Импульсные преобразователи напряжения – выбор конденсаторов

Простейшие бестрансформаторные импульсные преобразователи напряжения

Многие начинающие радиолюбители затрудняются определить тип блока питания, а ведь это не так уж и сложно. Основные способы преобразования напряжения заключаются в использовании одного из двух вариантов схемотехники:

Бестрансформаторные источники питания.

В свою очередь трансформаторные различаются по типу схемы:

Сетевая, с трансформатором, работающим на частоте 50 Гц;

Импульсная, с трансформатором, работающим на высоких частотах (десятки тысяч Гц).

Импульсные схемы блоков питания позволяют увеличить общий КПД конечного изделия, за счет избегания статических потерь на линейных стабилизаторах и прочих элементах.

Бестрансформаторные схемы

Если возникает необходимость питания от бытовой электросети 220 В, простейшие приборы можно включить от блоков питания использующих балластные элементы для понижения напряжения. Широко известным примером такого источника питания является схема с балластным конденсатором.

Однако существует ряд драйверов со встроенным ШИМ-контроллером и силовым ключом для построения бестрансформаторного импульсного понижающего преобразователя, такие очень часто встречаются в светодиодных лампочках и другой технике.

В случае питания от источника постоянного тока, например, аккумуляторов или других гальванических элементов питания, используют:

Линейный стабилизатор напряжения (интегральный стабилизатор типа КРЕН или L78xx с, или без проходного транзистора, параметрического стабилизатора из стабилитрона и транзистора)

Импульсного преобразователя (понижающего – BUCK, повышающего – BOOST, или понижающе-повышающего – BUCK-BOOST)

Преимущество бестрансформаторных блоков питания и преобразователей заключаются в следующем:

Нет необходимости мотать трансформатор, преобразование осуществляется за счёт дросселя и ключей;

Следствием из предыдущего являются малые габариты источников питания.

Отсутствие гальванический развязки, при неисправностях ключей приводит к появлению напряжения первичного источника питания. Это критично особенно если в его роли выступает сеть 220 В;

Опасность поражения электрическим током, как следствие гальванической связи;

Большие габариты дросселя на преобразователях высокой мощности ставят под сомнение целесообразность использования этой топологии блоков питания. При сопоставимых массогабаритных показателях можно использовать уже трансформаторный, гальванически развязанный преобразователь.

Основные разновидности импульсных преобразователей напряжения

В отечественной литературе часто встречается сокращение «ИППН», которое расшифровывается как: Импульсный Понижающий (или повышающий, или и то, и другое) Преобразователь Напряжения

В качестве основы можно выделить три базовые схемы.

1. ИППН1 – Понижающий преобразователь, в англоязычной литературе – BUCK DC CONVERTER или Step-down.

2. ИППН2 – Повышающий преобразователь, в англоязычной литературе – BOOST DC CONVERTER или Step-up.

3. ИППН3 – Инвертирующий преобразователь с возможностью как повышения, так и понижения напряжения, BUCK-BOOST DC CONVERTER.

Как работает импульсный понижающий преобразователь?

Начнем с рассмотрения принципа работы первой схемы – ИППН1.

В схеме можно выделить два питающих контура:

1. «+» от источника питания подаётся через закрытый ключ (транзистор любого типа соответствующей проводимости) на Lн (накопительный дроссель), далее ток протекает через нагрузку к «–» источника питания.

2. Второй контур образован из диода Д, дросселя Lн и подключенной нагрузки Rн.

Когда ключ замкнут, ток проходит по первому контуру, через катушку индуктивности протекает ток, и в её магнитном поле накапливается энергия. Когда мы выключаем (размыкаем) ключ, энергия, запасённая в катушке, рассеивается в нагрузку, при этом ток протекает через второй контур.

Напряжение на выходе (нагрузке) такого преобразователя равняется

Ku – это коэффициент преобразования, который зависит от коэффициента заполнения управляющих импульсов силового ключа.

Коэффициент заполнения «D» – это отношение времени, когда ключ открыт, к периоду ШИМ. «D» может принимать значения от 0 до 1.

ВАЖНО: Для ИППН1 Ku=D. Это значит, что пределы регулирования данного стабилизатора приблизительно равны – 0…Uвых.

Напряжение на выходе такого преобразователя аналогично по полярности с напряжением на входе.

Как работает импульсный повышающий преобразователь напряжения

ИППН2 – способен повышать напряжение от напряжения питания до величины в десятки раз превышающей его. Схематически он состоит из тех же элементов что и предыдущая.

Любой преобразователь подобного типа в своем составе имеет три основных действующих компонента:

Управляемый ключ (биполярный, полевой, IGBT, MOSFET транзисторы);

Неуправляемый ключ (выпрямительный диод);

Ток всегда протекает через индуктивность, изменяется лишь его величина.

