Приветствую всех! Хочу рассказать о своей QCW DRSSTC и немного о основных моментах и “подводных камнях”, о которых по какой-то причине нет даже упоминаний.
максимальный разряд 2м (от сети 240в) на накачке 19м, бпс 1герц
фото и видео разрядов Предварительная силоваяВ QCW куда эффективнее увеличить напряжение в контуре чем ток. Для этого необходим boost, либо же трансформатор вольт добавки.
Немного выгоднее использовать трансформатор (бжт) т.к это дешевле (не всегда), проще, надежней, нет необходимости в ФНЧ. БЖТ чаще всего имеет достаточно большой вес и габариты, это его единственный недостаток.
Я использую гальванически развязанный тс-380
Плавный старт реализован на 10 амперном реле, резисторе в 180ом и таймере на 555 с задержкой в 10 секунд.
После, стоит диодный мост на 10а 600в и конденсатор на 10000мкф с пленкой на 14.1uF 630в, разряжаемая резистором на 25к 25ватт
Немного выгоднее использовать трансформатор (бжт) т.к это дешевле (не всегда), проще, надежней, нет необходимости в ФНЧ. БЖТ чаще всего имеет достаточно большой вес и габариты, это его единственный недостаток.
Я использую гальванически развязанный тс-380
Плавный старт реализован на 10 амперном реле, резисторе в 180ом и таймере на 555 с задержкой в 10 секунд.
После, стоит диодный мост на 10а 600в и конденсатор на 10000мкф с пленкой на 14.1uF 630в, разряжаемая резистором на 25к 25ватт
Buck + драйверBuck можно назвать самой хрупким элементном всей конструкции, он пропускает через себя импульсы огромной мощности.
Крайне не рекомендуется использовать МК как ШИМ в бак, в большинстве случаев это приводит его к взрыву, по причине глюков МК от наводок. Автогенераторы можно сразу забыть, они крайне не стабильны и обречены на взрыв (именно в баке Теслы).
Лучший вариант генерировать импульс управления МК, затем преобразовывать его в аналог с помощью ФНЧ и уже потом подать на ШИМ управляющий транзистором. В качестве ШИМ можно использовать практически любую микросхему для ИБП (к примеру 494), либо же собрать его самому. Крайне аккуратным нужно быть с ОС бака паразитная индуктивность и емкость может быть крайне не желательна, и перевести к различным отрицательным эффектам. Если же ШИМ без ОС то стоит по заботится о различных защитах.
я же использую ШИМ 494 (т.к самое доступное), советую из ос выкинуть все кроме делителя напряжения (причем собрать его на резисторах в ~100K 1-2W). я так же повесил бусинку на провод ОС и скрутил его с земляным для уменьшения индуктивности, только после этого все стало работать нормально. Не стоит забывать про развязки между интером, ШИМом и драйвером транзистора, мне попали под руку HCPL-M601, хорошо себя зарекомендовавшие. питается от ТППшки в 1а. В качестве ключей использовал 2х 50b60 с резистором в 10 ом и бусинкой на каждый затвор, который тягается 8 амперным драйвером. в качестве обратного диода в нижнее плече использован FFH75H60S (наверно перебор, но за то с запасом). Дроссель в 140uH намотанный на железе 2 ШЛ с зазором в 6 мм. Зазор лучше сделать по больше для уменьшения шанса перенасыщения дросселя.
недостатки такого бака в отсутствии возможности выдавать на выходе 0в, стабильно держит напряжение без нагрузки (иначе на выходе напряжение питания), также возникает резкая просадка в момент старта из за тормознутости ОС.
форма напряжения на выходе бака
Крайне не рекомендуется использовать МК как ШИМ в бак, в большинстве случаев это приводит его к взрыву, по причине глюков МК от наводок. Автогенераторы можно сразу забыть, они крайне не стабильны и обречены на взрыв (именно в баке Теслы).
