Nixie Basics:Nixies were once the most popular digital display technology in use. The coming of LEDs put a big crimp in their business, but at that time (70s) LEDs werent bright enough to replace them. The LCD and VFD displays, however, proved quite readable in bright environments, and killed the nixie business.

(click on image to enlarge) A nixie works in a similar manner as an LED. They are both current devices. That is they want to operate within a certain current range (current as in electrical current, measured in amperes, of milliamperes in this case; a milliampere is 1/1000 of an amp). Voltage is relatively unimportant, just as long as its high enough to initiate conduction. For a nixie, thats called the strike voltage and is normally guaranteed to be at 170V maximum. So supplies of 180V or somewhat higher (up to 200V) are commonly used. Once the nixie strikes the voltage, from anode to cathode, drops to its sustain value. This is usually in the 130V to 150V range. An anode resistor is placed in between the1

supply and anode, to limit the current. Nixie tubes usually see currents from 1mA to 3.5mA, for small nixies (0.6 digit height max), and 4mA to 8mA for larger devices. The anode resistor takes up that difference, between the supply and anode, and the current can therefore be calculated by using Ohms Law. See formula in drawing, above, for Ia. Its basically that voltage difference divided by the resistor, Ra. If this resistor were missing, the nixie would still like to drag the 180V supply down its sustain level. With typical nixie supplies, that would finally happen when the supplies maximum is reached. Normally, 25 to 60mA. This will not kill the nixie, immediately, but will age the tube quickly, and it will die within a few hours. If you are using a bench supply capable of delivering amps, at this high voltage, then that nixie will disappear in a flash (literally). LEDs work, the same way. Only they have a Forward Barrier Junction Voltage to overcome. Unlike the nixies Strike/Sustain level, once conduction starts (in an LED) the voltage levels off. It does not drop to a lower value. But the need for a series resistor (to limit current) still applies. Nothing Turns-ON Instantaneously: (click on image to enlarge)

This is scope photo, of a nixie being multiplexed. The two traces are of the anode voltage, and the cathode current. When voltage is applied, it takes some time for the nixie gas in the tube to form an ionized plasma, and conduct current. For nixies this is between 10 to 50uS (0.00001 to 0.00005 seconds) typically. Before conduction the anode sees the full supply voltage (190V in this example). Conduction, once it starts, occurs gradually (~10uS in this case). The anode voltage drops during this time (in phase), due to a required anode resistor inserted between the supply and the nixies anode. This is not to be confused with overshoot (of an underdamped system). A nixie is not a reactive component. There is no initial surge. As you can see, the current actually rises rather slowly (relatively speaking). If you multiplex a nixie, you need to add blanking intervals, to avoid ghosting. Ghosting is one tubes data interfering, visually, with its neighbor. Typical blanking intervals, for nixies, are between 100 to 300uS. Blanking is done, by turning ALL anodes OFF. In normal multiplexing operation, the intended digit is turned ON, by lowering its cathode to zero volts, during the blanking interval. Only one cathode ON, at any time. At the end of the blanking interval, the intended anode is turned ON. It should be ON for a display interval between 1mS to 4mS (0.001 to 0.004 sec) . A typical multiplexed2

frame is: B-H10-B-H1-B-M10-B-M1-B-H10 This is an example of a 4 digit clock display, with B=blanking interval, and H10=10-hours digit, and so on (M10=10 minutes, M1=1 minutes). The total frame time should be less than 20mS, to avoid flickering. DO NOT blank, by turning all cathodes OFF. Especially, when using cathode drivers like a 74141 (or its Russian equivalent). If you attempt this with these devices, they will see over ~100V, and will conduct thru more than one cathode at a time. This will look similar to ghosting. These devices are leaky, so at least one cathode should be ON at all times. Turn-ON time decreases as supply voltage increases. Use a higher supply voltage when possible. Just because the specs say 170V, doesnt mean you need to use 170V. This is a minimum value, to ensure striking. Remember that anode resistor. Its REQUIRED ! When a nixie turns ON, the voltage drops to its sustain level (130V to 150V). The difference (Supply Sustain) is dropped across that anode resistor. That sets the operating current. Use a supply of at least 180V. 190V to 210V is even better, if its a multiplexed circuit.

MC34063 Based Nixie power supply:Powering your from low voltage sources, such as batteries, or wallcube transformers:

Click on drawing for better resolution. Notes: 1. All resistors 1/4W, 5% Carbon Film. R3 & R4 1/4W 1% Metal Film. 2. L1 Bourns SDR1806-221, SDR1307-221, Murata 18R224C, API 4590R-224K, Coiltronics DRA127-221-R, DR127-221-R, UP4B-221-R 3. Q1 IRF740A or B, IRF644, FQP16N25, STP17F25, or BUZ73 4. D1 BAV21, UF4004, UF4007, MUR140, or MUR1603

5. C1 220uf, 25V Low ESR. 0.3 ohms or Less. Parts available at Mouser Electronics D2 and Q2, form active pull-down. This allows Q2 to discharge Q1s gate charge much faster, than R2 (1K) can do by itself. Effectively making it look like a 10 ohm resistor. But only when swinging down. Swinging up, turning ON Q1, then Q2 is out of the picture. The beauty of active circuits. Efficiency can be as good as 80%. This circuit can deliver close to 45mA (180V out), with 12V in. You can get voltages other than 180V, by adjusting R3, or R4, or both. See formulas on drawing. 250V max with components shown. Need higher, see below: Adding Multiple Voltages: You can get multiple voltages out of this supply (MK1.5), and most any other nixie supply, by adding multiplier ladders. Whats required is that you have access to the Pulsed Output. If so, you can get the voltages in the drawing, below:

Click on drawing for better resolution. Note, you can get both higher positive voltages (+360V & +540V), and negative voltages (-180V). If a voltage isnt quite right, you can always fall back on your early electricity classes. Thvenin equivalents, can be used. Suppose you need +450V, and the anode resistor is 680K. Make a divider, and hook it up to the +540V supply. The divider will output 450V (unloaded) if you pick 820K, and 3.9M. Also, they look to the anode, like a 680K resistor, since 820K in parallel with 3.9M, is 680K. Heres a reference to Thvenin, if you need more convincing. IF ITS TOO SIMPLE AVOID: Avoid passive pull downs like the circuit below:4

In this circuit (MK 1) , the MC34063 can only actively pull-up (and turn ON) the FETs gate. Turn-Off is only thru R2 (330 ohm). Turn-Off is critical, because thats when the high voltage pulse is generated. You want that as quick, and clean, as possible. This simpler MK1 circuit can only deliver ~10mA, before the FET gets too hot. Poor efficiency (under 60%). The MK1.5 circuit can deliver close to 45mA, at an efficiency near 80%. Simple Hours Section for Discrete Direct Drive Clocks:

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Convertidor Boost con circuito integrado 555

No deja de causarme asombro como el uso creativo de los componentes electrnicos nos permite utilizarlos para los fines ms diversos, incluso en aquellas aplicaciones para las cuales no fueron diseados. En esta ocasin hablar un poco de mi experiencia con un NE555 trabajando como el cerebro de un convertidor boost. Sin duda el venerable NE555 que viene acompandonos desde hace dcadas es uno de los circuitos integrados ms conocidos por todos los que por hobby o profesin trabajan en la electrnica y en esta ocasin veremos como puede utilizarse para generar un voltaje mayor al que recibe como alimentacin. En esta entrada daremos una nocin emprica del funcionamiento de un convertidor boost y propondremos un diseo de PCB para este sencillo circuito.

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Investigando sobre las formas para obtener el voltaje necesario para encender un tubo nixie, me encontr con un diseo bastante sencillo y basado en partes muy comunes de un convertidor boost. El componente ms difcil de encontrar en este montaje es un inductor de 100 uH (el que us en pruebas, lo obtuve de una fuente de alimentacin de un Playstation 2). Los dems componentes son resistencias, capacitores, diodos, un mosfet y un circuito integrado NE555, todos bastante fciles de conseguir. La finalidad de este circuito es generar un voltaje mayor que el voltaje de alimentacin. El circuito se alimenta con 9 a 15 volts y genera un voltaje de salida de al rededor de 170 volts. Obviamente que la corriente entregada en la salida siempre ser mucho menor que la de entrada debido a que se trata de un voltaje mayor e idealmente tanto la potencia de entrada y de salida del circuito deberan ser iguales (todos recordamos la famosa ley de la conservacin de la energa no?). Resulta obvio que esto ultimo no es posible en la realidad y por lo tanto para una determinada potencia aplicada en la entrada del circuito, a su salida solamente podremos obtener una potencia menor, debido a las perdidas que presentan los componentes electrnicos. En las pruebas med una eficiencia de entre 50% y 60 % alimentando el circuito con 12 volts y una salida de 140 volts.

Teora del convertidor boost.El convertidor boost (step-up) es un convertidor conmutado con un voltaje de DC a la salida mayor que el voltaje de entrada. Contiene al menos dos switches controlados (un transistor y un diodo) y cuando menos un elemento en el cual se almacena la energa. Se pueden incluir filtros basados en capacitores e inductores para reducir el rizado en el voltaje de salida. El circuito del convertidor boost bsicamente opera alternando en dos estados.

Etapas de operacin de un convertidor boost

Cuando el switch esta encendido (on state): Se produce una corriente que aumenta con el tiempo a travs del inductor. Al mismo tiempo, se produce un campo magntico creciente en las espiras del inductor y este genera una corriente opuesta a la que lo origina, produciendo un aumento gradual en la corriente (ver el enunciado sobre la ley de lenz). Si la resistencia en serie del inductor y la del switch es despreciable (y por lo tanto la cada de potencial en10

estas), se considerar que se esta cargando con un voltaje constante y la corriente a travs del inductor aumentar de manera lineal.

Cuando el switch se apaga (off state), el inductor trata de oponerse al cambio repentino en la corriente, produciendo una FEM (fuerza contraelectromotrz) entre sus terminales. Esta fem tiene una polaridad opuesta a la de la fuente de alimentacin y es debida al campo magntico que esta colapsando, en este momento se produce la transferencia de energa travs del diodo flyback desde el inductor al capacitor de salida (buffer) y tambin a la carga.

Medicin de la corriente en el inductor en fase de carga: En el canal 1 (naranja) medicin de la corriente del inductor realizada colocando una resistencia de 1 ohm en serie con el inductor, en azul la seal en la compuerta del Mosfet desde el 555

Funcionamiento.El circuito esta diseado en torno a uno de los circuitos integrados mas usados y famosos del planeta: el circuito integrado NE555. An cuando el diseo de este circuito integrado tiene varias dcadas de antigedad, an encuentra los mas diversos usos, incluso para armar convertidores conmutados sencillos como lo es este circuito.

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El 555 esta configurado como astable y oscila a una frecuencia de alrededor de 45Khz, determinada por los resistores R2 y R6 y el capacitor C5. La salida del 555 es aplicada directamente a la compuerta de un mosfet que puede operar con altos voltajes (hasta 400 V). El Mosfet IRF740 (Q1) es uno de los interruptores electrnicos utilizados en el circuito, el otro interruptor es el diodo de recuperacin rpida UF4004 (D2). Cuando el mosfet se encuentra activo (conduciendo), el voltaje de la fuente de alimentacin (Vcc) aparece en los extremos del inductor L1 y la corriente comienza a fluir a travs de este, comenzando el proceso de carga, es decir, formando un campo magntico en las espiras del inductor. Cuando el Mosfet se apaga, el inductor intenta mantener un flujo constante de corriente debido al fenmeno de autoinduccin (se genera una fuerza electromotriz debido al campo magntico comienza a colapsar). Sin embargo, la corriente no puede fluir a travs del Mosfet que se encuentra apagado (en alta impedancia). Por lo tanto el voltaje en el nodo formado por el terminal del inductor L1, el drain del Mosfet Q1 y el nodo del diodo D2 comienza a aumentar hasta que el diodo de recuperacin rpida se encuentra polarizado en directa. En ese momento, el diodo permite que se transfiera la energa almacenada en el inductor hacia el capacitor electroltico de alto voltaje que acta como reserva para mantener el voltaje de salida constante. El funcionamiento del circuito contina como se ha descrito, por varios ciclos, hasta alcanzar el voltaje para el que fue ajustado mediante el timpot R7. Las resistencias R3 y R8 funcionan junto al trimpot como un divisor resistivo que acondiciona el voltaje de salida para manejar la base del transistor BC547 (T1). Recordemos que este tipo de transistores requieren de un voltaje base-emisor de aproximadamente 0.7 volts para comenzar a conducir, por lo que la finalidad del arreglo resistivo es reducir el voltaje hasta obtener algo cercano a los 0.7 volts necesarios para encender el transistor. Este transistor acta sobre el pin 5 del circuito integrado NE555, deshabilitando la salida del oscilador cuando se ha alcanzado el valor deseado para el voltaje de salida.

Precauciones y observaciones El circuito que se presenta en esta pgina genera voltajes que podran ser peligrosos o incluso fatales, toma todas las precauciones para evitar tocar el circuito accidentalmente mientras se encuentra en funcionamiento. Se aconseja colocar en la salida un indicador de nen para indicar la presencia de alto voltaje en las terminales. La construccin incorrecta de este circuito puede llevar fcilmente a su destruccin. Revisa todos los componentes que tienen polaridad: Circuito integrado, diodos, capacitores, Mosfet, etc. antes de conectar la alimentacin. Las resistencias y el potencimetro que conforman la red de realimentacin deben revisarse antes de conectar el circuito. Un corto circuito prolongado en la salida puede daar el inductor, ya que toda la corriente de la fuente de alimentacin fluira a travs de este de manera incontrolada. Se recomienda proteger con un fusible este circuito. El valor del inductor no es un parmetro crtico, sin embargo, si no se consigue el valor apropiado, debe aproximarse a un valor mas grande que el indicado, inductancias menores pueden saturarse en un periodo de tiempo menor, causando perdidas de eficiencia, sobrecalentamiento y destruccin del Mosfet o el inductor. Inductancias mayores pueden degradar la eficiencia debido a que presentan una mayor resistencia en serie.

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ConclusinLos convertidores DC-DC se encuentran presentes en muchas aplicaciones electrnicas actuales, ya sea para generar un voltaje mayor que el de entrada, uno menor, o invertir la polaridad del voltaje, existen topologas que pueden ayudarnos a obtener el voltaje de alimentacin necesario, de manera muy eficiente. El circuito que presentamos arriba puede no ser adecuado para aplicaciones donde se requiere una regulacin precisa del voltaje de salida, tampoco para aplicaciones que demanden una eficiencia elevada, sin embargo, es bastante til para comprender el funcionamiento de un convertidor boost e introducirnos a los conceptos claves sobre inductores que nos ayudarn a comprender mejor otros tipos de fuentes de alimentacin conmutadas.

Archivos EAGLEEl siguiente archivo contiene el PCB y el diagrama esquemtico realizados en EAGLE para fabricar el circuito que se muestra en las fotografas. El diseo se puede realizar sin complicaciones con la versin gratuita del programa, ya que solamente utilizamos un rea de PCB de 55 cm y una sola cara. Enlace de descarga: Convertidor Boost Nixie (108)

Un simple convertidor flyback para alimentacin de alta tensin de los tubos Nixie.

introduccin Lo que usted necesita saber acerca de los inductores El convertidor elevador Un impulso sencillo conversor de suministro de alta tensin para nixies Un banco de pruebas inductor Lo que usted necesita saber acerca de los transformadores El convertidor flyback Una fuente de alto voltaje del convertidor flyback para nixies volver a la pgina principal

introduccinEn los relojes Nixie que he construido, yo no quera tener el transformador de corriente grande y feo en el reloj en s. En lugar de eso utiliza un adaptador de CA que encaja en el enchufe de la red. Esto significa que tengo que usar algn tipo de up-converter para generar el suministro de nodo de 180V para el nixies. Esta pgina describe un convertidor elevador simple y un convertidor flyback ms eficiente tanto de los que se puede utilizar como una fuente de alimentacin de alta tensin para una pantalla de tubo de 6 Nixie. Frans Schoofs muy bien me explic el funcionamiento del convertidor flyback y gran parte de lo que l me explic que encuentre reflejado en esta pgina. Yo, adems, explicar los fundamentos de bobinas y transformadores que usted necesita saber. Esto es slo una gua prctica para que te va, no es un tratado cientfico sobre el tema.

Lo que usted necesita saber acerca de los inductores13

Considere el circuito simple que consiste en una batera conectada a un inductor con inductancia y la resistencia R (Fig. 1). Cuando la batera est conectada a la bobina, la corriente no cambia inmediatamente desde cero hasta su valor mximo V / R. La ley de la induccin electromagntica, la ley de Faraday se lo impide. Qu sucede en cambio, es la siguiente. A medida que la corriente aumenta con el tiempo, el flujo magntico a travs de este bucle proporcional a la corriente aumenta. El flujo creciente induce una fem en el circuito que se opone a la variacin de flujo magntico. Por la ley de Lenz, el campo elctrico inducido en el circuito por lo tanto, debe ser opuesta a la direccin de la corriente. A medida que la magnitud de la corriente aumenta, la tasa de aumento disminuye el y por lo tanto disminuye la fem inducida. Esta oposicin resultados fem en un aumento lineal de la corriente a una tasa de I = (V / L) * t. El aumento de la corriente, finalmente se detendr cuando se ve limitada por la resistencia en serie de la bobina. En ese momento la cantidad de energa magntica almacenada en las cantidades inductor de L = 0,5 * L * I * I.

