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Florian Schäffer 2

Vorsicht Hochspannung! Einfacher Sperrwandler als Bausatz

Vorsicht Hochspannung

Bild: WikimediaImages, CC0

In der Make 6/2017 beschreiben wir den Bau eines Hochspannungsgenerators mit Teilen aus der Restekiste. Mit einem Bausatz aus China kann man sofort loslegen und mit kurzen Funkenstrecken experimentieren.

In der Make 6/17 zeigen wir den Bau eines Cockcroft-Walton-Generators, um 23.000 Volt zu erzeugen. Mit einem Inverswandler (engl.: inverting Buck-Boost Converter) kann man ebenfalls aus einer kleinen Gleichspannung eine Hochspannung erzeugen.

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Versuche mit dem Inverswandler – Nicht nachmachen! Wir haben mit der Funkenstrecke Papier entzündet, ein Teelicht und Isopropanol.

Vorsicht Hochspannung
Die wenigen Teile des Bausatzes reichen für einen Hochspannungsgenerator aus. Vergrößern

Im Internet gibt es genügend Angebote unter der etwas kruden Bezeichnung "Inverter Boost High Voltage Generator" für weniger als 3 Euro als Bausatz. Dabei handelt es sich aber um einen Sperrwandler (engl.: Flyback converter), da ein Transformator anstatt einer einzelnen Spule wie beim Buck-Boost Converter genutzt wird. Einen haben wir aufgebaut und getestet.

inverting Buck-Boost Converter
Aufgebauter Sperrwandler ("Inverter Boost High Voltage Generator") Vergrößern

Wie immer bei chinesischen Billigbausätzen fehlt jegliche Dokumentation. Der Aufbau ist sehr einfach. Lediglich bei den Drähten für den mitgelieferten Transformator muss man etwas aufpassen. Es gibt jeweils zwei dünne und zwei dickere Kupferlackdrähte. Die Enden sind zuerst einmal vom Lack zu befreien (mit heißem Lötkolben bei 450 °C abschmelzen). Anschließend sind die Drähte wie im folgenden Foto zu sehen einzulöten:

Inverswandler Drähte
Anschlussdrähte von links aus: dünn - dünn zusammen mit dick - dick Vergrößern

Die zwei Kabel der Sekundärseite des Trafos lötet man an eine Stiftleiste. Wichtig ist, dass Sie eine Dreier-Leiste benutzen, bei der der mittlere Stift entfernt wird. Werden die Kabel an zwei nebeneinander liegende Stifte gelötet, bildet sich die Funkenstrecke an den Lötstellen. Zusätzlich kann etwas Schrumpfschlauch zu Isolierung genutzt werden. Alternativ hat sich auch eine Lüsterklemme bewährt.

Eine Funkenstrecke von knapp einem Zentimeter ist möglich.
Eine Funkenstrecke von knapp einem Zentimeter ist möglich. Vergrößern

Der Leistungstransistor wird mit der blanken Fläche auf den Kühlkörper geschraubt. Ein Batteriehalter fehlt. Entweder man verwendet drei 1,5-V-Batterien oder ein einfaches Netzteil mit etwa 4 V. Soll die Schaltung an höheren Spannungen betrieben werden, ist der Widerstand auf ca. 1-2 kΩ zu vergrößern. Für einen längeren Betrieb muss der Trafo mit Epoxydharz vergossen werden.

Vorsicht Hochspannung
Schaltplan Sperrwandler-Bausatz Vergrößern

Das Funktionsprinzip ist recht einfach: Wird der Schalter geschlossen, induziert der Strom ein magnetisches Feld in L1 und der Transistor wird durchgesteuert. Daraufhin fließt der Strom durch L2 und das Feld in L1 bricht zusammen. Der Transistor wird an seiner Basis nicht mehr durchgesteuert und der Ablauf beginnt von vorne. Dadurch wird die Gleichspannung zerhackt und in der Sekundärseite wird eine Spannung erzeugt, die aufgrund des Wicklungsverhältnisses zwischen Sekundär- und Primärseite (wenige Wicklungen zu vielen) deutlich höher ist als auf der Primärseite.

Am inverting Buck-Boost Converter (Inverswandler) gemessene Dignalpegel. Punkt A im Schaltplan: gelbe Linie/Kanal 1. Punkt B: blaue Linie/Kanal 2. Man beachte die unterschiedlichen Maßstäbe für die Spannung.
Am Sperrwandler (Flyback Converter) gemessene Signalpegel. Punkt A im Schaltplan: gelbe Linie/Kanal 1. Punkt B: blaue Linie/Kanal 2. Man beachte die unterschiedlichen Maßstäbe für die Spannung. Vergrößern

(fls)

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