Как сделать высоковольтный преобразователь своими руками

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Cхема высоковольтного преобразователя напряжения

Всем привет. Целью этого проекта было создание генератора высокого напряжения, а по совместительству индукционного нагревателя значительной мощности, причём использоваться должна была очень простая схема и легкодоступные компоненты. Многие новички ищут способ эффективного увеличения мощности обычных двухтранзисторных ZVS и эта публикация в этом поможет.

Инвертор от Mazzilli, известный как «ZVS», пользуется популярностью среди любителей HV благодаря своей простоте и эффективности. Схема, которую здесь представляем, — ее модификация, чтобы передавать больше мощности.

Что касается теоретического описания работы инвертора, ему уже посвятили в интернете довольно много статей, которые всесторонне объясняют как теорию, так и практику.

Схема принципиальная ZVS преобразователя

Как видите, для удобства всё было разделено на два модуля. Такой подход позволяет легко подключать различные трансформаторы вместе с оптимально подобранными резонансными емкостями.

1. Первый модуль — это драйвер с источником питания. Он имеет правильную электронику инвертора, а также встроенный выпрямитель и фильтр, который позволяет напрямую подключать устройство к сетевому трансформатору. Здесь использованы транзисторы IRFP260 и массивные дроссели с высоким током насыщения, что гарантирует надежную работу инвертора даже с высокой мощностью. Большой электролитический конденсатор видимый на фото, используется для фильтрации источника питания, он на 10000 мкФ 250 В. Это кажется нелогичным, но выбрали его из-за очень низких ЭПС и больших номинальных токов, что весьма важно в таких системах.
2. Второй модуль состоит из двух параллельно подключенных строчников с резонансной батареей конденсаторов. Обе обмотки имеют по 8 витков, а резонансная батарея состоит из нескольких конденсаторов общей емкостью около 2,4 мкФ. Это позволило уменьшить импеданс резонансной цепи за счет увеличения количества мощности до уровня, на котором основным ограничением была текущая эффективность подачи всего сетевого трансформатора. Оба трансформатора (ТВС) практически идентичны, что очень важно — требуется даже распределение нагрузки, иначе инвертор может выйти из нормальной генерации, что приводит к сжиганию транзисторов.

Обмотка образована скручиванием 16 эмалевых проводов 0.4 мм, а затем обертыванием всего изоляционной лентой для механической защиты. Это значительно уменьшает скин-эффект и связанные с ним потери — ранее использовались обмотки, выполненные из обычных толстых проводов, под нагрузкой они нагреваются до температуры, при которой изоляция начала дымить. Эти же лишь немного теплые, даже после долгой работы схемы.

Испытания преобразователя в действии

Инвертор способен выдерживать 10 минут непрерывной работы, после чего трансформаторы начинают требовать охлаждения. Транзисторы не нагреваются слишком сильно — радиаторы остаются почти холодными. Большая часть тепла выделяется на выпрямителе моста, который может неплохо нагреваться — на нем тоже большой радиатор.

Инвертор способен выдавать большие разряды благодаря значительной эффективности тока. Максимальная длина растянутой молнии составляет чуть более 20 см.

Также покажем сигналы осциллограмм: Первый это синусоида на LC-схеме без зажженной дуги. Последний скриншот показывает последовательность импульсов на одном из полевых ключей.

Индукционный нагреватель железа

Эта схема, как и любой такой резонансный преобразователь, может использоваться как небольшой индукционный нагреватель металлов. Чтобы сделать это, просто соберите индуктор в виде небольшой катушки, соединенный параллельно с резонансной батареей конденсаторов емкостью 2-4 мкФ. Вот как выглядит нагрев металла:

О транзисторах для генератора

IRFP260 — типичный выбор для этого типа инвертора. Данная схема питается от 27 В переменного тока, что означает около 36 В постоянного тока после выпрямления и фильтрации. Их применение гарантирует стабильную работу до 50 В постоянного тока, вы конечно можете повышать вольтаж еще дальше, но это рискованно.

Что касается транзисторов IRF740, они подходят только для меньших мощностей из-за небольших Id и больших Rds, что подразумевает меньшую силу тока и намного более высокие потери. IRFP260 имеет значительно меньшие Rds и большую предельную мощность рассеивания тепла, поэтому он обеспечивает большую текущую долговечность и меньшие потери проводимости. Их можно купить в большинстве интернет-магазинов или на Али по 6$ за 10 шт. Можно использовать и IRP240, но вы сможете прокачать через него гораздо меньшие токи.

