La tecnologia ad alta tensione è una direzione speciale nell'elettronica, che ha il suo spirito, estetica e caratteristiche unici. Migliaia di appassionati in tutto il mondo stanno costruendo vari progetti, che vanno dai semplici moltiplicatori agli enormi generatori Van de Graaff e bobine di Tesla - di regola, tutti questi dispositivi non hanno alcuna applicazione pratica, il loro valore sta proprio nella creazione di coloratissimi alta- scariche di tensione.
L'elemento più conveniente in grado di generare alta tensione può essere tranquillamente chiamato trasformatore di linea: questo elemento è presente in qualsiasi TV CRT; al momento, il prezzo di tali trasformatori sta diventando molto basso, dato che i televisori CRT stanno gradualmente diventando una cosa il passato. Si possono distinguere due tipi di tali trasformatori: TDKS, con un moltiplicatore incorporato, e TVS - un trasformatore “nudo”, al quale il moltiplicatore può essere collegato separatamente.In entrambi i casi, affinché un trasformatore di questo tipo produca alta tensione, è necessario un circuito speciale che “pomperà” il suo avvolgimento primario con una tensione ad alta frequenza; questa frequenza può variare tra 1 e 100 kHz. Esistono numerosi circuiti simili su Internet, spesso semplici circuiti single-ended che utilizzano solo un potente transistor, che chiude e apre il circuito dell'avvolgimento primario di un trasformatore di linea con la frequenza richiesta - tali circuiti, sebbene semplici, hanno un'efficienza piuttosto bassa (il transistor diventa molto caldo) e una bassa potenza, quindi non consentono di rivelare l'intero potenziale del trasformatore e di prelevare da esso la massima potenza possibile - e la lunghezza, la forza e la luminosità del trasformatore le scariche dipendono direttamente dalla potenza.
schema
Il circuito presentato in questo articolo è un classico convertitore a mezzo ponte basato sul microcircuito IR2153; può sviluppare molta potenza nel carico - fino a 500 watt quando si utilizzano i transistor appropriati in uscita e con piccole modifiche anche un pochi kilowatt. Allo stesso tempo, il circuito stesso sembra molto semplice da assemblare, non contiene elementi costosi ed è altamente ripetibile.
Il carico del circuito è l'induttanza L1, nel nostro caso è l'avvolgimento primario del trasformatore di linea. Ma anche sulla base di questo circuito è possibile assemblare vari altri dispositivi che richiedono tensione ad alta frequenza e grande ampiezza, ad esempio un riscaldatore a induzione. Per chiarezza, l'immagine seguente mostra la forma del segnale all'uscita del circuito senza carico collegato: impulsi rettangolari quasi ideali.
Un po 'sui dettagli e sul funzionamento del convertitore
Il microcircuito IR2153 funge da generatore di impulsi rettangolare push-pull: è push-pull perché ci sono due uscite (pin 5 e 7) e il microcircuito controlla contemporaneamente due transistor ad effetto di campo, il braccio superiore e quello inferiore. Questo microcircuito non scarseggia; alcuni alimentatori di rete e altri dispositivi di commutazione sono costruiti sulla sua base; il suo prezzo nei negozi di componenti radio di solito non supera i 100 rubli. Questo microcircuito è conveniente in quanto contiene già un diodo zener al suo interno, che consente di alimentare il microcircuito dalla stessa tensione del carico: questa tensione per un funzionamento efficace del semiponte dovrebbe essere di 100-300 volt, quindi un ulteriore non è necessaria una sorgente a bassa tensione per alimentare la parte logica del circuito. Il resistore che limita la corrente attraverso il diodo zener del microcircuito è R1: il suo valore è contrassegnato da un asterisco nel diagramma. La resistenza di questo resistore dipenderà dalla tensione di alimentazione dell'intero circuito: maggiore è la tensione di alimentazione, maggiore sarà il valore della resistenza; puoi calcolare il valore esatto per qualsiasi tensione di alimentazione utilizzando una calcolatrice per calcolare il resistore del diodo zener . La potenza indicata nello schema è adatta per una tensione di alimentazione di 250 volt. Va inoltre tenuto presente che una parte della potenza verrà dissipata su questo resistore, quindi è necessario utilizzare un resistore da 1-3 watt o più resistori a bassa potenza in parallelo, come avviene su un circuito stampato. Il condensatore C2 serve a filtrare la tensione di alimentazione del microcircuito, il suo valore può variare da 100 a 220 μF, la tensione è di almeno 25 volt.Il condensatore C1 è un alimentatore ad alta tensione; non dovresti lesinare sulla sua capacità, perché la potenza sul carico dipenderà da questo: se la capacità è troppo piccola, potrebbero verificarsi dei cali di potenza e la potenza diminuirà. Il valore ottimale sarebbe 470-680 uF; si noti che questo condensatore deve essere progettato per un'elevata tensione di alimentazione + un certo margine.
La catena di elementi R2-C3 imposta la frequenza, quindi è importante utilizzare qui un condensatore ad alta frequenza di alta qualità, andrà bene un normale condensatore a film. Maggiore è la capacità del condensatore, minore è la frequenza operativa del circuito, ai valori indicati è pari a circa 80 kHz. Si può realizzare un circuito con frequenza fissa, ma i migliori risultati si ottengono se si riesce a regolare la frequenza, quindi al posto di una resistenza costante consiglio di installare un trimmer da 20 kOhm; il range di regolazione della frequenza può essere selezionato anche dal capacità del condensatore. Condensatore C4: si consiglia di utilizzare un condensatore al tantalio non polare con una capacità di 20-30 µF, ma andrà bene anche un normale condensatore elettrolitico. I resistori R3, R4 servono a limitare la corrente nelle porte dei transistor, adatti per 10-30 Ohm.
Particolare attenzione va posta nella scelta dei transistor di potenza, perché sono loro che commuteranno il carico e da loro dipenderanno sia l'efficienza del circuito che la sua affidabilità. L'opzione più economica, ma non la più potente è l'IRF630: sono adatti per funzionare a tensioni non superiori a 150 volt con non troppa potenza, li uso.Qui puoi utilizzare quasi tutti i potenti transistor ad effetto di campo; quando scegli, dovresti prendere in considerazione la loro massima tensione operativa, corrente e resistenza a canale aperto. Opzioni adatte sarebbero anche IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, gli ultimi due sono più costosi, ma ti permetteranno di operare a potenze più elevate, fino a 500 watt. I condensatori C5 e C6 formano un divisore di tensione, necessario per il funzionamento di un convertitore a mezzo ponte; qui possono essere utilizzati condensatori a film con una capacità di 1-2 μF; anche la loro tensione operativa deve essere progettata per la tensione di alimentazione + alcuni Riserva. VD1 è un diodo, qui non è necessario utilizzare diodi ordinari, ma ultraveloci, ad esempio UF4007 e simili.
Assemblaggio del convertitore
L'intero circuito è assemblato su un circuito stampato, allegato all'articolo. Si prega di notare che il circuito è "capriccioso" in termini di cablaggio; questa versione della scheda è testata, non sono stati rilevati artefatti nel lavoro su di essa. La tavola è realizzata utilizzando il metodo LUT standard, di seguito sono riportate le fotografie del processo di realizzazione della tavola e di sigillatura delle parti.
Qualche parola sull'avvolgimento primario: deve essere avvolto tu stesso sul nucleo di ferrite del trasformatore, poiché gli avvolgimenti primari standard non sono progettati per alta potenza. L'avvolgimento non richiede molto tempo, bastano solo 30-40 giri di filo di rame smaltato, la sua sezione trasversale non deve essere troppo piccola, altrimenti si verificheranno perdite. L'avvolgimento risultante deve essere collegato alla scheda con fili e la loro lunghezza non deve essere troppo lunga.
Come puoi immaginare, l'alta tensione viene rimossa dal terminale "caldo" del trasformatore, che di solito può essere identificato dallo spesso isolamento.Il contatto negativo del TDKS si trova nella parte inferiore del case insieme a tutti gli altri terminali; è facile da trovare, basta guardare quale contatto si accenderà l'arco quando ci si avvicina al terminale “caldo”. Si prega di notare che la parte inferiore del TDKS nella fotografia presenta un annerimento: si sono formati quando il TDKS funzionava con questo circuito a mezzo ponte, poiché il trasformatore viene utilizzato quasi al limite delle sue capacità, a volte si verificano guasti tra i suoi diversi terminali . Per evitarli, dovresti riempire tutti i terminali con un composto dielettrico e far uscire solo il filo negativo richiesto con un filo separato.
Tutta la struttura deve essere alimentata da una fonte di potenza adeguata; è conveniente che la tensione di alimentazione sia regolabile. Nel mio caso, la fonte di alimentazione è il vecchio trasformatore del mio televisore a tubo TS-160, per la rettifica è collegato separatamente un ponte a diodi con condensatori su una piccola scheda, come si può vedere nella foto.
Anche i transistor "a basso consumo" come l'IRF630 in questo circuito non si surriscaldano molto, dopo diversi minuti di funzionamento continuo rimangono caldi solo su piccoli radiatori. Sebbene la dissipazione del calore sia ridotta, soprattutto quando si utilizza, ad esempio, IRFP450-560, i piccoli radiatori come nella foto non saranno superflui per l'affidabilità. Vista generale del progetto:
Fotografie conclusive - che raffigurano archi ad alta tensione e video. La tensione di rottura dell'aria è di circa 3 centimetri. Come si può vedere nel video, se gli elettrodi dell'alta tensione vengono posti ad una certa distanza l'uno dall'altro, l'arco non brucia ed il trasformatore funziona a vuoto, mentre dal suo terminale "caldo" vengono incoronate scariche viola. a partire dall'alloggiamento stesso: quando compaiono, è consigliabile isolare tutti i possibili punti di guasto con un composto dielettrico.Tieni presente che TDKS non solo ha alta tensione, ma anche potenza sufficiente per causare lesioni elettriche se si toccano i terminali ad alta tensione con le mani. Il contatto non è nemmeno necessario affinché si verifichi un arco, data la distanza di rottura piuttosto ampia. Va anche ricordato che dopo aver spento il circuito, l'alta tensione rimane ancora sull'uscita TDKS, poiché all'interno è presente un condensatore, quindi dopo lo spegnimento i terminali ad alta tensione devono essere collegati tra loro per scaricare questo condensatore. Buona costruzione!