Лучший вариант генерировать импульс управления МК, затем преобразовывать его в аналог с помощью ФНЧ и уже потом подать на ШИМ управляющий транзистором. В качестве ШИМ можно использовать практически любую микросхему для ИБП (к примеру 494), либо же собрать его самому. Крайне аккуратным нужно быть с ОС бака паразитная индуктивность и емкость может быть крайне не желательна, и перевести к различным отрицательным эффектам. Если же ШИМ без ОС то стоит по заботится о различных защитах.
я же использую ШИМ 494 (т.к самое доступное), советую из ос выкинуть все кроме делителя напряжения (причем собрать его на резисторах в ~100K 1-2W). я так же повесил бусинку на провод ОС и скрутил его с земляным для уменьшения индуктивности, только после этого все стало работать нормально. Не стоит забывать про развязки между интером, ШИМом и драйвером транзистора, мне попали под руку HCPL-M601, хорошо себя зарекомендовавшие. питается от ТППшки в 1а. В качестве ключей использовал 2х 50b60 с резистором в 10 ом и бусинкой на каждый затвор, который тягается 8 амперным драйвером. в качестве обратного диода в нижнее плече использован FFH75H60S (наверно перебор, но за то с запасом). Дроссель в 140uH намотанный на железе 2 ШЛ с зазором в 6 мм. Зазор лучше сделать по больше для уменьшения шанса перенасыщения дросселя.
недостатки такого бака в отсутствии возможности выдавать на выходе 0в, стабильно держит напряжение без нагрузки (иначе на выходе напряжение питания), также возникает резкая просадка в момент старта из за тормознутости ОС.
форма напряжения на выходе бака
Мост + драйверв силовой электронике все должно быть как можно короче и как можно толще. По этой причине провод с дросселя идет сразу на сдвоенный мост на 50b60, обвешанный пленкой в 30uF 630в. Пленка очень важная вещь, она должна быть Качественной, с запасом по напряжению. В идеале MKP, но я использую CBB22(не лучший вариант). на затворах стоят супрессоры на 24в, все это управляются через GDT на небольшом Epcos колечке (B64290-L647-X38, T38, R29.5х19х14.9) с коэффициентом 5:4. в первичной обмотке GDT стоит синфазный дроссель с одним витком.
В качестве драйвера используется Universal DRSSTC Driver 2.7C по классической схеме с питанием от ИБП на 23в + дополнительный конденсатор в питание на 4700uF. не советую использовать БЖТ по причине не стабильного напряжения, большого веса. Драйвер подключен к интеру через PC817, как оказалось её скорости вполне хватает для таких нужд.
Ещё одна не мало важная вещь это предиктор, без него температура кристаллов транзистора приблизится к температуре ада. я использую классический LR, индуктивность примерно 10-50uH, позже осознал что RC наверно работал бы немного лучше, т.к у LR напряжение с тт больше влияет на угол сдвига.
ТТ ОС намотал на одном советском феррите 2000HM, около 150 витков нагруженных резистором на 1W 46Ohm (как оказалось этого достаточно для старта с 10в в силовой).
ТТ OCD намотан на двух таких же колечках, но уже с коф. трансформации в 1225 и нагруженный резистором в 1W 22.5Ohm. защита настроена на 280А
UD2.7 минимальный драйвер для стабильной QCW. Для более крутых и мощных конструкций уже нужны специальные “плюшки”, такие как старт от принудительного генератора, контроль частоты, более быстрая OCD и прочие изменения (практически ПЛИС драйвер)
импульс на затворе ключей
В качестве драйвера используется Universal DRSSTC Driver 2.7C по классической схеме с питанием от ИБП на 23в + дополнительный конденсатор в питание на 4700uF. не советую использовать БЖТ по причине не стабильного напряжения, большого веса. Драйвер подключен к интеру через PC817, как оказалось её скорости вполне хватает для таких нужд.
Ещё одна не мало важная вещь это предиктор, без него температура кристаллов транзистора приблизится к температуре ада. я использую классический LR, индуктивность примерно 10-50uH, позже осознал что RC наверно работал бы немного лучше, т.к у LR напряжение с тт больше влияет на угол сдвига.
ТТ ОС намотал на одном советском феррите 2000HM, около 150 витков нагруженных резистором на 1W 46Ohm (как оказалось этого достаточно для старта с 10в в силовой).
ТТ OCD намотан на двух таких же колечках, но уже с коф. трансформации в 1225 и нагруженный резистором в 1W 22.5Ohm. защита настроена на 280А
UD2.7 минимальный драйвер для стабильной QCW. Для более крутых и мощных конструкций уже нужны специальные “плюшки”, такие как старт от принудительного генератора, контроль частоты, более быстрая OCD и прочие изменения (практически ПЛИС драйвер)
импульс на затворе ключей
КонтурыНаверно самая сложная в изготовление и настройке вещь, имеющая большое количество тонкостей. Основная задача обеспечить уверенный старт на верхнем полюсе. вроде бы все просто, изготовить колебательную систему в которой частота вторичного контура ниже чем частота первичного. но не стоит забывать что при увлечение коэффициента связи и разницы между собственными частотами контуров, увеличивается расстояние межу полюсами, падает импедансное сопротивление на частоте между полюсами. это все приводит к ветвистым разрядам, скачущей резонансной частоте (с полюса на полюс), скачкам току, выходу из строя деталей.
Очень не мало важна добротность вторичного контура (особенно в схемах автогенераторных без старта на фиксированной частоте) часто это приводит к старту на нижнем полюсе. Для избежание этого используйте только ровную трубу, проволоку без скруток и волн, укладываете как можно плотнее и ровнее. Тороид стоит делать по больше, так же как и терминал. у MMC должен быть запас по напряжению >30% (рассчитать можно через реактивное сопротивление емкости) лучше всего подходят Epcos MKP, CBB81. Частота верхнего полюса рекомендованная в районе 300-450kHz, коф.связи 0.3 - 0.45, разница между собственными частотами контуров 20-1kHz.
У моей конструкции полюса 259kHz и 375kHz
коф связи 0.356.
импеданс на 259kHz(нижний) 13.5Ohm; 375kHz(верхний) 19.67Ohm; 316kHz(середина) 4.5Ohm,
разница между собственными частотами контуров 3kHz
MMC на 12nF 23kV (с напряжением перебор немного, но так было немного дешевле)
Очень не мало важна добротность вторичного контура (особенно в схемах автогенераторных без старта на фиксированной частоте) часто это приводит к старту на нижнем полюсе. Для избежание этого используйте только ровную трубу, проволоку без скруток и волн, укладываете как можно плотнее и ровнее. Тороид стоит делать по больше, так же как и терминал. у MMC должен быть запас по напряжению >30% (рассчитать можно через реактивное сопротивление емкости) лучше всего подходят Epcos MKP, CBB81. Частота верхнего полюса рекомендованная в районе 300-450kHz, коф.связи 0.3 - 0.45, разница между собственными частотами контуров 20-1kHz.
У моей конструкции полюса 259kHz и 375kHz
коф связи 0.356.
импеданс на 259kHz(нижний) 13.5Ohm; 375kHz(верхний) 19.67Ohm; 316kHz(середина) 4.5Ohm,
разница между собственными частотами контуров 3kHz
MMC на 12nF 23kV (с напряжением перебор немного, но так было немного дешевле)
Прерыватель и немного о управлениеинтер реализован на atmega8a + hc05 + кварц на 16MHz. Формирует 2 импульса, PWM пилу для buck и прямоугольник для драйвера моста. Управляется полностью через bluetooth с android, имеет достаточно большой функционал для классических QCW.
есть функция одиночного и циклического импульса.
позволяет регулировать:
амплитуду
время накачки
время паузы
время спада
амплитуду и время поджига (ступеньки)
немного о схемотехнике. питается интер от сетевого трансформатора стабилизированного 7805 обвешанной достаточно большой емкостью. экранировка кварца и тантал прямо на ноги МК решили проблемы с зависаниями. интер полностью гальванически развязан со всем остальными блоками.