Figura 1 Es decir: el inductor no permite cambios bruscos en la corriente. Cuando un cambio en el voltaje aplicado se produce, el inductor siempre generar una fem que se opone a este cambio. Cuando el circuito se interrumpe, por ejemplo, el inductor todava tratan de mantener la corriente que fluye por la generacin de un voltaje muy alto en sus terminales. Por lo general, esto se traducir en una chispa en el que se libera la energa magntica almacenada en el inductor. Este comportamiento particular de los inductores se utiliza en los convertidores de impulso para aumentar la tensin a niveles por encima de la tensin de la batera. Materiales como ferritas se puede utilizar para aumentar el flujo magntico en una bobina. Cuando un campo magntico se aplica a una ferrita de los pequeos dominios magnticos en la ferrita se alinearn con este campo y aumentar su magnitud. De esta manera, los inductores pueden ser ms pequeos y con menos vueltas y, por tanto con resistencias en serie ms pequeas (menores prdidas). Tenga en cuenta que el mover de un tirn de estos dominios cuesta un poco de energa, pero en ferritas bien esto puede ser muy pequea. Con el aumento de flujo magntico ms y punto ms dominios magnticos en la direccin del campo. En un momento determinado todos los dominios magnticos apuntan en la direccin del campo y en ese momento podemos decir que la satura de ferrita. Cualquier incremento adicional en el actual slo se traducir en un pequeo aumento del flujo, en el fondo como si la ferrita no estaba presente. Como la mayora de las ferritas tienen una permeabilidad muy alta, ya las corrientes pequeas puede resultar en un flujo magntico de alta. Como resultado de la14

ferrita se satura a una corriente que no es prctico para las aplicaciones de conversin de energa Los ncleos de ferrita para bobinas y transformadores para aplicaciones de potencia, por tanto, un espacio de aire. Un espacio de aire reduce la permeabilidad efectiva y por lo tanto el flujo magntico. Cuanto mayor sea el espacio de aire, mayor es la reduccin de flujo de una ms alta es la corriente mxima de la bobina puede manejar. Decimos que la energa magntica almacenada en la cmara de aire. La fotografa muestra varios inductores de convertidores DC / DC rescatado de los PCB de edad de PCs, ordenadores porttiles, etc Si usted considera que jugar con convertidores DC / DC lo mejor es comprar al menos un inductor con una inductancia decente sabe, la resistencia en serie y la corriente mxima. El inductor en frente de la imagen es la 100uH "referencia" inductor que yo uso.

El convertidor elevadorEl convertidor elevador es quizs el ms simple de todos los transformadores de alimentacin conmutadas. Se utiliza un nico inductor sin la necesidad de "difcil" transformadores. Que est trabajando se puede explicar mejor con el diagrama de circuito simplificado dada en la figura. 2. Aqu, el transistor est representado por un interruptor ideal y los circuitos de control se ha omitido. La disipacin de los tubos Nixie es representado por el Rcarga resistencia de carga. Un condensador de alta tensin de C se utiliza para amortiguar la tensin de salida. En una configuracin tpica de la tensin de entrada sera algo as como Vbat = 12 V y la tensin de salida Vout = 180V.

Figura 2 Diagrama simplificado del circuito de un convertidor elevador. En t = 0 se cierra el interruptor (Fig. 2A). Como resultado, la corriente a travs del inductor empezar a aumentar de forma lineal de acuerdo a I = (Vbat / L) * t. En un determinado momento se abre el interruptor de circuito de control (Figura 2B). La corriente a la que ha llegado a un monent Ipeak cierto valor. Hemos visto en la seccin anterior que el inductor quiere seguir la corriente que fluye a travs de su bobinado constante, lo que sea necesario. El interruptor est abierto, por lo que la nica manera que el inductor de lograrlo es que transmita diodo sesgo D para que el actual (y por lo15

tanto la energa) puede ser objeto de dumping en el buffer de condensador C. Ahora, recuerde que el condensador se carga a 180V! As que con el fin de la polarizacin del diodo, el inductor tiene que generar una fuerza electromotriz (tensin o de induccin) de algo parecido a 180-12 = 168V., Algo as como una chispa "controlado. La corriente ahora cae rpidamente de acuerdo a I = Ipeak ( Vout / L) * t. Por Vbat = 12 V y 180 V Vout = esto significa que se necesitar slo un quince (180/12) del tiempo que tom para llegar a Ipeak cuando el interruptor se cierra, para caer de nuevo a partir de Ipeak a 0 ahora el interruptor est abierto. Despus de cierto tiempo se repite el proceso a una velocidad de f veces por segundo. Hasta aqu todo bien. Sin embargo, el convertidor elevador tiene una seria desventaja. Para entender esto primero tenemos que considerar el cambio que hemos estado usando. En un circuito real ms probable es que un transistor de potencia MOS se utiliza como elemento de conmutacin. En el convertidor elevador este transistor tendr que manejar tanto una corriente de alta cuando el interruptor se cierra y se bloquea de alta tensin cuando el interruptor est abierto! Para el transistor esta es una combinacin difcil. A fin de que el transistor de soportar altas tensiones de bloqueo, el fabricante del transistor tiene que incluir las regiones del transistor que se acomoda a estas tensiones para que el transistor intrnseco no se desintegrar. Sin embargo, cuando el interruptor est cerrado (transistor de llevar a cabo), estas regiones se traducir en ms resistencias en serie parasitarias y por lo tanto en un aumento de Ron. Esta es la razn por la que los transistores con una tensin de ruptura de alto siempre tienen un mayor Ron que los transistores con una tensin de ruptura menor. Dado que las corrientes pueden ser muy altos, lo que inevitablemente significa prdidas en forma de disipacin en el transistor. Como se ver en una de las siguientes secciones se resuelve este problema en el convertidor de fly-back con el uso de un transformador. Al equilibrar la cantidad de energa almacenada en el inductor de la cantidad de energa disipada en la carga es posible que el clculo de la tensin de salida del convertidor elevador. Cada segundo la cantidad de energa disipada por la carga es:

Si T es el tiempo total del ciclo, y es x la fraccin de T que el interruptor est cerrado, la corriente mxima en el inductor:

La energa por paquete entregado por el inductor es:

En un segundo f = 1 paquetes / T se entregan por lo que la cantidad de energa suministrada por segundo es la siguiente:

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Ya que en estado estacionario, la cantidad de energa suministrada debe ser igual a la cantidad de energa utilizada [1] = [2]:

Un sencillo conversor de suministro de alta tensin para nixiesSi usted quiere construir un simple convertidor DC / DC para aligerar su nixies y no le importa mucho acerca de la eficiencia de conversin, incluso si esto significa un disipador de calor (pequeas) para el transistor de potencia, entonces el convertidor elevador es el mejor eleccin. Pero incluso si se piensa en la construccin de una verdadera marcha atrs Conversor de lo que es una buena idea comenzar con un convertidor elevador simple. El convertidor elevador slo requiere de una "de la plataforma" inductor y cuando se tiene que trabajar que se convierte fcilmente en un convertidor de fly-back por una modificacin de pequeo tamao.

Figura 3 simple 12-180V convertidor elevador con el 555 como controlador.17

El circuito es muy simple y sigue la topologa de circuito de la figura. 2. Para el transistor que he utilizado un BUZ41A. Este transistor est valorada en un mximo Vds = 500 V y una resistencia en la de 1.5ohm a 4.5A. De tipo equivalente o mejor, como el IRF730 tambin un buen desempeo. El diodo debe ser un tipo de cambio rpido como el BYW95C o mejor. Un viejo (computadora) la fuente de alimentacin que darn paso la mayor parte de estos componentes. El inductor tom de un catlogo y es de 100 y microH con unas pocas dcimas de una resistencia en serie ohmios capaz de manejar varios amperios de corriente. El aspecto ms interesante del circuito es como una corriente 555 se utiliza para regular la tensin de salida. Ahora, hay cientos de controladores de modo de conmutacin de circuitos integrados en el mercado que son ms adecuados para este trabajo que el 555. El problema con todos estos circuitos integrados es que si usted construye un reloj Nixie agradable con ellos, y en un momento en el futuro de la IC se rompe, es ms que probable que ya es obsoleto y fuera de la produccin. El 555 es (muy) bajo precio, lleva a cabo lo suficientemente bien y es muy probable que permanezcan en la produccin para siempre. Para entender cmo funciona el controlador lo mejor es entender primero cmo funciona el 555. En Internet se puede encontrar una serie de excelentes tutoriales 555 [1,2]. Sin R3 y la T1 555 se configura como un multivibrador astable normal de funcionamiento a una frecuencia de:

Sin ningn tipo de informacin, la tensin de salida a esta frecuencia ser muy superior a 200V. Sin embargo, el divisor de tensin formado por R4, R5 y R6 se ha diseado y ajustado de tal manera que cuando la tensin de salida alcanza los 180 V, T1 apenas comienza a realizar. Esta es una tensin base-emisor de ca. 0.8V. Ahora recuerde que el 555 obras de carga y descarga del condensador entre 1/3Vcc 2/3Vcc y como se define por una red de resistencias escalera interna. Cuando T1 comienza a realizar va a tirar por la tensin de alimentacin interna de esta red que resulta en una oscilacin de voltaje ms pequeo y por lo tanto, una mayor frecuencia. De la ltima ecuacin en la seccin anterior nos enteramos de que una mayor frecuencia (menor T) dar lugar a una tensin de salida inferior. De este modo la tensin de salida se instalar en un valor determinado por R5. Para T1 he utilizado un tipo de alto voltaje. En realidad no hay necesidad de eso y cualquier pequea seal del transistor npn con una ganancia decente trabajo. Un inconveniente de este controlador simple es que el circuito no tiene proteccin alguna contra los cortocircuitos o las situaciones de sobrecarga. Un cortocircuito accidental de la produccin por lo tanto, siempre resulta en un transistor de potencia defecto (como lo han experimentado un buen nmero de veces).

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Figura 4 Prueba del convertidor elevador con una carga ficticia (y un hada). Si usted est en la fase de pruebas, y no quiere conectar la fuente de alimentacin a la nixies, sin embargo, lo mejor es que conecte una carga ficticia a la salida ya que el circuito no est diseado para funcionar sin carga. Yo siempre se enteran de que lo que el actual es que quiero utilizar mi nixies en. Por lo general elige un valor muy por debajo de las condiciones de funcionamiento especificado en la hoja de datos. Esto ser de gran extender la vida til de los tubos. Se utiliza una fuente de alto voltaje que seleccionar la tensin de alimentacin y la resistencia de carga de tal manera que con un mnimo de corriente de la luminosidad del tubo es suficientemente buena. Una vez que la corriente total y la tensin se conocen una resistencia de carga equivalente se puede calcular a partir de Rcarga = Vout / Itotal. Durante la fase de prueba esta resistencia conectada a la salida sustituye a los tubos Nixie. Unas pocas palabras acerca de la seguridad. A pesar de los 180 voltios se generan a partir de un inocente de 12 voltios de un contacto accidental con el condensador de amortiguacin cargada ser una dolorosa, posiblemente, una experiencia mortal. Siempre tenga mucho cuidado! Siempre coloque una lmpara de nen pequeo indicador en la salida del convertidor (incluso en el final del reloj) para indicar claramente que una tensin peligrosa en la salida. Adems durante las pruebas que permanentemente tiene un 20kohm / V multmetro conectado a la salida por lo que siempre s la tensin de salida. Finalmente, el consejo de mi padre, que era de la zona del tubo de radio: siempre mantenga una mano en su bolsillo cuando se toca el circuito cuando est encendido. De esta manera la corriente no puede pasar su corazn.

Un banco de pruebas para el inductorCuando quiera empezar a experimentar con impulso o convertidores de fly-back, es buena idea comprar al menos un inductor con los parmetros conocidos que pueden actuar como una especie de dispositivo de referencia para los inductores o transformadores que hacer usted mismo. Yo uso un inductor de 100 y microH con cerca de la resistencia en serie 0.2ohm capaz de manejar varios amperios de corriente. Est especialmente diseado para aplicaciones SMP. El circuito representado en la figura. 5 permite comparar "un desconocido" inductor (o transformador) con la bobina de referencia.19

Figura 5 Esquema de conexiones del banco de pruebas inductor. El circuito est diseado para poner a prueba el inductor de la medida de lo posible en las condiciones que se producen en el convertidor elevador presentado en la ltima seccin o en el convertidor de fly-back que se presentar en una de las siguientes secciones. Bsicamente, el circuito es poco ms que el inductor que se conecta a la fuente de alimentacin de 12V de transistor T1. La corriente a travs de la bobina se mide por la pequea serie de la resistencia R4. Una cada de tensin de 100 mV en R4 corresponde a una corriente de aproximadamente 1A. Cuando el transistor est abierto, el inductor puede volcar su energa en el diodo D4. Desde la cada de tensin en el diodo es slo de 0,6 V, que se tardar unos 12/0.6 = 20 veces ms tiempo para que la corriente cae a cero (recuerda que I = (Vt) / L). Esta es la razn por la cual se conduce la puerta del transistor con una seal muy asimtrica generada por el oscilador alrededor N1-N6. El transistor en el tiempo est determinada por C1 y R1 + R2. R2 se ajusta de manera que el transistor en el tiempo es igual a la del transistor a tiempo en el convertidor bajo carga normal. El transistor fuera de tiempo est determinada por C1 y R3 y alrededor de un factor 20 ms largo que el tiempo de.

Figura 6 La prueba del circuito inductor banco (izquierda) y una medicin de la inductancia de referencia (derecha).20

En la figura. 6 (derecho) a encontrar una medida de la bobina de referencia. Nos encontramos con que con una tensin de alimentacin de 12V la corriente a travs del inductor alcanza un valor de I = V / R = 0.361/0.11 = 3.28A en el 27,1 y micros. Desde I = (V / L) t se encuentra en la inductancia L = (V / I) t = (12/3.28) 27.1 = 97.6 y microH. No est mal! A mayores un poco ms actual se observa un fuerte aumento de la corriente a travs de la bobina. Este es el punto en el que se satura de ferrita. El inductor no debe ser utilizado ms all de este punto. Ahora puede probar diferentes inductores inductores por ejemplo, rescatados de antiguos suministros de energa (equipo). El interruptor S1 que sea fcil comparar estos inductores con el inductor de referencia. Otro parmetro importante a considerar es el consumo de corriente del banco de pruebas. Un aumento en las prdidas por conmutacin en el ncleo inductor se refleja en un aumento en el consumo de energa.

Lo que usted necesita saber acerca de los transformadoresEsta seccin trata de algunas cosas bsicas que usted necesita saber acerca de los transformadores a fin de comprender fly-back convertidores. En la figura. 7 He intentado esbozar una bobina primaria y su equivalente esquemtico. Tenga en cuenta que ambas bobinas tienen una direccin determinada y que las direcciones son iguales indicado por un punto.

Figura 7 transformador abierto bsico con devanados secundarios En este ejemplo se supone que el lado primario del transformador tiene un cierto nmero de vueltas con L1 inductancia. El secundario del transformador tiene diez veces ese nmero de vueltas. Como resultado, el secundario tendr una inductancia L2 = 10 ^ 2 * L1 = 100 * L1. Consideremos primero el caso de que los secundarios no estn conectados. Cuando una fuente de tensin est conectada a la bobina primaria de la corriente a travs de la bobina primaria comenzar a aumentar linealmente a una tasa de I = (V/L1) * t. Ya que con bornes en el lado secundario no puede fluir la corriente secundaria, el transformador se comporta como un inductor L1 normal con la inductancia. El actual aumento de primaria va a generar un flujo magntico no slo a travs de los bobinados primarios, pero el mismo flujo tambin fluye a travs de los secundarios. Es fcil ver por razones de simetra que si la bobina secundaria sera idntica a la bobina primaria de la tensin en el lado primario y secundario sera igual. En este caso tenemos 10 veces el nmero de vueltas en el secundario. Esto puede ser visto como una conexin en serie de 10 rollos cada uno con una tensin de 10V por lo que, en total 100 V es inducida en el primario. La tensin de 100V en la salida se mantiene siempre y cuando la corriente sigue aumentando de forma lineal. En la21

prctica esto significa que hasta que la corriente llega a su cumplimiento o hasta que el ncleo se satura.

Figura 8 transformadores con base cerrada devanados secundarios A continuacin, el secundario est conectado a alguna carga, que permitir un flujo de corriente (Fig. 8). Si el bobinado primario est conectado a una fuente de voltaje, una corriente a travs de la bobina primaria empezar a fluir, lo que resulta en el flujo magntico en la direccin indicada por la flecha. Este flujo magntico, obviamente, tambin el flujo a travs de la bobina secundaria. Hemos visto que un inductor resiste a un cambio en el flujo magntico. Para contrarrestar el creciente flujo, una corriente que fluye en direccin opuesta a travs de la bobina secundaria se empiezan a fluir como se indica en la figura. 8 Como resultado de una cada de tensin en la carga como se indica.

Figura 9 El transformador flyback Por ltimo, la fuente de tensin en el primario es eliminado repentinamente (Fig. 9). La nica manera que el secundario se puede prevenir un colapso repentino del flujo es el de invertir la direccin de la corriente que fluye a travs de la bobina secundaria. Como resultado tambinla cada de tensin en la carga inversa. Tenga en cuenta que la tensin sobre la carga aumentar a un valor que se necesita para mantener un flujo constante. La energa magntica almacenada en el inductor es objeto de dumping en la carga y disminuye la corriente secundaria a una tasa de Vout/L2

El convertidor flybackLa figura 10 muestra los elementos bsicos del convertidor flyback. Una vez ms todos los circuitos de control se omite, y el MOSFET de conmutacin est representado por un switch ideal.

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Figura 10 La primera fase, el almacenamiento de energa en el transformador. Por el momento, suponemos que en t = 0 el condensador de buffer se carga a la tensin de salida Vout nominal y que la corriente a travs del arrollamiento primario del transformador es cero. En t = 0 el interruptor se cierra y una corriente empezar a fluir a travs de la bobina primaria. Esto induce una tensin en el secundario con una polaridad tal como se indica (ver seccin anterior). Puesto que el diodo se polariza inversamente no corriente secundaria fluir, por lo que, bsicamente, el secundario es "no conectado". En otras palabras, en el lado primario del transformador de que "acaba de ver un inductor". Como resultado de la corriente principal comenzar a aumentar lineary de acuerdo con I = (12/L1) * t. Durante el tiempo que se cierra el interruptor de la tensin inducida en el bobinado secundario ser n * 12V. Esto significa que el diodo mnimamente tiene que bloquear una tensin inversa de n * 12 + Vout

Figura 11 La segunda fase, el vertido de la energa desde el transformador en el condensador de amortiguacin. En un momento en que el interruptor se abrir (Fig. 11). Permite llamar a la corriente que fluye a travs de la bobina primaria en el momento justo antes de que el interruptor se abri Ipeak. La energa se almacena en el momento de apertura es de 0,5 * L1 * (* Ipeak Ipeak). El transformador quiere mantener el flujo magntico. Ya que el circuito en el lado principal es abrir la nica manera que el inductor de hacer esto es mediante la induccin de un voltaje en el secundario lo suficientemente alto (> Vout) de polarizacin directa del diodo. El valor inicial de la corriente ser I2 = Ipeak / n. Durante el tiempo que el diodo est polarizado, la tensin en el secundario ser igual a 0,8 V. Vout El 0,8 V es la cada de tensin en el diodo y puede, por una tensin de salida alta, como en un convertidor de Nixie descuidarse. El transformador va a transformar esta tensin hasta Vout / n. As que la tensin total que el interruptor tiene que bloquear en posicin abierta es 12 + (Vout / n).23

En realidad esta es la gran ventaja de un convertidor flyback ms de un convertidor elevador. En un convertidor elevador del interruptor (MOSFET) tiene que llevar una gran cantidad de corriente durante la fase de encendido y un alto voltaje en la fase de apagado. En el convertidor flyback la tensin durante la fase de se transforma a un valor determinado por la relacin de vueltas. Esto significa que un MOSFET con un mucho menor Ron se puede utilizar (vase la seccin sobre la boostconverter). Asimismo, en el convertidor elevador del diodo tiene que llevar tanto en el alto de corriente y un voltaje inverso alto. En el convertidor flyback el diodo en el secundario slo tiene que bloquear a un alto voltaje, mientras que la corriente es baja (Ipeak / n). Esto hace que sea posible seleccionar un diodo con menores capacidades y la velocidad de conmutacin por tanto, mayores. Todo esto se traduce en reduccin de prdidas y un aumento de la eficiencia.

Figura 12 La tercera fase, la descarga de energa de descarga completa del condensador de drenaje-fuente Esto contina hasta que toda la energa almacenada en el transformador es objeto de dumping en el condensador de amortiguacin. En ese momento se convierte en cero I2 (fig. 12). En ese momento, la fuerza electromotriz inducida en el circuito primario (Vout / n) se desvanecer. Sin embargo, la capacitancia parsita del interruptor (fuente de la fuga de la capacitancia de los MOSFET) se cargar a (Vout / n) 12 V. En la parte principal ya un tanque resonante serie est formada por un capacitor cargado (Fig. 12 derecha ). Esto causar una oscilacin humedecido.

Figura 13 Tensin en el interruptor durante las tres fases La figura 13 muestra esquemticamente el voltaje drenaje-fuente (la tensin en el conmutador) durante todas las fases del convertidor se acaba de describir. Durante la24

primera fase se cierra el interruptor. Lo que vemos es la cada de voltaje en el interruptor causado por la no-cero de la resistencia. Durante esta fase, la corriente aumenta de forma lineal, por lo que tambin la cada de tensin sobre Ron se incrementar de forma lineal. En el punto B se abre el interruptor. La corriente secundaria se empiezan a fluir y el wil del voltaje de salida aparecen abajo transformado en el bobinado primario. La tensin de bloqueo total sobre el interruptor ser de 12 + (Vout / n) (Fig. 13c). En el punto d toda la energa que se descarga en el condensador y la corriente secundaria baja a cero haciendo que la fuerza electromotriz inducida en el circuito primario de desaparecer. El acusado de drenaje-fuente de condensadores, de repente conectado en serie con la inductancia de la bobina primaria se traducir en una oscilacin humedecido (Fig. 12e). En el punto F el interruptor se cierra de nuevo, y toda la energa restante en el tanque LC ser disipada en el transistor.

Figura 14 inductancia parsita. Esto deja slo una pequea fenmeno a explicar. No transformador es ideal. Siempre habr lneas de campo magntico generado por el bobinado primario, que no lo son (totalmente) rodeado por los secundarios. Esto causar una inductancia parsita que puede ser modelado como un inductor de pequeos en serie con el bobinado primario del transformador (Fig. 14). Hemos visto que toda la energa que se almacena en el transformador es objeto de dumping en el condensador de amortiguacin. Esto no se sostiene por la cantidad (reducida) de la energa almacenada en la inductancia parsita. As que la apertura repentina de la funcin har que un pico de tensin agudo, al igual que con cualquier inductor que es desconectado de repente de una corriente continua. El inductor pequea perdida en serie con la capacitancia fuente de la fuga provocar una humedecido oscilacin de alta frecuencia (Fig. 15).

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Figura 15 oscilaciones de alta frecuencia debido a la energa almacenada en la inductancia parsita. Si es necesario el transistor de conmutacin se pueden proteger desde el pico de alta tensin por una red RC o un amortiguador zenerdiode que limita la mxima fuente de la fuga de voltaje. Por ltimo se puede comprobar por s mismo la ecuacin derivada de la tensin de salida del convertidor elevador tambin es vlido para el convertidor flyback. Esto no es realmente sorprendente, como en el convertidor elevador se basa el convertidor flyback sobre el vertido de la energa de un inductor o el bobinado primario de un transformador en la carga. El transformador slo sirve para bajar la tensin sobre el interruptor.

Una fuente de alto voltaje del convertidor flyback para nixies.Despus de todo lo que se ha dicho hasta ahora, el diagrama del circuito del convertidor flyback llevar a cabo sin sorpresas (Fig. 16). Literalmente, la nica diferencia con el convertidor elevador es que el inductor es reemplazado por un transformador, y que el transistor se ha sustituido por un BUZ21. El BUZ21 tiene una mucho menor en la resistencia (Ron = 0,085 ohmios) en comparacin con el BUZ41A (Ron = 1,5 ohmios), sino tambin un menor drenaje-fuente tensin de ruptura (100 V en comparacin con 500 V).

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Figura 16 Esquema de conexiones del convertidor Flyback. La parte ms difcil del circuito es el transformador. Bueno, no es exactamente difcil, pero el problema es que tienes que hacer t mismo. Lo que empeora las cosas es que encontrar un ncleo de ferrita adecuado puede a veces ser difcil ya que los proveedores de componentes a menudo slo tienen unos pocos tipos de acciones. El ncleo de ferrita en forma de E que utilizar medidas de 20x20x5 mm (Fig. 16) los compr de Paul Van de Broek, que siempre me ayuda cuando necesita algo especial.

Figura 17 El ncleo de ferrita que yo uso (20x20x5 mm). Entonces, cul es la estrategia para encontrar el nmero de giros que hay en el ncleo de ferrita que tiene? Bueno en primer lugar yo siempre empiezo con mi inductor del banco de pruebas para que pueda comparar lo que he hecho con la referencia 100 y inductor microH. Si este es su primer fly-back conversor puede ser ilustrativo para tratar27

el primer ncleo de ferrita sin un espacio de aire. Mente a todo el mundo siempre dice que espacio de aire, pero lo que realmente significa es un espaciador, a menudo hechos de plstico (cellotape). As que empieza con, por ejemplo 10 o 20 vueltas sin un espacio de aire. Lo que probablemente veremos en el banco de pruebas es una inductancia muy alta (ms lento incremento de la corriente en comparacin con los 100 y inductor microH). Al mismo tiempo, se encuentra la saturacin de ferrita con una corriente baja. Ahora es el momento de incluir el espaciador. Adjunte una paz de cinta adhesiva y cortar el exceso de cinta con una cuchilla de afeitar para que slo las superficies de contacto de la ferrita estn cubiertos con cinta adhesiva. Si se intenta el inductor ahora se encuentra una inductancia mucho ms bajos y una corriente de mayor saturacin. Probablemente usted tendr que agregar o quitar algunas vueltas para obtener una inductancia de 100 y microH (misma pendiente). Para el bobinado primario que uso 0.4 (o 0.5) mm de dimetro con aislamiento de alambre de cobre. Cuando haya determinado el nmero correcto de vueltas en el primario, el secundario se compone de diez veces ese nmero de vueltas. Para los secundarios que usar algo como 0,1-0,15 mm de dimetro de alambre. Yo siempre incluyen una capa de cinta entre dos capas de bobinado secundario para evitar chispas. Los transformadores que yo uso con 22 vueltas en el primario y 220 espiras del secundario.

Figura 18 Dos ejemplos del convertidor Flyback construido sobre una placa de la paz. La figura 19 muestra el voltaje drenaje-fuente del MOSFET de potencia medida con una sonda de reduccin de 1:10. El 1 - en el eje izquierdo marca el nivel de 0 V de entrada. La imagen no es muy fuerte debido a una cierta inestabilidad de disparo causado por una onda de 50Hz en la fuente de alimentacin. Sin embargo, varias caractersticas de la figura. 15 puede ser reconocido. La frecuencia de repeticin es de 32 kHz y la tensin mxima de bloqueo de los transistores es de 31 V de acuerdo con la teora. La tensin en el transistor casi columpios para los dos perodos completos hasta que el transistor se conecta de nuevo. Las oscilaciones de alta frecuencia debido a la inductancia parsita estn ah, pero difcil de ver en la fotografa. La cada de tensin cada vez ms Ron durante la fase de es claramente visible.

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Figura 19 Drenaje-fuente de tensin de los MOSFET de potencia medida con una sonda de reduccin de 1:10. El convertidor total de fcilmente se puede construir en un rea de menos de 4x4 cm. Para aumentar la vida de mis tubos por lo general se ejecutan en ellos tan bajo lo ms actualizada posible. Por lo general 1-1,5 mA. Esto significa que el convertidor tiene que generar de 6 dgitos de 6 a 7 watts. La eficiencia es de aprox. Un 80%. Esto no es espectacular, pero lo suficientemente bueno para un circuito tan simple. Si usted decide construir uno: divertirse, ser cuidadoso y buena suerte!

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