Công nghệ điện áp cao là một hướng đi đặc biệt trong điện tử, có tinh thần, tính thẩm mỹ và tính năng riêng. Hàng nghìn người đam mê trên khắp thế giới đang chế tạo nhiều thiết kế khác nhau, từ bộ nhân đơn giản đến máy phát Van de Graaff khổng lồ và cuộn dây Tesla - theo quy luật, tất cả các thiết bị này không có bất kỳ ứng dụng thực tế nào, giá trị của chúng nằm chính xác ở việc tạo ra những thiết bị cao cấp đầy màu sắc. phóng điện áp.
Phần tử hợp lý nhất có khả năng tạo ra điện áp cao có thể tự tin được gọi là máy biến áp đường dây - phần tử này có mặt trong bất kỳ TV CRT nào; hiện tại, giá của những máy biến áp như vậy đang trở nên rất thấp, do TV CRT đang dần trở thành một thứ phổ biến. quá khứ. Có thể phân biệt hai loại máy biến áp như vậy - TDKS, với bộ nhân tích hợp và TVS - máy biến áp "trần", có thể kết nối riêng bộ nhân.Trong cả hai trường hợp, để làm cho một máy biến áp như vậy tạo ra điện áp cao, cần có một mạch đặc biệt để “bơm” cuộn dây sơ cấp của nó với điện áp tần số cao; tần số này có thể thay đổi trong khoảng 1-100 kHz. Có khá nhiều mạch tương tự trên Internet, thường là các mạch một đầu đơn giản chỉ sử dụng một bóng bán dẫn mạnh, đóng và mở mạch cuộn sơ cấp của máy biến áp đường dây với tần số yêu cầu - những mạch như vậy, mặc dù đơn giản, có hiệu suất khá thấp (bóng bán dẫn rất nóng) và công suất thấp, do đó, không cho phép bộc lộ toàn bộ tiềm năng của máy biến áp và loại bỏ công suất tối đa có thể khỏi nó - cũng như chiều dài, cường độ và độ sáng của phóng điện trực tiếp phụ thuộc vào sức mạnh.
Cơ chế
Mạch được trình bày trong bài viết này là một bộ chuyển đổi nửa cầu cổ điển dựa trên vi mạch IR2153; nó có thể phát ra khá nhiều công suất trong tải - lên tới 500 watt khi sử dụng các bóng bán dẫn thích hợp ở đầu ra và với những sửa đổi nhỏ thậm chí là một vài kilowatt. Đồng thời, bản thân mạch trông rất đơn giản để lắp ráp, không chứa bất kỳ phần tử đắt tiền nào và có độ lặp lại cao.
Tải của mạch là điện cảm L1 - trong trường hợp của chúng ta nó là cuộn sơ cấp của máy biến áp đường dây. Nhưng cũng dựa trên mạch này, có thể lắp ráp nhiều thiết bị khác yêu cầu điện áp tần số cao và biên độ lớn, chẳng hạn như lò sưởi cảm ứng. Để rõ ràng, hình ảnh bên dưới hiển thị dạng tín hiệu ở đầu ra của mạch không có tải kết nối - các xung hình chữ nhật gần như lý tưởng.
