Генератор высоковольтных импульсов своими руками: Самодельный генератор высоковольтных импульсов

Схема генератора высоковольтных импульсов » Паятель.Ру

Категория: Генераторы

Генератор, в зависимости от напряжения источника питания, вырабатывает высоковольтные импульсы амплитудой до 25 кВ. Он может работать от гальванической батареи на 6В (четыре элемента типа “А”), аккумуляторной батареи на 6… 12В, бортовой сети автомобиля, лабораторного источника питания до 15В. Диапазон применения достаточно широк: электроизгороди на ферме для животных, зажигалка для газа, электрошоковое средство защиты, и др. При изготовлении подобных устройств наибольшие трудности вызывает высоковольтный трансформатор.

Даже при удачном изготовлении он не отличается надежностью и часто выходит из строя от сырости или из-за пробоя изоляции между катушками. Попытка сделать высоковольтный генератор на основе диодного умножителя напряжения тоже не всегда дает положительный результат.

Проще всего использовать готовый высоковольтный трансформатор — автомобильную катушку зажигания от автомобиля с классической системой зажигания. Этот трансформатор отличается высокой надежностью и может работать даже в самых не благоприятных полевых условиях. Конструкция катушки зажигания рассчитана на жесткую эксплуатацию в любых погодных условиях.

Принципиальная схема генератора показана на рисунке. На транзисторах VT1 и VT2 сделан несимметричный мультивибратор, он вырабатывает импульсы частотой около 500 Гц. Эти импульсы протекают через коллекторную нагрузку транзистора VT2 — первичную обмотку катушки зажигания. В результате в её вторичной обмотке, имеющей значительно большее число витков, наводится переменное импульсное высоковольтное напряжение.

Это напряжение поступает на разрядник, если это средство самозащиты или зажигалка для газа, или на электроизгородь. В этом случае на изгородь подается напряжение с центрального вывода катушки зажигания (с того вывода, с которого напряжение поступает на распределитель и свечи), а общий плюс схемы нужно заземлить.

Если генератор будет использоваться как средство самозащиты, его удобнее всего сделать в виде палки. Взять пластмассовую или металлическую трубку такого диаметра, чтобы в неё туго вставлялась катушка зажигания своим металлическим корпусом. В остальном пространстве трубы расположить батареи питания и транзисторы. S1 в этом случае — приборная кнопка. Верхнюю часть корпуса катушки придется переделать.

Удобнее всего взять штепсельную вилку старого образца для сети 220В, с вывинчивающимися контактами. Отверстие под провод в ней нужно рассверлить так, чтобы в него плотно входила часть катушки зажигания с высоковольтным контактом. Затем нужно вывести монтажные провода от этого контакта и от общего плюса схемы и по самым краям вилки их подвести к штыревым контактами вилки.

Затем эту вилку нужно промазать эпоксидным клеем в рассверленном отверстии под провод и туго насадить на пластмассовый корпус высоковольтного контакта катушки. Под штыревые контакты вилки нужно привинтить разрядные лепестки, расстояние между которыми должно быть около 15 мм.

Катушка зажигания может быть любая от контактной системы зажигания (от электронной не подходит), желательно импортная, — она меньше по размерам и лете.

Настройка заключается в подборе номинала R1 таким образом, чтобы между разрядными лепестками был надежный электрический разряд.

Генераторы высокого напряжения с использованием катушек индуктивности

Все рассмотренные выше генераторы высокого напряжения имели в качестве накопителя энергии конденсатор. Не меньший интерес представляют устройства, использующие в качестве такого элемента индуктивности.

В подавляющем большинстве конструкции подобного рода преобразователей ранних лет содержали механический коммутатор индуктивности. Недостатки такого схемного решения очевидны: это повышенный износ контактных пар, необходимость их периодической чистки и регулировки, высокий уровень помех.

С появлением современных быстродействующих электронных коммутаторов конструкции преобразователей напряжения с коммутируемым индуктивным накопителем энергии заметно упростились и стали конкурентоспособными.

Простой высоковольтный генератор

Основой одного из наиболее простых высоковольтных генераторов (рис. 1) является индуктивный накопитель энергии.

Рис. 1. Электрическая схема высоковольтного генератора на основе индуктивного накопителя энергии.

Генератор прямоугольных импульсов собран на микросхеме 555 (КР1006ВИ1). Параметры импульсов регулируются потенциометрами R2 и R3. Частота импульсов управления также зависит от емкости времязадающего конденсатора С1.

Импульсы с выхода генератора подаются через резистор R5 на базу ключевого (коммутирующего) элемента — мощного транзистора VT1. Этот транзистор в соответствии с длительностью и частотой следования управляющих импульсов коммутирует первичную обмотку трансформатора Т1.

В итоге на выходе преобразователя формируются импульсы высокого напряжения. Для защиты транзистора VT1 (2N3055 — КТ819ГМ) от пробоя желательно параллельно переходу эмиттер — коллектор подключить диод, например, типа КД226 (катодом к коллектору).

Высоковольтный генератор на микросхеме 555

Высоковольтный генератор (рис. 2), разработанный в Болгарии, также содержит задающий генератор прямоугольных импульсов на микросхеме 555 (К1006ВИ1). Частота импульсов плавно регулируется резистором R2 от 85 до 100 Гц.

Эти импульсы через RC-цепочки поступают на ключевые элементы на транзисторах VT1 и VT2. Стабилитроны VD3 и VD4 защищают транзисторы от повреждения при работе на индуктивную нагрузку.

Рис. 2. Схема генератора высокого напряжения на основе индуктивного накопителя энергии.

Генератор высокого напряжения (рис. 2) может быть использован как самостоятельно — для получения высокого напряжения (обычно до 1…2 кВ), либо как промежуточная ступень «накачки» других преобразователей.

Транзисторы BD139 можно заменить на КТ943В. В качестве ключевых элементов преобразователей с индуктивным накопителем энергии долгие годы использовали мощные биполярные транзисторы. Их недостатки очевидны: довольно высоки остаточные напряжения на открытом ключе, как следствие, потери энергии, перегрев транзисторов.

По мере совершенствования полевых транзисторов последние начали оттеснять биполярные транзисторы в схемах источников питания, преобразователях напряжения.

Для современных мощных полевых транзисторов сопротивление открытого ключа может достигать десятые…сотые доли Ома, а рабочее напряжение достигать 1 …2 кВ.

Преобразователь напряжения с выходным каскадом на транзисторе MOSFET

На рис. 3 приведена электрическая схема преобразователя напряжения, выходной каскад которого выполнен на полевом транзисторе MOSFET. Для согласования генератора с полевым транзистором включен биполярный транзистор с большим коэффициентом передачи.

Рис. 3. Электрическая схема генератора высоковольтных импульсов с ключевым полевым транзистором.

Задающий генератор собран на /ШО/7-микросхеме CD4049 по типовой схеме. Как сами выходные каскады, так и каскады формирования управляющих сигналов, показанные нарис. 12.1 — 12.3 и далее, взаимозаменяемы и могут быть использованы в любом сочетании.

Генератора высокого напряжения на составном транзисторе

Выходной каскад генератора высокого напряжения системы электронного зажигания конструкции П. Брянцева (рис. 4) выполнен на современной отечественной элементной базе [12.2].

Рис. 4. Схема выходного каскада генератора высокого напряжения П. Брянцева на составном транзисторе.

При подаче на вход схемы управляющих импульсов транзисторы VT1 и VT2 кратковременно открываются. В результате катушка индуктивности кратковременно подключается к источнику питания.

Конденсатор С2 сглаживает пик импульса напряжения. Резистивный делитель (R3 и R5) ограничивает и стабилизирует максимальное напряжение на коллекторе транзистора VT2.

В качестве трансформатора Т1 использована катушка зажигания Б115. Ее основные параметры: R,=1,6 Ом, l<8A Ui<330B. Коэффициент трансформации К=68. Для катушки Б116 (Rj=0,6 Ом, 1,<20 А, и,<160 В, К=154) оптимальная величина R5=11 кОм.

Генератор высокого напряжения с задающим генератором на основе триггеров Шмитта

Следующие две схемы высоковольтных генераторов напряжения с использованием индуктивных накопителей энергии (рис. 5, 6) разработал Andres Estaban de la Plaza.

Рис. 5. Электрическая схема генератора высокого напряжения с задающим генератором на основе триггеров Шмитта.

Первое из устройств содержит задающий генератор прямоугольных импульсов, промежуточный и выходной каскад, высоковольтный трансформатор.

Задающий генератор выполнен на основе триггера Шмитта (КМОП-микросхема типа 4093). Использование триггера Шмитта вместо логических элементов НЕ (см. например, рис. 3) позволяет получить импульсы с более крутыми фронтами, и, следовательно, снизить потери энергии на ключевых элементах.

