SSTC от R2R (в процессе постройки)

Обсуждение общих вопросов, связанных с трансформаторами Тесла.
R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 23 дек 2016, 15:58

Всем привет!
Продолжаю попытки довести до ума свою SSTC на косом мосту :) . В прошлый раз использовал контроллер с прерывателем на МК - тесла работала стабильно до 120 VAC питающего, а дальше раз за разом вылетал микроконтроллер. Было решено сделать более простой и надежный контроллер. МК заменен логикой, на выход стабилизаторов напряжения установлен тантал вместо керамики, добавлено больше блокировочных конденсаторов, трассировка платы произведена более тщательно - плата теперь имеет сплошной земляной полигон на 2-й стороне, компоненты расставлены более плотно, разделены цепи питания.
После испытаний нового контроллера обнаружил две проблемы:
1) Плохие фронты на затворах транзисторов - при длительности стартового импульса 1,75 мкс передний фронт 500 нс, задний - 750 нс :shock:. Драйвер на 4 А, суммарный заряд затворов 240 нКл, вроде как за 60 нс должно переключаться;
2) Нестабильная работа прерывателя. Прерыватель формирует сигнал длительностью 800 мкс, из него получается стартовый импульс 1,75 мкс, все это проходит через схемку на 2И-НЕ так, что в отсутствие сигнала ОС на вход драйвера идут стартовые импульсы, а если генерация начинается, то в течение 800 мкс идет сигнал ОС. На практике же сначала все работает правильно, но стоит дотронуться пинцетом до одной из вторичек GDT, как на вход драйвера начинают идти 800 мкс импульсы. Чтобы возобновить нормальную работу, приходится сбрасывать питание.
Controller 2.pdf
Схема контроллера
(177.27 КБ) 116 скачиваний
Inverter 2.pdf
Схема силовой
(73.92 КБ) 101 скачивание

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3383
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 23 дек 2016, 17:19

1. Насчет драйвера 4А там в пике. Выходное сопротивление п транзистора- 30 ом, n транзистора - 2.2 ома. Итого, при 12 вольтах получается 372mA или 645нс, что более-менее согласуется с наблюдениями.

2. Прерыватель можно просто подмешивать к ОС через резисторчик.

А как подбиралась индуктивность первички, чтобы преобразователь работал в прерывистом режиме?

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 23 дек 2016, 17:51

Хм, на сопротивления транзисторов драйвера не обратил внимание. Тогда можно вообще убрать затворные резисторы и запитать от 15 В. А еще лучше сделать питание драйвера 15 В, а на затворы подавать 10 В.

Подключение прерывателя и ОС через подтяжку не прокатит в рамках данной логической схемы.

Изначально я делал настраиваемый прерыватель с коэффициентом заполнения до 50 %, поэтому первичка типовая для SSTC - 6 витков на трубе 10 см. Потом остановился на фиксированных значениях - 5 Гц 0,5 % (видео работы со старым контроллером https://www.youtube.com/watch?v=LofKNgA9Zhs). Когда удастся добиться стабильной работы от 350 В питающего, можно будет поиграться с количеством витков первички и коэффициентом связи.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 26 дек 2016, 23:58

В очередной раз переделал контроллер. Для удобства диагностики разделил его на две части - на одной плате ОС и логика, на другой - драйвер и питание. Основные изменения:
1. Все детальки, кроме драйверов, были куплены в ближайшем радиомаге. В последнее время было слишком много косяков с радиоэлементами с алиэкспресс: STM32F030F4 у которого ШИМ не доходил до граничных значений коэффициента заполнения; UCC37322 и UCC27425 с нерабочим ENABLE; FAN3225 с каналом B, не работающим в инвертирующей конфигурации; MC33262, не запускающийся с типовой обвязкой.
2. Трансформатор тока 1:1000 заменен на 1:50 (про это далее).
3. Корпуса логики TSSOP-14 заменены на SO-14 для уменьшения емкостной связи между проводниками.
4. По питанию стоят старые добрые 78XX с алюминиевыми электролитами. Убрана керамика на 10 мкФ. Питание драйверов 15 В.
5. Вместо UCC27425 с GDT 1:1 две UCC37322 с GDT 3:2.

В итоге получился качественный контроллер, который потребляет в 3 раза меньше энергии, чем предшественник, тише работает (на плате драйвера что-то слегка звучит с частотой сигнала прерывателя и это не GDT), дергает ключи с фронтами 100 нс, не глючит и дает надежду на запуск катушки к НГ :) .

Теперь о проблемах. При питании от 30 VAC катушка дает ультратонкие и сверхкороткие спарки в отвертку. Выглядит так, словно нет генерации, а транзисторы постоянно сквозят. Поигрался с фазировкой, заменил ТТ - тот же результат. При повышении питающего напряжения вылетают транзисторы с закорачиванием затворов. Отличия нынешней силовой от предыдущего рабочего варианта в наличии супрессоров и разрядных резисторов, поверхностном монтаже и замене DSEP30-12A на MURS360.

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3383
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 27 дек 2016, 00:13

Я же говорю, в однотактных схемах ток может быть непрерывным, даже если ты его рвешь. Со стороны это выгляит как сквозящие транзисторы, но сквозить то у тебя нечему. Измерять это можно токовым трансформатором но не на первичке, а на транзисторе. Если при включении транзистора будет видел резкий бросок тока, то, да, тесла работает в неразрывном режиме и нужно уменьшать индуктивность первички.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 27 дек 2016, 00:31

Вообще странно - с этой же первичкой получал 15 см стримеры на старых контроллере и силовой. Где можно попродробнее почитать про этот нюанс?
Кстати, вот осциллограмма напряжения на стоке нижнего ключа из старой схемы
 
Изображение
По ней можно что-нибудь сказать о характере тока?

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3383
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 27 дек 2016, 08:02

Почитать можно по гугл запросу "ccm vs dcm".

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 27 дек 2016, 16:17

Сделал один виток первички прямо поверх вторички - не помогло.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 28 дек 2016, 15:15

Дело не в силовой - контроллер все-таки сбоит при подключении холодного конца вторички, пропущенного через ТТ, к средней точке сети (или при подаче питания на силовую с незаземленной вторичкой). Есть подозрение, что генератор на триггере Шмитта сюда не подходит, т.к. предыдущие более-менее успешные варианты контроллера были с прерывателями на 555 и МК.

Rabby
Сообщения: 98
Откуда: Tel Aviv

Сообщение Rabby » 29 дек 2016, 17:07

По моему надо бы кондеры между затворами и вторками гдт добавить,и обратный диод на затворы,что б драверу легче было отработать дютисайкл ,когда он не 50%,с автогенератора частота не всегда кошёрный меандр.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 29 дек 2016, 17:51

У меня был негативный опыт использования цепи с восстановлением постоянной составляющей http://flyback.org.ru/viewtopic.php?t=8190&postdays=0&postorder=asc&start=0&sid=3135011ef8690bd8612eaff05a2d9beb. Нагрузка на драйвер, по идее, небольшая, т.к. прерыватель генерирует сигнал с маленьким коэффициентом заполнения (<1 %).

Кажется, нашел, в чем проблема - проводник ОС, идущий к микросхеме, проходит под двумя блокировочными конденсаторами, поэтому оказывается подключенным к паразитному емкостному делителю по шине питания. Под воздействием помех и/или токов утечек он заряжается до уровня "1" и сигнал прерывателя "просачивается" на выход. Решение - 10 кОм подтяжка к земле. Пока работает стабильно, потом проверю все в сборе.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 29 дек 2016, 22:16

Затворы по-прежнему закорачиваются при том, что супрессоры в порядке и транзисторы не греются. Канал в проводящем состоянии. Пробиваются резко, с хлопком при повышении питающего напряжения. Видимых повреждений корпуса нет.

Rabby
Сообщения: 98
Откуда: Tel Aviv

Сообщение Rabby » 29 дек 2016, 22:43

А 100к на затворах не многовато ли?я там обычно 1к ставлю.Мож от помехи транзюки приоткрываются.А ещё может быть проблема в соедении между силовой и контрольной.Я как-то логику мощного бп на соке сделал,2 раза полумост вылетел ,пока не поменял разъём на пайки на коротких проводках.уже месяца 3 трудится,видно в этом проблема была

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 31 дек 2016, 16:19

Во время последней перепайки транзисторов заменил 100 кОм разрядные резисторы на 1 кОм. Убрал супрессоры, чтобы рассмотреть все неидеальности сигнала на затворе. Не зря - обнаружил подозрительный звон на спаде.
 Затвор, щуп 1:1
Изображение

Смекнув, что это помеха через емкость сток-затвор, снял сигналы на стоке и первичке:
 Сток, щуп 1:10. Откуда такие иголки при 20 В питающего?
Изображение

 Первичка, щуп 1:10. Четко виден 2 мкс стартовый импульс, а когда ключи закрываются, происходит лютый расколбас.
Изображение

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 01 янв 2017, 14:35

Думал, что корень зла в китайских MURS360 и заменил их на DSEP 30-12A. Проблема с "расколбасом" не ушла, зато удалось наконец-то выйти на автогенерацию и повторить успех трехмесячной давности :lol:
Изображение

Теперь в планах:
1. Подумать, чем запитать контроллер, а то лабораторный БП неистово глючит и вырубается при 60 VAC.
2. Разнести электронику и резонатор подальше, дабы пока не прибегать к экранированию.
3. Заменить вторку и тороид на новые, поиграться с первичкой.

Транзисторы по-прежнему убиваются иголками. Поставил супрессоры на 400 В - ключи теперь живут, но стример резко потерял и в длине, и в толщине. Сигнал ОС ослаб, нормально захватывается только 3 периода. Похоже, надо ставить диоды с напряжением, близким к максимальному для ключей.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 02 янв 2017, 16:43

Тупик. Напряжение пробоя супрессоров не влияет на параметры стримера. Изменение коэффициента трансформации ТТ тоже не помогает. Детектирование сигнала ОС компаратором, возможно, принесло бы результат, но это не типовое решение для ССТЦ.

Короче говоря, косой мост не подходит для тесел. Отсутствие необходимости формирования дед-тайма не стоит головной боли с иголками на стоке, которые пробивают ключи, но делают основной вклад в энергию стримера.

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3383
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 02 янв 2017, 17:17

Я бы на твоем месте для эксперементов с топологией сначала сделал бы теслу без ОС, с задающим генератором. Половина проблем ушла бы.

Да, косой мост плохо подходит из-за переменной частоты и нагрузки, традиционный полумост это легко переносит.

Вот откуда такие выбросы у тебя - нужно разобраться. Если они больше 40нс, то это явно не диоды, а какая-то из индуктивностей такое делает. Самое интересное, что выбросы должны быть противоположной полярности на стоке, или я что-то не понял.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 04 янв 2017, 15:59

Решил пока прекратить эксперименты с топологиями и запустить уже хоть что-нибудь :) . За основу взята SSTC 5. Силовая - обычный полумост с IRFP460A, обвязанными 1.5KE400A, и пленками 1 мкФ. Контроллер - последняя модификация, оставшаяся от косого моста. Все изменения сосредоточены в драйвере - нижний ключ управляется напрямую от УЦЦшки, верхний - через ГДТ с востановлением постоянной составляющей. Дед-тайм формируется RD цепочками в совокупности с разными сопротивлениями выходных ключей драйверов.

Плата драйвера теперь питается не от БП, а от 12 В аккумулятора через буст на MC34063. С последним как раз связана новая проблема - при повышении питающего до 100 VAC начинает гореть MC34063. Сначала я подумал, что в поле теслы (без автогенерации) насыщается дроссель конвертера, и разместил преобразователь на расстоянии полметра от вторички, но не помогло. К слову, последние пуски косого моста я проводил также с питанием от аккумулятора, но этой проблемы не было.

Controller.pdf
Контроллер
(138.77 КБ) 67 скачиваний
Driver.pdf
Драйвер
(141.47 КБ) 61 скачивание

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 04 янв 2017, 19:37

Отложил в сторону буст, питаю драйвер напрямую от аккумулятора - на выходе стабилизатора 11 В, что терпимо. Катушечку запустил, заменил вторку, тор, сделал виток первички - 21 см стример при 120 VAC.
Изображение
Дальше поднимать напряжение не получается, ибо первичка начинает коронировать. Любопытное наблюдение - чем больше витков в первичке, тем при меньшем напряжении появляется стример.

Что дальше делать с первичкой, чтобы поднять питающее напряжение? Опускать, увеличивать диаметр и/или количество витков?

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3383
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 04 янв 2017, 19:40

Увеличивать диаметр.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 06 янв 2017, 16:26

Увеличил диаметр первички с 10 до 12 см, заменил многожильный провод на литцендрат. Ток вырос настолько, что ключи не выдерживают. Можно как-то рассчитать во сколько раз увеличится ток по сравнению с первым импульсом?

Аватара пользователя
BSVi
Адепт
Сообщения: 3383
Откуда: Киев

Сообщение BSVi » 06 янв 2017, 16:33

Конкретные цифры посчитать сложно - проще просто попробовать.

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 06 янв 2017, 18:55

Вернул старую первичку, хотел измерить ток, но IRFP460A сгорел на первой пачке. Поставил STB45N65M5 - измерил 16 А в пике. Эти ключи проработали меньше минуты, отлетели даже не нагревшись. Еще утром спалил пару IRG4PC40UDPBF, правда на низкоомной первичке. В любом случае тут что-то непонятное - транзисторы отказывают не от: перегрева, превышения пикового тока, превышения напряжения стока, превышения напряжения затвора. Что любопытно, в некоторых случаях ключи выходят из строя еще до появления стримера и я даже не могу понять, правильно ли сфазировал первичку при очередном подключении.

Аватара пользователя
iEugene0x7CA
Адепт
Сообщения: 978
Откуда: Киев

Сообщение iEugene0x7CA » 06 янв 2017, 21:53

R2R писал(а):В любом случае тут что-то непонятное - транзисторы отказывают не от: перегрева, превышения пикового тока, превышения напряжения стока, превышения напряжения затвора. Что любопытно, в некоторых случаях ключи выходят из строя еще до появления стримера и я даже не могу понять, правильно ли сфазировал первичку при очередном подключении.

Что-то, похоже я шарю в чем проблема. :)
Загляни в темку нашей SSTC, в первом посте описываются подводные камни технологии: viewtopic.php?f=27&t=1014

Когда еще сам игрался — получалось находить частоты, при которых девайс не запускался на гармониках и более-менее стабильно работал.
Вероятно, есть некое окно, где частота еще не такая высокая, чтобы возникали проблемы при драйве ключей и достаточно высокая, чтобы гармоники от этой частоты фильтровались задержками логических элементов.
У меня стабильно работала 580 кГц SSTC, но разряд у таких катушек невелик и их сложно драйвить. Коммерческие SSTC, вроде зерговых обходят проблему гармоник использованием внешнего генератора, где нужно физически крутить ручку, дабы более-менее попасть в резонанс. По мне это тоже косячный метод, учитывая падающий КПД и усасывающийся/растущий стример в зависимости от внешних условий.

По идее, когда допилим нашу SSTC — запилим на продажу встраиваемую платку с универсальный фидбек корректором.
Но а пока — не знаю. Все же SSTC оказалась пипецки сложной технологией, если правильно делать. :geek:

R2R
Сообщения: 177
Откуда: Калуга

Сообщение R2R » 06 янв 2017, 22:30

iEugene0x7CA писал(а):У меня стабильно работала 580 кГц SSTC, но разряд у таких катушек невелик и их сложно драйвить.

Почему разряд невелик? Из-за невозможности использования мощных транзисторов или есть еще что-то? У меня катушка работает на 420 кГц, что тоже довольно много.

iEugene0x7CA писал(а):Коммерческие SSTC, вроде зерговых обходят проблему гармоник использованием внешнего генератора, где нужно физически крутить ручку, дабы более-менее попасть в резонанс.

У него же автогенераторы, по крайней мере, те полумост и мост, которые описаны на сайте http://teslacoil.ru/katushki-tesla/tran ... vaya-sstc/.

Попробовал запустить с FGH60N60. Сначала я забыл продеть конец вторички через ТТ и в порыве отчаяния из-за отсутствия генерации при всех фазировках первички поднял питающее до максимума - 350 VDC. Ключи перенесли оба пуска. Потом завел ОС, но неправильно подключил первичку и снова выкрутил напряжение на полную - транзисторы выдержали. Повторил эксперимент - отказ. Кажется, все идет к тому, что надо сделать внешний генератор.

Вернуться в «Трансформаторы Тесла»



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость