Преобразователь высокого напряжения: Высоковольтный преобразователь напряжения на катушке зажигания

Содержание

Компактные высоковольтные DC/DC-преобразователи напряжения компании Pico Electronics — Компоненты и технологии

Введение

Компания Pico Electronics, основанная в 1967 году, первоначально была ориентирована на разработку и выпуск миниатюрных магнитных компонентов с высоким уровнем качества и надежности для нужд военной и гражданской авиации. Сегодня Pico Electronics — известный производитель малогабаритных катушек индуктивностей и трансформаторов различного назначения, корректоров коэффициента мощности, изолированных AC/DC-источников питания и широкого спектра DC/DC-преобразователей с выходным напряжением до 10 кВ и мощностью до 300 Вт [1]. Каталог продукции компании включает более шести тысяч наименований, которые могут быть обнаружены «во всем, что летает» — от одномоторных частных самолетов до международных космических станций. В дополнение к аэрокосмической Pico Electronics поставляет свои изделия для оборонной, нефтедобывающей и других отраслей промышленности, в которых существует потребность в компактных и долговечных компонентах, способных надежно функционировать в жестких условиях окружающей среды.

Помимо серийно выпускаемых линеек продукции, производитель предлагает заказные и модифицированные стандартные решения для сквозного и поверхностного монтажа, параметры которых максимально соответствуют требованиям рынка.

DC/DC-преобразователи, составляющие наиболее обширную группу продукции компании, условно подразделяются на:

ультраминиатюрные: серии AT/SAT, DT/SDT, A/SM, M, B/SB, MR, C/SC, E/SE мощностью 0,75-7 Вт и размерами от 1,3×1,3×0,5 см;
со стабилизированным выходом: серии FR/SFR и XGR/XSGR мощностью 1 и 4,5 Вт соответственно;
с широким входным диапазоном и стабилизированным выходом: серии OR/SOR, LR/PLR, SIR, IR, JR, LV, HV, KR, NR с мощностью 2,5-30 Вт;

высоковольтные: семейства AVR, AV/SMV, AVP/AVN, SA, SAR, VV/SVV, HVP с мощностью 1-10 Вт и максимальным выходным напряжением 10 кВ;
мощные высоковольтные: серии QP и HiQP, DC1 и DC3, LP, P, HP, HIP с мощностью 50-300 Вт.

В настоящее время одним из актуальных направлений развития компании наряду с повышением КПД преобразователей напряжения и уменьшением их габаритов является модернизация и расширение линейки высоковольтной продукции. Накопленный за десятилетия работы опыт в области проектирования и производства высоковольтных компонентов позволяет выпускать на рынок новые модели в компактных корпусах, обладающие превосходными техническими характеристиками. Рассмотрим далее особенности продукции данного типа.

Высоковольтные DC/DC-преобразователи напряжения

Группа высоковольтных DC/DC-преобразователей напряжения компании Pico Electronics объединяет 18 различных семейств, выполненных в корпусах для сквозного и поверхностного монтажа на печатную плату и предназначенных для построения экономически эффективных и высоконадежных систем электропитания. Каждое семейство содержит десятки конвертеров напряжения постоянного тока в модульном исполнении, отличающихся друг от друга, прежде всего, входными и выходными напряжениями, а также максимальным током нагрузки.

Популярная концепция построения источников питания на основе отдельных модулей со стандартизированными входными и выходными напряжениями позволяет избежать множества значительных проблем, а также время- и трудозатрат, возникающих в случае разработки требуемой подсистемы высоковольтного питания собственными силами [2]. Выбор внутренних компонентов и расчет схемотехнической части, задачи корпусирования и отвода тепла, оценка надежности и срока бесперебойной эксплуатации, испытания на воздействие факторов окружающей среды — все эти обязательные вопросы, возникающие на различных этапах проектирования, отдаются в руки высококвалифицированных профессионалов в данной области, а пользователи могут сосредоточиться на выполнении своей основной задачи. Широкий выбор стандартных модулей Pico Electronics, представляющих собой герметизированные скомпонованные сборки, предлагает разработчикам возможность комбинировать их согласно индивидуальным требованиям и получить при этом гибкость применения, заключающуюся в оперативном изменении параметров системы. Малогабаритные DC/DC-преобразователи, формирующие высоковольтные выходные каналы, рекомендованы для использования в распределенных системах электропитания, то есть могут монтироваться в непосредственной близости от потребителей высокого напряжения. Перечень опциональных испытаний, доступных по желанию заказчика, включает тестирование на соответствие нормам стандарта MIL-STD-883, термоэлектротренировку при максимальной мощности и температуре корпуса +125 °C, стабилизирующий прогрев (до +125 °C) и термоциклирование (-55…+125 °C).

Наличие дистанционного управления (SHDN, Shutdown), настройки выходного напряжения (ADJ, Adjustment), мониторинга выхода (MON, Monitoring) и синхронизации нескольких устройств (SYNC, Synchronization), а также встроенных схем защиты от пониженного (IOVP, Input Under Voltage Protection) и повышенного (IOVP, Input Over Voltage Protection) входного напряжения, перегрузки по току (OCP, Over Current Protection), превышения температуры (OTP, Over Temperature Protection) позволяет повысить гибкость и безопасность работы. В таблице приведены основные технические характеристики высоковольтных семейств DC/DC-преобразователей Pico Electronics.

Таблица. Основные характеристики высоковольтных DC/DC-преобразователей Pico Electronics

Серия	Выходная мощность, Вт (max)	Входные напряжения, В	Число каналов	Выходные напряжения, В	Погрешность выходного напряжения (max), %	Шум выходного напряжения, В (n-n)	КПД, % (max)	Рабочая частота, кГц	Дополнительные функции	Габариты корпуса, см
AVR	1	5; 12; 24; 28	1	100-1000, с шагом 100 В	±0,25	0,25%	65	25-33	IOVP, OCP, OTP, SHDN	3,2×1,8×1,3
AV и SMV	1,25	5; 12; 15; 24; 28	1/2	100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000/±100; ±150; ±200; ±250	±3	0,9 — 3	81	20-40	—	1,3×1,3×1,3
AV		5; 12; 15; 24; 28; 48	1	1500-5000, с шагом 500 В		75-125	80			1,3×1,3×1,3
AVP/AVN		5; 12; 15; 24; 28; 48		6000-10 000, с шагом 1000 В/-6000…-10 000, с шагом 1000 В		150-200	77			2,5×1,3×1,3
SA	3	5; 12; 24; 28		100-500, с шагом 50 В; 500-1000, с шагом 100 В		0,8-2%	87	250-500	IOVP, OTP, SHDN	1,9×1,4×1,1
SAR	3	5; 12; 24		100; 250; 500; 1000; 1500		0,15-0,4%	81	125-450	IOVP, OTP, SHDN, ADJ	2,8×2×1,1
VV и SVV	4	5; 12; 24; 28; 48		100; 200; 300; 400; 500	—	0,2-0,5%	89	8-25	—	3,1×3,6×1,1
HVP	5	12		100, 250, 500, 1000-6000, с шагом 1 кВ/ -100, -250, -500, -1000…-6000, с шагом 1 кВ		0,07-0,15%	70	55-110	IOVP, OCP, OTP, ADJ, MON	6,5×3,3×1,3
VV	10	5; 9; 12; 15; 24; 28; 48		100-900, с шагом 100 В; 1000-10 000, с шагом 1 кВ		3-5%	84	8-25	—	5,7×2,9×1,3
QP	50	6; 12; 24; 28		5; 12; 15; 24; 28; 48; 100-500, с шагом 100 В	±0,5	0,02-0,2	90	150	IOVP, IUVP, OCP, OTP, SHDN, TRIM, BIAS	6,4×3,9×1,3
HiQP		125-475		24; 28; 48; 100; 200	±1	0,35-0,75		80-110	IOVP, IUVP, OOVP, OCP, OTP, SHDN, TRIM, LDSH	6,4×3,9×1,3
DC3		300-900	1/2	3,3; 5; 5,2; 9; 12; 15; 24; 28; 48; 100-300, с шагом 25 В/ ±5; ±12; ±15; ±24; ±28	±1	0,075-0,3	85	66	OCP, SHDN	8,2×5,8×1,8
LPx	75	18-36; 36-72; 100-180; 200-380		3,3; 5; 5,2; 9; 12; 15; 24; 28; 48; 100-250, с шагом 25 В/ ±5; ±9; ±12; ±15; ±24; ±28; ±48	±0,5	1%	87	100	IOVP, IUVP, OCP, OTP, SHDN, TRIM	6,1×5,8×1,3
Px	100	18-36; 36-72; 100-180; 200-380		3,3; 5; 5,2; 9; 12; 15; 24; 28; 48; 100-350, с шагом 25 В/ ±5; ±9; ±12; ±15; ±24; ±28; ±48		1%	88	100	IOVP, IUVP, OCP, OTP, SHDN, TRIM	11,7×6,1× 1,3
HIP	100	15; 28	1	100; 200; 300; 400; 500		0,5-2,5		340	IOVP, IUVP, OCP, OTP, SHDN, ADJ, SYNC, MON	7,6×5,1×1,3
HPx	300	36-72; 100-180; 200-380	1/2	3,3; 5; 5,2; 9; 12; 15; 24; 28; 48; 100-350, с шагом 25 В/ ±5; ±9; ±12; ±15; ±24; ±28; ±48		1%	86	100	IOVP, IUVP, OCP, OTP, SHDN, TRIM	11,7×6,4× 1,3
DC1	300	120-370	1	5; 9; 12; 15; 24; 28; 48; 100-300, с шагом 25 В		0,1-0,5	85	100	OCP, OTP, SENSE	11,7×6,4×2

Широко распространенные маломощные (1,25-Вт) серии AV и SMV для сквозного и планарного монтажа соответственно предназначены для приложений, в которых размер и вес являются ключевыми факторами. Изолированные DC/DC-преобразователи с фиксированным выходным напряжением, выполненные в ультраминиатюрных герметизированных корпусах высотой не более 1 см и массой до 5 г, способны стабильно функционировать при рабочих температурах -25…+70 °C без применения внешних компонентов и дополнительного теплоотвода. Также существует возможность заказа устройств с расширенным диапазоном рабочих температур (-55…+85 °C) для использования в военных разработках (по запросу к производителю). В настоящее время доступно 324 одно- и двухканальных модуля с входными напряжениями 5, 12, 15, 24, 28 или 48 В (±10%) и пропорциональными им выходными вплоть до 5 кВ с погрешностью установки, не превышающей 3%. Гальваническая изоляция вход/выход составляет 100 МОм (при тестовом напряжении 1000 В DC), типовое значение температурного коэффициента для всех моделей находится в пределах 0,02-0,05%/°C. Традиционная схема подключения моделей с одним и двумя выходными каналами изображена на рис. 1.

Рис. 1. Типовые схемы включения DC/DC-преобразователей серий AV и SMV: а) с одним выходными каналом; б) с двумя выходными каналами

Аналогичную конструкцию и большинство технических характеристик имеют совместимые между собой по выводам компоненты новых серий AVP и AVN. Основное их отличие заключается в еще более высоких уровнях выходных напряжений, достигающих значений 10 кВ у серии AVP и -10 кВ — у AVN. 50 нерегулируемых модулей, представляющих собой одноканальные низкопрофильные преобразователи положительного или отрицательного напряжения постоянного тока, предназначены для монтажа в отверстия на печатной плате. Стандартные модели обеспечивают стабильное выходное напряжение из ряда 600010 000 В (шаг 1 кВ) при рабочих температурах -25…+70 °C, для получения других номиналов или расширенного температурного диапазона необходимо обратиться к производителю. Точность поддержания выходного напряжения при полной нагрузке и номинальном входном напряжении составляет ±3%, а его температурный коэффициент не превышает 0,05%/°C для всех моделей. На рис. 2 приведен внешний вид преобразователей серий AVP и AVN.

Рис. 2. Внешний вид DC/DC-преобразователей серий AVP и AVN

Электрическая схема выполнена с применением изолирующего трансформатора, частота преобразования лежит в диапазоне 20-40 кГц. Из эксплуатационных требований можно отметить необходимость обязательной минимальной 10%-ной нагрузки. Модели, соответствующие стандарту MIL-STD-883, отбираются изготовителем по запросу.

Серия SA, имеющая повышенную до 3 Вт мощность, обеспечивает высокостабильные выходные напряжения, пропорциональные входным из ряда 5, 12, 24 или 28 В, в диапазоне 100-1000 В с погрешностью установки ±3%. Каждой модели соответствует аналогичный вариант для планарного монтажа, в этом случае в конце наименования добавляются буквы SM. Все компоненты выпускаются в малогабаритных герметичных корпусах из термостойкого пластика высотой 1 или 1,1 см в зависимости от способа монтажа (сквозного или поверхностного). Высокое значение КПД (до 87%) позволяет использовать преобразователи данной серии без дополнительного радиатора охлаждения. Встроенная схема защиты от перенапряжения на входе, срабатывающая при превышении номинального значения на 20%, и внутренний датчик температуры, отключающий конвертер при +125 °C, обеспечивают безопасное функционирование модуля. Серия SA адаптирована для совместного использования с ультразвуковыми преобразователями, лавинными фотодиодами, фотоэлектронными умножителями, пьезодрайверами, электростатическими линзами, схемами отклонения электронного луча и заряда высоковольтных конденсаторов. Все предлагаемые устройства имеют отвод от средней точки, что делает возможным получение на выходе двух напряжений положительной и отрицательной полярности с величиной в 2 раза меньше номинальной, при этом нагрузки подключаются между контактами +Out и Com или -Out и Com. Для дистанционного управления предназначен дополнительный вывод SHDN, отключающий модуль при подаче на него низкого логического уровня (менее 0,4 В). Эта функция также полезна при организации определенной последовательности включения отдельных преобразователей в сложных системах электропитания (рис. 3).

Рис. 3. Типовые схемы использования вывода SHDN

Главной особенностью высоковольтных DC/DC-преобразователей серии SAR является наличие функции регулировки выходного напряжения практически от нулевого значения до номинала (100-1500 В), осуществляемой путем подключения подстроечного резистора к специализированному выводу ADJ. Модули этого семейства имеют эффективность преобразования до 81% и высокий уровень стабилизации выхода, изменение напряжения входной шины вызывает дополнительную погрешность не более 0,1% для устройств с входными напряжениями 5 или 12 В и не более 0,5% для 24-В моделей. Частота преобразования фиксированная, в зависимости от модели принимает значения 125-450 кГц, выходной шум не более 0,5% от номинала. Структурная схема устройств серии SAR показана на рис. 4. Как видно, преобразование выполняется в два этапа: на первом происходит регулировка и понижение напряжения входной шины, на втором — получение заданного значения при помощи схемы с повышающим трансформатором.

Рис. 4. Упрощенная структурная схема преобразователей семейства SAR

Преобразователи серии SAR содержат встроенные схемы блокировки при повышенных или пониженных напряжениях на входе и защиты от превышения рабочей температуры, а также имеют возможность удаленного включения/выключения. Рабочая температура стандартных промышленных модулей находится в диапазоне -25…+75 °C, при соблюдении заданного температурного режима нет необходимости в установке радиатора. Для военных и высоконадежных применений компанией производятся модули с расширенным диапазоном рабочих температур -40…+85 °C. Дополнительно предусмотрены опции отбора на соответствие требованиям MIL-STD-883 и MIL-STD-202, гарантирующие устойчивость работы DC/DC-преобразователей в жестких условиях эксплуатации при наличии вибрации, ударов и повышенной влажности. Конструктивно преобразователи представляют собой модули размерами 2,8×2×1,1 см, выполненные из высокотемпературного пластика и герметизированные эпоксидной смолой. Модификация для поверхностного монтажа включает буквы SM в наименовании изделия.

Серия одноваттных преобразователей AVR с четырьмя входными номиналами 5, 12, 24 и 28 В (±10%) обеспечивает высокие напряжения от 100 до 1000 В, необходимые для решения задач фокусировки и отклонения электронных лучей, управления пьезопре-образователями и фотоэлектронными умножителями. Модули, выгодно отличающиеся стабильностью выхода при изменении нагрузки (0,25% во всем диапазоне) и низким температурным коэффициентом, не превышающим 0,025 В/°С, представлены в корпусах для сквозного монтажа.

Одноканальные преобразователи серии HVP с регулируемыми положительными или отрицательными выходными напряжениями предназначены для работы с 12-В входной шиной (диапазон 11-16 В). На полярность выхода указывает соответствующая буква в наименовании изделия, например, модуль HVP4P — преобразователь с настраиваемым в пределах 0-4 кВ напряжением, HVP4N — такой же, но с диапазоном 0…-4 кВ. Значение выхода программируется посредством подачи через подстроечный резистор на вход PROG напряжения 0…+5 В от встроенного ИОН, как показано на рис. 5, нулевому напряжению на входе PROG соответствует 0 на выходе модуля, напряжению 5 В — номинал.

Рис. 5. Схема подключения модуля серии HVP

Дополнительный вывод мониторинга MON, уровень напряжения на котором пропорционален выходному, может быть полезен при организации обратной связи. Компоненты данного семейства обладают хорошими эксплуатационными характеристиками: нестабильность по сети 0,005%, по нагрузке менее 0,01%, температурный коэффициент не более 50 ppm/°C. Конструктивно выпускаются в высококачественных металлических экранированных корпусах размерами 6,5×3,3×1,3 см и весом 50 г.

Серия HIP с максимальной мощностью 100 Вт и КПД до 88% относится к программируемым модулям с широкими функциональными возможностями и полным набором доступных защитных функций. Эти преобразователи способны заменить более громоздкие модули в применениях, требующих стабилизированного постоянного высокого напряжения величиной 100-500 В с возможностью регулировки в пределах 10-100% от номинального значения. Подстройка выхода осуществляется аналогично преобразователям серии HVP, используемый для данной цели интегрированный источник опорного напряжения имеет погрешность выхода ±4% и нагрузочный ток 7 мА. Выходное напряжение мало зависит от изменения нагрузки и питающего напряжения, его нестабильность по сети составляет 0,2%, по нагрузке — 0,5% во всем диапазоне. Серия HIP предназначена для эксплуатации при температурах 0…+85 °C, в данном диапазоне температурный коэффициент напряжения не превышает 0,005%. Из не рассмотренных ранее функций можно отметить наличие регулировки порога ограничения тока. По умолчанию данная схема защиты срабатывает при токе нагрузки на 30% выше номинального, при необходимости величину порога можно изменить. подключив внешний потенциометр или источник питания (рис. 6). Дополнительный вывод SYNC выполняет синхронизацию двух и более модулей HIP для обеспечения их функционирования на наивысшей частоте преобразования.

Рис. 6. Возможные способы регулировки порога ограничения выходного тока

Одноканальные низкопрофильные серии VV и SVV для сквозного и планарного монтажа соответственно надежно функционируют при температурах -25…+70 °C без ухудшения электрических характеристик. Их выходное напряжение прямо пропорционально входному, максимальный ток нагрузки обеспечивается во всем диапазоне входных напряжений, а эффективность преобразования достигает 89%. Изначально миниатюрные герметизированные преобразователи были рассчитаны на максимальную мощность 4 Вт, входные напряжения 5, 12, 24, 28 или 48 В и пять стандартных выходов с номинальными значениями 100-500 В. В дальнейшем серия VV, пользующаяся повышенной популярностью, получила развитие и была расширена за счет моделей с выходными напряжениями до 10 кВ и мощностью до 10 Вт.

К высоковольтным можно отнести и семейство QP, обладающее широким диапазоном входных напряжений (2:1) и малым уровнем пульсаций на выходе. Изолированные преобразователи данной серии предназначены для типовых входных напряжений 6, 12, 24 и 28 В, применяемых в автомобильных устройствах, промышленном и телекоммуникационном оборудовании. Помимо моделей с выходными напряжениями из стандартного ряда 5, 12, 15, 24, 28 и 48 В, предлагаются устройства с номиналами 100-500 В, КПД, достигающим 90%, и максимальным током нагрузки 0,5 А. Безопасное функционирование обеспечивается встроенной защитой от перегрева, перегрузки по току, пониженного и повышенного входного напряжения, короткого замыкания на выходе. Ряд других ключевых особенностей (возможность удаленного включения/выключения, наличие точной регулировки выходного напряжения и отсутствие оптической развязки) позволяет использовать данные преобразователи в аппаратуре АСУ ТП, устройствах военного и аэрокосмического назначения. Корректировка выходного напряжения на 5% «вниз» от номинала осуществляется включением резистора между выводом TRIM и выходом встроенного 3-В источника опорного напряжения. В качестве подстроечных можно использовать многооборотные резисторы, располагаемые как можно ближе к выводам преобразователя для уменьшения влияния на результат паразитной индуктивности.

Серия HiQP является продолжением линейки 50-ваттных DC/DC-модулей QP, отличаясь более высоким уровнем входных напряжений (125-475 В). Она обеспечивает пять выходных напряжений в диапазоне 24-200 В и рассчитана на максимальную мощность 50 Вт. Вся серия подразделяется на три группы с аналогичными электрическими характеристиками, но разной допустимой температурой эксплуатации. Диапазон рабочих температур стандартных модулей HiQP составляет 0…+70 °C, модулей промышленного применения HiQP-I предусматривает -40…+95 °C, а высоконадежного назначения HiQP-M достигает -55…+95 °C. Из дополнительных опций добавлена защита от перенапряжения на выходе (OOVP, Output Over Voltage Protection), выходное напряжение регулируется в пределах ±15%. Также доступна функция параллельного объединения модулей, полезная при построении мощных источников питания (рис. 7). Распределение токов нагрузки осуществляется при помощи специализированных выводов LDSH (Load Sharing).

Рис. 7. Схема параллельного соединения двух модулей серии HiQP

Новая серия DC1 поддерживает диапазон входного напряжения 120-370 В DC, выдавая на изолированные выходы 5-300 В при мощности до 300 Вт. Модули преобразователей высокого напряжения, работающие на фиксированной частоте 100 кГц, имеют защиту от перегрузки по току, включения в обратной полярности и перегрева, уровень выходного шума у ряда моделей не превышает 75 мВ. Типовые устройства рассчитаны на эксплуатацию при температурах 0…+85 °C, возможно уменьшение нижнего предела до -40 °C (по запросу к производителю). Модули с выходным напряжением до 48 В оснащены встроенной схемой компенсации падения напряжения на проводах (до 1 В), связывающих выход конвертеров с нагрузкой, расположенной на значительном удалении. Величина падения напряжения зависит от протекающего тока, длины и ширины проводников или трасс на печатной плате. Для примера на рис. 8 рассмотрен вариант с преобразователем DC1-12S и заданным значением падения 0,2 В. Использование измерительных входов обратной связи Sense+ и Sense-, соединенных с нагрузкой отдельными шинами, позволяет добиться требуемого напряжения непосредственно на нагрузке путем регулировки выхода на величину падения.

Рис. 8. Способ компенсации падения выходного напряжения у преобразователей серии DC1

Серия DC3, по сравнению с DC1, отличается более высоким диапазоном входных напряжений (300-900 В) и расширенным диапазоном выходных. Включает 44 модели, предназначенные для монтажа в отверстия на печатной плате либо соединения со схемой при помощи клеммников, размеры корпусов не превышают 8,2×5,8×1,8 см. Одно-и двухканальные модули с максимальной мощностью 50 Вт демонстрируют неплохие точностные характеристики: нестабильность по сети — ±1%, по нагрузке — ±2% (при изменении от 10 до 100%), температурный коэффициент — не более 0,02%/°C.

Также следует упомянуть серии LPx, Px и HPx, имеющие в своем составе группу высоковольтных компонентов с номинальными напряжениями выхода вплоть до 350 В DC. Вместо x подставляются буквы A, B, C или D в зависимости от выбранного диапазона входных напряжений (18-36, 36-72, 100-180 или 200-380 В соответственно). Напряжение выходной шины регулируется в пределах ±5% подключением резистора к выводу TRIM. DC/DC-преобразователи данных серий имеют опциональную функцию параллельного включения, применяемую для увеличения выходной мощности. Модули с этой функцией отличаются наличием суффикса P в наименовании, например PA5SP, PB5SP, PC5SP, PD5SP.

Заключение

Высоковольтные DC/DC-преобразователи компании Pico Electronics обладают рядом ключевых особенностей, к которым относятся компактность, надежность, высокая стабильность рабочих характеристик, наличие защитных и вспомогательных функций. Линейка продукции данного типа отличается хорошим разнообразием, достаточным для построения источников питания с различными значениями входных и выходных напряжений. Использование модульного принципа при организации требуемой подсистемы высоковольтного питания позволяет избежать множества проблем, возникающих при разработке, и получить гибкость применения, состоящую в оперативном изменении параметров системы при необходимости.

