Высоковольтный блок питания своими руками

Специально 92 для mozgochiny.ru

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

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

Шаг 1: Вступление

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

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

Шаг 2: Материалы

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

Шаг 3: Расчеты

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

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

Шаг 4: Изготовляем короб

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

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

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

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

Шаг 5: Управляющая схема

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

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

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

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

Вы можете скачать схему, если планируете изготовлять печатную плату.

Шаг 6: Прокладываем проводку

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

Примечание: Если вы добавили 10 Ом резистор на каждый вывод, удалите 10 Ом резистор на плате.

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

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

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

Шаг 7: Монтаж блока питания

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

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

Шаг 8: Подготовка, подключение и изоляция обратного хода

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

Обратный ход имеет полярность и встроенный диод, который позволяет току протекать в одном направлении. Чтобы проверить, какой стороной следует подключить его, расположим положительные и отрицательные провода на некотором расстоянии, а затем разведём соединения и сравним обе длины дуги.

Примечание: Добавил конденсатор 22uF 250V к (или параллельно) первичной обмотке в целях достижения некоторого резонанса – это улучшило выходной ток, и теперь я бы сказал, что напряжение немного выше. Могу ошибаться, но трансформатор и мостовой выпрямитель, кажется, не греются, как раньше, или по крайней мере не чувствуется никаких побочных эффектов.

Шаг 9: Тестовой запуск

Рекомендую проверить поделку в полной темноте, чтобы увидеть, если есть коронные разряды в тех местах, где они не должно быть и исправить это эпоксидной смолой или каким-либо другим видом изоляционного материала.

Для оптимизации выходной мощности обратного хода мы должны настроить частоту и рабочий цикл. Для этого вы можете измерить ток, протекающий через вторичную обмотку и отрегулировать потенциометры, чтобы получить максимальную дугу.

Шаг 10: Примеры использования

Спасибо за просмотр. Удачи!

( Специально для МозгоЧинов #50000V-High-Voltage-Power-Supply" target="_blank">)