Звс драйвер своими руками

Плазменная горелка своими руками + генератор холодной плазмы и драйвер ZVS

Главная страница » Плазменная горелка своими руками + генератор холодной плазмы и драйвер ZVS

Плазма представляет одно из четырёх базовых состояний материи, помимо существующих состояний – твёрдого, жидкого, газообразного. Структурной формой плазмы выступают волокна, пучки, а также двойные слои пучков по причине влияния электромагнитного поля. Плазма не имеет определенной формы и объёма, если не содержится в контейнере. Холодная плазма атмосферного давления (ХАП или Cold Atmospheric Plasma) отличается возможностью генерации и высвобождения струи при атмосферном давлении. Рассмотрим, как может быть сделана плазменная горелка своими руками на драйвере ZVS.

Плазма атмосферного давления — как получить холодную плазму?

Плазменная горелка атмосферного давления предполагает использование диэлектрического барьерного разряда, плазменной иглы и плазменного грифеля. Всё это потребуется в качестве инструментов получения холодной атмосферной плазмы (ХАП). Благодаря способности ХАП работать при атмосферном давлении, холодная плазма активно применяется для нужд биомедицинской инженерии:

• предотвращения образования биоплёнки,
• подавления роста микробов,
• отбеливания зубов,
• стерилизации стоматологических инструментов,
• индуктора ликвидации клеток,
• изготовления биочипов и т.д.

Вполне допустимо изготовить плазменную горелку своими руками, применяя распространённую схемотехнику. Для генерации плазмы, однако, требуется высокий энергетический потенциал.

Генерация плазмы струйным способом под атмосферным давлением возможна парой высоковольтных электродов (анод, катод). Анодный проводник пропускается сквозь трубку плазменной горелки, выполненную из кварцевого стекла. Катод в виде пластины размещается под выходным соплом трубки.

Плазменная горелка своими руками – структурная схема: 1 – источник питания 12В постоянного тока; 2 – электронная схема ZVS драйвера; 3 – трансформатор ударного возбуждения; 4 – анод в трубку плазменной горелки; 5 – катод; 6 – газ аргон в баллоне

Через трубку из кварцевого стекла на плазменную горелку предполагается подача газовой среды различного типа:

По мере заряда газов высокой энергией, физические и химические реакции приводят к выделению:

• электронов,
• ультрафиолетовых фотонов,
• заряженных частиц,
• химически активных окислителей,
• озона.

Для работы плазменной горелки при относительно низких температурах (менее 40°C) требуется формировать сильное электромагнитное поле.

Плазменная горелка своими руками + электронная схема

Существует несколько различных электрических схем, по которым изготавливается плазменная горелка своими руками. Посредством схемы реализуется генерация высокого напряжения порядка 7-10 кВ.

Одной из первых составленных электронных схем на плазменную горелку считается схема генератора Маркса (Erwin Otto Marx / 1924 год). Схема генерирует импульс высокого напряжения, но работает от источника постоянного тока низкого напряжения.

Принцип, заложенный в основу этой конструкции плазменной горелки, предусматривает заряд нескольких параллельно включаемых конденсаторов, с последующим последовательным разрядом каждого.

Учитывая, что постоянное напряжение представляет эхо-сигнал на той же длине волны, конденсаторы заряжаются до максимального потенциала и через разряд выдают накопленную энергию.

Фрагмент конструкции домашней (лабораторной) сборки своими руками: 1 – блок питания; 2 – ZVS драйвер; 3 – трансформатор ударного возбуждения (строчный от ТВ); 4 – катодная пластина; 5 – проводник анода

Другой классический генератор высокого напряжения под плазменную горелку — схема полумостового резонансного инвертора напряжения, разработанного Питером Баксандаллом (Peter Baxandall).

Здесь используется базовая схема LCR, с подключением к средней точке катушки Тесла. Так осуществляется подача питания к нагрузке последовательной цепи с элементами LR, включенными параллельно.

Эта конфигурация для плазменной горелки также имеет схему собственной резонансной частоты, управляющей прямоугольной формой волны. Таким способом получают синусоидальный ток, протекающий через катушку Тесла. Образуется низкое сопротивление потерь, следовательно, высокий коэффициент качества плазменной горелки.

Нелинейный управляемый высокочастотный инвертор также пригоден для индукции плазмы. Параллельный резонансный инвертор состоит из переключателей на транзисторах MOSFET, подключенных к выходному паразитному конденсатору и трансформатору для питания плазменного реактора.

С аналогичной концепцией переключения, инверторная плазменная горелка своими руками выстраивается на основе трансформатора ударного возбуждения, драйвера ZVS и резонатора Тесла.

Устройством реализуется возбуждение плазмы, разряжаемой через диэлектрический барьер. В этой схеме для плазменной горелки генератор фазовой автоподстройки частоты генерирует прямоугольный тактовый сигнал.

Схема широтно-импульсной модуляции функционирует как генератор волн для управления временем переключения импульсов транзисторов. Генерация струи плазменной горелки, получаемой от источника низкого постоянного напряжения при номинальном токе 3А и резонансного инвертора, описывается ниже.

Здесь используется схема переключения при нулевом напряжении (ZVS эффект), разработанная итальянским инженером Vladimiro Mazzilli (Владимиро Маццилли).

Драйвер ZVS, спроектированный итальянским инженером, по сути, является генератором Ройера, только несколько доработанным. Такая схема для плазменной горелки своими руками обеспечивает стабильную генерацию высокого напряжения в диапазоне 20 — 40 кВ.

Драйвер ZVS — саморезонансный двухтактный несинхронизированный генератор

Драйвер ZVS по схеме Маццилли фактически представляет саморезонансный двухтактный несинхронизированный генератор. Генерацию высокого напряжения плазменной горелки даёт трансформатор ударного возбуждения. Выход схемы ZVS согласован с таким трансформатором, чем обеспечивается повышение напряжения до рабочего уровня.

Чередующиеся импульсы генерируют достаточный потенциал для подачи энергии плазменной горелке через пару электродов для формирования струи плазмы при продувке газообразным аргоном.

Электронная схема ZVS драйвера (схема Маззилли), используемого под формирование холодной плазмы под атмосферным давлением на горелке, собранной своими руками

Формирующий драйвер ZVS, собранный по схеме Маццилли, состоит из двух частей (картинка выше). Первая часть — схема переключения на двух полевых МОП-транзисторах (IRFP260) и стабилитроне.

Транзисторами повышается входное напряжение 12 вольт постоянного тока 3А до высокочастотных синусоидальных сигналов, которыми приводится в действие трансформатор ударного возбуждения.

Напряжение переключения, включающее / выключающее полевой МОП-транзистор, собирается на конденсаторе ёмкостью 0,66 мкФ * 1200 вольт постоянного тока, и на катушке индуктивности 200 мкГн. Оба компонента включены параллельно первичной обмотке трансформатора ударного возбуждения.

После подачи питания ток течёт через оба стока полевых МОП-транзисторов. Один из полевых МОП-транзисторов включается быстрее другого и потребляет больше тока. Такое условие приводит к выключению второго полевого МОП-транзистора. Отмечается синусоидальный рост и спад напряжения.

Когда транзистор Q1 включается, напряжение на стоке транзистора Q1 устремляется на заземлю. Одновременно напряжение на истоке транзистора Q2 поднимается до пика и спадает в течение одного полупериода контура LC. Когда напряжение источника на транзисторе Q2 падает до нуля, ток затвора транзистора Q1 также падает до нуля.

В результате полупроводник Q1 отключается. Такая ситуация вызывает повышение напряжения стока транзистора Q1 и включение полупроводника Q2. МОП-транзисторы переключаются при наименьшей наведённой мощности. Аналогичный процесс повторяется для второй половины цикла.

С целью снижения потребления генератором больших пиковых токов и защиты от разрушения, катушка L1 подключается последовательно с источником питания и работает как дроссель, смягчая всплески тока.

Резистором R1 ограничивается ток, способный повредить полевой МОП-транзистор. Резистор R3 снижает напряжение смещением на землю. Стабилитроны регулируют напряжение на уровне 18 вольт. Диоды D1 и D2 ограничивают напряжение затвора.

Как подключить плазменную горелку своими руками?

Плюсовой провод вторичной обмотки трансформатора ударного возбуждения, передающий потенциал напряжения до 24,5 кВ, подключается к аноду плазменной горелки. Анод сделан в виде медного стержня, вставляемого внутрь шланга для прокачки газа аргона.

Прокачка газа (в данном случае — аргон) рассчитывается под расход около 50 л/мин. Заземляющий провод трансформатора ударного возбуждения подключается к пластине катода на фиксированном расстоянии от кромки сопла плазменной горелки.

При помощи информации: DOI

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Источник

Простой ZVS-драйвер на MOSFET

«ZVS-драйвер» (Zero Voltage Switching) — очень простой и поэтому довольно распространенный низковольтный генератор. Он собирается по несложной схеме, при этом эффективность данного решения может достигать 90% и выше. Для сборки устройства достаточно одного дросселя, пары полевых транзисторов, четырех резисторов, двух диодов, двух стабилитронов, и рабочего колебательного контура со средней точкой на катушке. Можно обойтись и без средней точки, и об этом поговорим далее.

В сети можно найти много реализаций этой схемы, среди которых индукционные нагреватели, индукционные плитки, высоковольтные трансформаторы, и просто высокочастотные преобразователи напряжения. Схема напоминает генератор Ройера, однако это не он. Давайте же рассмотрим, как эта схема работает.

При подаче питания на схему, ток начинает течь к стокам обоих полевых транзисторов, одновременно с этим заряжаются емкости затворов через резисторы. Поскольку полевые транзисторы не полностью одинаковы, один из них (например Q1) открывается быстрее, и начинает проводить ток, при этом через диод D2 разряжается затвор другого транзистора Q2, который удерживается таким образом надежно закрытым.

Поскольку в схему включен колебательный контур, напряжение на стоке закрытого полевого транзистора Q2 сначала возрастает, но затем понижается, переходя через ноль, в этот момент затвор открытого полевого транзистора Q1 быстро разряжается, и открытый первым транзистор Q1 теперь запирается, а так как он теперь заперт, то на его стоке уже не ноль, и затвор второго транзистора Q2 быстро дозаряжается через резистор, и второй транзистор Q2 теперь открывается, при этом разряжая через диод D1 затвор транзистора Q1.

Через пол периода все повторяется с точностью до наоборот — второй транзистор закроется, а первый — откроется, и т. д. В контуре возникнут таким образом синусоидальные автоколебания. Дроссель L1 ограничивает питающий ток, и сглаживает небольшие коммутационные выбросы.

Легко заметить, что запирание обоих полевых транзисторов происходит при нулевом напряжении на их стоках, когда ток в контурной катушке максимален, а это значит, что коммутационные потери сведены к минимуму, и даже при мощности устройства в 1 кВт (например для индукционной плавки), ключам нужны лишь небольшие радиаторы. Это как раз и объясняет большую популярность данной схемы.

Частоту автоколебаний можно легко вычислить по формуле f = 1/(2π*√[ L*C]), так как индуктивность первичной обмотки (если используется трансформаторное включение) и емкость конденсатора образуют контур, обладающий собственной резонансной частотой. Важно при этом помнить, что амплитуда колебаний будет по напряжению больше напряжения питания приблизительно в 3,14 (Пи) раза.

Вот типичные компоненты, которые используют для сборки: пятиваттные резисторы по 470 Ом, для ограничения тока заряжающего затворы; два резистора по 10 кОм, для подтягивания затворов к минусу; стабилитроны на 12, 15 или 18 вольт, дабы уберечь затворы от превышения допустимого напряжения; и диоды UF4007 для разрядки затворов через противоположные плечи контура.

Полевые транзиcторы IRFP250 и IRFP260 хорошо подходят для данного ZVS-драйвера. Естественно, если потребуется дополнительное охлаждение, то каждый транзистор должен быть установлен на отдельный радиатор, поскольку работают транзисторы не одновременно. Если радиатор только один, то обязательно использование изолирующих подложек. Питание схемы не должно превышать 36 вольт, это связано с обычными ограничениями для затворов.

Если контур без средней точки, то просто ставят два дросселя вместо одного, на каждое плечо, и режим работы сохраняется аналогичным, ровно как и с одним дросселем.

Между тем, на Алиэкспресс уже появились изделия на основе этой автоколебательной схемы ZVS, причем как с одним дросселем, так и с двумя. Вариант с двумя дросселями особенно удобен в качестве резонансного источника питания нагревательных индукторов без средней точки.

Источник

ZVS генератор, сборка и принцип работы

Схема и принцип работы

Сегодня мы с вами соберем так любимый рентгеностроителями и высоковольтниками ZVS генератор, подключим строчник и попускаем красивые горячие дуги. По сути, схема является мощным двухтактным резонансным высокоэффективным генератором, собранным на двух MOSFET-ах по топологии пуш-пулл (это когда транзисторы по очереди качают свою половину первичной обмотки). Схема очень похожа на генератор Ройера с полевиками, но отличается, и причем в лучшую сторону. Итак, рассмотрим схему:

Мы видим два симметричных плеча, работающих по очереди. Когда на схему подается питание, один из транзисторов начинает открываться быстрее другого, из-за того, что нельзя изготовить два идентичных ключа. Даже транзисторы из одной партии будут немного отличатся, и этого хватит, чтобы запустить процесс. Допустим, верхний транзистор начнет открываться раньше, тогда затвор нижнего через диод и открытый переход верхнего начнет разряжаться на землю. Одновременно с этим через верхнюю часть обмотки начнет протекать ток, а так же заряжаться контурный конденсатор. Когда конденсатор зарядится, поскольку с первичной обмоткой он составляет колебательный контур, начнет отдавать заряд в обмотку, а затем катушка отдаст в конденсатор импульс ЭДС самоиндукции, и конденсатор опять зарядится, но уже другой полярностью, в результате этого верхний транзистор начнет запираться, а нижний открываться, еще больше запирая верхний и дозаряжая затвор через резистор. Таким образом, генерация стабилизируется на резонансной частоте колебательного контура, а при помощи диодов реализуется надежное запирание одного ключа при открытии другого (если два транзистора откроются сразу, они окажут КЗ источнику питания и эффектно сгорят). Схема называется ZVS (Zero Voltage Switching) потому что переключение транзисторов происходит когда в колебательном контуре минимальное напряжение, именно из-за этого генератор высокоэффективный, а так же из-за того, что полевики работают почти в ключевом режиме. Стабилитроны нужны для защиты затворов от пробития при большом питающем напряжении. Питание схемы 12-30 вольт, максимальная мощность с IRFP260N до 500 ватт.

Сборка

Пройдемся по компонентам: транзисторы — любые мощные мосфеты, но стоит учитывать, что амплитуда напряжения на стоках превышает питающее в примерно три раза, советую IRFP250-260N. Резисторы два ватта 470-560 ом, стабилитрон 12-18 вольт 1,3 ватта, или супрессор на то же напряжение (у меня супрессор 1,5KE12A). Дроссель мотается проводом не тоньше 0,7мм (у меня 1 мм) на кольце из феррита или порошкового железа (сине-салатовые или желто-белые кольца из компьютерных блоков питания тоже подходят), индуктивность 50-200мкгн, оптимально 100. Диоды быстрые 400+ вольт 1+ампер (я использовал HER308). Конденсаторы пленочные не менее 630 вольт, но нежелательно, греются, суммарная емкость 0,3-1мкф, оптимально 0,6-0,7мкф. Советую использовать пару MKPH 0,3мкф, они вообще не греются. Печатную плату я оставлю внизу в формате PDF.

После запайки всех компонентов переходим к изготовлению трансформатора: на любом советском строчнике мотаем 5+5 витков монтажного провода в одну сторону, вторичкой будет высоковольтная обмотка. Ну а теперь фото красивой дуги, полученной при питании 19 вольт.

Всем спасибо за прочтение! Буду рад, если статья была полезной и интересной!

Источник