. : Делаем простой блок питания на много киловольт : .

Что нужно сделать, чтобы собрать блок питания для лазера?

• Найти (или разработать) схему,
• Достать микросхему (555, TL494 и им подобные)
• добыть MOSFET'ы или IGBT'шки
• развести плату, протравить, просверлить, спаять.
• наладить, да еще в процессе наладки спалить комплект дорогущих MOSFET'ов да пару раз "вышибить пробки"...

Чем больше над этим думаешь, тем меньше хочется делать блок питания и остаются одни фантазии на тему "а вот хорошо бы...". Да "бы" мешает.
Описываемая в этом гайде конструкция в этом смысле является почти идеалом скотчевых технологий - взял готовое это, взял готовое то, соединил и получил нечто новое. Ну, может, слегка доработал напильником (в данном случае - паяльником).

1. РЕСУРСЫ.

Для сборки нам потребуется.

1. электронный трансформатор для питания низковольтных галогенных ламп.
2. Катушка зажигания.
3. Галогенная лампа на 500 Ватт 220 вольт
4. Галогенная лампа на 30 Ватт 12 вольт
5. Монтажный провод.
6. Вилка сети 220 В.
7. Кусок пластика - плата для размещения всего этого добра.
8. Паяльник, припой, изолента, ножик, ножницы, отвертка (обычно крестовая) и прочий бытовой инстрментарий.

1. набор высоковольтных быстродействующих диодов.
2. высоковольтный конденсатор (или пара, если в схеме удвоения)

Электронный трансформатор следует выбирать из потребностей (номинальная мощность) и возможностей. Tashibra, например дешева, но в ней детали на плате зачастую неприпаянные воткнуты. Розовый Feron - фетишно, качественно, но дорого. Номинальную мощность электронного трансформатора в любом случае меньше 150 Вт выбирать не рекомендую - вторичная обмотка будет содержать слишком много витков - может стать лень мотать.
Для примера возьмем Feron 250W:

Да и вот еще что, чтобы гайд не превратился в электронную поэму, навроде
Электронный трансформатор, трансформатор, трансформатор,
Трансформатор электронный, трансформатор, трансформатор,
Трансформатор, трансформатор, трансформатор электронный,
давайте сразу договоримся называть это изделие ЭТ-модулем, или просто ЭТ.

Катушку зажигания следут выбирать с замкнутым (Ш-образным) сердечником. Лучше - "двурогую". Например модели 405.3705-03 "для автомобилей "ГАЗ", "ГАЗель", "Волга" и т.п. Двурогие катушки устойчиво держат бОльшие напряжения. Хотя для многих вещей, не требующих слишеком большого напряжения, подойдет и "однорогая" катушка с замкнутым сердечником.

Галогенная лампа 220 Вольт 500 Вт - любого типа. Используется в качестве предохранительного балластного сопротивления. Если что пойдет не так, она просто засветится и предохранит от пробоя... горящими кусками конденсатора или катушки зажигания Вашу голову. От резистора лампа выгодно отличается тем, что в холодном состоянии почти не вносит потерь, а засветившись может выдержать почти неограниченную мощность (представьте себе габариты пятисотваттного резистора).

Галогенка на 30 Вт нужна для запуска блока питания. Дело в том, что схема электронного трансформатора рассчитана так, что без нагрузки он выключается и не работает. Есть конечно варианты с доработкой схемы, так чтобы трансформатор постоянно работал, но мы рассматриваем вариант для ленивых. А что может быть проще лампочки я уж не знаю. Не забудьте, что лампочка нужна на 12 вольт а не на 220!

Монтажный провод потребуется для обмотки и для соединений. Выбирайте с сечением не менее 0.3 кв.мм. и в хорошей изоляции. МГТФ - неплохой выбор, но и другие провода, как выясняется, можно использовать.

Диоды подойдут любые, способные работать на частоте 20-60 кГц и из которых можно набрать столбы, выдерживающие выходное напряжение блока питания. Например КЦ-106Г, R3000(Надо набирать в столбы), HER108(Надо набирать в столбы) и т.п.
<

В особо запущенных случаях можно устроить выпрямитель даже не имея диодов, на разрядниках типа "острие-плоскость" (пример можно найти тут), но это громоздко и ненадежно.

конденсаторы выпрямителя могут быть марок К73-13, К73-14, К15-4, а могут быть и самодельные (гайд по самодельным конденсаторам ищите на этом же сайте, хотя в данном случае они совершенно не обязаны быть малоиндуктивными.)

2. СБОРКА.

Есть два варианта. Для начинающих. И для тех, кто уже сжег ЭТ-модуль. В первом случае ЭТ придется вскрывать. Во втором случае у Вас уже имеется тороидальный трансформатор, выколупанный из дохлого ЭТ и все можно сделать снаружи, не залезая под крышку еще пока живого ЭТ и не портя его внешний вид.

Рассмотрим пока первый случай.

1. Вскрываем ЭТ-модуль. В зависимости от его марки может различаться то, что Вы там увидите. Внутренности Feron'а на фото ниже:
   
   
   Но вне зависимости от марки Вы найдете там большой кольцевой магнитопровод, на котором намотаны обмотки (обведено линией на фото). Это и есть тороидальный трансформатор. Его следует выпаять и доработать. При выпайке ОБЯЗАТЕЛЬНО ЗАПОМНИТЕ, а лучше - зарисуйте, К КАКИМ МЕСТАМ НА ПЛАТЕ КАКИЕ ВЫВОДЫ ТОРОИДАЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА БЫЛИ ПОДКЛЮЧЕНЫ. Трансформатор ЭТ-модуля обычно содержит две обмотки. Первичную (намотана сравнительно тонким проводом и содержит 70-150 витков) и вторичную (намотана либо очень толстым проводом, либо несколькими проводами впараллель, содержит обычно 4-6 витков). Вторичная обмотка нам в дальнейшем не потребуется и ее надо будет размотать и снять.
2. Выпаиваем тороидальный трансформатор.
   Возникнут трудности с отпайкой толстенных выводов вторичной обмотки. Используйте паяльник на 100 Ватт или горелку. Старайтесь не повредить печатную плату. На фото ниже - плата ЭТ модуля с отпаянным трансформатором и сам трансформатор.
   
3. Удаляем вторичную обмотку (не забыв записать количество витков, которые в ней были.
   
4. Вместо старой вторичной обмотки наматываем новую, с количеством витков в 2..3 раза большим, чем было в старой вторичной обмотке (в нашем случае было 4 витка, мотаем 10 витков. По возможности оставляем достаточно длинные концы, для того чтобы можно было домотать пару витков при настройке.
5. Добавляем еще одну (третичную) обмотку, количество витков в которой вдвое МЕНЬШЕ чем в старой вторичной обмотке ( в нашем случае было 4 витка - мотаем два витка)
   В итоге трансформатор выглядит так:
   
6. Впаиваем трансформатор обратно на плату ЭТ-модуля. (Выводы первичной обмотки впаиваем в те же отверстия, из которых они были выпаяны.) К выводам третичной обмотки (той в которой всего два витка) припаиваем двенадцативольтовую лампочку. А к выводам вторичной обмотки подключаем катушку зажигания.
   
   

Таким образом оказывается собранной схема, показанная на рисунке ниже.

На выходах катушки зажигания схема выдает 15..20 кВ переменного сравнительно высокочастотного напряжения (20..60 кГц). Если Вам нужен переменный ток и устраивает частота, то все, что осталось сделать - это подобрать требуемое выходное напряжение.

К выходу катушки зажигания подключите киловольтметр, способный измерять переменное высокое напряжение (например - электростатический). Если такового нет (а его скорее всего у Вас нет) - подключите к выходу катушки зажигания искровой зазор с шариковыми электродами. Напряжение пробоя в атмосферном воздухе при атмосферном давлении между шаровыми электродами составляет ~20 кВ/см.
Выставьте зазор между шариками, соответствующий нужному для Вас напряжению и подбирая количество витков во вторичной обмотке тороидального трансформатора (на выход которого вешается катушка зажигания) установите нужное напряжение.
Следите одновременно за накалом балластной (длинной) галогенки. Если не светится или светится тускло - все в порядке. Если начинает светиться ярко - значит катушка зажигания (и ЭТ-модуль вместе с ней) перегружены и дольше чем на несколько секунд схему включать нельзя.
Измерение напряжения по искровому зазору дает адекватные результаты, только в отсутствии нтенсивной предионизации, которая запросто может и быть, если у Вас коронируют провода. В противном случае даже при сравнительно низком напряжении катушка способна выдавать те еще фейрверки.

