Hochspannung, hohe Gleichtaktstrommessung. Irgendwelche Vorschläge?

Ich habe diese Frage vor ein paar Tagen gestellt, aber ich glaube, ich war nicht klar genug, also werde ich es noch einmal versuchen.

Hier ist ein grobes Diagramm meines Sputtersystems:
Elektrische Skizze der Kammer

Grundsätzlich hält eine DC-Spannungsversorgung das Substrat auf einer großen negativen Spannung (~-1000 V) relativ zum Kammerchassis (Vs) und eine DC-Stromversorgung drückt einen großen Strom (~120 A) durch ein Plasma in das Chassis und das Substrat (It ). Nur ein kleiner Bruchteil des gesamten Plasmastroms geht tatsächlich durch das Substrat (~2 A von insgesamt 120 A). Der größte Teil des Stroms fließt direkt in das Gehäuse. Zur Verdeutlichung gibt es also zwei Netzteile. Die Spannungsversorgung liefert -1000 V an das Substrat, durch das ~ 2 A fließen. Die Stromversorgung liefert 120 A durch das Target/Plasma (bei etwa 20 V).

Der Widerstand zwischen Chassis und Masse zeigt an, dass das Chassis schlecht geerdet ist. Darüber hinaus sollte der Widerstand als variabel angesehen werden, da der Stromfluss durch das Edelstahlchassis schwankt, was bedeutet, dass die Spannung des Chassis relativ zur Erde im Laufe der Zeit erheblich schwankt.

Hier ist das Problem: Ich möchte die Spannung zwischen dem Substrat und einer bestimmten Stelle auf dem Chassis messen, ohne die Spannung aufgrund des großen Stroms zu messen, der durch das Chassis fließt. Die Messung muss nicht sehr genau sein, sie dient nur zur Kontrolle (dh +/- 5V ist in Ordnung).

Derzeit wird dies mit einem batteriebetriebenen DMM von Fluke erreicht. Da es batteriebetrieben ist, führt es eine echte schwebende Differenzmessung durch. Was ich gerne tun würde, ist, dieses Handmessgerät durch eine nicht batteriebetriebene Lösung zu ersetzen, die auch zu Datenprotokollierungszwecken an einen Computer angeschlossen werden könnte. Ich dachte, vielleicht wäre es eine Idee, einen 110-V-Wechselstrom-auf-9-V-Gleichstrom-Wandadapter zu verwenden, der an die Batterieklemmen des Fluke angeschlossen werden könnte, aber ich denke, es gibt keine elektrische Isolierung und der gesamte Strom im Gehäuse würde durch den Fluke auf die Netzmasse geleitet .

Kann jemand einen Ansatz vorschlagen? Ich bin ziemlich unwissend was dieses Zeug angeht. Ich habe versucht, es zu lesen, aber ich kann nichts herausfinden, was funktionieren könnte. Wenn ich es in irgendeiner Weise klären kann, würde ich es gerne tun. Alle Vorschläge (einschließlich "Du bist dumm. Das kann niemals funktionieren") wären willkommen!

Vielen Dank im Voraus, Brian

Warte warte warte... 120A bei 1000V?? Das ist eine Menge Macht ... es sei denn, ich verstehe etwas falsch.
Es gibt zwei getrennte Netzteile. Die Spannungsversorgung legt (bis zu) -1000 V DC auf das Substrat. Der Strom durch das Substrat beträgt ~2A, wenn das Plasma eingeschaltet ist. Die Stromversorgung liefert 120 A an das Target/Plasma. Die typische Spannung beträgt etwa 20 V DC. Ich werde den Beitrag zur Klärung aktualisieren.
Wo arbeitest du, @BASnappl? Liebe die Frage!
Acree Technologies Inc. in Concord, CA. Viele Sputtersysteme. Ich bin nur ein unwissender Praktikant :/

Antworten (2)

Während ein Wandadapter normalerweise isoliert ist , ist er wahrscheinlich nicht für 1 kV ausgelegt. Eine einfache Lösung wäre die Suche nach einem DMM mit Aufzeichnungsfunktion und CAT III/IV 1kV isolierter externer Stromquelle oder langer Batterielebensdauer. Hier einige Kandidaten:

Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein einfaches Mikro mit einem ADC zu verwenden, den gesamten Schaltkreis auf Gehäusespannung zu schweben und dann geeignete Isolationstechniken zu verwenden (mehr als nur Optoisolation - wenn Sie nicht sicher sind, schlage ich eine andere Frage vor), um mit einem PC über Ihren zu kommunizieren bevorzugte serielle Verbindung ( UART -> opto -> RS232 -> USB -> opto -> PC, mit Kabelschirmspannungsmessung und Warnung, wäre meine Wahl). Beachten Sie, dass dies bedeutet, dass Sie nichts auf der schwebenden Seite (heißes Gehäuse) des Widgets berühren können. Auf diese Weise können Sie die Sorgen um die Isolierung der Stromversorgung beseitigen, indem Sie einfach eine Batterie verwenden, und sie trotzdem problemlos 6 Monate bis zu einem Jahr lang betreiben, ohne sie auszutauschen, wenn Sie an Stromverbrauch und Ruhemodi denken (dh: MSP430). Beachten Sie auch, dass eine Sputtermaschine elektrisches Rauschen erzeugt, sodass Sie möglicherweise RS485 mit Fehlererkennungs-/Korrekturalgorithmen verwenden müssen.

Danke für die ausführliche Antwort. Ich lese mir die Vorschläge durch. Ich werde wahrscheinlich eine Folgefrage posten, da ich vieles davon nicht kenne. Allerdings versuche ich hart zu lernen!
Was halten Sie von Hochspannungssonden? Sind sie aufgrund der potenziell hohen Gleichtaktspannung ungeeignet? Was ist mit Trenntransformatoren für Tischmessgeräte?
@W5VO, Hochspannungssonden klingen für mich nach einer guten Idee, insbesondere für nur 5% Genauigkeitsspezifikationen. Tischmessgeräte sind im Allgemeinen teuer und ermöglichen genauere Messwerte als tragbare DMMs. Ich kenne mich mit 1kV+ Trenntransformatoren nicht aus.

Der Strom, der durch die Signale fließt, die Sie zu messen versuchen, spielt in diesem Fall überhaupt keine Rolle, alles, was zählt, ist die Spannung, die Sie zu messen versuchen.

Jedes anständige Spannungsmessgerät hat eine relativ hohe Impedanz (wie 10 M Ohm). Der einzige Strom, der durch das Messgerät fließt, ist eine Funktion der zwischen den Signalen gemessenen Spannungsdifferenz und diesem Innenwiderstand. Der Strom, der in den gemessenen Signalen fließt, spielt überhaupt keine Rolle (außer wie er die Signalspannung beeinflusst).

Sie haben Recht, dass Sie differenziell messen möchten. Wenn Ihr Messgerät geerdet ist, muss es höchstwahrscheinlich der Gleichtaktspannung der Signale standhalten. Es ist jedoch wahrscheinlich am einfachsten, nur ein Widerstandsnetzwerk zu verwenden, um die Spannung auf etwas zu unterteilen, das sicherer an Ihr Messgerät angeschlossen werden kann. Auch hier hängt das Design dieses Widerstandsnetzwerks nicht von den Strömen in den Signalen ab, sondern nur von ihren Spannungen. Offensichtlich möchten Sie bei dieser hohen Spannung Widerstände mit ziemlich hohem Wert verwenden.

Soweit ich weiß, ist die Gleichtaktspannung das Problem bei dieser Lösung. Da das Gehäuse relativ zur Erde eine beträchtliche Spannung aufweisen kann, besteht die Sorge, dass ein Durchschlag durch das Messgerät dem Durchgang durch den "Widerstand" (siehe Bild) zur Erde vorzuziehen ist und dadurch das Messgerät verbrennt.
Das ist der Grund, nur ein einfaches Widerstandspaar als Spannungsteiler zu verwenden. Angesichts der minimalen Genauigkeitsanforderungen würde ihm ein einfacher 1000:1-Teiler an jedem Eingangsanschluss ermöglichen, fast jede Art von geerdetem Messgerät zu verwenden. Sie können sogar O-Scope-Sonden mit solchen eingebauten Teilern bekommen, die bei sehr hohen Spannungen von 25 kV + funktionieren. Ich könnte mir vorstellen, dass viele Tisch-DMM-Versorgungen ähnliche Sonden anbieten würden.
Hochspannung, hohe Gleichtaktstrommessung. Irgendwelche Vorschläge?
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