Високоволтовата техника е специално направление в електрониката, което има свой уникален дух, естетика и характеристики. Хиляди ентусиасти по целия свят изграждат различни конструкции, вариращи от прости умножители до огромни генератори на Ван де Грааф и намотки на Тесла - като правило, всички тези устройства нямат никакво практическо приложение, тяхната стойност е именно в създаването на цветни високо- разряди на напрежение.
Най-достъпният елемент, способен да генерира високо напрежение, може уверено да се нарече линеен трансформатор - този елемент присъства във всеки CRT телевизор; в момента цената на такива трансформатори става много ниска, като се има предвид, че CRT телевизорите постепенно се превръщат в нещо миналото. Могат да се разграничат два вида такива трансформатори - TDKS, с вграден умножител, и TVS - "гол" трансформатор, към който умножителят може да бъде свързан отделно.И в двата случая, за да се накара такъв трансформатор да произвежда високо напрежение, е необходима специална верига, която ще "изпомпва" първичната му намотка с високочестотно напрежение; тази честота може да варира между 1-100 kHz. В интернет има доста голям брой подобни вериги, често прости еднокрайни вериги, използващи само един мощен транзистор, който затваря и отваря веригата на първичната намотка на линеен трансформатор с необходимата честота - такива вериги, макар и прости, имат доста ниска ефективност (транзисторът се нагрява много) и ниска мощност, като по този начин не позволяват да се разкрие пълният потенциал на трансформатора и да се отнеме максималната възможна мощност от него - и дължината, силата и яркостта на разрядите пряко зависят от мощността.
Схема
Веригата, представена в тази статия, е класически полумостов преобразувател, базиран на микросхемата IR2153; той може да развие доста голяма мощност в товара - до 500 вата при използване на подходящите транзистори на изхода и с малки модификации дори няколко киловата. В същото време самата схема изглежда много проста за сглобяване, не съдържа никакви скъпи елементи и е много повторима.
Натоварването на веригата е индуктивност L1 - в нашия случай това е първичната намотка на линейния трансформатор. Но също така въз основа на тази схема е възможно да се сглобят различни други устройства, които изискват високочестотно напрежение и голяма амплитуда, например индукционен нагревател. За яснота на снимката по-долу е показана формата на сигнала на изхода на веригата без свързан товар - почти идеални правоъгълни импулси.
Малко за подробностите и работата на конвертора
Микросхемата IR2153 действа като двутактен правоъгълен импулсен генератор - той е двутактен, защото има два изхода (щифтове 5 и 7) и микросхемата едновременно управлява два полеви транзистора, горното и долното рамо. Тази микросхема не е дефицит, някои мрежови захранвания и други превключващи устройства са изградени на нейна основа, цената за нея в магазините за радиокомпоненти обикновено не надвишава 100 рубли. Тази микросхема е удобна с това, че вече съдържа ценеров диод вътре, което позволява микросхемата да се захранва от същото напрежение като товара - това напрежение за ефективна работа на половин мост трябва да бъде 100-300 волта, като по този начин допълнително не е необходим източник на ниско напрежение за захранване на логическата част на веригата. Резисторът, който ограничава тока през ценеровия диод на микросхемата, е R1 - стойността му е отбелязана със звездичка на диаграмата. Съпротивлението на този резистор ще зависи от захранващото напрежение на цялата верига - колкото по-високо е захранващото напрежение, толкова по-висока ще бъде стойността на съпротивлението; можете да изчислите точната стойност за всяко захранващо напрежение, като използвате калкулатор за изчисляване на резистора на ценеров диод . Номиналната стойност, посочена в диаграмата, е подходяща за захранващо напрежение от 250 волта. Трябва също да се има предвид, че на този резистор ще се разсее известна мощност, така че е необходимо да се използва или един резистор от 1-3 вата, или няколко паралелни с ниска мощност, както се прави на печатна платка. Кондензаторът C2 служи за филтриране на захранващото напрежение на микросхемата, неговата стойност може да бъде от 100 до 220 μF, напрежението е най-малко 25 волта.Кондензаторът C1 е източник на захранване с високо напрежение; не трябва да пестите от капацитета му, защото мощността на товара ще зависи от него - ако капацитетът е твърде малък, може да възникнат загуби на мощност и мощността ще намалее. Оптималната стойност би била 470-680 uF; имайте предвид, че този кондензатор трябва да е проектиран за високо захранващо напрежение + известен запас.