Чтобы провода не коронировали, удобно (но необязательно) пользоваться автомобильными проводами от системы зажигания или телевизионным кабелем, который тоже неплох в качестве высоковольтной шины.

Положим, что в процессе подбора напряжения питания Вы-таки добили ЭТ-модуль. Пора заняться следующим. Но теперь у Вас есть свободный тороидальный трансформатор и больше необязательно лезть в схему ЭТ.

1. Снимите обмотки с тороидального трансформатора. Нам потребуется лишь его сердечник.
   
2. Намотайте на сердечник монтажным проводом три обмотки:
   обмотка I - должна содержать столько же витков, сколько было в выходной обмотке тороидального трансформатора ЭТ модуля до его перемотки (в нашем случае - 4 витка). Можно намотать на пару витков больше. Работать от этого схема станет получше.
   Пусть количество витков в обмотке I равно N. тогда обмотка II должна содержать вдвое-втрое больше витков (2*N..3*N), а обмотка III - вдвое меньше виктов (N/2)
   
   На фото показн трансформатор, подкодящий для рассматриваемого Feron'а, его обмотки содержат 6, 14 и 3 витка соответственно.
   
3. Остается подключить полученный тороид обмоткой I на выход ЭТ-модуля, обмоткой II - на вход катушки зажигания, а к обмотке III подключить 12-вольтовую лампочку.
   НЕ ЗАБУДЬТЕ подключить балластную галогенку по питанию ЭТ-модуля!
   Получится следующая схема:
   
4. дальше поступаем, как и в случае с доработкой самого ЭТ-модуля:
   по требуемому выходному напряжению подбираем количество витков в обмотке II.
   
   (Мои извинения за долгое отсутствие фоток по внешней модификации электронного трансформатора, но похоже им всем очень хотелось жить и прошло довольно долгое время, пока один из них поджарился и высвободил тороид для гайда.)

3. ЕСЛИ TРЕБУЕТСЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬ.

К выходу катушки зажигания можно подключить выпрямитель, собранный по любой из классических схем. Следует помнить, что ЭТ-модуль дает симметричный сигнал. В частности это означает, что диоды в выпрямителе должны выдерживать двойное выходное напряжение (должны выдерживать обратную полуволну питающего напряжения, когда сглаживающий конденсатор выпрямителя уже заряжен). С другой стороны удвоители и умножители напряжения честно удваивают и умножают напряжение в количество раз, равное количеству диодов (ступеней умножителя), что выгодно отличается от ситуации, когда умножитель используется на выходе блокинг-генератора или обратноходового преобразователя.
Примеры схем выпрямителей показаны на схемах ниже.

На схемах указано амплитудное переменное напряжение (его вы и измеряете по длине искры), поэтому выходное постоянное напряжение не надо умножать на "корень из двух", как было бы в случае действующего напряжения.
Если Вы используете слабые диоды, током до 100 мА (напр. КЦ106Г), и нагружаете схему на разрядник (схема должна быть устойчива к короткому замыканию), добавьте последовательно с диодами сопротивление порядка мегаома, длиной не менее 3 см (если одного такого сопротивления нет и Вы заменяете его гирляндой резисторов, общая длина РЕЗИСТИВНОГО СЛОЯ а не габаритная длина резисторов, должна быть не менее 3 см.) Диоды на большой ток (HER'ы, R3000, R5000, HVR и т.п.) достаточно стабильны к короткому замыканию в этой схеме - первой выходит из строя катушка зажигания.

Используемые диоды должны уметь работать на частотах в десятки килогерц.
Если в описании диода стоит приписка 'fast' или 'ultrafast' - все в порядке. Наши отечественные выпрямительные столбы Д1006...Д1009 заточены на 50 Гц и непригодны для использования в описываемой схеме. КЦ106 - работают спокойно.

