• Author / Uploaded
• Jose Antonio Lopez Sanchez

Citation preview

Sonda de Alto Voltaje En ocasiones es necesario medir voltajes de corriente directa de varios miles de voltios. Dado que la mayoría de los multímetros tienen un rango máximo de 1000 volts, de manera que no podemos medir directamente estos voltajes. Vamos a mostrar como construír una sonda para medir voltajes de corriente directa de hasta unos 25,000 volts. La construcción es sencilla y nos ahorra mucho dinero, ya que una sonda comercial puede costar mucho más que el propio multímetro. El principio de funcionamiento de la sonda es el divisor de voltaje. Un divisor de voltaje es un arreglo de resistencias cuyos valores harán que obtengamos un voltaje de salida Vs, que será una fracción del voltaje de entrada Ve. Normalmente Ve es el alto voltaje que queremos medir y Vs es un voltaje pequeño que si podemos medir con el multímetro.

Como se muestra en la figura, escogiendo las resistencias R1 y R2 adecuadamente, podríamos obtener un factor R2/(R1+R2)que nos proporcione un voltaje de salida que sea una milésima parte del voltaje de entrada que queremos medir. Si por ejemplo el voltaje de entrada es de 25,000 V, el voltaje de salida será de tan sólo 25. Por supuesto estos 25 V podremos medirlos con nuestro

multímetro sin ningún problema. Así, ya sabremos que el voltaje que nos diga el multímetro habrá que multimplicarlo por 1000, por lo que una lectura de, digamos 3.75 V en el multímetro, significa que tenemos un voltaje de 3750 V.

Tenemos que considerar que todo multímetro tiene una resistencia interna que afectará los calculos de R1 y R2. Esta resistencia, que llamaremos RM, es de 10 Mega Ohm en la mayoría de los multímetros.

A continuación mostramos los cálculos requeridos para calcular los valores de las resistencias.

R1 debe ser una resistencia muy grande, idealmente de varios Giga ohms. Estas resistencias son difíciles de conseguir. En nuestro caso utilizamos un valor para R1 de 200 Mega Ohm. Para ello, colocamos 20 resistencias de 10 Megas en serie. La resistencia R2 son dos resistencias del 100 K cada una, para un total de 200 Kilo Ohm. El diagrama de la sonda queda así:

La conexión a tierra debemos duplicarla, una de ellas se coloca a algún punto a tierra física, para proteger el multímetro. La otra terminal de tierra se coloca al negativo del alto voltaje. La punta de prueba se coloca al positivo del alto voltaje. Es conveniente encerrar todas las resistencias en un tubo plástico para un mejor manejo.

Debido al uso de resistencias de un valor relativamente pequeño, la precisión de esta sonda se reduce, los voltajes obtenidos pueden variar en un 10% aproximadamente de los reales, pero nos da una muy buena idea de los valores que manejamos. Si puedes conseguir resistencias mayores, tu sonda será más precisa. A continuación un video explicativo:

Publicado por Manuel en 19:43 Enviar por correo electrónicoEscribe un blogCompartir con TwitterCompartir con FacebookCompartir en Pinterest Etiquetas: alto voltaje, electricidad, electronica, expereimento, fisica, probador de alto voltaje, tester de alto voltaje

2 comentarios: 1. Antonio Rodriguez Bernal7 de septiembre de 2014, 14:29 Buen trabajo, gracias Responder

2. Ruben Dario Figueredo4 de noviembre de 2014, 4:53 Buen dia,hice esta sonda pero al medir empieza a variar entre 4 y 15 volts alternadamente pasando por otros voltajes por ejemplo 7-9- etc. Es asi o debe medir un valor excto. Muchas gracias muy bueno el blog y especialmente este proyecto. Responder

PUNTA DE ALTA TENSION ALTO VOLTAJE EN LO CRT Los TRC (Tubos de Rayos Catódicos) o Cinescopios, que se encuentran en televisores y monitores, necesitan alto voltaje para lograr que el haz de electrones, emitidos por el cátodo, alcancen la superficie de fósforo para producir el punto luminoso, que luego, gracias a los circuitos de deflexión, recorre la superficie de la pantalla, para crear la imagen. Ese Alto Voltaje de Corriente Continua, es directamente proporcional al tamaño de TRC, o cual significa que cuanto más grande es la pantalla, tanto más elevado es el voltaje requerido, con una relación aproximada de unos1100 a 1200V por pulgada. Es decir, para un TRC de 20" pulgadas la tensión requerida, estará por el orden de los 22000 a 24000V. Esa tensión, es generada en el secundario de alto voltaje del Flyback, rectificado por diodos (generalmente dentro del mismo encapsulado del Flyback) y llega al TRC a través de un cable y conector especial. El TRC tiene en la superficie externa del cono o campana de vidrio una película conductora ("aquadag"), conectada a tierra (ground) del circuito del TV o Monitor y sobre la superficie interna, tiene un revestimiento conductor similar, que forma parte del ánodo del TRC, que es el electrodo al cual se aplica el Alto Voltaje para conseguir "disparar" el haz de electrones sobre la pantalla. Esas dos capas (interna y externa) forman un condensador, cuyo dieléctrico es el vidrio de la ampolla del TRC sobre el cual se encuentran. Ese condensador, por estar conectado entre el alto voltaje (+) y chasis, actúa como un "filtro" para la fuente de alto voltaje. Al apagar el equipo, ese condensador puede quedar cargado, con una diferencia de potencial entre sus placas, de miles de voltios. Se dice comúnmente que el TRC esta "cargado". Esa carga de energía almacenada, puede ser muy peligrosa para quien intente desconectar o manipular el conector de Alto Voltaje. Para evitar una muy desagradable experiencia se debe tener la precaución de descargar el TRC, siempre que sea necesario conectar, desconectar o manipular el conector de Alto Voltaje. Para ello, se puede proceder como se haría con cualquier condensador cargado, es decir: cortocircuitarlo.

La forma más apropiada es, hacer un "corto" entre la cubierta de aquadag y el conector de alto voltaje que se encuentra debajo de la ventosa o popularmente llamado "Chupón". Por lo generar, solo es necesario manipular el conector de Alto Voltaje, cuando se reemplaza elFlyback, el TRC o cuando resulta necesario separar el chasis del TRC. Pero en algunas ocasiones, se suelen presentar "fugas" de Alto Voltaje en dicho conector, las cuales se pueden ocasionar graves daños en los circuitos sensibles del TV, e incluso pueden llegar a dañar el propio Flyback y/o el transistor de salida horizontal. Esas fugas suelen tener como causa, alguna de las razones siguientes (o una combinación de ellas): Exceso de alto voltaje debido a un mal funcionamiento de la fuente B+ o de la etapa de salida Horizontal del TV o monitor. · Deterioro, agrietamiento o perdida de la elasticidad de la ventosa de goma que debe sellar el conector. · Acumulación de polvo, gracitud y humedad en el área En esos casos se debe proceder, con el equipo desconectado, a descargar el TRC, desconectar el conector, limpiar muy bien la ventosa o "chupón" de goma. Se debe revisar muy bien su estado, que no tenga grietas y que tenga la elasticidad adecuada para sellar el área del conector. Si es necesario se debe reemplazar el chupón de goma por uno nuevo. Se puede usar la ventosa de algún flyback dañado, siempre y cuando la misma esta en buen estado y sea similar en tamaño a la que se va a remplazar. Es necesario también, limpiar muy bien toda el área del conector en un radio de unos 10 centímetros eliminando todo rastro de polvo, gracitud, etc. NO olvidar descargar nuevamente el TRC, antes de limpiar, para evitar una descarga desagradable. Para la limpieza se puede usar un paño humedecido en alcohol isopropilico u algún otro solvente suave. Antes de colocar nuevamente, el conector en su lugar, y después de haber limpiado, es aconsejable aplicar aire caliente con un secador, en el chupón y en el área del conector, para eliminar todo rastro de humedad que pudiera quedar. Si se desea, se puede aplicar un poco de sellador de silicona (del tipo usado para sellar parabrisas y peceras), entre el "chupón" y el vidrio del TRC para reforzar el sellado del conector. Esto es muy recomendable en lugares o regiones muy húmedas. Es recomendable que, al terminar el trabajo, el cable de alto voltaje quede separado de otros cables, así como del yugo y la cubierta de aquadag. COMO MEDIR ALTOS VOLTAJES EN EL CRT Para poder medir valores más altos, como por ejemplo, las tensiones aplicadas al ánodo y G3 (Foco) de los TRC (Tubos de Rayos Catódicos o Cinescopios) o al

magnetrón de los hornos de microondas, es necesario contar con una sonda o "punta de alto voltaje". Este tipo de accesorio es algo costoso y a veces difícil de encontrar. Para eso se va a construir una sonda o punta de alto voltaje, que si bien no puede competir con las fabricadas por reconocidas empresas de instrumentos electrónicos, puede ser de gran ayuda en el taller. Básicamente una sonda de alto voltaje, no es más que un circuito divisor resistivo (ver diagrama), que permite reducir en un porcentaje determinado le tensión aplicada, para que pueda ser medida por voltímetro, multímetro o tester de uso común. La punta que se describe aquí, tiene una relación 100/1 o dicho de otra forma es una punta X100, multiplica la escala del instrumento por 100. Es decir, que: si usando sonda, tenemos una lectura de por ejemplo 45V, estamos midiendo una tensión real de 4500V (45 x 100 = 4500). Como se indico anteriormente, esta herramienta, no es de "precisión profesional". Esta calculada para ser usada con un multímetro o tester digital de 10Mohm de resistencia interna, con el cual se obtendrá la lectura más precisa en todas las escalas. También puede usarse en un multímetro analógico de 20.000 ohm/volt, pero solo en la escala de 500VDC (500 x 20.000 = 10 Mohm). Lógicamente su precisión también depende de la calidad o tolerancia de las resistencias usadas. Es recomendable que la misma no sea superior al 5%. Materiales: · Resistencias de 22 Mohm 1 o 2W · Resistencias de 10 Mohm 1W · Resistencia de 1.2 Mohm 1W · Resistencia de 1.6 Mohm 1W · Las dos últimas nombradas pueden reemplazarse por 1 y 1.8 Mohm respectivamente, lo importante es que ambas sumen 2.8 Mohm (2.800.000 ohm) · Tuvo plástico PVC · Tapones para el tubo · Soldadura/cautín/pomada · Caimanes o cocodrilos · Puntas de multímetro · Multímetro

· Pinzas

PROCEDIMIENTO 1. Para empezar se deben de soldar las resistencias en el siguiente orden - R1 – R2 – R3 – R4 – R5 – R6 – R7 – R8 – R9 – R10 – R11 – R12 – R23 Siendo de R1 a R9 de 22 Mohm, R10 a R11 de 10 Mohm, R12 de 1.2 Mohm (1 Mohm) y R13 de 1.6 Mohm (1.8 Mohm)

2. En medio de la R11 y R12 colocar el cable de la punta positiva del multímetro es decir la roja, y en el extremo de R13 colocar el cable de la punta negativa es decir la negra y un poco más arriba de esta ubicar un cable con el caimán como lo indican las siguientes figuras

3. Ubicamos el circuito dentro del tubo PVC, es recomendable cubrir el circuito con un termoencogible o silicona 4. La sonda que da de la siguiente forma:

5. Ahora se procede a probarla con voltajes no tan altos, para que podamos saber si realmente reduce el voltaje sin correr riesgos extremadamente excesivos. - Toma el voltaje de una toma en la que luego puedas probar la sonda. - Conectar los cables al multímetro, seleccionar la escala apropiada, - Conectar el cable de tierra o ground, al chasis o punto adecuado del aparato y por ultimo hacer la medición .No olvide conectar siempre el cable de tierra antes de intentar tomar la medición, de lo contrario se expone a una posible

descarga y/o posibles daños en el multímetro. Es sumamente importante colocar el caimán de polo a tierra para evitar una descarga fatal Coloca la punta en la toma y escribe el resultado.

Por ejemplo la toma que se muestra en la figura es de 123 V y la sonda que se fabrico mide un voltaje de 0.12, lo cual indica que la sonda de alta tensión realmente reduce el voltaje y tiene buena presicion en la medida Debido a las tensiones elevadas a las cuales se verá sometido este dispositivo, se deben tomar ciertas precauciones tanto en su construcción como en su uso. Consideraciones para su construcción: - Es recomendable usar resistencias del tipo de composición, de las que el compuesto se encuentra en la parte interna (núcleo), como se muestra en A. Este tipo de resistencias son un tanto más "resistentes" a las altas tensiones que las de tipo de pirolíticas (o de película resistiva). - Los alambres deben ser cortos y las soldaduras no deben presentar "picos" o puntas, que aumenten el riesgo de formación de "arcos" al trabajar con tensiones muy elevadas (B). - Una vez construida la cadena de resistencias es recomendable probarla con voltajes bajos (100 a 1000V). Si funciona bien, entonces se puede proceder sellar o aislar los componentes. Se puede utilizar para esto, una o dos capas de aislador termo-encogible o cubrir todo con sellador de silicona. - Luego se deben colocar dentro de un tubo plástico y rellenar bien con sellador de silicona. Para darle una mejor presentación y aumentar la seguridad en su manejo, se puede colocar un forro de goma o plástico de los usados en el manubrio de bicicletas para niños. - Para reducir el riesgo de "arcos" al medir tensiones muy altas, es recomendable que la parte expuesta de la punta sea lo más pequeña posible. Advertencia:

Toda medición o manipulación en circuitos eléctricos de Alto voltaje, debe ser realizada tomando todas las precauciones posibles. Si no tiene la experiencia y conocimientos necesarios para trabajar con Alto Voltaje, NO lo intente, las consecuencias pueden ser fatales.

WEBGRAFIA 

http://www.comunidadelectronicos.com/proyectos/sonda-AV.htm



http://www.comunidadelectronicos.com/articulos/altovol-trc.htm

Publicado por sue en 18:34

2 COMENTARIOS:

EdPaez dijo... hola que tal Amigo te felicito por el material, pero tenes un error a la hora de Probar tu punta ... ya que teóricamente seria una relación de x100. Es decir que al Medir con tu Voltímetro digital los 123V de tu linea el debería Marcar 1,2?? .... Ya que 1,2?? x100 =12?,? V espero haberme hecho entender saludos... 24 de junio de 2010, 0:11

Enki Hijo de Anu dijo... Lo que pasa es que el multimetro esta en la escala de 1000 4 de diciembre de 2012, 6:17 Publicar un comentario en la entrada Entrada más recienteEntrada antiguaPágina principal

Suscribirse a: Enviar comentarios (Atom)

Alto volateje diseño

Diseño de una Fuente de Alto Voltaje A High Voltage Source Design MSc. José Enrique Eirez Izquierdo, Dr. Fabriciano Rodríguez González, Dra. Sonnia Pavoni Oliver Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME),Facultad de Ingeniería Eléctrica, Instituto Superior Politécnico ¨José Antonio Echeverría¨.La Habana, Cuba. Email: [email protected] ,[email protected] u , [email protected]

RESUMEN Este documento presenta las experiencias en el diseño de una fuente de alto voltaje, basada en multiplicadores de media onda. La fuente garantizará un voltaje de salida en el orden de 102 V y una corriente en el orden de 10-3 A. Se muestran y analizan resultados experimentales encaminados a su aplicación en la alimentación de un generador de pulsos de alto voltaje. Palabras claves: alto voltaje, multiplicadores, fuente de alimentación. ABSTRACT This paper shows a high voltage power supply design experiences realized by half wave multipliers. The source supplies an output voltage in order of 102 V and current of the order 10-3 A. Experimental results of the power supply applied to a high voltage pulses generator are shown and analyzed. Key words: high voltage, multipliers, power supply.

INTRODUCCIÓN Un elemento fundamental en el desarrollo de un sistema electrónico es la selección o diseño de la fuente de alimentación. En este sentido pueden encontrarse en la literatura diversas variantes circuitales tales como reguladores de voltaje, fuentes conmutadas, entre otras [1]. La importancia de la fuente de alimentación para cualquier sistema radica, en que es la encargada de suministrar la energía necesaria para su correcto funcionamiento. Además en el caso de las fuentes de corriente directa con salida estabilizada, su capacidad de mantener el voltaje constante en la salida, es una cuestión de vital importancia y en la cual no se escatiman recursos. Existen aplicaciones donde se necesita que los voltajes de alimentación sean del orden de 102 V, por ejemplo, en los generadores de pulsos basados en la topología de Banco Marx [2]. Este tipo de circuito consiste en un número n de capacitores que se cargan en paralelo aproximadamente al voltaje de alimentación VCC. Posteriormente son conectados en serie y producen un voltaje igual a n*VCC, en los terminales de salida [2]. Estos generadores consumen corrientes en el orden de los 10 -3 A. Teniendo en cuenta estos aspectos, se decidió fabricar una fuente basada en multiplicadores de voltaje.

Aunque este tipo de fuente esta descrita en la literatura se han encontrado pocos reportes de experiencia práctica en el diseño de este tipo de circuito y su aplicación en la alimentación de un Banco de Marx. El objetivo de este artículo es mostrar nuestras experiencias en este sentido. Se presentarán el estudio teórico, el diseño, la simulación y los resultados experimentales de una fuente que garantice un voltaje de salida de 300 V y una corriente de salida en el orden de 10-3 A. Como ya se dijo se ha seleccionado como configuración un circuito multiplicador de voltaje de media onda [3], que con sólo diodos, capacitores y corriente alterna se pueden obtener diversos niveles de directa. Este tipo de fuente con multiplicadores además de poder utilizarse en generadores de pulsos [4], son utilizados en fuentes de alimentación de los televisores y en aplicaciones espaciales [5] entre otras. MULTIPLICADORES DE VOLTAJE. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Este tipo de circuito permite obtener un voltaje con un nivel de directa igual a un factor entero multiplicado por el valor pico de la señal de entrada. El principio de operación de estos circuitos es la carga sucesiva de condensadores debido a la habilitación en cascada de diodos. En la figura 1 se muestra el esquema de este tipo de fuente. D1, D2, D3 y D4 son diodos, VC1, VC2, VC3 y VC4 son los voltajes en los capacitores y VO1, VO2, VO3 y VO4 son voltajes medidos en diferentes nodos del circuito. Este tipo de circuito eleva el voltaje de salida a dos, tres, cuatro o más veces el voltaje máximo de la señal de entrada rectificada, como se puede apreciar en la figura 2 y se explicará en la siguiente sección.

MULTIPLICADOR DE VOLTAJE DE MEDIA ONDA Para multiplicar por tres o por cuatro el voltaje de entrada pico Vm pueden conectarse en cascada dos duplicadores de media onda. Como se muestra en la figura 2, durante el primer cuarto de ciclo (0 d» ùt d» ð/2) del voltaje de entrada vS, el capacitor C1 se carga a Vm a través de D1. Durante el tercer cuarto de ciclo (ð d» ùt d» 3ð/2), observe que se aplica al capacitor C2 a través de D2, un voltaje 2Vm, pues al voltaje vs de la fuente se suma el del capacitor C1 que ya estaba cargado a Vm. Entonces el capacitor C2 se carga a 2Vm por medio de C1 y D2. Durante el quinto cuarto de ciclo (2ð d» ùt d» 5ð/2), el capacitor C3 se carga a 2Vm a través de C1, C2 y D3. Durante el séptimo cuarto de ciclo (3ð d» ùt d» 7ð/2), el capacitor C4 se carga a 2Vm, por medio de C1, C2, C3 y D4. Dependiendo de las conexiones de salida (VO1 voltaje en el capacitor C1, VO2 voltaje en el capacitor C2, VO3 suma de los voltajes en los capacitores C1-C3 y VO4 suma de los voltajes en los capacitores C2-C4), el voltaje de salida de estado estable puede ser Vm, 2Vm, 3Vm o 4Vm. Si se utilizan más secciones de diodo y capacitor, cada capacitor se cargará a 2Vm. El voltaje pico inverso (VPI) de cada diodo es VPI = 2Vm, por lo que deben completarse un par de ciclos antes de que se alcancen las condiciones de estado estable [4-7]. FUENTE DE ALTO VOLTAJE BASADA EN MULTIPLICADORES DE VOLTAJE Con una topología similar a la del cuadriplicador, mostrado en la figura 1, variando el número de etapas, puede diseñarse una fuente de alto voltaje. En el diseño que se expone en este trabajo, se utilizó el circuito de la figura 3, que solo difiere del discutido en la sección anterior en que se incluyen 2 capacitores y 2 diodos más. Esta modificación tiene como fin poder lograr un multiplicador de seis etapas y así alcanzar el voltaje máximo deseado V900 = 6Vm. O sea el circuito propuesto tiene 6 diodos 1N4007 y 6 capacitores polarizados (el terminal positivo es el de la derecha en la figura 3) de 22 µF y 250 V cada uno.

En la entrada, representada por la fuente VAC en la figura 3, se le aplican 110 Vrms de corriente alterna. Si la salida V900, se toma entre los nodos 2 (negativo) y 7 (positivo) del circuito, se obtienen alrededor de 900 V de corriente directa (dados por la suma de los voltajes de los capacitores C2, C4 y C6). De este nivel serán analizados en este documento alrededor de 300 V (denominado V300), para ello puede tomarse la salida entre los nodos 2 (negativo) y 4 (positivo), o sea en el capacitor C2 y 900 V (denominado V900) tomados entre los nodos 2 (negativo) y 7 (positivo). Se decidió hacer la fuente de modo que pudiera alcanzar más de 900 V, porque esto permite obtener varios niveles de voltajes, tomados en distintos puntos del multiplicador.

RESULTADOS DE SIMULACIÓN Se utilizó el programa PSpice8 para la simulación del multiplicador de 6 etapas propuesto en la figura 3. Con el fin de simular el comportamiento de la Red de Distribución Nacional (RDN), se empleó una fuente de voltaje de alterna sinusoidal (VAC) que se configuró con una amplitud Vm = 155,56 V y frecuencia f = 60 Hz. En la figura 4 se muestran los resultados de la simulación correspondientes a los voltajes VAC, V300 y V900. También se puede apreciar que en un tiempo de alrededor de 0,9 s se establece el valor de voltaje de V300 y V900, los cuales se mantienen estables a lo largo del tiempo de simulación.

Por otra parte, V300 en un tiempo de aproximadamente 0,9 s se establece alrededor de 300 V (exactamente 308,54 V). Por último, V900, que es la suma de los voltajes de los capacitores C2, C4 y C6, como se observa en el resultado de la simulación, tras un tiempo de establecimiento alcanza un valor de 900 V (exactamente 922,466 V). Estas simulaciones se hicieron sin carga aplicada en las salidas (V300 y V900). Después de analizar los datos obtenidos en la simulación, se comprobó que están en correspondencia con los valores esperados. El capacitor C2 se debe cargar a 2Vm = 311,13 V y en la simulación V300alcanzó en 0,9 s el 99,17 % de este valor. Algo similar ocurre con V900, que en 0,9 s llegó al 98,83 % de 6Vm = 933,38 V, que es el valor esperado para esta variable. Se simuló también el circuito de la figura 3, pero en este caso con un resistor de 1 M&! conectado entre los nodo 2 y 4. Esta simulación se realizó con el fin de medir la corriente que pasa por dicha resistencia, la cual puede ser calculada con un simple despeje de una Ley de Ohm según las expresiones (1) y (2):

Además, se desea conocer cuál es el valor de V300 ante la presencia de una carga que le demande una corriente distinta de cero, para saber la variación de voltaje con respecto a cuando no tiene carga aplicada. En la figura 5b se muestra, como resultado de la simulación, la corriente que deberá entregar el multiplicador a dicha carga de 1 M&!, IL tiene un valor de 307,436 µA, lo cual representa un error relativo al calculado (300 µA) de un 2,47 %. También se puede apreciar que en alrededor de 1 segundo se establece el valor de V300 (307,688 V), el cual se mantiene estable a lo largo del tiempo de simulación. Se aprecia una ligera disminución de este con respecto a su valor (308,54 V) sin carga, como se esperaba.

MATERIALES Y MÉTODOS DEL TRABAJO EXPERIMENTAL El circuito mostrado en la figura 3 se montó y para verificar cómo se iba a comportar ante diferentes condiciones de trabajo, se le hicieron tres tipos experimentos: sin carga (RL = «), con una carga RL = 1 M&!, y con el circuito Banco Marx como carga. En cada experimento se hicieron mediciones simultáneas con tres multímetros Agilent 34401A, 6½ Digit Multimeter: dos de ellos midiendo voltaje(en V300 y VAC, según el experimento) y el tercero, para evaluar la corriente en la carga. Para cada variable se tomaron alrededor de 100 muestras en cada experimento, separados por un intervalo de tiempo de 30 s. Los datos fueron procesados estadísticamente y graficados con el programa EXCEL de Office 2007. También se midió el voltaje de rizado utilizando el osciloscopio, HAMEG Instruments, Analog Digital ScopeHM 1507.

RESULTADOS EXPERIMENTALES DE V300 PARA DIFERENTES CARGAS Uno de los experimentos fue medir V300 tomado entre los nodos 4 (positivo) y 2 (negativo) de la Figura 3. Las condiciones fueron las siguientes (VAC) rms = 110 V de alterna (procedente de la Red de Distribución Nacional), con los puntos 2 y 7 (figura 3) en circuito abierto, sin carga aplicada (RL = «). Además se midió el voltaje de rizado que presentaba V300 bajo las condiciones dadas. Después de procesar los datos obtenidos, se presenta un gráfico que ilustra el comportamiento de V300ante un resistor de carga de valor infinito, con respecto al tiempo. Los resultados se muestran en lafigura 6, donde se puede apreciar que V300 presenta un valor promedio aproximado de 334,88 V, con una desviación estándar de 1,97 V. El error relativo entre este valor medio obtenido y el esperado (311,13 V) es 6,52 %. Para V300 frente a una carga de 1 Mohm, se obtuvo un valor promedio de 333,49 V y una desviación estándar de 2,17 V. El error relativo entre el valor medio obtenido y el esperado (311,13 V) es 7,18 %. Finalmente V300 frente al Banco Marx como carga, tiene un valor promedio de 331,42 V y una desviación estándar de 4,13 V. El error relativo entre el valor medio obtenido y el esperado (311,13 V) es 6,52 %. Buscando un promedio, de los valores promedio, se aprecia que para diferentes cargas se mantiene cerca de 333,26 V, aspecto de gran importancia ya que evidencia cuan estable se puede mantener la salida de voltaje de la fuente, ante condiciones de trabajo específicas. Para explicar el origen de las fluctuaciones obtenidas en V300, para cada experimento realizado se estableció una comparación con las muestras tomadas de VAC. Por simple inspección de los datos resultantes se observó una estrecha relación entre ambas variables y se demuestra cuantitativamente el cálculo del coeficiente de correlación (r), que resultó ser de 0,946 y de 0,998 con un resistor de 1 M&! y con el Banco Marx como cargas, respectivamente. Estos coeficientes con un valor muy cercano a la unidad, demuestran la estrecha dependencia que existe entre estos voltajes. Además también ayudan a explicar que las variaciones que se aprecian en V300 son producto de variaciones en la RDN y no son introducidas por la propia fuente.

RESULTADOS EXPERIMENTALES DE IL PARA DIFERENTES CARGAS Otro de los experimentos fue medir IL, que representa la corriente que fluye por la carga RL. Las condiciones fueron las siguientes VAC= 110 Vrms de alterna, con una carga RL= 1 M&! conectada entre los nodos 2 y 7 figura 3. La corriente IL presentó un valor promedio de 0,332 mA y una desviación estándar de 0,0022 mA. El error relativo entre el valor medio obtenido y el esperado (0,311 mA) es 6,75 %. Por último se midió IL pero ahora la carga RL será el circuito Banco Marx que se conecta a los nodos 2 y 7 del circuito de la figura 3. En la corriente IL se observó un valor promedio de 0,124 mA, con una desviación estándar de 0,00603 mA. Estos resultados se muestran en la figura 7. VOLTAJE DE RIZADO PARA DIFERENTES CARGAS Para una carga RL= « como se puede apreciar en la figura 8, el rizado para V300 resultó menor que 1 V (exactamente 0,874 V), lo cual representa 0,28 % del valor medio obtenido para esta variable. Se comprobó que la frecuencia de la señal medida

fue de aproximadamente 59 Hz, próximo a los 60 Hz, que es el valor esperado por tratarse de un rectificador de media onda. El rizado está provocado por la carga y descarga de los capacitores. Para una carga RL= 1 M&! el voltaje de rizado correspondiente a V300,fue menor que 3,5 V (exactamente 3,40 V), lo cual representa 1,02 % del valor medio (333,49 V). Finalmente para una carga RL= Banco Marx el voltaje de rizado fue de 1,20 V, lo cual representa 0,36 % del valor medio (331,42 V).

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES En la Tabla 1 se presentan en conjunto los resultados obtenidos para VAC e IL en los tres tipos de experimentos realizados. Como se puede apreciar en la Tabla 1, el valor promedio de la fuente (V300) disminuyó ligeramente (en un 1%) cuando se le conectó una carga a ella con respecto a cuando se midió sin carga. Por otra parte el voltaje de rizado aumentó con la presencia de una carga, según lo esperado, con respecto a su valor cuando no hay carga aplicada, ya que los capacitores se descargan más que cuando no tienen carga conectada (RL = «). También se aprecia un aumento de la corriente que pasa por la carga (IL), cuando existe una disminución de esta (RL). Se debe destacar que aunque no se midió el valor de la resistencia equivalente del Banco Marx entre los nodos de alimentación, se aprecia que es mayor que 1 M&!, aspecto que se comprueba observando los valores de las corrientes en laTabla 1. Este valor se atribuye a la resistencia propia de las uniones PN de los transistores que conforman el Banco.

CONCLUSIONES Se mostraron las experiencias prácticas en el diseño de una fuente de alto voltaje y su aplicación en un Banco de Marx. Se presentó un estudio de los aspectos teóricos de los multiplicadores de voltaje de media onda, como topología utilizada para la fuente de alimentación. Se diseñó, simuló y fabricó una fuente de alimentación que garantiza un voltaje de salida de aproximadamente 300 V (V300) y una corriente del orden de los mA. Se midió sin carga aplicada el voltaje V300, presentando un valor promedio de 334,88 V, con un voltaje de rizado de 0,874 V, lo cual representa un 0,28 % del valor promedio. Para una resistencia de carga de 1 M&!, un voltaje promedio de 333,49 V, con un rizado de 3,4 V, representando un 1,02 % del valor promedio y una corriente promedio de 0,332 mA. Se comprobó la estrecha relación entre el voltaje de entrada (Vac) del multiplicador y su salida (V300), aspecto que justifica las variaciones que se producen en este último.

Esta afirmación está sustentada en el cálculo del coeficiente de correlación (r) entre Vac y V300 el cual es de aproximadamente 99,78 %.

REFERENCIAS 1. Lastres Capote, A., A. Nagy, and A. Torres Colón, Monografía: El Diodo Semiconductor. Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME-ISPJAE), 2010. 2: p. 35. 2. Rai, V.N., Shukla, M., Khardekar, R K A transistorized Marx bank circuit providing sub-nanosecond high-voltage pulses. Measurement Scince and Technology, 1994. 5(4): p. 447-449. 3. Redondo, L.M., A DC Voltage-Multiplier Circuit Working as a High-Voltage Pulse Generator. Plasma Science, IEEE Transactions on, 2010. 38(10): p. 2725-2729. 4. Brugler, J.S., Theoretical Performance of Voltage Multiplier Circuits. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1971: p. 132-135. 5. Tam, K.S. and E. Bloodworth, Automated Topological Generation and Analysis of Voltage Multiplier Circuits. IEEE Transactions on Circuits and Systems, 1990. 37(3): p. 432-436. 6. Rashid, M.H., Circuitos Microelectrónicos, análisis y diseño, ed. I.T. Editores. 2000, University of Florida. 7. Millman, J. and A. Grabel, Microelectrónica. Editorial Hispano Europea, Sexta ed. 1995. Publicadas por Juan Bonilla a la/s 1:47 p. m. No hay comentarios.: Enviar esto por correo electrónicoBlogThis!Compartir en TwitterCompartir en FacebookCompartir en Pinterest

Riesgos De Alto voltaje

Build a freakin' Stun Baton (aka Cattle Prod) By PodeCoet - Posted Saturday, January 3rd 2013 @ 18:33:34 ADST

WARNING This build requires the fondling of components charged to HAZARDOUS VOLTAGES. You need only get close to, and not phsyically touch these components to get a jolt, which may lead to Ventricular Fibrillation. You can die (or shit your pants, sometimes both) while building this device. We are not liable for any losses or injuries, and cannot answer any support queries regarding this build. Edit: Yes, you can still die, even if you know how to program an Arduino.

Legality of this build While hand-held stun-guns are illegal in Australia, cattle-prods and stun batons appear to be available online legally from several suppliers, including at least one Australian camping/survival store. In fact, they'd probably be considered a tool here. How else are we supposed to keep the 'roos off the streets? As this is a difficult build and you can't exactly conceal such a device in your pants without seeming at least a little suspicious, I figure it should be okay'ish to post about. That said, getting caught with one in public may still be analagous to carrying an unregistered firearm! You have been warned.

Background I've devoted quite a lot of time to R&D'ing Pulsed-Arc (Micro-TIG) welder this past year. Due to the extended hours spent researching and prototyping in my workshop, people have accused me of 'not having a life' and 'always working'. I disagree, so I took some time off to create a people deterrent. It's worth noting that these devices are probably very illegal (if you're caught with them) in Australia (like everything else) So, don't get caught with one. And definitely don't keep one in your car. I guess taking one camping might be fine though.

How it works

Hah! Surprise block diagram. Next Question.

We're stepping up the four or so volts available from a standard'ish 18650 Lithium Ion cell, to just about ten Kilovolts at the output spark gap through several stages. First, two boost converter circuits are wired in parallel to double the output current (Diode-ORed). This bumps the four'ish volts at several amps

available from the Lithium cell, to just over 13 volts at 700 milliAmps required by the Royer Oscillator. The converters used are based on Linear Technology's LT1308 singlecell chips, junkbox parts I had on-hand from a previous project. Next, the 13'ish volts is fed into a relatively unmodified off-the-shelf cheapas-shit CCFL inverter, designed for 300mm CCFL tubes. These are commonly used in cars, PC cases, and other places where people feel the need to compensate for their small cocks. Most (if not all), cheap fixed-brightness inverters are designed around a Royer Oscillator (resonance witchcraft), this drives the transformer at it's natural resonant frequency while utilising a relatively small component count. The Royer Oscillator magically turns the ~13 volts at 700mA applied to its input, into just under 900 Volts AC at a couple of milliamps at its output They're usually made for 12volts, but we're being naughty here. Finally, we feed the ~900 Volts AC into a twelve stage Villard Cascade (a type of Voltage Multiplier). The gives us ~10 kilovolts across our output sparkgap, with a fire rate of 5 ~ 10Hz. A One kiloVolt commercial spark gap has been added in series with the output sparkgap. This helps protect against direct short circuits, and also ensures that at least 1kV will be discharged into our victim research subject, in the event of direct skin contact.

Final notes

This design was thrown together very roughly in one full day using existing and/or recycled parts; I really didn't expect to write about it, but figured it might make an interesting read for some. In order to complete this write-up, I'm building and documenting a second

unit from scratch - Apologies for the poor'ish quality photos, I'm a little short on time. Yes, the startup "whizzz" is just for show! (intimidation plays a big part with these things) Blue LED means the Boost Converter is active, and the push button is unlocked for use. Red LED means the Boost Converter and FET Drivers are switched off (Standby mode, saves ~220mA). Pressing the push-button once will wake up the device once in standby. Alternating Red/Blue means a discharge is in progress

Schematics, PCBs, Firmware, Diagrams, etc.

All designs are provided as freeware for non-commercial use Boost [Download] [Download] [Download]

Converter Schematic PCB Artwork Zip archive Bill of Materials - XLS Spreadsheet

Lithium [Download] [Download] [Download]

PNG of

Ion Schematic PCB Artwork Zip archive Bill of Materials - XLS Spreadsheet

Microcontroller [Download] [Download] [Download]

circuit

Card (without

Schematic PCB Artwork Zip archive Bill of Materials - XLS Spreadsheet

Image Gerber files

Charger PNG of

gate PNG of

Image Gerber files

driver) Image Gerber files

Microcontroller [Download] [Download] [Download]

Card (with

Gate

Schematic PCB Artwork Zip archive Bill of Materials - XLS Spreadsheet

driver)

PNG of

Image Gerber files

Firmware [Download] Villard [Download] [Download] [Download]

Firmware Binary - Microchip HEX format Cascade,

remaining

parts,

Schematic PNG Image Bill of Materials XLS Spreadsheet Complete Wiring Diagram - PNG Graphic illustration

Component [Download] [Download] card) [Download] [Download] [Download] cards) [Download] Cascade) [Download]

diagrams

Datasheets 2SK4033 N-Channel MOSFET (boosted uC card) MCP1252 Inductorless 5V Buck/Boost Reg (boosted uC PIC12F1840 8Bit Microcontroller (both uC cards) MCP73833 Single-Chip Charge Controller (charger card) LT1308A Single-Cell Boost Converter (Boost converter MUR1100E

High

Voltage

Power

Rectifier (Villard

A71H10xx3820 1KV Surge Arrester (Villard Cascade)

Known bugs features

Hardware: 01 - On the microcontroller card, I'd advise adding an external 47K pull-up resistor between the switch (before R7) and VDD, as the PICs internal weak pull-ups are more than weak

02 - The huge currents pulled from the Lithium Ion cell may cause some protected cells to enter shutdown mode after a few seconds of usage (the cell output is switched off until the load is removed). Increase R2 on the Boost Converter cards to 12K, and decrease the lead spacing of the output sparkgap (or just limit in-air discharges to no more than a couple of seconds!) 03: The "DandeLiIon" charger card has two embedded PCB fuses; if the polarity of the battery or charge inputs are reversed, a protection Diode will conduct, blowing the fuse. Get the polarity right! 04: Once the unit is powered down, a hazardous (painful) voltage may still exist across the output spark gap. The is due to residual charge in the Villard Cascade capacitors; you can discharge the caps by shorting the output onto something metallic

Firmware: No known issues (yay!)

Etch, Drill & Assemble the PCBs

The artwork, printed onto a sheet of Toner Transfer Paper

Artwork transferred to a sheet of 0.8MM blank circuit board

The bottom layer (ground plane) masked with Kapton tape in preparation for etching

Etched, coarsely trimmed and silver-plated

Drilled and seperated into individual boards

Fully assembled

Modify the CCFL Inverter

Most cheapshit 100mm ~ 300mm CCFL inverters look (almost) exactly like this

We'll need direct access to the transformer's secondary output...

... So go ahead and cut away everything else

We've saved about 20mm, and made it easier to attach the Villard Cascade

IMPORTANT: If your CCFL inverter has an Electrolytic bypass capacitor across it's input, ensure it's rated for at least 25 volts! Exceptionally shitty units, such as this one, don't have any bypass capacitors installed. Adding one won't hurt in this case and may actually improve performance

Build the Villard Cascade

Prepare your anus components (ignore the quantities shown above)

Bend the Diodes and Align them as shown, tinning the bends will simplify the next step

Solder the diodes together as shown, no-clean flux cored solder works wonders here

All twenty four Diodes soldered in series

Trim the leads in the staggered pattern as shown

Trim and Solder the capacitor leads to the staggered points, twelve caps per side

All twenty-four caps soldered, and the cascade now completed

Assembly & Test of the High Voltage stage

Place the modified CCFL inverter upside-down on your bench

Solder the Villard Cascade inputs to the transformer secondary

READ

ME!

First, place the inverter + cascade on your work surface, upside-down, and elevated in the air (important) as shown. I used two spools of tape to do this, anything nonconductive and preferrably plastic will do. Next, place a high-voltage clip-lead (or solder a heavily isulated wire) onto the DIODE ANODE LEAD of the cascade input. This is your EHT Ground point. Place a pin (or something sharp) into the other end of the clip lead or wire, and space it 10mm or less from the cascade output pin, just like the photo above Failure to follow the above instructions carefully could lead to a dead cascade!

Now, shove ~13 volts into the inverter to generate some Ozone! Turn off the unit and short the output to drain the caps before proceeding

Start insulating the array with Kapton Tape (or the 'Crapton' chinese knockoff)

Bottom, Top and Underside insulated so far

Bottom, Top, Underside and Upperside insulated (Keep the input/output pins exposed!)

Solder a length of high-voltage wire to the Villard Cascade's Ground (First Diode's Anode)

Pot the connection and surroundings with Silicone sealant (or hot-melt glue if you're impatient)

Install the series-sparkgap (optional) and extend it with HV wire

Install the Boost Converters

Assembled boost converters, begging to be installed.

Glue them back to back (or use double-sided adhesive tape)

Install the Diodes, power input wires and link the grounds

Install the ground wires and power output wires

Attach the inverter's positive rail to the boost converter's output Note: The CCFL inverter will be low-side switched, leave it's negative lead disconnected for now

Install the Processor card and Battery

Important: Apologies for the possible confusion here. The only FETs I had on-hand have an enhancement voltage (VGS th) higher than the nominal supply voltage (3v7) As I'm short on time and suppliers are closed for the long weekend, it was far quicker to re-engineer the board to include a small MCP1252 boost

converter for the FET's gate drive (only good for slow'ish switching, which is what we're doing). I have included PCB artwork with and without the converter circuit for your convenience. TL;DR: I messed up. The board shown in the images below may look a little different, but the wiring is effectively the same. Don't forget to flash the PIC before installing it! You can buy a Pomona 5250 SOIC clip for about $20 from Mouser. It can also be done in-circuit with the same clip.

Prepare the processor card (note the new MSOP-8 boost converter)

Processor card Wired. Note: The boost converter 'negative' input is attached to the FET's Drain

Attach the Boost Anode, Charger Anode, and Switched Anode to B+

Attach Main Ground, Charger Ground and Switched Ground to B-

Insulate the terminals with a few layers of Kapton, and neaten up the wires

Install the LiIon Charger

Important: I ran out of thermal adhesive. In it's place I used good quality thermal grease (CW7270) in the centre of the board for heat transfer, and Araldite around the edges to hold the board down. Also, ensure you file the ground feed-throughs as flush as possible with the board (without compromising the ground connection); the more heat we can suck out of the PCB and dump into the heatsink, the higher our charge current will be. Don't bust your balls on the above though, we'll never be able to obtain the MCP73833's 1-amp charge current with a simple homebrew PCB. The charge current is currently set to 450mA.

Prepare the charger card, ensure the feed-through vias are filed as flush as possble with the PCB

Charge output, Power input and Status LED wires soldered

Heatsink prepared with thermal grease and araldite (these will flatten out due to pressure)

Charger card held down with a Zip-Tie while waiting for the Araldite adhesive to cure (2+ Hours)

Install the output spark-gap

There are many different ways of skinning this cat. For example, the pins from a fluorescent starter would make for an excellent pair of contact probes - I'm keeping it simple here with some solderable galvanized fencing wire.

It's held up to daily discharges for the past few months without issues, aint broke, not fixing

Prepare the end-cap for modification

Drill two holes, and thread a piece of 'Gal' fencing wire through them

Apply 'Araldite' (or a similar adhesive) to each side

Do the same for the lower side, be fairly generous here

Fuck it. Just pot the whole thing with adhesive.

Mark out a 10mm spark gap towards the center of the wire

Trim that shit.

Solder each lead to the Villard Cascade output

Test the new gap, and get all moist in the crotch

Do whatever's left

I'm not terribly good at mechanical stuff.

Insulate the shit out of everything, til it's all one solid mass.

Keep insulating.

Cut a 25mm (ID) length of conduit to size, mark out the switch positions

Drill and/or route the Switch and LED holes

(Gently) shove the entire assembly into the conduit

Yank the switch and LED wires out using a hook of some sort

Terminate and install the switches and LED

Terminate and install the DC Jack, buzzer and charge status LEDs

Drill a hole into an end-cap for the DC Jack (note the added slots for the status LEDs)

Everything installed, 5VDC applied to the DC input jack (RED = Charging)

Hooray! The charge completed successfully, and nothing caught fire.

Tada, one Stun Baton.

ZZZzzzt. By far the most satisfying sound I've heard all year.

Don't get into any trouble - and if you must, please keep me out of it.

Stay -PodeCoet Click here to get in-touch or check out my other write-ups

safe!