Веригата от елементи R2-C3 задава честотата, така че е важно да използвате висококачествен високочестотен кондензатор тук; обикновен филмов кондензатор ще свърши работа. Колкото по-голям е капацитетът на кондензатора, толкова по-ниска е работната честота на веригата; при посочените стойности тя е приблизително равна на 80 kHz. Можете да сглобите верига с фиксирана честота, но най-добри резултати могат да се получат, ако можете да регулирате честотата, така че вместо постоянен резистор препоръчвам да инсталирате тример от 20 kOhm; обхватът на регулиране на честотата може също да бъде избран от капацитет на кондензатора. Кондензатор C4 - препоръчително е да използвате неполярен танталов кондензатор с капацитет 20-30 µF, но обикновеният електролитен ще направи. Резисторите R3, R4 служат за ограничаване на тока в портите на транзисторите, подходящи за 10-30 ома.
Особено внимание трябва да се обърне на избора на мощни транзистори, тъй като те са тези, които ще превключват товара и от тях ще зависи както ефективността на веригата, така и нейната надеждност. Най-евтиният, но не и най-мощният вариант е IRF630 - те са подходящи за работа при напрежение не повече от 150 волта с не много голяма мощност, аз ги използвам.Тук можете да използвате почти всички мощни транзистори с полеви ефекти; когато избирате, трябва да вземете предвид тяхното максимално работно напрежение, ток и съпротивление на отворен канал. Подходящи опции също биха били IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, последните две са по-скъпи, но ще ви позволят да работите с по-високи мощности, до 500 вата. Кондензаторите C5 и C6 образуват делител на напрежение, който е необходим за работата на полумостов преобразувател; тук могат да се използват филмови кондензатори с капацитет 1-2 μF; тяхното работно напрежение също трябва да бъде проектирано за захранващото напрежение + някои резерв. VD1 е диод, тук трябва да използвате не обикновени диоди, а ултра-бързи, например UF4007 и подобни.
Конвертор монтаж
Цялата схема е сглобена на печатна платка, която е прикрепена към артикула. Моля, имайте предвид, че веригата е „капризна“ по отношение на окабеляването; тази версия на платката е тествана, не са открити артефакти в работата по нея. Платката е направена по стандартния метод LUT, снимки на процеса на изработка на платката и запечатване на частите са по-долу.
Няколко думи за първичната намотка - тя трябва да бъде навита върху феритната сърцевина на трансформатора сами, тъй като стандартните първични намотки не са предназначени за висока мощност. Навиването не отнема много време, достатъчни са само 30-40 оборота емайлиран меден проводник, напречното му сечение не трябва да е твърде малко, в противен случай ще възникнат загуби. Получената намотка трябва да бъде свързана към платката с проводници, като дължината им не трябва да е твърде дълга.
Както може би се досещате, високото напрежение се отстранява от „горещия“ извод на трансформатора, което обикновено може да се идентифицира по дебела изолация.Отрицателният контакт на TDKS се намира в долната част на кутията заедно с всички останали терминали; лесно се намира - просто погледнете кой контакт ще светне дъгата, когато се приближи „горещият“ терминал. Моля, обърнете внимание, че долната част на TDKS на снимката има почерняване - те са се образували, когато TDKS работи с тази полумостова схема, тъй като трансформаторът се използва почти до границата на възможностите си, понякога възникват повреди между различните му терминали . За да ги избегнете, трябва да запълните всички клеми с диелектрик и да изведете само необходимия отрицателен проводник с отделен проводник.
Цялата конструкция трябва да се захранва от източник с подходяща мощност, удобно е захранващото напрежение да може да се регулира. В моя случай източникът на захранване е старият трансформатор на техния тръбен телевизор TS-160; за коригиране е свързан отделно диоден мост с кондензатори на малка платка, може да се види на снимката.
Дори такива транзистори с „ниска мощност“ като IRF630 в тази схема не се нагряват много, след няколко минути непрекъсната работа те остават топли само на малки радиатори. Въпреки че разсейването на топлината е малко, особено когато се използва например IRFP450-560, малки радиатори като на снимката за надеждност няма да бъдат излишни. Общ изглед на дизайна:
Заключителни снимки - които изобразяват дъги с високо напрежение, както и видео. Напрежението на пробив на въздуха е приблизително 3 сантиметра. Както се вижда на видеото, ако високоволтовите електроди са поставени на определено разстояние един от друг, дъгата не гори и трансформаторът работи на празен ход, докато виолетовите разряди се коронират и от неговия „горещ“ извод както от самия корпус - когато се появят, препоръчително е да изолирате всички възможни места на повреда чрез диелектрично съединение.Моля, имайте предвид, че TDKS има не само високо напрежение, но и достатъчна мощност, за да причини електрическо нараняване, ако докоснете клемите за високо напрежение с ръцете си. Докосването дори не е необходимо, за да възникне дъга, като се има предвид доста голямото разстояние на пробив. Трябва също да се помни, че след изключване на веригата високото напрежение на изхода на TDKS все още остава, тъй като вътре има кондензатор, така че след изключване високоволтовите клеми трябва да бъдат свързани един към друг, за да се разреди този кондензатор. Честита сграда!
