Схема высоковольтного генератора: Генераторы высокого напряжения с использованием катушек индуктивности

Содержание

Генераторы высокого напряжения с использованием катушек индуктивности

Все рассмотренные выше генераторы высокого напряжения имели в качестве накопителя энергии конденсатор. Не меньший интерес представляют устройства, использующие в качестве такого элемента индуктивности.

В подавляющем большинстве конструкции подобного рода преобразователей ранних лет содержали механический коммутатор индуктивности. Недостатки такого схемного решения очевидны: это повышенный износ контактных пар, необходимость их периодической чистки и регулировки, высокий уровень помех.

С появлением современных быстродействующих электронных коммутаторов конструкции преобразователей напряжения с коммутируемым индуктивным накопителем энергии заметно упростились и стали конкурентоспособными.

Основой одного из наиболее простых высоковольтных генераторов (рис. 12.1) является индуктивный накопитель энергии.

Рис. 12.1. Электрическая схема высоковольтного генератора на основе индуктивного накопителя энергии.

Генератор прямоугольных импульсов собран на микросхеме 555 (КР1006ВИ1). Параметры импульсов регулируются потенциометрами R2 и R3. Частота импульсов управления также зависит от емкости времязадающего конденсатора С1. Импульсы с выхода генератора подаются через резистор R5 на базу ключевого (коммутирующего) элемента — мощного транзистора VT1.

Этот транзистор в соответствии с длительностью и частотой следования управляющих импульсов коммутирует первичную обмотку трансформатора Т1.

В итоге на выходе преобразователя формируются импульсы высокого напряжения. Для защиты транзистора VT1 (2N3055 — КТ819ГМ) от пробоя желательно параллельно переходу эмиттер — коллектор подключить диод, например, типа КД226 (катодом к коллектору).

Высоковольтный генератор (рис. 12.2), разработанный в Болгарии, также содержит задающий генератор прямоугольных импульсов на микросхеме 555 (К1006ВИ1). Частота импульсов плавно регулируется резистором R2 от 85 до 100 Гц. Эти импульсы через RC-цепочки поступают на ключевые элементы на транзисторах VT1 и VT2. Стабилитроны VD3 и VD4 защищают транзисторы от повреждения при работе на индуктивную нагрузку.

Рис. 12.2. Схема генератора высокого напряжения на основе индуктивного накопителя энергии.

Генератор высокого напряжения (рис. 12.2) может быть использован как самостоятельно — для получения высокого напряжения (обычно до 1...2 кВ), либо как промежуточная ступень «накачки» других преобразователей.

Транзисторы BD139 можно заменить на КТ943В. В качестве ключевых элементов преобразователей с индуктивным накопителем энергии долгие годы использовали мощные биполярные транзисторы. Их недостатки очевидны: довольно высоки остаточные напряжения на открытом ключе, как следствие, потери энергии, перегрев транзисторов.

По мере совершенствования полевых транзисторов последние начали оттеснять биполярные транзисторы в схемах источников питания, преобразователях напряжения.

Для современных мощных полевых транзисторов сопротивление открытого ключа может достигать десятые. ..сотые доли Ома, а рабочее напряжение достигать 1 ...2 кВ.

На рис. 12.3 приведена электрическая схема преобразователя напряжения, выходной каскад которого выполнен на полевом транзисторе MOSFET. Для согласования генератора с полевым транзистором включен биполярный транзистор с большим коэффициентом передачи.

Рис. 12.3. Электрическая схема генератора высоковольтных импульсов с ключевым полевым транзистором.

Задающий генератор собран на /ШО/7-микросхеме CD4049 по типовой схеме. Как сами выходные каскады, так и каскады формирования управляющих сигналов, показанные нарис. 12.1 — 12.3 и далее, взаимозаменяемы и могут быть использованы в любом сочетании.

Выходной каскад генератора высокого напряжения системы электронного зажигания конструкции П. Брянцева (рис. 12.4) выполнен на современной отечественной элементной базе [12.2].

Рис. 12.4. Схема выходного каскада генератора высокого напряжения П. Брянцева на составном транзисторе.

Рис. 12.5. Электрическая схема генератора высокого напряжения с задающим генератором на основе триггеров Шмитта.

При подаче на вход схемы управляющих импульсов транзисторы VT1 и VT2 кратковременно открываются. В результате катушка индуктивности кратковременно подключается к источнику питания. Конденсатор С2 сглаживает пик импульса напряжения. Резистивный делитель (R3 и R5) ограничивает и стабилизирует максимальное напряжение на коллекторе транзистора VT2.

В качестве трансформатора Т1 использована катушка зажигания Б115. Ее основные параметры: R,=1,6 Ом, l<8A Ui<330B. Коэффициент трансформации К=68. Для катушки Б116 (Rj=0,6 Ом, 1,<20 А, и,<160 В, К=154) оптимальная величина R5=11 кОм.

Следующие две схемы высоковольтных генераторов напряжения с использованием индуктивных накопителей энергии (рис. 12.5, 12.6) разработал Andres Estaban de la Plaza.

Первое из устройств содержит задающий генератор прямоугольных импульсов, промежуточный и выходной каскад, высоковольтный трансформатор.

Рис. 12.6. Электрическая схема генератора высокого напряжения с задающим генератором на основе операционного усилителя.

Задающий генератор выполнен на основе триггера Шмитта (КМОП-микросхема типа 4093). Использование триггера Шмитта вместо логических элементов НЕ (см. например, рис. 12.3) позволяет получить импульсы с более крутыми фронтами, и, следовательно, снизить потери энергии на ключевых элементах.

Согласование КМОП-элементов с силовым транзистором VT2 осуществляется предусилителем на транзисторе ѴТ1. Выходной трансформатор Т1 коммутируется силовым биполярным транзистором ѴТ2. Этот транзистор установлен на теплоотводящей пластине.

Частота импульсов генератора ступенчато изменяется переключателем SA1. Соотношение между длительностью импульса и паузой и частоту следования импульсов плавно регулируют потенциометрами R1 и R2.

Переключателем SA2 включают/отключают резистор R6, включенный последовательно с первичной обмоткой повышающего трансформатора. Тем самым ступенчато регулируют выходную мощность преобразователя.

Рабочая частота генератора в его пяти поддиапазонах регулируется в пределах 0,6...8,5 кГц; 1,5...20 кГц; 5,3...66 кГц;

13... 170 кГц; 43...>200 кГц.

Первичная обмотка трансформатора Т1, намотанная на сердечнике от трансформатора строчной развертки, имеет 40 витков диаметром 1,0 мм. Выходное напряжение преобразователя на частотах ниже 5 кГц составляет 20 кВ, в области частот 50...70 кГц выходное напряжение снижается до 5... 10 кВ.

Выходная мощность высокочастотного сигнала устройства может доходить до 30 Вт. В этой связи при использовании данной конструкции, например, для газоразрядной фотосъемки необходимо принять особые меры по ограничению выходного тока.

Высоковольтный генератор, рис. 12.6, имеет более сложную конструкцию.

Его задающий генератор выполнен на операционном усилителе DA1 (СА3140). Для питания задающего генератора и буферного каскада (микросхема DD1 типа 4049) используется стабилизатор напряжения на 12 Б на интегральной микросхеме DA2 типа 7812.

Предоконечный каскад на комплиментарных транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 обеспечивает работу оконечного — на мощном транзисторе ѴТЗ.

Соотношение длительность/пауза регулируют потенциометром R7, а частоту импульсов — потенциометром R4.

Частоту генерации можно изменять ступенчато — переключением емкости конденсатора С1. Начальная частота генерации близка к 20 кГц.

Первичная обмотка доработанного трансформатора строчной развертки имеет 5... 10 витков, ее индуктивность примерно 0,5 мГч. Защита выходного транзистора от перенапряжения осуществляется включением варистора R9 параллельно этой обмотке.

Транзистор 2N2222 можно заменить на КТ3117А, КТ645; 2N3055 — на КТ819ГМ-, BD135 — на КТ943А, BD136 — на КТ626А, диоды 1N4148 — на КД521, КД503 и др. Микросхему DA2 можно заменить отечественным аналогом — КР142ЕН8БЩУ DD1 — К561ТЛ1.

Следующим видом генераторов высоковольтного напряжения являются автогенераторные преобразователи напряжения с индуктивной обратной связью.

Импульсный преобразователь с самовозбуждением вырабатывает пакеты высокочастотных высоковольтных колебаний (рис. 12.7).

Рис. 12.7. Электрическая схема импульсного преобразователя напряжения с самовозбуждением.

Автогенератор импульсов высокого напряжения на транзисторе VT1 получает сигнал обратной связи с трансформатора Т1 и в качестве нагрузки имеет катушку зажигания Т2. Частота генерации — около 150 Гц. Конденсаторы С*, С2 и резистор R4 определяют режим работы генератора.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе 11114x18. Обмотка I состоит из 18 витков провода ПЭВ-2 0,85 мм, намотанных в два провода, а II — из 72 витков провода ПЭЛШО 0,3 мм.

Стабилитрон VD2 укреплен в центре дюралюминиевого радиатора размерами 40x40x4 мм. Этот стабилитрон можно заменить цепочкой мощных стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 150 В. Транзистор VT1 также установлен на радиаторе размерами 50x50x4 мм.

Резонансный преобразователь напряжения с самовозбуждением описан в работе Е. В. Крылова (рис. 12.8). Он выполнен на высокочастотном мощном транзисторе VT1 типа КТ909А.

Трансформатор преобразователя выполнен на фторопластовом каркасе диаметром 12 мм с использованием ферритового стержня 150ВЧ размером 10x120 мм. Катушка L1 содержит 50 витков, L2 — 35 витков провода ЛЭШО 7x0,07 мм. Катушки низковольтной половины устройства имеют по одному витку провода во фторопластовой (политетрафторэтиленовой) изоляции. Они намотаны поверх катушки L2.

Рис. 12.8. Схема резонансного высоковольтного генератора с трансформаторной обратной связью.

Выходное напряжение преобразователя составляет 1,5 кВ (максимальное — 2,5 кВ). Частота преобразования — 2,5 МГц. Потребляемая мощность — 5 Вт. Выходное напряжение устройства изменяется от 50 до 100% при увеличении напряжения питания с 8 до 24 В.

Конденсатором переменной емкости С4 трансформатор настраивают на резонансную частоту. Резистором R2 устанавливают рабочую точку транзистора, регулируют уровень положительной обратной связи и форму генерируемых сигналов.

Преобразователь безопасен в работе — при низкоомной нагрузке высокочастотная генерация срывается.

Следующая схема высоковольтного источника импульсного напряжения с двухкаскадным преобразованием показана на рис. 12.9. Электрическая схема его первого каскада достаточно традиционна и практически не отличается от рассмотренных ранее конструкций.

Отличие устройства (рис. 12.9) заключается в использовании второго каскада повышения напряжения на трансформаторе. Это заметно повышает надежность устройства, упрощает конструкцию трансформаторов и обеспечивает эффективную изоляцию между входом и выходом устройства.

Рис. 12.9. Схема высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью и двойным трансформаторным преобразованием напряжения.

Трансформатор Т1 выполнен на Ш-образном сердечнике из трансформаторной стали. Сечение сердечника составляет 16x16 мм. Коллекторные обмотки I имеют 2x60 витков провода диаметром 1,0 мм.

Катушки обратной связи II содержат 2x14 витков провода диаметром 0,7 мм. Повышающая обмотка III трансформатора Т1, намотанная через несколько слоев межслойной изоляции, имеет 20... 130 витков провода диаметром 1,0 мм. В качестве выходного (высоковольтного) трансформатора использована катушка зажигания автомобиля на 12 или 6 В.

К генераторам высокого напряжения с индуктивными накопителями энергии следует отнести и устройства, рассмотренные ниже.

Для получения высоковольтных наносекундных импульсов В. С. Белкиным и Г. И. Шульженко была разработана схема формирователя на дрейфовых диодах и насыщающейся индуктивностью с однотактным преобразователем, синхронизированным с формирователем, а также показана возможность совмещения функций ключа формирователя и преобразователя.

Схема преобразователя, синхронизированного с формирователем, приведена на рис. 12.10; вариант схемы формирователя с раздельными ключевыми элементами приведен на рис. 12.11, а временные диаграммы, характеризующие работу отдельных узлов схемы формирователя, — на рис. 12.12.

Рис. 12.10. Схема формирователя высоковольтных импульсов с общим ключом для преобразователя и формирователя.

Рис. 12.11. Фрагмент схемы формирователя высоковольтных импульсов с раздельными ключами.

Рис. 12.12. Временная диаграмма работы преобразователя.

Задающий генератор прямоугольных импульсов (рис. 12.10) вырабатывает импульсы, отпирающие транзисторный ключ VT1 на время tH и запирающие на время t3 (рис. 12.12). Их сумма определяет период повторения импульсов. За время tH через дроссель L1 протекает ток Ін. После запирания транзистора ток Ін через диод VD1 заряжает накопительную емкость формирователя С1 до напряжения Uн, диод VD1 закрывается и отсекает конденсатор С1 от источника питания.

В таблице 12.1 приведены данные по возможному использованию полупроводниковых приборов в формирователе высоковольтных импульсов. Амплитуда формируемых импульсов приведена для низкоомной нагрузки величиной 50 Ом.

Таблица 12.1. Выбор элементов для формирователей высоковольтных импульсов.

Длительность импульса, НС

Амплитуда генерируемого импульса, В

300

500

1000

4...6

КД204, КД226 (КТ858, КТ862)

КД212

7...10

ДЛ112-25 (КТ847)

ДЛ122-40 (КП953)

11...15

КД213 (КТ847)

ДЛ132-80 (КП953)

Формирователи двухполярных импульсов на основе серии-ных диодов имеют амплитуду каждой полуволны 0,2... 1 кВ для согласованной нагрузки 50...75 Ом при полной длительности импульса 4...30 не и частоте повторения до 20 кГц.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Генератор высокого напряжения своими руками

   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.

   Схемы блоков питания

Источник: https://elwo.ru/publ/skhemy_blokov_pitanija/istochnik_vysokogo_naprjazhenija/7-1-0-743

Высокое напряжение и не только

  Наверное самый первый и самый простой девайс всех радиолюбителей со школьной скамьи является Блокинг Генератор.

 HV блокинг-генератор (высоковольтный блок питания) для опытов-его можно купить в интернете или сделать самому. Для этого нам понадобится не очень много деталей и умение работать паяльником. 

  • Для того чтобы его собрать нужно: 
  • 1. Трансформатор строчной развертки ТВС-110Л, ТВС-110ПЦ15 от ламповых ч/б и цветных телевизоров (любой строчник)
  • 2. 1 или 2 конденсатора 16-50в — 2000-2200пФ 
  • 3. 2 резистора 27Ом и 270-240Ом 

4. 1-Транзистор 2Т808А КТ808 КТ808А или схожие по характеристикам. + хороший радиатор для охлаждения 

  1. 5. Провода 
  2. 6. Паяльник 
  3. 7. Прямые руки  

И так берем строчник разбираем его аккуратно, оставляем вторичную высоковольтную обмотку, состоящую из множества витков тонкой проволоки, ферритовый сердечник. Наматываем свои обмотки эмалированной медной проволокой на вторую свободную сторону феритового сердечника предварительно сделав из плотного картона трубку вокруг ферита.  

Первая: 5 витков примерно 1.5- 1.7 мм диаметром 

Вторая: 3 витка примерно 1.1мм диаметром 

Вообще, толщина и количество витков можно варьироваться. Что было под рукой – из того и сделал. 

В кладовке были найдены резисторы и пара мощных биполярных n-p-n транзисторов – КТ808а и 2т808a. Радиатор делать не захотел – ввиду больших размеров транзистора, хотя в последствии опыт показал – что большой радиатор обязательно нужен. 

Для питания всего этого я выбрал 12В трансформатор, можно запитать и от обычного 12 вольтового 7А акк. от UPS-а.(чтобы увеличить напругу на выходе, можно подать не 12 вольт а например 40 вольт но тут уже надо думать о хорошем охлаждении транса, и витков первичной обмотки можно сделать не 5-3 а 7-5 например).

  • Если собираетесь использовать трансформатор то понадобится диодный мост чтобы выпрямить ток с переменного в постоянный, диодный мост можно найти в блоке питания от компьютера, там же можно найти конденсаторы и резисторы + провода.  
  • в итоге мы получаем 9-10кВ на выходе. 

Всю конструкцию я разместил в корпусе от БП. получилось довольно таки компактно. 

  1. Итак, мы имеем HV Блокинг генератор который дает нам возможность ставить опыты и запускать Трансформатор Тесла. 
  2. Можно сразу испытать блокинг генератор на любой лампочке или приблизить контакты выходов HV друг к другу получить жгучую дугу на выходе. 
  3. К лампочке и разряднику подключаем только 1 провод, второй провод от HV блокинга землим на батарею. 

Такой блок питания способен зажигать любые газонаполненные лампы и т.д. 

Блокинг генератор для жизни не опасен, но неприятные ощущения при касании контактов вам обеспечены. 

продолжение следует… 

Обсудить на Форуме

Источник: http://x-shoker.ru/news/vv_bp/2013-02-26-176

Генератор высокого напряжения

Иногда возникает необходимость получения высокого напряжения из подручных материалов. Строчная развертка отечественных телевизоров и есть готовый высоковольтный генератор, мы лишь чуток переделаем генератор.
Из блока строчной развертки нужно выпаять умножитель напряжения и строчный трансформатор. Для нашей цели был использован умножитель УН9-27.

  • Строчный трансформатор подойдет буквально любой.

Строчный трансформатор сделан с огромным запасом, в телевизорах используется лишь 15-20% мощности.

Строчник имеет высоковольтную обмотку, один конец которого можно увидеть прямо на катушке, второй конец высоковольтной обмотки находится на стенде, вместе с основными контактами внизу катушки (13-ый вывод). Найти высоковольтные выводы очень легко, если взглянуть на схему строчного трансформатора.

  1. Используемый умножитель имеет несколько выводов, ниже представлена схема подключения.
  2. Схема умножителя напряжения

После подключения умножителя к высоковольтной обмотке строчного трансформатора, нужно думать о конструкции генератора, который будет питать всю схему. С генератором не мудрил, решил взять готовый. Была использована схема управления ЛДС с мощностью в 40 ватт, иными словами просто балласт ЛДС.

Балласт китайского производства, можно найти в любом магазине, цена не более 2-2,5$. Такой балласт удобен тем, что работает на высоких частотах (17-5кГц в зависимости от типа и производителя).

Единственный недостаток заключается в том, что выходное напряжение имеет повышенный номинал, поэтому мы не можем напрямую подключить такой балласт к строчному трансформатору. Для подключения используется конденсатор с напряжением 1000-5000 вольт, емкость от 1000 до 6800пкФ.

Балласт может быть заменен на другой генератор, он не критичен, тут важен только разгон строчного трансформатора.

ВНИМАНИЕ!!!
Выходное напряжение от умножителя составляет порядка 30.000 вольт, это напряжение в некоторых случаях может быть смертельно опасным, поэтому просим быть предельно осторожными.

После выключения схемы в умножителе остается заряд, замыкайте высоковольтные выводы, чтобы полностью разрядить его. Все опыты с высоким напряжением делайте вдали от электронных устройств.

Вообще вся схема находится под высоким напряжением, поэтому не дотрагивайтесь компонентов во время работы.

  • Установка может использоваться в качестве демонстрационного генератора высокого напряжения, с которым можно проводить ряд интересных опытов.