Собирая (сравнительно) низковольтные диоды в столб ставьте на 30..40% больше диодов, чем нужно (чем N=2Uout/Urev, где N - теоретически требуемое количество диодов, Uout - выпрямленное напряжение, Urev - допустимое обратное напряжение диода по справочнику). Такой запас позволит не заморачиваться с балансировкой диодов резисторами. Столбы получатся проще и компактнее. Собственно, все промышленные выпрямительные столбы так и устроены, никаких резисторов там внутри нет.

Однорогие катушки довольно стабильно держат выходное напряжение до 15 кВ. Двурогие - до 35 кВ, что в схеме удвоения может позволить получить до 70 кВ. (Перед тем как делать это, трижды подумайте, надо ли Вам оно. При напряжениях выше 45 кв сильно растет длина пробоев и Вы можете с таким напряжением попросту не справиться.)

4. ИЗМЕРЕНИЯ.

Проще всего измерять выходное напряжение по длине искры. В учебниках по высоковольтной технике и на соответствующих сайтах в интернете есть таблицы, позволяющие по диаметру шаров и расстоянию между ними вычислить напряжение пробоя в воздухе. Точность метода невысока (на уровне ~20%) но для практики хватает.
Да, у меня есть гигаомный резистор и микроамперметр. Причем гигаомник набран из длинных 100-мегаомных резюков и еще залит в основательный эпоксидный блок. Но насмотревшись на корону, горящую прямо на стрелке микроамперметра, я уже неособо доверяю его показаниям. КИЛОВОЛЬТМЕТР ДОЛЖЕН БЫТЬ БОЛЬШИМ, иначе он не работает. Утечки по поверхности тоже сводят ценность измерений к нулю. Залапанный пальцами балластный резистор пропускает по поверхности больше, чем через себя.

5. ВАРИАЦИИ НА ТЕМУ.

1. Сложение мощности. Если Вы используете схему с выпрямлением и Вам двухсот ватт мало (хотя для долговременной стабильной работы нагружать ЭТ-модуль более чем на 60% его рекламной мощности не стоит) можно сложить несколько блоков питания на одну нагрузку, как показано на схеме ниже.
   
   Пытаться вкачать несколько ЭТ-модулей в одну катушку зажигания тоже не стоит - ей и так несладко приходится, греется бедняга. А вложив в одну катушку зажигания ватт 400..600 Вы рискуете ее попросту сжечь.
2. Сложение мощности по переменному току не так тривиально. ЭТ-модули, скорее всего будут генерировать вразнобой и скорее поглощать мощность друг-друга, чем добавлять. Для нормальной работы схемы сложения по переменному току требуется т.наз. "фазирование" ЭТ-модулей.
   Впрочем довольно интересные результаты дает схема последовательного
   включения на общую нагрузку:
   
   
   
   Через общий ток в нагрузке оба ЭТ-модуля оказываются связанными и, в некотором диапазоне нагрузок фазируются самостоятельно. Максимальное напряжение в любом случае (в случае фазированных - на пике колебаний, а в случае нефазированных - на пике биений) достигает суммы выходных напряжений блоков.
   Для электропрочности схемы соединять вместе нужно те концы (вторичных) обмоток зажигания, изоляция которых слабее (часть обмоток ближайшая к сердечнику). Однорогие катушки соединяются ердечниками. В случае с двурогими надо внимательно смотреть на конструкцию катушки (да и то можно ошибиться).

6. БЕЗОПАСНОСТЬ.

Это опасно. Как и все, связанное с током из розетки. Девиз должен быть:
"Сначала думай, а потом делай!" а не наоборот.

7. ВНИМАНИЕ

В последнее время в продаже стали попадаться электронные трансформаторы с выпрямителем на выходе! Для подключения катушки зажигания по схеме с внешним трансформатором они абсолютно не пригодны. Выглядят они, например, так:

В правой части фото - то что было фероном в ранних модификациях электронного трансформатора. Левая (на фото) часть схемы - синхронный выпрямитель. Девайс все еще пригоден для использования с катушкой зажигания по алгоритму с выпайкой тороидального трансформатора. Выпаяв тороидальный трансформатор и перемотав его вторичку не впаивайте ее концы обратно в плату (как это было удобно со старыми феронами). Выводите провода за пределы корпуса и используйте.

<< ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА