Zvs driver своими руками

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

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

Как создать простой, но мощный драйвер обратного хода: 7 шагов (с изображениями) — Схемы — 2021

Устали от маленьких фиолетовых искр? Хотите больше горячих искр? Тогда попробуйте:
Драйвер обратной связи ZVS
Это, пожалуй, самый мощный и эффективный драйвер трансформатора обратного хода, который был изобретен Владмиро Мазилли совсем недавно. Он использует резонансное переключение при нулевом напряжении (также известное как ZVS) для управления трансформатором обратного хода. Это означает, что MOSFET предназначены для включения (выключения), когда напряжение на них становится нулевым.
Поскольку полевой МОП-транзистор переключается, когда на них нет напряжения, он генерирует очень мало тепла, единственным источником тепла является внутреннее сопротивление полевого МОП-транзистора. В отличие от простых драйверов обратного хода с таймером 555, драйверы обратного хода ZVS позволяют эксплуатировать трансформаторы обратного хода в течение гораздо более длительных периодов времени до перегрева MOSFET. Если у вас действительно хорошие MOSFET, возможно, вы даже сможете бесконечно запускать драйвер обратной связи ZVS! (Или пока цепь не прервется)
Видео это работает!

Расходные материалы:

Шаг 1: Опасность от водителей ZVS Flyback

Мощный драйвер обратной связи ZVS не только мощный, но и очень опасный. Вы можете легко накачать несколько сотен ватт в трансформатор обратного хода, и выходной ток будет примерно от 50 мА до 200 мА (или даже больше), что намного выше смертельной скорости, которая составляет 10 мА.
НЕ пытайтесь сделать это в качестве вашего первого проекта драйвера преобразователя обратной связи, я рекомендую вам начать с использования простых драйверов обратной связи 555 с таймером, прежде чем думать о создании драйвера ZVS.
И, наконец, вы несете единоличную ответственность за любой вред, причиненный другим пользователям, а также за любые другие проблемы, которые может вызвать драйвер ZVS. Драйвер ZVS следует использовать только в образовательных и исследовательских целях.
Это конец моей речи о здоровье и безопасности. 🙂

Шаг 2: Запчасти

Драйверы ZVS довольно дешевы в изготовлении, единственной дорогой частью могут быть MOSFET. Я получил большую часть своих деталей от Фарнелла, а некоторые из них лежал без дела.
• обратный трансформатор
Рекомендуются более новые обратные возвраты, поскольку они очень прочные. Вы можете использовать более старые обратные цепи для более высокого выходного тока, однако они с большей вероятностью перегорают из-за чрезмерного напряжения.
• 2x 470Ω 2W резисторы
Цветовой код: желтый / фиолетовый / коричневый
• 2 резистора 10 кОм 1/4 Вт
Цветовой код оранжевый / коричневый / черный
• 2x 12В 1 / 4W стабилитроны
• 2 быстрых диода 400+ вольт
Я использовал диоды UF4007.
• 1x индуктор
Значение не является критическим, но оно должно быть от 47 до 200 мкГн при номинальном напряжении 10 А или более. Вы можете найти индуктор из компьютерного блока питания или просто сделать свой собственный, просто обмотав 20 витков эмалированной проволоки 16 калибра вокруг ферритового тороида.
• 1x 0,68 мкФ 250 В (или выше) конденсатор
Этот конденсатор должен быть биполярным и должен быть хорошего качества, например MKP или MMC. НИКОГДА не используйте электролитический конденсатор, они взорвутся. Вы можете протестировать различные типы конденсаторов, чтобы увидеть, какой из них подходит для вашего драйвера ZVS.
• 2 IRFP250 MOSFET
Они немного дорогие, однако, вы можете использовать другие MOSFET, которые имеют Vds в 4 раза больше, чем источник питания, и Rds (включено) ниже, чем 150 мОм. К сожалению, эти МОП-транзисторы немного превышают мой бюджет, поэтому вместо них я использовал МОП-транзистор IRFP254, не самый лучший, но он дешевле и должен давать хорошие результаты. Я также пытался использовать популярный IRF540 MOSFET, однако он дал мне очень плохие результаты.
• 2x маленький радиатор
Они не будут необходимы, если вы собираетесь запустить драйвер ZVS ниже 12В.
• Большой источник переменного напряжения
Теперь это может стоить довольно большого количества изменений, вы можете блок питания компьютера для 12v источника питания. Если вам нужен блок питания с более высоким напряжением, вы можете подумать о модификации трансформатора микроволновой печи, но это другой проект. Поскольку у меня нет большого блока питания, я использовал шесть герметичных свинцово-кислотных батарей 6 В, все последовательно, чтобы получить 36 В для питания моего драйвера ZVS.
Затем, наконец, остальные кусочки, которые вам могут понадобиться, такие как припой, толстые провода и т. Д.

Шаг 3: Схема

5 витков провода в качестве основного не критичны, вы можете добавлять или удалять обмотки для различной производительности. Входное напряжение на драйвер также может влиять на количество требуемых витков.
Индуктор «47-200 мкГн» может быть настроен на желаемую мощность обратного трансформатора. В общем, если вы хотите более высокое напряжение, индуктор должен иметь более высокое значение, если вы хотите больше тока, индуктор должен иметь более низкое значение. Кроме того, индуктор является обязательным для драйвера ZVS, без него ваш драйвер ZVS может работать плохо или вообще не работать.
Изменение значения конденсатора также может повлиять на производительность в зависимости от обратного трансформатора, опять же, убедитесь, что вы используете конденсатор хорошего качества.

Шаг 4: Строительство

Не так много, чтобы сказать здесь, просто получить свой набор инструментов, прочитать схемы и построить его! 🙂
Убедитесь, что вы используете толстый провод, так как он будет работать с токами до 10 ампер.
При намотке обратного трансформатора убедитесь, что оба провода идут одинаково.
Если вы собираетесь прикрепить оба полевых МОП-транзистора к одному радиатору, используйте слюдяные изоляторы! Или другие типы изоляторов, чтобы изолировать вкладки MOSFET друг от друга, в противном случае ваш драйвер ZVS не будет работать.

Шаг 5: Включи и подожги провода!

Когда вы впервые включаете драйвер ZVS, начните с входа 12 В, чтобы убедиться, что все работает. Тогда вы можете увеличить входное напряжение до 36В. Вы можете включить драйвер ZVS выше 36 В, но тогда вы рискуете взорвать ваш драйвер, проверьте шаг 7 для получения инструкций по изменению драйвера ZVS для обработки более высоких входных напряжений.
Вы можете услышать очень высокий визг от вашего драйвера ZVS, не волнуйтесь, это нормально.
Что бы вы ни использовали в качестве отрицательного терминала, оно станет горячим, очень горячим! Дуга растопит любую тонкую проволоку, которую вы используете, в маленькие металлические шарики, и воровство будет летать везде, что круто (и опасно)! Если у кого-то есть хорошее объяснение, почему отрицательный терминал так сильно нагревается, а положительный терминал остается довольно крутым, я хотел бы знать .. 🙂
Кроме того, на видео, сразу после того, как дуга зажгла дыру в лампочке, из лампы вылетел поток плазмы, похожий на огнемет. Это потому, что когда дуга попала внутрь колбы, газ внутри нагревается, заставляя ее расширяться и выходить через отверстие, создавая тем самым «плазменный метатель».

Шаг 6: Модифицируйте драйвер ZVS для повышения производительности!

Я еще не пробовал, но есть версия ревизии драйвера ZVS от Andrinerii. Он добавил два отдельных 3 витка провода поверх существующего первичного, каждый с последовательным резистором 100 Ом 10 Вт. Эта схема предположительно добавляет увеличение производительности на 35%.
Кроме того, убедитесь, что ваши 3 витка поворота находятся в том же направлении, что и первичная, в противном случае вы будете взрывать МОП-транзисторы!

Шаг 7: Идем дальше

Веселье не останавливается на достигнутом, если вы жаждете более крупных, горячих и чудовищных дуг, необходимо внести несколько изменений в драйвер ZVS для обработки более высоких входных напряжений.

Для входных напряжений свыше 36 В:
Замените резистор 470 Ом на резистор 1 кОм.
Замените 12-вольтовый диод Зеннера на 15-вольтовый диод Зеннера.
Увеличьте количество обмоток вашего обратного трансформатора.
Увеличьте значение индуктора.
Это должно хорошо работать для напряжений до 60 В, прежде чем следует заменить MOSFET …
Я слышал, что некоторые люди эксплуатировали свой драйвер ZVS при напряжениях свыше 100, просто представьте, насколько массивными должны быть их дуги!
Кроме того, эта схема драйвера ZVS использовалась не только для трансформатора с обратной связью, вы можете заменить его для использования другого трансформатора, чтобы зарядить ваши большие конденсаторные батареи для катушек, рельсовых винтов и т. Д. Возможно даже сделать индукционный нагрев с эта схема драйвера ZVS …

Источник