Hoogspanningstechnologie is een speciale richting in de elektronica, die zijn eigen unieke geest, esthetiek en kenmerken heeft. Duizenden enthousiastelingen over de hele wereld bouwen verschillende ontwerpen, variërend van eenvoudige vermenigvuldigers tot enorme Van de Graaff-generatoren en Tesla-spoelen - in de regel hebben al deze apparaten geen enkele praktische toepassing, hun waarde ligt juist in het creëren van kleurrijke hoog- spanning ontladingen.
Het meest betaalbare element dat hoge spanning kan genereren, kan met vertrouwen een lijntransformator worden genoemd - dit element is aanwezig in elke CRT-tv; op dit moment wordt de prijs van dergelijke transformatoren erg laag, aangezien CRT-tv's geleidelijk een ding worden het verleden. Er kunnen twee soorten van dergelijke transformatoren worden onderscheiden: TDKS, met een ingebouwde vermenigvuldiger, en TVS - een "kale" transformator, waarop de vermenigvuldiger afzonderlijk kan worden aangesloten.Om zo'n transformator een hoge spanning te laten produceren, is in beide gevallen een speciaal circuit nodig dat de primaire wikkeling zal "pompen" met een hoogfrequente spanning; deze frequentie kan variëren tussen 1-100 kHz. Er zijn een vrij groot aantal soortgelijke circuits op internet, vaak eenvoudige circuits met één uiteinde die slechts één krachtige transistor gebruiken, die het circuit van de primaire wikkeling van een lijntransformator met de vereiste frequentie sluit en opent - dergelijke circuits, hoewel eenvoudig, hebben een vrij laag rendement (de transistor wordt erg heet) en een laag vermogen, dus laat niet toe dat het volledige potentieel van de transformator wordt onthuld en dat het maximaal mogelijke vermogen eruit wordt gehaald - en de lengte, sterkte en helderheid van de ontladingen zijn rechtstreeks afhankelijk van het vermogen.
Schema
Het circuit dat in dit artikel wordt gepresenteerd is een klassieke halfbrugconverter gebaseerd op de IR2153-microschakeling; het kan behoorlijk veel vermogen ontwikkelen in de belasting - tot 500 watt bij gebruik van de juiste transistors aan de uitgang, en met kleine aanpassingen zelfs een paar kilowatt. Tegelijkertijd ziet de schakeling zelf er heel eenvoudig uit, bevat geen dure elementen en is zeer herhaalbaar.
De belasting van het circuit is inductantie L1 - in ons geval is dit de primaire wikkeling van de lijntransformator. Maar ook op basis van dit circuit is het mogelijk om verschillende andere apparaten samen te stellen die hoogfrequente spanning en grote amplitude vereisen, bijvoorbeeld een inductieverhitter. Voor de duidelijkheid toont de onderstaande afbeelding de signaalvorm aan de uitgang van het circuit zonder aangesloten belasting - bijna ideale rechthoekige pulsen.
Iets over de details en werking van de converter
De IR2153-microschakeling fungeert als een rechthoekige push-pull-pulsgenerator - het is push-pull omdat er twee uitgangen zijn (pinnen 5 en 7) en de microschakeling gelijktijdig twee veldeffecttransistors bestuurt, de bovenste en onderste armen. Er is geen tekort aan deze microschakeling; sommige netwerkvoedingen en andere schakelapparaten zijn op basis daarvan gebouwd; de prijs daarvoor in winkels voor radiocomponenten bedraagt meestal niet meer dan 100 roebel. Deze microschakeling is handig omdat deze al een zenerdiode bevat, waardoor de microschakeling kan worden gevoed met dezelfde spanning als de belasting - deze spanning voor effectieve werking van de halve brug moet 100-300 volt zijn, dus een extra Er is geen laagspanningsbron vereist om het logische deel van het circuit van stroom te voorzien. De weerstand die de stroom door de zenerdiode van de microschakeling beperkt, is R1 - de waarde ervan is gemarkeerd met een asterisk in het diagram. De weerstand van deze weerstand is afhankelijk van de voedingsspanning van het gehele circuit - hoe hoger de voedingsspanning, hoe hoger de weerstandswaarde; u kunt de exacte waarde voor elke voedingsspanning berekenen door een rekenmachine te gebruiken om de zenerdiodeweerstand te berekenen . Het in het diagram aangegeven vermogen is geschikt voor een voedingsspanning van 250 volt. Er moet ook rekening mee worden gehouden dat er wat vermogen zal worden gedissipeerd op deze weerstand, dus het is noodzakelijk om één weerstand van 1-3 watt te gebruiken, of meerdere weerstanden met een laag vermogen parallel, zoals op een printplaat. Condensator C2 dient om de voedingsspanning van de microschakeling te filteren; de waarde kan variëren van 100 tot 220 μF, de spanning is minimaal 25 volt.Condensator C1 is een hoogspanningsvoeding; u moet niet bezuinigen op de capaciteit, omdat het vermogen bij de belasting ervan afhangt - als de capaciteit te klein is, kunnen er stroomstoringen optreden en zal het vermogen afnemen. De optimale waarde zou 470-680 uF zijn; let op: deze condensator moet ontworpen zijn voor een hoge voedingsspanning + enige marge.
