Мини высоковольтный генератор своими руками. Генератор высокого напряжения на транзисторе. Модель прямоугольных импульсов с регулятором

14.07.2023

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.

Сама схема генерации высокого напряжения состоит из нескольких частей:

1)фильтр входного напряжения,

2)задающий генератор, построенный на мультивибраторе,

3)силовые транзисторы,

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.

Рис.2 – вид на вольтметр и индикатор:

8)вольтметр – показывает напряжение на аккумуляторе

9)индикатор – ИВЛМ1-1/7

10)предохранитель (от случайного включения)

Вакуумно-люминесцентный индикатор установил ради интереса, так как это мой первый индикатор такого типа.

Рис.3 – внутренний вид:

11)корпус

12)аккумуляторы (12,1-основной, 12,2-запасной)

13)линейный стабилизатор 7808 (для зарядки аккумуляторов)

14)плата преобразователя

15)теплоотвод с полевым транзистором КП813А2

Тут, думаю нечего пояснять.

Рис.4 – зарядные устройства:

16)от сети 220 в. (12 в., 1250 мА.)

17)от прикуривателя автомобиля

Рис.5 – нагрузки для АВВГ:

18)9 W люминесцентная лампа

19)«симметричный» умножитель напряжения

Рис.6 – принципиальная схема:

USB 1 – стандартный выход USB

BAT 1, 2 – Li - ion 7,4 в. 2200 мА/ч (18650 Х 2)

R 1, 2, 3, 4 – 820 Ом

R 5 – 100 КОм

R 6, 7 – 8,2 Ом

R 8 – 150 Ом

R 9, 12 – 510 Ом

R 10, 11 – 1 КОм

L 1 – сердечник от дросселя из энергосберегающей лампы, 10 витков по 1,5 мм.

C 1 – 470 мкФ 16 в.

C 2, 3 – 1000 мкФ 16 в.

C 4, 5 – 47 нФ 250 в.

C 6 – 3,2 нФ 1,25 Кв.

C 7 – 300 пФ 1,6 Кв.

С8 – 470 пФ 3 Кв.

С9, 10 – 6,3 нФ

C 11, 12, 13, 14 – 2200 пФ 5 Кв.

D 1 – красный светодиод

D 2 – АЛ307ЕМ

D 3 – АЛС307ВМ

VD 1, 2, 3, 4 – КЦ106Г

HL 1 – ЗЛС338Б1

HL 2 – NE 2

HL 3 – ИВЛМ1-1/7

HL 4 – ЛДС 9 W

IC 1 – L 7808

SB 1 – кнопка 1А

SA 1 – выключатель 3А (ON - OFF с неоновой лампой)

SA 2 – переключатель 6А (ON - ON )

SA 3 – выключатель 1А (ON - OFF )

PV 1 –М2003-1

T 1 – повышающий трансформатор:

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

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

VT 1 – КТ819ВМ

VT 2 – КП813А2

VT 3, 4 – КТ817Б

Общее количество компонентов: 53.

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,

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).

Мощный генератор высокого напряжениям (аппарат Кирлиана), 220/40000 вольт

Генератор вырабатывает напряжение до 40000 В и даже выше, которое можно прилагать к электродам, описанным в предыдущих проектах.

Может потребоваться использование в электроде более толстой стеклянной или пластмассовой пластины во избежание серьезного электрического удара. Хотя схема достаточно мощная, ее выходной ток невелик, что снижает опасность смертельного удара при соприкосновении с какими-либо частями устройства.

Тем не менее следует быть крайне осторожным при обращении с ней, так как возможность электрошока все равно не исключена.

Внимание! Высокие напряжения опасны. Будьте предельно осторожны при работе с данной схемой. Желательно иметь опыт обращения с подобными устройствами.

Вы можете использовать генератор в экспериментах с фотографией Кирлиана (электрофотографией) и других паранормальных экспериментах, например связанных с плазмой или ионизацией.

В схеме используются обычные компоненты, ее выходная мощность составляет около 20 Вт.

Ниже приведены некоторые характеристики устройства:

напряжение источника питания - 117 В или 220/240 В (сеть переменного тока);
выходное напряжение - до 40 кВ (в зависимости от высоковольтного трансформатора);
выходная.мощность - от 5 до 25 Вт (в зависимости от используемых компонентов);
число транзисторов - 1;
рабочая частота - от 2 до 15 кГц.

Принцип работы

Схема, показанная на рис. 2.63, состоит из однотранзисторного генератора, рабочая частота которого определяется конденсаторами С3 и С4 и индуктивностью первичной обмотки высоковольтного трансформатора.

Рис. 2.63 Аппарат Кирлиана

В проекте используется мощный кремниевый n-p-n транзистор. Для отвода тепла его следует укрепить на достаточно большом радиаторе.

Резисторы R1 и R2 определяют выходную мощность, задавая ток транзистора. Его рабочую точку задает резистор R3. В зависимости от характеристик транзистора необходимо опытным путем подобрать значение резистора R3 (оно должно находиться в пределах 270...470 Ом).

В качестве высоковольтного трансформатора, который также определяет рабочую частоту, используется выходной трансформатор горизонтальной развертки телевизора (строчный трансформатор) с ферритовым сердечником. Первичная обмотка состоит из 20...40 витков обычного изолированного провода. На вторичной обмотке образуется очень высокое напряжение, которое вы и будете использовать в экспериментах.

Источник питания очень простой он представляет собой двухполупериодный выпрямитель с понижающим трансформатором. Рекомендуется использовать трансформатор со вторичными обмотками, обеспечивающими напряжение 20...25 В и токи 3...5 А.

Сборка

Перечень элементов приведен в табл. 2.13. Так как требования к сборке не очень строгие, на рис. 2.64 представлен способ монтажа с использованием монтажной колодки. На ней размещаются небольшие детали, такие как резисторы и конденсаторы, соединенные между собой навесным монтажом.

Таблица 2.13. Перечень элементов

Крупные детали, например трансформатор, прикрепляются винтами прямо к корпусу.

Корпус лучше делать пластмассовый или деревянный.

Рис. 2.64. Монтаж устройства

Высоковольтный трансформатор можно изъять из неработающего черно-белого или цветного телевизора. Если получится, воспользуйтесь телевизором с диагональю 21 дюйм или больше: чем крупнее кинескоп, тем большее напряжение должен формировать строчный трансформатор телевизора.

Резисторы R1 и R2 - проволочные С1 - любой конденсатор номиналом 1500...4700 мкФ.

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 ( , ):

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

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 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 :

SBL2040 CT - макс. средний выпрямленный ток 20 А, макс. пиковое обратное напряжение 40 В, макс. действующее обратное напряжение 28 В
соединены параллельно:
SBL1040 CT - 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 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
Импульсы от генератора управляют через драйвер ключем на двух включенных параллельно -ах ( - metal-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 V DS = 100 вольт , а максимальный ток стока I D = 33/110 ампер . У этого транзистора малое сопротивление в открытом состоянии R DS(on) = 44 миллиома . Напряжение открывания транзистора составляет V GS(th) = 4 вольта . Рабочая температура - до 175°C .
Можно использовать и транзисторы IRFP250N в корпусе TO-247 .

Драйвер нужен для более надежного управления -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 -а, а диод VD1 создает путь для разряда затворной емкости при выключении.

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 -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).

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