Schaltung mit SBM-20 Zählrohr

[DG0MG]

Zeichne doch mal (gern auch mit Papaier und Bleistift) die Schaltung, wie Du sie jetzt hast. Das  ist für andere hilfreicher, als das Video.

[DO1MUE]

Habe grad noch ein größeres Problem in meiner Schaltung entdeckt, daher ist mein letztes Video gelöscht.

Hier der aktuelle Stand (man achte beim Video insbesondere auf das Pfeifen). GP2 als Input. Sobald auf logisch 1 wird die PWM wieder eingeschaltet, ansonsten ist sie deaktiviert.

Wie bereits angemerkt, alles noch quick&dirty.

[DG0MG]

Also das verstehe ich jetzt nicht ganz. 

Die Regelung für die HV muss VOR den Anodenwiderstand, nicht direkt ans Zählrohr.
Denn sie soll ja die Spannung am Ladekondensator regeln, aus dem sich das Zählrohr dann über den Anodenwiderstand "bedient". Ausserdem geht jetzt in Deinen Spannungsteiler am FET-Gate der Anodenwiderstand mit ein - die Spannung wird also erheblich HÖHER sein, als Du eigentlich möchtest.

[Henri]

Hast Du Dir schon mal den Thread zum MultiGeiger angeschaut? Der verwendet ja eine ganz einfache aber effiziente Schaltung, die mit sehr wenig Bauteilen auskommt.

Oder möchtest Du Dir die Schaltung komplett selber entwickeln? Das hat natürlich auch seinen Reiz, weil man jede Menge dabei lernt.

Ohne HV Feedback würde ich das aber nicht machen. Sonst sind Deine Messwerte nicht verlässlich, und eventuell stirbt auch Dein Zählrohr schneller.

Wenn Du fürs Fiepen die Frequenz Deiner PWM nicht aus dem hörbaren Bereich unterhalb von 20 kHz bringen kannst (in Beitrag #4 wurde ja was dazu geschrieben), kannst Du Deine Spule auch in verflüssigtem Kerzenwachs tränken. Das dringt schön zwischen die Windungen und dämpft deshalb nicht nur die oberen Wicklungslagen.

Viele Grüße!

Henri

[DO1MUE]

Also das verstehe ich jetzt nicht ganz. 

Die Regelung für die HV muss VOR den Anodenwiderstand, nicht direkt ans Zählrohr.
Denn sie soll ja die Spannung am Ladekondensator regeln, aus dem sich das Zählrohr dann über den Anodenwiderstand "bedient". Ausserdem geht jetzt in Deinen Spannungsteiler am FET-Gate der Anodenwiderstand mit ein - die Spannung wird also erheblich HÖHER sein, als Du eigentlich möchtest.

Hm, also ich bin ja jetzt kein waschechter E-Techniker.

Aber im Grunde ist die Sache ja "digital" zu verstehen. Der FET schaltet entweder - komplett - durch, oder eben nicht. Ob da nun 9V, 13V oder 15V an GS anliegen ist lt. Datenblatt ja relativ egal.

Schließe ich obiges Netzwerk vor dem Anodenwiderstand an bekomme ich ca. 15V (Schätzwert, muss ich noch nachmessen) am 2.2MOhm. Hinter dem Anodenwiderstand 11V. Der Zeitbereich sollte jedoch identisch sein.

Korrigiert mich wenn ich falsch liege.

EDIT
Messe morgen nochmal nach bzw. mache mir meine Gedanken, heute komme ich nichtmehr dazu. Danke auf jeden Fall für die Anmerkungen.

[Henri]

Hmm... im Moment bricht ja bei Deinem Feedback bei jedem Zählrohrimpuls das feedback-Signal ein. Woraufhin dann wahrscheinlich nachgeladen wird.

Durch den hohen Anodenwiderstand (4,7M) kann nicht schnell genug Strom vom HV-Generator nachfließen, wenn das Zählrohr leitend wird. Dadurch bricht die Spannung am Zählrohr zusammen. Und man kann diesen Spannungseinbruch dann als Zählimpuls messen. Wäre der Anodenwiderstand ganz klein, würde der HV-Generator so schnell Elektronen "nachschaufeln", dass man keinen Impuls registrieren könnte - das Zählrohr ist ja beim Durchzünden sehr hochohmig.

Also sollte der Feedback vor dem Anodenwiderstand angeschlossen werden, denn dort ist die Spannung selbst bei einem Zählimpuls weitgehend konstant.

[DO1MUE]

Okay, hab es nun nochmals aufgebaut und getestet (Video von gestern wiederum gelöscht).

Angeschlossen VOR dem Anodenwiderstand, wie man im Video hoffentlich erkennt (ab 0:35, hängt am Kondensatoranschluss). Aber kann jetzt auf Anhieb nicht viel Unterschied feststellen.

Müsste man mal eine längere Testreihe machen, einmal Anschluss vor und einmal nach dem Anodenwiderstand. Vor Allem die Stromaufnahme würde mich hier interessieren.

[DO1MUE]

Also vielleicht nochmal kurz als Anmerkung/Zusammenfassung weil es wohl etwas verwirrend ist bzw. meine Erläuterung was ich machen will nicht gut genug war.

Orientiert hab ich mich bei dem Regler-Design erstmal nur an der Schaltung aus der Elektor. Dort heißt es ja:

Die Rückkopplung wird mit einer Reihe von Z-Dioden mit sehr geringem Leckstrom (D2...D5) realisiert. Wenn die Ausgangsspannung die resultierende Z-Spannung übersteigt, schaltet Q1 durch und stoppt den Oszillator. Wenn die Ausgangsspannung wieder abfällt, sperrt Q1 wieder und gibt den Oszillator frei.

Genau das war auch meine Intention. Rein quantitativ wird die Spannung nicht bestimmt (ich wußte allerdings durch die vorhergehende Messung dass die HV bei den gegebenen Bauteilwerten und PWM Parametern etwa 400V beträgt). Der Aufwärtswandler ist entweder aktiv oder nicht aktiv, nun zu hören am "gepulsten" Summen.

Es ist also nicht wirklich eine klassische Regelung, sondern eher das was man in der Regelungstechnik als "Zweipunktregler" bezeichnet. In der SW ist es für den ersten Schuss fast ein No-Brainer:

(...)
if (!gpio_get(X_GP)) {
        pwm_set_freq_duty(slice_num, chan, PWM_FQ, 0);
        pwm_set_enabled(slice_num, true);}     
else {
        pwm_set_freq_duty(slice_num, chan, PWM_FQ, 60);           
        pwm_set_enabled(slice_num, true);} (...)

(...) Stromaufnahme unnötig hoch ist (Batteriebetrieb!) (...)

Bin mal kurz den unsauberen Weg Strommessung via Multimeter gegangen, da ich ansonsten kein geeignetes Equipment besitze. Grob kann man sehen, dass die Stromaufnahme etwa die Hälfte ist zur ungeregelten Variante.

Somit hat die Aktion mit der Regelung schon durchaus seine Berechtigung gehabt, auch wenn es den Schaltungsaufwand nicht unwesentlich erhöht hat.

[DO1MUE]

Wenn Du also Dein Zählrohr testweise überbrückst und vor dem Anodenwiderstand immer noch 400 V hast, dann ist die Hochspannungserzeugung für alle Fälle gewappnet. Das ist aber dann schon mehr, als wirklich nötig ist, denn der maximale Strom durch ein SBM-20 darf nur 20 µA sein, wir hatten die Diskussion schonmal irgendwo.

So, melde mich mit ein paar neuen Infos zurück. Den Gedanken mit "Rohr überbrücken" hab ich jetzt mal für ein paar Tests aufgegriffen. Die gute Nachricht ist, dass die Regelung wohl so weit stabil arbeitet.

Wer es sich kurz ansehen will (ab 1:56):

Nun die schlechte Nachricht. Mein neuestes PCB-Design verursacht leider mehr Probleme als dass es diese löst, wenn auch der Aufbau grundsätzlich funktioniert . Hat tw. mit dem Thema zu tun was wir in dem anderen Thread diskutiert hatten. Fehlt mir einfach noch die Erfahrung an der Stelle.

Glücklicherweise kosten PCBs ja fast nichts mehr diese Tage, somit ist eine neue Schleife drehen nur zeit- und nicht kostenintensiv.

Unter dem Link ein Bild des PCB. µC ist diesmal SMD gelötet. Konstruktive Kritik selbstverständlich erwünscht.

https://hackaday.io/project/184266-geiger-counter/log/213925-new-pcb-revision

[NuclearPhoenix]

Nun die schlechte Nachricht. Mein neuestes PCB-Design verursacht leider mehr Probleme als dass es diese löst, wenn auch der Aufbau grundsätzlich funktioniert . Hat tw. mit dem Thema zu tun was wir in dem anderen Thread diskutiert hatten. Fehlt mir einfach noch die Erfahrung an der Stelle.

Ist das noch die gleiche Schaltung mit den gleichen Bauteilen wie beim funktionierenden Prototypen?
Nur um mal auszuschließen, dass es nicht andere Probleme gibt als das PCB Layout.

[DO1MUE]

Ja Bauteile sind 1:1 identisch (tw. sogar aus alten Prototypen recycelt), die Regelung ist auf diesem PCB nun nur kein fliegender Aufbau mehr.



Abstände zwischen den Leiterbahnen sind an manchen Stellen zu gering, ich merke das an den sporadischen "Aussetzern" und an der Regelung, die wie es scheint willkürlich nachregeln will.

Kann das auch gezielt provozieren indem ich z. B. Stellen auf der Oberfläche mit einer Sprühflasche benetze.

D. h PCBs sind für die Tonne, mit solchen Sensibelchen-GZ kann keiner was anfangen.

Macht aber nichts, nur so lernt man.

[Henri]

Macht aber nichts, nur so lernt man.

[DO1MUE]

Ich würde eine schnelle Diode (z.B. UF4007, trr ~ 50ns) verwenden. Dann hätte ich noch ein simples "digitales" Feedback eingebaut (Z-Diodenkette und Serienwiderstand), um (zur Sicherheit über einen Transistor) dem Microcontroller "Ladespannung erreicht" signalisieren zu können. Danach wird das PWM einfach auf Null gesetzt, und bei Bedarf wieder aktiviert.

Ist zwar schon älter, ich würde aber gerne kurz nochmal auf diesen Hinweis eingehen.

Hab mir jetzt beim Versand einen Satz von UF4007 bestellt und ich hoffe ich bekomme die noch vor Wochenende damit ich Zeit habe zu Experimentieren.

Da mir bessere Messtechnik fehlt (hab nur ein Voltmeter und ein billig Oszi) und ich nicht unnötig im Trüben fischen will, eine Frage vorneweg.

Es sollte ja jetzt unproblematisch sein die PWM-Frequenz per SW von 1 kHz auf, meinetwegen, 10 kHz zu erhöhen (bei 10 kHz ist das menschliche Gehör ja weit unempfindlicher). Dann muss ich sicher noch den Tastgrad anpassen damit ich wieder bei etwa 400V rauskomme (Spannung ist fix bei 3.3V). Oder gleich auf >20 kHz gehen (kann natürlich sein dass ich mir mit einer ungünstigen Kombination irgendein Bauteil kille?? Worst case µC)?

Gut, das ästhetische Problem mit dem (mit Regelung gepulsten) Summen wäre dann wohl gelöst, aber ist mit der Maßnahme noch irgendwie ein anderer Vorteil oder Nachteil verbunden?

Mir würde da in erster Linie nur EMV einfallen. Mutmaßlich wird sich das EMV Verhalten wohl verschlechtern, da Frequenz höher. Dann käme auch wieder eine gut gestaltete "ground plane" ins Spiel. Oder ist das eine Milchmädchenrechnung? Kann ich EMV irgendwie (zumindest grob) Testen? Die erfahrenen Amateurfunker haben da doch sicher ein paar wertvolle Ratschläge für mich.

Hier der aktuelle Schaltplan (UF4007 wird D1).

[DG0MG]

Mehr als 10 kHz würde ich jetzt nicht machen, mMn bringt das keinen Vorteil.
Der MPSA44 ist btw. an der Grenze, der ist nur für 400 Volt vorgesehen.
An die Breite der "Ein"-Pulse musst Du Dich rantasten. Die müssen nicht breiter sein, als nötig, und das ist von den Spulendaten abhängig. Wenn der Spulenkern gesättigt ist, steigt der Strom an und wird verheizt.
Parallel zu C3 würde ich noch einen Elko (>100µF) setzen, aus dem die Impulse des Spulenstromes kommen können. Das führt aber zu einer Gefährdung des 7805, wenn man am Schalter ausschaltet: Die Spannung an Pin 3 (Ausgang) darf nie höher, als am Eingang (Pin 1) sein. Deshalb macht man über den Spannungsregler noch "rückwärts" eine Diode: Anode an Pin 3, Kathode an Pin 1.

[DO1MUE]

Hallo DG0MG,

danke für deine Hinweise.

Hab eben nochmal in das datasheet des 7805 geschaut. Da steht tatsächlich (noch nie drauf geachtet):

Application with high capacitance loads and an output voltage greater than 6 volts need an external diode (see Figure 22: "Reducing power issipation with dropping resistor") to protect the device against input short circuit. In this case the input voltage falls rapidly while the output voltage decrease slowly.

Ich denke es gibt noch eine kleine Designschwäche. Wird der µC nämlich über USB betrieben (z. B. beim Flashen), und es gibt keine Batterie, liegen an Pin 3 des 7805 +5V, und Pin 1 hängt in der Luft!

Hab mal am Prototypen gemessen was ich dann für Spannungspegel bekomme: Zwischen Pin 1 und GND etwa 4.5V. Diesen "Misuse" scheint der 7805 aber gut abzukönnen, mache das so schon seit Monaten mit meinen PT und gab noch nie Auffälligkeiten. Ist aber unschön gebe ich zu. Elkos hab ich an den derzeitigen Prototypen noch keine verbaut.
Die Designer versprechen scheinbar nicht zu viel wenn sie schreiben "Each type embeds internal current limiting, thermal shutdown and safe area protection, making it essentially indestructible." 

Ich glaub die Spule hat garkeinen Kern. Oder woran sehe ich das? Ist diese hier:

https://www.reichelt.de/stehende-induktivitaet-11phc-ferrit-15-mh-l-11phc-15m-p138674.html?&trstct=pos_0&nbc=1

Grüße und schönes Wochenende.