Comment réaliser un convertisseur demi-pont avec TDKS et observer les décharges colorées

La technologie haute tension est une direction particulière de l'électronique, qui a son propre esprit, son esthétique et ses caractéristiques. Des milliers de passionnés à travers le monde construisent divers modèles, allant des simples multiplicateurs aux énormes générateurs Van de Graaff et bobines Tesla - en règle générale, tous ces appareils n'ont aucune application pratique, leur valeur réside précisément dans la création de hautes couleurs. décharges de tension.

L'élément le plus abordable capable de générer une haute tension peut être appelé en toute confiance un transformateur de ligne - cet élément est présent dans n'importe quel téléviseur CRT ; à l'heure actuelle, le prix de ces transformateurs devient très bas, étant donné que les téléviseurs CRT deviennent progressivement une chose de le passé. Deux types de transformateurs de ce type peuvent être distingués - TDKS, avec un multiplicateur intégré, et TVS - un transformateur « nu », auquel le multiplicateur peut être connecté séparément.Dans les deux cas, pour qu'un tel transformateur produise de la haute tension, il faut un circuit spécial qui « pompera » son enroulement primaire avec une tension haute fréquence ; cette fréquence peut varier entre 1 et 100 kHz. Il existe un assez grand nombre de circuits similaires sur Internet, souvent de simples circuits asymétriques utilisant un seul transistor puissant, qui ferme et ouvre le circuit de l'enroulement primaire d'un transformateur de ligne avec la fréquence requise - de tels circuits, bien que simples, ont un rendement assez faible (le transistor devient très chaud) et une faible puissance, ne permettent donc pas de révéler tout le potentiel du transformateur et d'en retirer la puissance maximale possible - ainsi que la longueur, la force et la luminosité du les décharges dépendent directement de la puissance.

Schème

Le circuit présenté dans cet article est un convertisseur demi-pont classique basé sur le microcircuit IR2153 ; il peut développer une puissance assez importante dans la charge - jusqu'à 500 watts en utilisant les transistors appropriés en sortie, et avec des modifications mineures même un quelques kilowatts. En même temps, le circuit lui-même semble très simple à assembler, ne contient aucun élément coûteux et est hautement reproductible.

La charge du circuit est l'inductance L1 - dans notre cas, il s'agit de l'enroulement primaire du transformateur de ligne. Mais également sur la base de ce circuit, il est possible d'assembler divers autres appareils nécessitant une tension haute fréquence et une grande amplitude, par exemple un chauffage par induction. Pour plus de clarté, l'image ci-dessous montre la forme du signal à la sortie du circuit sans charge connectée - des impulsions rectangulaires presque idéales.

Un peu sur les détails et le fonctionnement du convertisseur

Le microcircuit IR2153 agit comme un générateur d'impulsions rectangulaires push-pull - il est push-pull car il y a deux sorties (broches 5 et 7) et le microcircuit contrôle simultanément deux transistors à effet de champ, les bras supérieur et inférieur. Ce microcircuit ne manque pas; certaines alimentations réseau et autres dispositifs de commutation sont construits sur sa base; son prix dans les magasins de composants radio ne dépasse généralement pas 100 roubles. Ce microcircuit est pratique car il contient déjà une diode Zener à l'intérieur, qui permet d'alimenter le microcircuit à partir de la même tension que la charge - cette tension pour un fonctionnement efficace du demi-pont doit être de 100 à 300 volts, donc un supplément Une source basse tension n'est pas nécessaire pour alimenter la partie logique du circuit. La résistance qui limite le courant traversant la diode Zener du microcircuit est R1 - sa valeur est marquée d'un astérisque dans le schéma. La résistance de cette résistance dépendra de la tension d'alimentation de l'ensemble du circuit : plus la tension d'alimentation est élevée, plus la valeur de la résistance sera élevée ; vous pouvez calculer la valeur exacte de n'importe quelle tension d'alimentation en utilisant une calculatrice pour calculer la résistance de la diode Zener. . Le calibre indiqué dans le schéma convient pour une tension d'alimentation de 250 volts. Il faut également tenir compte du fait qu'une certaine puissance sera dissipée sur cette résistance, il est donc nécessaire d'utiliser soit une résistance de 1 à 3 watts, soit plusieurs résistances de faible puissance en parallèle, comme cela se fait sur un circuit imprimé. Le condensateur C2 sert à filtrer la tension d'alimentation du microcircuit, sa valeur peut être de 100 à 220 µF, la tension est d'au moins 25 volts.Le condensateur C1 est une alimentation haute tension ; vous ne devez pas lésiner sur sa capacité, car la puissance à la charge en dépendra - si la capacité est trop petite, des baisses de puissance peuvent se produire et la puissance diminuera. La valeur optimale serait de 470-680 uF ; notez que ce condensateur doit être conçu pour une tension d'alimentation élevée + une certaine marge.