Литература

Официальный сайт компании Pico Electronics. www.picoelectronics.com
Жданкин В. Высоковольтные преобразователи напряжения в виде стандартных модулей: просто, компактно, экономно // Современная электроника. 2016. № 4.

Простой высоковольтный преобразователь своими руками всего из трех деталей. _v_

Тема: как сделать, спаять схему для получения высокого напряжения самому.

Тема о различных устройствах, повышающих напряжение до величин свыше 1000 вольт весьма популярна. Эти высоковольтные преобразователи можно использовать для таких целей как электрические зажигалки, ионизаторы воздуха, источники питания для газоразрядных ламп, электрошокеры, различные светящиеся шары (внутри которых играют молнии) и т. д. И вовсе нет особой необходимости в том, чтобы собирать преобразователь высокого напряжения по какой-то сложной схеме. Допустим я сделал очень простой вариант такого устройства, которое содержало в себе всего три детали: трансформатор с ферритовым Ш-образным сердечником, полевой транзистор и резистор.

В этой схеме простого высоковольтного преобразователя, что был собран своими руками, основные силы уходят на намотку повышающего трансформатора. Сам трансформатор был снят с платы обычного компьютерного блока питания. Также такие трансформаторы можно найти в различной современной технике, где имеются блоки питания с высокочастотными преобразователям. Либо его можно просто купить на радиорынке, цена относительно низкая.

Магнитопровод такого высокочастотного трансформатора должен быть из феррита (подойдет любая марка). У меня нормально работал этот преобразователь на трансформаторе Ш-образной формы (должна подойти и П-образная форма), в то время как на круглом сердечнике схема не запускалась. Размеры трансформатора в большей степени зависят от того провода, что будет намотан на магнитопровод (диаметра, количества витков, изоляционных слоев между обмотками). Допустим свой первый трансформатор я намотал до полного его заполнения, а в итоге оказалось, что было недостаточным количество витков во вторичной обмотке. Пришлось брать трансформатор чуть больших размеров. Что касается мощности таких высокочастотных трансформаторов, то ее скорее можно назвать резиновой. То есть, электрическая мощность, которую можно получить из подобного транса, напрямую зависит от рабочей частоты тока, что подается на входные обмотки. Повышая только лишь частоту тока, оставляя размеры трансформатора прежними, можно увеличивать его общую мощность.

Если вы сняли с устройства, достали где-нибудь подходящий трансформатор с ферритовым сердечником то его нужно будет перемотать. Обычно магнитопровод этих трансов между собой склеен. Банальные попытки просто соединить сердечник путем механического воздействия (отковыривать ножом, отверткой и т. д.) в большинстве случаев приводят к раскалыванию феррита. Правильнее будет сначала имеющийся трансформатор опустить на полминуты в кипящую воду. После этого сцепление клея ослабевает и части ферритового сердечника легко отсоединяются друг от друга без повреждений.

Теперь что касается самой перемотки трансформатора под наш самодельный высоковольтный преобразователь. Итак, первичная обмотка содержит 8 витков с отводом от середины (диаметр провода около 0.8-1,5 мм). Ее проще наматывать шиной из нескольких проводов, допустим берем 6 проводов диаметром по 0.4 миллиметров каждый. Все эти провода аккуратно и равномерно наматываем на каркас трансформатора. Мотаем 4 витка. Далее выходящие концы этих проводов разделяем по 3 штуки, спаивая их между собой. В общем получается что мы имеем первичку, состоящую из двух проводов, каждый из которых имеет 4 витка, а каждый провод состоит из трех жил, соединенных параллельно между собой. Начало одной (любой) первичной обмотки соединяем с концом другой первичной обмотки. Это соединение и будет отводом от середины, образуя среднюю точку.

Для изоляционного отделения обмоток можно использовать ленту обычного скотча. Намотали первичную обмотку, нанесли изоляционный слой в несколько витков. Поверх первичной начинаем мотать вторичную, повышающую обмотку высоковольтного трансформатора. Также отделяем слоем скотча. К примеру, один слой вторичной обмотки содержит у меня по 200 витков, после чего изолирую одним витком скотча. Далее мотаю следующий слой в 200 витков. Всего вторичная обмотка должна содержать около 1600 витков провода 0,1 мм. Это получается 8 слоев по 200 витков каждый. Следим, чтобы витки различных слоев были отдалены друг от друга на некоторое расстояние (примерно 0.4 мм), что уменьшает вероятность электрического пробоя.

После завершения намотки вставляем в каркас части ферритового сердечника. Для их фиксации достаточно обмотать несколькими витками ленты скотча. Вот и все, наш высоковольтный трансформатор готов. Теперь осталось к нему припаять полевой транзистор и резистор. Подсоединяем питание. В моем случае высоковольтный преобразователь хорошо начинал работать от напряжения 5 вольт. Просто сам полевой транзистор, который я поставил, имеет пороговое напряжение 2-4 вольта. Путем подбора полевых транзисторов (имеющих другие пороговые напряжения) можно уменьшить величину питающего напряжения, к примеру, запитать схему от обычного литиевого аккумулятора, получив в итоге компактную электрическую зажигалку для газа.