Một chút về chi tiết và hoạt động của bộ chuyển đổi
Vi mạch IR2153 hoạt động như một bộ tạo xung hình chữ nhật kéo đẩy - nó là loại kéo đẩy vì có hai đầu ra (chân 5 và 7) và vi mạch điều khiển đồng thời hai bóng bán dẫn hiệu ứng trường, nhánh trên và nhánh dưới. Vi mạch này không bị thiếu hụt, một số bộ nguồn mạng và các thiết bị chuyển mạch khác được xây dựng trên cơ sở của nó, giá của nó trong các cửa hàng linh kiện vô tuyến thường không vượt quá 100 rúp. Vi mạch này tiện lợi ở chỗ nó đã chứa một diode zener bên trong, cho phép vi mạch được cấp nguồn từ cùng điện áp với tải - điện áp này để nửa cầu hoạt động hiệu quả phải là 100-300 volt, do đó, cần thêm một điện áp nữa. nguồn điện áp thấp không cần thiết để cấp nguồn cho phần logic của mạch. Điện trở giới hạn dòng điện qua diode zener của vi mạch là R1 - giá trị của nó được đánh dấu bằng dấu hoa thị trong sơ đồ. Điện trở của điện trở này sẽ phụ thuộc vào điện áp nguồn của toàn bộ mạch - điện áp nguồn càng cao thì giá trị điện trở sẽ càng cao; bạn có thể tính giá trị chính xác cho bất kỳ điện áp nguồn nào bằng cách sử dụng máy tính để tính điện trở diode zener . Đánh giá được chỉ ra trong sơ đồ phù hợp với điện áp cung cấp 250 volt. Cũng cần lưu ý rằng một phần công suất sẽ bị tiêu tán trên điện trở này, vì vậy cần phải sử dụng song song một điện trở 1-3 watt hoặc nhiều điện trở công suất thấp, như thực hiện trên bảng mạch in. Tụ điện C2 dùng để lọc điện áp cung cấp của vi mạch, giá trị của nó có thể từ 100 đến 220 μF, điện áp ít nhất là 25 volt.Tụ điện C1 là nguồn điện cao áp, bạn không nên tiết kiệm công suất của nó, vì công suất ở tải sẽ phụ thuộc vào nó - nếu công suất quá nhỏ có thể xảy ra hiện tượng sụt điện và công suất sẽ giảm. Giá trị tối ưu sẽ là 470-680 uF;lưu ý rằng tụ điện này phải được thiết kế cho điện áp cung cấp cao + một số biên.
Chuỗi các phần tử R2-C3 thiết lập tần số, vì vậy điều quan trọng là sử dụng tụ điện tần số cao chất lượng cao ở đây; tụ điện màng thông thường sẽ làm được. Điện dung của tụ điện càng lớn thì tần số hoạt động của mạch càng thấp, ở mức định mức được chỉ định, nó xấp xỉ bằng 80 kHz. Bạn có thể lắp ráp một mạch có tần số cố định, nhưng có thể đạt được kết quả tốt nhất nếu bạn có thể điều chỉnh tần số, vì vậy thay vì sử dụng điện trở không đổi, tôi khuyên bạn nên lắp một bộ điều chỉnh 20 kOhm; phạm vi điều chỉnh tần số cũng có thể được chọn bằng điện dung của tụ điện. Tụ điện C4 - nên sử dụng tụ điện tantalum không phân cực có công suất 20-30 µF, nhưng tụ điện thông thường sẽ làm được. Điện trở R3, R4 dùng để hạn chế dòng điện trong cổng của bóng bán dẫn, phù hợp với 10-30 Ohms.
Cần đặc biệt chú ý đến việc lựa chọn bóng bán dẫn điện, vì chúng sẽ chuyển tải và cả hiệu suất của mạch cũng như độ tin cậy của nó sẽ phụ thuộc vào chúng. Tùy chọn rẻ nhất nhưng không mạnh nhất là IRF630 - chúng phù hợp để hoạt động ở điện áp không quá 150 volt với nguồn điện không quá lớn, tôi sử dụng chúng.Ở đây bạn có thể sử dụng hầu hết mọi bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh mẽ, khi lựa chọn, bạn nên tính đến điện áp hoạt động tối đa, dòng điện và điện trở kênh mở của chúng. Các tùy chọn phù hợp cũng sẽ là IRF740, IRF840, IRFP450, IRFP460, hai tùy chọn cuối cùng đắt hơn nhưng sẽ cho phép bạn hoạt động ở công suất cao hơn, lên tới 500 watt. Tụ điện C5 và C6 tạo thành một bộ chia điện áp, cần thiết cho hoạt động của bộ chuyển đổi nửa cầu; tụ điện màng có công suất 1-2 μF có thể được sử dụng ở đây; điện áp hoạt động của chúng cũng phải được thiết kế cho điện áp cung cấp + một số dự trữ. VD1 là một diode, ở đây bạn cần sử dụng không phải điốt thông thường mà là những điốt cực nhanh, ví dụ như UF4007 và những điốt tương tự.
Cụm chuyển đổi
Toàn bộ mạch được lắp ráp trên một bảng mạch in, được gắn vào sản phẩm. Xin lưu ý rằng mạch điện là "thất thường" về mặt nối dây, phiên bản này của bo mạch đã được thử nghiệm, không phát hiện thấy hiện vật nào trong quá trình làm việc trên đó. Bảng được chế tạo bằng phương pháp LUT tiêu chuẩn, ảnh chụp quá trình chế tạo bảng và dán kín các bộ phận bên dưới.
Đôi lời về cuộn dây sơ cấp - nó phải được quấn trên lõi ferit của máy biến áp, vì cuộn dây sơ cấp tiêu chuẩn không được thiết kế cho công suất cao. Việc quấn dây không mất nhiều thời gian, chỉ cần 30-40 vòng dây đồng tráng men là đủ, tiết diện không được quá nhỏ nếu không sẽ xảy ra tổn hao. Cuộn dây thu được phải được kết nối với bảng bằng dây và chiều dài của chúng không được quá dài.
Như bạn có thể đoán, điện áp cao được loại bỏ khỏi cực “nóng” của máy biến áp, thường có thể được xác định bằng lớp cách điện dày.Tiếp điểm âm trên TDKS nằm ở phần dưới của vỏ cùng với tất cả các thiết bị đầu cuối khác; rất dễ tìm thấy - chỉ cần nhìn vào tiếp điểm nào mà hồ quang sẽ sáng khi tiếp cận thiết bị đầu cuối “nóng”. Xin lưu ý rằng phần dưới của TDKS trong ảnh có màu đen - chúng được hình thành khi TDKS đang làm việc với mạch nửa cầu này, do máy biến áp được sử dụng gần như đến giới hạn khả năng của nó, đôi khi xảy ra sự cố giữa các thiết bị đầu cuối khác nhau của nó. . Để tránh chúng, bạn nên lấp đầy tất cả các cực bằng hợp chất điện môi và chỉ mang dây âm cần thiết ra bằng một dây riêng.
Toàn bộ công trình phải được cấp điện từ nguồn có công suất phù hợp, thuận tiện nếu có thể điều chỉnh được điện áp nguồn. Trong trường hợp của tôi, nguồn điện là máy biến áp cũ của TV ống TS-160 của họ, để chỉnh lưu, một cầu diode với các tụ điện trên một bảng nhỏ được kết nối riêng, có thể thấy trong ảnh.
Ngay cả các bóng bán dẫn “công suất thấp” như IRF630 trong mạch này cũng không quá nóng, sau vài phút hoạt động liên tục, chúng chỉ ấm trên các bộ tản nhiệt nhỏ. Mặc dù tản nhiệt nhỏ, đặc biệt là khi sử dụng, chẳng hạn như IRFP450-560, các bộ tản nhiệt nhỏ như trong ảnh để đảm bảo độ tin cậy sẽ không thừa. Phối cảnh tổng thể của thiết kế:
Những bức ảnh kết luận - mô tả các vòng cung điện áp cao, cũng như video. Điện áp đánh thủng của không khí là khoảng 3 cm. Như có thể thấy trong video, nếu các điện cực cao áp được đặt cách nhau một khoảng nhất định, hồ quang sẽ không cháy và máy biến áp hoạt động không tải, đồng thời phóng điện màu tím cũng xuất hiện từ cực “nóng” của nó. như từ chính vỏ máy - khi chúng xuất hiện, nên cách ly tất cả những nơi có thể xảy ra sự cố bằng hợp chất điện môi.Xin lưu ý rằng TDKS không chỉ có điện áp cao mà còn có đủ năng lượng để gây thương tích về điện nếu bạn dùng tay chạm vào các cực điện áp cao. Thậm chí không cần chạm để tạo ra hồ quang do khoảng cách đánh thủng khá lớn. Cũng nên nhớ rằng sau khi tắt mạch, điện áp cao ở đầu ra TDKS vẫn còn, do bên trong có tụ điện nên sau khi tắt các cực cao áp phải nối với nhau để phóng điện cho tụ điện này. Chúc tòa nhà vui vẻ!
