Схема високовольтного перетворювача напруги

Всім привіт. Метою цього проекту було створення генератора високої напруги, а за сумісництвом індукційного нагрівача значної потужності, причому використовуватися мала дуже проста схема і легкодоступні компоненти. Багато новачків шукають спосіб ефективного збільшення потужності звичайних двухтранзісторного ZVS і ця публікація в цьому допоможе.

Інвертор від Mazzilli, відомий як «ZVS», користується популярністю серед любителів HV завдяки своїй простоті й ефективності. Схема, яку тут представляємо, — її модифікація, щоб передавати більше потужності.

Що стосується теоретичного опису роботи інвертора, йому вже посвятили в інтернеті досить багато статей, які всебічно пояснюють як теорію, так і практику.

Схема принципова ZVS перетворювача

Схема високовольтного перетворювача на імпульсних трансформаторах

Як бачите, для зручності все було розділене на два модуля. Такий підхід дозволяє легко підключати різні трансформатори разом з оптимально підібраними резонансними ємностями.

  1. Перший модуль — це драйвер з джерелом живлення. Він має правильну електроніку інвертора, а також вбудований випрямляч і фільтр, який дозволяє безпосередньо підключати пристрій до мережевого трансформатора. Тут використані транзистори IRFP260 і масивні дроселі з високим струмом насичення, що гарантує надійну роботу інвертора навіть з високою потужністю. Великий електролітичний конденсатор видимий на фото, використовується для фільтрації джерела живлення, він на 10000 мкФ 250 В. Це здається нелогічним, але вибрали його з-за дуже низьких ЕРС і великих номінальних струмів, що вельми важливо в таких системах.
  2. Другий модуль складається з двох паралельно підключених строчников з резонансною батареєю конденсаторів. Обидві обмотки мають по 8 витків, а резонансна батарея складається з декількох конденсаторів загальною ємністю близько 2,4 мкФ. Це дозволило зменшити імпеданс резонансної ланцюга за рахунок збільшення кількості потужності до рівня, на якому основним обмеженням була поточна ефективність подачі всього мережевого трансформатора. Обидва трансформатора (ТВЗ) практично ідентичні, що дуже важливо — потрібно навіть розподіл навантаження, інакше інвертор може вийти з нормальною генерації, що призводить до спалювання транзисторів.

Обмотка утворена скручуванням 16 емалевих проводів 0.4 мм, а потім обгортанням всього ізоляційною стрічкою для механічного захисту. Це значно зменшує скін-ефект і пов’язані з ним втрати — раніше використовувалися обмотки, виконані зі звичайних товстих проводів, під навантаженням вони нагріваються до температури, при якій ізоляція почала диміти. Ці ж лише трохи теплі, навіть після довгої роботи схеми.

Випробування перетворювача в дії

Інвертор здатний витримувати 10 хвилин безперервної роботи, після чого трансформатори починають вимагати охолодження. Транзистори не нагріваються занадто сильно — радіатори залишаються майже холодними. Велика частина тепла виділяється на випрямлячі моста, який може непогано нагріватися — на ньому теж великий радіатор.

Інвертор здатний видавати великі розряди завдяки значній ефективності струму. Максимальна довжина розтягнутої блискавки становить трохи більше 20 см.

Також покажемо сигнали осциллограмм: Перший це синусоїда на LC-схемою без запаленою дуги. Останній скріншот показує послідовність імпульсів на одному з польових ключів.

Індукційний нагрівач заліза

Ця схема, як і будь-який такий резонансний перетворювач, може використовуватися як невеликий індукційний нагрівач металів. Щоб зробити це, просто зберіть індуктор у вигляді невеликої котушки, з’єднаний паралельно з резонансною батареєю конденсаторів ємністю 2-4 мкФ. Ось як виглядає нагрів металу:

Про транзисторах для генератора

IRFP260 — типовий вибір для цього типу інвертора. Дана схема харчується від 27 В змінного струму, що означає близько 36 В постійного струму після випрямлення і фільтрації. Їх застосування гарантує стабільну роботу до 50 В постійного струму, ви звичайно можете підвищувати вольтаж ще далі, але це ризиковано.

Що стосується транзисторів IRF740, вони підходять тільки для менших потужностей через невеликі Id і великих Rds, що має на увазі меншу силу струму і набагато більш високі втрати. IRFP260 має значно менші Rds і велику граничну потужність розсіювання тепла, тому він забезпечує більшу поточну довговічність і менші втрати провідності. Їх можна купити в більшості інтернет-магазинів або на Алі по 6 $ за 10 шт. Можна використовувати і IRP240, але ви зможете прокачати через нього набагато менші струми.

Використання транзисторів під більш високу напругу не є особливо доцільним, так як вони мають більш високі Rds (опір переходу), що призводить до збільшення втрат і в районі 60 … 70 В постійного струму транзисторная керуюча зв’язок не спрацьовує, викликаючи знищення транзисторів пробоєм. Тому пропонуємо залишитися на більш низькій напрузі харчування — до 50 В постійного струму. Замість подальшого збільшення напруги краще зменшити імпеданс резонансного контуру, щоб інвертор міг споживати більше енергії без збільшення напруги.

Вдалося запустити перетворювач використовуючи джерело живлення 12 В / 200 Вт — розряди були ефективними, але не настільки вражаючі. Іскра була близько 10 см, товста і пухнаста.

В цілому харчування забезпечується групою трансформаторів, що видають 27 В змінного струму. Споживання струму на максимальній розтягнутої високовольтної дузі досягає 30 А.

Ссылка на основную публикацию