Vysokonapěťová technologie je speciální směr v elektronice, který má svého jedinečného ducha, estetiku a vlastnosti. Tisíce nadšenců po celém světě staví různé konstrukce, od jednoduchých multiplikátorů až po obrovské Van de Graaffovy generátory a Teslovy cívky - všechna tato zařízení zpravidla nemají praktické využití, jejich hodnota spočívá právě ve vytváření barevných vysoko- napěťové výboje.
Nejdostupnějším prvkem schopným generovat vysoké napětí lze s jistotou nazvat linkový transformátor - tento prvek je přítomen v každém CRT televizoru; v současné době je cena takových transformátorů velmi nízká, vzhledem k tomu, že CRT televizory se postupně stávají záležitostí. minulost. Lze rozlišit dva typy takových transformátorů - TDKS, s vestavěným násobičem, a TVS - "holý" transformátor, ke kterému lze násobič připojit samostatně.V obou případech, aby takový transformátor produkoval vysoké napětí, je potřeba speciální obvod, který bude „pumpovat“ jeho primární vinutí vysokofrekvenčním napětím, tato frekvence se může pohybovat mezi 1-100 kHz. Podobných obvodů je na internetu poměrně velké množství, často jde o jednoduché obvody s jedním zakončením využívající pouze jeden výkonný tranzistor, který uzavírá a otevírá obvod primárního vinutí linkového transformátoru s požadovanou frekvencí - takové obvody, byť jednoduché, ale mohou být napojeny na obvod primárního vinutí. mají poměrně nízkou účinnost (tranzistor se velmi zahřívá) a nízký výkon, takže neumožňují odhalit plný potenciál transformátoru a odebrat z něj maximální možný výkon - a délku, sílu a jas výboje přímo závisí na výkonu.
Systém
Obvod prezentovaný v tomto článku je klasický polomůstkový měnič na bázi mikroobvodu IR2153, dokáže vyvinout poměrně velký výkon v zátěži - až 500 wattů při použití příslušných tranzistorů na výstupu a s drobnými úpravami i pár kilowattů. Samotný obvod přitom vypadá velmi jednoduše na sestavení, neobsahuje žádné drahé prvky a je vysoce opakovatelný.
Zátěž obvodu je indukčnost L1 - v našem případě se jedná o primární vinutí linkového transformátoru. Ale také na základě tohoto obvodu je možné sestavit různá další zařízení, která vyžadují vysokofrekvenční napětí a velkou amplitudu, například indukční ohřívač. Na obrázku níže je pro názornost znázorněn tvar signálu na výstupu obvodu bez připojené zátěže – téměř ideální obdélníkové impulsy.
Něco málo o detailech a provozu převodníku
Mikroobvod IR2153 funguje jako push-pull obdélníkový pulzní generátor - je push-pull, protože má dva výstupy (piny 5 a 7) a mikroobvod současně ovládá dva tranzistory s efektem pole, horní a spodní rameno. Tento mikroobvod není nedostatkový, na jeho základě jsou postaveny některé síťové zdroje a další spínací zařízení, cena za něj v obchodech s rádiovými součástkami obvykle nepřesahuje 100 rublů. Tento mikroobvod je vhodný v tom, že již obsahuje zenerovu diodu uvnitř, což umožňuje, aby byl mikroobvod napájen ze stejného napětí jako zátěž - toto napětí pro efektivní provoz polovičního můstku by mělo být 100-300 voltů, tedy další k napájení logické části obvodu není potřeba nízkonapěťový zdroj. Rezistor, který omezuje proud zenerovou diodou mikroobvodu, je R1 - jeho hodnota je ve schématu označena hvězdičkou. Odpor tohoto rezistoru bude záviset na napájecím napětí celého obvodu - čím vyšší napájecí napětí, tím vyšší bude hodnota odporu; přesnou hodnotu pro libovolné napájecí napětí můžete vypočítat pomocí kalkulačky pro výpočet rezistoru zenerovy diody . Jmenovité hodnoty uvedené v diagramu jsou vhodné pro napájecí napětí 250 voltů. Je třeba také počítat s tím, že na tomto rezistoru se bude rozptylovat určitý výkon, proto je nutné použít buď jeden 1-3 wattový rezistor, nebo několik nízkopříkonových paralelně jako na desce plošných spojů. Kondenzátor C2 slouží k filtraci napájecího napětí mikroobvodu, jeho hodnota může být od 100 do 220 μF, napětí je minimálně 25 voltů.Kondenzátor C1 je vysokonapěťový zdroj, na jeho kapacitě byste neměli šetřit, protože na něm bude záviset výkon při zátěži - pokud je kapacita příliš malá, může docházet k výpadkům proudu a k poklesu výkonu. Optimální hodnota by byla 470-680 uF, všimněte si, že tento kondenzátor musí být navržen pro vysoké napájecí napětí + určitá rezerva.