Использование транзисторов под более высокое напряжение не является особенно целесообразным, так как они имеют более высокие Rds (сопротивление перехода), что приводит к увеличению потерь и в районе 60 … 70 В постоянного тока транзисторная управляющая связь не срабатывает, вызывая уничтожение транзисторов пробоем. Поэтому предлагаем остаться на более низких напряжениях питания — до 50 В постоянного тока. Вместо дальнейшего увеличения напряжения лучше уменьшить импеданс резонансного контура, чтобы инвертор мог потреблять больше энергии без увеличения напряжения.

Удалось запустить преобразователь используя источник питания 12 В / 200 Вт — разряды были эффективными, но не настолько впечатляющие. Искра была около 10 см, толстая и пушистая.

В целом питание обеспечивается группой трансформаторов, выдающих 27 В переменного тока. Потребление тока на максимальной растянутой высоковольтной дуге достигает 30 А.

Источник

Как сделать простой высоковольтный преобразователь из 3-х деталей » трансформатор, транзистор, резистор.

Тема о различных устройствах, повышающих напряжение до величин свыше 1000 вольт весьма популярна. Эти высоковольтные преобразователи можно использовать для таких целей как электрические зажигалки, ионизаторы воздуха, источники питания для газоразрядных ламп, электрошокеры, различные светящиеся шары (внутри которых играют молнии) и т.д. И вовсе нет особой необходимости в том, чтобы собирать преобразователь высокого напряжения по какой-то сложной схеме. Допустим я сделал очень простой вариант такого устройства, которое содержало в себе всего три детали: трансформатор с ферритовым Ш-образным сердечником, полевой транзистор и резистор.

В этой схеме простого высоковольтного преобразователя, что был собран своими руками, основные силы уходят на намотку повышающего трансформатора. Сам трансформатор был снят с платы обычного компьютерного блока питания. Также такие трансформаторы можно найти в различной современной технике, где имеются блоки питания с высокочастотными преобразователям. Либо его можно просто купить на радиорынке, цена относительно низкая.

Магнитопровод такого высокочастотного трансформатора должен быть из феррита (подойдет любая марка). У меня нормально работал этот преобразователь на трансформаторе Ш-образной формы (должна подойти и П-образная форма), в то время как на круглом сердечнике схема не запускалась. Размеры трансформатора в большей степени зависят от того провода, что будет намотан на магнитопровод (диаметра, количества витков, изоляционных слоев между обмотками). Допустим свой первый трансформатор я намотал до полного его заполнения, а в итоге оказалось, что было недостаточным количество витков во вторичной обмотке. Пришлось брать трансформатор чуть больших размеров. Что касается мощности таких высокочастотных трансформаторов, то ее скорее можно назвать резиновой. То есть, электрическая мощность, которую можно получить из подобного транса, напрямую зависит от рабочей частоты тока, что подается на входные обмотки. Повышая только лишь частоту тока, оставляя размеры трансформатора прежними, можно увеличивать его общую мощность.

Если вы сняли с устройства, достали где-нибудь подходящий трансформатор с ферритовым сердечником то его нужно будет перемотать. Обычно магнитопровод этих трансов между собой склеен. Банальные попытки просто соединить сердечник путем механического воздействия (отковыривать ножом, отверткой и т.д.) в большинстве случаев приводят к раскалыванию феррита. Правильнее будет сначала имеющийся трансформатор опустить на полминуты в кипящую воду. После этого сцепление клея ослабевает и части ферритового сердечника легко отсоединяются друг от друга без повреждений.

Теперь что касается самой перемотки трансформатора под наш самодельный высоковольтный преобразователь. Итак, первичная обмотка содержит 8 витков с отводом от середины (диаметр провода около 0.8-1,5 мм). Ее проще наматывать шиной из нескольких проводов, допустим берем 6 проводов диаметром по 0.4 миллиметров каждый. Все эти провода аккуратно и равномерно наматываем на каркас трансформатора. Мотаем 4 витка. Далее выходящие концы этих проводов разделяем по 3 штуки, спаивая их между собой. В общем получается что мы имеем первичку, состоящую из двух проводов, каждый из которых имеет 4 витка, а каждый провод состоит из трех жил, соединенных параллельно между собой. Начало одной (любой) первичной обмотки соединяем с концом другой первичной обмотки. Это соединение и будет отводом от середины, образуя среднюю точку.

