Com fer un convertidor de mig pont amb TDKS i observar descàrregues de colors

La tecnologia d'alta tensió és una direcció especial en electrònica, que té el seu propi esperit, estètica i característiques úniques. Milers d'entusiastes d'arreu del món estan construint diversos dissenys, que van des de simples multiplicadors fins a enormes generadors Van de Graaff i bobines Tesla; per regla general, tots aquests dispositius no tenen cap aplicació pràctica, el seu valor rau precisament en la creació de colors elevats. descàrregues de tensió.

L'element més assequible capaç de generar alta tensió es pot anomenar amb confiança un transformador de línia: aquest element està present a qualsevol televisor CRT; de moment, el preu d'aquests transformadors s'està tornant molt baix, atès que els televisors CRT s'estan convertint gradualment en una cosa de el passat. Es poden distingir dos tipus d'aquests transformadors: TDKS, amb un multiplicador integrat, i TVS, un transformador "nu", al qual es pot connectar el multiplicador per separat.En ambdós casos, per tal que un transformador d'aquest tipus produeixi alta tensió, es necessita un circuit especial que "bombeja" el seu bobinatge primari amb una tensió d'alta freqüència; aquesta freqüència pot variar entre 1 i 100 kHz. Hi ha un gran nombre de circuits similars a Internet, sovint circuits senzills d'un sol extrem que utilitzen només un potent transistor, que tanca i obre el circuit del bobinatge primari d'un transformador de línia amb la freqüència requerida: aquests circuits, encara que senzills, tenen una eficiència bastant baixa (el transistor s'escalfa molt) i una potència baixa, per tant, no permeten que es reveli tot el potencial del transformador i que se n'elimini la màxima potència possible, i la longitud, la força i la brillantor del transformador. les descàrregues depenen directament de la potència.

Esquema

El circuit presentat en aquest article és un convertidor clàssic de mig pont basat en el microcircuit IR2153; pot desenvolupar una gran quantitat de potència a la càrrega: fins a 500 watts quan s'utilitzen els transistors adequats a la sortida, i amb petites modificacions fins i tot un pocs quilowatts. Al mateix temps, el circuit en si sembla molt senzill de muntar, no conté cap element car i és altament repetible.

La càrrega del circuit és la inductància L1; en el nostre cas és el bobinatge primari del transformador de línia. Però també a partir d'aquest circuit, és possible muntar altres dispositius que requereixen una tensió d'alta freqüència i una gran amplitud, per exemple, un escalfador d'inducció. Per a més claredat, la imatge següent mostra la forma del senyal a la sortida del circuit sense una càrrega connectada: polsos rectangulars gairebé ideals.

Una mica sobre els detalls i el funcionament del convertidor

El microcircuit IR2153 actua com un generador de polsos rectangular push-pull: és push-pull perquè hi ha dues sortides (pins 5 i 7) i el microcircuit controla simultàniament dos transistors d'efecte de camp, els braços superior i inferior. Aquest microcircuit no és escàs; algunes fonts d'alimentació de xarxa i altres dispositius de commutació es construeixen sobre la seva base; el preu a les botigues de components de ràdio no sol superar els 100 rubles. Aquest microcircuit és convenient perquè ja conté un díode zener a l'interior, que permet que el microcircuit s'alimenti amb la mateixa tensió que la càrrega; aquesta tensió per al funcionament efectiu del mig pont hauria de ser de 100-300 volts, per tant, un addicional. No es requereix font de baixa tensió per alimentar la part lògica del circuit. La resistència que limita el corrent a través del díode zener del microcircuit és R1; el seu valor està marcat amb un asterisc al diagrama. La resistència d'aquesta resistència dependrà de la tensió d'alimentació de tot el circuit: com més gran sigui la tensió d'alimentació, més gran serà el valor de la resistència; podeu calcular el valor exacte de qualsevol tensió d'alimentació utilitzant una calculadora per calcular la resistència del díode zener. . La classificació indicada al diagrama és adequada per a una tensió d'alimentació de 250 volts. També s'ha de tenir en compte que una mica de potència es dissiparà en aquesta resistència, per la qual cosa cal utilitzar una resistència d'1-3 watts o diverses de baixa potència en paral·lel, tal com es fa en una placa de circuit imprès. El condensador C2 serveix per filtrar la tensió d'alimentació del microcircuit; el seu valor pot ser de 100 a 220 μF, la tensió és d'almenys 25 volts.El condensador C1 és una font d'alimentació d'alta tensió; no hauríeu de escatimar la seva capacitat, perquè la potència a la càrrega dependrà d'ella; si la capacitat és massa petita, es poden produir baixades d'energia i la potència disminuirà. El valor òptim seria 470-680 uF; tingueu en compte que aquest condensador s'ha de dissenyar per a una tensió d'alimentació alta + algun marge.

La cadena d'elements R2-C3 estableix la freqüència, per la qual cosa és important utilitzar aquí un condensador d'alta freqüència d'alta qualitat; un condensador de pel·lícula normal ho farà. Com més gran sigui la capacitat del condensador, menor serà la freqüència de funcionament del circuit; a les classificacions indicades és aproximadament igual a 80 kHz. Podeu muntar un circuit amb una freqüència fixa, però els millors resultats es poden obtenir si podeu ajustar la freqüència, de manera que en lloc d'una resistència constant, us recomano instal·lar un tallador de 20 kOhm; el rang d'ajustos de freqüència també es pot seleccionar mitjançant el capacitat del condensador. Condensador C4: és recomanable utilitzar un condensador de tàntal no polar amb una capacitat de 20-30 µF, però un electrolític normal ho farà. Les resistències R3, R4 serveixen per limitar el corrent a les portes dels transistors, aptes per a 10-30 Ohms.

S'ha de prestar especial atenció a l'elecció dels transistors de potència, perquè són els que canviaran la càrrega i d'ells dependran tant l'eficiència del circuit com la seva fiabilitat. L'opció més barata, però no la més potent, és l'IRF630: són aptes per funcionar a voltatges de no més de 150 volts amb poca potència, els faig servir.Aquí podeu utilitzar gairebé tots els transistors d'efecte de camp potents; a l'hora de triar, heu de tenir en compte la seva tensió de funcionament màxima, corrent i resistència de canal obert. Les opcions adequades també serien IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, les dues últimes són més cares, però us permetran operar a potències més altes, fins a 500 watts. Els condensadors C5 i C6 formen un divisor de tensió, que és necessari per al funcionament d'un convertidor de mig pont; aquí es poden utilitzar condensadors de pel·lícula amb una capacitat d'1-2 μF; la seva tensió de funcionament també s'ha de dissenyar per a la tensió d'alimentació + alguns reserva. VD1 és un díode; aquí no cal utilitzar díodes normals, sinó ultraràpids, per exemple UF4007 i altres similars.

Muntatge del convertidor

Tot el circuit està muntat en una placa de circuit imprès, que s'adjunta a l'article. Tingueu en compte que el circuit és "capritxós" pel que fa al cablejat; aquesta versió de la placa està provada, no s'han detectat artefactes en el treball. El tauler es fa mitjançant el mètode LUT estàndard, a continuació es mostren fotografies del procés de fabricació del tauler i segellat de les peces.

Algunes paraules sobre el bobinat primari: s'ha de bobinar al nucli de ferrita del transformador, ja que els bobinatges primaris estàndard no estan dissenyats per a una gran potència. El bobinatge no triga molt de temps, només n'hi ha prou amb 30-40 voltes de filferro de coure esmaltat, la seva secció transversal no ha de ser massa petita, en cas contrari es produiran pèrdues. El bobinatge resultant s'ha de connectar a la placa amb cables i la seva longitud no ha de ser massa llarga.

Com podeu suposar, l'alta tensió s'elimina del terminal "calent" del transformador, que normalment es pot identificar per un aïllament gruixut.El contacte negatiu del TDKS es troba a la part inferior de la caixa juntament amb tots els altres terminals; és fàcil de trobar; només cal que mireu quin contacte s'encendrà l'arc quan s'acosti al terminal "calent". Tingueu en compte que la part inferior del TDKS de la fotografia té un ennegriment: es van formar quan el TDKS treballava amb aquest circuit de mig pont, ja que el transformador s'utilitza gairebé al límit de les seves capacitats, de vegades es produeixen avaries entre els seus diferents terminals. . Per evitar-los, haureu d'omplir tots els terminals amb un compost dielèctric i treure només el cable negatiu necessari amb un cable separat.

Tota l'estructura s'ha d'alimentar des d'una font amb potència adequada; és convenient ajustar la tensió d'alimentació. En el meu cas, la font d'alimentació és l'antic transformador del seu televisor de tubs TS-160; per a la rectificació, un pont de díodes amb condensadors en una placa petita està connectat per separat, es pot veure a la foto.

Fins i tot els transistors de "baixa potència" com l'IRF630 en aquest circuit no s'escalfen molt; després de diversos minuts de funcionament continu, només romanen calents en petits radiadors. Tot i que la dissipació de calor és petita, especialment quan s'utilitza, per exemple, IRFP450-560, els radiadors petits com a la foto per fiabilitat no seran superfluos. Vista general del disseny:

Fotografies finals, que representen arcs d'alta tensió, així com vídeos. La tensió de ruptura de l'aire és d'aproximadament 3 centímetres. Com es pot veure al vídeo, si els elèctrodes d'alta tensió es col·loquen a una certa distància els uns dels altres, l'arc no es crema i el transformador funciona inactiu, mentre que les descàrregues violetes es coronen des del seu terminal "calent". des de la pròpia carcassa, quan apareixen, s'aconsella aïllar tots els possibles llocs d'avaries per compost dielèctric.Tingueu en compte que TDKS no només té un alt voltatge, sinó que també té una potència suficient per causar lesions elèctriques si toqueu els terminals d'alta tensió amb les mans. El tacte ni tan sols és necessari perquè es produeixi un arc, donada la distància de ruptura força gran. També cal recordar que després d'apagar el circuit, l'alta tensió a la sortida TDKS encara es manté, ja que hi ha un condensador a l'interior, de manera que després d'apagar els terminals d'alta tensió s'han de connectar entre si per descarregar aquest condensador. Feliç construcció!

Mira el vídeo