Качер: работа над ошибками

Тесластроительство
Похоже, что каждый первый тесластроитель уже собрал «качер». У каждого второго он взорвался, а каждый четвертый пытается выяснить у меня, почему-же он взорвался. Поэтому, сегодня попробуем провести работу над ошибками в схеме качера.

Классическая схема качера выглядит вот так:
Схема качера


Работает он довольно просто — ток из сети 220в проходит через дроссель L1, выпрямляется диодом D1 и конденсатором С1.

Резисторы R1 и R2 подбирают так, чтобы транзистор оказался на пороге открывания. Когда он открывается, ток начинает течь через катушку L2 (это первичная обмотка), при этом, в резонаторе L3 начинаются колебания. Колебания закрывают транзистор(для этого нужно правильно подобрать фазировку обмоток), а потом открывают его снова и схема «заводится».

Стабилитрон D2 защищает затвор транзистора от высокого напряжения, и, заодно. обеспечивает путь току вторичной обмотки в землю.

Казалось-бы, классная схема! Очень простая и даже работает. Но, у нее есть и несколько недостатков.

Управление
Специально для этой статейки, я собрал классический качер и выяснилось, что ток в резонаторе L3 довольно медленно нарастает. При этом, транзистор находится в линейном регионе (и не открыт и не закрыт), из-за чего выделяет много тепла, и транзистор превращается в печку. Особо жестоко транзистору приходится, когда колебания не начинаются — вся подаваемая мощность выделяется на нем.

Для того, чтобы транзистор не мог оказаться в линейном режиме, нам необходим «настоящий» драйвер. Я использовал готовую микросхему, но я практически уверен, что можно использовать просто комплиментарную пару биполярных транзисторов.

При этом, пришлось добавить трансформаторное питание. Я пытался сделать схему с самопитанием, но ничего хорошего из этого не вышло. Наш качер стал выглядеть вот так:

Качер с правильным управлением

Тут, резистор R1 обеспечивает запуск, переключая выход транзистора с частотой 50Гц. Такая схема стала греться намного меньше, запускается без какой-либо настройки и работает очень стабильно.

Большой недостаток такой системы старта состоит в том, что если что-то пойдет не так и колебания в обмотке прекратятся, транзистор останется открытым и сгорит как в классическом качере, может помочь дроссель или какая-то более интеллектуальная система старта, но мы пока заморачиваться не будем :)

Выбросы
На стоке транзистора присутствуют очень большие выбросы по напряжению. Они появляются из-за того, что когда транзистор выключается первичная обмотка, как любая индуктивность, продолжает поддерживать ток через нее. Току деваться некуда и он заряжает емкость сток-исток до очень большего напряжения.

Но нам повезло — MOSFET транзисторы при превышении максимального напряжения работают как стабилитроны — пробиваются, но, при этом, не повреждаются. Для ограничения тока через транзистор и служит дроссель L1.

У такого решения есть два недостатка —
  1. Транзистор греется на всю не потребленную мощность (то есть, мощность на мощность, пропускаемую дросселем минус мощность стримера), и его вполне можно использовать как кипятильник.
  2. Сами дроссели довольно большие и для приличной мощности их нужно набрать немалую охапку.

Попытаемся исправить ситуацию и добавим рекуперационный снаббер (рекуперационный — значит, что он возвращает лишнюю энергию в шину питания). Схема становится вот такой:

Качер с рекуперацией

При отключении транзистора, первичная обмотка заряжает конденсатор C4 (ток течет по пути L2-C4-D6), а при включении, C4 разряжается по пути D7->L1->C4->Q1. В итоге, напряжение на стоке Q1 достигает 2х напряжений питания, что уже вполне приемлемо.

Естественно, могут проскакивать мелкие иголки выше напряжения питания, но их можно словить обычным супрессором:

Качер с рекуперацией и супрессором

Безопасность
Такой качер — очень опасная штука. Его стример никак не отвязан от сети, считай, соединен с фазой. Люди у нас очень любят лазить в стример руками, и очень легко могут эсктерминироваться. Для развязки можно попробовать использовать Y2 конденсатор, но так-как он работает не в штатном режиме, никто не сможет гарантировать что его не пробьет, поэтому остается только использовать трансформатор тока для съема сигнала обратной связи:

Безопасный качер

Как вариант, можно запускать качер через развязывающий трансформатор 220/220 как это делал я.

