Микросхема MAX1771 - делаем повышающий DC-DC преобразователь для питания ламповых часов

Приветствую всех.
Неоднократное упоминание мной всуе газоразрядных индикаторов, ака Nixie tubes, вызвало интерес некоторых пользователей и даже вопросы в личку.
Обещал рассказать поподробнее, как только начну делать следующие.
Ну что ж, смотреть на лежащий без дела десяток лампочек Z560M надоело, начал.
Пост не совсем «обзор», скорее чистое DIY. Но технически, под тематику сайта попадает, так как микросхема куплена в интернет-магазине. Пусть это будет «подробный обзор с идеей для применения», во. :3
Обозревать будем микросхему MAX1771, из которой соберем «повышайку» — сердце наших часов, питающее лампы напряжением около 180 вольт. А в следующий раз соберем сами часы (ультрабюджетно, <$10), используя данный преобразователь и детали только из ассортимента Aliexpress, да Arduino, без винтажных микросхем типа SN74141 (К155ИД1)! (Лампы Вам, увы, придется искать самим отдельно. В оффлайне, на аукционах. Раритет-с, они давно не выпускаются.)
Кому интересно — прошу под кат. Много фото. Очень.

Итак, на Aliexpress были куплены данные микросхемки. Потому, что дешево — у нас в оффлайне штука стоит дороже, да и только в корпусе DIP есть.
Были куплены 23 сентября 2015. Ждал-ждал, да так и не дождался. Два раза нажимал «продлить защиту покупателя», но во второй раз продавец где-то залип, за один день до окончания срока открыл диспут. 26 ноября продавец, поморозившись в диспуте, вернул деньги. А где-то через пару недель я таки получил конвертик, но уж что поделать.

За время, пока ждал, успел впасть в пучины отчаяния, заказать то же самое на eBay, и даже получить. Так что наверное, таки не «пункт 18», ибо никто (включая меня) не хотел что-то получать бесплатно. Ну, да оставлю это на усмотрение администрации.

Все микросхемы приехали живые, покидал в один пакет. На Али были MAX1771CSA, ни иБее MAX1771ESA, различаются допустимой температурой работы — что нам совершенно без разницы.
Вот датащит на сайте производителя.

Ахтунг! Приведенная схема проста, но работает с очень высоким, опасным для жизни напряжением, легко превышающим 200 вольт (в случае ошибок/соплей/флюса в схеме обратной связи, и 450 может быть) постоянного тока.
Настоятельно не советую пытаться собирать её совсем начинающим. Пусть Ваши первые часы будут светодиодными!

Я не несу ответственности за последствия Ваших неосторожных действий.

Ну, довольно лирики. За дело

Схема взята тут: www.electronics-lab.com/project/hv-nixie-dc-dc-switching-power-supply/
Хорошая, проверенная схема. Вход 12 вольт. Не греется, выдает до 50 мА, чего хватит на самые прожорливые лампы (небольшие с 15мм цифрами кушают всего 1-2,5мА, огромные и сказочно дорогие Z568M или ИН-18 до 7мА).
Единственное, я немного переделал плату. У автора зазоры между дорожкой с высоким напряжением и землёй явно недостаточны. Промышленно изготовленная плата благодаря высокой точности и хорошему лаку такое, может, и терпит, но для нас и кустарного изготовления она не подходит. Также используются резисторы с выводами, вместо SMD.

Скачать плату, открывать в SprintLayout 6.0.
Прошу прощения за мазню наркомана внутри, при печати всё будет красиво. =)

Полный список деталей

• R1 1,5 M — SMD или с выводами
• R2 10 k — потенциометр/триммер
• R3 10 k – SMD или с выводами
• Rs 0,05 Ohm – с выводами, мощный. Хотя бы 1W.
• C1 100uF — электролит 25V, можно ёмкость больше
• C2 100nF – 0805 SMD
• C3 100nF – 0805 SMD
• C4 10uF / 250V — электролит, можно 450V
• C5 100nF / 250V — керамика, не обязательна
• IC MAX1771 — герой обзора
• L1 100uH / 1,8A — для небольших ламп можно на меньший ток, я использую 0,86А без проблем. Катушка нужна типа «катушка-бочонок», не тороидная
• Q1 IRF644 — транзистор, можно заменить на IRF740
• D2 MUR160 — диод, подойдет любой сверхбыстрый >=1A, >=400V, Mttr <50nS. Я использую диод ES3J.

Делаем плату

Я делаю фоторезистом. Можно и ЛУТ, наверное.
Накатываем фоторезист ламинатором с обоих сторон:


Печатаем фотошаблон. Я пользуюсь лазерным принтером и калькой. Не смотря на толстоватость, калька достаточно УФ-прозрачна. С дорогой пленкой для лазерника можно не заморачиваться.
Нам нужно распечатать так, чтобы тонер прилегал к плате. Если фоторезист негативный, то и печатаем в негативе.