De keten van elementen R2-C3 bepaalt de frequentie, dus het is belangrijk om hier een hoogwaardige hoogfrequente condensator te gebruiken; een gewone filmcondensator is voldoende. Hoe groter de capaciteit van de condensator, hoe lager de werkfrequentie van het circuit; bij de aangegeven waarden is deze ongeveer gelijk aan 80 kHz. Je kunt een circuit samenstellen met een vaste frequentie, maar de beste resultaten worden verkregen als je de frequentie kunt aanpassen, dus in plaats van een constante weerstand raad ik aan een trimmer van 20 kOhm te installeren; het bereik van frequentieaanpassingen kan ook worden geselecteerd door de capaciteit van de condensator. Condensator C4 - het is raadzaam om een niet-polaire tantaalcondensator te gebruiken met een capaciteit van 20-30 µF, maar een gewone elektrolytische condensator is voldoende. Weerstanden R3, R4 dienen om de stroom in de poorten van transistors te beperken, geschikt voor 10-30 Ohm.
Er moet bijzondere aandacht worden besteed aan de keuze van vermogenstransistoren, omdat zij degenen zijn die de belasting zullen schakelen en zowel de efficiëntie van het circuit als de betrouwbaarheid ervan zullen ervan afhangen. De meest goedkope, maar niet de krachtigste optie is de IRF630 - ze zijn geschikt voor gebruik op spanningen van niet meer dan 150 volt met niet te veel vermogen, ik gebruik ze.Je kunt hier vrijwel alle krachtige veldeffecttransistors gebruiken, waarbij je bij het kiezen rekening moet houden met hun maximale bedrijfsspanning, stroom en open-kanaalweerstand. Geschikte opties zijn ook IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, de laatste twee zijn duurder, maar stellen je in staat om op hogere vermogens te werken, tot 500 watt. Condensatoren C5 en C6 vormen een spanningsdeler, die nodig is voor de werking van een halvebrugomzetter; hier kunnen filmcondensatoren met een capaciteit van 1-2 μF worden gebruikt; hun bedrijfsspanning moet ook zijn ontworpen voor de voedingsspanning + enkele reserveren. VD1 is een diode; je moet hier geen gewone diodes gebruiken, maar ultrasnelle, bijvoorbeeld UF4007 en soortgelijke.
Converter montage
De gehele schakeling is op een printplaat gemonteerd, die aan het artikel is bevestigd. Houd er rekening mee dat het circuit "grillig" is qua bedrading; deze versie van het bord is getest, er zijn geen artefacten gedetecteerd tijdens het werk eraan. Het bord is gemaakt met behulp van de standaard LUT-methode. Hieronder staan foto's van het proces van het maken van het bord en het afdichten van de onderdelen.
Een paar woorden over de primaire wikkeling: deze moet zelf op de ferrietkern van de transformator worden gewikkeld, aangezien standaard primaire wikkelingen niet zijn ontworpen voor hoog vermogen. Het opwikkelen kost niet veel tijd, slechts 30-40 windingen geëmailleerde koperdraad zijn voldoende, de doorsnede mag niet te klein zijn, anders zullen er verliezen optreden. De resulterende wikkeling moet met draden op het bord worden aangesloten en hun lengte mag niet te lang zijn.
Zoals je misschien wel vermoedt, wordt de hoge spanning verwijderd van de ‘hete’ aansluiting van de transformator, die meestal te herkennen is aan dikke isolatie.Het negatieve contact op de TDKS bevindt zich in het onderste deel van de behuizing, samen met alle andere aansluitingen, het is gemakkelijk te vinden - kijk maar eens naar welk contact de boog zal ontsteken wanneer de "hete" aansluiting wordt benaderd. Houd er rekening mee dat het onderste deel van de TDKS op de foto zwart is geworden - ze zijn gevormd toen de TDKS met dit halfbrugcircuit werkte, aangezien de transformator bijna tot het uiterste van zijn mogelijkheden wordt gebruikt, treden er soms storingen op tussen de verschillende aansluitingen . Om ze te vermijden, moet u alle aansluitingen vullen met een diëlektrische verbinding en alleen de vereiste negatieve draad met een afzonderlijke draad naar buiten brengen.
De hele structuur moet worden gevoed door een bron met de juiste stroom; het is handig als de voedingsspanning kan worden aangepast. In mijn geval is de stroombron de oude transformator van hun TS-160 buizen-tv; voor gelijkrichting is een diodebrug met condensatoren op een klein bord afzonderlijk aangesloten, zoals te zien op de foto.
Zelfs zulke “low-power” transistors als de IRF630 in dit circuit worden niet erg heet; na enkele minuten continu gebruik blijven ze alleen warm op kleine radiatoren. Hoewel de warmteafvoer klein is, vooral bij gebruik van bijvoorbeeld IRFP450-560, zijn kleine radiatoren zoals op de foto voor betrouwbaarheid niet overbodig. Algemeen beeld van het ontwerp:
Afsluitende foto's - die hoogspanningsbogen weergeven, evenals video. De doorslagspanning van lucht bedraagt ongeveer 3 centimeter. Zoals te zien is in de video, brandt de boog niet als de hoogspanningselektroden op een bepaalde afstand van elkaar worden geplaatst en werkt de transformator inactief, terwijl violette ontladingen ook vanuit de "hete" aansluiting worden gekroniseerd. vanaf de behuizing zelf - wanneer ze verschijnen, is het raadzaam om alle mogelijke plaatsen van defecten te isoleren door middel van een diëlektrische verbinding.Houd er rekening mee dat de TDKS niet alleen over hoge spanning beschikt, maar ook over voldoende vermogen om elektrisch letsel te veroorzaken als u de hoogspanningsklemmen met uw handen aanraakt. Aanraking is niet eens nodig om een boog te laten ontstaan, gezien de vrij grote doorslagafstand. Houd er ook rekening mee dat na het uitschakelen van het circuit de hoge spanning aan de TDKS-uitgang nog steeds aanwezig is, omdat er een condensator in zit, dus na het uitschakelen moeten de hoogspanningsklemmen met elkaar worden verbonden om deze condensator te ontladen. Veel bouwplezier!