Тесты
Можно многое еще усовершенствовать в этой мелкой схемке, но и этих изменений достаточно, чтобы схемка вполне неплохо запустилась, ничего не грелось и все стабильно работало. Я смакетировал это все в «лучших традициях макетирования» с транзистором IRFP450, катушкой от QCW теслы, какашками и ветками.

Стример сразу получился порядка длинны вторичной обмотки. Естественно, на IRFP450 подавать напрямую 220в нельзя он рассчитан всего на 500в, а при 220в на нем будет 700в, поэтому, пришлось питать его через ЛАТР.

Качер 1

Качер 2

Схема с номиналами

Катушка L1 намотана на каркасе от припоя диаметром 2см, содержит 20 витков провода диаметром 0.5мм, без сердечника.

Выводы
С одной стороны, мы получили неплохие результаты, и, если поставить каике-нибуть транзисторы по-вольтистее, этот качер вполне можно будет включить на прямую в сеть и получать довольно большие стримера.

С другой стороны, схема получилась не намного проще классической схемы с полумостом, но, при этом, имеет проблемы с безопасностью, нагрузки на компоненты тут намного больше, ну и есть еще пара нерешенных моментов — к примеру, выход из строя при КЗ вторичной обмотки. Вообщем, если вы хотите результатов лучше, чем на картинке, или хотите надежную теслу, я бы не стал тратить на качер время.

11 комментариев

avatar
Странно, очень странно, если честно. Спокойно в самую первую схему ставил дроссель от лдс 40Вт (2-3 параллельно), IRFP460, подключал 220 и всегда работает и никаких проблем. Более того, под стеклянным куполом исключается возможность ловить стиммеры напрямую, а лдс светятся. 2 недели назад навещал одну из таких конструкций в Новосибирске, спокойно работает. Да и перегревов нет. Сергей, точно пробовал собирать самую первую схему или сразу начал ненужные улучшения?
avatar
Точно пробовал :)
avatar
В чём опасность поймать стриммер от данной схемы? Вторичная обмотка ведь гальванически развязана с остальными цепями, так же как и от фазы цепи питания? Вопрос думаю адресован всем.
avatar
Отличная модификация! Благодарю
avatar
в статье походу маленькая опечаточка, «D7->L4->C4->Q1.», похоже нужно исправить на «D7->L1->C4->Q1.»
avatar
Собрал(на ir4426\irf740\150 вольт), работает, только D6 перегревается за 3 секунды и сгорает… Увеличил С2 с 1мкФ до 33мкФ, стал не так сильно греться и минуту проработал. Увеличил до 220мкФ, снова начал греться, только ещё быстрей…
Комментарий отредактирован 2015-01-10 20:43:09 пользователем motoandrey14
avatar
То что элементы снаббера греются как утюг значит то, что либо генератор работает в неправильном режиме, возвращая энергию в питания вместо накачки в выходной контур, либо элементы снаббера выбраны неправильно (с учетом того, что я не знаю ни общей потребляемой мощности сабжа, ни наименования элементов).
Д226 однозначно будет греться. Чтобы вскипятить HER603 в снаббере исправной схемы — надо постараться.
avatar
Диоды пробовал разные, все греются. Питание разное, потребление разное. Первичку пробовал от 1 до 40 витков. Вторичка проводом 0.5мм 200 витков. Но пушистик и стример хороший даёт. Попробую найти что потоньше-побольше намотать, хотя бы 2000 витков :)
avatar
Не совсем ясна польза такого рекуперационного снаббера. Когда ключ закрывается, излишки энергии из обмотки L2 поступают в конденсатор С4, а когда ключ открывается, эта энергия рассеивается в контуре D7-L1-C4-Q1 — почти полностью на диоде и транзисторе, т.е. в шину питания она не возвращается (не заряжает входной конденсатор С1). От обычного RCD снаббера был бы такой же эффект, только там энергия рассеивается на резисторе.
Комментарий отредактирован 2015-03-22 18:49:15 пользователем R2R
avatar
Сколько шансов что схема заработает с комплиментарной парой транзисторов BC337 и BC327
avatar
Каким должен быть трансформатор обратной связи(провод, количество витков, на чём мотать)?
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.