Autor projektu wstępnie myślał o systemie PWM, kontrolującym moc podawaną na kondensatory w układzie, jednakże zrezygnował z tego pomysłu podczas prac. Do regulacji napięcia wystarcza kontrola nad częstotliwością pracy przetwornicy. Daje to pewną możliwość kontrolowania napięcia wyjściowego, gdyż transformator wyjściowy powinien pracować przy pewnej, określonej częstotliwości, jeśli chce się uzyskać maksymalne napięcie wyjściowe.
Całkowity koszt pokazanego zasilacza to, według autora, około 10..15 euro, jako że większość elementów wykorzystanych w projekcie można łatwo pozyskać z złomowanych urządzeń (tak zrobił autor). Jedyne co trzeba będzie zakupić to ukłąd scalony 555, złącza i kondensatory. Dlatego właśnie przydaje się mieć kupę złomu w warsztacie
.
W projekcie dołożono szczególną uwagę, aby odizolować wysokie napięcie wyjściowe od pozostałych elementów wewnętrznych.
UWAGA:
To bardzo niebezpieczny projekt, jego realizacji powinni podejmować się jedynie ludzie z doświadczeniem w elektronice i najlepiej w pracy z wysokimi napięciami. Jeśli to Wasz pierwszy projekt - poproście o pomoc kogoś doświadczonego.
To bardzo niebezpieczny projekt, jego realizacji powinni podejmować się jedynie ludzie z doświadczeniem w elektronice i najlepiej w pracy z wysokimi napięciami. Jeśli to Wasz pierwszy projekt - poproście o pomoc kogoś doświadczonego.
Krok 1: Potrzebne elementy:
Zasilanie:
* Transformator + mostek prostowniczy + kondensatory
lub
* Zasilacz impulsowy
* Dodatkowy zasilacz dla sterownika przetwornicy
* Przełącznik i złączki
* Rurka termokurczliwa
* Płytka drukowana - uniwersalna lub wytrawiona do tego projektu
* Układ 555 i podstawka pod niego
* Stabilizator 7812 z radiatorem
* 2 x kondensator 100 nF
* Kondensator 1 µF
* Kondensator 10 nF
* Kondensator 68 µF lub 100 µF.
* 2 x dioda 1N4148
* 3 opornik 10 kΩ
* Po oporniku 10 Ω na każdy tranzystor MOSFET
* Opornik 680 Ω
* Opornik 470 Ω
* Potencjometr 10 kΩ
* Potencjometr 100 kΩ
* Pokrętła do potencjometrów
* Para komplementarna NPN-PNP np. 2N2222 i 2N2907
* Dioda i sensor podczerwieni
* 1 Tranzystor BC547 lub podobny
* 2x złącza bananowe lub inne, izolowane.
* Tranzystory MOSFT - autor wykorzystał 3 x IRF540N, ale można wykorzystać np. pojedynczy IRFP260
* Radiator i wentylator dla MOSFETów
* Przycisk chwilowy
* Transformator wysokiego napięcia z telewizora lub monitora kineskopowego
* Około 1 m grubego kabla miedzianego
* Żywica epoksydowa
Krok 2: Obliczenia
Jedyne obliczenia, jakie konieczne są podczas projektowania tego układu to te związane z pojemnością kondensatorów filtrujących w zasilaczu, jeśli zdecydowaliśmy się na klasyczny zasilacz transformatorowy. W tym przypadku autor zamontował w układzie 20 000 µF pojemności - przy tej wartości zasilanie nie jest zbyt czyste, ale układ nie jest zbyt wymagający. Można dodać więcej pojemności, ale nie jest to konieczne. Z uwagi na spore zakłócenia w napięciu zasilającym, powodowane skokami w poborze prądu i słabym filtrowaniem, zaleca się sam sterownik zasilać z innego źródła napięcia, aby uniknąć nieprzyjemnych niespodzianek.
Krok 3: Obudowa
Każdy zasilacz potrzebuje obudowy, chroniącej użytkownika przed porażeniem, To jest zasilacz wysokiego napięcia, co oznacza, że wyjątkowo mocno potrzebuje takowej obudowy. Preferowanym materiałem do jej wykonania jest plastik, ale może być też drewno. Metalowa obudowa jest odradzana, z uwagi na problemy z izolacją jej od wysokiego napięcia.
Jakkolwiek zaleca się wykorzystanie plastiku, autor skorzystał z drewna, jako materiału na obudowę ponieważ nie mógł znaleźć odpowiednio dużej plastikowej obudowy. Na zdjęciach powyżej zaprezentowano poszczególne kroki montowania obudowy. Uwaga: jeśli chcemy pomalować obudową, trzeba upewnić się, że farba nie jest przewodząca. Rekomendowana jest farba olejna, farby wodne są przewodzące i nie powinno się z nich korzystać.
Jakkolwiek drewno jest całkiem dobrym izolatorem może ono chłonąć wilgoć. Nie powinno się wykorzystywać zasilacaw drewnianej obudowie w wilgotnym środowisko. Dobrym rozwiązaniem jest przesuszenie drewna np. w piekarniku, przed malowaniem.
Krok 4: Sterownik
Autor zaprojektował niewielki układ oparty o timer 555. Posiada on regulację częstotliwości (od 5 kHz do 50 kHz) i wypełnienia impulsów (od 5% do 50%). Układ ten zasilany jest napięciem 12 V niezależnym od napięcia podawanego na transformator wysokiego napięcia. Niestety wykorzystany zasilacz nie dostarcza dostatecznego prądu, co powoduje problemy z czasem ładowania bramek MOSFETów i przekłada się na pogorszenie wydajności układu i zmniejsza napięcie na wyjściu.
Tranzystory MOSFET w układzie to trzy, równolegle połączone układy IRF540N. Autor wykorzystał te elementy, bo miał je pod ręką, ale można je także niedrogo nabyć. Jeśli już coś kupujemy, to jednakże lepiej wykorzystać pojedynczy trznzystor np. IRFP260N. W tym układzie tranzystory są jedynie lekko ciepłe, pod pełnym obciążeniem.
Autor planował do kontroli nad układem wykorzystać scalony transoptor, ale zamiast tego skorzystał diodę i sensor na podczerwień. Dioda połączona jest z przyciskiem chwilowym poprzez opornik. Można ominąć izolację optyczną i połączyć przycisk z pinem 4 555 poprzez rezystor 10 kΩ do masy.
Uwaga: Aby sterować stopniem wypełnienia w zakresie od 5% do 50% (a nie do 100%) trzeba umieścić opornik 10 kΩ szeregowo z potencjometrem, tak jak pokazano na obrazku powyżej - szeregowo z diodą przy kondensatorze. Jeśli połączymy go szeregowo z drugą z diod, wtedy regulacja będzie obejmować zakres od 50% do 100%.
Schemat i projekt płytki drukowanej, w formie plików Eagle, pobrać można z poniższych linków:
schemat
płytka drukowana
Krok 5: Połączenie
Po upewnieniu się, że układ działa poprawnie, można podłączyć równolegle połączone MOSFETy. Wystarczy połączyć ich dreny i źródła z pomocą grubego kabla, a bramki podłączyć do drivera poprzez opornik 10 Ω. Zastosowanie opornika w bramce, jest niezwykle istotne przy równoległym łączeniu tranzystorów.
Na tym etapie można do układu podłączyć też zasilanie sieciowe oraz przełącznik kontrolujący pracę układu. Bardzo istotne jest zastosowanie rurek termokurczliwych podczas łączenia elementów, szczególnie przy napięciu sieciowym - nie chcemy mieć żadnych odizolowanych kabli na potencjale sieci zasilającej w obudowie.
Izolacja optyczna w formie transoptora wykonana jest w oparciu o diodę LED podczerwoną oraz sensor podczerwieni, zamknięte w kawałku rurki termokurczliwej. Dioda zasilana jest poprzez opornik i przełącznik z baterii. Układ ten należy odsunąć od innych elementów w celu zapewnienia maksymalnej izolacji galwanicznej w systemie.
Po złożeniu opisanych powyżej elementów można ponownie przetestować działanie wszystkiego i przystąpić do finalnego montażu zasilacza.
Krok 6: Montaż zasilacza
Po dobraniu odpowiedniego zasilacza można złożyć układ w całość. Zasilacz 12 V połączony jest z zasilaczem przetwornicy poprzez wspólny przełącznik. Zasilacz przetwornicy składa się z transformatora, mostka prostowniczego i kondensatorów. Elementy polutowano ze sobą, a połączenia zabezpieczono rurką termokurczliwą.
Następnie, należy podłączyć do zasilania tranzystory MOSFET i połączyć je z transformatorem przetwornicy.
Krok 7: Transformator przetwornicy: przygotowanie, montaż i izolacja
Przygotowanie transformatora do pracy wymaga odnalezienia pinu dodatniego i ujemnego. Ten pierwszy wyprowadzony jest na kablu, a ujemny odnaleźć można poruszając dodatnim i obserwując pomiędzy którymi pinami powstanie łuk elektryczny. Do ujemnego pinu dolutować należy gruby drut, a całość zabezpieczyć klejem epoksydowym lub klejem na ciepło.
Następnie, jako uzwojenie pierwotne, nawijamy 10 zwojów grubego drutu. Dodatnie wyprowadzenie łączymy z początkiem uzwojenia,a koniec podłączamy do drenu MOSFETów wyjściowych drivera. Ich źródło połączone jest z masą zasilacza.Do wykonania tych [połączeń wykorzystać można kostkę elektryczną - pozwala to wygodnie przełączać poszczególne kable.
Jedną bardzo istotną cechą transformatorów tego rodzaju jest fakt, że mają on wbudowaną diodę, co oznacza, że prąd płynąć może tylko w jedną stronę. Należy sprawdzić przy jakiej polaryzacji uzwojenia pierwotnego transformator lepiej się sprawuje, np. porównując długość łuku.
Aby lepiej odizolować układu, wyprowadzenie wysokiego napięcia przechodzi do osobnej komory w obudowie, przez niewielki otwór o średnicy zbliżonej do średnicy kabla wysokiego napięcia. Wyprowadzenie wysokiego napięcia przylutowane jest do gniazda bananowego, zabezpieczonego plastikową pianką, która dodatkowo izoluje cały układ. Podobną piankę wykorzystano do zaizolowania komory transformatora wysokiego napięcia.
Na zdjęciach widać niewielki plastikowy element wokół gniada wysokiego napięcia. Jest to niewielki plastikowy kubeczek z dodanym otworem - nie jest to może rozwiązanie tak dobre jak złącze dedykowane do wysokiego napięcia, ale na pewno jest tańsze i całkiem nieźle spełnia swoje zadanie, chroniąc przed zapłonem niepożądanego łuku.
Krok 8: Testowanie pracy układu
Po złożeniu zasilacza można przetestować jego działanie. Najlepiej bardzo ostrożnie. Zaleca się załączenie urządzenia z pomocą np. długiego patyka za pierwszym razem. Po przetestowaniu działania układu, można dodatkowo testować go w ciemności - pozwoli to na obserwację ewentualnych przebić wewnątrz urządzenia. Jeśli zaobserwujemy coś takiego należy dodatkowo zaizolować to miejsce.
Na tym etapie można zoptymalizować pracę układu regulując częstotliwość i wypełnienie impulsów. Wystarczy ustawić łuk i zmaksymalizować jego długość kręcąc potencjometrami w układzie. Można też mierzyć płynący przez transformator wysokiego napięcia prąd i spróbować go zmaksymalizować w podobny sposób.
Do czego zastosować taki zasilacz?
* Zasilanie lampy z promieniami X
* Jonizacja gazów
* Generator ozonu
* Drabina Jakuba
* Dzwonek Franklina
* Jonolot
* Napylanie i depozycja metali
* Silnik elektrostatyczny
...i wiele wiele innych ciekawych (i czasami niebezpiecznych!) eksperymentów.
Dodatkowo układ można zaadaptować do wykorzystania jako głośnik plazmowy. Na pin 5 układu 555 podać można bezpośrednio sygnał audio (mono) lub ewentualnie poprzez niewielki wzmacniacz, jeśli głośnik nie jest dostatecznie głośny.
Żródło: http://www.instructables.com/id/50000V-High-Voltage-Power-Supply/?ALLSTEPS
Cool? Ranking DIY
I do tego potrzeba solidnej końcówki mocy, jak 2T forwad lub półmostek tranzystorowy. Tu mamy flyback, takowy absolutnie nie ma szans przenieś mocy na tym poziomie.
