动手的快乐 ZVS+MARX 人造闪电的制作及问题分析

逍遥隼

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。


     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。

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。





    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。

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。


     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？

     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。


    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。

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

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。

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！



    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。


    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。


      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。

     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。

lu328

等對電子了解在diy.

wl46195

牛，太牛了。

羊羊羊

电弧那么小也会击穿。。。。。高压包质量好差。。。。