Die Schaltung

Bild 3 zeigt den Schaltplan der Hochspannungsquelle:

Bild 3: Schaltplan der Hochspannungsquelle.

Das Schaltnetzteil ist ein einfacher, ungeregelter Durchflusswandler. Dieser weist gegenüber einem Sperrwandler den großen Vorteil auf, dass er leerlauf"|fest ist.

Der MOSFET $T_3$ schaltet eine der beiden Primärwicklungen des Übertragers $Tr_2$ auf die gleichgerichtete und durch $C_1$ geglättete Spannung. Nach dem Ausschalten von $T_3$ wird der Übertrager über die zweite Primärwicklung und die Diode $D_3$ entmagnetisiert. Um in jedem Betriebsfall eine vollständige Entmagnetisierung des Übertragers zu gewährleisten, beträgt die Einschaltdauer von $T_3$ genau 25% einer Periode.

Der Aufbau der Übertragers ist im Abschnitt 3.1 ausführlicher erläutert. Weitere Hinweise zu dieser Schaltung finden sich in [1,2,3,4],

Der MOSFET $T_3$ wird über den aus $T_1$ und $T_2$ gebildeten komplementären Emitterfolger angesteuert [5]. Der Gatewiderstand $R_5$ flacht die Schaltflanken geringfügig ab. Falls die Schaltung EMV-Probleme verursacht, kann der Wert von $R_5$ vergrößert werden.

Das Ansteuersignal, welches, wie bereits erwähnt, ein Tastverhältnis von 25% aufweist, wird durch die Und-Verknüpfung zweier benachbarter Ausgänge des CMOS-Zählers und Oszillators CD4060 erzeugt. Die Stufen Q4 und Q5 werden über das aus $D_1$, $D_2$ und $R_4$ gebildete UND-Glied verknüpft. Über $C_t$ und $R_t$ wird der Oszillator so eingestellt, dass sich an Q5 eine Frequenz von ca. 8kHz ergibt. Der Zähler wird über das aus $R_7$ und $C_5$ gebildete RC-Glied verzögert freigegeben. Somit ist gewährleistet, dass die Kondenstatoren $C_1$, $C_2$ und $C_{3b}$ bereits eine ausreichende Spannung führen, wenn der MOSFET zum ersten Mal eingeschaltet wird.

Die Hochspannungskaskade $K_1$ trägt die Herstellerbezeichung HRT507 und kann bei Reichelt (www.reichelt.de) für EUR 7,80 unter der Bestellnummer BG 1895-641-045 bestellt werden. Die Kaskade wird über das mit dem Massesymbol gekennzeichnete blaue Anschlusskabel und die mit $U\sim$ bezeichnete Anschluss-Öse angeschlossen. Die weiße Anschlussleitung wird nicht genutzt, sie kann mit einem Stückchen Schrumpfschlauch verschlossen werden.

Die ausgangsseitige Hochspannung steht zwischen der blauen Anschlussleitung und dem dick isolierten grauen Ausgangskabel an. Zwar verfügt die Kaskade bereits über einen integrierten Serienwiderstand am Ausgang, jedoch ist dieser zu niederohmig um ein gefahrloses Berühren der Hochspannung zu ermöglichen. Aus diesem Grunde wird zwischen der blauen Anschlussleitung und der Masse-Ausgangsklemme ein Serienwiderstand von ca. 15M$\Omega$ geschaltet.

Ich rate dringend dazu, einen ausreichend spannungsfesten Widerstand zu verwenden. Handelsübliche 0,25W- oder 0,5W-Widerstände sind lediglich bis 250V, bzw. 500V spezifiziert. Werden sie mit höherer Spannung beaufschlagt, so können sie durchschlagen. Die Strombegrenzung wäre dann nicht mehr gegeben, mit fatalen bzw. letalen Folgen! Die hier vorgestellte Schaltung ist auf ca. 5kV ausgelegt, ich empfehle die Verwendung von 20 0,25W-Widerständen oder 10 0,5W-Widerständen.

Bei der Anordnung der Widerstände ist auf einen ausreichende Abstand zwischen den Lötpads zu achten!

Zwischen der (hochspannungsseitigen) Sekundärwicklung des Übertragers $Tr_2$ und den beiden Primärwicklungen bzw. der primärseitigen Ansteuerschaltung darf keine galvanische Verbindung existieren. Halten Sie beim Layout unbedingt Kriechstrecken von mindestens 20mm ein.