немного о управление. для получения максимально низкочастотного звука от разряда необходимо сделать плавный спад продолжительность практически равной половине времени нарастания. для получения максимально ровных, мечевидных разрядов нужно стараться запускать теслу с минимального напряжения (напряжения которого хватает для старта автогенератора, в моем случае это 15в), но не стоит забывать что на низком напряжение увеличивается шанс старта на нижнем полюсе. для получения разрядов больше напоминающих классическую DRSSTC (ветвистых) можно использовать форму сигнала в виде полу-синуса, с длительностью немного меньше чем у обычная пилы.
немного о допустимой мощности. одиночный моста на 50b60 держит максимальный ток ~150а на BPS около 1Hz и накачкой 20ms,
на более высоких BPS под 20-25Hz ток падает до 60а, а мост на FGH60N60SMD держит до 80а в таком режиме. Крайне не рекомендую делать время задержки между импульсов короче времени накачки (заполнение должно быть меньше 50%).
есть функция одиночного и циклического импульса.
позволяет регулировать:
амплитуду
время накачки
время паузы
время спада
амплитуду и время поджига (ступеньки)
немного о схемотехнике. питается интер от сетевого трансформатора стабилизированного 7805 обвешанной достаточно большой емкостью. экранировка кварца и тантал прямо на ноги МК решили проблемы с зависаниями. интер полностью гальванически развязан со всем остальными блоками.
немного о управление. для получения максимально низкочастотного звука от разряда необходимо сделать плавный спад продолжительность практически равной половине времени нарастания. для получения максимально ровных, мечевидных разрядов нужно стараться запускать теслу с минимального напряжения (напряжения которого хватает для старта автогенератора, в моем случае это 15в), но не стоит забывать что на низком напряжение увеличивается шанс старта на нижнем полюсе. для получения разрядов больше напоминающих классическую DRSSTC (ветвистых) можно использовать форму сигнала в виде полу-синуса, с длительностью немного меньше чем у обычная пилы.
немного о допустимой мощности. одиночный моста на 50b60 держит максимальный ток ~150а на BPS около 1Hz и накачкой 20ms,
на более высоких BPS под 20-25Hz ток падает до 60а, а мост на FGH60N60SMD держит до 80а в таком режиме. Крайне не рекомендую делать время задержки между импульсов короче времени накачки (заполнение должно быть меньше 50%).
Корпус, охлаждение, заземлениеРазмером 46х14х46см выполнена из 10мм фанеры и окрашена. контуры располагаются на акриловой платформе на высоте 14см, сделано для уменьшения наводок, которые как оказалось весьма не слабые. вся управляющая электроника размещена в 2 металлических коробках от ATX
Охлаждается это все 4 вентиляторами (2 больших, 2 маленьких на мост) в общей сумме потребляющие 10 ватт.
Как оказалось заземление весьма сложная вещь. была сделана средняя точка на сеть через 100нФ 1000В к78-2, к ней подключаются 2 металлические коробки. каждый радиатор подключен через отдельный конденсаторы и на минус силовой, и на среднюю точку сети. Холодный конец вторичной катушки подключается либо на среднюю точку сети, либо на настоящее заземление.
Охлаждается это все 4 вентиляторами (2 больших, 2 маленьких на мост) в общей сумме потребляющие 10 ватт.
Как оказалось заземление весьма сложная вещь. была сделана средняя точка на сеть через 100нФ 1000В к78-2, к ней подключаются 2 металлические коробки. каждый радиатор подключен через отдельный конденсаторы и на минус силовой, и на среднюю точку сети. Холодный конец вторичной катушки подключается либо на среднюю точку сети, либо на настоящее заземление.
больше фотографий и в большом разрешении
https://drive.google.com/open?id=0BzUnymVEkKGhSlAycl95M1NTYVE
Спасибо Глебу Алексееву, Сергею Закарпатскому, Сифун’у за полезные советы.
.