Полумост с раздельным питанием на микросхеме IR2153 и мосфетах IRFP460
Одним из наиболее надёжных и продуктивных способов получения разрядов высокого напряжения является использование инвертора типа «полумост» и всем известных строчных трансформаторов. Данный тип преобразователей обладает высоким КПД, но слегка «придирчив» к способу монтажа. Это, отнюдь, не значит, что нельзя делать навесным монтажом. При соблюдении правил расположения компонентов сигнальной и силовой цепей, устройство начинает работать сразу. Полумост у меня сделан навесным монтажом на склейке из пары картонок. Данный способ монтажа требует некоторого уровня мастерства пайки, без которого часто место спая может быть некачественным из-за чего сразу или через некоторое время контакт потеряется и преобразователь выйдет из строя. Тем, кто мало знаком с принципами работы данного устройства, я настоятельно не рекомендую что-то убирать из схемы или добавлять «отсебятину».
Скачать схему в оригинальном размере
Итак, схема немного нестандартная, так как использоваться будет на «нестандартную» нагрузку. В качестве драйверов силовых ключей IRFP460 была взята многим известная микросхема IR2153. Приоритет такого шага в первую очередь в том, что данный тип микросхем имеет простую обвязку, цена на саму микросхему – небольшая, что очень хорошо для новичков, у которых, зачастую, первые полумосты взрываются. Потому, другие, более мощные и дорогие драйверы здесь неуместны. С помощью транзисторных повторителей, которые выполнены на транзисторах VT1-6, мы компенсируем относительно слабые выходы драйверов микросхемы. Так как затворы ключей довольно «тяжелые» (около 4нФ), то при больших нагрузках питание микросхемы может просаживаться и она не сможет нормально работать. Хотя, применяя раздельное питание, мы, почти, избегаем «щёлканья» IR2153. Резистор R1 и конденсатор С3 задают частоту работы схемы (см. даташит на микросхему). При данных номиналах частота около 37-38кГц. Для питания микросхемы был использован сетевой трансформатор с двумя обмотками на 15В. На этом трансформаторе и интегральных стабилизаторах LM7812 делаем двуканальный БП. Трансформатор должен быть обязательно с двумя отдельными вторичными обмотками для развязки и эти обмотки должны быть расположены в другой секции на трансформаторе, а не поверх сетевой, дабы влияние паразитных ёмкостей было минимальным. Особое внимание следует обратить на конденсатор С13. Он должен быть качественным. Электролиты ставить не надо! Хватит плёнки или керамики на 1-2мкФ. Резисторы R2, R3 ограничивают ток заряда затворов, а R4, R5 – предохраняют ключи от «ложного» открытия. Многие говорят, что они не нужны, так как микросхема и без них удерживает затворы «в нуле». Но мне кажется, что лучше перестраховаться. Много места 2 маленьких резистора не займут. Диоды VD1-4 предохраняют ключи от обратных импульсов. Я ставил FR607 (то, что было), но от них толку мало, надо ставить диоды пошустрее. HER307, например. Конденсаторы С8 и С12 образуют ёмкостный делитель напряжения. Эти конденсаторы хорошо ставить как можно ближе к мосфетам. Ёмкость я взял 2мкФ. Можно использовать любые плёночные конденсаторы. Рекомендую шунтировать их резисторами килоом на 100 для выравнивания напряжения и ускорения разряда этих конденсаторов.
Блок питания силовой части (сетевой выпрямитель) выполнен на диодном мосте КВРС2510 (то, что было под рукой.) и батарее электролитических конденсаторов общим номиналом 1000мкФ 400В. Тип диодного моста и номинал конденсатора фильтра зависит от потребностей. При мощности до 500-600Вт хватит моста на 5А и конденсатора фильтра ёмкостью 680мкФ. Ёмкость конденсатора можно выбирать «народным» методом: 1мкФ на 1Вт плюс 100-150мкФ запаса. Обязательно конденсаторы фильтра надо шунтировать плёночными. У меня набрано 4мкФ К73-17. В разрыв диодного моста и плюсового контакта ёмкости фильтра хорошо поставить термистор, который ограничит ток заряда ёмкостей. У меня на 7Ом 5А.
Если вы не уверены, что всё сделано правильно, сначала включите только блок питания микросхемы. Проверьте наличие выходных напряжений 12В. Между затворами и истоками должно быть напряжение около 5-5,2В. Это свидетельствует о том, что микросхема вместе с повторителями работает и на её выходах присутствует управляющий сигнал. Далее выключаем всё, подсоединяем к сетевому включателю и силовую часть. Согласно схеме подключаем импульсный трансформатор. Для этого нам понадобится трансформатор строчной развёртки предпочтительно от ламповых телевизоров. Разберите его аккуратно, уберите бумажные прокладки в стыках сердечника. Это важно. На картонной гильзе или на обрезке шприца на 10мл(подходит по размеру) намотайте обмотку 30 витков проводом 0,8мм диаметром. Собираем сердечник с нашей самодельной первичной обмоткой. Скреплять опять родной скобой я не рекомендую, так как она вносит потери. Можно хорошо стянуть изолентой. Высоковольтную обмотку пока не насаживаем на феррит. Надо убедиться, что схема в принципе работоспособна. Итак… Для этого подключаем только первичную обмотку на собранном сердечнике к выходу полумоста и в разрыв провода силового питания включаем лампочку на 60-100Вт. Включаем полумост в сеть. Лампочка вообще не должна светить. Если светит, отключите всё и ищите косяк в монтаже или неисправную деталь. Если же света лампочки не наблюдается, добавляем на сердечник высоковольтную обмотку. К её контактам прикрутите 2 высоковольтных провода (из тех же телевизоров с изоляцией 40кВ), на концы которых закрепите гвозди, например. Это будут электроды. После сборки и подключения трансформатора опять включаем схему и сближаем электроды до расстояния 5мм приблизительно. Должна загореться дуга. По мере растягивания лампочка в силовой цепи должна светиться ярче. Если всё хорошо, лампочку можно убрать. Силовые ключи должны быть обязательно на радиаторе. Если радиатор общий, то надо под транзисторы проложить изолирующие прокладки, предварительно промазав их с обеих сторон термопастой. Если радиатор нагревается более, чем до 70 градусов, надо увеличить его и, по возможности, организовать обдув куллером. Можно к выходу полумоста подключать более одного трансформатора. Для этого первичные обмотки соединяем параллельно, а вторичные – последовательно, соблюдая фазировку как первых, так и вторых.
Кроме того, как дуги потягать, можно сделать «лестницу Иакова». Для этого надо взять какое-нибудь основание из диэлектрика и прикрепить к нему 2 жестких провода, между которыми будет бегать дуга. Расстояние снизу между проводами должно быть такое, при котором гарантировано зажигается дуга. Так же можно подключить умножитель в ВВ обмотке строчника. Только перед этим надо понизить мощность. Для этого надо сделать первичную обмотку в 100-130 витков, чтоб дуга на выходе была около 1,5-2см фиолетового цвета.
ВНИМАНИЕ: высоковольтная дуга и искра из умножителя опасны для жизни! Соблюдайте технику безопасности при работе с высоким напряжением!
В случае несчастного случая виноваты в этом будете только вы. Автор статьи не несёт ответственность за ваше здоровье и жизнь.
Фото работы устройства:
