Högspänningsteknik är en speciell riktning inom elektronik, som har sin egen unika anda, estetik och egenskaper. Tusentals entusiaster runt om i världen bygger olika design, allt från enkla multiplikatorer till enorma Van de Graaff-generatorer och Tesla-spolar - som regel har alla dessa enheter ingen praktisk tillämpning, deras värde ligger just i skapandet av färgglada hög- spänningsurladdningar.
Det mest prisvärda elementet som kan generera högspänning kan med säkerhet kallas en linjetransformator - detta element finns i vilken CRT-TV som helst; för tillfället blir priset på sådana transformatorer mycket lågt, med tanke på att CRT-TV gradvis blir en sak av det förflutna. Två typer av sådana transformatorer kan särskiljas - TDKS, med en inbyggd multiplikator, och TVS - en "bar" transformator, till vilken multiplikatorn kan anslutas separat.I båda fallen, för att få en sådan transformator att producera högspänning, behövs en speciell krets som kommer att "pumpa" sin primärlindning med en högfrekvent spänning; denna frekvens kan variera mellan 1-100 kHz. Det finns ett ganska stort antal liknande kretsar på Internet, ofta enkla ensidiga kretsar som bara använder en kraftfull transistor, som stänger och öppnar kretsen för primärlindningen av en linjetransformator med den erforderliga frekvensen - sådana kretsar, även om de är enkla, har en ganska låg verkningsgrad (transistorn blir väldigt varm) och låg effekt, så att transformatorns fulla potential inte kan avslöjas och maximal effekt tas bort från den - och längden, styrkan och ljusstyrkan hos transformatorn. urladdningar är direkt beroende av effekten.
Schema
Kretsen som presenteras i den här artikeln är en klassisk halvbryggomvandlare baserad på mikrokretsen IR2153; den kan utveckla ganska mycket effekt i belastningen - upp till 500 watt när du använder lämpliga transistorer vid utgången, och med mindre modifieringar till och med en några kilowatt. Samtidigt ser själva kretsen väldigt enkel ut att montera, innehåller inga dyra element och är mycket repeterbar.
Kretsens belastning är induktansen L1 - i vårt fall är det linjetransformatorns primärlindning. Men även baserat på denna krets är det möjligt att montera olika andra enheter som kräver högfrekvent spänning och stor amplitud, till exempel en induktionsvärmare. För tydlighetens skull visar bilden nedan signalformen vid utgången av kretsen utan en ansluten last - nästan idealiska rektangulära pulser.
Lite om detaljerna och driften av omvandlaren
Mikrokretsen IR2153 fungerar som en push-pull rektangulär pulsgenerator - den är push-pull eftersom det finns två utgångar (stift 5 och 7) och mikrokretsen styr samtidigt två fälteffekttransistorer, de övre och nedre armarna. Denna mikrokrets är inte en bristvara; vissa nätverksströmförsörjningar och andra omkopplingsenheter är byggda på dess bas; priset för det i radiokomponentbutiker överstiger vanligtvis inte 100 rubel. Denna mikrokrets är bekväm eftersom den redan innehåller en zenerdiod inuti, vilket gör att mikrokretsen kan drivas från samma spänning som belastningen - denna spänning för effektiv drift av halvbryggan bör vara 100-300 volt, alltså en extra lågspänningskälla krävs inte för att driva den logiska delen av kretsen. Motståndet som begränsar strömmen genom mikrokretsens zenerdiod är R1 - dess värde är markerat med en asterisk i diagrammet. Resistansen för detta motstånd beror på matningsspänningen för hela kretsen - ju högre matningsspänningen är, desto högre blir motståndsvärdet; du kan beräkna det exakta värdet för valfri matningsspänning genom att använda en kalkylator för att beräkna zenerdiodmotståndet . Märkningen som anges i diagrammet är lämplig för en matningsspänning på 250 volt. Det bör också beaktas att en del effekt kommer att försvinna på detta motstånd, så det är nödvändigt att använda antingen ett 1-3 watts motstånd, eller flera lågeffektsmotstånd parallellt, som gjort på ett kretskort. Kondensator C2 tjänar till att filtrera mikrokretsens matningsspänning; dess värde kan vara från 100 till 220 μF, spänningen är minst 25 volt.Kondensator C1 är en högspänningsströmkälla; du bör inte snåla med dess kapacitet, eftersom effekten vid belastningen kommer att bero på den - om kapaciteten är för liten kan strömavbrott inträffa och strömmen kommer att minska. Det optimala värdet skulle vara 470-680 uF; observera att denna kondensator måste vara konstruerad för en hög matningsspänning + viss marginal.