Согласование КМОП-элементов с силовым транзистором VT2 осуществляется предусилителем на транзисторе ѴТ1. Выходной трансформатор Т1 коммутируется силовым биполярным транзистором ѴТ2. Этот транзистор установлен на теплоотводящей пластине.

Частота импульсов генератора ступенчато изменяется переключателем SA1. Соотношение между длительностью импульса и паузой и частоту следования импульсов плавно регулируют потенциометрами R1 и R2.

Переключателем SA2 включают/отключают резистор R6, включенный последовательно с первичной обмоткой повышающего трансформатора. Тем самым ступенчато регулируют выходную мощность преобразователя.

Рабочая частота генератора в его пяти поддиапазонах регулируется в пределах 0,6…8,5 кГц; 1,5…20 кГц; 5,3…66 кГц; 13… 170 кГц; 43…>200 кГц.

Первичная обмотка трансформатора Т1, намотанная на сердечнике от трансформатора строчной развертки, имеет 40 витков диаметром 1,0 мм. Выходное напряжение преобразователя на частотах ниже 5 кГц составляет 20 кВ, в области частот 50…70 кГц выходное напряжение снижается до 5… 10 кВ.

Выходная мощность высокочастотного сигнала устройства может доходить до 30 Вт. В этой связи при использовании данной конструкции, например, для газоразрядной фотосъемки необходимо принять особые меры по ограничению выходного тока.

Высоковольтный генератор с задающим генератором на основе ОУ

Высоковольтный генератор, рис. 6, имеет более сложную конструкцию. Его задающий генератор выполнен на операционном усилителе DA1 (СА3140). Для питания задающего генератора и буферного каскада (микросхема DD1 типа 4049) используется стабилизатор напряжения на 12 Б на интегральной микросхеме DA2 типа 7812.

Рис. 6. Электрическая схема генератора высокого напряжения с задающим генератором на основе операционного усилителя.

Предоконечный каскад на комплиментарных транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 обеспечивает работу оконечного — на мощном транзисторе ѴТЗ.

Соотношение длительность/пауза регулируют потенциометром R7, а частоту импульсов — потенциометром R4.

Частоту генерации можно изменять ступенчато — переключением емкости конденсатора С1. Начальная частота генерации близка к 20 кГц.

Первичная обмотка доработанного трансформатора строчной развертки имеет 5… 10 витков, ее индуктивность примерно 0,5 мГч. Защита выходного транзистора от перенапряжения осуществляется включением варистора R9 параллельно этой обмотке.

Транзистор 2N2222 можно заменить на КТ3117А, КТ645; 2N3055 — на КТ819ГМ-, BD135 — на КТ943А, BD136 — на КТ626А, диоды 1N4148 — на КД521, КД503 и др.

Микросхему DA2 можно заменить отечественным аналогом — КР142ЕН8БЩУ DD1 — К561ТЛ1.

Следующим видом генераторов высоковольтного напряжения являются автогенераторные преобразователи напряжения с индуктивной обратной связью.

Импульсный преобразователь напряжения с самовозбуждением

Импульсный преобразователь с самовозбуждением вырабатывает пакеты высокочастотных высоковольтных колебаний (рис. 7).

Рис. 7. Электрическая схема импульсного преобразователя напряжения с самовозбуждением.

Автогенератор импульсов высокого напряжения на транзисторе VT1 получает сигнал обратной связи с трансформатора Т1 и в качестве нагрузки имеет катушку зажигания Т2. Частота генерации — около 150 Гц. Конденсаторы С*, С2 и резистор R4 определяют режим работы генератора.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе 11114×18. Обмотка I состоит из 18 витков провода ПЭВ-2 0,85 мм, намотанных в два провода, а II — из 72 витков провода ПЭЛШО 0,3 мм.

Стабилитрон VD2 укреплен в центре дюралюминиевого радиатора размерами 40x40x4 мм. Этот стабилитрон можно заменить цепочкой мощных стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 150 В. Транзистор VT1 также установлен на радиаторе размерами 50x50x4 мм.

Резонансный преобразователь напряжения с самовозбуждением

Такой генератор описан в работе Е. В. Крылова (рис. 8). Он выполнен на высокочастотном мощном транзисторе VT1 типа КТ909А.

Трансформатор преобразователя выполнен на фторопластовом каркасе диаметром 12 мм с использованием ферритового стержня 150ВЧ размером 10×120 мм.

Катушка L1 содержит 50 витков, L2 — 35 витков провода ЛЭШО 7×0,07 мм. Катушки низковольтной половины устройства имеют по одному витку провода во фторопластовой (политетрафторэтиленовой) изоляции. Они намотаны поверх катушки L2.

