TechnoAttic@tut.by
Главная страница

DRSSTC 2.2 L-TESLA

Полно-мостовой демонстрационный трансформатора Тесла.

         Это описание является дополнением к статья о DRSSTC 2. Катушка первоначально была построена много лет назад. Затем она модернизировалась несколько раз, но информация на сайте не добавлялась. Увидев в статистике посещений за год, что статья об этой катушке одна из популярных, решено было описать её дальнейшую судьбу.
         Итак, DRSSTC2 в настоящее время (2017г.) выглядит как на рис.1. Катушка пробивает в заземленный предмет максимальное расстояние 1м воздушного промежутка и потребляет при этом до 5А 220В. Мост из транзисторов FGH60N60, mDriver 1.0.9, прерыватель по оптике, OCD 380A. Вот и все описание. Теперь подробнее.

Рисунок 1 – Трансформатор Тесла – DRSSTC 2.2

        Первые несколько апгрейдов я уже и не помню. По этому, чтоб самому не запутаться присвоил катушке версию 2.2 и размер – L. Генератор теперь состоит из одной печатной платы. Плата сделана на основе, по образу и подобию mTesla. Размеры подгонялись под старый корпус.

Рисунок 2 – Генератор на печатной плате

        Некоторые места на печатной плате залиты диэлектриком. Мне показалось, что расстояние между деталями слишком маленькое и чтоб не возникли пробои во время работы.
        Немного торчит корпус драйвера. Он тут единственный не по плану. Предполагалось использовать мини-драйвер в мини корпусе, но платы небольшого размера еще не изготовились. Протестированы два различных драйвера показавших примерно равнозначные результаты.

Рисунок 3 – mDriver 1.6.7

        Плата управления под названием mDriver 1.6.7 появилась в результате эволюции мини-драйвера 1.5. Прочитать о нем можно в этой статье. Плата рассчитана на подключение двух GDT. Для стабильной работы мостового коммутатора с транзисторами FGH60N60SMD оказалось достаточным использовать только половину драйвера. В ходе тестов выявилась вот такая «палка» на выходе рис. 4.

Рисунок 4 – Сигналы в схеме управления

         Медленная микросхема логики не успевает срабатывать. Лечится это заменой на микросхему с содержанием буквы А.

Рисунок 5 – 74AHC74

         Микросхему 74HC368 с повышенным быстродействием я не нашел, а вот замена обычной 74HC74 на более быструю решила проблему. Ничем особенным этот драйвер больше не отличился, кроме того, что в выходной каскад нужно ставить электролит не меньше 1000uF т.к. в схеме всего два питающих напряжения 5В и 18В. На напряжение питания 24В выходного каскада этот драйвер не рассчитан из-за упрощенной конструкции. Он хорошо подходит для управления транзисторами в корпусе ТО-247. Питание драйвера от трансформатора 220/18В 0,555А. Важной характеристикой драйвера является возможность подстраивать задержку обратной связи. Благодаря этому можно разгонять IGBT по току больше значений даташита в несколько раз. 12В на драйвере присутствуют в виде сбоку прилепленного стабилизатора исключительно для питания вентилятора охлаждения. Можно сказать что эта версия еще в процессе развития.

         Следующий mDriver 1.0.9 на зеленой печатной плате. Его ветвь развития идет прямиком от самого первого мини-драйвера 1.0 с которого всё и началось.

Рисунок 6 – mDriver 1.0.9

        Драйвер рассчитывался для больших катушек. В отличие от предыдущего в нем три питающих напряжения 5В, 12В и 24В. Есть возможность подключить два GDT. В случае с L-Tesla используется только половина выходного каскада и один GDT. Драйвер обеспечивает все необходимое для управления силовыми транзисторами DRSSTC любого размера: крутые фронты, подстройка ОС, мягкое переключение, контроль превышения тока. DIP-корпуса позволяют ставить в выходной каскад различные аналоги транзисторных сборок. Сейчас там AP4501, можно при желании установить FDD8424 через SOP-DIP переходник.
         Напряжение на первичной обмотке GDT 18В. Стабилизатор 24В как-то не хотелось ставить, может в перспективе протестирую и добавлю информацию. Бывала такая ситуация в полу-мостах, когда китайские транзисторы и от 20В на затворе БАХ и оба звонятся по всем ногам. В мосте 4 транзистора и значит потеря будет в 2 раза печальнее. Решено было сначала обкатать новую версию катушки, потом проводить эксперименты с напряжениями затвора и всем прочим.
         Сигнал на затворе рис.7.

Рисунок 7 – Сигнал на затворе FGH60N60SMD при ~130В на силовой части

        Во время тестов выяснился конфьюз с GDT. Он наматывался за долго до постройки катушки и воткнулся в схему не глядя. Предполагалось что его обмотки 1:1, но осциллограммы показали 22В на затворе. Оказалось что GDT повышающий. Все что выше 20В должно срезаться двунаправленными супрессорами 20CA. Видимо они не очень точно срабатывают.

Рисунок 9 –GDT

        В итоге всё так как есть и осталось (видимо до следующего апгрейда). Первичная обмотка 5 витков, вторичные – 6. На первичную обмотку GDT впоследствии добавлен помехоподавляющий феррит. Все обмотки из удвоенного провода от витой пары.

         Конденсаторы-электролиты, трансформаторы тока, обвязка моста остались прежние. Можно смотреть первоначальную схему. Реле и плавный заряд электролитов взят из mTesla. Выпрямительный диодный мост 10А выбран впритык, в отличие от предыдущей версии, потому что 30 или 50А мост не влезал на плату.

Рисунок 10 –Подвод питания

        Четыре транзистора установлены на один радиатор через термопрокладку из слюды и термопасту. В прошлые разы мне надоело их выпаивать когда они взрывались и теперь транзисторы крепятся в разъемы под винты. В процессе многочисленных тестов тихо помер один нижний в первом плече и потом при неправильной настройке контура во время включения при установленных максимальных значениях рабочих импульсов еще два из первого плеча сгорели с выбиванием автомата и разлетанием предохранителя. Итого три шт.
        После 10-ти минутного проигрывания MIDI нагрев радиатора умеренный. Вентилятор не потребовался. На большее время пока проверка не проводилась.
         Радиатор, корпус драйвера, защитный страйк-ринг и вторичная обмотка заземлены на общую землю. Между -310В и GND конденсатор 100н 2кВ.

Рисунок 11– Мостовой коммутатор тока

         Ограничение тока через транзисторы установлено на 380А. Уже при 50мкс ширины рабочего импульса срабатывает OCD и разряды больше не растут. Метровые разряды получаются за счет высокого BPS. OCD является основным сдерживателем этой катушки. Если дать транзисторам возможность переключаться на несколько периода больше увеличив время работы хотя бы до 65-70мкс, т.е. ограничивать ток на 400-450А, , то разряды с вторичной обмотки вырастут еще больше. Но такой ход уменьшает вероятность выживания транзисторов.

         Управляется катушка через прерыватель от mTesla способный проигрывать MIDI. Во время настроек так же активно используется простейший мини-прерыватель из первой статьи об этой DRSSTC немного видоизмененный внутри и снаружи.

Рисунок 12 – Прерыватели используемые с L-Tesla

         С катушками подобного и большего размеров я рекомендую использовать только оптические прерыватели в металлических корпусах. Они гарантируют стабильность работы. На расстоянии трех метров катушка оказывает воздействие на ноут-бук. Мой ноут в корпусе из алюминия но это его не спасает. Замечено что он выходит из режима сна и странно работает. Если проигрывать миди с ноут-бука, то лучше с пяти метровым оптическим патч-кордом. Блютус прерыватель я бы тоже не рискнул ставить в эту катушку.

         В процессе модернизации несколько раз менялись колебательные контура.

Рисунок 13 – Первичная обмотка

         Первичная обмотка состоит из 4,5 витков проводом сечением 16мм2. Плоская спираль. Конденсаторная батарея получилась емкостью 200нФ 6кВ CBB81. Конденсаторы расположены в два слоя для экономии места.

Рисунок 14 – Конденсаторная сборка

         Резонанс с вторичным контуром искался по внешнему виду разрядов. Изменение индуктивность провода скрученного в катушку больше чем провода, идущего к плате. При поиске резонанса по самой спирали нужно перемещаться с меньшим шагом, чем по проводу до платы. Я завис на этой теме в течение целого дня. В итоге пришел к такому варианту, что из спирали нужно было убавить 3 см и найти нужное место на проводе между спиралью и платой. Это пример для тех, кто ищет свои резонансы и не может найти.
        Расчет контуров проводился для первой версии DRSSTC2. С приобретением опыта или от лени настройки производятся уже без расчетов. Если резонанса совсем нет, тогда приходится открывать расчет, чтоб прикинуть в какую сторону идти относительно вторичной обмотки – на уменьшение или на увеличение частоты первичного контура.
        Вторичная обмотка выполнена из эмалированного провода диаметром 0,21мм – 1350 витков. У основания 100 витков из провода диаметром 0,32мм. Нигде ничего не греется и не горит. Диаметр каркаса 11см. Во всех моих катушках витки я считаю когда наматываю, по этому всё точно.

Рисунок 15 – Вторичная обмотка

        На вершине обмотки тороид из воздуховода размером 30х10см.

         Один из первых запусков настроенной катушки на видео ниже. DRSSTC просто работает с разными значениями ширины и длительности импульсов управления.

         После запусков в помещении необходимо обязательно его проветривать. Очень сильно вырабатывается озон, можно отравиться. Не следует забывать что длительное нахождение в среде с превышенной концентрацией озона приводит к необратимым последствиям в организме.

         Качество звучания MIDI на катушке можно оценить по видео ниже. На карте памяти моего прерывателя всего несколько мелодий, которые уже звучали. По этому придется послушать их еще раз. Что было, то и проигралось.

        

        

         И еще несколько фото с разной длинной разрядов.

Расстояние до цели 75см

Расстояние до цели 90см

         В завершении можно отметить что получилась достаточно надежная катушка Тесла, способная работать без перегрева длительное время. Однако, еще есть к чему стремиться. На некоторых частотах видно как проскакивает разряд из верхней части катушки, нужно это победить. Вариантов по удлиннению разрядов хватает, но как обычно не хватает времени на выполнение задуманного.

Всем удачных конструкций!