Πώς να φτιάξετε έναν μετατροπέα μισής γέφυρας με το TDKS και να παρατηρήσετε πολύχρωμες εκκενώσεις

Η τεχνολογία υψηλής τάσης είναι μια ιδιαίτερη κατεύθυνση στα ηλεκτρονικά, η οποία έχει το δικό της μοναδικό πνεύμα, αισθητική και χαρακτηριστικά. Χιλιάδες λάτρεις σε όλο τον κόσμο κατασκευάζουν διάφορα σχέδια, που κυμαίνονται από απλούς πολλαπλασιαστές έως τεράστιες γεννήτριες Van de Graaff και πηνία Tesla - κατά κανόνα, όλες αυτές οι συσκευές δεν έχουν καμία πρακτική εφαρμογή, η αξία τους έγκειται ακριβώς στη δημιουργία πολύχρωμων υψηλών εκκενώσεις τάσης.

Το πιο προσιτό στοιχείο που μπορεί να παράγει υψηλή τάση μπορεί με σιγουριά να ονομαστεί μετασχηματιστής γραμμής - αυτό το στοιχείο υπάρχει σε οποιαδήποτε τηλεόραση CRT· αυτή τη στιγμή, η τιμή τέτοιων μετασχηματιστών γίνεται πολύ χαμηλή, δεδομένου ότι οι τηλεοράσεις CRT σταδιακά γίνονται αντικείμενο Το παρελθόν. Μπορούν να διακριθούν δύο τύποι τέτοιων μετασχηματιστών - TDKS, με ενσωματωμένο πολλαπλασιαστή και TVS - ένας "γυμνός" μετασχηματιστής, στον οποίο ο πολλαπλασιαστής μπορεί να συνδεθεί ξεχωριστά.Και στις δύο περιπτώσεις, προκειμένου ένας τέτοιος μετασχηματιστής να παράγει υψηλή τάση, χρειάζεται ένα ειδικό κύκλωμα που θα «αντλήσει» το πρωτεύον τύλιγμά του με τάση υψηλής συχνότητας· αυτή η συχνότητα μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 1-100 kHz. Υπάρχει αρκετά μεγάλος αριθμός παρόμοιων κυκλωμάτων στο Διαδίκτυο, συχνά απλά κυκλώματα μονού άκρου που χρησιμοποιούν μόνο ένα ισχυρό τρανζίστορ, το οποίο κλείνει και ανοίγει το κύκλωμα της κύριας περιέλιξης ενός μετασχηματιστή γραμμής με την απαιτούμενη συχνότητα - τέτοια κυκλώματα, αν και απλά, έχουν αρκετά χαμηλή απόδοση (το τρανζίστορ ζεσταίνεται πολύ) και χαμηλή ισχύ, επομένως, δεν επιτρέπουν να αποκαλυφθεί το πλήρες δυναμικό του μετασχηματιστή και να αφαιρεθεί η μέγιστη δυνατή ισχύς από αυτόν - και το μήκος, η αντοχή και η φωτεινότητα του Οι εκφορτίσεις εξαρτώνται άμεσα από την ισχύ.

Σχέδιο

Το κύκλωμα που παρουσιάζεται σε αυτό το άρθρο είναι ένας κλασικός μετατροπέας μισής γέφυρας που βασίζεται στο μικροκύκλωμα IR2153, μπορεί να αναπτύξει μεγάλη ισχύ στο φορτίο - έως και 500 watt όταν χρησιμοποιεί τα κατάλληλα τρανζίστορ στην έξοδο και με μικρές τροποποιήσεις ακόμη και λίγα κιλοβάτ. Ταυτόχρονα, το ίδιο το κύκλωμα φαίνεται πολύ απλό στη συναρμολόγηση, δεν περιέχει ακριβά στοιχεία και είναι εξαιρετικά επαναλήψιμο.

Το φορτίο του κυκλώματος είναι αυτεπαγωγή L1 - στην περίπτωσή μας είναι η κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή γραμμής. Αλλά και με βάση αυτό το κύκλωμα, είναι δυνατή η συναρμολόγηση διαφόρων άλλων συσκευών που απαιτούν τάση υψηλής συχνότητας και μεγάλο πλάτος, για παράδειγμα, έναν επαγωγικό θερμαντήρα. Για λόγους σαφήνειας, η παρακάτω εικόνα δείχνει το σχήμα του σήματος στην έξοδο του κυκλώματος χωρίς συνδεδεμένο φορτίο - σχεδόν ιδανικοί ορθογώνιοι παλμοί.

Λίγα λόγια για τις λεπτομέρειες και τη λειτουργία του μετατροπέα

Το μικροκύκλωμα IR2153 λειτουργεί ως μια ορθογώνια γεννήτρια παλμών push-pull - είναι push-pull επειδή υπάρχουν δύο έξοδοι (ακίδες 5 και 7) και το μικροκύκλωμα ελέγχει ταυτόχρονα δύο τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, τον άνω και τον κάτω βραχίονα. Αυτό το μικροκύκλωμα δεν είναι ελλιπές, ορισμένα τροφοδοτικά δικτύου και άλλες συσκευές μεταγωγής κατασκευάζονται στη βάση του· η τιμή του στα καταστήματα εξαρτημάτων ραδιοφώνου συνήθως δεν υπερβαίνει τα 100 ρούβλια. Αυτό το μικροκύκλωμα είναι βολικό επειδή περιέχει ήδη μια δίοδο zener στο εσωτερικό, η οποία επιτρέπει στο μικροκύκλωμα να τροφοδοτείται από την ίδια τάση με το φορτίο - αυτή η τάση για αποτελεσματική λειτουργία της μισής γέφυρας πρέπει να είναι 100-300 volt, επομένως, ένα επιπλέον Δεν απαιτείται πηγή χαμηλής τάσης για την τροφοδοσία του λογικού τμήματος του κυκλώματος. Η αντίσταση που περιορίζει το ρεύμα μέσω της διόδου zener του μικροκυκλώματος είναι R1 - η τιμή της σημειώνεται με έναν αστερίσκο στο διάγραμμα. Η αντίσταση αυτής της αντίστασης θα εξαρτηθεί από την τάση τροφοδοσίας ολόκληρου του κυκλώματος - όσο υψηλότερη είναι η τάση τροφοδοσίας, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η τιμή αντίστασης. Μπορείτε να υπολογίσετε την ακριβή τιμή για οποιαδήποτε τάση τροφοδοσίας χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή για να υπολογίσετε την αντίσταση της διόδου zener . Η ονομαστική τιμή που υποδεικνύεται στο διάγραμμα είναι κατάλληλη για τάση τροφοδοσίας 250 βολτ. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι κάποια ισχύς θα διαχέεται σε αυτήν την αντίσταση, επομένως είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε είτε μία αντίσταση 1-3 watt, είτε πολλές αντίσταση χαμηλής ισχύος παράλληλα, όπως γίνεται σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Ο πυκνωτής C2 χρησιμεύει για το φιλτράρισμα της τάσης τροφοδοσίας του μικροκυκλώματος · η τιμή του μπορεί να είναι από 100 έως 220 μF, η τάση είναι τουλάχιστον 25 βολτ.Ο πυκνωτής C1 είναι ένα τροφοδοτικό υψηλής τάσης· δεν πρέπει να τσιγκουνευτείτε τη χωρητικότητά του, επειδή η ισχύς στο φορτίο θα εξαρτηθεί από αυτό - εάν η χωρητικότητα είναι πολύ μικρή, ενδέχεται να προκληθούν διακοπές ρεύματος και η ισχύς θα μειωθεί. Η βέλτιστη τιμή θα ήταν 470-680 uF· σημειώστε ότι αυτός ο πυκνωτής πρέπει να έχει σχεδιαστεί για υψηλή τάση τροφοδοσίας + κάποιο περιθώριο.

Η αλυσίδα των στοιχείων R2-C3 ρυθμίζει τη συχνότητα, επομένως είναι σημαντικό να χρησιμοποιήσετε έναν υψηλής ποιότητας πυκνωτή υψηλής συχνότητας εδώ· ένας κανονικός πυκνωτής φιλμ θα κάνει. Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή, τόσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα λειτουργίας του κυκλώματος· στις υποδεικνυόμενες τιμές είναι περίπου ίση με 80 kHz. Μπορείτε να συναρμολογήσετε ένα κύκλωμα με σταθερή συχνότητα, αλλά τα καλύτερα αποτελέσματα μπορούν να επιτευχθούν εάν μπορείτε να ρυθμίσετε τη συχνότητα, επομένως αντί για σταθερή αντίσταση, συνιστώ να εγκαταστήσετε ένα τρίμερ 20 kOhm· το εύρος των ρυθμίσεων συχνότητας μπορεί επίσης να επιλεγεί από το χωρητικότητα του πυκνωτή. Πυκνωτής C4 - συνιστάται η χρήση πυκνωτή μη πολικού τανταλίου με χωρητικότητα 20-30 μF, αλλά ένας κανονικός ηλεκτρολυτικός θα κάνει. Οι αντιστάσεις R3, R4 χρησιμεύουν για τον περιορισμό του ρεύματος στις πύλες των τρανζίστορ, κατάλληλες για 10-30 Ohm.

Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην επιλογή των τρανζίστορ ισχύος, γιατί είναι αυτοί που θα αλλάξουν το φορτίο και από αυτά θα εξαρτηθεί τόσο η απόδοση του κυκλώματος όσο και η αξιοπιστία του. Η πιο φθηνή, αλλά όχι η πιο ισχυρή επιλογή είναι το IRF630 - είναι κατάλληλα για λειτουργία σε τάσεις που δεν υπερβαίνουν τα 150 βολτ με όχι πολύ μεγάλη ισχύ, τα χρησιμοποιώ.Εδώ μπορείτε να χρησιμοποιήσετε σχεδόν οποιοδήποτε ισχυρό τρανζίστορ φαινομένου πεδίου· κατά την επιλογή, θα πρέπει να λάβετε υπόψη τη μέγιστη τάση λειτουργίας, το ρεύμα και την αντίσταση ανοιχτού καναλιού. Κατάλληλες επιλογές θα ήταν επίσης τα IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, τα δύο τελευταία είναι πιο ακριβά, αλλά θα σας επιτρέψουν να λειτουργήσετε σε υψηλότερες ισχύς, έως και 500 Watt. Οι πυκνωτές C5 και C6 σχηματίζουν έναν διαιρέτη τάσης, ο οποίος είναι απαραίτητος για τη λειτουργία ενός μετατροπέα μισής γέφυρας· εδώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν πυκνωτές φιλμ με χωρητικότητα 1-2 μF· η τάση λειτουργίας τους πρέπει επίσης να σχεδιαστεί για την τάση τροφοδοσίας + κάποια Αποθεματικό. Το VD1 είναι μια δίοδος, δεν πρέπει να χρησιμοποιήσετε εδώ συνηθισμένες διόδους, αλλά εξαιρετικά γρήγορες, για παράδειγμα UF4007 και παρόμοιες.

Συναρμολόγηση μετατροπέα

Ολόκληρο το κύκλωμα συναρμολογείται σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, η οποία είναι προσαρτημένη στο αντικείμενο. Λάβετε υπόψη ότι το κύκλωμα είναι "ιδιότροπο" όσον αφορά την καλωδίωση· αυτή η έκδοση της πλακέτας έχει δοκιμαστεί, δεν εντοπίστηκαν τεχνουργήματα στην εργασία σε αυτήν. Η πλακέτα κατασκευάζεται με την τυπική μέθοδο LUT, φωτογραφίες της διαδικασίας κατασκευής της σανίδας και σφράγισης των εξαρτημάτων είναι παρακάτω.

Λίγα λόγια για την κύρια περιέλιξη - πρέπει να τυλιχτεί μόνοι σας στον πυρήνα φερρίτη του μετασχηματιστή, καθώς οι τυπικές πρωτεύουσες περιελίξεις δεν έχουν σχεδιαστεί για υψηλή ισχύ. Η περιέλιξη δεν απαιτεί πολύ χρόνο, αρκούν μόνο 30-40 στροφές εμαγιέ χάλκινου σύρματος, η διατομή του δεν πρέπει να είναι πολύ μικρή, διαφορετικά θα υπάρξουν απώλειες. Η προκύπτουσα περιέλιξη πρέπει να συνδεθεί στην πλακέτα με καλώδια και το μήκος τους δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλο.

