Простой высоковольтный преобразователь своими руками

Источник высокого напряжения

Для самостоятельного изготовления флокатора, пистолета порошковой покраски или электростатической коптильни требуется источник высокого напряжения. И если первые два устройства требуют 75-100 киловольт, то высоковольтный генератор для коптильни работает при 15-20.

В сети есть множество схем высоковольтных генераторов сделанных с использованием строчных трансформаторов от мониторов, телевизоров или автомобильных катушек зажигания. В большинстве своём их схемотехника удручает – как правило это простейшие обратноходовые преобразователи, а значит транзистор в них будет работать в роли кипятильника т.к. для новичка наверняка не имеющего осциллографа рассчитать снаббер практически не реально.

Схемы из прошлого века на тиристорах с питанием от сети 220 вольт опасны и в случае неосторожности могут привести к печальным последствиям. Мы же сделаем резонансный полумост на ТДКС .

Давайте посмотрим схему:

Схема высоковольтного генератора

Список компонентов:

1. U1 – «IR2153»;
2. C1 – электролит 470-1000uf 16v, желательно Low Esr;
3. C2 – керамика 1n;
4. C3, C4 – керамика 100n;
5. C5, C6 – полипропилен 470nf 630v;
6. R1 – многооборотный подстроечный резистор;

Остальные компоненты вопросов думаю не вызывают.

Файл печатной платы: ir2153.lay6[0,03 MB]

В качестве генератора используется распространённая микросхема IR2153, для работы которой требуются всего несколько деталей в обвязке: времязадающая RC цепочка и конденсатор с диодом для верхнего ключа.

Транзисторы при сборке необходимо установить на небольшие радиаторы, я этого делать не стал т.к. плата нужна лишь для демонстрации. Так же не рекомендую включать устройство без запаянного электролитического конденсатора, может получится ситуация когда через ключи потечет сквозной ток.

Номиналы времязадающей цепи с помощью подстроечного резистора позволяют микросхеме работать в диапазоне частот примерно от 7 до 146kHz. В процессе настройки включать высоковольтный генератор желательно через амперметр для контроля тока, при этом желательно что бы блок питания выдавал не менее 3-х ампер при 12 вольт.

Подстроечным резистором можно пройтись по всему диапазону частот для нахождения резонансных участков, при этом для получения 20 киловольт искровой разряд не должен превышать буквально 1.5 см, а ток потребления при этом должен быть около 0.6-0.8А.

Если добиться таких результатов не удается то есть два варианта. Первый из них «поиграть витками», увеличивая или уменьшая их количество, второй – заменить резонансный конденсатор с 470 на 330 или 220 нанофарад. У меня все заработало сразу после сборки, но как говориться – если вдруг.

Перед намоткой первичной обмотки на ТДКС феррит следует изолировать изолентой или скотчем, мотать следует эмальпроводом 0.6-0.8мм, или (что лучше) сразу двумя-тремя проводами 0.6 параллельно. Провода от трансформатора до платы желательно не более 10 сантиметров.

Не следует забывать что во вторичной обмотке ТДКС как правило находится диод, поэтому умножитель напряжения к нему не подключишь.

Для использования в электростатической коптильне параллельно выходам необходимо поставить конденсатор

30kV 470pf – 2.2n и выходной токоограничительный резистор.

Простой высоковольтный преобразователь своими руками из трех деталей » трансформатор, транзистор, резистор.

Тема: как сделать, спаять схему для получения высокого напряжения самому.

Тема о различных устройствах, повышающих напряжение до величин свыше 1000 вольт весьма популярна. Эти высоковольтные преобразователи можно использовать для таких целей как электрические зажигалки, ионизаторы воздуха, источники питания для газоразрядных ламп, электрошокеры, различные светящиеся шары (внутри которых играют молнии) и т.д. И вовсе нет особой необходимости в том, чтобы собирать преобразователь высокого напряжения по какой-то сложной схеме. Допустим я сделал очень простой вариант такого устройства, которое содержало в себе всего три детали: трансформатор с ферритовым Ш-образным сердечником, полевой транзистор и резистор.

В этой схеме простого высоковольтного преобразователя, что был собран своими руками, основные силы уходят на намотку повышающего трансформатора. Сам трансформатор был снят с платы обычного компьютерного блока питания. Также такие трансформаторы можно найти в различной современной технике, где имеются блоки питания с высокочастотными преобразователям. Либо его можно просто купить на радиорынке, цена относительно низкая.

Магнитопровод такого высокочастотного трансформатора должен быть из феррита (подойдет любая марка). У меня нормально работал этот преобразователь на трансформаторе Ш-образной формы (должна подойти и П-образная форма), в то время как на круглом сердечнике схема не запускалась. Размеры трансформатора в большей степени зависят от того провода, что будет намотан на магнитопровод (диаметра, количества витков, изоляционных слоев между обмотками). Допустим свой первый трансформатор я намотал до полного его заполнения, а в итоге оказалось, что было недостаточным количество витков во вторичной обмотке. Пришлось брать трансформатор чуть больших размеров. Что касается мощности таких высокочастотных трансформаторов, то ее скорее можно назвать резиновой. То есть, электрическая мощность, которую можно получить из подобного транса, напрямую зависит от рабочей частоты тока, что подается на входные обмотки. Повышая только лишь частоту тока, оставляя размеры трансформатора прежними, можно увеличивать его общую мощность.

Если вы сняли с устройства, достали где-нибудь подходящий трансформатор с ферритовым сердечником то его нужно будет перемотать. Обычно магнитопровод этих трансов между собой склеен. Банальные попытки просто соединить сердечник путем механического воздействия (отковыривать ножом, отверткой и т.д.) в большинстве случаев приводят к раскалыванию феррита. Правильнее будет сначала имеющийся трансформатор опустить на полминуты в кипящую воду. После этого сцепление клея ослабевает и части ферритового сердечника легко отсоединяются друг от друга без повреждений.

Теперь что касается самой перемотки трансформатора под наш самодельный высоковольтный преобразователь. Итак, первичная обмотка содержит 8 витков с отводом от середины (диаметр провода около 0.8-1,5 мм). Ее проще наматывать шиной из нескольких проводов, допустим берем 6 проводов диаметром по 0.4 миллиметров каждый. Все эти провода аккуратно и равномерно наматываем на каркас трансформатора. Мотаем 4 витка. Далее выходящие концы этих проводов разделяем по 3 штуки, спаивая их между собой. В общем получается что мы имеем первичку, состоящую из двух проводов, каждый из которых имеет 4 витка, а каждый провод состоит из трех жил, соединенных параллельно между собой. Начало одной (любой) первичной обмотки соединяем с концом другой первичной обмотки. Это соединение и будет отводом от середины, образуя среднюю точку.

Для изоляционного отделения обмоток можно использовать ленту обычного скотча. Намотали первичную обмотку, нанесли изоляционный слой в несколько витков. Поверх первичной начинаем мотать вторичную, повышающую обмотку высоковольтного трансформатора. Также отделяем слоем скотча. К примеру, один слой вторичной обмотки содержит у меня по 200 витков, после чего изолирую одним витком скотча. Далее мотаю следующий слой в 200 витков. Всего вторичная обмотка должна содержать около 1600 витков провода 0,1 мм. Это получается 8 слоев по 200 витков каждый. Следим, чтобы витки различных слоев были отдалены друг от друга на некоторое расстояние (примерно 0.4 мм), что уменьшает вероятность электрического пробоя.

