Vysokonapäťová technológia je špeciálny smer v elektronike, ktorý má svojho jedinečného ducha, estetiku a vlastnosti. Tisíce nadšencov po celom svete stavajú rôzne dizajny, od jednoduchých multiplikátorov až po obrovské Van de Graaffove generátory a Teslovy cievky - všetky tieto zariadenia spravidla nemajú praktické využitie, ich hodnota spočíva práve vo vytváraní farebných vysoko- napäťové výboje.
Najdostupnejší prvok schopný generovať vysoké napätie možno s istotou nazvať sieťový transformátor - tento prvok je prítomný v každom CRT televízore; v súčasnosti sa cena takýchto transformátorov veľmi znižuje, keďže televízory CRT sa postupne stávajú súčasťou minulosť. Rozlišujú sa dva typy takýchto transformátorov - TDKS so vstavaným multiplikátorom a TVS - „holý“ transformátor, ku ktorému je možné multiplikátor pripojiť samostatne.V oboch prípadoch, aby takýto transformátor produkoval vysoké napätie, je potrebný špeciálny obvod, ktorý bude „pumpovať“ jeho primárne vinutie vysokofrekvenčným napätím; táto frekvencia sa môže pohybovať medzi 1-100 kHz. Podobných obvodov je na internete pomerne veľké množstvo, často ide o jednoduché jednopólové obvody využívajúce len jeden výkonný tranzistor, ktorý uzatvára a otvára obvod primárneho vinutia linkového transformátora s požadovanou frekvenciou – takéto obvody, hoci jednoduché, napr. majú pomerne nízku účinnosť (tranzistor sa veľmi zahrieva) a nízky výkon, takže neumožňujú odhaliť plný potenciál transformátora a odobrať z neho maximálny možný výkon - a dĺžku, silu a jas výboje priamo závisia od výkonu.
Schéma
Obvod uvedený v tomto článku je klasický polomostíkový menič založený na mikroobvode IR2153, dokáže vyvinúť pomerne veľký výkon v záťaži - až 500 wattov pri použití príslušných tranzistorov na výstupe a s malými úpravami aj niekoľko kilowattov. Samotný obvod zároveň vyzerá veľmi jednoducho na zostavenie, neobsahuje žiadne drahé prvky a je vysoko opakovateľný.
Záťaž obvodu je indukčnosť L1 - v našom prípade ide o primárne vinutie linkového transformátora. Ale aj na základe tohto obvodu je možné zostaviť rôzne ďalšie zariadenia, ktoré vyžadujú vysokofrekvenčné napätie a veľkú amplitúdu, napríklad indukčný ohrievač. Pre názornosť je na obrázku nižšie zobrazený tvar signálu na výstupe obvodu bez pripojenej záťaže – takmer ideálne pravouhlé impulzy.
Trochu o detailoch a fungovaní prevodníka
Mikroobvod IR2153 funguje ako push-pull generátor obdĺžnikových impulzov - je push-pull, pretože má dva výstupy (piny 5 a 7) a mikroobvod súčasne ovláda dva tranzistory s efektom poľa, horné a spodné rameno. Tento mikroobvod nie je nedostatkový, na jeho základe sú postavené niektoré sieťové napájacie zdroje a iné spínacie zariadenia, cena za to v obchodoch s rádiovými komponentmi zvyčajne nepresahuje 100 rubľov. Tento mikroobvod je vhodný v tom, že už vo vnútri obsahuje zenerovu diódu, ktorá umožňuje napájanie mikroobvodu z rovnakého napätia ako záťaž - toto napätie pre efektívnu prevádzku polovičného mostíka by malo byť 100 - 300 voltov, teda dodatočný na napájanie logickej časti obvodu nie je potrebný nízkonapäťový zdroj. Rezistor, ktorý obmedzuje prúd cez zenerovu diódu mikroobvodu, je R1 - jeho hodnota je v diagrame označená hviezdičkou. Odpor tohto odporu bude závisieť od napájacieho napätia celého obvodu - čím vyššie napájacie napätie, tým vyššia bude hodnota odporu; presnú hodnotu pre akékoľvek napájacie napätie môžete vypočítať pomocou kalkulačky na výpočet odporu zenerovej diódy . Hodnoty uvedené v diagrame sú vhodné pre napájacie napätie 250 voltov. Treba počítať aj s tým, že na tomto rezistore sa nejaký výkon rozptýli, preto je potrebné použiť buď jeden 1-3 wattový rezistor, alebo niekoľko nízkopríkonových paralelne, ako sa to robí na plošnom spoji. Kondenzátor C2 slúži na filtrovanie napájacieho napätia mikroobvodu, jeho hodnota môže byť od 100 do 220 μF, napätie je najmenej 25 voltov.Kondenzátor C1 je vysokonapäťový napájací zdroj, na jeho kapacite by ste nemali šetriť, pretože od neho bude závisieť výkon pri záťaži - ak je kapacita príliš malá, môže dôjsť k výpadkom energie a zníži sa výkon. Optimálna hodnota by bola 470-680 uF; všimnite si, že tento kondenzátor musí byť navrhnutý pre vysoké napájacie napätie + určitú rezervu.
Reťazec prvkov R2-C3 nastavuje frekvenciu, preto je dôležité použiť kvalitný vysokofrekvenčný kondenzátor, postačí bežný filmový kondenzátor. Čím väčšia je kapacita kondenzátora, tým nižšia je prevádzková frekvencia obvodu; pri uvedených hodnotách sa približne rovná 80 kHz. Môžete zostaviť obvod s pevnou frekvenciou, ale najlepšie výsledky dosiahnete, ak frekvenciu upravíte, takže namiesto konštantného odporu odporúčam inštalovať trimr 20 kOhm, rozsah nastavenia frekvencie je možné zvoliť aj pomocou kapacita kondenzátora. Kondenzátor C4 - je vhodné použiť nepolárny tantalový kondenzátor s kapacitou 20-30 µF, ale postačí aj bežný elektrolytický. Rezistory R3, R4 slúžia na obmedzenie prúdu v bránach tranzistorov, vhodné pre 10-30 Ohmov.
Osobitná pozornosť by sa mala venovať výberu výkonových tranzistorov, pretože sú to tie, ktoré budú spínať záťaž a od nich bude závisieť účinnosť obvodu aj jeho spoľahlivosť. Najlacnejšou, ale nie najvýkonnejšou možnosťou je IRF630 - sú vhodné na prevádzku pri napätí nie viac ako 150 voltov s nie príliš veľkým výkonom, používam ich.Tu môžete použiť takmer akékoľvek výkonné tranzistory s efektom poľa, pri výbere by ste mali brať do úvahy ich maximálne prevádzkové napätie, prúd a odpor otvoreného kanála. Vhodné možnosti by boli aj IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, posledné dva sú drahšie, ale umožnia vám pracovať pri vyšších výkonoch, až 500 wattov. Kondenzátory C5 a C6 tvoria napäťový delič, ktorý je potrebný pre činnosť polomostíkového meniča, možno tu použiť fóliové kondenzátory s kapacitou 1-2 μF, ich pracovné napätie musí byť dimenzované aj na napájacie napätie + nejaké rezerva. VD1 je dióda, tu musíte použiť nie bežné diódy, ale ultrarýchle, napríklad UF4007 a podobné.
Zostava meniča
Celý obvod je zostavený na doske plošných spojov, ktorá je priložená k výrobku. Upozorňujeme, že obvod je z hľadiska zapojenia „rozmarný“, táto verzia dosky je testovaná, pri práci na nej neboli zistené žiadne artefakty. Doska je vyrobená štandardnou metódou LUT, fotografie procesu výroby dosky a tesnenia dielov sú nižšie.
Niekoľko slov o primárnom vinutí - musíte ho navinúť na feritové jadro transformátora sami, pretože štandardné primárne vinutia nie sú určené na vysoký výkon. Navíjanie netrvá veľa času, stačí len 30-40 otáčok smaltovaného medeného drôtu, jeho prierez by nemal byť príliš malý, inak dôjde k stratám. Výsledné vinutie musí byť pripojené k doske pomocou drôtov a ich dĺžka by nemala byť príliš dlhá.
Ako možno uhádnete, z „horúcej“ svorky transformátora je odstránené vysoké napätie, ktoré sa zvyčajne dá identifikovať podľa hrubej izolácie.Záporný kontakt na TDKS sa nachádza v spodnej časti puzdra spolu so všetkými ostatnými svorkami; je ľahké ho nájsť - stačí sa pozrieť, na ktorý kontakt sa oblúk rozsvieti, keď sa priblížite k „horúcej“ svorke. Upozorňujeme, že spodná časť TDKS na fotografii je sčernená - vytvorili sa, keď TDKS pracoval s týmto polomostovým obvodom, pretože transformátor sa používa takmer na hranicu svojich možností, niekedy dochádza k poruchám medzi jeho rôznymi svorkami . Aby ste sa im vyhli, mali by ste všetky svorky naplniť dielektrickou zmesou a samostatným vodičom vytiahnuť iba požadovaný záporný vodič.
Celá konštrukcia musí byť napájaná zo zdroja s príslušným výkonom, vhodné je, ak je možné nastaviť napájacie napätie. Zdrojom energie je v mojom prípade starý transformátor ich elektrónkového televízora TS-160, pre usmernenie je samostatne pripojený diódový mostík s kondenzátormi na malej doske, vidno na fotke.
Ani také „nízkovýkonové“ tranzistory ako IRF630 v tomto obvode sa veľmi nezahrievajú, po niekoľkých minútach nepretržitej prevádzky zostávajú teplé len na malých radiátoroch. Hoci je rozptyl tepla malý, najmä pri použití napríklad IRFP450-560, malé radiátory ako na fotografii pre spoľahlivosť nebudú zbytočné. Celkový pohľad na dizajn:
Záverečné fotografie - zobrazujúce vysokonapäťové oblúky, ako aj video. Prierazné napätie vzduchu je približne 3 centimetre. Ako je možné vidieť na videu, ak sú vysokonapäťové elektródy umiestnené v určitej vzdialenosti od seba, oblúk nehorí a transformátor pracuje naprázdno, zatiaľ čo fialové výboje sú koronované aj z jeho „horúcej“ svorky. ako od samotného tela - keď sa objavia, je vhodné izolovať všetky možné miesta porúch dielektrickou zlúčeninou.Upozorňujeme, že TDKS má nielen vysoké napätie, ale aj dostatočný výkon na to, aby spôsobil úraz elektrickým prúdom, ak sa dotknete vysokonapäťových svoriek rukami. Dotyk nie je potrebný ani na to, aby vznikol oblúk, vzhľadom na pomerne veľkú prieraznú vzdialenosť. Malo by sa tiež pamätať na to, že po vypnutí obvodu stále zostáva vysoké napätie na výstupe TDKS, pretože vo vnútri je kondenzátor, takže po vypnutí by mali byť vysokonapäťové svorky navzájom spojené, aby sa tento kondenzátor vybil. . Šťastná budova!