Для изоляционного отделения обмоток можно использовать ленту обычного скотча. Намотали первичную обмотку, нанесли изоляционный слой в несколько витков. Поверх первичной начинаем мотать вторичную, повышающую обмотку высоковольтного трансформатора. Также отделяем слоем скотча. К примеру, один слой вторичной обмотки содержит у меня по 200 витков, после чего изолирую одним витком скотча. Далее мотаю следующий слой в 200 витков. Всего вторичная обмотка должна содержать около 1600 витков провода 0,1 мм. Это получается 8 слоев по 200 витков каждый. Следим, чтобы витки различных слоев были отдалены друг от друга на некоторое расстояние (примерно 0.4 мм), что уменьшает вероятность электрического пробоя.

После завершения намотки вставляем в каркас части ферритового сердечника. Для их фиксации достаточно обмотать несколькими витками ленты скотча. Вот и все, наш высоковольтный трансформатор готов. Теперь осталось к нему припаять полевой транзистор и резистор. Подсоединяем питание. В моем случае высоковольтный преобразователь хорошо начинал работать от напряжения 5 вольт. Просто сам полевой транзистор, который я поставил, имеет пороговое напряжение 2-4 вольта. Путем подбора полевых транзисторов (имеющих другие пороговые напряжения) можно уменьшить величину питающего напряжения, к примеру, запитать схему от обычного литиевого аккумулятора, получив в итоге компактную электрическую зажигалку для газа.

Видео по этой теме:

Источник

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ МОДУЛЬ — ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Всем любителям High Voltage привет! Хочу выложить небольшой обзор устройства, предназначенного для преобразования постоянного тока низкого напряжения в импульсы высокого напряжения. Модуль был приобретен на АлиЭкспресс.

Конструктивно модуль представляет собой цилиндр длиной примерно 65 мм и диаметром 25 мм. На цилиндре по всей длине изделия имеется лыска шириной 15 мм. Масса модуля составляет 50 г.

Согласно данным продавца, модуль потребляет постоянное напряжение в диапазоне 3-6 В, при токе 2-5 А (точно понять из описания это затруднительно, но из соображений контекста и здравого смысла, это видимо так). Модуль неразборный, полностью залит компаундом, из которого выведены провода питания и провода, на которые поступает высокое напряжение. Высоковольтные провода красные, низковольтные провода: «плюс» — красный, «минус» — зеленый.

В целом модуль работоспособен и при токе около 1 А и напряжении 1,5 В, но в этом случае на выходе присутствуют отдельные импульсы высокого напряжения. В данном опыте использован блок питания с номинальной нагрузочной способностью в 1000 мА. Параллельно высоковольтному преобразователю подсоединен фильтрующий электролитический конденсатор 10000 мкФ * 16 В.

В таком режиме модуль выдает искру длиной около 1 см. То есть можно заключить, что напряжение на выходе устройства составляет 10-20 кВ. В любом случае ни о каких 400 кВ речи и быть не может.

Для получения постоянной электрической дуги необходим достаточно мощный блок питания, способный отдать в нагрузку ток в несколько ампер.

При номинальном токе на входе преобразователь выдает на выходе постоянную дугу. Производитель предупреждает, что не желательно использовать модуль на протяжении более 1 мин, при этом нужно следить, чтобы расстояние между контактами разрядника было достаточным для возникновения искры, иначе электрический пробой может произойти в произвольном месте высоковольтной части устройства.