Рис. 8. Схема резонансного высоковольтного генератора с трансформаторной обратной связью.

Выходное напряжение преобразователя составляет 1,5 кВ (максимальное — 2,5 кВ). Частота преобразования — 2,5 МГц. Потребляемая мощность — 5 Вт. Выходное напряжение устройства изменяется от 50 до 100% при увеличении напряжения питания с 8 до 24 В.

Конденсатором переменной емкости С4 трансформатор настраивают на резонансную частоту. Резистором R2 устанавливают рабочую точку транзистора, регулируют уровень положительной обратной связи и форму генерируемых сигналов.

Преобразователь безопасен в работе — при низкоомной нагрузке высокочастотная генерация срывается.

Источник импульсного напряжения с двухкаскадным преобразованием

Следующая схема высоковольтного источника импульсного напряжения с двухкаскадным преобразованием показана на рис. 9. Электрическая схема его первого каскада достаточно традиционна и практически не отличается от рассмотренных ранее конструкций.

Отличие устройства (рис. 9) заключается в использовании второго каскада повышения напряжения на трансформаторе. Это заметно повышает надежность устройства, упрощает конструкцию трансформаторов и обеспечивает эффективную изоляцию между входом и выходом устройства.

Рис. 9. Схема высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью и двойным трансформаторным преобразованием напряжения.

Трансформатор Т1 выполнен на Ш-образном сердечнике из трансформаторной стали. Сечение сердечника составляет 16×16 мм. Коллекторные обмотки I имеют 2×60 витков провода диаметром 1,0 мм.

Катушки обратной связи II содержат 2×14 витков провода диаметром 0,7 мм. Повышающая обмотка III трансформатора Т1, намотанная через несколько слоев межслойной изоляции, имеет 20… 130 витков провода диаметром 1,0 мм. В качестве выходного (высоковольтного) трансформатора использована катушка зажигания автомобиля на 12 или 6 В.

К генераторам высокого напряжения с индуктивными накопителями энергии следует отнести и устройства, рассмотренные ниже.

Для получения высоковольтных наносекундных импульсов В. С. Белкиным и Г. И. Шульженко была разработана схема формирователя на дрейфовых диодах и насыщающейся индуктивностью с однотактным преобразователем, синхронизированным с формирователем, а также показана возможность совмещения функций ключа формирователя и преобразователя.

Формирователи высоковольтных импульсов с общим и раздельными ключами

Схема преобразователя, синхронизированного с формирователем, приведена на рис. 10; вариант схемы формирователя с раздельными ключевыми элементами приведен на рис. 11, а временные диаграммы, характеризующие работу отдельных узлов схемы формирователя, — на рис. 12.

Рис. 10. Схема формирователя высоковольтных импульсов с общим ключом для преобразователя и формирователя.

Рис. 11. Фрагмент схемы формирователя высоковольтных импульсов с раздельными ключами.

Рис. 12. Временная диаграмма работы преобразователя.

Задающий генератор прямоугольных импульсов (рис. 10) вырабатывает импульсы, отпирающие транзисторный ключ VT1 на время tH и запирающие на время t3 (рис. 12).

Их сумма определяет период повторения импульсов. За время tH через дроссель L1 протекает ток Ін. После запирания транзистора ток Ін через диод VD1 заряжает накопительную емкость формирователя С1 до напряжения Uн, диод VD1 закрывается и отсекает конденсатор С1 от источника питания.

В таблице 1 приведены данные по возможному использованию полупроводниковых приборов в формирователе высоковольтных импульсов. Амплитуда формируемых импульсов приведена для низкоомной нагрузки величиной 50 Ом.

Таблица 1. Выбор элементов для формирователей высоковольтных импульсов.

Длительность импульса, НС	Амплитуда генерируемого импульса, В
	300	500	1000
4…6	КД204, КД226 (КТ858, КТ862)	КД212
7…10		ДЛ112-25 (КТ847)	ДЛ122-40 (КП953)
11…15		КД213 (КТ847)	ДЛ132-80 (КП953)

Формирователи двухполярных импульсов на основе серийных диодов имеют амплитуду каждой полуволны 0,2. .. 1 кВ для согласованной нагрузки 50…75 Ом при полной длительности импульса 4…30 не и частоте повторения до 20 кГц.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Сборка генератора импульсов | Журнал Nuts & Volts

---

» Перейти к разделу «Дополнительно»

Если вы работаете с цифровыми и логическими схемами (а мы все так делаем), этот прибор пригодится вам для проектирования, поиска и устранения неисправностей и калибровки электронных схем. Хотя у меня есть довольно дорогой коммерческий генератор функций, я обнаружил, что этот генератор импульсов — тот, к которому я обращаюсь большую часть времени. Генератор довольно прост в сборке и имеет простую конструкцию. Для этого требуется шесть интегральных схем и два транзистора. Кроме того, вам понадобится блок питания 15 вольт на 200 мА.

Вы можете построить этот блок, как показано, или добавить/удалить этапы, если вы предпочитаете что-то более индивидуальное для ваших нужд. За два года использования я не почувствовал необходимости менять дизайн, так как он хорошо работал во всех ситуациях.

Я разместил это устройство в коробке размером 7 x 4 x 5 дюймов. Если вы строите его точно так, как показано, не используйте коробку меньшего размера, так как вы будете теснить элементы управления на передней панели. Прежде чем мы перейдем к конструкции, я чувствую, что необходимо описать теорию работы.

Как это работает

На схеме ( Рисунок 1 ) сердцем устройства является генератор скорости U4 и генератор ширины U3B. Частота мультивибратора U4 устанавливается в шесть ступеней выбором конденсатора S6a, S6b.

РИСУНОК 1. Сердцем устройства являются генератор скорости U4 и генератор ширины U3B.

---

Это, в свою очередь, регулируется потенциометром P2, чтобы обеспечить полный охват между диапазонами. Изменение RATE составляет от двух микросекунд до одной секунды непрерывно с R9.и значения P2, дающие примерно 10-процентное перекрытие между диапазонами.

Выходной сигнал прямоугольной формы отправляется через U5a,b (логический элемент И), который обеспечивает буферизацию на U4. Один вентиль посылает сигнал на J3 (внутренний триггер). Другой вентиль посылает сигнал на U2b-P5, который изолирует различные входы друг от друга с помощью функции вентиля ИЛИ.

Положительный фронт с выхода U2b запускает генератор ширины U3b. Между прочим, все эти схемы запускаются положительным фронтом. U3b является моностабильным мультивибратором, и его выходная ширина определяется выбором конденсатора через S7a, S7b. Как и в U4, он регулируется потенциометром P3 (также обеспечивающим 10-процентное перекрытие) для обеспечения непрерывной конвергенции шириной от одной микросекунды до 100 миллисекунд. Выход U3b отправляется через U2c на базу Q1. В сочетании с S4, U5c и d обеспечивают выбор положительных или отрицательных импульсов (Q или Q не).

Уровень импульса в этой точке составляет пиковое значение 15 вольт, и работа эмиттерного повторителя Q1 состоит в том, чтобы управлять регулятором уровня импульса P4 и схемой преобразования R14, R15 для управления уровнем ТТЛ U6 для быстрых времен нарастания и спада, необходимых для это семейство цепей.

С выхода регулятора уровня импульсов импульс подается на Q2 через R16. Q2 — это усилитель тока для управления нагрузками с очень низким импедансом. Его выходное сопротивление составляет порядка 10 Ом, и он легко управляет нагрузкой 50 Ом при пятивольтовом логическом уровне.

Основной выход на J4 связан по переменному или постоянному току в зависимости от выбора S5. Выход в этой точке от нуля до 14 вольт, пик. R17 — это подтягивающий резистор, помогающий сократить время спада. R16 был выбран произвольно, чтобы уменьшить перерегулирование и звон.

Переключатель S2 (пуск-стоп) имеет несколько вариантов. В рабочем положении генератор скорости U4 работает непрерывно и обеспечивает запуск для U3b. В положении остановки запуск U3b может быть одним из следующих:

• Внешний запуск через J1
• Одиночный выстрел срабатывает через S3 (single) — один импульс на нажатие
• Внешнее управление через J2
• Внутренний запуск с помощью S1 (burst) — один выброс на одно нажатие

U1 и U2 являются идентичными высокоскоростными компараторами и принимают любую форму волны от постоянного тока до 1 МГц. Их диапазон входного напряжения составляет от 1,3 до 15 вольт, пиковое. Входное сопротивление составляет один МОм. U3a является генератором длины пакета и будет посылать одну группу импульсов каждый раз, когда S1 нажимается. Фактическое количество импульсов определяется настройками управления на передней панели и длительностью пакета, выбранной потенциометром P1. В своем устройстве я выбрал для этой схемы диапазон от 0,1 до 20 миллисекунд. Вы можете изменить свою, изменив постоянную времени RC P1, C3.

C1 и C2 обеспечивают дешевое средство устранения дребезга для контактов S1 и S3 соответственно. Основной выход (J4) имеет время нарастания импульса 10 наносекунд и совместим с комплементарной схемой металл-оксид-полупроводник (CMOS) или биполярной схемой. Выход ТТЛ (J5) совместим с этим типом схемы, как упоминалось ранее. Возможностей, встроенных в этот генератор, хватило для всех моих нужд. Теперь о строительстве.

Строительство

Как я уже упоминал ранее, коробка, которую я использовал, будет настолько маленькой, насколько вы захотите. Мне даже пришлось смонтировать большинство компонентов блока питания на его заднем внутреннем углу, а выключатель питания — на задней панели.

РИСУНОК 2. Выключатель питания расположен на задней части корпуса.

---

Я не буду останавливаться на конструкции блока питания, так как вы можете использовать любую понравившуюся вам конфигурацию, вплоть до включения настенного трансформатора, если это необходимо. Просто убедитесь, что он соответствует требованиям схемы от 18 до 22 вольт и минимум 200 мА.

Я построил реальную схему на специальной плате с дорожками, которые подходят для двухрядных разъемов (DIP). Я всегда использую сокеты в своих проектах для будущих модификаций или устранения неполадок. Эта доска имела размеры 3,25 х 5,5 дюймов и была разложена, как показано на рисунке 9.0016 Рисунок 3 . Почти все компоненты были установлены на плате, за исключением компонентов с C5 по C15, о которых я расскажу позже.

РИСУНОК 3. Размеры платы 3,25 x 5,5 дюйма.

---

Q2 был выбран за его высокую скорость работы и мощность. Большинство быстродействующих переключающих транзисторов будут работать нормально, и даже скромный 2N3904 удовлетворительно показал себя в этой схеме. C16 должен быть установлен близко к этому коллектору. В этой конструкции не возникло никаких проблем с расположением схем, даже с сгруппированными и прошитыми проводами на передней панели. J1, J2 и J3 доступны через вырез в задней стенке корпуса.

Что касается времязадающих конденсаторов от C5 до C15, я решил установить их между площадками поворотных переключателей S6 и S7. Когда связанные регуляторы переменных (P2 и P3) находятся в калиброванном положении (полностью против часовой стрелки), скорости и ширины будут такими, как отмечены на положениях переключателей на передней панели. Это следующие:

Скорость:
2 мксек, 10 мксек, 100 мксек, 1 мсек, 10 мсек, 100 мсек

Ширина:
1 мксек, 10 мксек, 100 мксек, 1 мс, 10 мс.

РИСУНОК 4. Скорость и ширина отмечены на передней панели.

---

Элементы управления переменной переместят вас от одного диапазона к другому с 10-процентным перекрытием для обеспечения полного охвата. В положении калибровки точность будет зависеть от того, насколько значения конденсатора близки к требуемым значениям.

На некоторых диапазонах я прибил его на первом подобранном конденсаторе. На других приходилось подкрадываться к нему с двумя конденсаторами (один большой, один маленький). Я стремился к однопроцентной точности на всех диапазонах, и добиться этого было несложно. Нет смысла пытаться добиться большей точности, чем эта, поскольку стабильность конденсатора не гарантирует, что время останется таким же стабильным. Если вы хотите большей стабильности и точности, вам придется использовать дорогие полистирольные или аналогичные конденсаторы.

В такой предельной точности на самом деле нет необходимости, так как вы обычно будете использовать этот прибор в сочетании с другим тестовым оборудованием (прицелами и т. д.) для перекрестной проверки. В перечне деталей указаны целевые значения конденсаторов с C5 по C15. Эти значения могут различаться в вашей конкретной схеме, но предлагают близкую отправную точку.

Кроме того, потенциометры (P2 и P3) можно шунтировать резисторами высокого номинала, чтобы немного изменить их значения и привести синхронизацию нижнего конца (P2 и P3, полностью по часовой стрелке) в большее соответствие с ожидаемыми скоростями и длительностью для этих точки. Важной функцией этих двух схем является не столько точность передней панели, сколько полное покрытие коммутируемых диапазонов.

Фактический выходной ток привода, создаваемый генератором, зависит от транзистора Q2 и рабочего цикла (процент времени, в течение которого Q2 остается на высоком уровне напряжения). Для показанного транзистора он будет выдавать 500 мА при 10-процентном рабочем цикле без ухудшения характеристик импульса. Например, 2N3904 будет выдавать 100 мА при тех же условиях.

Для U6 (транслятор cmos в TTL) я использовал шестнадцатеричный инвертор только потому, что это было удобно. Подходит любая конфигурация ворот TTL; просто убедитесь, что выход остается неинвертированным по отношению к входу.

По завершению, если возникнут проблемы, начните с проверки источников питания (+15 и +5 вольт). Затем посмотрите на генератор скорости U4, чтобы убедиться, что он работает. U4 будет работать, когда U2a-P9 положительный, и остановится, когда он отрицательный. Помимо генератора и из-за простоты схемы, вы можете переходить поэтапно, используя стандартные методы устранения неполадок.

Когда вы закончите этот проект, у вас будет источник генерации импульсов с широким диапазоном выходных сигналов:

     Rate — continuously variable from two microseconds to one second

     Width — continuously variable from one microsecond to one millisecond

     Trigger — continuous, single burst, internal или внешний

     Выход — адекватный привод практически для любой схемы (от нуля до 14 вольт, пик)

Лично мне было интересно и весело строить этот проект, и он оказался важной частью моего испытательного стенда. Не торопитесь строить это, делайте профессиональную работу, и вы будете так же довольны, как и я. NV

---

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ

Резисторы [5% 1/4 Вт]		Конденсаторы [25 вольт или выше]		Полупроводники
Р1	10К	С1	0,05 мкФ	Д1,Д2,Д3	ИН914
Р2	1.2К	С2	0,05 мкФ	RB1 [мост]	[электронная почта защищена]
Р3	15К	С3	0,05 мкФ	Q1	2N3904
Р4	10К	С4	0,05 мкФ	Q2	2SC730
Р5	2.2К	С5	5,5 мкФ [неэлектролитический]	У1	LM319 [двойной компаратор]
Р6	2. 2К	С6	0,56 мкФ	У2	CD4075 [тройной логический элемент ИЛИ с 3 входами]
Р7	22К	С7	0,056 мкФ	У3	CD4528 [двойной моностабильный]
Р8	5.1К	С8	0,0056 мкФ	У4	CD4011 [счетверенный вентиль И-НЕ]
Р9	9.1К	С9	560 пФ	У5	CD4081 [четверка И ворота]
Р10	22К	С10	51 пФ	У6	SN7404 [шестнадцатеричный преобразователь]
Р11	5.1К	С11	5,7 мкФ [неэлектролитический]	У7	7815C [+15В рег.]
Р12	22К	С12	0,56 мкФ	У8	78L05C [+5В рег.]
Р13	22К	С13	0,056 мкФ	Разное
Р14	1,8К	С14	0,0039 мкФ	Р1	1,0 Ом [ДЛИНА ИМПУЛЬСА]
Р15	680 Ом	С15	130 пФ	Р2	100K [ПЕРЕМЕННАЯ СКОРОСТЬ]
Р16	470 Ом	С16	0,22 мкФ	Р3	50K [ИЗМЕНЯЕМАЯ ШИРИНА]
Р17	1К	С17	1,0 мкф-50 В	Р4	1K [УРОВЕНЬ]
Р18	22К	С18	0,05 мкФ	С1, С3	Мгновенная НЗ
		С19	1000 мкФ-35В	С2, С4, С5, С8	Переключатель SPDT
		С20	100 мкФ	С6, С7	Вафли [2 деки] 6 позиций
				J1-J5	Розетка BNC
				Пилот	Светодиод с внутр. Резистор
				Т1	120 В первичный; 15–20 В вторичная @ 0,25 А

---

mosfet – схема генератора высоковольтных импульсов 15 кВ – как иметь цифровое управление?

Задавать вопрос

спросил 3 года 9 месяцев назад

Изменено 2 года, 7 месяцев назад

Просмотрено 4к раз

\$\начало группы\$

Во-первых, я новичок в создании более сложных схем.

Пытаюсь собрать плату с чипом ATmega328PB. С помощью этого чипа я хочу управлять генератором импульсов высокого напряжения (дуговой зажигалкой).

Теперь я нашел генератор импульсов высокого напряжения на 15 кВ, который я хочу использовать из-за его размера.

Дуговая зажигалка на 15 кВ

Я также нашел схему, которая может управлять этим генератором высоковольтных импульсов.

Схема высокоимпульсного генератора

Я пытался сделать такую ​​же схему для этого форума, но я не уверен, что она верна, поэтому, пожалуйста, избавьте меня от этого.

Эта схема срабатывает при замыкании силовой цепи.

Теперь мне нужен какой-то способ, чтобы это запускалось высоким/низким сигналом от ATmega328PB (цифровым сигналом, если я не ошибаюсь). Мы думали:

Добавление второго полевого МОП-транзистора к линии заземления.

^{смоделируйте эту схему}

Обе схемы работают, это первое. Но со второй схемой, как только он включен, он остается включенным. Это одна вещь, которая мне не нужна. Я пытался сделать это с резистором и без него, но ничего не работает.

Извините, если некоторые компоненты на схеме неверны, потому что напряжение или ток они могут выдержать, но я пытаюсь спросить не об этом.

Единственное, что я хочу знать, это как контролировать включение и выключение дуговой зажигалки.

Заранее спасибо, если вам нужна дополнительная информация или я сделал что-то совершенно неправильно, пожалуйста, сообщите мне, потому что мне нужно многому научиться.

• mosfet
• высоковольтный
• импульсный
• powermosfet
• дуга

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я предполагаю, что вы нарисовали схему неправильно, так как вы сказали, что это работает, но то, что вы нарисовали, никогда не сработает.

На вашей первой схеме полярность полевого транзистора N-Chan IRF530 определенно неверна.

Давайте начнем с исправления схемы, я думаю, что при использовании полевого транзистора она должна выглядеть так:0504

Есть несколько проблем с приведенной выше схемой:

1. IRF530 рассчитан только на 100 В, и существует вероятность того, что генерируемая противо-ЭДС достигнет 5-600 В. уменьшить генерируемую противо-ЭДС, но если вы переместите выходные клеммы достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить пробой, напряжение, развиваемое на полевом транзисторе, может значительно подняться выше 500 В. Если вы говорите, что у вас это работает, я должен предположить, что IRF530 входит в лавину но вполне вероятно, что в конце концов он потерпит неудачу.
2. VGS(th) для IRF530 максимум 4 В, значит есть вероятность, что некоторые устройства не начнут генерировать при 4,2 В….а тем более в диапазоне устройств могут не работать до 3,6 В ( Если вы используете литий-ионный аккумулятор).
   Если вы используете микроконтроллер, работающий от 5 В, вы находитесь в лучшем положении, и IRF530 будет надежно запускаться при напряжении питания 5 В.

Более подходящим устройством для этого приложения может быть Infineon IPA50R380CE. Это устройство поддерживает не менее 500 В на стоке/истоке и обладает приемлемой лавинной устойчивостью. Это устройство начнет колебаться примерно до 3,5 В, поэтому будет работать как с литий-ионной батареей, так и с 5-вольтовой.

Обеспечение цифрового управления

Чтобы позволить MCU включать/выключать генератор высокого напряжения, вы можете использовать несколько подходов:

1. Включение/выключение источника питания (это то, что вы пытались показать на второй схеме, но то, что не будет работать). Для этого потребуется полевой транзистор P-Chan для включения/выключения питания.
2. Зажать обратную связь, чтобы генератор не мог запуститься.

Я решил использовать № 2 и обновил схему, чтобы показать этот подход:

^{имитация этой схемы}

Примечание. Эта схема изначально была разработана для использования с биполярным транзистором, а изменения, связанные с использованием полевого транзистора, несколько усложняют схему (поскольку нет эквивалента базовому току). Я не даю гарантий, что схема, показанная выше, будет работать для вас, и вам потребуется много деталей о трансформаторе, чтобы проверить, что именно нужно.

\$\конечная группа\$

7 9-1=2Pi*f. J, которого вы хотите избежать с помощью полевых транзисторов. Я бы выбрал мощный транзистор superBeta, hFE>=500 от Diodes INC.

Инверсия первичной катушки с инверсией тока транзистора делает этот простой надежный генератор с повышенным коэффициентом выходного напряжения. Используйте около 1 кВ/мм для измерения напряжения на зазоре между концами проводов для начального пробоя, поэтому 15 кВ = 15 мм примерно для острых концов проводов.

Так что придерживайтесь схемы и выбора мощного транзистора, который они используют.

Полевые транзисторы включаются очень быстро (нс), но высоковольтное действие здесь требует очень быстрого выключения, чтобы получить высокое значение LdI/dt=V, и ваша спецификация Coss для полевого транзистора уменьшает это. (к микро-с)

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

!От пика до пика напряжения750]1

Вы также можете использовать Mosfet IRF 520N.