用电视高压包制作高压发生器

1 电路原理

高压DIY之中,必不可少的器材就是一个高压发生器,依靠它可以玩出各种各样的花样。在淘宝上可以买到各种各样的高压模块,小到电蚊拍,负离子发生器,大到电网捕兽机。但就是对于我等DIYer来讲,有什么比一个自行量身定做的可调高压发生器更适合呢？

上图就是一个简易高压发生器,使用一块固定频率脉宽调制电路TL494产生方波信号控制MOS管Q1,Q1上的交变电流在通过串联的黑白电视机高压包T的时候升压到2k~10kV,升压后经高压包次级串联的高压整流二极管半波整流,输出带直流分量的高频高压(或者说带高频纹波的直流高压也行,两者就是一回事)。

作为专业的电源芯片(可以在一些电脑ATX电源里找到这枚上世纪80年代Ti推出的经典开关电源主控芯片),TL494具有丰富的功能,但这里只用了其中的一小部分。升压电路使用了最为简单的不带磁复位的单管正激拓扑,并且没有采样反馈部分,事实上这里的TL494只相当于一个频率与占空比可变的方波发生器,因此也可以用其她的方波振荡电路,比如555集成电路或运放或晶体管构成的多谐振荡器代替。

这个电路的几个重点参数(它们对之后的调试很有用)如下:输出方波的频率由TL494的5脚对地电容与6脚对地电阻决定,fosc=1、1/(R1+RP2)•C2。方波占空比由RP1上的分压决定,可以在0%~100%之间调节,进而调节变压器的电流与输出电压。

TL494的工作方式细节

想进一步改进该电路的话, 更多可用的正激电源拓扑

2 材料准备

需要的电子器材:

○ 16脚DIP插座x1

○ TL494芯片 x1

○ 4700uF,16V电容 x1

○ 100nF瓷片电容x1

○ 10nF 瓷片电容x1

○ 50k电位器x1

○ 10k电位器x1

○ 1、5k电阻 x1

○ 10欧电阻 x1

○ IRF540 MOS管+散热片 x1 ○ IN5819二极管 x1

○ 8脚黑白电视机高压包 x1

○ 万能电路板(洞洞板)x1

○ 导线若干

其她设备:

● 电烙铁

● 焊锡/松香

● 12V/2A电源

● 万用表

● 示波器(最好有)

● 热风枪(如果您选用了贴片元件)

● 调节电位器用的小螺丝刀

大部分元件的宽容度很高,并不要求参数很准确,比如说1、6k或1、8k的电阻都可以用来代替R1。一些有特殊要求的器件如下:

● 电位器:普通的电位器就能用,但如果想精确调整的话,推荐使用多圈可调电位器。为了调节方便,还需要一把小螺丝刀。

● MOS管:这里用的就是IRF540。用其她MOS管替代的话,要求Vdss在80V以上,Vth的最小值在2V~4V,导通电阻尽可能小(IRF540就是0、077欧),同时做好散热片配备。特别要说的一点就是,一些高性能的MOS(比如主板上的供电MOS)由于Vth的最小值过低(它们能在很低的栅压下导通,在大部分情况下这就是优点),用在这个电路上容易误触发导致占空比调节困难(RP1稍一调整电流就急剧上升),所以使用替代器件时一定要注意参数。

● 高压包:使用黑白电视机的8脚高压包。如果只就是产生高压玩玩,可以直接用原有的初级线圈。但就是直接在磁棒上重绕初级线圈来提高输出电压也就是流行的玩法之一。

● 彩电的高压包不适于这一电路,因为它们的初级设计电压就是220V,需要根据匝数对它们进行改装才好用。但就是它们的输出电压比黑白电视机高不少,在制作20-40kV输出的高压产生器时少不了它们。

3 焊接电路

焊接电路依照电路图即可,难度不大。出于安全起见最好把高压包与低压部分分开,调试完成后再组装到一起。

一些需要注意的小地方:

•给MOS安上足够大的散热片并留出散热片的空间。我有点后悔散热片用小了,结果调试的时候由于发热不敢加大MOS电流。

•背面通过大电流的走线不能用小股铜线飞线,我用了大量的锡在万能板上堆出电源线与地线。

•高压包的脚位:4脚就是次级线圈的地线,2,5,6,7,8脚则就是初级线圈。推荐选用5脚与8脚通入交流信号,但在这些脚中任选两个都会在次级感应出高压,可以根据实际电路中的表现选择。当然,直接在磁棒上用导线自绕初级线圈也就是可以的。

4 调试高压发生器

警告:调试的时候有高压触电危险,请千万小心

•首先调试低压部分,先不插上芯片,接上电源以后用万用表测试芯片插座上的供电电压与电路各点电位,确认正常以后断开电源接上芯片。

•示波器这时候可以派上用场了,测量MOS管的栅极电压,一切正常的话就能像我这样在屏幕上瞧到方波波形——148、8KHz,12、4V峰峰值,一切正常。

•接下来调节方波的频率与占空比,记得之前说过的么？电位器RP1调节占空比,RP2调节频率。把振荡频率调到120KHz左右,占空比约10%,然后进行下一步。断开电源,接上高压包(千万不要在带电的时候干活)。

•这时候如果有一个能显示实时电流的实验电源会很好用,没有的话就需要时刻注意散热片温度避免MOS过热烧毁了。。。。把高压输出线摆到不会影响工作的地方,打开电源输出,注意这时候的电流值。如果过大的话,马上关掉电源,调节RP1减小方波占空比,然后再试。我最后把电流调节到了约600mA,如果需要更高的输出电压可以在散热片允许的范围里提高MOS管电流。

•然后小心翼翼的拿起高压包的输出线(可以瞧到这就是厚绝缘层的特制高压线,拿几cm以后的绝缘层,千万不要碰到输出线头…、),将线头靠近高压包4脚的引出线,瞧到蓝紫色的美丽电弧了么？

5 等离子蚀刻

•当高压电极接近,极间电场接近空气的击穿强度时,就会击穿空气,产生明亮的电弧。

空气中电弧放电产生的等离子体为热等离子体,电子温度与气体温度大致相等,可达103~105K。运用它的局部高温与高化学活性,可以用在烧蚀材料,熔炼金属,表面处理等方面。把上一步中得到的蓝紫色电弧引向白纸,可以瞧到纸张表面碳化,电弧瞬间烧出了一个小洞。