Для того, чтобы понять принцип работы этого преобразователя, нужно вспомнить закон коммутации для катушки индуктивности: “Ток через катушку индуктивности не может измениться моментально”.

Это вызвано таким явлением как ЭДС самоиндукции или противо-ЭДС. Так как электромагнитное поле индуктивности препятствует скачкообразному изменению тока, катушку можно представить в виде источника питания. Тогда в это схеме, когда ключ замыкается через катушку начинает протекать ток большой величины, но, как уже было сказано резко он возрасти не может.

Противо-ЭДС это явление, когда на концах катушки возникает ЭДС противоположное тому, что приложено. Если представить это на схеме для наглядности, придется представить катушку индуктивности в виде источника ЭДС.

Под цифрой «1» обозначено состояние схемы, когда ключ замкнут. Обратите внимания что источник питания и условное обозначение ЭДС катушки соединены положительными выводами последовательно, т.е. величины их ЭДС вычитаются. В таком случае индуктивность препятствует прохождению электрического тока, а вернее замедляет его рост. По мере роста, через определенный постоянной времени промежуток, величина противо-ЭДС уменьшается, а ток через индуктивность нарастает.

Лирическое отступление:

Величина ЭДС самоиндукции, как и любое другое ЭДС измеряется в Вольтах.

В этот промежуток времени основной ток протекает по контуру: источник питания-индуктивность-замкнутый ключ.

Когда ключ SA размыкается, схема 2. Ток начинает течь по такому контуру: источник питания-индуктивность-диод-нагрузка. Так как сопротивление нагрузки, чаще значительно больше, чем сопротивление канала замкнутого транзистора. При этом снова – ток, протекающий через индуктивность не может измениться скачком, индуктивность всегда стремится поддержать направление и величину тока, поэтому возникает снова противо-ЭДС, но уже в обратной полярности.

Обратите внимание, как на второй схеме подключены полюса Источника питания и замещающего катушку источника ЭДС. Они соединены последовательно противоположными полюсами, а величины этих ЭДС складываются.

Таким образом происходит повышение напряжения.

Во время процесса накопления энергии индуктивности нагрузка питается энергией, которая ранее была запасена в сглаживающем конденсаторе.

Коэффициент преобразования в ИППН2 равен

Как видно из формулы – чем больше D – коэффициент заполнения, тем больше выходное напряжение. Полярность выходного питания, совпадает со входным у данного типа преобразователя.

Как работает инвертирующий преобразователь напряжения

Инвертирующий преобразователь напряжения довольно интересное устройство, ведь он может работать, как в режиме понижения напряжения, так и в режиме повышения. Однако стоит учитывать, что полярность его выходного напряжения противоположна входному, т.е. положительный потенциал оказывается на общем проводе.

Инвертирование также заметно по направлению, в котором включен диод Д. Принцип работы немного похожу на ИППН2. В то время, когда ключ Т замкнут происходит процесс накопления энергии индуктивности, питание от источника не попадает в нагрузку из-за диода Д. Когда ключ закрывается, энергия индуктивности начинает рассеиваться в нагрузке.

Ток продолжает течь через индуктивность, возникает ЭДС самоиндукции, направленная таким образом, что на концах катушки формируется полярность, противоположная первичному источнику питания. Т.е. в узле соединения эмиттера транзистора (сток, если транзистор полевой), катода диода и конца обмотки катушки формируется отрицательный потенциал. На противоположном конце, соответственно, положительный.

Коэффициент преобразования ИППН3 равен:

Путем несложных подстановок коэффициента заполнения в формулу, мы определим, что до величины D в 0.5, этот преобразователь выступает в роли понижающего, а свыше – повышающего.

Как управлять такими преобразователем?

Описывать все варианты построения ШИМ-контроллеров можно бесконечно долго, об этом можно написать несколько томов технической литературы. Я же, хочу ограничиться перечислением нескольких простых вариантов:

1. Собрать схему несимметричного мультивибратора. Вместо VT3 подключается транзистор в схемах ИППН-ов.

2. Чуть более сложный вариант, но более стабильный в плане частоты – это ШИМ на NE555 (для увеличения нажмита на картинку).

На схеме сделать правки, VT1 – это транзистор, изменяем схему так, чтобы на его месте был транзистор ИППН.

Читайте также:  Расчет емкости конденсатора для светодиода

3. Вариант использовать микроконтроллер, так вы можете еще и сделать много дополнительных функций, для новичков хорошо подойдут AVR микроконтроллеры. Есть прекрасный видеоурок об этом.

Выводы

Импульсные преобразователи напряжения – это очень важная тема в отрасли блоков питания для радиоэлектронной аппаратуры. Подобные схемы используются повсеместно, а, в последнее время, с ростом «самодельщиков» или как это сейчас модно называть «DIY’щиков» и популярностью сайта aliexpress такие преобразователи стали особенно популярны и востребованы, вы можете заказать готовую плату ставшего уже классическим, преобразователя на LM2596 и подобных всего за пару долларов, при этом вы получите возможность регулировки напряжения или тока, или и того и другого.

Другая популярная плата – это mini-360

Вы можете заметить, что в этих схемах отсутствует транзистор. Дело в том, что он встроен в микросхему, кроме него там находится ШИМ-контроллер, цепи обратной связи для стабилизации выходного напряжения и другое. Тем не менее эти схемы могут усиливаться установкой дополнительного транзистора.

Если вам интересно спроектировать схему под ваши нужды, тогда более подробно с расчётными соотношениями вы можете ознакомится в следующей литературе:

«Компоненты для построения источников питания», Михаил Бабурин, Алексей Павленко, Группа компаний «Симметрон»

«Стабилизированные транзисторные преобразователи» В.С. Моин, Энергоатомиздат, М. 1986.

Источники отрицательного напряжения – преобразователи на коммутируемом конденсаторе

В данной статье поговорим о источнике отрицательного напряжения, преобразователях постоянного напряжения на микросхеме ICL7660 и транзисторных ключах, об их особенностях и лучший вариант преобразователя постоянного напряжения.

Разрабатывая «специализированное» устройство, я столкнулся с проблемой необходимости двухполярного питания, а вернее отрицательного напряжения для питания линейки операционных усилителей. Для их работы необходимо было двухполярное питание +9 и -9 вольт. В моём распоряжении было только положительное напряжение +12 вольт. С положительным напряжением проблем не возникало – ставим КР142ЕН8А и +9 вольт готово, а отрицательное напряжение простым стабилизатором не получишь. Я стал искать схему преобразователя, который из этих «+12 вольт», делает хотя бы «- 9 вольт». Благо, в интернете можно найти почти всё. «Почти» — это то, что тщательно скрывается от простых людей, чтобы не было «потрясений» — революций и экономических «БУМов». Но я интересовался лишь преобразователем положительного напряжения в отрицательное напряжение, а вариантов таких преобразователей в Интернете хватает.

Часто, такие преобразователи называют инверторами напряжения, что более подходит выполняемой ими функции. Но инверторами принято называть сложные импульсные преобразователи напряжения. Например 12 вольт от АКБ в «сетевое» 220 вольт. Поэтому для исключения путаницы, мы не будем их так называть.

Существуют три варианта построения схем подобных преобразователей положительного напряжения в отрицательное напряжение:

1. Преобразователь, с использованием трансформатора;

2. Преобразователь с использованием зарядного дросселя;

3. Преобразователь на коммутируемом конденсаторе.

Мной разработан четвёртый вариант получения двухполярного напряжения из однополярного (по крайней мере я этого способа ранее не встречал) — активный делитель напряжения. Думаю он станет популярным среди радиолюбителей, но к нему мы вернёмся позже, в другой статье.

Итак, первый и второй варианты преобразователей содержат индуктивные элементы, которые более громоздки и усложняют процесс изготовления преобразователя напряжения, поэтому наиболее привлекательным я посчитал – преобразователь на коммутируемом конденсаторе. Его и рассмотрим в этой статье.

Функциональная схема преобразователя на коммутируемом конденсаторе изображена на рисунке:

Принцип работы схемы преобразователя заключается в следующем:

С генератора поступает «меандр» — прямоугольные импульсы, у которых длительность импульса и «паузы» равны. Во время действия импульса (логическая единица), замыкаются ключи S1 и S3. В этот промежуток времени производится заряд конденсатора С1 по цепи: плюс источника питания — ключ S1 – плюс конденсатора С1 – ключ S3 – корпус (минус источника питания). Во время отсутствия импульса (логический ноль), S1 и S3 размыкаются, а ключи S2 и S4 замыкаются. В этот промежуток времени производится разряд конденсатора С1 на конденсатор С2 по цепи: плюс конденсатора С1 – ключ S2 – плюс конденсатора С2 – ключ S4 – минус конденсатора С1. В результате работы схемы, конденсатор С2 «накапливает» отрицательное напряжение, от него и питается нагрузка.

Можно собирать преобразователи, состоящие из большого количества радиоэлементов, но по моему мнению чем меньше элементов, тем проше радиосхема в изготовлении, настройке и эксплуатации. В результате поиска наиболее подходящей схемы, я набрёл на преобразователь положительного напряжения в отрицательное, требующий минимальное количество элементов.

Преобразователь постоянного напряжения на микросхеме IСL7660 (MAX1044) и коммутируемых конденсаторах

Рассмотрим преобразователь на широко распространенной микросхеме IСL7660 (MAX1044). Микросхема МАХ1044 отличается от IСL7660 наличием входа Boost (увеличение частоты внутреннего генератора). Микросхема многофункциональная, и одна из возможных функций – преобразование положительного напряжения в отрицательное напряжение.
Микросхема содержит четыре силовых МОП-ключа, управляемых логическими элементами, работа которых осуществляется на частоте, полученной в результате деления на два частоты встроенного в микросхему задающего RC-генератора. Это позволяет формировать управляющие импульсы с требуемыми характеристиками «меандр» и оптимизировать по потреблению работу задающего RC генератора, рабочая частота которого без внешних элементов составляет 10 кГц. Внутренний регулятор напряжения необходим для обеспечения работы микросхемы от источника с пониженным напряжением.

Принцип работы в режиме идеального инвертора напряжения – преобразователя на коммутируемом конденсаторе был рассмотрен ранее.

Схема включения микросхемы в режиме инвертора напряжения -приведена на рисунке.

Инвертор обеспечивает получение на выходе VOUT напряжения, равного –(V+) в диапазоне 1,5В

Преобразователь постоянного напряжения на транзисторных ключах и коммутируемом конденсаторе

В связи с тем, что нагрузочная способность микросхемы IСL7660 (MAX1044) мала, и не удовлетворяет требованиям, которые я предъявлял к источнику отрицательного напряжения, а поиски другой, более мощной микросхемы работающей на коммутируемом конденсаторе я не нашёл, я решил самостоятельно разработать преобразователь положительного напряжения в отрицательное напряжение на коммутируемом конденсаторе, который можно собрать «в условиях отсутствия интегральных импортных компонентов» — на распространённых отечественных транзисторах.

Учитывая, что устройство, для которого я решил собрать преобразователь положительного напряжения в отрицательное, содержит генератор «меандра» частотой 10 кГц на КМОП микросхеме, то его вполне можно использовать в качестве источника прямоугольных импульсов для преобразователя. Задача состояла всего лишь в разработке схемы синхронно управляемых ключей. То, что получилось, изображено на рисунке. Я не стал заморачиваться с мощными полевиками, потому что слишком большая мощность не требовалась, но для повышения выходной мощности безусловно лучше использовать полевые транзисторы.

Состав схемы:

Каскад VT1 – буферный каскад, предназначен для усиления по току сигнала генератора, исполненного на КМОП микросхеме. Если у Вас генератор исполнен на ТТЛ-логике, тогда необходимости в этом каскаде нет.

Транзистор VT2 – выполняет функцию инвертора, управляющего ключевым транзистором VT3.

Транзистор VT4 – управляет ключевыми транзисторами VT5 и VT6.

Силовые ключевые транзисторы выделены на схеме синим цветом.

При отсутствии сигнала генератора (логического нуля) все транзисторы, кроме транзистора VT3 закрыты.

При поступлении импульса генератора (логической единицы), указанные транзисторы открываются, а VT3 наоборот закрывается. Происходит заряд конденсатора С1 по цепи: источник питания + 12 вольт, эмиттер-коллектор транзистора VT5, плюс конденсатора С1, резистор R10, коллектор-эмиттер транзистора VT6, корпус (минус источника питания 12 вольт).

При окончании импульса генератора (логическом нуле) все транзисторы, кроме транзистора VT3 закрываются, а VT3 наоборот открывается. Происходит переключение конденсатора С1, который разряжается на конденсатор С2 по цепи: плюс конденсатора С1, коллектор-эмиттер плюс конденсатора С2, диоды VD3 и VD2, резистор R10, минус конденсатора С1.

Таким образом, за один период генератора тактовых импульсов происходит полный цикл перезаряда конденсатора С1.

Из особенностей схемы:

Диод VD1 предназначен для того, чтобы задержать по времени открытие транзистора VT4 при появлении положительного импульса, открытие которого произойдёт лишь после закрытия транзистора VT3. Это необходимо для исключения одновременно открытых ключей VT5 и VT3. В данном случае используется свойство не идеальности формы прямоугольных импульсов — плавное нарастание и спад импульсов.

Резистор R10 предназначен для ограничения зарядных токов и токов коммутации чем повышает надёжность схемы, но в то же время он оказывает существенное влияние на выходную мощность преобразователя. При увеличении его номинала, коммутационные токи уменьшаются, что хорошо, но выходной ток преобразователя уменьшается, что наоборот плохо. Поэтому «ищите середину» на свой вкус!

Фактически, данная схема может использоваться для создания источника отрицательного напряжения с различной нагрузочной способностью. Для получения большой мощности и высокого КПД необходимо, чтобы частота следования импульсов генератора была сопоставима со значениями конденсатора С1 и резистора R10. Оптимально, если выполняется условие: f = 1/(2*R10*C1). С приведёнными на схеме номиналами радиоэлементов, преобразователь обеспечивает ток нагрузки до 200 мА с коэффициентом пульсаций выходного напряжения до 1,5 %.

Читайте также:  Индивидуальные испытания приборов измерения и контроля вибрации

Диоды VD2 и VD3 предназначены для уменьшения напряжения на выходе преобразователя. Связано это с малой разницей входного и выходного напряжений (в этих условиях стабилизатор не поставишь). Каждый диод уменьшает выходное напряжение на один вольт, а ещё один вольт «падает» на переходах трёх транзисторов VT3, VT5 и VT6 в процессе работы схемы. В сумме приблизительно, получается – 3 вольта. Отсюда: 12 – 3 = 9 вольт, +-0,5 вольта.

Описанный преобразователь положительного напряжения в отрицательное напряжение, собран в составе сложной электронной схемы для питания двухполярным напряжением +9 и -9 вольт двенадцати операционных усилителей на ИМС К140УД7, формируемых из напряжения + 12 вольт и показал высокую надежность. Наличие у этих ИМС выводов регулирования балланса нуля, позволяет использовать источник двухполярного питания со значительной разницей питающих напряжений, поэтому неточность выходного напряжения +-0,5 вольта компенсируется регулировкой балланса нуля.

Лучший вариант преобразователя постоянного напряжения на транзисторных ключах и коммутируемом конденсаторе

Предыдущая схема преобразователя была выполнена по традиционной схеме двойного коммутирования, но опыт показывает, что её можно значительно упростить практически без потери характеристик. Ниже приведена схема, в которой производится транзисторная коммутация только одного вывода переключаемого конденсатора, а второй вывод коммутируется через обыкновенные полупроводниковые диоды. Когда я нарисовал эту схему, а позже её собрал, я даже пожалел о том, что поторопился со сборкой и применением предыдущей схемы. Элементов в ней больше, а качество работы такое же как у ниже приведённой.

Схема работает следующим образом:

На вход схемы поступают прямоугольные импульсы частотой 10 кГц.

При отсутствии логической единицы на входе преобразователя (паузы между импульсами), транзистор VT1 и VT3 закрыты, а транзистор VT2 открыт. Происходит заряд конденсатора С1 по цепи: +12 вольт источника питания — коллектор-эмиттер транзистора VT2 — конденсатор С1 — диод VD1 — корпус — -12 вольт источника питания.

При появлении на входе преобразователя логической единицы, транзистор VT1 и VT3 открываются, а транзистор VT2 закрывается. Происходит разряд конденсатора С1 на конденсатор С2 по цепи: + конденсатора С1 — эмиттер-коллектор транзистора VT3 — корпус — конденсатор С2 — диод VD2 — конденсатор С1.

Схема проста в изготовлении и работает сразу после сборки, без какого либо подбора элементов.

В следующей статье, мы рассмотрим схемы преобразователей положительного напряжения в отрицательное с использованием зарядного дросселя, которые по сравнению с преобразователями на коммутируемом конденсаторе имеют более низкий КПД, но при минимальном количестве элементов позволяют получать на выходе большие выходные токи.

Основные виды высоковольтных конденсаторов

В высоковольтных устройствах ни как не обойтись без высоковольтных конденсаторов. К примеру в таких устройствах как умножители напряжения, генераторах Маркса, катушек Тесла, разиличных высоковольтных импульсных установок, мощных лазеров и други устройств. Устройство таких конденсаторов отличается от устройства обычных низковольтных конденсаторов. Поскольку они должны работать в высоковольтных цепях, они довольно редки и труднодоставаемы.

Искать их в обычных магазинах радиодеталей совершенно нет смысла, лучше место для поиска это радиорынки, частные объявления в интернете и магазины для промышленного оборудования.

Высоковольтные конденсаторы бывают разных типов и марок, ниже представлен список некоторых ВВ конденсаторов. Все они отечественного производства, современные аналоги стоят гораздо дороже.

К75-25 – импульсные конденсаторы с рабочими напряжениями от 10 до 50 кВ, емкостью от 2 до 25 нФ их корпус сход с K75-15, они работают с напряжением с частотой до 500 Гц, что делает возможным их использование в качестве конденсаторов ММС в искровой катушки Тесла.

K15-4 – Зеленые керамические конденсотары “гриншиты” встречаются в страх телевизорах на лампах, в умножителях напряжения. Такие конденсторы имеют не большую емкость и большое рабочее напряжение. Такие конденстаоры не любят высокочастотные цепи, имеют большое значение TKE, с увеличением температуры емкость сильно меняется. Такие конденсаторы очень не любят высокчастотные цепи. Они довольно неплохо работают в генераторе Маркса.

K15-5 – Небольшие плоские керамические конденсаторы рыжего цвета. Которые постоянно выходят из строя, емкость постоянно меняется. Их можно использовать если только в высокочастотных фильтрах. Рабочее напряжение до 6,3 кВ. Их можно спокойно приобрести в магазинах радиотоваров. Их также можно использовать в генераторе Маркса.

К73-14 – Пленочные конденсаторы применяемые в цепях постоянного тока, рассчитаны на приличное напряжение в 25 кВ. Такие конденсаторы имеют хорошую емкость и больщую эквивалентную индуктивность, поэтому их нельзя приемнять в катушка Тесла по причине того что они быстро греются и дохнут. Они отлично подойдут для всевозможных умножителей напряжения и генераторах Маркса. Номиналы таких конденсаторов 16 кВ 2200 пФ, 25 кв 2200 пФ и др.

КВИ-3 – Дисковидные керамические конденсаторы, которые сейчас встречаются довольно редко. Часто использовались в искровой катушки Тесла. Но такие конденсаторы имеют очень большой минус – это их цена. Так как обкладки выполнены их серебра то конденсатор с большой емкостью будет стоить приличные деньги. Поэто вместо них начали использовать другие К75-25. А КВИ конденсаторы устанавливают в высоковольтные устройства в качестве фильтра ВЧ. КВИ кондесаторы встречаются следующих номиналах: 3300 пф 10 кВ, 4700 пФ 12 кВ, 6800 пФ 12 кВ. Конденстатор с емкостью 6800 пФ довольно дорогой, заводской такой будет стоить до 2000 рублей за 1 штуку.

К15У1 – эти конденсаторы по внешнему виду очень похожи на высоковольтные конденсаторы КВИ-3, но опытный радиолюбитель эти различия видит сразу. К15У1 имеют более сглаженную форму диска на краях. Также у таких конденсаторов намного больше разных форм и номиналов. Могут быть размеры как миниатюрные так и здоровые блины с ладонь.

К15У-2 – в отличии от предыдущего конденсатора, имеет форму не блина а трубки у которой концы утолщены. К15У отличаются от КВИ тем что они имеют нормированную реактивную мощность. Поэтому их можно использовать в ламповых катушказ Тесла. Такие конденсаторы применялись в передатчиках со значительными мощностями и другой подобной радиоаппаратуре. На радиорынках можно найти конденсаторы со следующими номиналами:

  • 470 пФ, 15 кВ, 40 кВАР;
  • 3300 пФ, 10 кВ, 10 кВАР.

ТГК1-У3 – По характеристикам схожы с К15У. Имеют форму “капли” и красный цвет. Конденсаторы очень редкие и большие. Наиболее распространены конденсаторы с номиналом 1000 пФ 8 кВ.

Микроволновые конденсаторы – такие конденсаторы устанавливаются в микроволновках где работают в паре с шифтером для МОТа. Эти конденсаторы масленные, они выпускаются с рабочим напряжением в 2000-2200 В и емкостью около 0,96-1,10 мкФ. Они отлично работают в качестве умножителя МОТа. Найти такие конденсаторы можно в старых сломаных микроволновках либо на радиорынке.

К41-1а – Обычные ни чем не приметные маслобумажные конденсаторы, есть экземпляры с большой емкостью и большим напряжением. Их модно применить, к примеру, в фильтре 50 Гц, либо в удвоителе напряжения. Найти им другое применение затруднительно. Емкость конденсаторов зависит от размеров.

КБГ – П – масляные конденсаторы, как можно было подумать что такие конденсаторы должны работать в фильтрах или в умножителях напряжения. Но такие конденсаторы,как показала практика, можно использовать в искровой катушке Тесла. Но нужно быть осторожным так как разрыв таких конденсаторов может привести к разбрызгиванию масла. Распространенные номиналы: 10 кВ, 0.1 мкФ; 5 кВ, 1 кмФ; 20 кВ, 0.1 мкФ.

К41И-7 – также как и предыдущий конденсатор он масленный, применяется для накачки лазеров. Имеет хороший номинал 5 кВ 100 мкФ, все такого конденсатора 12.5 кг. Рекомендуется заряжать такой конденсатор только до половины. Ток разряда таких конденсаторов 100 – 200 А.

К75-28 – схож с предыдущим конденсатором, отличается габаритами, он меньше по размерам и по весу. Можно встретить такие конденсаторы 3 кВ и емкостью 100 мкФ, ток разряда до 2000 А.

К75-40 – Импульсный конденсатор, также похож на К41И-7 но с лучшим разрядным током, уже порядка 10 кА и множество разных номиналов. Но эти высоковольтные конденсаторы встречаются редко и довольно дорогие.

Читайте также:  Анализатор свиста на cortex-m4 или включение нагрузки по свистку

К15-10 – Керамический импульсный конденсатор. Не расчитан на частотный режим. Пригоден для работы с импульсным током с частотой следования импульсов несколько десятков Герц. Отлично подойдут для сборки генератора Маркса. Рабочее напряжение до 50 кВ. При работе с напряжением более рабочей конденсатор нужно будет погрузить в бак с маслом, для того чтобы избежать пробоя по поверхности. Обкладки такого конденсатора выполнены из технического серебра.

Вакуумные конденсаторы – Могут быть как перменные так и постоянные. Их главное преимущество это отсутсвие диэлектрических потерь. Поэтому они могут работать при любых режимах и частотах при высоком напряжении. К минусам можно отнести их хрупкость так как имеем дело со стеклом и малую емкость. Самые оптимальные на мой взгляд это высоковольтные конденсаторы переменной емкости марки КП.

Преобразователь напряжения с 12 на 220В своими руками

В последнее время рыбаки, дачники, охотники, пчеловоды и любители культурного отдыха на природе используют преобразователи напряжения с 12 на 220В для освещения палаток, вагончиков, дачных домиков или как, источник аварийного освещения на случай внештатного отключения электроэнергии на даче, в доме, гараже, квартире. И по этому, в каждом доме желательно иметь, это очень полезное и нужное в хозяйстве устройство.

Недавно у меня появилась идея самостоятельно разработать и собрать компактный и очень экономичный импульсный инвертор с 12 на 220В, для питания светодиодной лампы на 220В, из минимального количества радиодеталей, способный работать до 14 часов от небольшого 7А/ч 12В аккумулятора и имеющий защиту от полного разряда аккумуляторной батареи. После долгих бессонных ночей мне все таки удалось создать инвертор потребляющий всего 0,5А/ч и способный питать супер яркую светодиодную лампу на 220В.

На этом рисунке изображена схема импульсного однотактного преобразователя напряжения с 12 на 220В. Генератор импульсов собран на широко распространенной микросхеме NE555 или советском аналоге КР1006ВИ1.

Импульсный преобразователь напряжения с 12 на 220В с защитой от разряда аккумулятора.

Стабилизатор напряжения L7809CV поддерживает постоянное напряжение на микросхеме 9В и тем самым разряд аккумулятора не влияет на рабочую частоту микросхемы. Благодаря тщательно подобранному сопротивлению резисторов R2 и R3 микросхема выдает идеально прямоугольные импульсы, режим работы микросхемы duty 50%, рабочая частота 11,6 кГц. При работе генератора в таком режиме транзистор T2 MJE13009 почти не греется, его достаточно разместить на небольшом радиаторе размером 30х50х10 мм.

Защита от разряда аккумулятора собрана на транзисторе Т1 BD139, подстроечном резисторе Р1, резисторе R1 и реле Rel1 SRD-12VDC-SL-C. Как работает защита? После включения выключателя S1 нажимаем кнопку S2. Через резистор R1 и подстроечный Р1 подается питание на базу транзистора Т1 и реле Rel1, происходит блокировка контактов реле. Подстроечный резистор P1 ограничивает ток протекающий через транзистор Т1. Как только напряжение аккумуляторной батареи снижается до 10В ток на базе транзистора Т1 понижается и транзистор закрывается, контакты реле Rel1 размыкаются, инвертор выключается.

Настройка защиты заключается в правильной установке тока удержания реле. Подключите инвертор к регулируемому блоку питания с установленным напряжением 12В. Понизив напряжение питания до 9,5 — 10В подстроечным резистором Р1 подберите момент срабатывания защиты от разряда аккумулятора.

На этом рисунке изображена печатная плата импульсного преобразователя напряжения с 12 на 220В. Размер платы 52х24 мм. Скачайте плату в формате lay, распечатайте и перенесите на текстолит с помощью лазерно утюжной технологии. Ничего зеркалить не нужно, все нарисовано как, надо.

Печатная плата импульсного преобразователя напряжения с 12 на 220В с защитой от разряда аккумулятора

А, теперь я расскажу о самой важной и трудоемкой в изготовлении для начинающих радиолюбителей детали, импульсном трансформаторе, который вам, дорогие друзья, придется наматывать самостоятельно. На самом деле ничего сложного в этом деле нет, стоит только начать, а дальше все пойдет, как по маслу.

И, так… Вам понадобится импульсный трансформатор от компьютерного блока питания или от импортного цветного телевизора. Размер каждой половинки «Ш» образного магнитопровода 35х21х11мм, размер собранного магнитопровода 35х42х11мм. Трансформатор вы достали, но прежде чем перемотать, читайте здесь о том как разобрать импульсный трансформатор от компьютерного блока питания или импортного цветного телевизора.