Řetězec prvků R2-C3 nastavuje frekvenci, proto je zde důležité použít kvalitní vysokofrekvenční kondenzátor, postačí běžný filmový kondenzátor. Čím větší je kapacita kondenzátoru, tím nižší je pracovní frekvence obvodu, při uvedených jmenovitých hodnotách je přibližně rovna 80 kHz. Můžete sestavit obvod s pevnou frekvencí, ale nejlepších výsledků dosáhnete, pokud můžete frekvenci upravit, takže místo konstantního rezistoru doporučuji nainstalovat trimr 20 kOhm, rozsah nastavení frekvence lze zvolit také pomocí kapacita kondenzátoru. Kondenzátor C4 - je vhodné použít nepolární tantalový kondenzátor s kapacitou 20-30 µF, ale postačí běžný elektrolytický. Rezistory R3, R4 slouží k omezení proudu v hradlech tranzistorů, vhodné pro 10-30 Ohmů.
Zvláštní pozornost je třeba věnovat výběru výkonových tranzistorů, protože právě ony budou spínat zátěž a bude na nich záviset jak účinnost obvodu, tak jeho spolehlivost. Nejlevnější, ale ne nejvýkonnější možností je IRF630 - jsou vhodné pro provoz při napětí nejvýše 150 voltů s ne příliš velkým výkonem, používám je.Zde můžete použít téměř jakékoli výkonné tranzistory s efektem pole, při výběru byste měli vzít v úvahu jejich maximální provozní napětí, proud a odpor otevřeného kanálu. Vhodné možnosti by byly také IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, poslední dvě jsou dražší, ale umožní provoz na vyšších výkonech, až 500 wattů. Kondenzátory C5 a C6 tvoří dělič napětí, který je nutný pro provoz polomůstkového měniče, lze zde použít fóliové kondenzátory o kapacitě 1-2 μF, jejich provozní napětí musí být dimenzováno i na napájecí napětí + některé rezervovat. VD1 je dioda, musíte zde použít ne obyčejné diody, ale ultrarychlé, například UF4007 a podobné.
Sestava převodníku
Celý obvod je sestaven na desce plošných spojů, která je přiložena k článku. Vezměte prosím na vědomí, že obvod je z hlediska zapojení „rozmarný“, tato verze desky je testována, při práci na ní nebyly zjištěny žádné artefakty. Deska je vyrobena standardní metodou LUT, fotografie postupu výroby desky a těsnění dílů jsou níže.
Pár slov o primárním vinutí - musí být navinuto na feritové jádro transformátoru sami, protože standardní primární vinutí nejsou navržena pro vysoký výkon. Navíjení nezabere mnoho času, stačí pouze 30-40 závitů smaltovaného měděného drátu, jeho průřez by neměl být příliš malý, jinak dojde ke ztrátám. Výsledné vinutí musí být připojeno k desce pomocí vodičů a jejich délka by neměla být příliš dlouhá.
Jak asi tušíte, z „horké“ svorky transformátoru je odstraněno vysoké napětí, které lze obvykle identifikovat podle silné izolace.Záporný kontakt na TDKS se nachází ve spodní části pouzdra spolu se všemi ostatními svorkami, lze jej snadno najít - stačí se podívat, na kterém kontaktu se oblouk rozsvítí, když se přiblíží k „horké“ svorce. Vezměte prosím na vědomí, že spodní část TDKS na fotografii je zčernalá - vznikly, když TDKS pracoval s tímto polomůstkovým obvodem, protože transformátor je používán téměř na hranici svých možností, někdy dochází k poruchám mezi jeho různými svorkami . Abyste se jim vyhnuli, měli byste všechny svorky naplnit dielektrickou směsí a samostatným vodičem vytáhnout pouze požadovaný záporný vodič.
Celá konstrukce musí být napájena ze zdroje s odpovídajícím výkonem, vhodné je nastavitelné napájecí napětí. Zdrojem energie je v mém případě starý transformátor jejich elektronkového televizoru TS-160, pro usměrnění je samostatně zapojen diodový můstek s kondenzátory na malé desce, je vidět na fotce.
Ani takové „nízkopříkonové“ tranzistory jako IRF630 se v tomto obvodu příliš nezahřívají, po několika minutách nepřetržitého provozu zůstávají teplé pouze na malých radiátorech. Přestože je rozptyl tepla malý, zejména při použití například IRFP450-560, malé radiátory jako na fotografii pro spolehlivost nebudou zbytečné. Celkový pohled na design:
Závěrečné fotografie - které zobrazují vysokonapěťové oblouky a také video. Průrazné napětí vzduchu je přibližně 3 centimetry. Jak je vidět na videu, pokud jsou vysokonapěťové elektrody umístěny v určité vzdálenosti od sebe, oblouk nehoří a transformátor pracuje naprázdno, zatímco fialové výboje jsou koronovány z jeho „horké“ svorky. jako od samotného pouzdra - když se objeví, je vhodné izolovat všechna možná místa průrazu dielektrickou sloučeninou.Vezměte prosím na vědomí, že TDKS má nejen vysoké napětí, ale také dostatečný výkon, aby způsobil úraz elektrickým proudem, pokud se dotknete vysokonapěťových svorek rukama. Dotek není ani nutný pro vznik oblouku, vzhledem k poměrně velké průrazné vzdálenosti. Je třeba také pamatovat na to, že po vypnutí obvodu stále zůstává vysoké napětí na výstupu TDKS, protože uvnitř je kondenzátor, takže po vypnutí by měly být vysokonapěťové svorky navzájem spojeny, aby se tento kondenzátor vybil. Šťastné stavění!
