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.

12 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…
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.
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)?
avatar
А какие параметры у трансформатора Т1 и Т2?
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.