|
U kunt er papier en lucifers mee in brand steken, vuurwerk op afstand mee ontsteken, carbid schieten en waterstof ballonnen laten exploderen. En het kost nog geen drie euro!
|
Kennismaking met de HV-1 'High Voltage Lighter Kit'
Wat is het?
Dit bouwpakketje bevat om precies te zijn zes elektronische onderdelen en zit op een printje van 53 mm bij 18 mm. U betaalt er bij AliExpress minder dan drie euro voor. Maar wat doet het? Als u het printje aansluit op een gelijkspanning van minimaal 3,5 V en maximaal 5,0 V kunt u er een vlamboog mee maken van maximaal 10 mm. Deze vlamboog is heel heet en u kunt er dus alles dat gemakkelijk in brand vliegt op afstand mee aansteken. Als u bijvoorbeeld de lont van vuurwerk tussen de twee elektroden aanbrengt en u activeert het printje wordt de lont ontstoken. Of het ook nog nuttige toepassingen heeft? Misschien niet, maar het is leuk spotgoedkoop speelgoed en het is fascinerend om te ervaren hoe een paar elektronische onderdeeltjes in staat zijn een spanning van ongeveer 15.000 V te genereren.
De vlamboog ontstaat uiteraard tussen de punten van de twee elektrodes die u rechts in de onderstaande foto ziet. U kunt de drukschakelaar vervangen door twee draadbruggetjes en de vlamboog activeren door de voeding van het printje op afstand via een lange draad even in te schakelen.
 |
| Het resultaat van een half uurtje knutselen. (© 2021 Jos Verstraten) |
Wie heeft het ontworpen?
Zoals zo vaak met Chinese bouwpakketjes wordt dit kitje onder diverse namen en voor nogal uiteenlopende prijzen aangeboden. Een zoektocht via Google brengt aan het licht dat er in ieder geval twee versies te koop zijn die in één detail van elkaar verschillen. De goedkoopste versies zijn identiek aan de bovenstaande foto. Op de iets duurdere versies wordt nog een extra elco opgenomen tussen de voedingsaansluitingen.
Als fabrikant vinden wij namen als Haodiy, Eeqkit en YiQi.
Het via AliExpress door IC GOGOGO Store aan ons geleverde exemplaar komt, volgens de bouwbeschrijving, van Haodiy.
De kwaliteit van de levering
Het bouwpakketje wordt geleverd in een luchtkussen envelop met daarin een plastic zakje met alle onderdelen en één velletje A4 als bouwbeschrijving.
 |
| De levering van het bouwpakket. (© 2021 Jos Verstraten) |
De kwaliteit van de onderdelen
Op het trafootje na is de kwaliteit uitstekend. Als transistor wordt een SMD-versie van de beroemde 2N3055 geleverd. Over de kwaliteit van het trafootje kunnen wij minder tevreden zijn. Hoewel wij uiteraard beseffen dat het onmogelijk is voor zo'n lage prijs (€ 0,37 los gekocht!) een professionele ontsteektrafo te leveren had de kwaliteit, wat ons betreft, tóch iets beter kunnen zijn. Deze 14 mm bij 14 mm bij 7 mm grote trafo heeft twee primaire laagspanning wikkelingen en een secondaire hoogspanning wikkeling. Die laatste is goed uitgevoerd met twee stevige draden.
De manier waarom de wikkeldraden van de twee primaire wikkelingen naar buiten zijn gebracht is beneden peil. De zeer dunne wikkeldraden komen zonder ondersteuning rechtstreeks uit het giethars waarmee het trafootje is gevuld.
U moet de isolatielak van deze vier draadjes verwijderen met een scherp mesje of schuurpapier. Als u dat niet heel voorzichtig doet loopt u de kans dat een van de vier draadjes afbreekt op de plaats waar hij het giethars verlaat en dan is de trafo onbruikbaar. Een constructie met vier printpennetjes had toch niet zoveel extra gekost?
Na een bepaalde tijd zakt de basisspanning onder de geleidingswaarde van de transistor. De transistor gaat nu naar sper. De trafo verzet zich echter tegen deze stroomverandering door het genereren van een zeer hoge tegenspanning in de wikkeling 1~2. Zoals uit het oscillogram blijkt heeft deze spanning een waarde van wel 50 V. Het is deze spanningspiek die in de secundaire wikkeling 5~6 van de trafo een zeer hoge spanningspuls van (volgens de fabrikant van de trafo) 15.000 V genereert. Deze spanning is verantwoordelijk voor het ontstaan van de vlamboog tussen de punten van de elektroden die op de secundaire wikkeling zijn aangesloten.
Zoals uit de oscillogrammen blijkt bedraagt de tijdsduur tussen twee pulsen ongeveer 40 μs, hetgeen overeen komt met een frequentie van 25 kHz. De vlamboog wordt dus in stand gehouden.
Het printje vol solderen
Dat is voor de ervaren knutselaar uiteraard geen probleem. Begin met het vertinnen van de twee pad's waarop de emitter en de basis van de transistor moeten komen. Soldeer deze twee aansluitingen vervolgens vast op de pad's. Zorg er bij deze handelingen voor dat u de transistor zover naar de ene kant plaatst dat er aan de andere kant nog voldoende vrij koper overblijft voor het vast solderen van de collector op het grote vierkante pad op de print.
Vervolg de montage met, in deze volgorde, de weerstand, de diode, het printkroonsteentje en de drukschakelaar.
De montage van de trafo
Dat is het enige punt dat de nodige aandacht en voorzichtigheid vereist. Zoals uit de onderstaande foto blijkt moet u de vier dunne draadjes van de twee primaire wikkelingen op een welbepaalde manier door de drie gaatjes 1, 2 en 3 van de print duwen. Twee draadjes zijn al verenigd en die moet u door het middelste gat (2) duwen. Het overblijvende dunne wikkeldraadje moet door het linker gat (3), het overblijvende dikke wikkeldraadje door het rechter gat (1).
Gelukt? Gebruik dan een druppeltje cyanoacrylaat lijm om de trafo vast te lijmen op het printje.
Vervolgens draait u het printje met de soldeerzijde naar boven, buigt de wikkeldraadjes 90° zodat zij plat op de drie koperen pad's komen te liggen. Gebruik een heel scherp mesje, bij voorkeur zo'n chirurgen mesje met een rond snijvlak, en schraap de laklaag van de vier wikkeldraadjes af. Buig, als deze kant klaar is, de draadjes naar de andere kant en schraap de lak ook aan de andere kant van de draadjes.
Tot slot soldeert u de vier draadjes vast op de drie pad's.
Het printje blijkt erg goed te werken. Aangesloten op een spanning van 5 Vdc kunt u de punten van de twee secundaire elektroden zes millimeter uit elkaar zetten en een mooie, stabiele vlamboog maken. Bij deze voedingsspanning trekt het printje een stroom van 3,1 A. Dat betekent dat er niet minder dan 15 W wordt gedissipeerd in de transistor en de trafo!
Het zal dus wel duidelijk zijn dat u de drukknop niet langer dan tien seconden kunt indrukken. Dat is echter voldoende om iets dat tussen de elektroden staat te laten ontbranden. De trafo en de transistor worden heel snel heet en als u de schakeling te lang laat werken sneuvelen deze onderdelen.
De gegenereerde temperatuur in de vlamboog is indrukwekkend. Wij hielden een type-K thermokoppel (chromel-alumel) in de vlamboog, deze werd al na een paar seconden roodgloeiend. Onze meter wees een temperatuur aan van 1.080 °C.
(Banggood sponsor advertentie)
10 stuks HV-1 High Voltage Lighter Kit
 |
| De geleverde onderdelen. (© 2021 Jos Verstraten) |
Het printplaatje
In de onderstaande figuur zijn de twee zijden van het dubbelzijdig printje voorgesteld. De trafo wordt gemonteerd op het grote witte vlak. Onder en boven dit vlak zijn twee rechthoekvormige gaatjes in de print aangebracht. Het is de bedoeling dat u door deze twee gaatjes een (meegeleverde) tiewrap aanbrengt die de trafo op de print moet fixeren. Dat levert echter een gammele constructie op met een trafo die tóch een beetje rammelt met als risico dat ooit een van de vier wikkeldraadjes gaat afbreken. Beter kunt u de trafo met een druppeltje cyanoacrylaat lijm muurvast op de print monteren.
De handleiding
Dat is echt een aanfluiting! Geleverd wordt één enkelzijdig bedrukt velletje papier met daarop uitsluitend Chinese tekst, het schema en één foto van het bestukte printje. Gelukkig hebben wij op het internet een Engelstalige stap-na-stap handleiding gevonden die wij op ons eigen account op Google Drive voor u hebben opgeslagen:
Aanklikbare link ➡ HV_1_Arc_Ignition_Lighter_Manual.pdf
Deze handleiding gaat weliswaar over de uitgebreidere versie met een extra voedingselco en een standaard 2N3055, maar is ook bruikbaar voor de versie zonder elco.
Het schema
Dit is uiteraard de eenvoud zelve en voorgesteld in de onderstaande figuur. De diode D1 is een FR107, een zogenaamde 'fast recovery diode'.
De werking van de schakeling
In het onderstaand oscillogram ziet u wat er gebeurt op het moment dat u op de drukknop drukt (START). De gele trace geeft het verloop van de spanning op de collector van de transistor. De blauwe trace geeft de spanning op de basis van hetzelfde onderdeel.
Voor het tijdstip 'START' staat de collector uiteraard op de voedingsspanning en de basis op 0 V. Dat ziet u aan de pijltjes links in beeld. Op het moment dat u op de drukknop drukt gaat er via de wikkeling 3~4, de diode D1 en de weerstand R1 een grote stroom in de basis van de transistor vloeien. De transistor wordt in verzadiging gestuurd. U ziet in het oscillogram dat de basisspanning naar 0,7 V gaat en de collectorspanning naar 0 V.
Op dit moment wordt de voedingsspanning via de geleidende transistor rechtstreeks verbonden met de wikkeling 1~2. Er gaat opeens een grote stroom door deze wikkeling vloeien. Deze stroomsprong bouwt een flinke hoeveelheid magnetische veld in de trafo op. Dit veld induceert in de wikkeling 3~4 een spanning die ervoor zorgt dat de basisspanning positief blijft. U ziet dat de basisspanning zelfs nog iets stijgt, de transistor blijft in verzadiging. De basisstroom zorgt voor een afname van het veld in de trafo.
In de onderstaande figuur zijn de twee zijden van het dubbelzijdig printje voorgesteld. De trafo wordt gemonteerd op het grote witte vlak. Onder en boven dit vlak zijn twee rechthoekvormige gaatjes in de print aangebracht. Het is de bedoeling dat u door deze twee gaatjes een (meegeleverde) tiewrap aanbrengt die de trafo op de print moet fixeren. Dat levert echter een gammele constructie op met een trafo die tóch een beetje rammelt met als risico dat ooit een van de vier wikkeldraadjes gaat afbreken. Beter kunt u de trafo met een druppeltje cyanoacrylaat lijm muurvast op de print monteren.
 |
| De twee zijden van het printje. (© 2021 Jos Verstraten) |
De handleiding
Dat is echt een aanfluiting! Geleverd wordt één enkelzijdig bedrukt velletje papier met daarop uitsluitend Chinese tekst, het schema en één foto van het bestukte printje. Gelukkig hebben wij op het internet een Engelstalige stap-na-stap handleiding gevonden die wij op ons eigen account op Google Drive voor u hebben opgeslagen:
Aanklikbare link ➡ HV_1_Arc_Ignition_Lighter_Manual.pdf
Deze handleiding gaat weliswaar over de uitgebreidere versie met een extra voedingselco en een standaard 2N3055, maar is ook bruikbaar voor de versie zonder elco.
 |
| De bij ons bouwpakketje geleverde Chinese handleiding. (© 2021 Jos Verstraten) |
De elektronica van de schakeling
Het schema
Dit is uiteraard de eenvoud zelve en voorgesteld in de onderstaande figuur. De diode D1 is een FR107, een zogenaamde 'fast recovery diode'.
 |
| Het schema van dit eenvoudig bouwsetje. (© 2021 Jos Verstraten) |
De werking van de schakeling
In het onderstaand oscillogram ziet u wat er gebeurt op het moment dat u op de drukknop drukt (START). De gele trace geeft het verloop van de spanning op de collector van de transistor. De blauwe trace geeft de spanning op de basis van hetzelfde onderdeel.
Voor het tijdstip 'START' staat de collector uiteraard op de voedingsspanning en de basis op 0 V. Dat ziet u aan de pijltjes links in beeld. Op het moment dat u op de drukknop drukt gaat er via de wikkeling 3~4, de diode D1 en de weerstand R1 een grote stroom in de basis van de transistor vloeien. De transistor wordt in verzadiging gestuurd. U ziet in het oscillogram dat de basisspanning naar 0,7 V gaat en de collectorspanning naar 0 V.
Op dit moment wordt de voedingsspanning via de geleidende transistor rechtstreeks verbonden met de wikkeling 1~2. Er gaat opeens een grote stroom door deze wikkeling vloeien. Deze stroomsprong bouwt een flinke hoeveelheid magnetische veld in de trafo op. Dit veld induceert in de wikkeling 3~4 een spanning die ervoor zorgt dat de basisspanning positief blijft. U ziet dat de basisspanning zelfs nog iets stijgt, de transistor blijft in verzadiging. De basisstroom zorgt voor een afname van het veld in de trafo.
Na een bepaalde tijd zakt de basisspanning onder de geleidingswaarde van de transistor. De transistor gaat nu naar sper. De trafo verzet zich echter tegen deze stroomverandering door het genereren van een zeer hoge tegenspanning in de wikkeling 1~2. Zoals uit het oscillogram blijkt heeft deze spanning een waarde van wel 50 V. Het is deze spanningspiek die in de secundaire wikkeling 5~6 van de trafo een zeer hoge spanningspuls van (volgens de fabrikant van de trafo) 15.000 V genereert. Deze spanning is verantwoordelijk voor het ontstaan van de vlamboog tussen de punten van de elektroden die op de secundaire wikkeling zijn aangesloten.
Zoals uit de oscillogrammen blijkt bedraagt de tijdsduur tussen twee pulsen ongeveer 40 μs, hetgeen overeen komt met een frequentie van 25 kHz. De vlamboog wordt dus in stand gehouden.
 |
De spanningen op de collector en de basis van de transistor. (© 2021 Jos Verstraten) |
De bouw van de vlamboog generator
Het printje vol solderen
Dat is voor de ervaren knutselaar uiteraard geen probleem. Begin met het vertinnen van de twee pad's waarop de emitter en de basis van de transistor moeten komen. Soldeer deze twee aansluitingen vervolgens vast op de pad's. Zorg er bij deze handelingen voor dat u de transistor zover naar de ene kant plaatst dat er aan de andere kant nog voldoende vrij koper overblijft voor het vast solderen van de collector op het grote vierkante pad op de print.
Vervolg de montage met, in deze volgorde, de weerstand, de diode, het printkroonsteentje en de drukschakelaar.
De montage van de trafo
Dat is het enige punt dat de nodige aandacht en voorzichtigheid vereist. Zoals uit de onderstaande foto blijkt moet u de vier dunne draadjes van de twee primaire wikkelingen op een welbepaalde manier door de drie gaatjes 1, 2 en 3 van de print duwen. Twee draadjes zijn al verenigd en die moet u door het middelste gat (2) duwen. Het overblijvende dunne wikkeldraadje moet door het linker gat (3), het overblijvende dikke wikkeldraadje door het rechter gat (1).
Gelukt? Gebruik dan een druppeltje cyanoacrylaat lijm om de trafo vast te lijmen op het printje.
Vervolgens draait u het printje met de soldeerzijde naar boven, buigt de wikkeldraadjes 90° zodat zij plat op de drie koperen pad's komen te liggen. Gebruik een heel scherp mesje, bij voorkeur zo'n chirurgen mesje met een rond snijvlak, en schraap de laklaag van de vier wikkeldraadjes af. Buig, als deze kant klaar is, de draadjes naar de andere kant en schraap de lak ook aan de andere kant van de draadjes.
Tot slot soldeert u de vier draadjes vast op de drie pad's.
 |
| Het aansluiten van de vier wikkeldraadjes van de trafo op de print. (© 2021 Jos Verstraten) |
De HV-1 vlamboog generator in de praktijk
Het printje blijkt erg goed te werken. Aangesloten op een spanning van 5 Vdc kunt u de punten van de twee secundaire elektroden zes millimeter uit elkaar zetten en een mooie, stabiele vlamboog maken. Bij deze voedingsspanning trekt het printje een stroom van 3,1 A. Dat betekent dat er niet minder dan 15 W wordt gedissipeerd in de transistor en de trafo!
Het zal dus wel duidelijk zijn dat u de drukknop niet langer dan tien seconden kunt indrukken. Dat is echter voldoende om iets dat tussen de elektroden staat te laten ontbranden. De trafo en de transistor worden heel snel heet en als u de schakeling te lang laat werken sneuvelen deze onderdelen.
De gegenereerde temperatuur in de vlamboog is indrukwekkend. Wij hielden een type-K thermokoppel (chromel-alumel) in de vlamboog, deze werd al na een paar seconden roodgloeiend. Onze meter wees een temperatuur aan van 1.080 °C.
10 stuks HV-1 High Voltage Lighter Kit