La chaîne d'éléments R2-C3 définit la fréquence, il est donc important d'utiliser ici un condensateur haute fréquence de haute qualité ; un condensateur à film ordinaire fera l'affaire. Plus la capacité du condensateur est grande, plus la fréquence de fonctionnement du circuit est basse ; aux valeurs nominales indiquées, elle est approximativement égale à 80 kHz. Vous pouvez assembler un circuit avec une fréquence fixe, mais les meilleurs résultats peuvent être obtenus si vous pouvez ajuster la fréquence, donc au lieu d'une résistance constante, je recommande d'installer un trimmer de 20 kOhm ; la plage de réglages de fréquence peut également être sélectionnée par le capacité du condensateur. Condensateur C4 - il est conseillé d'utiliser un condensateur au tantale apolaire d'une capacité de 20-30 µF, mais un condensateur électrolytique ordinaire fera l'affaire. Les résistances R3, R4 servent à limiter le courant dans les grilles des transistors, adaptées à 10-30 Ohms.

Une attention particulière doit être portée au choix des transistors de puissance, car ce sont eux qui commuteront la charge et l'efficacité du circuit ainsi que sa fiabilité en dépendront. L'option la moins chère, mais pas la plus puissante, est l'IRF630 - ils conviennent pour fonctionner à des tensions ne dépassant pas 150 volts avec pas trop de puissance, je les utilise.Ici, vous pouvez utiliser presque tous les transistors à effet de champ puissants ; lors du choix, vous devez prendre en compte leur tension de fonctionnement maximale, leur courant et leur résistance à canal ouvert. Les options appropriées seraient également IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, les deux dernières sont plus chères, mais vous permettront de fonctionner à des puissances plus élevées, jusqu'à 500 watts. Les condensateurs C5 et C6 forment un diviseur de tension nécessaire au fonctionnement d'un convertisseur en demi-pont ; des condensateurs à film d'une capacité de 1 à 2 μF peuvent être utilisés ici ; leur tension de fonctionnement doit également être conçue pour la tension d'alimentation + quelques réserve. VD1 est une diode, vous devez utiliser ici non pas des diodes ordinaires, mais des diodes ultra-rapides, par exemple UF4007 et similaires.

Ensemble convertisseur

L'ensemble du circuit est assemblé sur un circuit imprimé, qui est fixé à l'article. A noter que le circuit est « capricieux » en termes de câblage, cette version de la carte a été testée, aucun artefact n'a été détecté lors des travaux sur celle-ci. La carte est fabriquée à l'aide de la méthode LUT standard, des photographies du processus de fabrication de la carte et de scellement des pièces sont ci-dessous.

Quelques mots sur l'enroulement primaire - il doit être enroulé vous-même sur le noyau de ferrite du transformateur, car les enroulements primaires standard ne sont pas conçus pour une puissance élevée. Le bobinage ne prend pas beaucoup de temps, seuls 30 à 40 tours de fil de cuivre émaillé suffisent, sa section ne doit pas être trop petite, sinon des pertes se produiront. L'enroulement résultant doit être connecté à la carte avec des fils et leur longueur ne doit pas être trop longue.

Comme vous pouvez le deviner, la haute tension est supprimée de la borne « chaude » du transformateur, qui peut généralement être identifiée par une isolation épaisse.Le contact négatif du TDKS est situé dans la partie inférieure du boîtier avec toutes les autres bornes ; il est facile à trouver - il suffit de regarder quel contact l'arc s'allumera lorsque l'on approche de la borne « chaude ». Veuillez noter que la partie inférieure du TDKS sur la photo est noircie - ils se sont formés lorsque le TDKS travaillait avec ce circuit en demi-pont, le transformateur étant utilisé presque à la limite de ses capacités, des pannes se produisent parfois entre ses différentes bornes. . Pour les éviter, vous devez remplir toutes les bornes avec un composé diélectrique et faire ressortir uniquement le fil négatif requis avec un fil séparé.

L'ensemble de la structure doit être alimenté par une source d'alimentation appropriée ; il est pratique que la tension d'alimentation puisse être ajustée. Dans mon cas, la source d'alimentation est l'ancien transformateur de leur téléviseur à tube TS-160 ; pour le rectification, un pont de diodes avec des condensateurs sur une petite carte est connecté séparément, comme on peut le voir sur la photo.

Même les transistors de « faible puissance » comme l'IRF630 dans ce circuit ne chauffent pas beaucoup ; après plusieurs minutes de fonctionnement continu, ils ne restent chauds que sur de petits radiateurs. Bien que la dissipation thermique soit faible, notamment lors de l'utilisation, par exemple, de l'IRFP450-560, de petits radiateurs comme sur la photo pour plus de fiabilité ne seront pas superflus. Vue générale du design :

Photographies finales - qui représentent des arcs à haute tension, ainsi que des vidéos. La tension de claquage de l'air est d'environ 3 centimètres. Comme on peut le voir dans la vidéo, si les électrodes haute tension sont placées à une certaine distance les unes des autres, l'arc ne brûle pas et le transformateur fonctionne au ralenti, tandis que des décharges violettes sont également projetées depuis sa borne « chaude ». dès le boîtier lui-même - lorsqu'elles apparaissent, il convient d'isoler tous les lieux possibles de pannes par composé diélectrique.Veuillez noter que le TDKS a non seulement une haute tension, mais également une puissance suffisante pour provoquer des blessures électriques si vous touchez les bornes haute tension avec vos mains. Le contact n'est même pas nécessaire pour qu'un arc se produise, étant donné la distance de claquage assez importante. Il convient également de rappeler qu'après avoir éteint le circuit, la haute tension à la sortie du TDKS persiste, car il y a un condensateur à l'intérieur, donc après avoir éteint les bornes haute tension doivent être connectées les unes aux autres pour décharger ce condensateur. Bonne construction !

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