La tecnología de alto voltaje es una dirección especial de la electrónica, que tiene su propio espíritu, estética y características únicas. Miles de entusiastas en todo el mundo están construyendo diversos diseños, desde simples multiplicadores hasta enormes generadores Van de Graaff y bobinas de Tesla; por regla general, todos estos dispositivos no tienen ninguna aplicación práctica, su valor radica precisamente en la creación de coloridos alta- descargas de voltaje.
El elemento más asequible capaz de generar alto voltaje se puede llamar con seguridad transformador de línea: este elemento está presente en cualquier televisor CRT; por el momento, el precio de dichos transformadores se está volviendo muy bajo, dado que los televisores CRT se están convirtiendo gradualmente en una cosa de el pasado. Se pueden distinguir dos tipos de transformadores de este tipo: TDKS, con un multiplicador incorporado, y TVS, un transformador "desnudo", al que se puede conectar el multiplicador por separado.En ambos casos, para que un transformador de este tipo produzca alto voltaje, se necesita un circuito especial que "bombee" su devanado primario con un voltaje de alta frecuencia; esta frecuencia puede variar entre 1 y 100 kHz. Hay una gran cantidad de circuitos similares en Internet, a menudo circuitos simples de un solo extremo que utilizan un solo transistor potente, que cierra y abre el circuito del devanado primario de un transformador de línea con la frecuencia requerida; tales circuitos, aunque simples, tienen una eficiencia bastante baja (el transistor se calienta mucho) y una potencia baja, por lo que no permiten que se revele todo el potencial del transformador y se le quite la máxima potencia posible, y la longitud, la fuerza y el brillo del Las descargas dependen directamente de la potencia.
Esquema
El circuito presentado en este artículo es un convertidor de medio puente clásico basado en el microcircuito IR2153; puede desarrollar bastante potencia en la carga: hasta 500 vatios cuando se utilizan los transistores adecuados en la salida y, con modificaciones menores, incluso un pocos kilovatios. Al mismo tiempo, el circuito en sí parece muy sencillo de montar, no contiene elementos costosos y es muy repetible.
La carga del circuito es la inductancia L1; en nuestro caso es el devanado primario del transformador de línea. Pero también en base a este circuito es posible ensamblar varios otros dispositivos que requieren voltaje de alta frecuencia y gran amplitud, por ejemplo, un calentador de inducción. Para mayor claridad, la siguiente imagen muestra la forma de la señal en la salida del circuito sin una carga conectada: pulsos rectangulares casi ideales.
Un poco sobre los detalles y funcionamiento del convertidor.
El microcircuito IR2153 actúa como un generador de impulsos rectangular push-pull: es push-pull porque hay dos salidas (pines 5 y 7) y el microcircuito controla simultáneamente dos transistores de efecto de campo, los brazos superior e inferior. Este microcircuito no escasea; sobre esta base se construyen algunas fuentes de alimentación de red y otros dispositivos de conmutación; su precio en las tiendas de componentes de radio no suele superar los 100 rublos. Este microcircuito es conveniente porque ya contiene un diodo zener en su interior, lo que permite alimentar el microcircuito con el mismo voltaje que la carga; este voltaje para el funcionamiento efectivo del medio puente debe ser de 100 a 300 voltios, por lo tanto, un adicional No se requiere una fuente de bajo voltaje para alimentar la parte lógica del circuito. La resistencia que limita la corriente a través del diodo zener del microcircuito es R1; su valor está marcado con un asterisco en el diagrama. La resistencia de esta resistencia dependerá del voltaje de suministro de todo el circuito: cuanto mayor sea el voltaje de suministro, mayor será el valor de la resistencia; puede calcular el valor exacto para cualquier voltaje de suministro usando una calculadora para calcular la resistencia del diodo Zener. . La potencia indicada en el diagrama es adecuada para una tensión de alimentación de 250 voltios. También hay que tener en cuenta que parte de la potencia se disipará en esta resistencia, por lo que es necesario utilizar una resistencia de 1 a 3 vatios o varias de baja potencia en paralelo, como se hace en una placa de circuito impreso. El condensador C2 sirve para filtrar la tensión de alimentación del microcircuito, su valor puede ser de 100 a 220 μF, la tensión es de al menos 25 voltios.El condensador C1 es una fuente de alimentación de alto voltaje, no se debe escatimar en su capacidad, porque de ello dependerá la potencia en la carga; si la capacidad es demasiado pequeña, pueden ocurrir cortes de energía y la potencia disminuirá. El valor óptimo sería 470-680 uF; tenga en cuenta que este condensador debe estar diseñado para una tensión de alimentación alta + algo de margen.