Короткое замыкание высоковольтных проводов также недопустимо. В целом интересный конструктивный элемент, своих денег стоит, так что если лень собирать преобразователь самому и мотать высоковольтный трансформатор вручную — лучше купить готовое надёжное. Автор — Denev

Источник

Высоковольтный DC-DC преобразователь

Иногда, в ходе радиолюбительской деятельности, при построении различных электронных электронных устройств, при проведении опытов требуется наличие источников высокого напряжения. Его можно получить из разных источников — напрямую из розетки, сети 220 В (не рекомендую, это вариант для смельчаков), от повышающих трансформаторов, также и от «перевертышей» — двух низковольтных трансформаторов, первый из которых включен стандартно, а второй подключен к выходу первого своей вторичной низковольтной обмоткой. Но очень часто применение железных трансформаторов непрактично — они большие, тяжёлые, и мощности часто бывает с лишним избытком. Сейчас набирают большую популярность импульсные высоковольтные преобразователи — они обладают рядом достоинств, но имеют также и свои минусы. К плюсам можно отнести небольшую общую стоимость компонентов, возможность собрать преобразователь с любой мощностью, исходя из потребностей, небольшие габариты. Однако имеют минус, который несколько ограничивает область их применения — высокочастотные пульсации на выходе, от которых не так просто избавится. В этой статье рассмотрим сборку одного из таких импульсных преобразователей, который из 7-12В может сделать полноценные 60-250В, с током на выходе до 20-40 мА. Схема представлена ниже.

Подстроечный резистор VR1 позволяет регулировать напряжение на выходе в пределах 60-250В, при указанном на схеме номинале резистора R4. Если есть необходимость ещё выше поднять выходное напряжение, то можно уменьшить R4 раза в два (работает также в обратную сторону). Однако при этом стоит учитывать, что КПД схемы при дальнейшем увеличении напряжения на выходе будет резко падать, максимальный ток на выходе станет меньше, а транзистор Q1 может начать ощутимо нагреваться. При нормальной работе схемы Q1 должен быть лишь слегка тёплым после длительной работы на нагрузку. В качестве транзистора Q2, кроме BC547 можно применить, например, КТ315, КТ3102, 2N3904. Резисторы и конденсаторы в обвязке микросхемы задают частоту работы схемы, поэтому рекомендую точно их придерживаться. В качестве диода D1 можно использовать FR105, UF4007, либо другие импульсные /ультрабыстрые диоды с током как минимум 1 А и напряжением не менее 500В. На вход in схемы подаётся питающее напряжение, от 7 до 12В. Обратите внимание, что чем больше напряжение питания, тем большую мощность сможет развить схема. Ещё один ключевой элемент схемы — индуктивность L1, её номинал может составлять от 100 до 200 мкГн, желательно выбирать варианты с не самым малым максимальным током, намотанные проволокой потолще. Также можно самостоятельно намотать 50-60 витков медного провода на ферритовом колечке, самодельная индуктивность с успехом будет работать в этой схеме. В качестве Q1 подойдут мощные полевые транзисторы, рассчитанные на высокое напряжение: IRF630, IRF740, и им подобные.

Печатная плата выполняется методом ЛУТ, файл для программы Sprint Layout прилагается к статье. Несколько фотографий процесса изготовления представлены ниже.

Переносим рисунок дорожек на подготовленный текстолит. Печатная плата не требует отзеркаливания перед печатью.

Вытравливаем в растворе.

Снимаем с дорожек запёкшийся тонер, сверлим отверстия, лудим плату. Залуженные поверхности, в отличие от голых медных, не окисляются и будут долгое время сохранять приятный блеск.

Далее идёт следующий очевидный этап — запаиваем детали. Обратите внимание, что если вы используете индуктивность другого размера, то нужно заранее подредактировать её посадочное место на плате. Для подачи входного напряжения и снятия выходного рекомендую использовать винтовые клеммники. Внешний вид собранной платы представлен ниже.

После сборки убеждаемся в правильности монтажа, смываем остатки флюса. Теперь подаём на плату питание — ток потребления в режиме без нагрузки должен составлять не более 50 мА. При работе ток потребления будет в значительной степени зависеть от того, какая нагрузка подключена к выходу. Замеряем напряжение на выходе и, при необходимости, настраиваем его подстроечником — преобразователь готов. Такую схему идеально использовать, например, для питания неоновых индикаторных лампочек, вакуумных люминесцентных или газоразрядных индикаторов (будет повод собрать с их использованием винтажные часики). Также такой преобразователь справится с питанием анодов маломощных радиоламп в ламповой технике. Однако стоит учитывать, что из-за высокочастотных помех импульсные преобразователи не слишком хорошо подходят для использования в ламповой аудиотехнике, только в крайних случаях, либо с использованием хороших фильтров на выходе.

Источник