Часы на газоразрядниках. Высоковольтные преобразователи для ламп

26.07.2016 19:38

Лучше всего начать объяснение с самых примитивных принципов работы данных преобразователей. Обратимся к примеру, далекому от электроники. Представим себе качели. Дочка сидит на качелях, а мама начинает раскачивать, прикладывая к качелям некоторое усилие. Каждый, кто качал другого, знает, что надо приложить небольшое усилие в определенный момент. Если все идет как по маслу, то через некоторое время качели, с достаточно большой массой на борту, приобретают внушительный размах и большую скорость.

Можно увидеть, что приложив небольшое усилие, мы разогнали серьезную массу до весьма сильных и опасных скоростей.

 

Ах да, к чему мы все это? Почти так же работают и высоковольтные преобразователи. Давайте рассмотрим их более подробно. Для начала рассмотрим примитивную схему:

 

В качестве качелей и массы у нас будет выступать дроссель (разновидность катушки индуктивности). На вход схемы идет постоянное напряжениеНа схеме катушка L и ключ S. Как только мы замыкаем ключ, тем самым мы прикладываем усилие к нашим качелям, отпускаем ключ, получаем возвратное движение. Теперь, если постоянно включать и выключать ключ, будем получать все возрастающие импульсы повышенного напряжения на выходе. Здесь работает такой принцип: в результате исчезновения магнитного поля в катушке индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, которая, как известно, превышает напряжение, которое подается на саму катушку.

 

 

Однако электрический ток не качели.  Если энергию не сохранить, она будет потеряна. В результате возникают две задачи:

  1. Энергию надо поймать
  2. Не пустить ее назад в катушку

 

Решается все достаточно просто. Копить энергию может конденсатор, плавно освобождая ее по мере необходимости. Не пустит назад ток такой элемент, как диод. Исправим схему в соответствии написанному:

Если вовремя щелкать ключом, то у нас напряжение на выходе Uвых будет больше, чем напряжение на входе UвхТо есть Uвых >Uвх .

Более подробно про этот принцип можно прочитать на сайте Easyelectronics здесь.

 

Однако, мы не можем в готовой схеме сидеть и постоянно замыкать и размыкать ключ.  Кто-то должен делать это за нас. Вот для этой цели и существуют специализированные микросхемы, которые за нас будут постоянно включать и выключать ключ. Одна из таких микросхем MC34063. На данном фото она представлена в корпусе SOIC

На ее примере и рассмотрим работу повышающего преобразователя.

 

 

MC34063 это специализированная микросхема, позволяющая повышать, понижать и инвертировать напряжение. Мы рассмотрим самую простую схему преобразователя, которую будем использовать в часах. Это, так называемая схема без драйвера полевого транзистора. Для увеличения кликните по самой схеме.

 

Минус этой схемы в том, что полевой транзистор будет нагреваться, плюс – отсутствие лишних деталей. Изучив более подробно эту схему, можно собрать что-то более мощное уже самостоятельно.

 

 

Можно  увидеть, что в данной схеме есть дроссель и микросхема 34063. Так же мы можем заметить, что дроссель сидит на полевом транзисторе. Сделано это с целью повышения мощности. Затвор полевого транзистора сидит на выходе тактовой частоты микросхемы. Элементы R10, R11 и RP1  - это обратная связь, благодаря которой микросхема знает, какое напряжение ей нужно выдавать. C6 - это накопитель энергии. Чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше пульсаций на выходе. Назначение диода очевидно. C9 - конденсатор, который задает частоту работы преобразователя, то есть скорость, с которой будет включаться и выключаться ключ. Преобразователь рассчитан на входное напряжение 12 Вольт. Напряжение на выходе зависит от подстроечного резистора RP1.

 

 

 

Сборка преобразователя.

 

Запаяем частотозадающий конденсатор

 

 

 

Полевой транзистор будет усиливать ток. Если его не ставить, микросхема будет сильно нагреваться. Для больших токов полевой транзистор обязателен

 

 

 

А здесь уже запаяли диод, который не дает накопителю (конденсатору) разряжаться в обратную сторону


 

 

 

А вот и наши качели (дроссель), которые мы будем дергать туда-сюда с помощью микросхемы с определенной частотой, которая задана конденсатором

 

 

 

Вот, так называемый, полудрайвер полевого транзистора. Более подробно можно узнать из даташитов. На больших токах так же помогает полевому транзистору не нагреваться как утюг. В нашей схеме в статье его нет, но в ответственных схемах я предпочитаю его ставить

 

 

 

А тут мы установили саму микросхему и обратную связь

 

 

 

Накопительный конденсатор собственной персоной

 

 

 

А тут добавили фильтрующие конденсаторы на вход. Конденсаторов в цепях питания много не бывает

 

 

 

В обратную связь добавлен подстроечный резистор для регулировки напряжения. Так же виден электролитический конденсатор по питанию на входе

 

 

 

Ну а теперь самое интересное... Так как наш преобразователь рассчитан на входное напряжение 12 Вольт, то мы и подаем 12 Вольт с копейками;-)

 

 

Прошу прощения за творческий ужасающий бардак...  Смотрим что на выходе

 

 

И у нас 143 Вольта... из каких-то 12 Вольт. Вот это да! Но... имейте ввиду фаны free energy, мощность на выходе от этого не меняется. Скорее всего даже будет меньше, так как КПД схемы точно уж меньше единицы. Если вспомнить формулу, мощность равняется произведению силы тока на напряжение: P=IU. Поэтому увеличивая напряжение, мы во столько же раз уменьшаем максимальную силу тока, которую можно выдать в нагрузку. При желании, напряжение на выходе схемы можно уменьшить или увеличить поворотом подстроечного резистора. Теперь от данного преобразователя можно запитать до 8 ламп (больше я не пробовал).

 

 

Ну что ж, поздравим меня, у нас получился повышающий преобразователь ;-) Будьте внимательны, так как на накопительном конденсаторе у нас высокое напряжение! Хоть и не убьет, но тряханет так, что настроение на весь день точно будет испорчено)).

 

Если у вас нет времени, умения и желания на сборку часов на газоразрядных индикаторах, то вы всегда можете сделать на них предзаказ по вашим параметрам. Никакие часы на светодиодных индикаторах не сравнятся по теплому, согревающему свечению газоразрядных индикаторов.

 

 

Также мной уже разработаны образцы термометра, которые показывают температуру дома и на улице

 

 

 

Моя страничка в ВК El Kotto,  а также моя группа по газоразрядным лампам Nixie Tube.