La cadena de elementos R2-C3 establece la frecuencia, por lo que es importante utilizar aquí un condensador de alta frecuencia de alta calidad, un condensador de película normal servirá. Cuanto mayor sea la capacitancia del condensador, menor será la frecuencia de funcionamiento del circuito; con las clasificaciones indicadas es aproximadamente igual a 80 kHz. Puedes montar un circuito con una frecuencia fija, pero los mejores resultados se pueden obtener si puedes ajustar la frecuencia, por lo que en lugar de una resistencia constante, recomiendo instalar un trimmer de 20 kOhm; el rango de ajustes de frecuencia también puede ser seleccionado por el capacitancia del capacitor. Condensador C4: es recomendable utilizar un condensador de tantalio no polar con una capacidad de 20-30 µF, pero uno electrolítico normal servirá. Las resistencias R3, R4 sirven para limitar la corriente en las puertas de los transistores, adecuadas para 10-30 ohmios.
Se debe prestar especial atención a la elección de los transistores de potencia, porque son ellos los que conmutarán la carga y de ellos dependerá tanto la eficiencia del circuito como su fiabilidad. La opción más económica, pero no la más potente, es el IRF630: son adecuados para funcionar a voltajes de no más de 150 voltios sin demasiada potencia, yo los uso.Aquí puede utilizar casi cualquier transistor de efecto de campo potente; al elegir, debe tener en cuenta su voltaje operativo máximo, su corriente y su resistencia de canal abierto. Las opciones adecuadas también serían IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460; las dos últimas son más caras, pero le permitirán funcionar a potencias superiores, hasta 500 vatios. Los condensadores C5 y C6 forman un divisor de tensión, necesario para el funcionamiento de un convertidor de medio puente; aquí se pueden utilizar condensadores de película con una capacidad de 1-2 μF; su tensión de funcionamiento también debe dimensionarse para la tensión de alimentación + algo reservar. VD1 es un diodo, aquí no es necesario utilizar diodos comunes, sino ultrarrápidos, por ejemplo UF4007 y similares.
Conjunto convertidor
Todo el circuito se monta sobre una placa de circuito impreso, que se fija al artículo. Tenga en cuenta que el circuito es "caprichoso" en términos de cableado, esta versión de la placa está probada, no se encontraron artefactos durante el trabajo en ella. El tablero está fabricado mediante el método LUT estándar, a continuación se muestran fotografías del proceso de fabricación del tablero y sellado de las piezas.
Algunas palabras sobre el devanado primario: debe enrollarlo usted mismo en el núcleo de ferrita del transformador, ya que los devanados primarios estándar no están diseñados para alta potencia. El bobinado no lleva mucho tiempo, solo son suficientes 30-40 vueltas de alambre de cobre esmaltado, su sección transversal no debe ser demasiado pequeña, de lo contrario se producirán pérdidas. El devanado resultante debe conectarse a la placa mediante cables y su longitud no debe ser demasiado larga.
Como se puede imaginar, el alto voltaje se elimina del terminal "caliente" del transformador, que generalmente se puede identificar por un aislamiento grueso.El contacto negativo del TDKS está ubicado en la parte inferior de la caja junto con todos los demás terminales, es fácil de encontrar: basta con mirar en qué contacto se encenderá el arco cuando se acerque al terminal "caliente". Tenga en cuenta que la parte inferior del TDKS en la fotografía está ennegrecida: se formaron cuando el TDKS estaba trabajando con este circuito de medio puente, ya que el transformador se usa casi al límite de sus capacidades, a veces se producen averías entre sus diferentes terminales. . Para evitarlos, debe llenar todos los terminales con un compuesto dieléctrico y sacar solo el cable negativo requerido con un cable separado.
Toda la estructura debe alimentarse de una fuente con la potencia adecuada, es conveniente que se pueda ajustar el voltaje de suministro. En mi caso, la fuente de alimentación es el viejo transformador de su televisor de tubo TS-160, para la rectificación se conecta por separado un puente de diodos con condensadores en una pequeña placa, como se puede ver en la foto.
Incluso los transistores de "baja potencia" como el IRF630 en este circuito no se calientan mucho; después de varios minutos de funcionamiento continuo, solo permanecen calientes en radiadores pequeños. Aunque la disipación de calor es pequeña, especialmente cuando se utiliza, por ejemplo, IRFP450-560, los radiadores pequeños como en la foto para mayor confiabilidad no serán superfluos. Vista general del diseño:
Fotografías finales, que representan arcos voltaicos de alto voltaje, así como vídeos. El voltaje de ruptura del aire es de aproximadamente 3 centímetros. Como se puede ver en el video, si los electrodos de alto voltaje se colocan a cierta distancia entre sí, el arco no arde y el transformador funciona inactivo, mientras que descargas violetas también salen coronadas de su terminal "caliente". así como de la propia carcasa - cuando aparecen, es aconsejable aislar todos los posibles lugares de avería mediante compuesto dieléctrico.Tenga en cuenta que TDKS no solo tiene alto voltaje, sino también potencia suficiente para causar lesiones eléctricas si toca los terminales de alto voltaje con las manos. Ni siquiera es necesario el contacto para que se produzca un arco, dada la distancia de ruptura bastante grande. También debe recordarse que después de apagar el circuito, el alto voltaje en la salida TDKS aún permanece, ya que en su interior hay un capacitor, por lo que después de apagar los terminales de alto voltaje deben conectarse entre sí para descargar este capacitor. ¡Feliz edificio!