P.S. В моем случае при напряжении питания в 5 вольт схема высоковольтного преобразователя, что сделан был своими руками, потребляла ток 0,5 и более ампер. Полевой транзистор начинал греться. Следовательно, чтобы избежать его чрезмерного перегрева к нему нужно прикрепить небольшой охлаждающий радиатор. Так что после сборки данной схемы обратите внимания на нагрев транзистора, при необходимости установите радиатор подходящих размеров.

Преобразователь напряжения с 12 на 220В 50Гц своими руками

На необъятных просторах нашей родины в городах и селах часто бывают перебои с электричеством, от этого никто не застрахован. Поэтому предлагаю собрать самодельный преобразователь напряжения с 12 на 220В 50Гц, который выручит Вас в трудную минуту и станет не заменимым помощником, где бы вы не находились: в лесу, на даче, дома, на рыбалке.

На этом рисунке изображена схема простого преобразователя напряжения с 12 на 220В с рабочей частотой 50Гц.

Схема преобразователя напряжения с 12 на 220В 50Гц

Скачать схему преобразователя напряжения с 12 на 220В 50Гц

В основу схемы заложен старый добрый симметричный мультивибратор на двух биполярных транзисторах Т2 и Т3, который управляет мощными ключами на полевых транзисторах Т4, Т5, Т6 и Т7. Прямоугольные импульсы снимаемые с мультивибратора поочередно открывают полевые транзисторы и тем самым накачивают трансформатор, который преобразует входящее постоянное напряжение 12В в переменное напряжение 220В. Рабочая частота мультивибратора 50 Гц. Подстройку частоты мультивибратора можно выполнять на глаз подстречным резистором Р2, например сравнить гул пластин выходного трансформатора преобразователя напряжения с включенным в сеть обыкновенным сетевым трансформатором или с помощью осциллографа. Как это сделал я.

Защита от разряда аккумулятора собрана на транзисторе Т1 и реле Rel1. Минимальное напряжение срабатывания защиты устанавливается подстроечным резистором Р1. Как работает защита? При напряжении более 12В, ток через открытый транзистор Т1 поступает на обмотку реле Rel1. Контакты реле замыкаются и включается мультивибратор, зеленый светодиод сигнализирует о включении преобразователя напряжения. При разряде аккумулятора ниже 10В транзистор закрывается, контакты реле размыкаются, мультивибратор отключается и загорается красный светодиод.

На этом рисунке изображена печатная плата преобразователя напряжения с 12 на 220В 50Гц.

Печатная плата преобразователя напряжения с 12 на 220В 50Гц

Скачать печатную плату преобразователя напряжения с 12 на 220В 50Гц в формате lay

Преобразователь напряжения собирается на печатной плате размером 70х100 мм. Биполярные транзисторы структуры n-p-n Т2 и Т3 можно ставить практически любые КТ815, BD139, КТ805, КТ819, TIP41, MJE13007, MJE13009 и многие другие.

Схема может качать до четырех пар мощных полевых транзисторов IRFZ40/44/46/48, IRF3205, IRL3705/ IRF3808 и другие N-канальные полевые транзисторы. Во время работы устройства транзисторы остаются холодными, поэтому радиатор ставить не надо. Мощность преобразователя напрямую зависит от габаритов трансформатора. С трансформатора габаритной мощностью в 100Вт , более 100Вт снять никак не получится. На холостом ходу преобразователь напряжения потребляет от 0.15А до 1А все зависит от мощности трансформатора.

Какой трансформатор подойдет для преобразователя напряжения?

В схеме установлен обыкновенный сетевой трансформатор с железным сердечником. Первичная сетевая обмотка трансформатора на 220В, а две вторичные обмотки по 15В соединенные последовательно и имеют общую среднюю точку. Идеальный вариант это конечно использовать тороидальный трансформатор от стереосистемы, такие трансформаторы более компактного размера и немного увеличенным КПД. Первичная обмотка трансформатора станет выходной, из нее будет выходить 220В, а вторичная обмотка подключается к мультивибратору согласно схеме.

Если у вас обычный трансформатор, например от лампового телевизора, то вторичную обмотку надо перемотать. Для этого вам понадобится медный провод в лаковой или полихлорвиниловой изоляции. Вторичная обмотка мотается в два провода и содержит всего 30 витков, из расчета два витка на один вольт в итоге получится две обмотки по 15 вольт. Конец первой обмотки соединяется с началом второй это и будет средняя точка.

Выходная мощность преобразователя зависит от размера трансформатора. Существуют специальные формулы расчета трансформатора для преобразователя напряжения, но все это очень сложно и проблематично. Как показала практика, чем толще провод намотан во вторичной обмотке, тем выше КПД преобразователя напряжения. Но не всегда размер окна трансформатора позволяет намотать толстый провод. Поэтому, должна быть золотая середина, диаметр провода вторичной обмотки должен быть в два раза, больше диаметра провода, которым намотана первичная обмотка.

Например, у Вас есть трансформатор у которого первичная сетевая обмотка намотана медным проводом диаметром 0.5 мм, тогда вторичную обмотку мотаем проводом диаметром 1 мм, намотать более толстый провод не получится, ограниченное пространство окна трансформатора не позволит этого сделать.

Мощность собранного мною преобразователя 100Вт, рабочая частота 50Гц. Выходное напряжение 220В.

К данному устройству можно подключить практически любой маломощный прибор, светодиодную лампу, ноутбук, вентилятор, шуруповерт, телевизор, электробритву.

Радиодетали для сборки

Фольгированный текстолит 70х100 мм
Конденсаторы С1 1000 мкФ 25В, С2, С3 4.7 мкФ 50В
Резисторы Р1 10 кОм, Р2 1 кОм, R1 10 кОм, R2, R3 1 кОм, R4, R7 680 Ом, R5, R6 2.2 кОм, R8-R11 10 Ом
Светодиоды Красный, Зеленый рабочее напряжение 3В
Стабилизатор напряжения L7809CV
Реле SRD-12VDC-SL-C
Транзисторы Т1 BD139, Т2, Т3 КТ815, BD139, КТ805, КТ819, TIP41, MJE13007, MJE13009 и другие структуры n-p-n. Т4-Т7 IRFZ40/44/46/48, IRF3205, IRL3705/ IRF3808 и другие N-канальные полевые транзисторы

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 50Гц

Лучший высокочастотный преобразователь напряжения — Выгодные предложения на высокочастотный преобразователь напряжения от мировых продавцов высокочастотных преобразователей напряжения

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для высокочастотного преобразователя напряжения. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях.Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот высокочастотный преобразователь напряжения станет одним из самых востребованных бестселлеров в кратчайшие сроки. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что купили свой высокочастотный преобразователь напряжения на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в высокочастотном преобразователе напряжения и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. , а также ожидаемую экономию.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз.Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести high frequency voltage converter по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Лучший преобразователь высокого напряжения — Выгодные предложения на преобразователь высокого напряжения от мировых продавцов преобразователей высокого напряжения

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте для преобразователя высокого напряжения. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях.Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот высоковольтный преобразователь высшего качества вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели высоковольтный преобразователь на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в высоковольтном преобразователе и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести преобразователь высокого напряжения по самой выгодной цене.

Лучший преобразователь в высокое напряжение — Отличные предложения на преобразователь в высокое напряжение от глобальных продавцов преобразователей в высокое напряжение

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для преобразователя на высокое напряжение.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лучший преобразователь в высокое напряжение вскоре станет одним из самых популярных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели преобразователь высокого напряжения на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в преобразователе в высокое напряжение и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести converter to high voltage по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Высоковольтный преобразователь постоянного тока

^{(Арт. 128027-001 РЕД. L)}

Входное напряжение:

+ 24 В постоянного тока, ± 0,5 В

Входной ток:

600 мА максимум

Выходное напряжение:

от +100 В до + 3 кВ, бесступенчатая регулировка во всем диапазоне мощности

Выходной ток:

330uA максимум

Полярность:

Положительно

Напряжение изоляции:

Всего до 15 кВ на землю (сопротивление на землю 600 МОм на каждом выходе)

Линейный регламент:

≤ 0. 01% для изменения входного напряжения на 1 В

Регулировка нагрузки:

≤ 0,1% при изменении нагрузки без нагрузки на полную

Программирование напряжения:

От 0 до 10 вольт соответствует 0 до 100% номинального выходного напряжения

Монитор напряжения:

От 0 до 5 В соответствует от 0 до 100% номинального выходного напряжения

Точность:

± 1% от 10% до 100% выхода.

Точность ниже 10% не гарантируется

Пульсация:

≤ 0.1% вольт от пика до пика, от 0,1 Гц до 1 МГц

Стабильность:

≤ 1000 ppm / час при постоянных рабочих условиях после 1 часа прогрева

Температурный коэффициент:

≤ 300 ppm на градус C

Окружающая среда:

Диапазон температур:

В рабочем состоянии: от 0 ° C до 40 ° C

Хранение: от -40 ° C до 85 ° C

Влажность:

от 10% до 90%, без конденсации.

Охлаждение:

Конвекционное охлаждение

Размеры:

1.49. H X 4,09. Ш x 6,73. D (38 мм X 104 мм X 171 мм)

Вес:

2,2 фунта (1 кг)

Интерфейс / разъем питания:

9-контактный штекер D

Выходной кабель высокого напряжения:

HV положительный: 29,5 ”(750 мм) подвесной кабель, коаксиальный высоковольтный кабель URM76

HV отрицательный: 29,5 ”(750 мм) подвесной кабель, коаксиальный высоковольтный кабель URM76

Нормативные разрешения:

Соответствует директиве EEC EMC.Соответствует Директиве EEC по низковольтному оборудованию 2006/95 / EC, Директиве по низковольтному оборудованию.
.

No related posts.