Loading…

Источник: https://all-he.ru/publ/svoimi_rukami/ehlektronika/generator_vysokogo_naprjazhenija/2-1-0-203

Источник высокого напряжения за 5 минут

Из данной статьи вы узнаете как получить высокое напряжение, с высокой частотой своими руками. Стоимость всей конструкции не превышает 500 руб, при минимуме трудозатрат.

Для изготовления вам понадобится всего 2 вещи: — энергосберегающая лампа (главное, чтобы была рабочая схема балласта) и строчный трансформатор от телевизора, монитора и другой ЭЛТ техники.

Энергосберегающие лампы (правильное название: компактная люминесцентная лампа) уже прочно закрепились в нашем быту, поэтому найти лампу с нерабочей колбой, но с рабочей схемой балласта я думаю не составит труда.

Электронный балласт КЛЛ генерирует высокочастотные импульсы напряжения (обычно 20-120 кГц) которые питают небольшой повышающий трансформатор и т.о. лампа загорается.

Современные балласты очень компактны и легко помещаются в цоколе патрона Е27.

Балласт лампы выдает напряжение до 1000 Вольт. Если вместо колбы лампы подключить строчный трансформатор, то можно добиться потрясающих эффектов.

Немного о компактных люминесцентных лампах

Блоки на схеме:
1 — выпрямитель. В нем переменное напряжение преобразуется в постоянное.
2 — транзисторы, включенные по схеме push-pull (тяни-толкай).
3 — тороидальный трансформатор
4 — резонансная цепь из конденсатора и дросселя для создания высокого напряжения

5 — люминесцентная лампа, которую мы заменим строчником

КЛЛ выпускаются самой различной мощности, размеров, форм-факторов. Чем больше мощность лампы, тем более высокое напряжение нужно приложить к колбе лампы. В данной статье я использовал КЛЛ мощностью 65 Ватт.

Большинство КЛЛ имеют однотипную схемотехнику. И у всех имеется 4 вывода на подключение люминесцентной лампы. Необходимо будет подсоединить выхода балласта к первичной обмотке строчного трансформатора.

Немного о строчных трансформаторах

Строчники также бывают разных размеров и форм.

Основной проблемой при подключении строчника, является найти 3 необходимых нам вывода из 10-20 обычно присутствующих у них. Один вывод — общий и пара других выводов — первичная обмотка, которая будет цепляться к балласту КЛЛ.
Если сможете найти документацию на строчник, или схему аппаратуры, где он раньше стоял, то ваша задача существенно облегчится.

Внимание! Строчник может содержать остаточное напряжение, так что перед работой с ним, обязательно разрядите его.

Итоговая конструкция

На фото выше вы можете видеть устройство в работе.

И помните, что это постоянное напряжение. Толстый красный вывод — это «плюс». Если вам нужно переменное напряжение, то нужно убрать диод из строчника, либо найти старый без диода.

Возможные проблемы

Когда я собрал свою первую схему с получением высокого напряжения, то она сразу же заработала. Тогда я использовал балласт от лампы мощностью 26 Ватт.
Мне сразу же захотелось большего.

Я взял более мощный балласт от КЛЛ и в точности повторил первую схему. Но схема не заработала. Я подумал, что балласт сгорел. Обратно подключил колбы лампы и включил в сеть. Лампа загорелась. Значит дело было не в балласте — он был рабочий.

Немного поразмыслив я сделал вывод, что электроника балласта должны определять нить накала лампы. А я использовал только 2 внешних вывода на колбу лампы, а внутренние оставил «в воздухе». Поэтому я поставил резистор между внешним и внутренним выводом балласта. Включил — схема заработала, но резистор быстро сгорел.

Я решил использовать конденсатор, вместо резистора. Дело в том, что конденсатор пропускает только переменный ток, а резистор и переменный и постоянный. Также, конденсатор не нагревался, т.к. давал небольшое сопротивление на пути переменного тока.

Конденсатор работал великолепно! Дуга получилась очень большой и толстой!

Итак если у вас не заработала схема, то скорее всего 2 причины:
1. Что-то не так подключили, либо на стороне балласта, либо на стороне строчного трансформатора.

2. Электроника балласта завязана на работе с нитью накала, а т.к. ее нет, то заменить ее поможет конденсатор.

Используйте конденсатор на соответствующее напряжение! У меня был на 400 Вольт, взятый из балласта другой энергосберегающей лампы.

При проведении опытов с высоким напряжением будьте предельно осторожны! Высокое напряжение опасно для жизни!

Лампа мощностью 65 Ватт, обеспечивает ток порядка 65 мА (65Ватт/1000В). А сила тока более чем 50 мА, смертельна опасна для жизни и вызывает остановку сердца!

Оригинал статьи

Источник: https://cxem.net/tesla/tesla1.php

Высоковольтный генератор для коптильни своими руками | Блог Виталия Павлова | Блог Виталия Павлова

  • ==================================================================
  • Высоковольтный генератор (ВВГ) с питанием 5 вольт:
  • Высоковольтный генератор (генератор высокого напряжения) предназначен для создания электростатического поля внутри коптильни, и позволяет в десятки раз сократить время копчения и расход щепы.

Такой генератор выдает на выходе порядка 20 кВ ПОСТОЯННОГО (не импульсного) напряжения при токе нагрузки около 25 мкА, при этом имеет двойную гальваническую развязку от сети переменного тока 220В (при питании от сетевого блока питания). При питании от литий-ионного аккумулятора, такой вопрос вообще не стоит..
Про питание от аккумулятора и про циклический таймер будет в следующих статьях.

Токоограничение высоковольтной цепи (резистор 10 мОм на выходе генератора) не позволяет образовываться сильным электрическим дугам и разрядам в коптильне, что предотвращает появление большого количества озона и снижает негативные последствия от поражения высоковольтным электрическим разрядом до минимума (в случае касания ВВ частей).

Хотя при правильной конструкции и грамотной эксплуатации коптильни такой удар вообще маловероятен, тем не менее, забывать о мерах безопасности не стоит, особенно людям с заболевания сердца, кардиостимуляторами и т.д..

Высоковольтный заряд на выходе генератора самостоятельно исчезает через 20-30 сек. после выключения ВВГ.

  1. Схема высоковольтного генератора для электростатического копчения
  2. Весь процесс сборки показан в видео — высоковольтный генератор для электростатического копчения своими руками
  3. Для самостоятельной сборки ВВ генератора :

Внимание: иногда, при ПЕРВОМ нажатии,  ссылка может открыться некорректно (браузер (особенно Mozilla firefox), направит вас на неправильную страницу Aliexpress, не соответствующую нужной ссылке). Пож-ста, нажмите на ссылку повторно. Если это не поможет, попробуйте скопировать ссылку и вставить ее в др. браузер.

  • Наборы   генератора http://ali.pub/2a4ps2
  • — с платой  http://ali.pub/2heb1j
  • Импульсные блоки питания AC-DC http://ali.pub/1zx9u5
  • — блок питания  100-240 V (AC)  —   5V, 2А (DC)  http://ali.pub/2gdpaq
  • Высоковольтные конденсаторы
  • — 30 кВ 680 пф   http://ali.pub/2caleq
  • — 20 кВ (разная емкость)   http://ali.pub/219hnc
  • Высоковольтные диоды 2CL77  http://ali.pub/1z9g3e
  • Резистор высоковольтный 10 мОм 3 Вт  http://got.by/3kzh3f
  • Резистор высоковольтный 10 мОм 5 Вт  http://got.by/3kzh7o
  • Транзистор D880 http://ali.pub/2gdqy8
  • Конденсатор 0,01мкФ 100В  http://ali.pub/2emik9

Резистор 10 мОм 1Вт   http://ali.pub/37p6b5   (они там разные, надо выбрать —  10М). Таких резисторов нужно 4 шт, соединяем их по 2 шт  параллельно и 2 таких цепочки — последовательно.

В итоге получим 2Вт 10мОм   Или, еще лучше  — сделать 3 цепочки по 3 резистора (всего 9  шт). Эти сборки надо будет  залить термоклеем или эпоксидной смолой.

  1.                   
  2. Шланг (трубка) для аквариума 6 мм http://ali.pub/254pse
  3. Пистолет для термоклея http://ali.pub/1m9g6v
  4. Супер паяльник http://ali.pub/2i8y1t
  5. Вентилятор DC 5V для охлаждения генератора http://ali.pub/2gdrpn

При заливке (пропитке)  ВВ катушек парафином, я использовал самодельный вакуумный насос (на базе вот такого насоса http://ali.pub/fw9hv). Он подключен через MT3608  http://ali.pub/2ve5uv к литий-ионному аккуму на 3,7В.

Важно: т.к. далеко не все имеют опыт работы с радиоэлектронными компонентами, и т.к. мы имеем дело с продукцией из «поднебесной», где очень часто попадается брак, рекомендую покупать комплектующих в 2-3 раза больше, чем требуется для сборки одного устройства!

Так же см. — что может пригодиться для коптильни:  http://vitaliypavlov.ru/?p=1528

ВНИМАНИЕ ! Соблюдайте меры электробезопасности при работе с высоким напряжением!

  • Вы можете купить готовые устройства:
  • —  разборная переносная, автономная электростатическая коптильня ЭВК-100
  • —  высоковольтные генераторы для электростатической коптильни
  • ==========================

Зарегистрируйтесь здесь http://epngo.bz/cashback_index/5f740 и покупайте на AliExpress дешевле
Станьте партнером AliExpress http://epngo.bz/epn_index/5f740

Источник: http://vitaliypavlov.ru/komplektuyushhie-s-aliexpress-aliekspress/komplektuyushhie-dlya-sborki-vysokovoltnogo-generatora-koptilni.html

Источник высокого напряжения

Для самостоятельного изготовления флокатора, пистолета порошковой покраски или электростатической коптильни требуется источник высокого напряжения. И если первые два устройства требуют 75-100 киловольт, то высоковольтный генератор для коптильни работает при 15-20.

В сети есть множество схем высоковольтных генераторов сделанных с использованием строчных трансформаторов от мониторов, телевизоров или автомобильных катушек зажигания.

В большинстве своём их схемотехника удручает – как правило это простейшие обратноходовые преобразователи, а значит транзистор в них будет работать в роли кипятильника т.к.

для новичка наверняка не имеющего осциллографа рассчитать снаббер практически не реально.

Схемы из прошлого века на тиристорах с питанием от сети 220 вольт опасны и в случае неосторожности могут привести к печальным последствиям. Мы же сделаем резонансный полумост на ТДКС.

Давайте посмотрим схему:

Схема высоковольтного генератора

Список компонентов:

  1. U1 – «IR2153»;
  2. C1 – электролит 470-1000uf 16v, желательно Low Esr;
  3. C2 – керамика 1n;
  4. C3, C4 – керамика 100n;
  5. C5, C6 – полипропилен 470nf 630v;
  6. R1 – многооборотный подстроечный резистор;
  • Остальные компоненты вопросов думаю не вызывают.
  • Файл печатной платы: ir2153.lay6[0,03MB]
  • В качестве генератора используется распространённая микросхема IR2153, для работы которой требуются всего несколько деталей в обвязке: времязадающая RC цепочка и конденсатор с диодом для верхнего ключа.

Транзисторы при сборке необходимо установить на небольшие радиаторы, я этого делать не стал т.к. плата нужна лишь для демонстрации. Так же не рекомендую включать устройство без запаянного электролитического конденсатора, может получится ситуация когда через ключи потечет сквозной ток.

Номиналы времязадающей цепи с помощью подстроечного резистора позволяют микросхеме работать в диапазоне частот примерно от 7 до 146kHz. В процессе настройки включать высоковольтный генератор желательно через амперметр для контроля тока, при этом желательно что бы блок питания выдавал не менее 3-х ампер при 12 вольт.

Подстроечным резистором можно пройтись по всему диапазону частот для нахождения резонансных участков, при этом для получения 20 киловольт искровой разряд не должен превышать буквально 1.5 см, а ток потребления при этом должен быть около 0.6-0.8А.

Если добиться таких результатов не удается то есть два варианта. Первый из них «поиграть витками», увеличивая или уменьшая их количество, второй – заменить резонансный конденсатор с 470 на 330 или 220 нанофарад. У меня все заработало сразу после сборки, но как говориться – если вдруг.

Перед намоткой первичной обмотки на ТДКС феррит следует изолировать изолентой или скотчем, мотать следует эмальпроводом 0.6-0.8мм, или (что лучше) сразу двумя-тремя проводами 0.6 параллельно. Провода от трансформатора до платы желательно не более 10 сантиметров.

Не следует забывать что во вторичной обмотке ТДКС как правило находится диод, поэтому умножитель напряжения к нему не подключишь.

Для использования в электростатической коптильне параллельно выходам необходимо поставить конденсатор ~30kV 470pf – 2.2n и выходной токоограничительный резистор.

Источник: https://humka.ru/istochnik-vysokogo-napryazheniya

Схема высоковольтного генератора

Я как любитель всяких импульсных и особенно высоковольтных устройств решил сделать высоковольтный генератор (идея вообще-то была сделать люстру Чижевского). Подошел я к этому весьма творчески. Т.е. как всегда чужую готовую схему повторять неинтересно — надо что-то сочинить свое. Сначала я правда перепробовал кучу схем.

На транзисторах делал — мне что-то не понравилось, да и транзисторы грелись сильно. Сделал обычную схему на тиристорах — трансформатор сильно трещит (можно его конечно залить эпоксидкой, но возиться не хотелось). Частота низкая импульсы короткие. Да и напряжения высокого какого хотел (а хотелось по больше) я не получил.

И я решил пойти другим путем — чтобы треск или свист не был слышен, я решил поднять частоту за пределы слышимости, т.е. килогерц 20-30 и при этом сделать генератор на тиристоре. У меня для этого было несколько высокочастотных тиристоров ТЧ63. Мощная штука — частота до 33кГц, ток постоянный 63А, а импульсный ток килоампера полтора, т.е.

для импульсных устройств подходит идеально.

Попробовал я сначала вот эту схему (с этим тиристором):

Но почему-то я не смог выжать с однопереходного транзистора больше 10 кГц, ну а свист — кому понравится. Хотя в принципе схема не плохая. Хотя недостаток был еще один — резистор R3 греется очень сильно, причем мне пришлось ставить два проволочных остеклованных по 7 Ватт каждый, и все равно нагрев чрезмерно большой. Меня это не устроило.

Хотя на выходе получил достаточно большое напряжение — пробивало зазор в несколько миллиметров. К сожалению напряжение померить было нечем — проверял на глазок по ширине пробивного зазора. В разной литературе указывается по разному, но в большинстве принято считать для переменного напряжения примерно 1 мм на 1 кВ, а для постоянного 1 мм на 3 кВ.

Хотя это зависит от частоты (для переменного тока) и от влажности и давления. У меня ширина пробоя оказалась миллиметров 10-12 для переменного тока (почему-то при попытке выпрямить или пропустить через умножитель напряжение падало настолько сильно, что зазор уменьшался почти до нуля). Меня все это совершенно не устроило.

Вот тут я и ступил на путь создания «высоковольтного монстра».

Во-первых я собрал задающий генератор по стандартной, годами проверенной схеме. На двух транзисторах разной проводимости. Это позволило без труда сделать генератор коротких импульсов с частотой изменяемой в широких пределах от 1 кГц до 50-70 кГц. Трансформатор на ферритовом колечке диаметром 10-12 мм.

Затем порывшись в груде книг и учебников я выбрал другое включение конденсатора-тиристора-трансформатора (именно так кстати делается в электронных тиристорных схемах зажигания) ее преимущество в том, что этот вариант включения практически не боится короткого замыкания на выходе:

И самое главное вместо так непонравившегося мне греющегося резистора я поставил дроссель Др1 (кстати пусковой дроссель от лампы дневного света). Дроссели Др2 и Др3 в принципе защитные (по 16 витков на феррите), но можно их наверное не ставить (хотя Др3 — влияет на резонанс).

Когда я все это включил, то начал с минимальной частоты и напряжения питания вольт 30-50. Сначала я услышал писк и на выходе пробивало зазор в пару миллиметров. Затем я стал повышать частоту и при приближении к 18-20 кГц писк не стал слышен. А вот дальше произошло самое интересное. В какой-то момент система попала в резонанс.

Я услышал мощное шипение, и между выходными проводами образовалась дуга длиной миллиметров в 45, причем это было не просто потрескивание с синей искрой — это была дуга с высокой энергией ярко сиреневого цвета — такой плазменный жгут или шнур. И это все при напряжении питания в 60 вольт (если честно, я больше 80 В дать просто побоялся).

Я решил проверить как обычно на пробой плотного листа бумаги (с предыдущими схемами я баловался — симпатичные такие дырочки получались). Сказать, что ее пробило — это ничего не сказать — бумага вспыхнула сразу при касании к дуге. Т.е. энергия была очень высокой.

Если я концы провода подносил ближе друг к другу — они на концах начинали плавиться (тут мне и пришла мысль, что сварочник надо делать именно на тиристорах и где-то на этой же частоте). Пробивался даже фторопласт.

Причем в этой схеме я использовал строчный трансформатор от цветного лампового усилителя, а выходная обмотка там имеет мало витков и при обычно схеме на выходе получалось небольшое напряжение (у ч/б телевизоров строчник с более большим коэффициентом трансформации). Я подумал, а что если напряжение питания поднять до 220В — сколько будет тогда на выходе (хотя скорее всего пробило бы трансформатор).

Когда улеглись первые восторги, я начал замечать и недостатки это конструкции. Во-первых, через пару минут работы (а то и меньше) начинал разогреваться трансформатор (и довольно сильно) затем тиристор и даже диод (мощность-то прокачивалась ого-го).

Во-вторых система оказалась очень чувствительна к изменениям частоты генератора (все-таки схема-то резонансная). Так же на резонанс влияло и изменение нагрузки. Но что хуже всего — при такой высокой частоте колебаний — я нигде не смог это применить.

Выпрямить невозможно — пробовал ставить на выходе высоковольтные (12 кВ, 300 мА, исправные) диоды — они начинали нагреваться даже, если припаяны одним концом, а второй просто висит в воздухе (в пространство что ли излучают).

Даже при подключении высоковольтного кабеля длиной всего сантиметров 20 — напряжение падало в десятки раз (может резонанс сбивается и регулировка частоты не помогает). Пробовал собрать умножитель на выходе — с тем же результатом.

Где применить такое я не знаю.

Думал даже электрошокер сделать, но схема у меня работала вольт от 16-20 не меньше, да и мощность потребляла большую и размеры были приличные (тиристор довольно внушительных размеров, дроссель, мощный конденсатор, строчный трансформатор — это будет не миниатюрное устройство, а «ранцевый» вариант, если учесть, что батареек надо к нему штук 16), к тому же в шокере на выходе должно быть постоянное напряжение (а если все-таки переменка, то на маленькую частоту). Да и вообще я такое побоюсь применить — убьет еще кого ненароком или пробьет изоляцию и мне достанется. Короче забросил я этого монстра. Хотя идея была красивая.

Источник: http://radiolub.chat.ru/Monstr/monstr.htm

Источник: https://www.qrz.ru/schemes/contribute/constr/monstr.shtml

Регулируемый генератор высокого напряжения

Регулируемый генератор высокого напряжения на NE555 и ТВС-90

В жизни иногда не хватает драйва и зрелищности — с хаотичным и загадочным потрескиванием разрядника и с зашкаливающей стоящей рядом радиоаппаратурой.

Всё это может дать вам генератор высокого напряжения!
Но если без рекламы и серъезно, то для некоторых опытов такой генератор — вещь незаменимая.
Вот и мне такой однажды понадобился, причём не просто какой-то там повышающий транс на 1000V, а на 5-20 kV.

Но главное требование — возможность регулирования выходного высокого напряжения.
Порывшись в нете и не найдя подходящей схемы, мне пришлось изобретать свою родимую.

Для задающего генератора взял самую распостранённую мелкосхему — NE555, а в качестве транса — ТВС-90 (купил на радиорынке за копейки).
Для стабилизации напряжения питания задающего применил не менее распостранённый ШИМ — LM7809.

Принцип действия схемы простой: задающий генератор выбаратывает прямоугольные импульсы с разной скважностью — от неё то и зависит наше выходное высокое напряжение.
Скважность регулируется R3 и подаётся на выходной ключ на MOSFET-транзисторе. Последний возбуждает первичную обмотку ТВС, а на вторичной мы получаем высокое напряжение.

  • Регулировкой R3 мы можем получить как маленькую искру в доли миллиметра, так и искру длиной в пару сантиметров.
  • Некоторые моменты на которые стоит обратить внимание
  • Выходной ключ нужно поставить на радиатор, т.к. при больших выходных напряжениях ток через него может превышать 5-8А.
  • Желательно, чтобы корпус устройства быть металлическим (я использовал корпус от компьютерного БП), где минус питания был бы с ним соединён.
  • Напряжение питания можно увеличить до 15-20 Вольт и получить ещё более мощную искру, но в этом случае обязательно нужно пространственно разнести блок задающего генератора и трансформатор.
    Саму задающую схему потребуется заэкранировать, т.к. сильные наводки могут повредить полупроводниковые элементы.

Замены

Высоковольтный трансформатор подойдёт, в принципе, любой из серии ТВС, ТДКС. Главное — найти задающую обмотку.
Это можно делать «методом тыка» при максимальной скважности задающего генератора (минимальная длина импульсов накачки) и минимальном напряжении питания.
Выходной ключ также может быть любым мощным MOSFET-транзистором с большим паспортным током сток-исток, например IRFP260.
Стабилизатор напряжения LM7809 можно заменить на отечественный — КР142ЕН8А.

Ещё схемы

Довольно простой маломощный высоковольтный генератор, с искрой в 1..2мм, можно собрать всего на одном транзисторе.
Он рассчитан на небольшой по размерам ТВС марки ТВС-90П4. Схема подключения изображена на следующем рисунке.
Трансформатор показан со стороны его выводов.
Транзистор лучше всего подходит 2SC2625.

Автор также рекомендует ознакомиться с генератором высоковольтных импульсов на одном mosfet-транзисторе.
Его схемотехника такая же простая и он может работать с любой индуктивной нагрузкой.

Источник: http://Gorchilin.com/articles/scheme/hv-generator

Высоковольтный генератор своими руками

Многие из нас хоть раз в жизни видели в интернете или в реальной жизни фотографии Высоковольтных генераторов, или сами их делали.

Многие представленные в интернете схемы довольно мощные, их выходное напряжение составляет от 50 до 100 Киловольт. Мощность, как и напряжение тоже довольно высокая. Но их питание – главная проблема.

Источник напряжения должен быть подобающей генератору мощности, должен уметь отдавать долговременно большой ток.

  • Есть 2 варианта питания ВВ генераторов:
  • 1)аккумулятор,
  • 2)сетевой источник питания.

Первый вариант позволяет запустить устройство далеко «от розетки».

Однако, как раннее было замечено, устройство будет потреблять большую мощность и, следовательно, аккумулятор должен обеспечивать эту мощность (если вы хотите, чтобы генератор работал «на все 100»).

Аккумуляторы такой мощности довольно большие и автономным устройство с таким аккумулятором не назовёшь. Если осуществлять питание от сетевого источника, то об автономности тоже говорить не придётся, так как генератор буквально «не оторвёшь от розетки».

Моё же устройство вполне автономно, так как потребляет от встроенного аккумулятора не так уж и много, однако вследствие низкого потребления мощность тоже не велика – около 10-15W. Но дугу с трансформатора получить можно, напряжение около 1 Киловольта. С умножителя напряжения по выше – 10-15 Кв.

Ближе к конструкции…

Так как этот генератор для серьёзных целей не планировал, я поместил все его «внутренности» в картонную коробку (как бы смешно это не звучало, но это так. Я прошу не судить строго мою конструкцию, так как высоковольтной технике я не специалистL).

У моего устройства присутствуют 2 Li-ionаккумулятора, ёмкостью 2200 мА/ч. Их зарядка осуществляется с помощью линейного стабилизатора на 8 вольт: L7808. Он также находится в корпусе. Также имеется два зарядных устройства: от сети (12 в., 1250 мА/ч.

) и от прикуривателя автомобиля.

  1. Сама схема генерации высокого напряжения состоит из нескольких частей:
  2. 1)фильтр входного напряжения,
  3. 2)задающий генератор, построенный на мультивибраторе,
  4. 3)силовые транзисторы,
  5. 4)высоковольтный повышающий трансформатор (хочу отметить, что сердечник не должен иметь зазор, наличие зазора приводить к увеличению тока потребления и вследствие выход из строя силовых транзисторов).

Также к высоковольтному выходу можно подключить «симметричный» умножитель напряжения или… люминесцентную лампу, тогда ВВ генератор превращается в фонарь. Хотя на самом деле изначально это устройство планировалось сделать как фонарь. Схема преобразователя выполнена на макетной плате, при желании можете создать печатную плату.

Максимальное потребление схемы – до 2-3 Ампера, это стоит учитывать при выборе выключателей. Стоимость устройства зависит от того, где вы брали компоненты. Я большую половину комплектации нашёл у себя в ящике или в коробке для хранения радиодеталей.

Купить мне пришлось всего лишь линейный стабилизатор L7808, ИВЛМ1-1/7 (на самом деле сюда вставил ради интереса, а купил из любопытства J), также мне пришлось купить электронный трансформатор для галогенных ламп (из него я взял всего лишь трансформатор).

  Провод для намотки вторичной (повышающей, высоковольтной) обмотки  взял из давно сгоревшего строчного трансформатора (ТВС110ПЦ), и Вам советую делать тоже самое. Так провод в строчных трансформаторах высоковольтный и с пробоем изоляции проблем быть не должно. С теорией вроде бы разобрались – теперь перейдём к практике…

  • Внешний вид…
  • Рис.1 – вид на управляющую панель:
  • 1)индикаторы работоспособности
  • 2)индикатор присутствия зарядного напряжения
  • 3)вход от 8 до 25 вольт (для зарядки)
  • 4)кнопка включения заряда аккумулятора (включать только при подключённом зарядном устройстве)
  • 5)переключатель аккумуляторов (верхнее положение – основной, нижнее — запасной)
  • 6)выключатель ВВ генератора
  • 7)высоковольтный выход

На лицевой панели присутствуют 3 индикатора работоспособности.

Их здесь такое количество, потому что семисегментный индикатор является моим инициалом (на нём светиться первая буква моего имени: «А»J), светодиоды над выключателем и переключателем изначально планировались быть дополнительными индикаторами заряда батареи, но со схемой индикации возникла проблема, а отверстия в корпусе уже были сделаны. Пришлось поставить светодиоды, но уже в качестве просто индикаторов, дабы не портить внешний вид.

  1. Рис.2 – вид на вольтметр и индикатор:
  2. 8)вольтметр – показывает напряжение на аккумуляторе
  3. 9)индикатор – ИВЛМ1-1/7
  4. 10)предохранитель (от случайного включения)
  5. Вакуумно-люминесцентный индикатор установил ради интереса, так как это мой первый индикатор такого типа.
  6. Рис.3 – внутренний вид:
  7. 11)корпус
  8. 12)аккумуляторы (12,1-основной, 12,2-запасной)
  9. 13)линейный стабилизатор 7808 (для зарядки аккумуляторов)
  10. 14)плата преобразователя
  11. 15)теплоотвод с полевым транзистором КП813А2
  12. Тут, думаю нечего пояснять.
  13. Рис.4 – зарядные устройства:

16)от сети 220 в. (12 в., 1250 мА.)

  • 17)от прикуривателя автомобиля
  • Рис.5 – нагрузки для АВВГ:
  • 18)9W люминесцентная лампа
  • 19)«симметричный» умножитель напряжения 
  • Рис.6 – принципиальная схема:
  • USB1 – стандартный выход USB
  • BAT1, 2 – Liion 7,4 в. 2200 мА/ч (18650 Х 2)
  • R1, 2, 3, 4 – 820 Ом
  • R5 – 100 КОм
  • R6, 7 – 8,2 Ом
  • R8 – 150 Ом
  • R9, 12 – 510 Ом
  • R10, 11 – 1 КОм
  • L1 – сердечник от дросселя из энергосберегающей лампы, 10 витков по 1,5 мм.
  • C1 – 470 мкФ 16 в.
  • C2, 3 – 1000 мкФ 16 в.
  • C4, 5 – 47 нФ 250 в.
  • C6 – 3,2 нФ 1,25 Кв.
  • C7 – 300 пФ 1,6 Кв.
  • С8 – 470 пФ 3 Кв.
  • С9, 10 – 6,3 нФ
  • C11, 12, 13, 14 – 2200 пФ 5 Кв.
  • D1 – красный светодиод
  • D2 – АЛ307ЕМ
  • D3 – АЛС307ВМ
  • VD1, 2, 3, 4 – КЦ106Г
  • HL1 – ЗЛС338Б1
  • HL2 – NE2
  • HL3 – ИВЛМ1-1/7
  • HL4 – ЛДС 9W
  • IC1 – L7808
  • SB1 – кнопка 1А
  • SA1 – выключатель 3А (ONOFF с неоновой лампой)
  • SA2 – переключатель 6А (ONON)
  • SA3 – выключатель 1А (ONOFF)
  • PV1 –М2003-1
  • T1 – повышающий трансформатор:

ВВ обмотка: 372 витков ПЭВ-2 0.14мм. R=38.6ом

Первичная обмотка: 2 по 7 витков ПЭВ-… 1мм. R=0.4ом

  1. VT1 – КТ819ВМ
  2. VT2 – КП813А2
  3. VT3, 4 – КТ817Б
  4. Общее количество компонентов: 53.
  5. Без чего МОЖЕТ работать эта схема, на самом деле много без чего: IC1, R1, 2, 3, 4, 5, 8, C1, 2, 3, 4, 5, 7, 8,
  6. Пояснения к схеме:

Минус общий, идёт от входа USB до платы преобразователя.  Плюсы от аккумуляторов идут к переключателю, от него уже один вывод к выключателю (SA1), а от него к преобразователю.

Также плюс идет к вольтметру (PV1), через резистор к катоду индикатора и к анодам светодиодов (для каждого светодиода отдельный резистор).

Зарядка осуществляется после того как на вход USB подаётся напряжение от 8 до 25 вольт, а также после нажатия кнопки (SB1), светодиод (D1) загорается после того как подаётся напряжение для зарядки (контролировать процесс заряда можно с помощью вольтметра PV1).

Переключение между основным и запасным аккумуляторами осуществляется с помощью переключателя (SA1), дальше силовой плюс идёт к выключателю (SA2)  (через выключатель SA3) ВВ генератора, неоновая лампа (HL2) находится внутри выключателя.

Дальше силовые выводы поступают на блок конденсаторов и задающий генератор, построенный на мультивибраторе(VT3, 4. C9, 10.

 R9, 10, 11, 12), транзисторы КТ817Б можно заменить на любые другие аналоги, от него импульсы поступают на базу и затвор транзисторов(VT1, VT2), транзисторыможно использовать менее или более мощные аналоги.

Здесь использованы полевой и биполярный транзисторы, сделано это для того, чтобы снизить потребление. После трансформатора высокое напряжение поступает на группы анодов-сегментов вакуумно-люминесцентного индикатора, а после на ВВ выход.

Потребление (как фонарь): за 1 минуту схема разряжает аккумулятор на 0,04 В. (40 милливольт.). Если генератор будет работать 25 минут, следовательно, разрядится на 1 вольт (25*0,04).

  • Вот фотообзор:
  • Ну как в наше трудное время без видеоролика
  • {youtube}KMvxOHsOFVQ{/youtube}
  • Автор — Алексей Киселёв

Источник: http://vip-cxema.org/index.php/home/bloki-pitaniya/294-avtonomnyj-vysokovoltnyj-generator

Схемы на все случаи жизни » Высоковольтный генератор на NE555

Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня я хотел бы предложить Вам схему простого высоковольтного генератора на микросхеме NE555.

На просторах интернета очень много схем посвящено данной тематике и подобным конструкциям. Как правило они не лишены одного своего серьёзного недостатка, все они не имеют системы защиты от обратного напряжения. В большинстве случаев это приводит к печальным последствиям: выгоранию выходных транзисторов и пробою таймера NE555.

Испытывая одну из подобных конструкций я сам спалил пару микросхем NE555 и несколько выходных ключей. Тогда и возникла идея доработки данной схемы и добавления простейшей, но надежной защиты. После проведённой доработки больше при работе не возникало никаких проблем и не сгорело ни одного элемента. Итак, рассмотрим работу устройства, представленного на фото ниже подробнее.

Основу данной схемы составляет генератор прямоугольных импульсов на интегральном таймере NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1). Частота генератора задаётся цепочкой R1-R2-C1. При данных номиналах частота генератора составляет приблизительно 30 килогерц. С выхода генератора через токоограничительный резистор R3 выходной сигнал поступает на вход составного транзистора Т1-Т2. В коллектор транзистора Т2 включена первичная обмотка повышающего выходного трансформатора. Диод VD1 служит для защиты устройства от броска обратного напряжения при закрытии транзистора. Супрессорный диод VD2 защищает транзистор Т2 от пробоя и выбирается по максимальному напряжению коллектор-эмиттер Т2. Супрессорный диод VD3 защищает микросхему DD1 от пробоя. Так как максимальное напряжение питания микросхемы составляет 15 вольт, супрессорный диод следует выбрать на напряжение открывания не более этого значения или немного выше. При работе на вторичной обмотке трансформатора напряжение приблизительно 5-6 киловольт. Это напряжение поступает на вход умножителя УН-9/27. С выхода данного умножителя и снимается высокое напряжение.

Таким образом доработка схемы заключается в установке диода VD1 и супрессорных диодов VD2 и VD3. Несмотря на всю простоту защиты, она дала отличные результаты и надёжную защиту схемы от бросков обратного напряжения.

Следует отметить интересный факт, что генератор собранный по данной схеме имеет так называемый электронный ветер — поток отрицательно заряженных электронов у высоковольтного провода. Его можно обнаружить по холодку при приближении руки к высоковольтному проводу. Поэтому данная схема и используется очень часто при построении ионизаторов воздуха. Кроме того замечен ещё один интересный факт: высокое напряжение с данной установки способно растекаться по поверхности диэлектрических материалов (стеклу, дереву, бумаге, фарфору, пластмассе…), по поверхности тела человека (при достаточной частоте не причиняя никакого вреда), электризует вокруг себя лежащую бумагу (до того что при проведении рукой по газете, лежащей рядом с установкой по ней пробегают искры). Ни с одной другой схемой (без умножителя, с переменным напряжением на выходе) таких эффектов не было обнаружено. В подборке фото ниже представлены фото с испытаний данного генератора.

Внимание!!! Любое проведение экспериментов по пропусканию тока по поверхности человеческого тела, а так же все подобные эксперименты, опасны для жизни!!! При неверном расчёте схемы, каких либо неполадках, недостаточности квалификации в этой области, Вам грозит поражение электрическим током, вплоть до летального исхода… Не проводите подобные опыты не имея достаточного опыта!!! Соблюдайте строго технику безопасности! Запомните: Электрический ток — это хороший слуга, но плохой хозяин!!!

Список использованных радиодеталей
  • DD1 — NE555 (КР1006ВИ1)
  • VD1 — КД213
  • VD2 — 1.5КЕ100СА
  • VD3 — 1.5КЕ18СА
  • C1 — 0.01 мкФ
  • C2 — 0.01 мкФ
  • R1 — 680 Ом
  • R2 — 2К
  • R3 — 100 Ом
  • Т1 — КТ815А
  • Т2 — КТ8101А (С радиатором)

Трансформатор Tr1 — это переделанный строчный трансформатор от старого лампового телевизора. Для его переделки снимаем первичную обмотку и мотаем свою. Первичная обмотка содержит 8 витков провода ПЭЛ-1.5. Вторичная обмотка (высоковольтная, залитая пластмассой) остается штатной, после чего трансформатор собирается. При сборке между половинок сердечника следует сделать зазор около 1 мм из тонкого гетинакса или стеклотекстолита.

На этом на сегодня всё. До новых встреч. С уважением, Андрей Савченко.

P.S. Обновление на 19.03.2020: Данный высоковольтный генератор собирался летом 2012 года т.е. как раз после окончания мной 2-ого курса ОмГТУ. Мне уже тогда были достаточно интересны эксперименты с высоким напряжением (впрочем, сейчас мало что изменилось и к подобным экспериментам я время от времени возвращаюсь). Данная схема является одной из самых простых схем данного класса (проще, наверное, только различные типы блокинг-генераторов…).

Если Вы решите собирать высоковольтный генератор по выше приведённой схеме, то в качестве модернизации рекомендую Вам использовать в выходном каскаде вместо составного транзистора драйвер на комплементарной паре транзисторов, предназначенный для управления mosfet транзисторами в связке с самим mosfet транзистором (эта рекомендация будет мной дана ещё несколько раз в подобных статьях).  При этом все остальные цепи генератора остаются без изменения (хотя защитные цепи транзистора можно выполнить по схеме, описанной в статье Вторая жизнь ионофона на NE555, но при этом, скорее всего, придётся пересчитать параметры гасящей RC-цепи под используемую частоту генератора. В этой же статье описан выходной каскад, выполненный, как раз, по предложенным модернизациям). Mosfet транзистор по току стока, напряжению сток-исток, а так же рассеиваемой мощности должен быть не хуже, чем транзистор Т2 в исходной схеме. Данная замена повысит качество работы предложенного высоковольтного генератора. 

Схема генератора высоковольтных импульсов » Паятель.Ру


Генератор, в зависимости от напряжения источника питания, вырабатывает высоковольтные импульсы амплитудой до 25 кВ. Он может работать от гальванической батареи на 6В (четыре элемента типа "А"), аккумуляторной батареи на 6... 12В, бортовой сети автомобиля, лабораторного источника питания до 15В. Диапазон применения достаточно широк: электроизгороди на ферме для животных, зажигалка для газа, электрошоковое средство защиты, и др. При изготовлении подобных устройств наибольшие трудности вызывает высоковольтный трансформатор.


Даже при удачном изготовлении он не отличается надежностью и часто выходит из строя от сырости или из-за пробоя изоляции между катушками. Попытка сделать высоковольтный генератор на основе диодного умножителя напряжения тоже не всегда дает положительный результат.

Проще всего использовать готовый высоковольтный трансформатор — автомобильную катушку зажигания от автомобиля с классической системой зажигания. Этот трансформатор отличается высокой надежностью и может работать даже в самых не благоприятных полевых условиях. Конструкция катушки зажигания рассчитана на жесткую эксплуатацию в любых погодных условиях.

Принципиальная схема генератора показана на рисунке. На транзисторах VT1 и VT2 сделан несимметричный мультивибратор, он вырабатывает импульсы частотой около 500 Гц. Эти импульсы протекают через коллекторную нагрузку транзистора VT2 — первичную обмотку катушки зажигания. В результате в её вторичной обмотке, имеющей значительно большее число витков, наводится переменное импульсное высоковольтное напряжение.

Это напряжение поступает на разрядник, если это средство самозащиты или зажигалка для газа, или на электроизгородь. В этом случае на изгородь подается напряжение с центрального вывода катушки зажигания (с того вывода, с которого напряжение поступает на распределитель и свечи), а общий плюс схемы нужно заземлить.

Если генератор будет использоваться как средство самозащиты, его удобнее всего сделать в виде палки. Взять пластмассовую или металлическую трубку такого диаметра, чтобы в неё туго вставлялась катушка зажигания своим металлическим корпусом. В остальном пространстве трубы расположить батареи питания и транзисторы. S1 в этом случае — приборная кнопка. Верхнюю часть корпуса катушки придется переделать.

Удобнее всего взять штепсельную вилку старого образца для сети 220В, с вывинчивающимися контактами. Отверстие под провод в ней нужно рассверлить так, чтобы в него плотно входила часть катушки зажигания с высоковольтным контактом. Затем нужно вывести монтажные провода от этого контакта и от общего плюса схемы и по самым краям вилки их подвести к штыревым контактами вилки.

Затем эту вилку нужно промазать эпоксидным клеем в рассверленном отверстии под провод и туго насадить на пластмассовый корпус высоковольтного контакта катушки. Под штыревые контакты вилки нужно привинтить разрядные лепестки, расстояние между которыми должно быть около 15 мм.

Катушка зажигания может быть любая от контактной системы зажигания (от электронной не подходит), желательно импортная, — она меньше по размерам и лете.

Настройка заключается в подборе номинала R1 таким образом, чтобы между разрядными лепестками был надежный электрический разряд.

Высоковольтный усилитель тока своими руками. Мой высоковольтный генератор. Схема источника высокого напряжения

Иногда возникает необходимость получения высокого напряжения из подручных материалов. Строчная развертка отечественных телевизоров и есть готовый высоковольтный генератор, мы лишь чуток переделаем генератор.
Из блока строчной развертки нужно выпаять умножитель напряжения и строчный трансформатор. Для нашей цели был использован умножитель УН9-27.

Строчный трансформатор подойдет буквально любой.


Строчный трансформатор сделан с огромным запасом, в телевизорах используется лишь 15-20% мощности.
Строчник имеет высоковольтную обмотку, один конец которого можно увидеть прямо на катушке, второй конец высоковольтной обмотки находится на стенде, вместе с основными контактами внизу катушки (13-ый вывод). Найти высоковольтные выводы очень легко, если взглянуть на схему строчного трансформатора.

Используемый умножитель имеет несколько выводов, ниже представлена схема подключения.


Схема умножителя напряжения

После подключения умножителя к высоковольтной обмотке строчного трансформатора, нужно думать о конструкции генератора, который будет питать всю схему. С генератором не мудрил, решил взять готовый. Была использована схема управления ЛДС с мощностью в 40 ватт, иными словами просто балласт ЛДС.


Балласт китайского производства, можно найти в любом магазине, цена не более 2-2,5$. Такой балласт удобен тем, что работает на высоких частотах (17-5кГц в зависимости от типа и производителя). Единственный недостаток заключается в том, что выходное напряжение имеет повышенный номинал, поэтому мы не можем напрямую подключить такой балласт к строчному трансформатору. Для подключения используется конденсатор с напряжением 1000-5000 вольт, емкость от 1000 до 6800пкФ. Балласт может быть заменен на другой генератор, он не критичен, тут важен только разгон строчного трансформатора.

ВНИМАНИЕ!!!
Выходное напряжение от умножителя составляет порядка 30.000 вольт , это напряжение в некоторых случаях может быть смертельно опасным, поэтому просим быть предельно осторожными. После выключения схемы в умножителе остается заряд, замыкайте высоковольтные выводы , чтобы полностью разрядить его. Все опыты с высоким напряжением делайте вдали от электронных устройств.
Вообще вся схема находится под высоким напряжением, поэтому не дотрагивайтесь компонентов во время работы.


Установка может использоваться в качестве демонстрационного генератора высокого напряжения, с которым можно проводить ряд интересных опытов.

Здравствуйте. Сегодня речь пойдет об очень мощной и крутой самоделке. Сегодня я соберу мощный высоковольтный генератор напряжением около 25 кВ. Данную схему я собираю уже не в первый раз, так что каких то сложностей нет. Постараюсь объяснить все коротко и просто
Начну пожалуй со схемы высоковольтного генератора. Нашел ее еще когда собирал , да и сохранил на всякий случай. Схема всего из десятка компонентов
Как говорил схему собирал для второго осциллятора, схема сейчас успешно работает на сварке. Нижняя плата и есть высоковольтный генератор


Пока собирал успел наиграться с дугой иногда достигающей 3х сантиметром, что равнялось примерно 30 кВ. Еще тогда придумал собрать для себя такой же генератор, надо было только подходящие компоненты собрать и вот пришло время

Нашел цветной телевизор советского производства и вырвал с него плату строчной развертки


Собственно с этой платы нужны только строчный трансформатор и конденсатор к73-17 на 400В 0.47 мкФ. На первом генераторе у меня стояла их пара.
Плату очистил от старых дорожек болгаркой, строчный трансформатор установил на старое место намотав две обмотки по 5 витков. Из такого же трансформатора изготовил дроссель, который чуть позже переделаю.


Приступил к сборке управляющей части схемы. Монтаж будет навесной, не хочу морочится платой. Установил полевые транзисторы 40N60 на радиатор, через изолирующие прокладки


На следующем этапе сборки припаял мощные трехамперные диоды Шотки


Дело за малым припаять конденсатор между стоками транзисторов и припаять резисторы 390 Ом в затворы. Стабилитроны я не ставил, так как их нет у меня, но схема отлично работает и без них


Припаял трансформатор к стокам и перемотал дроссель, так как индуктивность предыдущего слишком мала. Новый дроссель индуктивностью 50 мкГн.

Пора и попробовать запустить высоковольтный генератор. Подключаю плату к . На фото дуга примерно пол сантиметра, что равно 5кВ. Питание 20В


Попробовал раздвинуть дугу до 2,5 см, напряжение поднялось до 25кВ. Дуга стала широкой и мошной, сигарету в доли секунды зажигает 🙂 Но начал плавиться провод и пришлось прервать эксперимент


Что бы провода не подгорали, один вывод высоковольтной обмотки подключил к саморезу закрученному в плату, а на второй прикрутил болт.
Питание подал 20В, ток холостого хода 0,6А


Теперь попробую разжечь дугу до 25 кВ и сделать замер. Напряжение просело до 13,2В, ток потребления 6,25А. Потребляемая мощность 82,5Вт, карандаш загорается вообще без проблем


К сожалению мой лабораторный не может разжечь дугу посильней и так трансформатор перегружен. Надо найти что то мощнее и посмотреть, на что еще способен высоковольтный генератор
Я тут снял коротенькое видео работы генератора, надеюсь вам будет интересно.

А пока грузил это видео, нашел еще одно интересное видео работы данного генератора от 30В, ребята это вообще жесть

HV блокинг-генератор (высоковольтный блок питания) для опытов-его можно купить в интернете или сделать самому. Для этого нам понадобится не очень много деталей и умение работать паяльником.

Для того чтобы его собрать нужно:

1. Трансформатор строчной развертки ТВС-110Л, ТВС-110ПЦ15 от ламповых ч/б и цветных телевизоров (любой строчник)

2. 1 или 2 конденсатора 16-50в - 2000-2200пФ

3. 2 резистора 27Ом и 270-240Ом

4. 1-Транзистор 2Т808А КТ808 КТ808А или схожие по характеристикам. + хороший радиатор для охлаждения

5. Провода

6. Паяльник

7. Прямые руки


И так берем строчник разбираем его аккуратно, оставляем вторичную высоковольтную обмотку, состоящую из множества витков тонкой проволоки, ферритовый сердечник. Наматываем свои обмотки эмалированной медной проволокой на вторую свободную сторону феритового сердечника предварительно сделав из плотного картона трубку вокруг ферита.


Первая: 5 витков примерно 1.5- 1.7 мм диаметром

Вторая: 3 витка примерно 1.1мм диаметром

Вообще, толщина и количество витков можно варьироваться. Что было под рукой - из того и сделал.

В кладовке были найдены резисторы и пара мощных биполярных n-p-n транзисторов - КТ808а и 2т808a. Радиатор делать не захотел - ввиду больших размеров транзистора, хотя в последствии опыт показал - что большой радиатор обязательно нужен.


Для питания всего этого я выбрал 12В трансформатор, можно запитать и от обычного 12 вольтового 7А акк. от UPS-а.(чтобы увеличить напругу на выходе, можно подать не 12 вольт а например 40 вольт но тут уже надо думать о хорошем охлаждении транса, и витков первичной обмотки можно сделать не 5-3 а 7-5 например).

Если собираетесь использовать трансформатор то понадобится диодный мост чтобы выпрямить ток с переменного в постоянный, диодный мост можно найти в блоке питания от компьютера, там же можно найти конденсаторы и резисторы + провода.

в итоге мы получаем 9-10кВ на выходе.


Всю конструкцию я разместил в корпусе от БП. получилось довольно таки компактно.

Итак, мы имеем HV Блокинг генератор который дает нам возможность ставить опыты и запускать Трансформатор Тесла.

Добрый день, уважаемые хабровчане.
Этот пост будет немного необычным.
В нём я расскажу, как сделать простой и достаточно мощный генератор высокого напряжения (280 000 вольт). За основу я взял схему Генератора Маркса . Особенность моей схемы в том, что я пересчитал её под доступные и недорогие детали. К тому же сама схема проста для повторения (у меня на её сборку ушло 15 минут), не требует настройки и запускается с первого раза. На мой взгляд намного проще чем трансформатор Теслы или умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.

Принцип работы
Сразу после включения начинают заряжаться конденсаторы. В моём случае до 35 киловольт. Как только напряжение достигнет порога пробоя одного из разрядников, конденсаторы через разрядник соединятся последовательно, что приведёт к удвоению напряжения на конденсаторах, подсоединённых к этому разряднику. Из-за этого практически мгновенно срабатывают остальные разрядники, и напряжение на конденсаторах складывается. Я использовал 12 ступеней, то есть напряжение должно умножиться на 12 (12 х 35 = 420). 420 киловольт - это почти полуметровые разряды. Но на практике, с учетом всех потерь, получились разряды длиной 28 см. Потери были вследствие коронных разрядов.

О деталях:
Сама схема простая, состоит из конденсаторов, резисторов и разрядников. Ещё потребуется источник питания. Так как все детали высоковольтные, возникает вопрос, где же их достать? Теперь обо всём по порядку:
1 - резисторы
Нужны резисторы на 100 кОм, 5 ватт, 50 000 вольт.
Я пробовал много заводских резисторов, но ни один не выдерживал такого напряжения - дуга пробивала поверх корпуса и ничего не работало. Тщательное загугливание дало неожиданный ответ: мастера, которые собирали генератор Маркса на напряжение более 100 000 вольт, использовали сложные жидкостные резисторы генератор Маркса на жидкостных резисторах, или же использовали очень много ступеней. Я захотел чего-то проще и сделал резисторы из дерева.

Отломал на улице две ровных веточки сырого древа (сухое ток не проводит) и включил первую ветку вместо группы резисторов справа от конденсаторов, вторую ветку вместо группы резисторов слева от конденсаторов. Получилось две веточки с множеством выводов через равные расстояния. Выводы я делал путём наматывания оголённого провода поверх веток. Как показывает опыт, такие резисторы выдерживают напряжение в десятки мегавольт (10 000 000 вольт)

2 - конденсаторы
Тут всё проще. Я взял конденсаторы, которые были самыми дешевыми на радио рынке - К15-4, 470 пкф, 30 кВ, (они же гриншиты). Их использовали в ламповых телевизорах, поэтому сейчас их можно купить на разборке или попросить бесплатно. Напряжение в 35 киловольт они выдерживают хорошо, ни один не пробило.
3 - источник питания
Собирать отдельную схему для питания моего генератора Маркса у меня просто не поднялась рука. Потому, что на днях мне соседка отдала старенький телевизор «Электрон ТЦ-451». На аноде кинескопа в цветных телевизорах используется постоянное напряжение около 27 000 вольт. Я отсоединил высоковольтный провод (присоску) с анода кинескопа и решил проверить, какая дуга получится от этого напряжения.

Вдоволь наигравшись с дугой, пришел к выводу, что схема в телевизоре достаточно стабильная, легко выдерживает перегрузки и в случае короткого замыкания срабатывает защита и ничего не сгорает. Схема в телевизоре имеет запас по мощности и мне удалось разогнать её с 27 до 35 киловольт. Для этого я покрутил подстроичник R2 в модуле питания телевизора так, что питание в строчной развертке поднялось с 125 до 150 вольт, что в свою очередь привело к повышению анодного напряжения до 35 киловольт. При попытке ещё больше увеличить напряжение, пробивает транзистор КТ838А в строчной развёртке телевизора, поэтому нужно не переборщить.

Процесс сборки
С помощью медной проволоки я прикрутил конденсаторы к веткам дерева. Между конденсаторами должно быть расстояние 37 мм, иначе может произойти нежелательный пробой. Свободные концы проволоки я загнул так, чтобы между ними получилось 30 мм - это будут разрядники.

Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Смотрите видео, где я подробно показал процесс сборки и работу генератора:

Техника безопасности
Нужно соблюдать особую осторожность, так как схема работает на постоянном напряжении и разряд даже от одного конденсатора будет скорее всего смертельным. При включении схемы нужно находиться на достаточном удалении потому, что электричество пробивает через воздух 20 см и даже более. После каждого выключения нужно обязательно разряжать все конденсаторы (даже те, что стоят в телевизоре) хорошо заземлённым проводом.

Лучше из комнаты, где будут проводиться опыты, убрать всю электронику. Разряды создают мощные электромагнитные импульсы. Телефон, клавиатура и монитор, которые показаны у меня в видео, вышли из строя и ремонту больше не подлежат! Даже в соседней комнате у меня выключился газовый котёл.

Нужно беречь слух. Шум от разрядов похож на выстрелы, потом от него звенит в ушах.

Первое, что ощущаешь при включении - то, как электризуется воздух в комнате. Напряженность электрического поля настолько высока, что чувствуется каждым волоском тела.

Хорошо заметен коронный разряд. Красивое голубоватое свечение вокруг деталей и проводов.
Постоянно слегка бьет током, иногда даже не поймёшь от чего: прикоснулся к двери - проскочила искра, захотел взять ножницы - стрельнуло от ножниц. В темноте заметил, что искры проскакивают между разными металлическими предметами, не связанными с генератором: в дипломате с инструментом проскакивали искорки между отвёртками, плоскогубцами, паяльником.

Лампочки загораются сами по себе, без проводов.

Озоном пахнет по всему дому, как после грозы.

Заключение
Все детали обойдутся где-то в 50 грн (5$), это старый телевизор и конденсаторы. Сейчас я разрабатываю принципиально новую схему, с целью без особых затрат получать метровые разряды. Вы спросите: какое применение данной схемы? Отвечу, что применения есть, но обсуждать их нужно уже в другой теме.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением.

Из данной статьи вы узнаете как получить высокое напряжение, с высокой частотой своими руками. Стоимость всей конструкции не превышает 500 руб, при минимуме трудозатрат.

Для изготовления вам понадобится всего 2 вещи: - энергосберегающая лампа (главное, чтобы была рабочая схема балласта) и строчный трансформатор от телевизора, монитора и другой ЭЛТ техники.

Энергосберегающие лампы (правильное название: компактная люминесцентная лампа ) уже прочно закрепились в нашем быту, поэтому найти лампу с нерабочей колбой, но с рабочей схемой балласта я думаю не составит труда.
Электронный балласт КЛЛ генерирует высокочастотные импульсы напряжения (обычно 20-120 кГц) которые питают небольшой повышающий трансформатор и т.о. лампа загорается. Современные балласты очень компактны и легко помещаются в цоколе патрона Е27.

Балласт лампы выдает напряжение до 1000 Вольт. Если вместо колбы лампы подключить строчный трансформатор, то можно добиться потрясающих эффектов.

Немного о компактных люминесцентных лампах

Блоки на схеме:
1 - выпрямитель. В нем переменное напряжение преобразуется в постоянное.
2 - транзисторы, включенные по схеме push-pull (тяни-толкай).
3 - тороидальный трансформатор
4 - резонансная цепь из конденсатора и дросселя для создания высокого напряжения
5 - люминесцентная лампа, которую мы заменим строчником

КЛЛ выпускаются самой различной мощности, размеров, форм-факторов. Чем больше мощность лампы, тем более высокое напряжение нужно приложить к колбе лампы. В данной статье я использовал КЛЛ мощностью 65 Ватт.

Большинство КЛЛ имеют однотипную схемотехнику. И у всех имеется 4 вывода на подключение люминесцентной лампы. Необходимо будет подсоединить выхода балласта к первичной обмотке строчного трансформатора.

Немного о строчных трансформаторах

Строчники также бывают разных размеров и форм.

Основной проблемой при подключении строчника, является найти 3 необходимых нам вывода из 10-20 обычно присутствующих у них. Один вывод - общий и пара других выводов - первичная обмотка, которая будет цепляться к балласту КЛЛ.
Если сможете найти документацию на строчник, или схему аппаратуры, где он раньше стоял, то ваша задача существенно облегчится.

Внимание! Строчник может содержать остаточное напряжение, так что перед работой с ним, обязательно разрядите его.

Итоговая конструкция

На фото выше вы можете видеть устройство в работе.

И помните, что это постоянное напряжение. Толстый красный вывод - это "плюс". Если вам нужно переменное напряжение, то нужно убрать диод из строчника, либо найти старый без диода.

Возможные проблемы

Когда я собрал свою первую схему с получением высокого напряжения, то она сразу же заработала. Тогда я использовал балласт от лампы мощностью 26 Ватт.
Мне сразу же захотелось большего.

Я взял более мощный балласт от КЛЛ и в точности повторил первую схему. Но схема не заработала. Я подумал, что балласт сгорел. Обратно подключил колбы лампы и включил в сеть. Лампа загорелась. Значит дело было не в балласте - он был рабочий.

Немного поразмыслив я сделал вывод, что электроника балласта должны определять нить накала лампы. А я использовал только 2 внешних вывода на колбу лампы, а внутренние оставил "в воздухе". Поэтому я поставил резистор между внешним и внутренним выводом балласта. Включил - схема заработала, но резистор быстро сгорел.

Я решил использовать конденсатор, вместо резистора. Дело в том, что конденсатор пропускает только переменный ток, а резистор и переменный и постоянный. Также, конденсатор не нагревался, т.к. давал небольшое сопротивление на пути переменного тока.

Конденсатор работал великолепно! Дуга получилась очень большой и толстой!

Итак если у вас не заработала схема, то скорее всего 2 причины:
1. Что-то не так подключили, либо на стороне балласта, либо на стороне строчного трансформатора.
2. Электроника балласта завязана на работе с нитью накала, а т.к. ее нет, то заменить ее поможет конденсатор.

Импульсный высоковольтный генератор » Вот схема!


Генератор вырабатывает высоковольтные импульсы частотой 400 Гц, следующие пачками имеющими длительность 0,05 сек. и частоту следования 4 Гц. Импульсы имеют размах 18-25 КВ. Ток, потребляемый генератором от источника напряжением 6... 15 В не более 0,5А. Большинство высоковольтных генераторов, разрабатываемых радиолюбителями, базируются на основе высоковольтных умножителей или самодельных высоковольтных трансформаторов.

 И в том и в другом случае надежность устройства получается невысокой. Диоды умножителей легко пробиваются, а сделать качественную многовитковую высоковольтную катушку в любительских условиях очень сложно и трудоемко.

В связи с этим большой интерес представляет использование в таком генераторе готовой фабричной высоковольтной катушки — катушки зажигания от автомобиля с контактной системой зажигания. Эти катушки несмотря на большое количество витков и высокое напряжение которое они вырабатывают, отличаются высокой стойкостью к влажности и перепадам температуры и наиболее годятся для работы в полевых условиях.

Принципиальная схема генератора на основе стандартной катушки зажигания от а/м ВАЗ — Б115 показана на рисунке выше.

Принцип работы импульсного высоковольтного генератора:

Выходной каскад сделан на транзисторах VT1 и VT2 по схеме, напоминающей схему выходного каскада транзисторной системы зажигания. VT2 работает в ключевом режиме и прерывает ток, протекаюший через катушку, в результате в контуре, состоящем из низкоомной намотки катушки и С5 появляются колебания, которые индуктируют в высокоомной намотке импульс высокого напряжения.

Для того, чтобы обеспечить наиболее экономичный режим и при этом сохранить эффективность работы генератора на вход выходного каскада поступает импульсный сигнал, состоящий из пачек длительностью 0,05 сек., следующих с частотой 4 Гц, в которых содержатся импульсы частотой 400 Гц.

Вырабатывает этот сигнал генератор на микросхемах D1 и D2. На элементах D1.1 и D1.2 выполнен мультивибратор, вырабатывающий импульсы частотой 400 Гц. Эти импульсы через ключевое устройство на D2.1 и буферный каскад на D2.2 и D2.3 поступают на базу VT1.

Но их поступление прерывается при помощи мультивибратора на D1.3 и D1.4, вырабатывающего импульсы, следующие с частотой 4 Гц. Резисторы R3 и R2 подобраны таким образом, что длительность положительного полупериода, при котором D2.1 открывается, равна 0,05 сек.

Диод Д246 можно заменить на Д243, КД213. Транзистор КТ838 можно заменить на КТ812. Катушка зажигания — любая высокоомная, от классической системы зажигания автомобилей "ВАЗ", "Москвич", "Волга".

Настройка:

Частоту следования высоковольтных импульсов можно установить подбором R2.

Мой высоковольтный генератор | Мои увлекательные и опасные эксперименты

Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.


Мой генератор высокого напряжения (HV) я использую во многих своих проектах (генератор Маркса, биполярная катушка Тесла, взрывающиеся проволочки):

Элементы -
1 - выключатель
2 - варистор
3 - конденсатор подавления э/м помех
4 - трансформатор понижающий от ИБП
5 - выпрямитель (диоды Шоттки) на радиаторе
6 - конденсаторы сглаживающего фильтра
7 - стабилизатор напряжения 10 В
8 - генератор прямоугольных импульсов с регулируемой переменным резистором скважностью
9 - драйвер MOSFET-ов
10 - включенные параллельно MOSFET-ы IRF540, закрепленные на радиаторе
11 - высоковольтная катушка на ферритовом сердечнике из монитора
12 - высоковольтный выход
13 - электрическая дуга

Схема источника - довольно стандартная, основана на схеме "флайбэк"-преобразователя (flyback converter):

Входные цепи

Варистор S10K275 служит для защиты от перенапряжения:

S - дисковый варистор
10 - диаметр диска 10 мм
K - погрешность 10%
275 - макс. напряжение переменного тока 275 В

Конденсатор C снижает помехи, создаваемые генератором в сети электроснабжения. В качестве него использован помехоподавляющий конденсатор X типа.

Источник постоянного напряжения

Трансформатор - из источника бесперебойного питания:

Первичная обмотка трансформатора Tr подключена к сетевому напряжению 220 В, а вторичная - к мостовому выпрямителю VD1.


Действующее значение напряжения на выходе вторичной обмотки составляет 16 В.

Выпрямитель собран из трех корпусов сдвоенных диодов Шоттки, закрепленных на радиаторе - SBL2040CT, SBL1040CT:

SBL2040CT - макс. средний выпрямленный ток 20 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
соединены параллельно:
SBL1040CT - макс. средний выпрямленный ток 10 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
SBL1640 - макс. средний выпрямленный ток 16 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В

Пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя сглаживается фильтрующими конденсаторами: электролитическими CapXon C1, C2 емкостью 10000 мкФ на напряжение 50 В и керамическим C3 емкостью 150 нФ. Затем постоянное напряжение (20,5 В) поступает на ключевой MOSFET и на стабилизатор напряжения, на выходе которого действует напряжение 10 В, служащее для питания генератора импульсов.

Стабилизатор напряжения собран на микросхеме IL317:

Дроссель L и конденсатор C служат для сглаживания пульсаций напряжения.
Светодиод VD3, включенный через балластный резистор R4, служит для индикации наличия напряжения на выходе.
Переменный резистор R2 служит для подстройки уровня выходного напряжения (10 В).
 

Генератор импульсов

Генератор собран на таймере NE555 и вырабытывает прямоугольные импульсы. Особенностью этого генератора является возможность менять скважность импульсов с помощью переменного резистора R3, не меняя их частоты. От скважности импульсов, т.е. от соотношения между длительностью включенного и выключенного состояния ключа зависит уровень напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Ra = R1 + верхняя часть R3
Rb = нижняя часть R3 + R2
длительность "1" $T1 = 0,67 \cdot Ra \cdot C$
длительность "0" $T2 = 0,67 \cdot Rb \cdot C$
период $T = T1 + T2$
частота $f = {1,49 \over {(Ra + Rb)} \cdot C}$

При перемещении движка переменного резистора R3 суммарное сопротивление Ra + Rb = R1 + R2 + R3 не изменяется, поэтому не меняется и частота следования импульсов, а меняется только соотношение между Ra и Rb, и, следовательно, меняется скважность импульсов.

Ключ и высоковольтный трансформатор
Импульсы от генератора управляют через драйвер ключем на  двух включенных параллельно MOSFET-ах (MOSFETmetal-oxide-semiconductor field effect transistor, МОП-транзистор ("металл-оксид-полупроводник"), МДП-транзистор ("металл-диэлектрик-полупроводник"), полевой транзистор с изолированным затвором) IRF540N в корпусе TO-220, закрепленных на массивном радиаторе:

G - затвор
D - сток
S - исток
Для транзистора IRF540N максимальное напряжение "сток-исток" составляет VDS = 100 вольт, а максимальный ток стока ID = 33/110 ампер. У этого транзистора малое сопротивление в открытом состоянии  RDS(on) = 44 миллиома. Напряжение открывания транзистора составляет VGS(th) = 4 вольта. Рабочая температура - до 175°C.
Можно использовать и транзисторы IRFP250N в корпусе TO-247.

Драйвер нужен для более надежного управления MOSFET-транзисторами. В простейшем случае он может быть собран из двух транзисторов (n-p-n и p-n-p):

Резистор R1 ограничивает ток затвора при включении MOSFET-а, а диод VD1 создает путь для разряда затворной емкости при выключении.

MOSFET замыкает/размыкает цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора, в качестве которого использован трансформатор строчной развертки ("строчник", flyback transformer (FBT)) из старого монитора Samsung SyncMaster 3Ne:

На принципиальной схеме монитора показан высоковольтный вывод HV строчного трансформатора T402 (FCO-14AG-42), подключаемый к аноду кинескопа CRT1:

Из трансформатора я использовал только сердечник, так как в строчный трансформатор встроены диоды, которые залиты смолой и не подлежат удалению.
Сердечник такого трансформатора изготовлен из феррита и состоит из двух половинок:

Для предотвращения насыщения в сердечнике с помощью пластиковой прокладки (spacer) делается воздушный зазор.
Вторичную обмотку я намотал большим числом (~ 500) витков тонкого провода (сопротивление ~ 34 Ом), а первичную - толстым проводом с малым числом витков.

Резкие перепады тока в первичной обмотке трансформатора при выключении MOSFET-а индуцируют высоковольтные импульсы во вторичной обмотке. На это расходуется энергия магнитного поля, накопленная при возрастании тока в первичной обмотке. Выводы вторичной обмотки могут быть либо подключены к электродам для получения, например, электрической дуги, либо подключены к выпрямителю для получения высокого постоянного напряжения.

Диод VD1 и резистор R (снабберная (snubber) цепочка) ограничивают импульс напряжения самоиндукции на первичной обмотке трансформатора при размыкании ключа.

Моделирование генератора высокого напряжения
Результаты моделирования процессов в генераторе высокого напряжения в программе LTspice представлены ниже:

На первом графике видно, как нарастает ток в первичной обмотке по экспоненциальному закону (1-2), затем резко обрывается в момент размыкания ключа (2).
Напряжение на вторичной обмотке немного реагирует на плавное возрастание тока в первичной обмотке (1), но резко возрастает при обрыве тока (2). На интервале (2-3) ток в первичной обмотке отсутствует (ключ выключен), а затем опять начинает возрастать (3).

Самодельный генератор высокого напряжения

Причиной этого проекта было то, что мне пришлось создать статическое электрическое поле постоянного тока. Для этого мне нужно было высокое напряжение постоянного тока (моя цель была около 10 кВ). Но почему бы просто не купить высоковольтный трансформатор? Проблема заключалась в том, что прикосновение к контактам не должно было привести к летальному исходу.

Осторожно: Высокое напряжение опасно!
Если вы планируете воспроизвести этот проект или некоторые его части, вы делаете это на свой страх и риск!

Видео

Следующее видео показывает высоковольтный генератор еще лучше:

Общая информация

Принцип: умножитель напряжения

Погуглив некоторое время, я наконец наткнулся на принцип умножителя напряжения.С помощью такой схемы вы можете генерировать высокое постоянное напряжение из переменного напряжения. Проблема с умножителем напряжения в том, что мне нужно было относительно высокое входное напряжение на 10 кВ. Но, к счастью, я наткнулся на эту замечательную вещь:

Модуль изначально предназначен для управления подсветкой дисплея (подсветка с холодным катодом), но он также отлично подходит для управления умножителем напряжения. Он полностью герметичен и работает при входном напряжении 2,5 В постоянного тока. При входном напряжении 5 В постоянного тока (570 мА) он генерирует переменное напряжение приблизительно 1600 В (пиковое) с частотой 30 кГц (название модуля: E1577; размер: 39 мм x 32 мм x 15 мм).

Схема

Для создания 10 кВ мне понадобился трехступенчатый умножитель напряжения. Для конденсаторов я использовал «MKP-10-630 22nF» от WIMA и всегда подключал 8 из них последовательно.
Для диодов я использовал ВА 159 и всегда подключал 10 из них последовательно. Я не знаю, почему я так преувеличил размер в настоящее время, потому что меньшего количества конденсаторов и диодов, подключенных последовательно, также было бы достаточно. Но я всегда говорю: чем больше, тем лучше.

Таким образом, мой проект был почти завершен (по крайней мере, с планированием).Чтобы я мог подключить генератор высокого напряжения к розеткам, я также включил трансформатор с выпрямителем и регулятором напряжения, и в результате получилась относительно простая схема (с множеством диодов и конденсаторов).

Здесь вы можете скачать электрическую схему в формате PDF: Принципиальная схема: генератор высокого напряжения.

Конструкция

Все компоненты затем были припаяны на макетной плате и встроены в стильный корпус. К сожалению, я не могу показать вам более подробные изображения, потому что в то время я не документировал свои проекты, и мне пришлось бы разбирать все устройство.Но, как видите, макет все равно не так хорош.

Были смонтированы три ответвителя, так что доступны три различных напряжения (3,2 кВ, 6,4 кВ и 9,6 кВ).

Конечный генератор высокого напряжения

Здесь вы можете увидеть конечный высоковольтный генератор:

Здесь я должен сказать, что маркировка неправильная. Конечно, это только половина напряжения. Точнее, напряжение на самом деле даже немного ниже (за счет потерь диодов, конденсаторов ,...), но у меня нет прибора для таких высоких напряжений, поэтому я не знаю точных напряжений.

Запуск

Изображения

Как вы можете видеть на фотографиях, генератор высокого напряжения работает нормально:

Принципиальная схема мини-генератора высокого напряжения


Вот проект, который может быть полезен этим летом на пляже, чтобы никто не дотронулся до ваших вещей, оставленных на вашем пляжном полотенце, пока вы купались; Вы можете с таким же успехом использовать его в офисе или на мастерской, когда вернетесь на работу.В очень маленьком пространстве и питаясь от простых первичных элементов или аккумуляторных батарей, предложенная схема генерирует низкоэнергетическое высокое напряжение порядка 200-400 В, конечно, безвредное для человека, но все же способное дать энергию. довольно неприятный «тычок» для любого, кто его трогает.

Помимо этого практического аспекта, этот проект также окажется полезным для молодых любителей, позволяя им открыть для себя схему, с которой обязательно будут знакомы все «старички», которые работали в радио и, в частности, наслаждались технологией клапанов. с участием.Как видно из принципиальной схемы, проект предельно прост, так как он содержит только один активный элемент, и, кроме того, это всего лишь довольно обычный транзистор. Как показано здесь, он работает как низкочастотный генератор, позволяя преобразовывать постоянное напряжение батареи в переменное напряжение, которое может повышаться через трансформатор.

Использование трансформатора с центральным отводом, как здесь, позволяет построить генератор «Хартли» на транзисторе T1, который, как мы указали выше, широко использовался в радио в ту далекую эпоху, когда господствовали лампочки, и это не было признаком кремния захватили и превратили большую часть электроники в «твердое состояние».«Hartley» - одна из многих конструкций L-C-осцилляторов, которые прославились на всю жизнь и были названы в честь своего инвертора, Ральфа В.Л. Хартли (1888-1970). Для того, чтобы такой генератор работал и выдавал надлежащий синусоидальный выходной сигнал, необходимо было тщательно выбрать положение промежуточного отвода на используемой обмотке, чтобы обеспечить надлежащий коэффициент понижения (понижения напряжения).

Здесь понижение происходит индуктивно. Здесь невозможно оптимальное индуктивное ответвление, поскольку мы используем стандартный стандартный трансформатор.Однако нам повезло - поскольку его положение в центре обмотки создает слишком сильную обратную связь, это гарантирует, что генератор всегда будет надежно запускаться. Однако избыточная обратная связь означает, что она не генерирует синусоиды; действительно, это далеко не так. Но для такого рода приложений это не важно, и трансформатор отлично с этим справляется.

Выходное напряжение можно использовать напрямую через два токоограничивающих резистора R2 и R3, которые ни при каких обстоятельствах нельзя опускать или изменять, поскольку именно они делают схему безопасной.Тогда вы получите около 200 В от пика до пика, что уже довольно неприятно для прикосновения. Но вы также можете использовать удвоитель напряжения, показанный в правом нижнем углу рисунка, который тогда выдает около 300 В, что еще более неприятно на ощупь. И здесь, конечно, всегда должны присутствовать резисторы, теперь известные как R4 и R5. Схема потребляет всего несколько десятков мА, независимо от того, «отгоняет» она кого-то или нет! Тем не менее, если вам приходится использовать его в течение длительного времени, мы рекомендуем питать его от никель-металлгидридных батарей размера AAA группами по десять штук в подходящем держателе, чтобы не испортить вам покупку сухих батарей.

Принципиальная схема:



Предупреждение!
Если вы построите версию без удвоителя напряжения и измеряете выходное напряжение с помощью мультиметра, вы увидите более низкое значение, чем указано. Это связано с тем, что форма волны далека от синусоиды, и мультиметры не могут интерпретировать ее среднеквадратичное значение. Однако, если у вас есть доступ к осциллографу, способному обрабатывать несколько сотен вольт на его входе, вы сможете увидеть истинные значения, как указано.Если вы все еще не уверены, все, что вам нужно, это прикоснуться к выходным клеммам ...

Чтобы использовать этот проект для защиты ручки вашей пляжной сумки или атташе, например, все, что вам нужно сделать, это закрепить эти две небольшие металлические области, довольно близко друг к другу, каждая из которых подключена к одному выходному терминалу цепи. Расположите их так, чтобы нежелательные руки обязательно касались их обоих вместе; результат гарантирован! Просто будьте осторожны, чтобы не попасть в собственную ловушку, когда берете сумку, чтобы выключить цепь!

.. ::: Не создавайте эту схему, если вы не ЭКСПЕРТ ::: ..

Elektor Electronics 2008 г.

Amazon.com: Comidox 15KV Boost Высоковольтный генератор Высокочастотный трансформатор Инвертор Модуль катушки зажигания дуги Разобранные детали для самостоятельного использования 2 комплекта (включая печатную плату): Домашнее аудио и кинотеатр

Технические характеристики:
Трансформатор 15 кВ Внешние размеры приблизительно: 27 × 16 × 21 мм (Обмотка высокого напряжения трансформатора находится во внутреннем слое, намотанном сегментированным каркасом, а обмотка низкого напряжения находится во внешнем слое .Пожалуйста, не путайте обмотку высокого и низкого напряжения этого трансформатора с одним и тем же методом намотки)
Размер печатной платы: 4,2 * 3,2 * 0,16 см
Входное напряжение: 3,7-4,2 В
Ток: ≤ 2A
Выходное напряжение: Выходной ток: высоковольтное двухступенчатое расстояние зажигания: ≤0,5 см
1 Вес комплекта: около 27 г

Примечания по установке:
С деталями печатной платы лучшее производство, в котором линия трансформатора толстая и тонкая линии, это следует обратить внимание на другие компоненты на доске символов шелка и параметры сварки на линии.Плата трансформатора имеет три контактных площадки, в которых середина отверстия контактной площадки относительно велика, отверстие для сварки толстой эмалированной проволоки и тонкой эмалированной проволоки, толстой эмалированной проволоки и тонкой эмалированной проволоки не используются на одной стороне.
Чтобы предотвратить слишком большое расстояние между выходными 2-проводными проводами, приводящее к холостому ходу, вы можете приварить 3-полюсный контакт на выходе.
После успеха производства, если выход на высоковольтный конденсатор и три высоковольтных выпрямителя состоит из цепи удвоителя напряжения, вы можете производить высокое напряжение постоянного тока, вы можете сделать генератор анионов, схема подключения выглядит следующим образом.

В комплект входит: 2 набора
1 набор из списка:
15VKE = 1 тип повышающего трансформатора x1
Печатная плата X 1
Сопротивление 120 Ом X 1
UF4007 диод сверхбыстрого восстановления X 1
транзистор N20 X 1
Радиатор X 1
M3 * 6 винтов X 1
Выключатель лодки X 1
Разъем (3-8 контактов) произвольно X 1

Источники питания высокого напряжения для электростатических приложений

от Клиффа Скапеллати

РЕФЕРАТ

Источники питания высокого напряжения - ключевой компонент электростатических устройств.Разнообразные промышленные и научные применения источников питания высокого напряжения представлены ученым, инженерам, разработчикам и пользователям электростатики. Например, промышленные процессы требуют тщательного мониторинга рабочих условий для максимального увеличения выпуска продукции, повышения качества и снижения затрат. Новые достижения в технологии источников питания обеспечивают более высокий уровень мониторинга и управления процессами. На научные эксперименты также могут влиять эффекты источника питания. Обсуждаются такие влияющие эффекты, как точность вывода, стабильность, пульсации и регулирование.

I. ВВЕДЕНИЕ

Использование высокого напряжения в научных и промышленных приложениях является обычным явлением. В частности, электростатика может использоваться для различных эффектов. В широком смысле электростатика - это изучение эффектов, производимых электрическими зарядами или полями. Применения электростатики можно использовать для создания движения материала без физического контакта, для разделения материалов до элементарного уровня, для объединения материалов для образования однородной смеси и для других практических и научных применений.По определению, способность электростатических эффектов выполнять работу требует разницы в электрическом потенциале между двумя или более материалами. В большинстве случаев энергия, необходимая для создания разности потенциалов, поступает от источника высокого напряжения. Этот источник высокого напряжения может быть источником питания высокого напряжения. Сегодняшние высоковольтные источники питания представляют собой твердотельные высокочастотные конструкции, обеспечивающие производительность и управляемость, недостижимые всего несколько лет назад. Были достигнуты значительные улучшения в надежности, стабильности, управляемости, уменьшении габаритов, стоимости и безопасности.Узнав об этих улучшениях, пользователь высоковольтных источников питания для электростатических приложений может получить выгоду. Кроме того, следует понимать особые требования к источникам питания высокого напряжения, поскольку они могут повлиять на оборудование, эксперименты, процесс или продукт, в котором они используются.

II. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Упрощенная принципиальная схема источника питания высокого напряжения показана на рис. 1.

Источник входного напряжения может иметь широкий диапазон характеристик напряжения.Источники переменного тока с частотой от 50 Гц до 400 Гц и напряжением менее 24–480 В переменного тока являются обычными. Также можно найти источники постоянного тока в диапазоне от 5 до 300 В постоянного тока. Для пользователя очень важно понимать требования к входному напряжению, поскольку это повлияет на использование и конструкцию системы в целом. Регулирующие органы, такие как Underwriters Laboratory, Canadian Standards Association, IEC и другие, активно участвуют в любых цепях, подключенных к электросети. В дополнение к питанию основных цепей инвертора источника питания, источник входного напряжения также используется для питания вспомогательных цепей управления и других вспомогательных цепей питания.Каскад входного фильтра обеспечивает согласование источника входного напряжения. Это кондиционирование обычно осуществляется в форме выпрямления и фильтрации в источниках переменного тока и дополнительной фильтрации в источниках постоянного тока. Также можно найти защиту от перегрузки, EMI, EMC и схемы контроля. Выходом входного фильтра обычно является источник постоянного напряжения.

Это постоянное напряжение обеспечивает источник энергии для инвертора. Каскад инвертора преобразует источник постоянного тока в высокочастотный сигнал переменного тока. Для источников питания существует множество различных топологий инверторов.Источник питания высокого напряжения имеет уникальные факторы, которые могут диктовать лучший подход к инвертору. Инвертор генерирует высокочастотный сигнал переменного тока, который усиливается высоковольтным трансформатором. Причина высокочастотной генерации состоит в том, чтобы обеспечить высокопроизводительную работу с уменьшенным размером магнитов и накопительными конденсаторами, снижающими пульсации. Проблема возникает, когда трансформатор с высоким коэффициентом увеличения соединяется с высокочастотным инвертором. Высокий коэффициент увеличения отражает паразитную емкость в первичной обмотке высоковольтного трансформатора.Это отражается как функция (Nsec: Npri) ². Этот большой паразитный конденсатор, который появляется в первичной обмотке трансформатора, должен быть изолирован от переключающих устройств инвертора. В противном случае в инверторе будут присутствовать аномально высокие импульсные токи.

Еще одним параметром, общим для высоковольтных источников питания, является широкий диапазон операций нагрузки. Из-за наличия высокого напряжения пробой изоляции - обычное дело. Надежность инвертора и характеристики контура управления должны учитывать практически любую комбинацию разомкнутой цепи, короткого замыкания и условий рабочей нагрузки.Эти проблемы, а также надежность и стоимость должны быть решены в топологии инвертора источника питания высокого напряжения.

Высокочастотный выход инвертора подается на первичную обмотку повышающего трансформатора высокого напряжения. Правильная конструкция трансформатора высокого напряжения требует обширных теоретических и практических разработок. Понимание конструкции магнитов должно применяться наряду с контролем материалов и процессов. Большая часть специальных знаний включает управление большим количеством вторичных витков и высокими вторичными напряжениями.Из-за этих факторов геометрия сердечника, методы изоляции и методы намотки сильно отличаются от конструкций обычных трансформаторов. Некоторые области, вызывающие беспокойство, включают: номинальные значения вольт / витков вторичного провода, характеристики изоляции между слоями, коэффициент рассеяния изоляционного материала, геометрия обмотки, поскольку это связано с паразитной вторичной емкостью и потоком рассеяния, пропитка изоляционным лаком слоев обмотки, уровень коронного разряда. и практически все другие обычные проблемы, такие как запас тепла и общая стоимость.

Цепи умножителя высокого напряжения отвечают за выпрямление и умножение вторичного напряжения высоковольтного трансформатора. В этих схемах используются высоковольтные диоды и конденсаторы в соединении удвоителя напряжения «подкачки заряда». Как и в случае с трансформатором высокого напряжения, конструкция умножителя высокого напряжения требует специальных знаний. Помимо выпрямления и умножения, цепи высокого напряжения используются для фильтрации выходного напряжения и для контроля напряжения и тока для обратной связи управления.Выходное сопротивление может быть специально добавлено для защиты от разрядных токов накопительных конденсаторов источника питания.

Эти высоковольтные компоненты обычно изолированы от уровня земли для предотвращения дуги. Изоляционные материалы широко варьируются, но типичными материалами являются: воздух, SF6, изоляционное масло, твердые герметики (RTV, эпоксидная смола и т. Д.). Выбор изоляционного материала и контроль процесса могут быть наиболее важным аспектом надежной конструкции высокого напряжения.

Цепи управления обеспечивают совместную работу всех силовых каскадов.Сложность схемы может варьироваться от одного аналогового I.C. к большому количеству ИС и даже микропроцессору, контролирующему и контролирующему все аспекты высоковольтного питания. Однако основное требование, которому должна соответствовать каждая схема управления, - это точно регулировать выходное напряжение и ток в зависимости от требований нагрузки, входной мощности и команд. Лучше всего это достигается с помощью контура управления с обратной связью. На рис. 2 показано, как можно использовать сигналы обратной связи для регулирования выходной мощности источника питания. Обычное регулирование напряжения и тока может быть достигнуто путем контроля выходного напряжения и тока соответственно.Это сравнивается с желаемым (эталонным) выходным сигналом. Разница (ошибка) между обратной связью и заданием приведет к изменению устройства управления инвертором. Это приведет к изменению мощности, подаваемой на выходные цепи.

Помимо регулирования напряжения и тока, можно точно регулировать другие параметры. Управление выходной мощности легко осуществляется с помощью (X) (Y) = Z функции, (V I = W), и сравнивая ее до требуемой выходной мощности ссылки. Действительно, любую переменную, найденную в рамках закона Ома, можно регулировать (сопротивление, напряжение, ток и мощность).Кроме того, можно регулировать параметры конечного процесса, если на них влияет источник высокого напряжения (например, покрытия, скорость потока и т. Д.).

III. РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Регулируемый источник высокого напряжения и / или постоянного тока имеет решающее значение для большинства приложений, связанных с электростатикой. Изменения выходного напряжения или тока могут иметь прямое влияние на конечные результаты и, следовательно, должны рассматриваться как источник ошибок.В высоких источниках питания напряжения, источники опорного напряжения, которые используются для программирования желаемого результата могут быть устранены в качестве источника значительных ошибок пути использования высокостабильного опорного напряжения I.C.s. Типичные характеристики лучше 5 ppm / ° C являются стандартными. Точно так же аналоговые ИУ (операционные усилители, A / D D / A и т. Д.) Можно исключить как значительный источник ошибок путем тщательного выбора устройств.

Остается один компонент, уникальный для высоковольтных источников питания, который будет основным источником ошибок стабильности: высоковольтный делитель обратной связи.Как видно на рис. 1, высоковольтный делитель обратной связи состоит из резистивного делителя цепи. Эта сеть будет делить выходное напряжение до уровня, достаточно низкого для обработки цепями управления. Проблема стабильности в этой сети возникает из-за большого сопротивления резисторов обратной связи. Обычны значения> 100 Мегаом. Это необходимо для уменьшения рассеиваемой мощности в цепи и уменьшения влияния изменения температуры из-за самонагрева. Большое сопротивление и высокое напряжение требуют уникальной технологии, характерной для высоковольтных резисторов.Уникальный резистор высокого напряжения должен быть «спарен» с резистором низкого номинала, чтобы обеспечить отслеживание соотношения при изменении температуры, напряжения, влажности и времени.

Кроме того, высокое значение сопротивления в цепи обратной связи означает восприимчивость к очень слабым токовым помехам. Можно видеть, что токи всего лишь 1 X 10-9 ампер приведут к ошибкам> 100 ppm. Следовательно, влияние тока коронного разряда необходимо серьезно учитывать при проектировании резистора и цепи обратной связи резистора.Кроме того, поскольку большая часть технологии резисторов основана на керамическом сердечнике или подложке, также необходимо учитывать пьезоэлектрические эффекты. Можно продемонстрировать, что вибрация источника питания высокого напряжения во время работы будет накладывать сигнал, связанный с частотой вибрации, на выходе источника питания.

IV. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ, СВЯЗАННЫЕ С ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Во многих приложениях высокого напряжения могут потребоваться дополнительные функции управления для прибора.Разработчик источника питания должен быть знаком с приложением электростатики так же, как и конечный пользователь. Понимая приложение, разработчик источника питания может включить важные функции, которые улучшат конечный процесс.

Типичная функция, которая может быть реализована в высоковольтном источнике питания, - это элемент управления "ARC Sense". На рис. 3 показана принципиальная схема цепи считывания дуги. Обычно устройство измерения тока, такое как трансформатор тока или резистор, вставляется на «сторону низкого напряжения» выходных цепей высокого напряжения.Обычно токи дуги равны: I = (E / R), где I = ток дуги в амперах.

E = Напряжение на высоковольтном конденсаторе.
R = Выходной ограничительный резистор в Ом.

Ток дуги обычно намного превышает номинальный постоянный ток источника питания. Это связано с тем, что ограничивающее сопротивление остается минимальным, а, следовательно, и рассеиваемая мощность. Как только событие дуги обнаружено, можно реализовать ряд функций. «Гашение дуги» - это термин, который определяет характеристику прекращения дуги при снятии приложенного напряжения.На рис. 4 показана блок-схема функции гашения дуги.

Если отключение не требуется при первом событии дуги, можно добавить цифровой счетчик, как показано на рис. 5. Отключение или гашение произойдет после того, как будет обнаружено заданное количество дуговых разрядов. Необходимо использовать время сброса, чтобы события дуги низкой частоты не накапливались в счетчике. Пример: Спецификация может определять отключение дуги, если в течение одного минутного интервала обнаружено восемь дуговых разрядов.

Полезным применением схемы считывания дуги является максимальное увеличение приложенного напряжения, чуть ниже уровня дугового разряда.Этого можно достичь, обнаружив возникновение дуги и понизив напряжение на небольшую долю до тех пор, пока искрение не прекратится. Напряжение может автоматически увеличиваться с медленной скоростью. (Рис. 6).

Еще одна особенность высоковольтного источника питания - это высокоточная схема контроля тока. Для обычных приложений эта функция монитора может иметь точность только до миллиампер или микроампер. Однако в некоторых электростатических приложениях может потребоваться точность до фемтоампер.Эта точность может быть обеспечена цепями контроля высокого напряжения. Однако пользователь источника питания обычно должен указать это требование перед заказом.

V. ПОЛУЧЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Во многих электростатических приложениях желателен постоянный ток, создаваемый эффектами коронного разряда. Этого можно добиться несколькими уникальными способами. Источник постоянного тока можно в широком смысле определить как имеющий импеданс источника, намного превышающий импеданс нагрузки, которую он обеспечивает.Схематично это можно представить как на рис. 7:

.

Фактически, поскольку R2 изменяет импеданс, это незначительно влияет на ток, проходящий через R1. Следовательно, R1 и R2 имеют постоянный ток. В случае применения с одним источником питания это можно сделать двумя способами. Во-первых, в качестве устройства регулирования тока необходимо использовать внешний резистор. Второй - электронное регулирование тока с помощью управления с обратной связью по току, как показано на рис. 2.

В приложениях, где требуется несколько источников тока, использование нескольких источников питания может оказаться непрактичным.В этом случае можно использовать несколько резисторов для создания массива источников тока. Обычно это используется, когда большие площади необходимо обработать с помощью электростатики. На рис. 8 показана эта схема.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этом документе представлена ​​информация, полезная для электростатических приложений, использующих источники питания высокого напряжения. У источника питания высокого напряжения есть проблемы, которые отличают его от обычных источников питания. Разработчик источников питания высокого напряжения может быть ключевым ресурсом для пользователей электростатики.Существенные функции управления могут быть предоставлены источником питания высокого напряжения. Кроме того, важного внимания требуют аспекты безопасности при использовании высокого напряжения. Источники высокого напряжения могут быть смертельными. Новичок в использовании высокого напряжения должен быть осведомлен о возможных опасностях. Общие рекомендации по технике безопасности можно найти в стандарте IEEE 510-1983 «Рекомендуемые методы безопасности при высоких напряжениях и испытаниях большой мощности [4]».

ССЫЛКИ : [1] К. Скапеллати, «Высоковольтные источники питания для аналитических приборов», Питтсбургская конференция, март 1995 г.[2] Д. Чемберс и К. Скапеллати, «Как определить современные источники питания высокого напряжения», журнал Electronic Products, март 1994 г. [3] D. Чемберс и К. Скапеллати, «Новые высокочастотные высоковольтные источники питания для микроволнового нагрева», Труды 29-го симпозиума по микроволновой мощности, июль 1994 г. [4] Стандарт IEEE 510-1983, Рекомендуемые практики IEEE по безопасности при работе с высоким напряжением и Тестирование высокой мощности.

Щелкните здесь, чтобы загрузить статью в формате PDF.


Маломощный генератор высокого напряжения CMOS с низким уровнем пульсаций для EEPROM транспондера RFID

Abstract

Генератор высокого напряжения (HVG) является важной частью электрически стираемой программируемой постоянной памяти (RFID – EEPROM) для радиочастотной идентификации.Цепь HVG используется для генерации регулируемого выходного напряжения, превышающего напряжение источника питания. Однако производительность HVG ухудшается из-за высокой мощности рассеивания, высокого напряжения пульсаций и низкой эффективности накачки. Таким образом, схема регулятора состоит из делителя напряжения, компаратора и опорного напряжения, которые, соответственно, требуемого для уменьшения пульсации напряжения, повысить эффективность откачки и уменьшить рассеивание мощности HVG. И наоборот, схема управления тактовой частотой состоит из кольцевого генератора с дефицитом тока (CSRO), а неперекрывающийся тактовый генератор требуется для управления тактовыми сигналами схемы HVG.В этом исследовании программный пакет Mentor Graphics EldoSpice используется для проектирования и моделирования схемы HVG. Результаты показали, что разработанный CSRO рассеивает всего 4,9 мкВт на частоте 10,2 МГц, а фазовый шум составляет всего -119,38 дБн / Гц на частоте 1 МГц. Кроме того, предложенная схема накачки заряда могла генерировать максимальное значение VPP 13,53 В и рассеивала мощность всего 31,01 мкВт при входном напряжении VDD 1,8 В. После интеграции всех модулей HVG результаты показали, что регулируемая схема HVG также смог сгенерировать более высокий VPP - 14.59 В, а общая рассеиваемая мощность составила всего 0,12 мВт при площади кристалла 0,044 мм 2 . Кроме того, схема HVG обеспечила эффективность накачки 90% и снизила пульсации напряжения до <4 мВ. Таким образом, интеграция всех предложенных модулей в HVG обеспечила низкие пульсации напряжения программирования, более высокую эффективность накачки и EEPROM с меньшим рассеиваемой мощностью и может широко использоваться в приложениях с низким энергопотреблением, таких как энергонезависимая память, радиочастотная идентификация. транспондеры, встроенные преобразователи постоянного тока DC-DC.

Образец цитирования: Rahman LF, Marufuzzaman M, Alam L, Sidek LM, Reaz MBI (2020) Генератор высокого напряжения CMOS с низким энергопотреблением и низким уровнем пульсаций для EEPROM транспондера RFID. PLoS ONE 15 (2): e0225408. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0225408

Редактор: Long Wang, Университет науки и технологий, Пекин, Китай

Поступила: 12 июля 2019 г .; Одобрена: 3 ноября 2019 г .; Опубликовано: 5 февраля 2020 г.

Авторские права: © 2020 Rahman et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе и его файлах с вспомогательной информацией.

Финансирование: Авторы выражают искреннюю благодарность исследовательскому гранту GUP-2017-069 от Universiti Kebangsaan Malaysia и Министерства образования Малайзии в рамках исследовательского проекта TRGS / 1/2015 / UKM / 02/5/2 за финансовая поддержка.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Транспондер радиочастотной идентификации (RFID) - это микросхема или небольшая печатная плата, соединенная с антенной [1]. Типичный чип RFID в основном состоит из трех блоков: аналогового блока, логики и памяти. Для хранения данных в транспондере RFID без считывателя необходимо также встроить небольшой объем энергонезависимой памяти (NVM) [2]. В зависимости от функциональности устройства, память тегов может состоять из постоянной памяти (ROM), оперативной памяти (RAM), NVM, такой как электрически стираемая программируемая постоянная память (EEPROM) или флэш-память и буферы данных [3–4 ].

Многие исследователи пытались разработать EEPROM, используя стандартный процесс комплементарной логики металл-оксид-полупроводник (CMOS), поскольку он связан с преимуществами низкой стоимости и низкого энергопотребления [5–8]. Однако туннельный переход металл-оксид-полупроводник (NMOS) N-типа или архитектура несимметричной ячейки памяти со слишком тонким оксидом приводят к неадекватным характеристикам технического обслуживания и долговечности [5–6]. Более того, архитектура несимметричной ячейки памяти имеет большую площадь на бит и потребляет значительную мощность, поскольку каждая битовая ячейка содержит свой собственный высоковольтный переключатель [7–8].Для генерации высокого напряжения требуется цепь генератора высокого напряжения с внутренним регулированием (HVG), такая как генератор высокого напряжения, регулируемый удвоителями напряжения, или цепь накачки заряда (CP) [9]. Обладая такими характеристиками, как высокая энергоэффективность, небольшая площадь, низкое энергопотребление и регулируемое генерирование напряжения, HVG является ключевым модулем в EEPROM. Обычно он применяется в EEPROM в транспондерах RFID, преобразователях постоянного тока в постоянный ток и микросхемах управления питанием для записи или стирания устройств с плавающим затвором [10–13].

Предпосылки для маломощного и малошумного внутреннего HVG постепенно увеличиваются в связи с растущим спросом на надежную и эффективную EEPROM транспондера RFID. Чтобы удовлетворить эти требования, обычные блоки управления питанием или HVG должны быть модернизированы со стабильным выходным напряжением для доступа на большие расстояния. Основные задачи для разработчиков системы на кристалле (SOC) включают снижение рассеиваемой мощности и стабильный выход без пульсаций интегрированной системы в процессе CMOS.Значительные усилия были затрачены на разработку технологий HVG с низким энергопотреблением и низким уровнем пульсаций на кристалле [14–15].

В RFID-транспондера, операции записи в ЭСППЗУ / стирания приводятся в движение внутренней HVG, который включает в себя СР, ток-голодали кольцевой генератор (ЗАГС), неперекрывающихся тактовый генератор (NOC_Gen), ширина запрещенной зоны опорного напряжения (БГР), компаратор , и схемы делителя напряжения. Более того, каждый компонент имеет некоторые ограничения, которые необходимо учитывать при проектировании HVG.Например, CSRO должен иметь низкий фазовый шум и работать на высоких частотах, в то время как задержка распространения и время установления должны быть ниже в NOC_Gen. БГР должен иметь стабильный источник опорного напряжения и небольшой коэффициент подавления источника питания, в то время как компаратор должен иметь высокий коэффициент усиления и низким напряжением смещения с низким уровнем шума. Кроме того, схема CP должна иметь небольшой выходной шум, малую рассеиваемую мощность и высокую эффективность накачки с коротким временем запуска. В HVG модуль с наибольшим рассеиваемой мощностью - это схема CP, которая требует уникальных конструктивных требований с точки зрения энергоэффективности, надежности устройства, возможностей управления и повышения производительности.Схемы CP с более низким КПД по мощности ограничивают преимущества повышенного напряжения на микросхеме, поэтому желательно повысить эффективность накачки не только в устройствах с батарейным питанием, но и в других приложениях с обычным напряжением питания. И наоборот, перед разработчиками стоит непростая задача - спроектировать стабилизированную схему CP со стабильным выходным напряжением, малой рассеиваемой мощностью и минимальной площадью кремния. Время запуска влияет на функциональность и производительность всех вспомогательных компонентов HVG, так как более быстрое время запуска снижает рассеяние энергии CP и повышает общую эффективность.Кроме того, пульсации выходного напряжения являются критически важной спецификацией конструкции, которая ухудшает производительность всего процесса генерации высокого напряжения. В частности, пульсации на выходе схемы CP отрицательно сказываются на чувствительных аналоговых схемах, таких как BGR, компаратор и компоненты управления. Наконец, интеграция всех модулей HVG на одном кристалле - еще одна важная задача для исследователей по сокращению занимаемой площади и стоимости, что в конечном итоге помогает успешной функции записи / стирания EEPROM транспондера RFID.

В этом исследовании предлагается схема HVG, в которой используется схема управления тактовым сигналом CSRO, схема CP вместе с регулятором напряжения для снижения энергопотребления, повышения эффективности накачки и уменьшения напряжения пульсаций от выходного напряжения. КМОП-процесс Silterra 0,13 мкм используется для разработки и проверки предложенной схемы HVG. Это сравнительное исследование доказывает, что предложенная схема цепи HVG успешно обеспечивает более низкое рассеивание мощности, увеличивает эффективность накачки и снижает пульсации напряжения по сравнению с другими недавно опубликованными исследованиями.

Материалы и методы

HVG - один из наиболее важных компонентов EEPROM транспондера RFID, поскольку он обеспечивает повышенное выходное напряжение от низкого напряжения питания для операций записи / стирания. Производительность HVG сильно влияет на общую производительность EEPROM. Для выполнения операций записи или стирания в EEPROM, выход СР цепи напряжения (VPP) необходимо, чтобы быть больше, чем 14 В, что выше, чем опорное напряжение, полученного из опорного напряжения цепи подобно BGR [14].Основными параметрами HVG являются тактовая частота, усиление выходного напряжения, пульсирующее напряжение, время запуска, рассеиваемая мощность, эффективность накачки, размер микросхемы и т. Д. Таким образом, среди всех доступных в настоящее время процессов IC реализация HVG в CMOS очень хороша. очень желательно для приложений с низким энергопотреблением. Более того, популярность CMOS выше из-за простоты проектирования схем с минимальным рассеиванием мощности. В интересах минимизации размера и стоимости в качестве первичного механизма преобразования напряжения используется зарядный насос, для которого требуются только конденсаторы и встроенные переключатели.Для правильного функционирования схема CP должна быть интегрирована с регулятором напряжения для генерации управляющего напряжения обратной связи. Конструкция высокоэффективного ГВГ во многом зависит от его схемы управления с обратной связью. Таким образом, полный HVG состоит из схемы генерации часов (CSRO и NOC_Gen), схемы CP и схемы управления / регулятора с обратной связью (емкостный делитель, компаратор и BGR), как показано на рис.1

.

Кольцевой генератор с ограниченным током

В этом исследовании используется трехступенчатый CSRO, как показано на рис.Как показано, транзисторы MN1 / MP2 используются в качестве инвертора в этой конструкции [16]. И наоборот, MN2 / MP2 действует как источник тока зеркала, чтобы ограничить ток, протекающий через инвертор MN1 / MP1. MP0, MP7, MN9, MN10 и MN11 требуются для построения схемы смещения для генератора. В этой конструкции MP7 / MN11 имеет равный ток стока, которым можно управлять с помощью входного напряжения VCONTROL, и который отражается на каждом уровне генератора. В этой конструкции схема сброса при включении питания (POR) встроена в основную схему для генерации сигнала сброса для микросхемы.Более того, когда сбой питания происходит с определенного уровня, этот сигнал POR отключает микросхему. В этом исследовании, чтобы измерить величину VDD относительно требуемого порога, схема POR состоит из логического элемента И-НЕ и элемента задержки. Когда требуемое пороговое значение ниже, чем напряжение источника питания, эта схема POR генерирует командный сигнал, чтобы задействовать общую функциональность микросхемы. Более того, элемент задержки становится активным, когда напряжение питания не находится в установленном режиме, а кнопка сброса установлена ​​в режим отключения.Следовательно, общая частота предлагаемого генератора может быть определена следующим уравнением. (1) где N - номер каскада, T D - задержка, C equ - эквивалентная емкость одноступенчатого выхода, а V DD - напряжение питания.

Контур нагнетательного насоса

В настоящее время схемы CP страдают от потерь выходного напряжения, пульсаций и более низкой эффективности накачки из-за диодной топологии [17].Поэтому было проведено несколько видов исследований с использованием новой схемы переключателя переноса заряда (CTS), в которой была удалена диодная конфигурация. Однако из-за эффекта паразитной емкости на каждой ступени CTS потеря напряжения все же происходит при более низких уровнях эффективности накачки. Поэтому в этом исследовании для разработки схемы CP используется новая динамическая схема CTS. Схема этой новой топологии показана на рис. 3.

На рис. 3 показано, что для инициализации напряжения из напряжения питания VDD требуется один металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) MD1 с диодной конфигурацией.И наоборот, другой МОП-транзистор MD2 с диодной конфигурацией подключен к выходному каскаду. Однако не все эти полевые МОП-транзисторы необходимы для управления CTS. Для управления переключателями в этой конструкции используются CTS (MS1 – MS9) для передачи зарядов от первой до последней ступени с использованием метода обратного управления. Более того, в этой конструкции на всех этапах используются NMOS-транзисторы для уменьшения тока подложки, учитывая, что использование металлооксидных полупроводниковых (PMOS) транзисторов P-типа в схемах CTS создает большие токи подложки.Не все переключатели CTS (например, от MS1 до MS9) полностью выключены во время CTS. Поэтому в этой конструкции используются дополнительные управляющие транзисторы (MN и MP). Транзисторы MN1 – MN9 необходимы для отключения всех CTS (MS1 – MS9) во время процесса переноса заряда. Кроме того, эффективность накачки увеличивается на каждом этапе, поскольку все CTS полностью выключаются, чтобы предотвратить явление обратного разделения заряда. Более того, все переключатели MP1 – MP9 должны включать все CTS для предотвращения защелкивания.Для увеличения заряда требуются два тактовых сигнала, CLK и CLKB, которые не совпадают по фазе, но имеют ту же амплитуду (V clk ), что и VDD, как показано на рисунке 1. Наконец, выходной каскад с диодным соединением был использован в этой конструкции для увеличения усиления по напряжению или эффективности. Размер всех транзисторов определяет общую производительность схемы. Принцип работы предлагаемой схемы CTS CP описан на примере второй ступени. Во время этапов накачки, когда синхросигнал CLK = 1 и противофазный синхросигнал CLKB = 0, затвор MS2 полностью включен, и он сохраняет значение VDD, поскольку проходной транзистор MN2 выключен, а MP2 включен. .В это время пороговое напряжение V th MS2 становится равным нулю и удерживает значение VDD для узла 2. И наоборот, когда CLK = 0 и CLKB = 1, проходной транзистор MN2 включен, а MP2 выключен. Следовательно, напряжение затвора MS2 становится равным нулю, что полностью выключает MS2. Таким образом, вся цепь CP передает заряды от одной ступени к другой. В этой топологии для преодоления порогового падения напряжения на каждой ступени реализован полевой МОП-транзистор с нулевым напряжением V th , что является одним из преимуществ этой схемы.

Обычно V clk устанавливается на тот же уровень напряжения, что и нормальный V DD . Колебания напряжения каждого узла накачки могут быть выражены как, (2)

Следовательно, выходное напряжение N-каскадной схемы CP может быть выражено как (3)

Количество каскадов определяет энергоэффективность из-за V out и VDD, которые фиксируются специальным процессом CMOS [16]. По сравнению с исходной схемой CP Диксона, в которой диоды имеют нулевое напряжение V t , энергоэффективность в предлагаемой схеме CP на основе CTS улучшена на VDD / (VDD – V t ) в соответствии со следующим уравнением: (4)

Регулятор напряжения

Для стабилизации высокого напряжения и снижения энергопотребления используется регулятор напряжения, показанный на рис. 4.Когда сигнал обратной связи, создаваемый эталонной шириной запрещенной зоны, достигает значений выше, чем V ref , компаратор и логическая схема управления работают вместе, чтобы выключить часы. Точно так же, когда сигнал обратной связи ниже, чем V ref , схема компаратора сравнивает VINP и VINN и генерирует выходной сигнал, который используется в качестве сигнала обратной связи для схемы CSRO для продолжения управления схемой генерации синхросигнала. Кроме того, за счет использования схемы емкостного делителя напряжения вместо резистивного делителя рассеиваемая мощность значительно снизилась на протяжении всего процесса генерации HVG.

Встроенный высоковольтный генератор

На рис. 5 показана принципиальная схема предлагаемого HVG после интеграции всех модулей. В этом исследовании CSRO-выход OSC_OUT используется в качестве входа для NOC_Gen для управления тактовым сигналом и создания двух противофазных тактовых сигналов CLK и CLKB. Эти тактовые сигналы используются в предлагаемой схеме CTS CP для завершения процесса передачи заряда на каждом этапе. В этом исследовании схема CTS CP - это основные схемы, используемые для генерации более высокого VPP для всего HVG.Однако основная трудность, связанная с проектированием схемы CTS CP, заключается в эффективности накачки, которая снижается из-за больших пульсаций напряжения в случае увеличения количества ступеней накачки. Тем не менее, в EEPROM большая часть общей мощности потребляется цепью HVG, которая должна быть спроектирована должным образом, чтобы соответствовать требованиям. Следовательно, в этом методе проектирования используются схемы управления / регулятора с обратной связью для уменьшения пульсаций напряжения, повышения эффективности и уменьшения рассеиваемой мощности ГПН.Кроме того, NMOS-транзистор с диодным подключением добавляется после выхода схемы CP, поскольку он обеспечивает одно падение напряжения на диоде (V в ) перед подключенным диодом NMOS-транзистором, чтобы уменьшить пульсации выходного напряжения VPP. После каскада NMOS с диодным соединением добавляется емкостной делитель напряжения для генерации разделенного напряжения VINN для схемы регулятора. С другой стороны, чтобы обеспечить внутреннее опорное напряжение, которое не зависит от температуры процесса, схема БГР добавляются в этом исследовании для генерации опорного напряжения VREF, который имеет постоянное напряжение, независимо от вариаций питания или изменений температуры.Эти VREF и VINN действовали как входы для схемы компаратора для обратной связи с выходом схемы CSRO для запуска процесса колебаний. Схема регулирования использует возможности регулирования компаратора, представленного в этом исследовании. На рис. 5 также показано, что генератор начинает работать, когда узел ENB становится низким, что в конечном итоге запускает процесс колебаний схемы CSRO. После достижения определенного напряжения это предлагаемое выходное напряжение VPP HVG будет в установившемся состоянии и будет способствовать операции записи / стирания EEPROM транспондера RFID.

Предлагаемая компоновка схемы HVG показана на рис. 6, где общая конструкция занимает площадь кристалла 235,41 мкм × 190,66 мкм, а компоновка микросхемы предлагаемого HVG с площадками ввода / вывода (I / O) для изготовления показана на Рис 7.

Результаты и обсуждение

В этом разделе показаны общие характеристики предложенной схемы HVG после интеграции всех модулей. Предлагаемый HVG моделируется с помощью симулятора ELDOSPICE (Mentor Graphics) в «Silterra 0.13 мкм "CMOS процесс. После интеграции всех модулей CSRO, NOC_Gen, CP и схемы регулятора напряжения получается результат моделирования перед компоновкой, как показано на рис. 8, при этом высокое значение VPP 14,59 В генерируется из предложенного ГВГ на напряжение питания 1,8 В.

Для повышения выходного напряжения, тактовой частоты 11,3 МГц, которые генерируются и ЗАГС NOC_Gen цепей используются в качестве входных данных в процессе переноса заряда схемы СР, как показано на рис 5. Кроме того, опорное напряжение VREF находится в 1.2 В для продолжения процесса регулирования напряжения предлагаемого ГВН. Кроме того, время нарастания всего процесса генерации высокого напряжения составляет всего 9,8 мкс при токе нагрузки всего 145,8 нА, как показано на рис. 9. В результате интегрированный ГРН потребляет всего 0,12 мВт для напряжение питания 1,8 В, что является самым низким среди значений, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях.

В этом исследовании требуется регулятор напряжения (BGR, компаратор и делитель напряжения) для создания сигнала обратной связи для стабилизации генерируемого высокого напряжения VPP до 14.59 В с небольшой пульсацией напряжения, установленной на <4 мВ, как показано на рис. 10. Величина этой пульсации ниже, чем сообщалось в предыдущих исследованиях. Кроме того, результаты завершенной схемы HVG сравнивались с недавно опубликованными исследованиями, которые представлены в таблице 1.

Для проверки внешних сигналов производственные допуски для устройств, температурный диапазон и изменения процесса были проверены с помощью статистического анализа, известного как угловой анализ. Следовательно, необходимо протестировать предложенный HVG для всех 45 углов и 3 значений VDD (1.7 В, 1,8 В и 1,9 В), 3 температуры и 5 углов, как показано на рисунке 11. Из рисунка 11 видно, что предлагаемая схема HVG способна правильно переключаться в разных углах VDD и температуре .

Чтобы проверить влияние несоответствия транзисторов во время проектирования, было выполнено моделирование методом Монте-Карло с 100 запусками для этой предложенной конструкции, как показано на рис. 12. Кроме того, эта оценка может обеспечить несоответствие изменения процесса.

Таблица 1 иллюстрирует сравнение характеристик предлагаемого HVG с другими недавно опубликованными исследованиями [14, 18–25].В большинстве предыдущих исследований использовались диодные конфигурации для разработки схемы CP, которая является наиболее энергоемким модулем в HVG [14, 18–19, 21, 23, 25]. Ян и др. [14] используют улучшенный метод CTS, основанный на диодной конфигурации. В этой схеме нулевой V-й MOSFET используется для преодоления V-го падения на каждой стадии процесса переноса заряда. Более того, этот метод может полностью включать / выключать CTS, что снижает ток обратной связи и увеличивает эффективность.Однако из-за проблемы потери напряжения на каждой ступени диодной конфигурации это привело к плохой генерации выходного напряжения с большим шумом и низким КПД. Поэтому в данном исследовании мы предлагаем и представляем модифицированную схему CP на основе CTS с лучшим выходным напряжением с низким уровнем пульсаций и высокой эффективностью накачки по сравнению с предыдущими исследованиями [14, 18, 19, 24]. После успешной работы отдельных схем все модули объединяются в предлагаемую схему HVG.Впоследствии характеристики интегрированной схемы HVG также могут соответствовать спецификациям с самым высоким выходным напряжением 14,59 В по сравнению с предыдущими работами [14, 18, 21, 23, 24] и самым низким напряжением пульсаций <4 мВ по сравнению с [14, 19, 22]. Напротив, предлагаемый ГРН рассеивает только 0,12 мВт, что является самым низким среди номинальных уровней мощности, о которых сообщалось в других исследованиях [14, 19–21, 23]. В предложенной схеме PMOS-транзисторы не использовались. Соответственно, это в конечном итоге снижает общую рассеиваемую мощность предлагаемой схемы и соответствует проектным характеристикам малой мощности для предполагаемых приложений.Кроме того, предлагаемый HVG имеет наивысшую эффективность накачки 88 ~ 90% по сравнению с другими исследованиями [14, 19, 21–23]. В этом исследовании полученная частота 11,2 МГц делает предлагаемую конструкцию лучше, чем описанные в [14, 19, 21–25], и обеспечивает совместимость предлагаемых характеристик HVG с EEPROM транспондера RFID. Поскольку целью этого исследования было снижение рассеиваемой мощности и пульсации напряжения, из таблицы 1 очевидно, что предложенный HVG достиг желаемых результатов, которые были совместимы с EEPROM транспондера RFID.

С развитием приложений с низким энергопотреблением, таких как EEPROM транспондера RFID, внутренние компоненты, особенно самый «энергоемкий» модуль HVG CP, должны рассеивать меньшую мощность, в то время как они повышают выходное напряжение. Этот предлагаемый HVG обеспечивает повышенное выходное напряжение, которое выше, чем напряжение источника питания, чтобы удовлетворить требованиям операций стирания / записи EEPROM транспондера RFID. Очевидно, что целью этого исследования было разработать схему HVG с низким энергопотреблением и низким уровнем пульсаций с более высокой эффективностью накачки.Поэтому в этом исследовании использовался трехступенчатый CSRO, который смог снизить рассеиваемую мощность и фазовый шум за счет оптимизации размеров транзисторов и схем смещения. В HVG максимальное количество мощности потреблялось схемой CP, поскольку эта схема использовалась для повышения напряжения питания. Поэтому в данном исследовании была предложена восьмиступенчатая модифицированная схема CP на основе CTS, в которой использовались трехъямные NMOS CTS, а не переключатели с диодной конфигурацией [14, 24–25].Кроме того, в процессе динамического управления ток подложки не формировался, так как все транзисторы PMOS были удалены из каждого этапа предлагаемой конструкции. В результате предложенная схема CP давала более высокий выигрыш по выходному напряжению с большей надежностью. Более того, использование проходных транзисторов уменьшило проблемы потери напряжения и обратного распределения заряда в предлагаемой схеме CP. В результате общий процесс генерации высокого напряжения был ускорен по сравнению с другими исследованиями [14, 18–25].И наоборот, использование переключателя NMOS между схемой CP и регулятором напряжения уменьшило выходное напряжение пульсаций предлагаемого HVG. Это пульсирующее напряжение является самым низким среди недавно представленных значений в Таблице 1 [14, 19, 22]. Таким образом, из приведенного выше обсуждения ясно, что предлагаемый HVG отвечает требованиям низкой мощности, низкой пульсации и высокой эффективности накачки, которые стали одним из доминирующих аспектов проектирования в КМОП-технологиях, основанных на маломощных технологиях. приложения, такие как RFID-транспондеры, NVM и преобразователи постоянного тока в постоянный.

Выводы

Полностью интегрированный HVG был предложен для EEPROM транспондера RFID для выполнения операций записи / стирания с использованием процесса Silterra 130 нм CMOS. Рассеиваемая мощность предложенного HVG и почти всех модулей была уменьшена за счет оптимизации схем, оптимизации отношения W / L транзисторов и отказа от пассивных компонентов на кристалле. После проверки всех индивидуальных характеристик цепей CSRO, NOC-Gen, CP и регулятора напряжения (BGR, компаратор и делитель напряжения) все модули были объединены в предложенную схему HVG.На основе результатов моделирования было обнаружено, что предлагаемый HVG потребляет всего 0,12 мВт мощности и снижает пульсирующее напряжение до <4 мВ, что является самым низким среди значений, о которых сообщалось в других исследованиях. Кроме того, эффективность накачки предложенного HVG достигла 90%, а повышенное выходное напряжение оказалось равным 14,59 В при напряжении источника питания 1,8 В. Это самое высокое напряжение, зарегистрированное на сегодняшний день по сравнению с теми, о которых сообщают все. недавно опубликованные исследования в этой области.Таким образом, характеристики всех модулей, а также встроенного HVG, очевидно, подходят для EEPROM транспондера RFID.

Ссылки

  1. 1. Го Дж., Люнг К.Н., КМОП-регулятор напряжения для пассивных ИС с RFID-метками, Международный журнал теории схем и приложений. 2013; 40 (4): 329–340.
  2. 2. Рахман Л.Ф., Реаз М.Б.И., Инь К.С., Али М.А.М., Маруфуззаман М., Проектирование высокоскоростного компаратора динамической защелки с малым смещением в 0.18 мкм CMOS Process, PloS one. 2014; 9 (10): e108634.
  3. 3. Мохд-Ясин Ф., Хоу М. К., Реаз М. Б. И., Радиочастотная идентификация: эволюция схемы ретранслятора, Микроволновый журнал. 2006; 49 (6): 56–70.
  4. 4. Куо К.К., Чанг К.М., Встроенная флэш-память: технологии энергонезависимой памяти с упором на флэш, John Wiley & Sons, Inc .; 2007.
  5. 5. Осаки К., Асамото Н., Такагаки С., Структура ячейки с одним поли EEPROM для использования в стандартных процессах CMOS, IEEE Journal of Solid-State Circuits.1994; 29 (3): 311–316.
  6. 6. Чжао Д., Ян Н., Сюй В., Ян Л., Ван Дж., Мин Х., Энергонезависимая память с низким энергопотреблением для пассивных RFID-меток, Китайский журнал полупроводников. 2008; 29 (1): 99–104.
  7. 7. Ван Б., Нгуен Х., Ма Й., Полсен Р., Высоконадежные 90-нм логические многоразовые программируемые ячейки NVM с использованием новых туннельных устройств, спроектированных с помощью рабочих функций, IEEE Trans. на электронных устройствах. 2007; 54 (9): 2526–2530.
  8. 8. Рашка Я., Адвани М., Тивари В., Вариско Л., Хакобиан Н.Д., Миттал А. и др. Встроенная флеш-память для приложений безопасности в логическом процессе CMOS 0,13 мкм, In Proceedings of the IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC 2004). Пенсильвания, 2004 г .; 46–512.
  9. 9. Мохаммад М.Г., Ахмад М.Дж., Аль-Бакхит М.Б., Переключаемая конструкция накачки положительного / отрицательного заряда с использованием стандартных КМОП-транзисторов, IET Circuits Devices System. 2010. 4 (1): 57–66.
  10. 10. Ху Ч., Чанг Л.К., Анализ и моделирование конструкций накачивающего насоса на кристалле на основе схем увеличения накачки с резистивной нагрузкой, IEEE Transactions on Power Electronics. 2008. 23 (4): 2187–2194.
  11. 11. Танзава Т., Такано Ю., Ватанабе К., Ацуми С., Методы масштабирования высоковольтных транзисторов для флеш-памяти с высокой плотностью, не стирающей отрицательный канал затвора, НИЛИ, IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2002; 37 (10): 1318–1325.
  12. 12. Танзава Т., Танака Т., Такеучи К., Накамура Х., Схемотехника для флеш-памяти NAND только с напряжением 1,8 В, IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2002. 37 (1): 84–89.
  13. 13. Кавахара Т., Кобаяси Т., Джёно Ю., Саэки С., Миямото Н., Адачи Т. и др. Мультиплексный модуль с ограничением по битовой линии и точный генератор высокого напряжения для флеш-памяти размером четверть микрона, журнал IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1996; 31 (11): 1590–1600.
  14. 14. Ян Л., Шилин З., Ицян З. Схема генератора высокого напряжения с малой мощностью и высоким КПД, примененная в EEPROM.Журнал полупроводников. 2012; 33 (6): 065006.
  15. 15. Лю Х., Цзян Дж. Накопление энергии на маховике - развивающаяся технология для обеспечения устойчивости энергии. Энергия и здания. 2007; 39 (5): 599–604.
  16. 16. Рахман Л. Ф., Реаз М. Б. И., Маруфуззаман М., Лария М. С. Конструкция кольцевого генератора с низким энергопотреблением и низким фазовым шумом для ЭСППЗУ RFID-метки. Информация MIDEM. 2019; 49 (1): 19–24.
  17. 17. Ву Дж. Т., КМОП-схемы с коммутируемыми конденсаторами 1,2 В, Международная конференция по твердотельным схемам IEEE, Сборник технических статей.1996. 10–10 февраля. Сан-Франциско, США, 388–389.
  18. 18. Бэк Дж. М., Чун Дж. Х., Квон К. В. Энергосберегающий преобразователь напряжения с повышением частоты для встроенного приложения EEPROM. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2010; 57 (6): 435–439.
  19. 19. Jeong H.-I., Park J.-W., Choi H.-Y., Kim N.-S. Высокопроизводительный преобразователь зарядового насоса со встроенной схемой обратной связи CMOS. Сделки с электрическими и электронными материалами. 2014; 15 (3): 139–143.
  20. 20.Хуанг М. Х., Фан П. С., Чен К. Х., Двухфазная схема накачки заряда с низким уровнем пульсаций, регулируемая эталонной шириной запрещенной зоны на основе переключаемых конденсаторов. IEEE Transactions по силовой электронике. 2009; 24 (5): 1161–1172.
  21. 21. Чи К. Дж., Ву Л. Дж., Чжан Х. М., Пан Л. Ю. Конструкция встроенного EEPROM с низким энергопотреблением для микроконтроллера в безбатарейной системе контроля давления в шинах. IEEE 11-я Международная конференция по технологиям полупроводников и интегральных схем. 2012; С. 1–3.
  22. 22. Джэ-Юл Л., Сунг-Ын К., Сон-Джун С., Джин-Кён К., Сунён К., Хой-Джун Ю. Регулируемый зарядный насос с малой пульсацией напряжения и быстрым запуском. Журнал IEEE по твердотельным схемам, 2006 г .; 41 (2): 425–432.
  23. 23. Луо З., Кер М. Д., Ченг В. Х., Йен Т. Ю., Регулируемый насос заряда с новой схемой синхронизации для сглаживания зарядного тока в процессе низковольтной КМОП-матрицы. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. 2016; 99: 1–9.
  24. 24. Лян З., Сюй К., Xianjin D. Модифицированная схема накачки заряда Диксона с высоким выходным напряжением и высокой эффективностью накачки. Аналоговые интегральные схемы и обработка сигналов. 2019; 1–9.
  25. 25. Махмуд А., Альхавари М., Мохаммад Б., Салех Х., Исмаил М., Блок управления питанием на основе подкачки заряда с КПД 66% в 65-нм CMOS. В 2018 году Международный симпозиум IEEE по схемам и системам (ISCAS). 2018, май; С. 1–4.
Генератор импульсного напряжения

/ Генератор Маркса - принципиальная схема, принцип работы и применение

В электронике скачки напряжения - очень важная вещь, и это кошмар для каждого разработчика схем.Эти скачки обычно называют импульсами, которые можно определить как высокое напряжение , обычно в несколько кВ, которое существует в течение короткого промежутка времени . Характеристики импульсного напряжения можно заметить по времени спада высокого или низкого напряжения, за которым следует очень большое время нарастания напряжения. Молния является примером естественной причины, вызывающей импульсное напряжение. Поскольку это импульсное напряжение может серьезно повредить электрическое оборудование, важно проверить наши устройства на работу с импульсным напряжением.Здесь мы используем генератор импульсного напряжения, который генерирует скачки высокого напряжения или тока в контролируемой испытательной установке. В этой статье мы узнаем о работе и применении генератора импульсного напряжения . Итак, приступим.

Как было сказано ранее, импульсный генератор производит эти кратковременные всплески с очень высоким напряжением или очень большим током. Таким образом, существует два типа генераторов импульсов: генератор импульсного напряжения и генератор импульсного тока .Однако в этой статье мы обсудим генераторы импульсного напряжения.

Форма волны импульсного напряжения

Чтобы лучше понять импульсное напряжение, давайте взглянем на форму волны импульсного напряжения. На изображении ниже показан одиночный пик формы импульса высокого напряжения

.

Как видите, волна достигает своего максимального 100-процентного пика за 2 мкс. Это очень быстро, но высокое напряжение теряет свою силу почти на 40 мкс.Следовательно, импульс имеет очень короткое или быстрое время нарастания , тогда как очень медленное или длинное время спада . Длительность импульса называется хвостовой частью волны , которая определяется разницей между 3-й отметкой времени ts3 и ts0.

Генератор одноступенчатых импульсов

Чтобы понять работу генератора импульсов , давайте взглянем на принципиальную схему одноступенчатого генератора импульсов , которая показана ниже

Схема выше состоит из двух конденсаторов и двух сопротивлений.Искровой зазор (G) - это электрически изолированный зазор между двумя электродами, в котором возникают электрические искры. Источник питания высокого напряжения также показан на изображении выше. Любая схема генератора импульсов требует, по меньшей мере, одного большого конденсатора, который заряжается до соответствующего уровня напряжения, а затем разряжается нагрузкой. В приведенной выше схеме CS - это зарядный конденсатор . Обычно это высоковольтный конденсатор с номиналом более 2 кВ (в зависимости от желаемого выходного напряжения).Конденсатор CB представляет собой нагрузочную емкость , которая разряжает зарядный конденсатор. Резистор и RD и RE управляют формой волны.

Если внимательно присмотреться к изображению выше, можно обнаружить, что искровой разрядник не имеет электрического соединения. Тогда как емкость нагрузки получает высокое напряжение? Вот уловка, и по этой схеме вышеупомянутая схема действует как генератор импульсов. Конденсатор заряжается до тех пор, пока напряжение заряда конденсатора не станет достаточным для прохождения искрового промежутка.Электрический импульс, генерируемый на искровом промежутке, и высокое напряжение передается от вывода левого электрода к выводу правого электрода искрового промежутка, образуя таким образом подключенную цепь.

Время отклика схемы можно контролировать, изменяя расстояние между двумя электродами или изменяя напряжение полностью заряженных конденсаторов. Расчет выходного импульсного напряжения может быть выполнен путем расчета формы выходного напряжения с помощью

v (t) = [V  0  / C  b  R  d  (α - β)] (e  - α   t  - e  - β   t ) 

Где,

α = 1 / R  d  C  b 
β = 1 / R  e  C  z  

Недостатки одноступенчатого импульсного генератора

Основным недостатком схемы одноступенчатого импульсного генератора является физический размер .В зависимости от номинального высокого напряжения компоненты становятся больше в размерах. Кроме того, для генерации высокого импульсного напряжения требуется высокое постоянное напряжение . Следовательно, для схемы одноступенчатого импульсного генератора напряжения довольно сложно добиться оптимального КПД даже после использования больших источников питания постоянного тока.

Сферы, которые используются для соединения зазора, также должны быть очень большого размера. Корону, которая разряжается в результате генерации импульсного напряжения, очень трудно подавить и изменить форму.Срок службы электрода сокращается и требует замены после нескольких циклов повторения.

Генератор Маркса

Эрвин Отто Маркс предоставил схему многоступенчатого импульсного генератора в 1924 году. Эта схема специально используется для генерации высокого импульсного напряжения от источника питания низкого напряжения. Схема генератора мультиплексированных импульсов или обычно называемая схемой Маркса , показана на изображении ниже.

В приведенной выше схеме используются 4 конденсатора (может быть n конденсаторов), которые заряжаются источником высокого напряжения в условиях параллельной зарядки с помощью зарядных резисторов R1 - R8.

Во время состояния разряда искровой разрядник, который был разомкнутой цепью во время состояния зарядки, действует как переключатель и соединяет последовательный путь через конденсаторную батарею, а генерирует очень высокое импульсное напряжение на нагрузке. Состояние разряда показано на изображении выше фиолетовой линией. Напряжение первого конденсатора должно быть превышено в достаточной степени, чтобы пробить искровой промежуток и активировать схему генератора Маркса .

Когда это происходит, первый разрядник соединяет два конденсатора (C1 и C2).Следовательно, напряжение на первом конденсаторе удваивается на два напряжения C1 и C2. Впоследствии третий разрядник автоматически выходит из строя, потому что напряжение на третьем разряднике достаточно высокое, и он начинает добавлять напряжение третьего конденсатора C3 в батарею, и это продолжается до последнего конденсатора. Наконец, когда достигается последний и последний искровой промежуток, напряжение достаточно велико, чтобы разорвать последний искровой промежуток на нагрузке, которая имеет больший промежуток между свечами зажигания.

Конечное выходное напряжение на конечном промежутке будет nVC (где n - количество конденсаторов, а VC - напряжение заряда конденсатора), но это верно в идеальных схемах.В реальных сценариях выходное напряжение схемы генератора импульсов Маркса будет намного ниже фактического желаемого значения.

Однако у этой последней точки искры должны быть большие промежутки, потому что без этого конденсаторы не перейдут в полностью заряженное состояние. Иногда выделения делают намеренно. Есть несколько способов разрядить батарею конденсаторов в генераторе Маркса.

Методы разряда конденсаторов в генераторе Маркса:

Импульсный дополнительный пусковой электрод : Импульсный дополнительный пусковой электрод - это эффективный способ преднамеренного запуска генератора Маркса во время полной зарядки или в особом случае.Дополнительный пусковой электрод называется Тригатроном. Существуют тригатроны разных форм и размеров с различными техническими характеристиками.

Ионизация воздуха в зазоре : Ионизированный воздух - эффективный путь, по которому проходит искровой промежуток. Ионизация осуществляется с помощью импульсного лазера.

Снижение давления воздуха внутри зазора : Снижение давления воздуха также эффективно, если искровой промежуток спроектирован внутри камеры.

Недостатки генератора Маркса

Длительное время зарядки: В генераторе Маркса для зарядки конденсатора используются резисторы. Таким образом, время зарядки увеличивается. Конденсатор, который находится ближе к источнику питания, заряжается быстрее, чем другие. Это связано с увеличением расстояния из-за повышенного сопротивления между конденсатором и источником питания. Это главный недостаток генератора Маркса.

Потеря эффективности: По той же причине, что описана ранее, поскольку ток течет через резисторы, эффективность схемы генератора Маркса низкая.

Короткий срок службы разрядника: Повторяющийся цикл разряда через разрядник сокращает срок службы электродов разрядника, который необходимо время от времени заменять.

Время повторения цикла зарядки и разрядки: Из-за большого времени зарядки время повторения генератора импульсов очень низкое. Это еще один серьезный недостаток схемы генератора Маркса.

Применение цепи генератора импульсов

Основное применение схемы генератора импульсов - это испытание высоковольтных устройств .Грозозащитные разрядники, предохранители, TVS-диоды, различные типы устройств защиты от перенапряжения и т. Д. Испытываются с помощью генератора импульсного напряжения. Не только в области испытаний, но и схема генератора импульсов также является важным инструментом, который используется в ядерно-физических экспериментах , а также в производстве лазеров, термоядерных и плазменных устройств.

Генератор Маркса используется для целей моделирования эффектов молнии на линиях электропередач и в авиационной промышленности.Он также используется в аппаратах X-Ray и Z. Другие применения, такие как проверка изоляции электронных устройств также проверяются с использованием схем импульсного генератора.

Генератор высокого напряжения для проектов микроконтроллеров

Для управления небольшими устройствами, такими как неоновые лампы, вам понадобится высоковольтный источник питания постоянного тока. Эта схема представляет собой простой повышающий (повышающий) преобразователь постоянного тока для приложений общего назначения. В нем используются легкодоступные детали, которые можно купить в любом магазине электронных компонентов.Авторский прототип представлен на рис. 1. Разработаем схему генератора высокого напряжения для Microcontroller Projects

. Рис. 1: Авторский прототип

Схема и работа генератора высокого напряжения

Принципиальная схема высоковольтного генератора показана на рис. 2. Он построен на таймере NE555 (IC1), МОП-транзисторе STP55NF0 (IRF1), диоде UF4001 и некоторых других компонентах. Значения резистора R4 и стабилитрона ZD1 основаны на напряжении и токе, необходимых для вашего приложения.

Инжир.2: Принципиальная схема высоковольтного генератора для проектов микроконтроллеров

Таймер NE555 сконфигурирован как нестабильный мультивибраторный генератор, который генерирует колебания с частотой (около 68 кГц), определяемой номиналами резисторов R1, R2 и конденсатора C1. Его выход напрямую управляет полевым МОП-транзистором (IRF1), который переключает ток через катушку индуктивности 10 мкГн / 200 мА (L1).

Диод быстрого восстановления D1 и высоковольтный конденсатор C4 вместе образуют эффективный выходной выпрямитель и схему фильтра, а R3 и C3 образуют демпфирующую цепь для IRF1.

Поместите компоненты в соответствующие места на печатной плате. Подключите источник постоянного тока 5 В ко входу CON1. Проверьте с помощью мультиметра выходное напряжение на выходном разъеме CON2 - оно может находиться в диапазоне от 30 В до 90 В постоянного тока. Вы можете обрезать его для реальных приложений, добавив простую схему шунтирующего стабилизатора на основе стабилитрона, как показано пунктирными линиями на принципиальной схеме. Обратите внимание, что конечное выходное напряжение зависит от подключенной нагрузки, но оно не должно колебаться более чем на несколько вольт для нагрузки до 10 мА.

Пример

Предположим, что исходное выходное напряжение на CON2 составляет 50 В (Vin), а то, что вы ищете, составляет 1 мА (Ireqd) при 27 В (Vreqd). Для этого используйте стабилитрон (ZD1) с номиналом 27 В и рассчитайте значение последовательного / балластного резистора R4 по формуле, приведенной ниже:

R4 = Vin-Vreqd / Ireqd
= 50V-27V / 1mA (в этом примере)

Значения R4 и ZD1 основаны на ваших требованиях.

Это основная идея дизайна для любителей электроники. Вы можете изменить схему, изменив рабочую частоту микросхемы NE555 и / или изменив значения компонентов, таких как индуктор, полевой МОП-транзистор, выпрямитель и конденсатор фильтра, для получения желаемых результатов.

Строительство и испытания

Макет печатной платы высоковольтного генератора в натуральную величину показан на рис. 3, а расположение его компонентов - на рис. 4. После сборки схемы на печатной плате подключите 5 В к разъему CON1.

Рис. 3: Схема печатной платы высоковольтного генератора Рис. 4: Компоновка компонентов для печатной платы
Загрузите компоновку печатной платы и компонентов в формате PDF:
нажмите здесь

Осторожно

Эта цепь может быть не так опасна, как сеть переменного тока, но все же может поражать вас током в зависимости от сопротивления вашего тела.Поэтому при работе с этой схемой примите необходимые меры предосторожности.


T.K. Хариендран - основатель и промоутер TechNode Protolabz

.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *