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动手的快乐 ZVS+MARX 人造闪电的制作及问题分析

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发表于 2011-11-18 11:42:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
动手的快乐 ZVS+MARX 人造闪电的制作及问题分析

    最近迷上了高压电路,网络上看了很多文章,也折腾了一些东西,从DC-DC开始中毒的,对高电压的追求,已经不满足于液晶高压板电路(高频高压,千伏级别,小电流)和闪光灯电路(大约400V直流,大电流瞬间放电),于是将注意力转移到万伏级别的电路上.经过一番学习和比较,考虑到实际条件,决定先造一个简单的小型高压电路.至于特斯拉线圈这样的大家伙,要靠经验的积累以及财力和精力的支持,打算放到以后再折腾了.
      这次折腾的是一个网络上流行的老外设计的ZVS电路,由10-40V直流电源,经过震荡升压电路,达到大约10-20KV.输出为直流,这与使用了内部带有高压硅堆的高压包有关.
之后,通过制作一个10级MARX马克思发生器,将电压提升到大约接近200KV,高压击穿空气,能够造成超过10公分长的人造闪电.
      下面说说折腾的过程,以及遇到的一些问题.

        首先是ZVS部分的电原理图.只有十几个元件,很简单.照图施工就可以,甚至可以不用电路板,在散热片固定好场效应管以后“搭棚”焊接都可以。
     需要注意的是:
     470欧姆的电阻功率要足够;
     两个二极管需要使用快恢复管;
     谐振电容承受比较大的功率,要使用质量好的、耐压足够的高频电容;
     高压包的使用比较随意,高压次级线圈完好的旧包就可以。初级线圈自己在裸露的磁芯上用足够粗的导线(最好是1.0直径以上的漆包线)绕5+5圈,中间抽头就可以了;   
     IRFP250倒不是必须用这个型号,但是图中特别提到关于它的参数,耐压要高于4倍电源电压,电流足够大,导通电阻小于150毫欧。特别需要注意的是,这个家伙比较娇气,焊接的时候要注意静电防护,另外,在测试的时候需要加散热片,不然如果电路故障,可能瞬间损坏。 正常工作的时候,倒几乎没有什么温度。
     最麻烦的是那个电感,需要几次调整才能达到合适的程度,这个就比较麻烦了。我是用0.62漆包线,现在4厘米磁环上绕了15圈,然后增减圈数,最后确定在25圈左右比较合适。通过拆用开关的电源上的电感替换测试,感量大约在130微亨。
1.jpg

     为了避免使用不合适的元器件造成试验不成功,我直接从天狼晓月那里买了套件,这样简单多了。
2.jpg
购买地址: http://item.taobao.com/item.htm?id=12494790954

   下面是制作的成品,正反两面,反面的元件用红色标记。
4.JPG
3.jpg
IMG_0022 1.jpg


    这是我另外选购的高压包,买其它配件的时候顺手买的,好像已经被我把内部硅堆击穿了,电压给得太高了。
5.jpg
http://item.taobao.com/item.htm?id=43559043
三星17吋纯平彩色显示器行输出变压器

      电路搭好以后,实验的效果。12V电压的情况下,开始击穿空气的距离大约3-5毫米,拉弧可以到4公分左右熄灭。估算电压大约在万伏左右。24V电压的时候更高。
6.JPG

     关于这部分电路遇到的问题:电路搭好以后,不工作,两个管子发热,电源显示接近短路状态,经过反复检查电路本身并没有问题,甚至把元件都焊下来检测了一遍,也都没有问题。电路在4V的时候开始有电流,5V就达到3A电流,结果电源受不了,最高输出就是5V3A了,怎么也达不到12V。
     很郁闷,与天狼晓月请教,觉得有用的几句话摘录如下:
     1、        高压包上的线圈,不能双线并绕,要分别绕。
电子爱好者 (16:23:37):
高压包上是0.68 5+5圈,双线并绕,首尾相接做中间抽头
天狼晓月 (16:32:40):
你不要那样绕。两个线圈分开绕。
0.68的线太细。
     2、由于我的电源功率有限,在负载重的时候达不到12V,导致场效应管没有在正常工作状态上,严重发热,电路不工作。
天狼晓月 (16:34:05):
设计最低工作电压12V
你输入电压太低他就根本没在工作状态。
     3、        虽然这个我没出问题,但是对其它爱好者们提醒如下:快恢复二极管和稳压二极管有没有焊反?场效应管的管脚是否正确?
7.jpg
     4、        关于电路的工作状态,摘录天狼晓月的对话如下,很有参考价值:
天狼晓月 (11:40:41):
对的。
通电后MOS管发热不?
哪个发热?
电子爱好者 (11:40:56):
基本不热
时间长了才热,但是我的电源会饿着它们,热不起来
天狼晓月 (11:41:20):
哪个热?
电子爱好者 (11:41:20):
过流保护
天狼晓月 (11:41:23):
全热?
还是一个热?
电子爱好者 (11:41:27):
是,都热
天狼晓月 (11:41:35):
都热是两种情况。
要么已经工作起来了。
要么电路彻底错误了。
因为如果电路不工作,状态是只有一个热。
电子爱好者 (11:46:43):
怎么确认已经工作?
天狼晓月 (11:50:29):
恩,有个简单的办法,你如果有LED的话,在变压器初级上绕个十几圈漆包线,接LED。应该会亮,或者会把LED烧掉。。。

    最终问题的解决:
    电源的问题!呵呵,看来一个好的实验电源对电子爱好者还是相当重要的。
    这个电路的工作电压是10-40V,低于这个电压,电路不再工作点上,无法正常工作。而我的实验电源由于功率问题,在大电路的时候电压被拉低。后来找了一个12V6.5A的开关电源,电路就工作了。
    给其它爱好者一个借鉴吧!


    下面是马克思发生器的部分:
    原理图如下,具体工作原来大家可以自己百度。
    实际组装的时候,电容之间的电阻使用1M欧的高压电阻,高压包出来的第一支充电电阻使用8-10M欧姆。
81.jpg

    电路使用的电容很重要:高耐压!高频!允许大电流放电。
    电容的选择有很多,因为第一次试验,本着经济的考虑,我从天狼晓月那里买了一些处理品,呵呵。
82.jpg
http://item.taobao.com/item.htm?id=4159324023
20KV(25KV) 560pF 高压瓷片电容  此陶瓷电容允许脉冲大功率放电,适用于火花放电场合

      本来我从网络上搜索的时候,选用了这个电容排,图的是它的外形,觉得肯定好安装,中间焊接上电阻就可以了。结果被天狼否定了,对话在下面,大家就别再走弯路了。
高压陶瓷电容排300PF20KV 静电喷涂模块
83.jpg
天狼晓月 (11:24:27):
不能用。
这个是倍压电路里用的,而且是静电电容。
天狼晓月 (11:24:55):
他构建静电电场用的,火花放电会很细小。因为内阻大。
MARX里是不行的,


     电阻也很重要,一定要使用高压电阻,以及功率要足够。普通电阻在高压下电阻会发生变化,最麻烦的是,很容易被打火击穿。我的电路在提高电压的时候,把这个电阻也打残废了一个。后来我把电路全部用704胶封闭了,这个效果不错,很少打火了。
84.jpg
http://item.taobao.com/item.htm?id=3459385727
1MΩ 2W 高压电阻

     马克思电路电压很高,一般的线路板安装容易打火,所以需要一个绝缘支架。一般是用有机玻璃之类的东西制作,我暂时找不到,但是我找到了一个文件夹,塑料很厚实,差不多有一毫米,绝缘性和强度都不错。用电警棍打了一下,打不透,就选用它了。长度刚好合适做个10级的马克思发生器。没啥说的,下刀!

85.JPG

    我裁取了10公分宽的一块塑料板,长度大约33公分。折了三折,便于直立,以及防止高压打火。均匀地打了20个孔,把电容装到反面了,并且用704胶封闭管脚和过孔。
86.JPG

    正面焊接了20个电阻。打火间隙很有意思,直接用电容的脚的时候,闪电长度只有4公分左右。后来发现老婆的腰带上有一些园头的铜铆钉,因为装得不牢固,经常掉一些,老婆正烦恼,我就全给拆了下来,废物利用了。把这个东西焊接在放电间隙上,效果还不错。
87.JPG

      最终的实验效果,电弧长度超过10公分,图片上的放电电极之间的直线距离是11公分。  放电电极是用铜丝弯了个球,然后用焊锡填补成球状,效果也不错。
     这个长度电弧的工作条件是:输入电源24V,电流超过1A。
88.JPG
     目前的问题:可能是由于电压太高,击穿了高压包内的硅堆,所以有很多高频成分进了马克思发生器电路,效率降低,并经常拉出离子弧,看来我需要一个新的硅堆了。
发表于 2013-10-7 02:33:43 | 显示全部楼层
等對電子了解在diy.
发表于 2014-1-13 23:52:38 | 显示全部楼层
牛,太牛了。
发表于 2015-5-23 18:13:09 | 显示全部楼层
电弧那么小也会击穿。。。。。高压包质量好差。。。。
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