Высоковольтный блок питания из доступных компонентов. Высоковольтный блок питания своими руками В каких приборах есть высоковольтный модуль

Изготовление самоделок такого рода требует особых умений и знаний. Если это ваша первая самоделка , подобного вида, следует обратиться за помощью к специалисту (для собственной безопасности).

Статья лишь демонстрирует процесс изготовление блока питания. Автор статьи не несет ответственности за любой ущерб или травмы, вызванные использованием данной информации.

Шаг 1: Вступление

Этот блок питания был разработан для подачи постоянного напряжения величиной около 50 кВ. Он легко может быть преобразован в регулируемой БП, путем подсоединения реостата (в случае использования трансформатора) или добавления дополнительных схем для регулирования мощности.

Общая стоимость около 15 €, так как большинство частей (трансформатор, мостовой выпрямитель, радиатор, переключатели, кабели …) были взяты из старой техники, единственные части, которые были приобретены – это таймер 555, разъемы и конденсаторы.

Шаг 2: Материалы

• Трансформатор+выпрямительный мост+конденсаторы;
• Переключатели и разъемы;
• Термоусадочные трубки;
• Макетная и печатная плата;
• 555 таймер;
• 8 контактное гнездо;
• 7812 (если входящее питание в 555 > чем 14,5В или ниже, чем 35В);
• Малый радиатор для 7812 (при необходимости);
• 2*100 нФ;
• 1*1 мкФ;
• 1*10нФ;
• 1*68 мкФ (или 100 мкФ);
• 2*4148 диода;
• 3*10k;
• (1 МОП) 10R;
• 1*680R;
• 1*470R;
• 1*10k переменный резистор;
• 1*100k переменный резистор;
• 2* ручки для переменных резисторов;
• 1*2N2222 и 2N2907 (или другая NPN-PNP пара);
• 1*Инфракрасный датчик;
• 1*Инфракрасный светодиод;
• 1*BC547(или аналогичный: 2N2222или 2N3904);
• 2* изолирующих разъема высокого напряжение;
• 3* МОП IRF540N, но рекомендую 1*IRFP260;
• Радиатор для транзисторов(и вентилятор, при необходимости);
• Кнопки;
• Трансформатор для строчной развертки от старого телевизора или монитора компьютера;
• Толстый медный кабель(около1 метра);
• Эпоксидный клей.

Шаг 3: Расчеты

Единственный расчет, который необходимо выполнить – расчет значение конденсаторов (в случае, если вы используете трансформатор).

В моем случае использовал 20000 uF. Возможно следует добавить 10000uF или 20000uF, чтобы увидеть эффект на выходе. Пульсация созданная в связи с изменением токов может изменить корректную работу управления, в результате снизится эффективность и уменьшится дуга.

Шаг 4: Изготовляем короб

Каждый блок питания нуждается в надежном ящике, который будет скрывать компоненты цепи. Очевидные материалы для корпуса – это дерево и пластик.

Я выбрал дерево, потому что оно позволит дополнительно заизолировать элементы высокого напряжения.

Примечание : Если вы планируете покрасить корпус, предварительно проверьте краску на предмет проводимости при больших напряжениях.

ВНИМАНИЕ : Несмотря на то, что древесина очень хороший изолятор, она может накапливать влагу. Рекомендую перед изготовлением корпуса высушить древесину в печи, после чего нанести равномерный слой краски.

Шаг 5: Управляющая схема

Соберём небольшую схему на базе 555 таймера с регулируемой частотой и рабочим циклом (от 5-50kHz и 5-50% рабочего цикла), она имеет свой собственный вход 12В, который не зависит от трансформатора.

Три IRF540N соединяем параллельно (можете использовать один IRFP260N). При этой конфигурации они едва нагреваются, даже при полной нагрузке.

Добавим в цепь кнопку с резистором 1k (в этом месте должен быть помещен ИК-датчик). Вы можете доработать схему и удалить транзистор, оставив кнопку и подключенный к 4 выводу 10k резистор, идущий на землю.

Примечание : Для того, чтобы перевести рабочий цикл от 5 до 50% (а не из ~ 5% до 100%), поместим 10k резистор, как показано на рисунке. Этот резистор должен быть размешен в сборке с диодом перед конденсатором. Если вы подключите его в ряд с другим диодом то в конечном итого вы будете регулировать рабочий цикл от 50 до 100%.

Шаг 6: Прокладываем проводку

Убедившись, что схема работает правильно подключим МОП — транзисторы параллельно, (чтобы сделать это соединим все «стоки» и «источники» кабелями «для большой силы тока», добавив 10 Ом на каждый вывод и соединим их вместе.

Закрепим разъем сетевого кабеля и выключателя на короб, подключим их (очень важно использовать термоусадочные трубки для защиты соединений).

ВНИМАНИЕ : Кнопка предпочтительнее переключателя! В случае аварии кнопка отпружинит обратно и разорвет цепь. НИКОГДА не используйте переключатель в качестве разрывателя цепи.

После того, как управляющая схема была собрана, можно приступить к подключению БП.

Шаг 7: Монтаж блока питания

После того, как найдем подходящий источник питания, прикрепим его к схеме. Подключим 12В блок питания вместе с трансформатором к одному выводу выключателя, как показано на картинке. Подключим трансформатор к мостовому выпрямителю, а затем конденсаторы, используя термоусадочную трубку для изоляции соединений цепи.

Подключим питание к «обратному ходу» и МОП-транзисторам, как показано в следующем шаге.

Шаг 8: Подготовка, подключение и изоляция обратного хода

Обвернём около 10 витков толстой проволоки вокруг ядра первичной обмотки. Положительный вывод блока питания подключается к одному из концов этого провода, а другой конец соединяется со «стоком» полевого транзистора. Для соединений можете использовать клеммные колодки. Припаиваем провода и покрываем все контакты эпоксидной смолой.

Этот компактный цилиндрически преобразователь способен выдавать до 400 кВ. Его можно взять за основу шокового устройства для отпугивания собак.. или людей! Также на основе этого модуля возможно создание компактной электронной зажигалки, которые сейчас так популярны. Этот повышающий преобразователь способен пробивать до 20 мм воздуха, что, согласитесь, немало. Потребление тока достаточно велико, может доходить до нескольких ампер – запаситесь мощный источником энергии.

При входном напряжении 3-7,2 В этот модуль выдает 200000 В высокого напряжении с некоторой частотой. Преобразователь может быть использован для демонстрации действия высокого напряжения, генератора негативных ионов и для любых научных экспериментов, как источник высокого напряжения.

При 4,2 В и расстоянии между электродами 3 мм потребляемый ток составил 2,9 А, при этом выходная частота очень высокая. При расстоянии же 23 мм, что немного больше заявленной при U=4,5 В ток вышел 3 А. А вот 25 мм этот step-up преобразователь осилить не смог, только контакты искрили. Естественно прохождение тока сквозь воздух сопровождается громким треском (чем больше расстоянии, тем меньше частота), который мягко говоря взбудораживает.

Рекомендуется использовать для питания две банки литий-ионных аккумуляторов, соединённых последовательно с ёмкостью минимум 2000 mA*h или 5-6 NiMH/NiCd перезаряжаемых батарей. Не смотря на свою внушительную мощность размеры этот повышающий модуль имеет более чем скромные: 24 на 64 мм.

Очень простой преобразователь на 50 кВ, который имеет в своем составе по сути три элемента. Все компоненты доступны и при желании из несложно найти.
Высоковольтный преобразователь может быть использован для различных экспериментов с высоким электричеством, как ионизатор, прибор проверки целостности изоляции и т.п.

Что потребуется:
- Трансформатор строчной развертки от любого телевизоров с кинескопом.
- Полевой транзистор IRFZ44 –
- Резистор 150 Ом (1/2 Вт).

Схема высоковольтного преобразователя

Соберем все на макетной плате без пайки. Я просто покажу работу, а если вам понравиться вы сможете перенести на более надежную плату и запаять все элементы.

Подключение транзистора, если кто не знает.

Обмотку трансформатора нужна намотать нам. Высоковольтная обмотка будет родная. Берем обычный, не совсем тонкий провод и намотаем 14-16 витком. Отвод сделаем по середине обмотки.

Теперь подключаем все к нашей схеме. В самую последнюю очередь подключается питание. Будьте осторожны, так как работаете с высоким напряжением. Не подносите руки к включенному трансформатору.

Сделайте расстояние примерно 1 см, между высоковольтным выходом трансформатора и с выводами другой стороны. И только потом подайте питание. Если искрит, значит генератор возбуждается и все работает нормально.
Если будете эксплуатировать длительное время, желательно установить транзистор на радиатор. А если искра будет маленькая, то можно увеличить напряжение до 10 или до 15 В.

Видео работы

Прежде чем мы перейдём к описанию предлагаемого для сборки источника высокого напряжения, напомним о необходимости соблюдать общие меры безопасности при работе с высокими напряжениями. Хотя это устройство даёт выходной ток чрезвычайно малого уровня, оно может быть опасным и вызовет довольно неприятный и болезненный удар, если случайно каснуться в неположенном месте. С точки зрения безопасности, это один из самых безопасных высоковольтных источников, поскольку выходной ток сравним с током обычных электрошокеров. Высокое напряжение на выходных клеммах - постоянного тока около 10-20 киловольт, и если подключить разрядник, то можно получить дугу 15 мм.

Схема источника высокого напряжения

Напряжение может регулироваться изменением количества ступеней в умножителе, например, если вы хотите, чтобы оно зажгло неоновые лампы - можно использовать одну, если хотите, чтобы работали свечи зажигания - можно использовать две или три, и если нужно более высокое напряжение - можно использовать 4, 5 и более. Меньше каскадов означает меньшее напряжение, но больший ток, что может увеличить опасность этого устройства. Парадокс, но чем больше напряжение, тем менее сложным будет нанести ущерб из-за питания, поскольку ток падает до пренебрежительно малого уровня.

Как это работает

После нажатия кнопки, ИК-диод включается и луч света попадает на датчик оптрона, этот датчик имеет выходное сопротивление около 50 Ом, что достаточно для включения транзистора 2n2222. Этот транзистор подаёт энергию батареи для питания таймера 555. Частоту и скважность импульсов можно регулировать изменением номиналов компонентов обвязки. В данном случае частота может регулироваться с помощью потенциометра. Эти колебания, через транзистор BD679, усиливающий импульсы тока, поступают на первичную катушку. Со вторичной снимается переменное напряжение, увеличенное в 1000 раз, и выпрямляется ВВ умножителем.

Детали для сборки схемы

Микросхема - любой таймер серии КР1006ВИ1. Для катушки - трансформатор с отношением сопротивления обмоток 8 Ом:1 кОм. Первое, на что необходимо обратить внимание при выборе трансформатора - это размер, так как количество энергии, которое они могут обрабатывать, пропорционально их размерам. Например размером с большую монету даст нам больше энергии, чем небольшой трансформатор.

Первое, что необходимо сделать для его перемотки, это удалить ферритовый сердечник для доступа к самой катушке. В большинстве трансформаторов две части склеиваются клеем, просто держите трансформатор плоскогубцами над зажигалкой, только осторожно, чтоб не расплавить пластик. После минуты клей должен расплавиться и надо разломить его на две части сердечника.

Учитывайте, что феррит очень хрупкий и трескается довольно легко. Для намотки вторичной катушки использовался эмалированный медный провод 0,15 мм. Намотка почти до заполнения, чтоб потом хватило ещё на один слой более толстого провода 0,3 мм - это будет первичка. Она должна иметь несколько десятков витков, около 100.

Почему здесь установлен оптрон - он обеспечит полную гальваническую развязку от схемы, с ним не будет электрического контакта между кнопкой замыкания питания, микросхемой и высоковольтной частью. Если случайно пробьёт высокое напряжение по питанию, то вы будете в безопасности.

Сделать оптрон очень легко, любой ИК-светодиод и ИК-датчик вставьте в термоусадочную трубку, как показано на картинке. В крайнем случае, если не хочется усложнять дело, уберите все эти элементы и подавайте питание замкнув К-Э транзистора 2N2222.

Обратите внимание на два выключателя в схеме, так сделано потому, что каждая рука должна быть задействована чтобы активировать генератор - это будет безопасно, уменьшает риск случайного включения. Также при работе устройства вы не должны прикасаться к чему-либо еще, кроме кнопок.

При сборке умножителя напряжения не забудьте оставить достаточный зазор между элементами. Обрежьте все торчащие выводы, поскольку они могут привести к коронным разрядам, которые сильно снижают эффективность.

Рекомендуем изолировать все оголенные контакты умножителя с термоклеем или другим аналогичным изоляционным материалом и, после этого, обернуть в термоусадочную трубку или изоленту. Это не только уменьшит риск случайных ударов, но и повысит эффективность схемы путем уменьшения потерь через воздух. Также для страховки добавили кусок пенопласта между умножителем и генератором.

Потребляемый ток должен быть примерно 0,5-1 ампер. Если больше - значит схема плохо настроена.

Испытания генератора ВН

Было испытано два различных трансформатора - оба с отличными результатами. Первый имел меньший размер ферритового сердечника и, следовательно, меньше индуктивность, работал на частоте 2 кГц, а в другом около 1 кГц.

При первом запуске сначала проверьте генератор NE555, работает ли он. Подключите маленький динамик к ноге 3 - при изменении частоты вы должны услышать звук, исходящий из него. Если все сильно нагревается можно увеличить сопротивление первичной обмотки, намотав её проводом потоньше. И небольшой радиатор для транзистора рекомендуется. Да и правильная частота настройки является важной, чтобы избежать этой проблемы.

Источник такого рода может использоваться в качестве демонстрационного генератора для опытов с высоким напряжением. Высоковольтный блок питания был собран своими руками для преподавателя, а для чего он просил мне его собрать, сказать не могу, поскольку сам даже толком не понял.

Высоковольтный блок питания собран на мощных полевых ключах серии IRFZ44 (стандартный мультивибратор). Выходная мощность инвертора может доходить до 50 ватт, выходное напряжение не более 1200 Вольт. По сути, это универсальный генератор высокого напряжения, его можно использовать в качестве преобразователя для маломощных катушек Тесла, для ионизаторов воздуха и т.п. Высокая выходная мощность позволяет подключить к инвертору достаточно мощные газоразрядные лампы (неоновые трубки и т.п.).

Изготовление трансформатора

Трансформатор — основная и самая важная часть в любом блоке питания. От качественной намотки импульсного трансформатора зависит вся дальнейшая работа устройства. В моем случае был использован трансформатор с Ш-образным сердечником от компьютерного БП с мощностью 200 Ватт. Трансформатор аккуратно нужно разобрать и снять все заводские обмотки, после чего нужно мотать новые.

Первичная обмотка мотается сдвоенным проводом 1 мм каждая жила, обмотка состоит из 7 витков.

К сожалению, процесс намотки трансформатора не удалось заснять, поскольку инвертор собирал в деревне, с одним только паяльником в руках.

После намотки первичной обмотки мотаем вторичную. Но прежде, обмотку нужно изолировать скотчем или же изоляционной лентой (личный опыт показывает, что скотч одно из лучших решений для этих целей). Укладываем 7-10 слоев изоляции (в случае скотча) и мотаем вторичную обмотку. Обмотка мотается проводом 0,1-0,15мм В ТОМ ЖЕ НАПРАВЛЕНИИ, что и первичная. Количество витков во вторичной обмотке — 600, через каждые 70-90 витков обмотку нужно изолировать, во избежание межвиточных пробоев.

После намотки трансформатора нужно сфазировать первичную обмотку. У нас имеется по 2 жилы первичной обмотки с каждой стороны трансформатора. Для начала снимаем лак с проводов, удобно использовать наждачную бумагу, бритву или монтажный нож. После этого, провода нужно залудить. Дальше мультиметром находим начало и конец каждой обмотки. В конце нам нужно начало одной обмотки подключить к концу второй или наоборот — конец одной к началу другой, разницы в принципе нет.

Сбор схемы

Дальше уже собираем схему. Ограничительные резисторы ключей не критичны, их номинал может отклоняться в широком пределе от 220 до 1000 Ом. Сами ключи необходимо установить на теплоотвод(ы), поскольку схема достаточно прожорливая и «кушает» немалый ток, вследствие чего, транзисторы перегреваются в ходе работы.

Высокое напряжение с трансформатора сначала выпрямляется диодным выпрямителем, затем напряжение подается на пленочный конденсатор. В моем случае был использован конденсатор отечественного типа 1000 Вольт 0,1мкФ, хотя номинал не критичен, главное, подобрать конденсаторы с допустимым напряжением 1000 Вольт и более, емкость на ваше усмотрение.

В качестве диодного выпрямителя я использовал диоды FR107, это импульсные диоды с обратным напряжением 1000 Вольт и с током до 1 Ампер. В общей сложности я использовал 3 таких диода, но желательно ставить высоковольтные диоды типа КЦ106 (с любой буквой) или, что еще лучше КЦ123Б. Такие диоды можно приобрести в магазине радиодеталей или же снять из старого телевизионного умножителя (отечественного).

Дроссель — значительным образом снижает тепловыделение на полевых ключах. Дроссель можно снять из нерабочего компьютерного блока питания или же мотать самому. Обмотка мотается проводом 0,8мм и состоит из 12-15 витков.

Из-за минимального количества используемых компонентов нет смысла травить печатную плату, поэтому в моем случае весь монтаж делался на макетной плате.

Диапазон питающих напряжений схемы от 3-х до 16 Вольт, оптимальный вариант 6-7,2 Вольт.