Tehnologia de înaltă tensiune este o direcție specială în electronică, care are propriul spirit, estetică și caracteristici unice. Mii de entuziaști din întreaga lume construiesc diverse modele, de la multiplicatori simpli la generatoare uriașe Van de Graaff și bobine Tesla - de regulă, toate aceste dispozitive nu au nicio aplicație practică, valoarea lor constă tocmai în crearea de înalte colorate. descărcări de tensiune.
Cel mai accesibil element capabil să genereze tensiune înaltă poate fi numit cu încredere un transformator de linie - acest element este prezent în orice televizor CRT; în prezent, prețul unor astfel de transformatoare devine foarte scăzut, având în vedere că televizoarele CRT devin treptat un lucru de trecutul. Se pot distinge două tipuri de astfel de transformatoare - TDKS, cu un multiplicator încorporat și TVS - un transformator „gol”, la care multiplicatorul poate fi conectat separat.În ambele cazuri, pentru ca un astfel de transformator să producă tensiune înaltă, este nevoie de un circuit special care să-și „pompeze” înfășurarea primară cu o tensiune de înaltă frecvență; această frecvență poate varia între 1-100 kHz. Există un număr destul de mare de circuite similare pe Internet, adesea simple circuite cu un singur capăt care utilizează un singur tranzistor puternic, care închide și deschide circuitul înfășurării primare a unui transformator de linie cu frecvența necesară - astfel de circuite, deși simple, au o eficiență destul de scăzută (tranzistorul devine foarte fierbinte) și o putere scăzută, astfel încât nu permiteți dezvăluirea întregului potențial al transformatorului și eliminarea puterii maxime posibile din acesta - și lungimea, rezistența și luminozitatea descărcările depind direct de putere.
Sistem
Circuitul prezentat în acest articol este un convertor clasic în jumătate de punte bazat pe microcircuitul IR2153; poate dezvolta destul de multă putere în sarcină - până la 500 de wați atunci când se utilizează tranzistorii corespunzători la ieșire și, cu modificări minore, chiar și un câțiva kilowați. În același timp, circuitul în sine pare foarte simplu de asamblat, nu conține elemente scumpe și este foarte repetabil.
Sarcina circuitului este inductanța L1 - în cazul nostru este înfășurarea primară a transformatorului de linie. Dar, de asemenea, pe baza acestui circuit, este posibilă asamblarea diferitelor alte dispozitive care necesită tensiune de înaltă frecvență și amplitudine mare, de exemplu, un încălzitor cu inducție. Pentru claritate, imaginea de mai jos arată forma semnalului la ieșirea circuitului fără o sarcină conectată - impulsuri dreptunghiulare aproape ideale.
Câteva despre detaliile și funcționarea convertorului
Microcircuitul IR2153 acționează ca un generator de impulsuri dreptunghiulare push-pull - este push-pull deoarece există două ieșiri (pinii 5 și 7), iar microcircuitul controlează simultan doi tranzistori cu efect de câmp, brațul superior și cel inferior. Acest microcircuit nu este insuficient; unele surse de alimentare de rețea și alte dispozitive de comutare sunt construite pe baza lui; prețul pentru el în magazinele de componente radio nu depășește de obicei 100 de ruble. Acest microcircuit este convenabil prin faptul că conține deja o diodă Zener în interior, ceea ce permite microcircuitului să fie alimentat de la aceeași tensiune ca și sarcina - această tensiune pentru funcționarea eficientă a semi-puntului ar trebui să fie de 100-300 de volți, astfel, o valoare suplimentară. sursa de joasă tensiune nu este necesară pentru a alimenta partea logică a circuitului. Rezistorul care limitează curentul prin dioda zener a microcircuitului este R1 - valoarea sa este marcată cu un asterisc în diagramă. Rezistența acestui rezistor va depinde de tensiunea de alimentare a întregului circuit - cu cât tensiunea de alimentare este mai mare, cu atât valoarea rezistenței va fi mai mare; puteți calcula valoarea exactă pentru orice tensiune de alimentare folosind un calculator pentru a calcula rezistența diodei Zener . Valoarea indicată în diagramă este potrivită pentru o tensiune de alimentare de 250 volți. De asemenea, ar trebui să se țină cont de faptul că o oarecare putere va fi disipată pe acest rezistor, așa că este necesar să folosiți fie un rezistor de 1-3 wați, fie mai multe în paralel cu putere redusă, așa cum se face pe o placă de circuit imprimat. Condensatorul C2 servește la filtrarea tensiunii de alimentare a microcircuitului; valoarea acestuia poate fi de la 100 la 220 μF, tensiunea este de cel puțin 25 volți.Condensatorul C1 este o sursă de alimentare de înaltă tensiune; nu ar trebui să vă zgâriați cu capacitatea sa, deoarece puterea la sarcină va depinde de aceasta - dacă capacitatea este prea mică, pot apărea scăderi de putere și puterea va scădea. Valoarea optimă ar fi 470-680 uF; rețineți că acest condensator trebuie să fie proiectat pentru o tensiune de alimentare mare + o anumită marjă.
Lanțul de elemente R2-C3 stabilește frecvența, așa că este important să folosiți aici un condensator de înaltă calitate de înaltă frecvență; un condensator de film obișnuit va face. Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare, cu atât frecvența de funcționare a circuitului este mai mică; la valorile indicate este aproximativ egală cu 80 kHz. Puteți asambla un circuit cu o frecvență fixă, dar cele mai bune rezultate pot fi obținute dacă puteți regla frecvența, așa că în loc de un rezistor constant, recomand instalarea unui trimmer de 20 kOhm; gama de ajustări de frecvență poate fi selectată și de către capacitatea condensatorului. Condensator C4 - este recomandabil să folosiți un condensator de tantal nepolar cu o capacitate de 20-30 µF, dar unul electrolitic obișnuit va face. Rezistoarele R3, R4 servesc la limitarea curentului în porțile tranzistoarelor, potrivite pentru 10-30 Ohmi.
O atenție deosebită trebuie acordată alegerii tranzistoarelor de putere, deoarece aceștia sunt cei care vor comuta sarcina și de acestea vor depinde atât eficiența circuitului, cât și fiabilitatea acestuia. Cea mai ieftină, dar nu cea mai puternică opțiune este IRF630 - sunt potrivite pentru funcționarea la tensiuni de cel mult 150 de volți cu putere nu prea mare, le folosesc.Puteți utiliza aproape orice tranzistoare puternice cu efect de câmp aici; atunci când alegeți, ar trebui să luați în considerare tensiunea maximă de funcționare, curentul și rezistența pe canal deschis. Opțiunile potrivite ar fi și IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, ultimele două sunt mai scumpe, dar vă vor permite să operați la puteri mai mari, până la 500 de wați. Condensatoarele C5 și C6 formează un divizor de tensiune, care este necesar pentru funcționarea unui convertor în jumătate de punte; aici pot fi utilizați condensatoare cu film cu o capacitate de 1-2 μF; tensiunea lor de funcționare trebuie să fie proiectată și pentru tensiunea de alimentare + unele rezervă. VD1 este o diodă; trebuie să folosiți aici nu diode obișnuite, ci cele ultra-rapide, de exemplu UF4007 și altele similare.
Ansamblu convertizor
Întregul circuit este asamblat pe o placă de circuit imprimat, care este atașată articolului. Vă rugăm să rețineți că circuitul este „capricios” în ceea ce privește cablarea; această versiune a plăcii este testată, nu au fost detectate artefacte în lucrul pe el. Placa este realizată folosind metoda standard LUT, fotografiile procesului de realizare a plăcii și de etanșare a pieselor sunt mai jos.
Câteva cuvinte despre înfășurarea primară - trebuie înfășurată singur pe miezul de ferită al transformatorului, deoarece înfășurările primare standard nu sunt proiectate pentru putere mare. Înfășurarea nu necesită mult timp, sunt suficiente doar 30-40 de spire de sârmă de cupru emailat, secțiunea transversală a acestuia nu trebuie să fie prea mică, altfel vor apărea pierderi. Înfășurarea rezultată trebuie conectată la placă cu fire, iar lungimea lor nu trebuie să fie prea mare.
După cum ați putea ghici, tensiunea înaltă este îndepărtată de la borna „fierbinte” a transformatorului, care poate fi de obicei identificată printr-o izolație groasă.Contactul negativ de pe TDKS este situat în partea inferioară a carcasei împreună cu toate celelalte terminale; este ușor de găsit - doar uitați-vă la ce contact se va aprinde arcul când se apropie terminalul „fierbinte”. Vă rugăm să rețineți că partea inferioară a TDKS din fotografie are înnegrire - au fost formate când TDKS lucra cu acest circuit în jumătate de punte, deoarece transformatorul este folosit aproape la limita capacităților sale, uneori apar defecțiuni între diferitele sale terminale. . Pentru a le evita, ar trebui să umpleți toate bornele cu un compus dielectric și să scoateți numai firul negativ necesar cu un fir separat.
Întreaga structură trebuie alimentată de la o sursă cu putere adecvată; este convenabil dacă tensiunea de alimentare poate fi reglată. În cazul meu, sursa de alimentare este transformatorul vechi al televizorului cu tub TS-160; pentru redresare, o punte de diode cu condensatoare pe o placă mică este conectată separat, se poate vedea în fotografie.
Chiar și astfel de tranzistori „de putere redusă” precum IRF630 din acest circuit nu se încălzesc foarte mult; după câteva minute de funcționare continuă, rămân calde doar la radiatoarele mici. Deși disiparea căldurii este mică, mai ales când se utilizează, de exemplu, IRFP450-560, radiatoarele mici ca în fotografie pentru fiabilitate nu vor fi de prisos. Vedere generală a designului:
Fotografii de încheiere - care înfățișează arcuri de înaltă tensiune, precum și videoclipuri. Tensiunea de rupere a aerului este de aproximativ 3 centimetri. După cum se poate vedea în videoclip, dacă electrozii de înaltă tensiune sunt plasați la o anumită distanță unul de celălalt, arcul nu arde, iar transformatorul funcționează inactiv, în timp ce descărcările violete sunt coronate de la terminalul său „fierbinte”, de asemenea ca și din organismul însuși - atunci când apar, este indicat să se izoleze toate locurile posibile de defecțiuni prin compus dielectric.Vă rugăm să rețineți că TDKS nu are doar tensiune înaltă, ci și putere suficientă pentru a provoca vătămări electrice dacă atingeți bornele de înaltă tensiune cu mâinile. Atingerea nici măcar nu este necesară pentru ca un arc să apară, având în vedere distanța destul de mare de defalcare. De asemenea, trebuie amintit că, după oprirea circuitului, tensiunea ridicată la ieșirea TDKS rămâne încă, deoarece există un condensator în interior, așa că după oprire, bornele de înaltă tensiune ar trebui conectate între ele pentru a descărca acest condensator. . Construire fericită!