Όπως μπορείτε να μαντέψετε, η υψηλή τάση αφαιρείται από τον "καυτό" ακροδέκτη του μετασχηματιστή, ο οποίος συνήθως μπορεί να αναγνωριστεί από παχιά μόνωση.Η αρνητική επαφή στο TDKS βρίσκεται στο κάτω μέρος της θήκης μαζί με όλους τους άλλους ακροδέκτες· είναι εύκολο να βρεθεί - απλά κοιτάξτε ποια επαφή θα ανάψει το τόξο όταν πλησιάσετε το "καυτό" τερματικό. Λάβετε υπόψη ότι το κάτω μέρος του TDKS στη φωτογραφία έχει μαυρίσει - σχηματίστηκαν όταν το TDKS δούλευε με αυτό το κύκλωμα μισής γέφυρας, καθώς ο μετασχηματιστής χρησιμοποιείται σχεδόν στο όριο των δυνατοτήτων του, μερικές φορές συμβαίνουν βλάβες μεταξύ των διαφορετικών ακροδεκτών του . Για να τα αποφύγετε, θα πρέπει να γεμίσετε όλους τους ακροδέκτες με μια διηλεκτρική ένωση και να βγάλετε μόνο το απαιτούμενο αρνητικό καλώδιο με ένα ξεχωριστό καλώδιο.

Ολόκληρη η δομή πρέπει να τροφοδοτείται από μια πηγή με την κατάλληλη ισχύ· είναι βολικό εάν η τάση τροφοδοσίας μπορεί να ρυθμιστεί. Στην περίπτωσή μου, η πηγή τροφοδοσίας είναι ο παλιός μετασχηματιστής της τηλεόρασης σωλήνων TS-160· για διόρθωση, μια γέφυρα διόδου με πυκνωτές σε μια μικρή πλακέτα συνδέεται ξεχωριστά, φαίνεται στη φωτογραφία.

Ακόμη και τέτοια τρανζίστορ «χαμηλής ισχύος» όπως το IRF630 σε αυτό το κύκλωμα δεν ζεσταίνονται πολύ· μετά από αρκετά λεπτά συνεχούς λειτουργίας παραμένουν ζεστά μόνο σε μικρά καλοριφέρ. Αν και η απαγωγή θερμότητας είναι μικρή, ειδικά όταν χρησιμοποιείτε, για παράδειγμα, IRFP450-560, τα μικρά καλοριφέρ όπως στη φωτογραφία για αξιοπιστία δεν θα είναι περιττά. Γενική άποψη του σχεδίου:

Τελικές φωτογραφίες - που απεικονίζουν τόξα υψηλής τάσης, καθώς και βίντεο. Η τάση διάσπασης του αέρα είναι περίπου 3 εκατοστά. Όπως φαίνεται στο βίντεο, εάν τα ηλεκτρόδια υψηλής τάσης τοποθετηθούν σε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ τους, το τόξο δεν καίγεται και ο μετασχηματιστής λειτουργεί σε αδράνεια, ενώ οι ιώδεις εκκενώσεις στεφανώνονται και από τον «καυτό» ακροδέκτη του. όπως και από το ίδιο το περίβλημα - όταν εμφανίζονται, συνιστάται να απομονώνονται όλα τα πιθανά σημεία βλαβών από διηλεκτρική ένωση.Λάβετε υπόψη ότι το TDKS δεν έχει μόνο υψηλή τάση, αλλά και επαρκή ισχύ για να προκαλέσει ηλεκτρικό τραυματισμό εάν αγγίξετε τους ακροδέκτες υψηλής τάσης με τα χέρια σας. Το άγγιγμα δεν είναι καν απαραίτητο για να εμφανιστεί τόξο, δεδομένης της αρκετά μεγάλης απόστασης διάσπασης. Θα πρέπει επίσης να θυμόμαστε ότι μετά την απενεργοποίηση του κυκλώματος, η υψηλή τάση στην έξοδο TDKS εξακολουθεί να παραμένει, καθώς υπάρχει ένας πυκνωτής μέσα, οπότε μετά την απενεργοποίηση οι ακροδέκτες υψηλής τάσης πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους για να εκφορτιστεί αυτός ο πυκνωτής. Καλό κτίριο!

Δες το βίντεο