Повысить контраст и качество можно, подержав шаблон в парах ацетона. Для простой платы я не этого не делал.
Далее складываем шаблон пополам, совмещая отверстия. Хорошо заминаем сгиб. В получившийся конверт вкладываем платку и фиксируем скотчем.

Прижимаем всё это дело стеклом с грузом, ну и под УФ-лампу. Это обычный «черный свет» ака лампа Вуда, относительно безвредный для глаз и кожи. Конкретно этот фоторезист использовал в первый раз, потому лицевую сторону немного передержал. 8 минут было много, вторая сторона за 5 минут вышла лучше. Попробуйте разное время экспозиции для своего фоторезиста и лампы, прежде чем делать в чистовую.

Вроде, вышло неплохо.

Отмываем лишний фоторезист в кальцинированной соде, одна чайная ложка на небольшой контейнер-ванночку для обеда.
Огрехи сразу видны, поправляем перманентным маркером.

Далее травим плату по обычной технологии, в хлорном железе. Обрезаем лишнее, отмываем фоторезист в той же кальцинированной соде.
Вышло средненько, но пойдет.

Зато относительно друг друга слои совпали идеально:

Сверлим плату. «Большие» отверстия это 1мм, «маленькие» 0,8мм. Крепление транзистора на винт М3.
Начинаем монтаж с мелких SMD деталей. Лудим дорожку под микросхемой, паяем саму микросхему и два мелких конденсатора.

Далее лудим всё остальное.

Внимание! Теперь плату надо отмыть в идеал (микросхему потереть зубной щеткой в ацетоне, например) и при дальнейшей пайке пачкать по минимуму, сразу смывая ацетоном.
Высокое напряжение не прощает грязь и неотмытый флюс.
Потихоньку паяем далее. Важно: резисторы R1 и R3 нужно «уложить» на плату, это схема обратной связи, и она дико чувствительна к помехам. Запаянный вертикально R1 делает схему нерабочей, напряжение рандомно плавает между 100 и 200 вольт.
Rs не было на 0,05 Ом, так что использовал два на 0,1 Ом, включенные параллельно.

Далее потенциометр. У меня нет с такими выводами, под которые плата, так что «среднюю» ножку откусываем, любую другую припаиваем к ней. В конкретном случае удобно, это корпус.

Всё, готово.

Перед пробным запуском еще раз убеждаемся в идеальной чистоте, и если что, чистим.
Приподнимаем транзистор над платой, чтобы не касался дорожек. Помолясь, включаем питание 12 вольт.

Если всё было сделано правильно, плата должна сразу и без проблем завестись. Диапазон регулировки 120-240 вольт, ставим около 170-180. Напряжение не должно скакать более, чем на пару вольт, плата должна работать бесшумно. В случае проблем проверяем, всё ли запаяно верно, нет ли соплей и неотмытого флюса. Повысить стабильность может установка керамического конденсатора C5 между выходом высокого напряжения и землей.
В случае успеха, можно включить лампу и посмотреть, не скачет ли яркость (то есть, напряжение) под нагрузкой.
Неоновые индикаторы нужно подключать строго через токоограничивающий резистор!
Смотрим, какой ток допустим для нашего индикатора в датащите (у меня это 2 мА), какое должно быть рабочее напряжение. Забиваем все данные в калькулятор: www.csgnetwork.com/anoderescalc.html
На свои 2мА ставлю в анод (плюс) 15кОм. Она светится!

Красота. Мерцания нет.

Теперь можно проложить изолятор под транзистор, прикрутить его, и покрыть плату лаком. Настоятельно советую сделать это, всё-таки изоляция и защита от мелкого мусора.

Поздравляю! Вы собрали преобразователь. У меня такой трудится уже с месяц без выключения, проблем нет.

После монтажа в готовое изделие стоит залить всё, что под током, термоклеем, и им же приклеить конденсаторы. Но об этом в следующий раз.
Всем ламп! Спасибо за внимание.
Задавайте вопросы в комментарии, буду рад всем ответить.
Касательно следующего поста, про сборку самих часов:

• Когда будет — точно не скажу, в пределах месяца. У меня сессия, прошу понять и простить.
• Какие часы будут — на лампах Z560M, без мультиплексирования, управление на отдельных транзисторах MPSA42 (60 шт), они рулятся сдвиговыми регистрами 74HC595. Часы реального времени DS3231. Всё подключено к Arduino Pro Mini. Часы будут просто часами, без особых функций и эффектов. Приделать датчики и дисплеи в любых количествах можете самостоятельно — Ардуина же, про всё есть примеры.
• Под какие лампы также стоит развести плату? Я буду делать себе, могу сразу и для других сделать, доработка простейшая. Напишите в комментарии, плата под какую лампу Вам пригодилась бы!

Вместо котика — видео с работающим прототипом, частично собранным на макетке.

И оно же в корпусе: