Kompakte Hochspannungsregler versorgen modulare Designs für gepulste elektrische Felder

Kommerzielle Anwendungen mit gepulsten elektrischen Feldern (PEF) sind darauf ausgelegt, intensive, wiederholbare Impulse zu liefern, die Mikroben inaktivieren und die Haltbarkeit von Lebensmitteln und Getränken ohne Hitze oder Chemikalien verlängern. Sie sind auf Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und lange Betriebsdauer optimiert, werden aber in der Regel kundenspezifisch gebaut, sind im Allgemeinen teuer und unflexibel. Das schafft Marktchancen für modulare Konstruktionen im Pilotmaßstab, bei denen Komponenten von der Stange zum Einsatz kommen.

XP Power bietet eine Reihe von geregelten Hochspannungsstromrichtern an, mit denen Entwickler modulare PEF-Systeme für Labor-, Pilot- und kommerzielle Anwendungen aufbauen können, ohne auf vollständig kundenspezifische Stromversorgungslösungen angewiesen zu sein. Die 30W-Wandler HRL30 des Unternehmens fungieren als geregelte Hochspannungsversorgung, mit der Kondensatoren oder pulsformende Netzwerke (PFNs) aufgeladen werden können, die dann über eine Schaltstufe kontrollierte Impulse an Elektroden, Sensoren oder Behandlungszellen abgeben.

Die HRL30-Wandler unterstützen kontrollierte, wiederholbare Downstream-Impulse, ohne dass eine kundenspezifische Hochspannungsversorgung erforderlich ist, und bieten Entwicklern mehr Freiraum für Experimente, schnelle Iterationen und neue anwendungsspezifische Innovationen.

Einfaches, modulares Design

Entwickler können modulare Hochspannungssysteme um einen HRL30 herum aufbauen und ihn als geregelten Energiekern für eine Reihe von Subsystemen verwenden. Von dort aus leiten geladene PFNs kontrollierte Impulse über Schaltmodule an Elektroden oder Behandlungszellen weiter, während die Überwachungs- und Steuerelektronik Spannung, Strom und Temperatur verfolgt.

Mechanische Gehäuse und Grundplattenkühlung vereinfachen die sichere Integration in Laboranlagen, PEF-Module im Pilotmaßstab oder OEM-Subsysteme. Durch die Kombination dieser Bausteine können Teams schnell Prototypen erstellen, iterieren und Designs anpassen, ohne für jede Anwendung eine eigene Hochspannungsversorgung entwickeln zu müssen.

Die Regler arbeiten im Konstantspannungs- oder Konstantstrommodus mit automatischer Umschaltung, was eine kontrollierte Ladungsrate für einen Kondensator ermöglicht. Die Ausgangsspannung kann über ein analoges 0V- bis 5V-Signal von 0% bis 100% programmiert werden, so dass das System die Zielladespannung und damit die Impulsintensität dynamisch anpassen kann.

Die Wandler von XP Power bieten Spannungs- und Stromüberwachungsausgänge (V_mon und I_mon) für automatisierte Tests, Protokollierung oder Regelkreise. Diese Signale ermöglichen es einem externen Mikrocontroller oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung zu erkennen, wann der Kondensator vollständig geladen ist, um den Impuls auszulösen und den Ladezyklus neu zu starten.

Stabile, kontrollierte Energieabgabe

Die HRL30-Architektur unterstützt eine breite Palette von Systemen, die Hochspannung als definierte, wiederholbare Funktion liefern. Dadurch können sich die Entwicklungsteams auf die Anwendungsleistung und die Systemintegration konzentrieren, anstatt kundenspezifische Hochspannungsversorgungen zu entwerfen. Kompakte mechanische Gehäuse und Grundplattenkühlung ermöglichen eine einfache und sichere Integration in größere Systeme.

Die größte Herausforderung bei PEF-Anwendungen ist nicht nur die Erzeugung von Hochspannung, sondern auch deren sichere und vorhersehbare Bereitstellung. Die HRL30-Serie liefert stabile, geregelte Energie für PFNs, Kondensatorbatterien oder andere Hochspannungsspeicher, die nachgeschaltete Impulse speisen.

PFNs sind Kombinationen aus Kondensatoren und Induktivitäten, die Energie speichern und in Form von kurzen, wiederholbaren Impulsen abgeben. Der PFN definiert die Pulsform, -dauer und -amplitude, während der HRL30 für eine sichere und zuverlässige Energieversorgung sorgt und es den Entwicklern ermöglicht, sich auf die Leistungsoptimierung zu konzentrieren, anstatt eine kundenspezifische Hochspannungsversorgung zu bauen.

Entwickler können die elektrischen Anforderungen ihrer Anwendungen den HRL30-Varianten zuordnen, die einen kompakten, grundplattengekühlten Formfaktor von 3 Zoll x 2 Zoll x 0,73 Zoll Aufweisen (Abbildung 1)

Abbildung 1: Die HRL30-Produktlinie hat einen gemeinsamen Formfaktor und ein grundplattengekühltes Design. (Bildquelle: XP Power)

Die folgenden drei Komponenten veranschaulichen, wie Spannung und Stromstärke an die elektrischen Anforderungen angepasst werden können:

• Im unteren Spannungsbereich liefert ein Modell wie der HRL3024S350P bis zu 350 VDC bei etwa 85 mA und eignet sich daher gut für Designs, die von einem höheren Strom profitieren, wie z. B. das schnellere Aufladen von Kondensatorbänken, PEF-Experimente mit moderaten Feldern oder elektrophoreseähnliche Systeme, bei denen die Energie pro Puls wichtiger ist als die extreme Feldstärke.
• Das Modell HRL3024S600N für den mittleren Spannungsbereich liefert bis zu 600 VDC bei ca. 50 mA und sorgt für ein ausgewogenes Verhältnis von Spannung und Strom für PEF-Systeme im Labor- oder Pilotmaßstab, die aussagekräftige elektrische Felder benötigen, ohne die Isolierung, die Abstände oder die Systemkomplexität zu sehr zu strapazieren.
• Am oberen Ende liefert der HRL3024S5K0P bis zu 5 kVDC bei etwa 6 mA, wobei die elektrische Feldstärke Vorrang vor dem Strom hat. Er eignet sich für kleine PEF-Module im Pilotmaßstab, für Elektroporationseinrichtungen im Labor oder für Geräte, die eine präzise Hochspannungsvorspannung und keine hohe Energieabgabe erfordern.

Fazit

Da Entwickler PEF in Pilotsysteme, modulare und anwendungsspezifische Systeme integrieren, stellt die Fähigkeit, Hochspannung sicher, vorhersehbar und ohne kundenspezifisches Stromversorgungsdesign zu erzeugen, eine Marktchance für modulare Ansätze dar, die Kosten senken, die Entwicklung beschleunigen und die Tür zu einer breiteren Palette praktischer Anwendungen öffnen. Die Serie HRL30 von XP Power bietet eine geregelte Hochspannungsbasis, die es den Teams ermöglicht, sich auf die Pulsformung, die Elektroden und die Systemleistung zu konzentrieren, anstatt sich mit den Risiken der Hochspannungsversorgung auseinanderzusetzen.