Kedjan av element R2-C3 ställer in frekvensen, så det är viktigt att använda en högkvalitativ högfrekvenskondensator här, en vanlig filmkondensator duger. Ju större kondensatorns kapacitans är, desto lägre är kretsens driftfrekvens; vid de angivna värdena är den ungefär lika med 80 kHz. Du kan sätta ihop en krets med en fast frekvens, men de bästa resultaten kan erhållas om du kan justera frekvensen, så istället för ett konstant motstånd rekommenderar jag att du installerar en 20 kOhm trimmer; området för frekvensjusteringar kan också väljas av kondensatorns kapacitans. Kondensator C4 - det är lämpligt att använda en opolär tantalkondensator med en kapacitet på 20-30 µF, men en vanlig elektrolytisk en duger. Motstånd R3, R4 tjänar till att begränsa strömmen i portarna på transistorer, lämpliga för 10-30 ohm.
Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt valet av krafttransistorer, eftersom det är de som kommer att byta belastningen och både kretsens effektivitet och dess tillförlitlighet kommer att bero på dem. Det billigaste, men inte det mest kraftfulla alternativet är IRF630 - de är lämpliga för drift vid spänningar på högst 150 volt med inte för mycket kraft, jag använder dem.Du kan använda nästan alla kraftfulla fälteffekttransistorer här; när du väljer bör du ta hänsyn till deras maximala driftspänning, ström och öppen kanalresistans. Lämpliga alternativ skulle också vara IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, de två sista är dyrare, men låter dig arbeta med högre effekt, upp till 500 watt. Kondensatorerna C5 och C6 bildar en spänningsdelare, som är nödvändig för driften av en halvbryggomvandlare; här kan filmkondensatorer med en kapacitet på 1-2 μF användas; deras driftspänning måste också vara konstruerad för matningsspänningen + några boka. VD1 är en diod, här behöver du inte använda vanliga dioder, utan ultrasnabba, till exempel UF4007 och liknande.
Omvandlarenhet
Hela kretsen är monterad på ett tryckt kretskort, som fästs på artikeln. Observera att kretsen är "nyckfull" när det gäller ledningar; denna version av kortet är testad, inga artefakter upptäcktes i arbetet med den. Skivan är gjord med standard LUT-metoden, fotografier av processen för att tillverka skivan och försegla delarna finns nedan.
Några ord om primärlindningen - den måste lindas på transformatorns ferritkärna själv, eftersom vanliga primärlindningar inte är konstruerade för hög effekt. Lindning tar inte mycket tid, endast 30-40 varv av emaljerad koppartråd är tillräckligt, dess tvärsnitt bör inte vara för litet, annars kommer förluster att uppstå. Den resulterande lindningen måste anslutas till brädet med ledningar, och deras längd bör inte vara för lång.
Som du kanske gissar tas högspänning bort från transformatorns "heta" terminal, vilket vanligtvis kan identifieras av tjock isolering.Den negativa kontakten på TDKS är placerad i den nedre delen av höljet tillsammans med alla andra terminaler; det är lätt att hitta - titta bara på vilken kontakt bågen tänds när den "heta" terminalen närmar sig. Observera att den nedre delen av TDKS på bilden har svärtning - de bildades när TDKS arbetade med denna halvbrygga, eftersom transformatorn används nästan till gränsen för dess kapacitet, ibland inträffar haverier mellan dess olika terminaler . För att undvika dem bör du fylla alla terminaler med en dielektrisk förening och bara ta ut den erforderliga negativa ledningen med en separat tråd.
Hela strukturen måste drivas från en källa med lämplig effekt, det är bekvämt om matningsspänningen kan justeras. I mitt fall är strömkällan den gamla transformatorn till deras TS-160 rör-TV; för likriktning är en diodbrygga med kondensatorer på ett litet kort separat ansluten, det kan ses på bilden.
Även sådana "lågeffekts"-transistorer som IRF630 i den här kretsen blir inte särskilt varma; efter flera minuters kontinuerlig drift förblir de bara varma på små radiatorer. Även om värmeavledningen är liten, särskilt när du använder till exempel IRFP450-560, kommer små radiatorer som på bilden för tillförlitlighet inte att vara överflödiga. Generell bild av designen:
Avslutande fotografier - som skildrar högspänningsbågar, samt video. Luftens genomslagsspänning är cirka 3 centimeter. Som kan ses i videon, om högspänningselektroderna placeras på ett visst avstånd från varandra, brinner inte ljusbågen, och transformatorn går på tomgång, medan violetta urladdningar koronas från dess "heta" terminal, liksom som från kroppen själv - när de dyker upp är det tillrådligt att isolera alla möjliga platser för sammanbrott av dielektrisk förening.Observera att TDKS inte bara har hög spänning, utan också tillräcklig effekt för att orsaka elektrisk skada om du rör vid högspänningsterminalerna med händerna. Beröring är inte ens nödvändigt för att en båge ska uppstå, med tanke på det ganska stora nedbrytningsavståndet. Man bör också komma ihåg att efter avstängning av kretsen kvarstår högspänningen vid utgången av TDKS fortfarande, eftersom det finns en kondensator inuti, så efter avstängning bör högspänningsterminalerna anslutas till varandra för att ladda ur denna kondensator . Lycka till med att bygga!