После завершения намотки вставляем в каркас части ферритового сердечника. Для их фиксации достаточно обмотать несколькими витками ленты скотча. Вот и все, наш высоковольтный трансформатор готов. Теперь осталось к нему припаять полевой транзистор и резистор. Подсоединяем питание. В моем случае высоковольтный преобразователь хорошо начинал работать от напряжения 5 вольт. Просто сам полевой транзистор, который я поставил, имеет пороговое напряжение 2-4 вольта. Путем подбора полевых транзисторов (имеющих другие пороговые напряжения) можно уменьшить величину питающего напряжения, к примеру, запитать схему от обычного литиевого аккумулятора, получив в итоге компактную электрическую зажигалку для газа.

Пробуем сделать преобразователь напряжения самостоятельно

Первой и основной целью моей работы было сделать повышающий преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт. То есть, усложнять себе задачу я не собирался, поэтому предлагаемый мной вариант сборки имеет одно неоспоримое достоинство: он крайне прост.

Рис.1: Импульсный преобразователь напряжения.

Прибор строится по двухтактной схеме. Для воплощения данной схемы мне понадобилось только два полевых транзистора без задающих генераторов. По этой причине, даже при отсутствии соответствующего опыта, вам не составит труда собрать преобразователь напряжения своими руками.

К тому же, все необходимые для этого элементы всегда есть под рукой у любого радиолюбителя. Если говорить о выходной частоте, предлагаемого мной устройства, то она, к сожалению, является переменной. Но это очень просто можно поправить, если на выходе установить диодный выпрямитель и конденсатор, с расчётной ёмкостью на 100 мкФ при напряжении 400 Вольт. Хотя, если ёмкость будет слегка меньше, никакими проблемами это вам не грозит.

Тот преобразователь напряжения, который собирал я, можно, пожалуй, отнести к категории резонансных, поскольку рабочая частота зависит от колебательного (LC) контура. А в качестве катушки используется первичная обмотка трансформатора, параллельно которой установлен конденсатор небольшой ёмкости на 2,2 мкФ (400 Вольт). Но в любом случае, даже при самом плохом стечении обстоятельств вы сможете настроить ваш прибор на необходимую частоту экспериментальным путём. Кроме того, частоту преобразователя напряжения можно отрегулировать затворными ограничительными резисторами.

В качестве силовых ключей использовал довольно мощные канальные полевые транзисторы высоковольтного типа (примерно 200 Вольт). Но вы, в случае со своим собственным устройством, вполне можете заменить их на низковольтные.

Не забывайте, что мощность конечно же, в первую очередь определяется трансформатором и полевыми транзисторами. Точно могу сказать, что по выполненной мной схеме можно получать до 0,5 кВт выходной мощности. По-моему, неплохо, если собираешь простенький преобразователь напряжения своими руками.

На самом деле, я при сборке данной схемы был далеко не оригинален, подобные преобразователи и схемы к ним встречаются везде и их трудно не заметить, и не опробовать.

К самой плате генератора помимо транзистора подсоединяются также стабилитроны , которые стабилизируют затворное напряжение. Для этой цели подходят элементы мощностью 0,5 ватт, 1 ватт, 1,3 ватт. Они не имеют склонности перегреваться, хотя конечно будет лучше, если вы возьмёте более мощные экземпляры. Напряжение стабилизации у стабилитрона должно быт от 10 вольт до 15 вольт. Сам я воспользовался стабилитронами на 15 вольт.

Конкретные параметры данного элемента нет необходимости учитывать. По сути, и сами эти элементы можно просто изъять из схемы преобразователя напряжения. Конечно, цепь будет работать не так хорошо, как если бы все составляющие были на месте, но всё же функционировать она от этого не перестанет.

Существуют затворные ограничители на 470 Ом, я брал на 390 Ом, и здесь возможны отклонения от 100 до 470 Ом. Также мною были применены диоды ультрабыстрого типа. Подойдут сюда также и просто быстродействующие диоды с током минимум в 1А 9при желании можно использовать и более мощные экземпляры.

Если использовать один общий теплоотвод для транзисторов, обязательно нужно изолировать их специальными слюдяными прокладками и изолирующими шайбами.

Я сделал два раздельных теплоотвода для транзисторов преобразователя напряжения, поэтому они не будут сильно нагреваться даже к тех случаях, когда задействована максимальная мощность. Возможен небольшой перегрев входного дросселя, поэтому его необходимо будет обмотать проводом диаметром до двух миллиметров.

Брал дроссель от компьютерных блоков питания на порошковом железе. Количество витков на дросселе не принципиально, определяется по своему усмотрению (примерно от 7 до 15).

Чтобы получить 220 Вольт, я применил уже готовый трансформатор. Первичная обмотка (когда она делается без отвода) состоит из восьми витков толстого провода (8мм или больше) в 3-4 шины.

Если говорить конкретно про напряжение в 500 вольт, то первичная обмотка содержит 7-8 витков по 10 жил провода на 0,7 мм. Вторичная обмотка составляет всего 48 витков провода с диаметром в 1 мм. Можно мотать и более тонкими проводами, например 2 жилы по 0,5 мм. Возможно, что так вам будет удобнее.

Используемая мной схема хороша тем, что в неё можно включить уже готовые трансформаторы и применять их в уже готовом блоке питания. При этом нет необходимости что-то перематывать. Сетевая обмотка, которая в компьютерном блоке являлась первичной, в вашем устройстве станет уже вторичной.

Пара выводов на 12 Вольт должна быть подключена к силовым выводам транзистора. Проверку на рабочесть я проводил с помощью лампы на 100 Ватт. По результатам этой проверки стало очевидно, что цепь совершенно не перегружена.

Конечно, для использования такого инвертора в реальной жизни потребуется обеспечить выпрямление тока. С этой целью можно применить такие же диоды, как и те, что использовались на плате.

А далее, получившееся устройство можно спокойно использовать для зарядки телевизора, ноутбука, телефона. Но не стоить соединять инверторы к приборам с сетевым трансформатором или электродвигателем, это ни к чему хорошему не приведёт.

Дополнительная информация

Вычисление количества витков первичной и вторичной обмотки

Для расчёта вторичной обмотки при сборке преобразователя напряжения своими руками потребуется:

• Выявить, сколько вольт даёт каждый дополнительный виток (для этого питающее напряжение следует поделить на количество витков первичной обмотки);
• Нужное значение напряжение поделить на показатель виток/вольт, если получившееся число оказалось дробным (и дробная часть при этом не менее половины единицы), то округлить его в сторону большего значения.

Для расчёта первичной обмотки потребуется:

• Вычислить максимальный потребляемый ток первичной обмотки: Pmax/12=Imax, где Pmax – максимально потребляемая мощность;
• Ориентируясь на силу и плотность (ампер на мм2) тока вычислить необходимую площадь или подходящее сечение провода.

Поскольку движение тока происходит не по всему проводу, а только по его поверхности, то скорее всего придётся заменить один толстый провод на несколько тонких. К тому же это позволит снизить степень нагревания.

Трансформатор

Когда уже вычислено необходимое количество витков для первичной обмотки, можно взяться за намотку трансформатора.

Для этого нужно взять все провода холостого хода, скрутить в косичку и начать делать обмотку. То же самое нужно проделать со второй частью первичной обмотки. Принципиально, чтобы распределение витков от обеих обмоток было равномерным. В противном случае может произойти, перегрев трансформатора, особенно в том случае, если мощность будет максимальной или близкой к таковой, а уровень напряжения вторичной обмотки будет проседать всё с большей силой.

Дроссель

Дросселя для преобразователя напряжения наиболее удобно мотать с помощью жёлтых колец, которые можно изъять из компьютерного блока питания. Изначально они изготавливаются на 5-6 витков, но согласно практике, лучше всего, если мотается по 2-3 витка на вольт. К сожалению, из-за подобной модернизации дроссель становится весьма громоздким. Желательно, чтобы используемый для обмотки дросселя провод в сечении был не менее 2 мм, в противном случае вся мощность уйдёт в никуда

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось – это поможет развитию канала