracy is possible.
Die Mechanismen, die ursächlich für dieses Verhalten sind, sind bekannt. Exemplarisch seien einige genannt:
- • Zu Beginn der Entladung, bis zu dem Zeitpunkt, an dem Probenmaterial verdampft und in den Plasmazustand überführt wird, stammt die Strahlung fast ausschließlich aus dem Plasma der angeregten Gasatmosphäre und der Kontinuumstrahlung der Probenoberfläche. Ist nun die eigentliche Entladung nur kurz, ist der Anteil dieser Strahlung überproportional hoch. Die Untergrundäquivalente verschlechtern sich.
- • Bei kurzen Entladungen wird die Probe nahezu ausschließlich mit Ionen der Gasatmosphäre beschossen. Bei langen Entladungen befinden sich schon viele Metallionen aus der Probe im Plasma, wodurch sich die Abbaurate abhängig von der Konzentration dieser Metallionen und damit von der Probenzusammensetzung ändern kann. Die Folge ist eine Verschlechterung der Streuung der Kalibrationsfunktion, sofern Proben mit stark unterschiedlichen Gehalten von Legierungselementen mit einer Kalibration gemessen werden.
- • Bei einer langen Entladung sind die äußeren Plasmazonen noch atomisiert, aber schon erkaltet. Wird im Inneren Strahlung erzeugt, wird diese in den äußeren Zonen absorbiert, danach in beliebige Raumwinkel abgestrahlt und gehen so der Detektion verloren. Natürlich ist dieser Effekt umso stärker, je höher der Elementgehalt ist. So ergeben sich gekrümmte Kalibrationskurven
- • Der einzelne Funken verhält sich ähnlich einer Explosion. Der Plasmafaden ist zu Anfang sehr heiß und von kleinem Durchmesser. Die Stromdichte ist hoch. Mit steigender Funkendauer steigt der Plasmaquerschnitt und sinkt die Stromdichte. Auch die mittlere Temperatur über das Plasmavolumen sinkt. Bei kurzen, stromstarken Entladungen wird eine höhere durchschnittliche Plasmatemperatur erreicht als bei einer lang andauernden, stromschwachen. Damit wird die Anregung von Ionenlinien und Spektrallinien höherer Anregungsenergie gegenüber Atomlinien und Linien niedriger Anregungsenergie begünstigt.
- • At the beginning of the discharge, until the moment when the sample material is vaporized and transferred to the plasma state, the radiation originates almost exclusively from the plasma of the excited gas atmosphere and the continuum radiation of the sample surface. If the actual discharge is only short, the proportion of this radiation is disproportionately high. The background equivalents worsen.
- • During short discharges, the sample is bombarded almost exclusively with ions of the gas atmosphere. In the case of long discharges, many metal ions from the sample are already present in the plasma, as a result of which the rate of degradation can change depending on the concentration of these metal ions and thus on the composition of the sample. The consequence is a worsening of the spread of the calibration function, provided that samples with very different contents of alloying elements are measured with a calibration.
- • During a long discharge, the outer plasma zones are still atomized, but already cold. If radiation is generated in the interior, it is absorbed in the outer zones, then emitted into arbitrary solid angles, thus losing detection. Of course, the higher the element content, the stronger this effect. This results in curved calibration curves
- • The single spark behaves similar to an explosion. The plasma thread is very hot at the beginning and of small diameter. The current density is high. As the spark duration increases, the plasma cross section increases and the current density decreases. The mean temperature over the plasma volume also decreases. For short, high-current discharges, a higher average plasma temperature is achieved than for a long-lasting, low-current discharge. Thus, the excitation of ionic lines and spectral lines of higher excitation energy is favored over atomic lines and lines of low excitation energy.
Auch bei Kenntnis der oben skizzierten Zusammenhänge werden geeignete Funkenverläufe heuristisch ermittelt. Die Zusammenhänge zwischen Materialabbau, Ionisierung und Anregung sind komplex. Eine geeignete Theorie zur Ermittlung optimaler Parameter fehlt. Es ist deshalb wünschenswert, möglichst große Freiheit in der Parametrisierung der Funkendauer und des Stromverlaufs während dieser Dauer zu haben.Even with knowledge of the relationships outlined above, suitable sparks are determined heuristically. The connections between material degradation, ionization and excitation are complex. A suitable theory for determining optimal parameters is missing. It is therefore desirable to have the greatest possible freedom in the parameterization of the spark duration and the current flow during this period.
Eine erste sogenannte fremdgezündete Anregungsquelle für Funkenanregung ist aus der
Eine Funkendauer kombiniert mit dem Stromverlauf über diese Dauer bezeichnet man üblicherweise als Abfunkparameter.A spark duration combined with the current flow over this duration is usually referred to as a sparking parameter.
Mit Anregungsgeneratoren, die mit R-L-C-Netzwerken ausgerüstet sind, ist es jedoch im Allgemeinen nicht möglich, beliebige Verläufe von Stromstärken über die Dauer des Funkens zu modellieren. Dadurch sind die Möglichkeiten zur Ermittlung geeigneter Abfunkparameter beschränkt.However, with excitation generators equipped with R-L-C networks, it is generally not possible to model any waveforms of current levels over the duration of the spark. This limits the possibilities for determining suitable radio parameters.
Bei neueren Spektrometersystemen besteht ein Abfunkvorgang aus mehreren sequentiell hintereinander geschalteten Phasen verschiedener Abfunkparameter, so dass mit einem Abfunkvorgang sowohl Spuren- als auch Legierungselemente unter den für sie günstigen Bedingungen bestimmt werden können.In newer spectrometer systems, a radio operation consists of several sequentially connected in series phases of different radio parameters, so that with a radio operation both trace and alloying elements can be determined under the conditions favorable for them.
Eine Anregungsquelle für solche Spektrometer ist als gattungsbildender Stand der Technik aus dem Dokument
Diese Schaltung ermöglicht die erwünschte Modellierung des Funkenstromverlaufes. Allerdings werden auch bei dieser Schaltung Halbleiterschalter benötigt, die hohe Spannungen von über 400 V sperren können und gleichzeitig dazu in der Lage sein müssen, die hohen Funkenströme von 130 A und mehr zu schalten. Solche Halbleiter sind relativ teuer. Die in solchen Halbleiterschaltern anfallende Verlustleistung ist ebenfalls recht groß, was zu einem erhöhten Stromverbrauch und einer erforderlichen Kühlung führt. Weiter müssen Vorkehrungen für die elektrische Sicherheit getroffen werden, da bei einem Defekt oder bei unbeabsichtigtem Einschalten des elektronischen Schalters (die Ladespannung des Kondensators die Gegenelektrode im Funkenstand erreicht. Die Gegenelektrode ist dem Benutzer zugänglich, da sie regelmäßig gesäubert werden muss. Die Ladespannung liegt über der Sicherheitskleinspannung, die als berührunempfindlich eingestuft wird. Die Grenzen für diese Spannung sind international uneinheitlich. Gebräuchliche Grenzwerte sind 60, 75 und 120 Volt. Es sind schaltungstechnische Vorkehrungen zu treffen, dass der Benutzer nicht durch Berühren der Elektrode geschädigt werden kann. Schließlich muss die Ladeschaltung aus Sicherheitsgründen eine Netztrennung gewährleisten. Es wird deshalb ein Transformator benötigt.This circuit enables the desired modeling of the spark current profile. However, semiconductor switches are also required in this circuit, which can block high voltages of over 400 V and at the same time must be able to switch the high spark currents of 130 A and more. Such semiconductors are relatively expensive. The resulting in such semiconductor switches power dissipation is also quite large, which leads to increased power consumption and cooling required. Furthermore, precautions must be taken for electrical safety, as in case of failure or inadvertent switching on of the electronic switch (the charging voltage of the capacitor reaches the counter electrode in the spark level.) The counter electrode is accessible to the user as it must be cleaned regularly The limits for this voltage are internationally non-uniform.Usual limits are 60, 75 and 120 V. Circuit-technical precautions are to be taken that the user can not be damaged by touching the electrode Charging circuit for safety reasons to ensure a network separation.Therefore, a transformer is needed.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Anregungsgenerator mit verbessertem elektrischem Wirkungsgrad zu schaffen, bei dem auch die elektrische Sicherheit mit geringerem Aufwand erzielt werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide an excitation generator with improved electrical efficiency, in which the electrical safety can be achieved with less effort.
Diese Aufgabe wird von einem Anregungsgenerator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an excitation generator having the features of claim 1.
Weil bei einem Anregungsgenerator für ein Funkenemissionsspektrometer zur Erzeugung von Funken an einer Elektrode, mit einer Hochspannungsquelle und einer Mittelspannungsquelle, wobei die Mittelspannungsquelle als Netzwerk wenigstens einen Kondensator oder eine Anzahl parallel geschalteter Kondensatoren mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 200 Volt, wenigstens ein weiteres elektrisches Bauelement aus gewählt aus der Gruppe, die eine Spule, einen weitere Kondensator und einen Widerstand umfasst, und wenigstens einen von einer Steuerung angesteuerten Schalter mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 200 Volt aufweist, außerdem eine Niederspannungsquelle mit wenigstens einem zweiten Kondensator, der im Betrieb mit einer Spannung von maximal 125 Volt beaufschlagt ist, vorgesehen ist, wobei die Mittelspannungsquelle mittels einer Entkoppeldiode mittelbar oder unmittelbar mit der Elektrode verbunden ist und die Niederspannungsquelle mittels einer weiteren Entkoppeldiode mittelbar oder unmittelbar mit derselben Elektrode verbunden ist, kann die Mittelspannungsquelle mit klein dimensionierten Bauteilen ausgeführt werden. Die Niederspannungsquelle kann hingegen mit groß dimensionierten Bauteilen für hohe Ströme ausgestattet werden, so dass diese wegen der geringen anstehenden elektrischen Spannung verlustarm und preiswert ausgebildet sein können. Weiter kann die in der Mittelspannungsquelle im Betrieb gespeicherte elektrische Ladung so klein gehalten werden, dass eine immanente elektrische Sicherheit z. B. bei Berührung der Elektrode gegeben ist. Dabei kann die Hochspannungsquelle zwischen den Entkoppeldioden und der Elektrode liegen (Reihenschaltung) oder parallel zu der Mittelspannungsquelle und der Niederspannungsquelle geschaltet sein.Because in an excitation generator for a spark emission spectrometer for generating sparks on an electrode, with a high voltage source and a medium voltage source, wherein the medium voltage source as a network at least one capacitor or a number of parallel connected capacitors with a dielectric strength of at least 200 volts, at least one further electrical component selected from the group comprising a coil, another capacitor and a resistor, and having at least one switch controlled by a controller with a dielectric strength of at least 200 volts, and a low voltage source having at least one second capacitor operating at a voltage of a maximum of 125 volts is applied, is provided, wherein the medium voltage source by means of a decoupling diode is indirectly or directly connected to the electrode and the low-voltage source means of a further decoupling diode medium bar or directly connected to the same electrode, the medium voltage source can be performed with small-sized components. The low-voltage source, however, can be equipped with large-sized components for high currents, so that they can be designed low loss and inexpensive due to the low voltage applied. Furthermore, the electrical charge stored in the medium-voltage source during operation can be kept so small that an intrinsic electrical safety z. B. is given when touching the electrode. In this case, the high-voltage source can be connected between the decoupling diodes and the electrode (series connection) or connected in parallel to the medium-voltage source and the low-voltage source.
Insbesondere kann die Niederspannungsquelle wenigstens eine zweite Spule und einen zweiten Schalter umfassen, so dass auf einfache und im Betrieb flexible Weise bei Niederspannung Funken mit hohen Strömen im niederohmigen Plasma erzeugt werden können. Insbesondere kann eine nahezu beliebig gestaltete Funkenfolge erzeugt werden, wenn der zweite Schalter von einer Ansteuerschaltung zur Erzeugung einer Niederspannungsentladung ansteuerbar ist.In particular, the low-voltage source may comprise at least a second coil and a second switch, so that in a simple and in operation flexible manner at low voltage sparks can be generated with high currents in low-resistance plasma. In particular, a virtually arbitrarily designed spark sequence can be generated if the second switch can be controlled by a drive circuit for generating a low-voltage discharge.
Insgesamt ist aus Kostengründen vorteilhaft, wenn der wenigstens eine zweite Kondensator eine Spannungsfestigkeit von weniger als 200 Volt aufweist.Overall, it is advantageous for reasons of cost if the at least one second capacitor has a dielectric strength of less than 200 volts.
Eine Funkenfolge mit hohen Strömen über eine ausreichend lange Messzeit des Spektrometers wird ermöglicht, wenn der zweite Kondensator, in dem die elektrische Energie für die Funkenfolge im wesentlichen gespeichert ist, eine Kapazität von 1 mF bis 20 mF aufweist, vorzugsweise zwischen 2 mF und 10 mF und insbesondere 4,7 mF.A spark sequence with high currents over a sufficiently long measuring time of the spectrometer is made possible when the second capacitor, in which the electrical energy for the spark sequence is substantially stored, has a capacity of 1 mF to 20 mF, preferably between 2 mF and 10 mF and in particular 4.7 mF.
Entsprechendes gilt, wenn die zweite Spule eine Induktivität von 1 μH bis 30 μH, vorzugsweise zwischen 2 μH und 10 μH und insbesondere zwischen 3 μH und 4 μH aufweist.The same applies if the second coil has an inductance of 1 μH to 30 μH, preferably between 2 μH and 10 μH and in particular between 3 μH and 4 μH.
Eine Ausführung mit besonders geringen elektrischen Verlusten im Bereich des zweiten Schalters ist möglich, wenn der zweite Schalter eine Spannungsfestigkeit von weniger als 200 Volt aufweist. Dann ist der Innenwiderstand des Schalters besonders niedrig und die Verluste, die als Wärme abzuführen sind, bleiben klein. Dies ist besonders vorteilhaft bei netzunabhängig betriebenen Funkenspektrometern, da sich die mögliche Betriebsdauer zwischen zwei Ladevorgängen erhöht. Diese Faktoren werden weiter verbessert, wenn der zweite Schalter eine Spannungsfestigkeit von maximal 100 Volt aufweist.An embodiment with particularly low electrical losses in the region of the second switch is possible if the second switch has a dielectric strength of less than 200 volts. Then the internal resistance of the switch is particularly low and the losses to be dissipated as heat remain small. This is particularly advantageous in independently operated wireless spectrometers, since the possible operating time between two charging processes increases. These factors are further improved when the second switch has a withstand voltage of at most 100 volts.
Die immanente elektrische Sicherheit des Mittelspannungsteils zum Beispiel bei versehentlicher Berührung der Elektrode wird verbessert, wenn der wenigstens eine erste Kondensator eine Kapazität von weniger als 2 μF aufweist. Dadurch wird die gespeicherte Ladung so weit begrenzt, dass eine Berührung nicht gefährlich ist. Weiter verbessert wird die Sicherheit, wenn in der die Mittelspannung führenden Leitung zwischen der ersten Spule und der Entkopplungsdiode eine Spule gegen Masse geschaltet ist. Diese Spule behindert nicht den Funken im hochohmigen Plasma, entlädt aber mit ausreichender Zeitkonstante den ersten Kondensator, wenn dieser auf dem Mittelspannungspotential liegen sollte, ohne dass ein Funke ausgelöst wurde.The intrinsic electrical safety of the medium voltage part, for example, when the electrode is accidentally touched, is improved if the at least one first capacitor has a capacitance of less than 2 μF. As a result, the stored charge is limited so far that a touch is not dangerous. Safety is further improved if, in the medium-voltage line between the first coil and the decoupling diode, a coil is connected to ground. This coil does not hinder the spark in the high-impedance plasma, but discharges the first capacitor with a sufficient time constant if it should be at the medium-voltage potential without a spark being triggered.
Eine besonders einfache und effiziente Schaltung ergibt sich, wenn der wenigstens eine erste Kondensator mittels eines Flyback-Konverters zur Ladung mit einer Eingangsspannungsquelle verbunden ist, welche eine Betriebsspannung von weniger als 60 Volt aufweist. Die kann insbesondere eine eingebaute Batterie (Akkumulator) sein.A particularly simple and efficient circuit results when the at least one first capacitor is connected by means of a flyback converter for charging with an input voltage source having an operating voltage of less than 60 volts. In particular, this can be a built-in battery (accumulator).
Die Aufgabe wird auch von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.The object is also achieved by a method having the features of
Weil bei dem neuen Verfahren zur Erzeugung eines Funkens in einem optischen Emissionsspektrometer nacheinander folgende Verfahrensschritten ausgeführt werden:
- a) Erzeugen einer primären Hochspannungsentladung zwischen einer zu analysierenden metallischen Probe und einer Gegenelektrode;
- b) danach Erzeugen einer zweiten Mittelspannungsentladung mittels einer Mittelspannungsquelle; und
- b) Erzeugen wenigstens einer weiteren Entladung mittels einer Niederspannungsquelle, wobei die weitere Entladung in ihrem zeitlichen Verlauf gesteuert oder ungesteuert sein kann,
- a) generating a primary high-voltage discharge between a metallic sample to be analyzed and a counter electrode;
- b) thereafter generating a second medium-voltage discharge by means of a medium voltage source; and
- b) generating at least one further discharge by means of a low-voltage source, wherein the further discharge may be controlled or uncontrolled in terms of time,
Vorteilhaft kann die Niederspannungsentladung, die mit einer hohen Stromstärke und einer entsprechend großen vorzuhaltenden elektrischen Ladung verbunden ist, bei einer Spannung von maximal 125 Volt erfolgen. Insbesondere kann die Niederspannungsentladung bei einer Spannung von maximal 75 Volt erfolgen, so dass elektronische Schalter mit besonders geringem Innenwiderstand verwendet werden können und außerdem trotz der hohen Stromstärke in dem niederohmigen Plasma die Spannung in jedem Fall unterhalb einer für den Benutzer gefährlichen Spannung liegt.Advantageously, the low-voltage discharge, which is connected to a high amperage and a correspondingly large vorzuhaltenden electrical charge, take place at a maximum voltage of 125 volts. In particular, the low-voltage discharge can be carried out at a maximum voltage of 75 volts, so that electronic switches can be used with very low internal resistance and also in spite of the high current in the low-resistance plasma, the voltage is below a dangerous voltage for the user.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Show it:
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der ErfindungDescription of an embodiment of the invention
Ein Funkenstand
Die Sensoren wandeln die auftreffende Strahlung in eine elektrische Ladung um. Eine Messelektronik
Im Folgenden wird der Anregungsgenerator
Die
Vor Beginn des Zündfunkens wird der Kondensator
Hat nun der primäre Funke die Strecke zwischen Oberfläche der Probe
In einer praktischen Implementierung hat der Kondensator
Das Plasma ist nun so niederohmig, dass die Energie, die zur Materialverdampfung und zur Anregung benötigt wird mit einer Spannung unterhalb der Sicherheitskleinspannung zugeführt werden kann. Diese Spannung wird von einer Niederspannungsquelle
Eine Niederspannungsquelle
Nach einer vorgegebenen Zykluszeit, vorzugsweise im Bereich von 2 μs bis 20 μs, schließt der elektronische Schalter wieder, bis erneut die für diesen Zeitpunkt vorgegebene Einschaltdauer erreicht ist. Die Einschaltdauern können über den Funkenverlauf variieren. So lassen sich, durch Variation der Pulsweiten der Ansteuerschaltung
Die Ansteuerschaltung
Sinnvoll ist eine Stromregelung in dem nachfolgend beschriebenen Fall.Useful is a current control in the case described below.
Man bezeichnet als Brennspannung UB den Spannungsabfall zwischen Elektrode
Die erfindungsgemäße Schaltung hat die folgenden Vorteile.The circuit according to the invention has the following advantages.
Immanente SicherheitImmanent security
Die Energie für den Funkenstrom wird im Wesentlichen aus dem Netzteil
Energieeffizienzenergy efficiency
Bei Schaltungen nach dem gattungsbildenden Stand der Technik ist wegen der hohen Ströme im Transformator-Primärkreis mit hohen Leistungsverlusten zu rechnen. Selbst wenn es geling, die Summe aus Transformator-Primärwicklung, Einschaltwiderstand der MOSFETS, Leiterbahnen und Innenwiderstand der Elektrolytkondensatorbatterie bei 10 Milliohm zu halten, kommt es bei Funkenströmen von 100 A zu Verlusten von 1000 W nur im Primärkreis.In circuits according to the generic state of the art, high power losses are to be expected because of the high currents in the transformer primary circuit. Even if it is possible to keep the sum of the transformer primary winding, the on-resistance of the MOSFETS, the conductor tracks and the internal resistance of the electrolytic capacitor battery at 10 milliohms, with spark currents of 100 A, losses of 1000 W occur only in the primary circuit.
Bei Schaltungen nach dem Stand der Technik ist es außerdem problematisch, dass MOSFETS, die dazu in der Lage sind, Spannungen von 500 V zu sperren, einen höheren Innenwiderstand haben als solche mit niedrigerer Spannungsfestigkeit. Handelsübliche MOSFETs mit 500 V Spannungsfestigkeit weisen derzeit typische Durchlasswiderstände RDSon von 39 Milliohm auf, so dass bei 100 A Funkenstrom eine Verlustleistung von 39 Watt allein in dem MOSFET anfällt.It is also problematic in prior art circuits that MOSFETs capable of blocking voltages of 500V have a higher internal resistance than those of lower withstand voltage. Commercial 500V MOSFETs typically have typical RDSon on-resistances of 39 milliohms, so at 100A spark current, a power dissipation of 39 watts is inherent in the MOSFET alone.
Handelsübliche MOSFETS mit 100 V Sperrspannung haben RDSon-Werte von 5,5 Milliohm. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung lassen sich demgegenüber niederohmigere Transistoren mit verwenden, weil eine Spannungsfestigkeit von 75 V ausreichend ist. Der gesamte Leistungskreis mit dem Kondensator 45, dem Schalttransistor
Der Aspekt der Energieeffizienz ist besonders für batteriebetriebene Geräte von Bedeutung. Das Netzteil
Kostencosts
Zunächst scheint die Schaltung nach
Es lassen sich hohe Funkenströme bis zu 200 A mit einem einzigen Leistungsschalter
Schaltungstechnische Maßnahmen zur Vermeidung gefährlicher Spannungen wie zum Beispiel Sicherheitsrelais, Verriegelungsschaltungen usw. sind nicht erforderlich.Circuitry measures to avoid dangerous voltages such as safety relays, interlocking circuits, etc. are not required.
Geringes Volumen und Gewicht Low volume and weight
Durch die hohe Energieeffizienz und den Wegfall voluminöser Kühlkörper lassen sich Baugröße und Masse des Anregungsgenerators im Vergleich zu Ausführungen nach dem Stand der Technik um einen Faktor 2 reduzieren. Damit bietet sich der neue Anregungsgenerator für den Einsatz in tragbaren Funkenspektrometern an.Due to the high energy efficiency and the elimination of voluminous heat sink, the size and mass of the excitation generator can be reduced by a factor of 2 compared to prior art designs. This makes the new excitation generator suitable for use in portable radio spectrometers.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2417489 [0007] US 2,417,489 [0007]
- US 5285251 [0011] US 5285251 [0011]
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