Vysokonapěťový transformátor z televize
Autor nenese zodpovědnost za případné škody nebo úrazy způsobené experimenty s tímto přístrojem

   Vysokonapěťový transformátor z televize (případně monitoru) je poměrně jednoduchým způsobem, jak získat vysoké napětí. Tyto trafa se dají snadno vykuchat z každé televize. Některé transformátory mají u sekundární cívky zalitou VN usměrňovací diodu a některé (především z monitorů) celý vysokonapěťový násobič. Stejnosměrné napětí je životu nebezpečné! Jedná se o transformátor s feritovým jádrem pracující na vyšších frekvencích (v televizi na 15625 Hz). Tím je umožněno použít daleko menší průřez jádra než u síťového trafa na stejný výkon. Díky vyšším frekvencím a poměrně vysokému počtu závitů na sekundáru (tím i parazitních mezizávitových kapacit) má tento transformátor svou rezonanční frekvenci. Lze ho sice budit i na jiné frekvenci, ale není to vždy ideální. Výstupní proud podobně jako u tesláku prochází povrchem těla a způsobuje popáleniny, nemůže (neměl by) však zabít. Může se však stát, že se frekvence náhodně sníží a poteče životu nebezpečný proud! Primár trafa je obvykle nutné převinout. Zbytečně malý počet závitů pouze zvyšuje sycení jádra, které pro ferity má být asi do 0.5T. Transformátor se pa silně zahřívá a zapojení odebírá velký proud. Obvykle vyhovuje asi 10 závitů (závisí na průřezu jádra, materiálu, budícím napětí). Například primární vinutí VN trafa z televize Merkur není třeba převíjet, jelikož je vyrobeno na 15V, ale třeba u trafa z elektronkové televize je primár na mnohem vyšší napětí. Výstupní napětí se pohybuje zhruba od 10 kV do asi 20 kV.


Vyřazení zalité usměrňovací diody

     Přítomnost diody se dá zjistit změřením odporu sekundáru. Ohm-metrem změříme odpor v obou směrech, tedy nejdřív třeba s červeným hrotem na živém konci a pak s černým hrotem na živém konci cívky. Ukáže-li měřidlo při obou měřeních přibližně stejný údaj, tak v trafu není dioda (nebo je proražená). Diodu lze vyřadit několika způsoby. Prvním způsobem je postupné odlamování nebo odvrtávání zalévací hmoty. Dá se tak dostat až k místu, kde je konec sekundáru spojen s diodou. Postupovat se musí pomalu, jinak se může poškodit vinutí. Tuto metodu jsem několikrát použil u trafa z televize Merkur. Dalším způsobem je diodu zničit. Dá se předpokládat že dioda je na na poměrně malý proud, takže lze roztavit její PN přechod stejnosměrným proudem. Je třeba vzít v úvahu, že vinutí nevydrží dlouhodobě velký proud, a že úbytek na diodě v propustném směru může být i několik desítek voltů (většinou ale jen tak 1-2V). Jiným způsobem je prorazit diodu vysokým stejnosměrným závěrnýn napětím z nabitého kondíku. Zde však vzniká problém s dostatečným napětím (až několik desítek kV).

Budič 1

   Pro buzení lze použít mnoho různých budičů. Používají se i zpětnovazební. Mně se osvědčilo například zapojení podle tohoto schématu. Generátor signálu tvoří můj oblíbený obvod 4046. Zenerka stabilizuje ladící napětí, aby při zatížení zdroje nekolísala frekvence. Odpor R2 natavuje minimální kmitočet oscilátoru. Součástky R3, C2 nastavují nejvyšší kmitočet. Střída je u tohoto budiče trvale nastavena na 50%. Ke spínání primárního vinutí slouží tranzistor MOSFET. Původně byl výstup IC1 připojen přímo k MOSFETu, ale kapacita gejtu je příliš vysoká, takže se tranzistor neotvíral skokem a dost se zahříval a proto jsem přidal ještě komplementární dvojici spínacích tranzistorů, které slouží jako výkonový zesilovač. V nouzi lze použít i klasické BC547 a BC557. Unipolární tranzistory se k těmto účelům výborně hodí, jelikož dokáží velice rychle sepnout i rozepnout a snadno se ovládají. Může to být téměř libovolný typ. Díky napěťovým špičkám při rozpínaní se může stát, že bude překročeno napětí 100V, takže se vyplatí použít alespoň 200V MOSFETy (např. IRF640). Při nižších napájecích napětích vyhoví i 100V MOSFETy (např. IRF520, 530, 540). Tranzistor při nižších frekvencích moc nehřeje, ale při vyšších už docela dost, takže je nutný chladič a případně i větrák. V případě napájení napětím do 15V lze vyřadit stabilizátor. Minimální napájecí napětí je asi 9V, jinak se FET neotevírá naplno a značně se zahřívá.
     Toto zapojení má oproti variantě budiči 2 vyšší výstupní napětí. Ve chvíli, kdy je T1 rozepnut (spodní konec vinutí je v podstatě úplně odpojen z obvodu) má nasycené jádro tendenci vracet energii zpět do obvodu. Díky tomu se vytvoří výše zmiňovaná napěťová špička na primáru. Špička se však indukuje i v sekundárním vinutí a díky ní dojde k přeskoku jiskry na delší vzdálenost.


Budič 2

   Je v podstatě identický s předchozím zapojením. Změna je v přidání dalšího budícího tranzistoru a primárního vinutí. Toto zapojení se označuje jako push-pull. Vinutí jsou nyní orientována proti sobě - sepnutím T1 se v jádře vytváří opačný magnetický tok než při sepnutí T6. K invertování signálu pro druhý tranzistor slouží invertor 4069 nebo podobný obvod. Zbytek invertorů v pouzdře slouží jako proudové zesilovače. Toto zapojení narozdíl od prvního nikdy nenechá jádro "dělat si co chce" - ve chvíli rozepnutí jednoho tranzistoru ihned sepne druhý. Díky tomuto zapojení by na kolektoru rozepnutého tranzistoru mělo být vždy maximálně něco kolem 2x VCC (platí pouze za předpokladu, že intervaly sepnutí tranzistorů na sebe přesně navazují). Na sekundáru se u tohoto zapojení nevyskytují tak vysoké napěťové špičky, což mírně sníží výstupní napětí a délku výbojů, zato se však zvýší výstupní proud. V některých případech je to výhodnější. Toto zapojení jsem vyzkoušel s transformátorem z nějaké hodně staré elektronkové televize (4 obrázek z leva). Výboje už neměly fialovou, ale bílo-žlutou barvu a za 30s se špička šroubováku nažhavila do ruda (odběr ze zdroje byl při 24V asi 2A).


Budič 3

   Jde o zapojení pro nejvyšší výkony. Díky můstkovému zapojení koncového stupně nebo přesněji díky paralelním diodám v MOSFETech je odstraněn problém s napěťovými špičkami. Jako generátor signálu jsem použil obvod TL494 z impulzního počítačového zdroje. Různé rákosnické verze jsou označovány třeba KIA494 nebo IR3M02 a téměř jistě i jinak. Díky tomuto obvodu je možné řídit i "dead time" budícího signálu a tím i výkon. Kvůli nízkým frekvencím je nevhodné používat budící transformátor, takže jsem buzení horního MOSFETu v můstku vyřešil pomocí optronu. Použil jsem typ HCPL3101, který je pro buzení MOSFETů určen. Napájení výstupní části optronu musí být galvanicky odděleno, takže používám pomocný transformátor TR1 (klidně i baterie nebo akumulátor). Integrovaná dioda v MOSFETech je na těchto nízkých frekvencích ještě použitelná. V případě použití IGBT je třeba připojit externí diody D2 a D3. S použitými součástkami je frekvence nastavitelná asi od 5 do 80kHz. Zmenšením odporu P2 na 22k se nejnižší frekvence zvýší na 15kHz, což je bezpečnější.

   Na fotce je můj experimentální polomost s IGBT tranzistory BUP314 (1200V, 52A - trošku předimenzované, ale větší jsem nesehnal :-) a diodami MUR860. Ostatní připojené součástky jsou už jen kondenzátory a ochranné 18V zenerky na gejtech (nejsou nutné). S jedním starým trafem (4 obrázek zleva nahoře) jsem dosáhl při příkonu asi 2A na 100V DC a frekvenci 20kHz docela solidních výbojů. Oblouk sice naskočil jen na 5mm, ale byl tak horký, že se dal táhnout až na 5cm a neměl modrou, ale bílo-oranžovou barvu a průměr asi 1cm! Po asi 10 vteřinách špička nebohého šroubováku začala hořet a prskat jak prskavka. Po usměrnění zdvojovačem napětí jsem získal poměrně solidní zdroj pro svůj mini TC.

   Tato varianta narozdíl od minulých umožňuje napájet trafo velkým napětím při malém proudu, což je nesmírná výhoda. Trafo musí mít při napájení tímto budičem při napětích kolem 100V víc závitů na primáru. Při mých experimentech jsem navinul asi 20 závitů klasikého CuS o průměru 1,3mm. Důležitá je také vazba primár sekundár. Pokud je moc silná, dojde při zkratu sekundáru k velkému proudu budičem, takže primár musí být na protějším sloupku jádra než sekundár. Pokud je vazba slabá, bude zkratový proud ještě menší než při tažení oblouku (alespoň v mém případě s to tak chovalo). VN trafa, jak jsem se již zmínil, mají určitou rezonanční frekvenci. Docela stejnoměrně pracují všechny asi do 15kHz, pak napětí klesá a při rezonanci se prudce zvýší. Při výkonech kolem 200W je však toto napětí již tak velké, že může dojít k průrazu vinutí. Pokud má trafo sloužit jen jako zdroj VN třeba pro teslák, je výhodnější ho používat na frekvencích pod 20kHz.
   U toho to zapojení mě celkem zarazilo, že transformátor se nějak zvlášť nezahříval ani při příkonu 200W po dobu několika minut. Musel jsem však nahradit kovovou stahovací konstrukci plastem. Při takových výkonech totiž vznikající vířívé proudy jakýkoliv kov v blízkosti cívek neúměrně zahřívají. Momentálně se pokouším sehnat několik stejných transformátorů a pokusím se je zapojit paralelně. Měl byt tak vzniknout výkonný zdroj s napětím asi 10kV / 800W DC vhodný pro napájení TC.

Experimenty

    Vysoké střídavé napětí přivedené na jeden konec "zdravé" žárovky vytvoří uvnitř výboje. Případně lze druhý konec u přepálené žárovky uzemnit. Mezi konci se zapálí oblouk, ale pozor na propálení skla! Navíc žárovky jsou plněny plynem (tuším argonem), takže při opravdu velkém zahřátí může baňka i vybuchnout! Studený konec sekundární cívky jsem při experimentech raději uzemnil. Střídavé napětí lze rovněž usměrnit vysokonapěťovou diodou (anoda na výstup z trafa). Případně lze na výstup trafa připojit násobič. Do násobiče se však nesmí pustit příliš vysoké napětí, jinak se prorazí diody. Násobič nelze připojit za trafo s usměrňovací diodou. Vzniklé stejnosměrné napětí lze použít třeba k testování elektrické pevnosti materiálů nebo k různým fyzikálním pokusům. Na obrázcích dole je elektricky proražené sklo. Musela v něm být nějaká vada od výroby, protože k průrazu došlo při asi jen 40kV, což je na 2mm sklo trochu málo. Daleko zajímavější však je, že k průrazu došlo na dvou místech zároveň. Zem budiče se při pokusech se stejnosměrným napětím musí spojit s uzemněným předmětem (topení, kolík v zásuvce, ...), jinak hrozí přeskoky uvnitř napájecího zdroje. Při manipulaci se stejnosměrným napětím je třeba postupovat opatrně - s trochou smůly může dotyk způsobit i smrt (při experimentech se nevyplatí držet se topení atd. :-). Při manipulaci s kondenzátory se před dotykem vyplatí přesvědčit se, že jsou vybité. Stejnosměrné napětí se dá použít také jako improvizovaný zdroj pro teslův transformátor.





Poslední aktualizace: 8.7.2005

webzdarma.cz