Для намотки импульсного трансформатора я использую самодельный станок, можно мотать и в ручную но это очень долго. Обмотки мотаем в одну сторону, виток к витку, концы обмоток тщательно зачищаем от лака лезвием строительного ножа.

Каждый слой провода во избежание пробоя изолируем тремя слоями канцелярского скотча. Первой наматываем выходную обмотку содержащую 220 витков медного провода в лаковой изоляции d=0.5mm. Второй наматываем коллекторную обмотку содержащую 50 витков медного провода в лаковой изоляции d=0.5mm. Да, да именно так первая 220 витков, вторая 50 витков. Как, показала практика и многочисленные эксперименты с количеством витков и последовательностью намотки обмоток, это самый оптимальный вариант и соответственно максимальная мощность импульсного преобразователя напряжения.

Да, еще одна важная деталь для однотактного инвертора, которым является это устройство необходимо установить немагнитный зазор между двумя частями ферритового магнитопровода 1.2 мм. Обратите внимание! На этом рисунке изображено два разных магнитопровода, с немагнитным зазором и без.

Почему они такие разные?
Все потому, что слева находится магнитопровод от трансформатора из блока питания импортного цветного телевизора построенного по однотактной схеме, а с права магнитопровод от трансформатора компьютерного блока питания построенного по двухтактной схеме. Поэтому если у вас трансформатор от импортного цветного телевизора с немагнитным зазором 1.2 мм, смело мажьте половинки магнитопровода клеем и собирайте трансформатор.

А, вот с трансформатором от компьютерного блока питания придется повозиться. Надо вырезать из плотного картона два кружочка и приклеить к центральному пальцу ферритового магнитопровода, зазор между половинками должен быть 1.2 мм.

Какие лампы можно подключать к инвертору?
Импульсный преобразователь напряжения рассчитан для питания одной светодиодной лампы Feron 230V 7W E14 6400K, он также отлично работает с другими лампами например Saffit 230V 7W E14 6400K, Онлайт 230V 7W E14 6400K и аналогичными лампами с потребляемой мощностью не более 7W. Кроме лампочек фирмы Navigator, эти лампы во время эксперимента отказались работать на частоте 11.6 кГц, похоже в них имеется защита. Я не рекламирую производителей светодиодных ламп а, просто пишу о результатах своего эксперимента.

Категорически запрещается подключать к инвертору другие бытовые электроприборы, телевизоры, компьютеры, пылесосы, потому, что из за высокой частоты генератора они могут выйти из строя!

Сколько потребляет этот чудо инвертор?
Благодаря очень низкому потреблению электроэнергии всего 0.5А/ч инвертор способен работать от 12В 7А/ч аккумулятора до 14 часов. Автомобильного 12В аккумулятора емкостью 60А/ч хватит примерно на 120 часов непрерывной работы преобразователя напряжения. Если после сборки инвертор потребляет более или менее 0.5А/ч, тогда надо подобрать сопротивление резистора R2.

Рабочая частота импульсного инвертора 11,6 кГц, duty 50%, в таком режиме микросхема NE555 генерирует идеально прямоугольные импульсы.

Все детали инвертора легко помещаются в небольшой пластиковой распределительной коробке размером 75х75х45 мм.

Яркости лампы достаточно, для комфортного чтения интересной книги.

Импульсный преобразователь незаменимый помощник для автолюбителей. Заменить колесо, выполнить мелкий ремонт двигателя, все это легко сделать в ночное время суток или в гараже «ракушке» без электричества.

Список радиодеталей необходимых для сборки импульсного инвертора

  • Микросхема NE555 или КР1006ВИ1
  • Стабилизатор напряжения L7809CV
  • Резисторы R1 10К, R2 1K, R3 5.1K, R4 100R, P1 10K
  • Конденсатор C1 10nf, C2 1mf
  • Транзисторы T1 BD139, T2 MJE13009, КТ819
  • Реле Rel1 SRD-12VDS-SL-C
  • Трансформатор Tr1 от импортного цветного телевизора или компьютерного блока питания с ферритовым магнитопроводом 35х42х11мм
  • Провод медный в лаковой изоляции d=0.5 мм
  • Светодиодная лампа Feron 230V 7W E14 6400K, Saffit 230V 7W E14 6400K, Онлайт 230V 7W E14 6400K и другие, кроме лампочек фирмы Navigator
  • Провод медный, многожильный, в двойной изоляции 2х0.5 мм
  • Патрон E14
  • Выключатель S1
  • Кнопка с нормально разомкнутыми контактами S2
  • Кусок текстолита 52х24 мм
  • Коробка пластиковая распределительная 75х75х45 мм
  • Радиатор для транзистора Т2 30х50х10 мм
  • Провода соединительные
  • Комплект прямых рук для сборки

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как работает преобразователь напряжения с 12 на 220В собранный своими руками.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector