Meer uitleg over schakelende vordingen De uitgangen van de transfo van de schakelende voeding, origineel gedeelte en stuk dat bijgeplaatst werd (eerste deel van de spanningsverdubbelaar) Instelbare voeding voor de nixie-buizen

Het is mogelijk een gewone voeding te gebruiken die 5V levert voor de electronika en 170V voor de nixie buizen, maar dan zal je waarschijnlijk twee transfo's nodig hebben (behalve indien je d'er één laat bobineren).

Er bestaan ook schakelende modules die een laagspanning (12V) omzetten in hoogspanning, maar zo'n module hebben we niet liggen. Dit is wel de gemakkelijkste manier om de nodige hoogspanning te bekomen als je enkel een voedingsblok van 12V hebt.

Maar het is ook mogelijk een afgedankte voeding uit een DVD speler te halen. DVD spelers zijn niet echt gemaakt om lang mee te gaan, maar dat zijn ze blijkbaar vergeten toe te passen op de schakelende voedingen. Zelfs de elko's zien er nog deftig uit en er is geen rimpel op de uitgang als die belast is.

De schakelende voeding levert verschillende spanningen die we niet nodig hebben. We gebruiken de +5V voor het electronisch gedeelte en de +170V zullen we zelf maken. De +12V, -20V en -20V worden hier niet gebruikt. De voeding kon ook een spanning van 3.3V leveren, maar dit gedeelte is niet bestukt geweest.

Nu moeten we 170V zien te maken. Dit lukt heel gemakkelijk met een spanningsverdubbelaar. Spanningsverdubbelaars (in feite "tripleurs") werden zeer lange tijd gebruikt om de zeer hoge spanning te leveren die nodig was voor de voeding van de beeldbuis van ouderwetse televisies. De spanning bedroeg 25kV en het was eenvoudiger een transfo te maken met een uitgangspanning van 7kV en een tripleur te gebruiken. Daardoor zijn er minder wikkelingen nodig en is de kans dat de hoogspanningstransfo doorslaat kleiner.

De hoogste spanning die onze transfo kan leveren is 20V, en zelfs met een viertraps verdubbelaar zitten we ver van ons doel. Daarbij komt nog dat de inwendige weerstand van de schakeling hoger wordt met de stijging van het aantal trappen. In onze toepassing zou dit geen bezwaar zijn (daardoor worden de nixie buizen zelfs beschermd tegen ene te hoge stroom), maar de uiteindelijke spanning is nog altijd te laag om de buizen te doen ontsteken.

Maar we kunnen de spanningsverdubbelaar schakelen tussen de twee uiteinden van de secundaire wikkeling. Omdat we zowel de positieve als de negatieve pulsen gebruiken winnen we nog een paar volts.

Een schakelende voeding werkt op een heel specifieke manier (we gaan die niet in detail hier uitleggen). Er is een vermogensoverdracht op het ogenblik dat de schakeltransistor uit geleiding gaat en de opgeslagen magnetische energie overgedragen moet worden. Alle diodes zijn op een welbepaalde manier geschakeld: de gelijkrichting is enkelzijdig (behalve bij schakelende voedingen voor zeer hoog vermogen).

De schakelende voeding is niet ontworpen om vermogen te leveren aan een dubbelzijdige gelijkrichter (zo gedraagt de spanningsverdubbelaar zich). Gelukkig kan de voeding een klein vermogen leveren via een dubbelzijdige gelijkrichter, op voorwaarde dat het merendeel van het vermogen afgenomen wordt via enkelzijdige gelijkrichting.

Hoeveel vermogen heeft een nixiebuis eigenlijk nodig? We hebben 170V nodig en iedere buis trekt maximaal 3mA. Aangezien we 7 6 aanduiders willen gebruiken zitten we aan ongeveer 20mA. In totaal verbruiken de 7 6 nixie aanduiders dus 3W.

We moeten dus ongeveer 5W verbruiken vie de enkelfasige gelijkrichting om een stabiele en betrouwbare werking van de voeding te garanderen (de voeding kan in totaal 15W leveren). De meeste belasting moet ook op de 5V gebeuren, want de spanningsstabilisatie gebeurt enkel op de 5V lijn. We moeten ervoor zorgen dat de 5V lijn een belasting van 1A. ziet.

Bij de ontwikkeling van de gelijkrichter heb ik de spanning van iedere trap gemeten. Met drie diodes bekom ik 160V. Spijtig, juist te weinig om de buizen te doen ontsteken. Met 4 diodes en een extra condensator zit ik aan 220V. Om de stroom te beperken heeft iedere nixie buis een anodeweerstand van 33kΩ.

Aangezien de schakelende voeding op een hoge frekwentie werkt (56kHz) kan ik kleine condensatorwaarden gebruiken in de spanningsverdubbelaar: met 1µF kom ik ruim toe: deze waarde is vergelijkbaar met 1000µF indien men een normale netvoeding gebruikt zouden hebben (50Hz). En 1000µF is ruim voldoende voor een belasting van een 20tal mA.

In een verbeterde versie gebruik ik een extra transistor om de spanning van de nixie buizen in te stellen. Ik kon zowel een mosfet of een gewone transistor gebruiken (mits een voldoende hoge Hfe en geschikt voor hoge spanningen). Ik heb testen gedaan met een BUY48 geworden.

Het vermogen dat gedissipeerd moet worden is zeer beperkt. De transistor kan maximaal werken op 200V, maar dit is geen probleem omdat de transistor die in emittervolger geschakeld is nooit de 220V ziet.

Uiteindelijk, omdat ik ook de buizen zou laten reageren op de omgevingslicht heb ik nog een LDR bijgeplaatst. Een LDR (Light Dependent resistor) heeft een hoge weestand in het duister (ongeveer 500kΩ en een lage weerstand als er licht is, ongeveer 500Ω).

De transistoren zijn drie BF422 (dezelfde die als driver gebruikt werden voor de individuele kathodes). De schakeling is een bijna-darlington, waarbij iedere transistor ongeveer dezelfde stroom moet leveren (25% voor de eerste en 38% voor de twee uitgangstransistoren).

De voedingsspanning bedraagt 230V (minimale belasting) maar die zakt naar 210V bij normale belasting. Om een gelijkmatige lichtsterkte van alle nixiebuizen zijn de anodeweerstanden (origineel 10kΩ) individueel aangepast. Vooral bij lage stroomsterkte was het verschil in helderheid merkbaar.

En we gaan verder met de aansturing van de nixie buizen.