电气电工高压技术
 
 
【干货】高压电源制作相关整理
ry7740kptv 2017-7-10 15:48:25
写在前面:请先阅读《参与高压版块前必须阅读——安全警示》,请先阅读《参与高压版块前必须阅读——安全警示》,请先阅读《参与高压版块前必须阅读——安全警示》,重要的事情要说三遍!!!毕竟生命成宝贵~~~传送门:https://www.kechuang.org/t/28228

1. 线性(工频)电源

这一类高压电源是最简单的,也是相对来说比较可靠的。典例:
电力变压器
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微波炉变压器
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霓虹灯变压器
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优点:结构简单,抗过载、抗冲击能力强(对于设计优秀的)。
缺点:体积大,笨重,价格昂贵(单位功率的价格)。

选购指南:这里要说明下,这几年由于开关电源技术的不断发展,霓虹灯变压器和微波炉变压器均已由原来的普通工频铁芯变压器替换成开关电源形式的电子变压器。其特性已和原来的完全不同,购买时需要区别一下!(电子变压器外观见后文)微波炉变压器由于其输出电流大、抗过载能力强,经常被爱好者们多个串联用于火花隙特斯拉线圈的制作(注意微波炉变压器输出电压高且无限流,因此相对比较危险,使用时一定要注意安全!!!)

2. 开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

常见的开关电源:
笔记本电脑电源
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电子变压器(石英射灯、霓虹灯等用)
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LED灯电源
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优点:体积小,重量轻,效率高,价格便宜(单位功率的价格)。
缺点:抗过载、冲击能力差(对于设计优良的开关电源来说这一点不存在)。

爱好者制作指南:

1. 单管自激
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这应该是所有高压爱好者成长过程中必定要接触的东西了~~~因为其电路简单,且基本上是100%的成功率,所以在广大爱好者群体中具有很高的知名度。
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原理:240R电阻和270R电阻组成分压电路,为2N3055三极管提供偏置电压。与2N3055基极相连的绕组为反馈绕组,与集电极相连的是主绕组。由于反馈绕组和主绕组绕在同一个磁芯上构成正反馈回路,当电源接通时产生的电磁扰动致使系统发生自激振荡,在主绕组上产生振荡的电流,经过变压器(这里使用电视机高压包)升压后产生高压输出。

制作关键点:图中240R电阻之所以使用5W的电阻是因为它不仅分压还要提供较大的偏置电流给三极管,所以需要使用大功率的(否则会工作过程中会发热严重以致烧糊)。主绕组和反馈绕组的绕制是有方向要求的,具体见图。因为反馈必须是正反馈才会引起自激振荡,所以绕反就不会起振的。

点评:单管自激固然简单,但由于开关管驱动信号并不为标准的方波,开关管停留在线性区的时间较长,固开关损耗较大(往往表现为管子发热严重),所以效率不高。

2. 零电压开关的自激推挽电路(爱好者圈子中俗称的ZVS电路)
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灰常著名的ZVS电路,因为只用几个元件即可做出很高的效率!高压包输出的电流很大,可以拉出很长的电弧而开关管并不怎么发热!此电路完爆单管自激!
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原理:此电路为推挽拓扑,两MOS管轮流导通产生交变电流来驱动高频变压器。470R电阻为MOS管提供导通偏置。10k电阻为MOS管栅极下拉电阻,稳定栅极波形用。12V稳压管限制MOS管栅极电压,以免损坏MOS管。此电路为自我激励型,即靠两只快恢复二极管提供导通/关断信号。当电源接通时,由于半导体器件自身的差异性,总会有一只MOS管先导通,此时电流流过初级绕组,并与并联的0.68uF谐振电容组成LC振荡回路。随着对侧振荡电压爬升(注意两只快恢复二极管是交叉接对侧的绕组端),己侧快恢复二极管导通,己侧MOS管栅极电压被拉低而截至,对侧MOS管导通,此时振荡电压跌落并向负半轴爬升,对侧快恢复二极管导通,对侧MOS管栅极电压被拉低而截至,己侧MOS管导通,如此循环…(感觉用语言描述还是太抽象,有兴趣的可以看下ZVS的仿真试验和实测波形,传送门:https://bbs.kechuang.org/t/39418 https://bbs.kechuang.org/t/43338

制作关键点:这个电路只要元器件品质没问题,连接无误,基本也是100%成功率,如果出现不能工作的情况,先检查电路连接是否有误。由于是双管推挽的,变压器的输出尽可能使用全波/桥式整流,半波整流容易使磁芯饱和而烧坏MOS管(可以想办法把电视高压包内部的整流硅堆破坏掉,不过鉴于ZVS威力的强大,大部分电视高压包的硅堆在一上阵就阵亡了…)。0.68uF的谐振电容一定要用品质好的薄膜电容,可以使用941C系列等高品质无感电容,或者电磁炉谐振电容等适合大功率谐振应用的电容器,这类电容在大电流谐振环境下损耗较小,寿命长。电容的容量不必一定要0.68uF,需根据变压器的规格调整,最简单的方法就是用小容量的电容一个一个并联上去直到效果最好为止。

3. 全桥串联谐振零电流开关电路(Steve Ward的CCPS电路)
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这是由国外鼎鼎大名的爱好者Steve在2006年搞的一个大功率高压电源项目(传送门:http://stevehv.4hv.org/ccps1.htm),效果还是很壮观的!
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原理:这是一个典型的全桥拓扑的变换器,利用对角的开关管轮流导通,产生交变电流驱动高频变压器。由于变压器初级串联了谐振电容,所以通过调整驱动器输出频率,可以让开关管在初级电流过零时导通或者关断,大大减小了开关损耗,提高效率。(此电路具体的实现原理可以参照Steve网站页面上的描述,这里不再搬运了~~~)

制作关键点:此电路较为复杂,需要制作者具备基础的电路基础和开关电源技术基础!!!在确保电路连接无误的基础上,需调整输出频率和占空比,使其在满载时的工作状态处在零电流开关状态(需要用示波器测试)。

[修改于 4 个月前 - 2018-07-06 21:16:34]

2017-7-10 16:58:31
1楼
加上详细一点的制作实例就更好了。要不ry来一个CCPS直播贴吧
2楼
还有一种脉冲放电式的,又分成电容放电和电感放电。
ry7740kptv(作者)
3楼
引用 rudolf:
加上详细一点的制作实例就更好了。要不ry来一个CCPS直播贴吧
这个可以有~
ry7740kptv(作者)
4楼
引用 改装pcp:
还有一种脉冲放电式的,又分成电容放电和电感放电。
本质上一样,都是电压源,脉冲式的在此基础上加了整流和电容储能还有放电隙。
2017-7-26 08:30:27
5楼
还有更简单的
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ry7740kptv(作者)
6楼
引用 XZGXY:
还有更简单的
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典型的感应圈嘛~~
7楼
那你知道那个GV272是什么原件,起什么作用?
ry7740kptv(作者)
8楼
气体放电管,电路原理就是阻容降压然后整流,给C 105充电,当C 105两端电压达到放电管击穿电压后放电管导通,然后C 105放电,脉冲电流流过感应圈,产生高压脉冲,如此循环,就这个原理~~~两个MΩ电阻是泄放电阻,断电后泄放电容余电的,为了安全~~~

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