Тесла генератор

Давно хотів зібрати гідну котушку Тесли і ось, нарешті, дійшли руки. Після збірок дрібних котушок вирішив замахнутися на нову схему, більш серйозну і складну в налаштуванні і роботі. Перейдемо від слів до справи. Повна схема виглядає так:

Працює за принципом автогенератора. Переривник штовхає драйвер UCC27425 і починається процес. Драйвер подає імпульс на GDT (Gate Drive Transformator - дослівно: трансформатор, керуючий затворами) з GDT йдуть 2 вторинні обмотки включені в протифазі. Таке включення забезпечує почергове відкриття транзисторів. Під час відкриття транзистор прокачує струм через себе і конденсатор 4,7 мкФ. В цю мить на котушці утворюється розряд, і сигнал йде по ОС в драйвер. Драйвер змінює напрямок струму в GDT і транзистори змінюються (який був відкритим - закривається, а другий відкривається). І цей процес повторюється до тих пір, поки йде сигнал з переривника.

GDT найкраще мотати імпортній кільці - Epcos N80. Обмотки мотаються в співвідношенні 1: 1: 1 або 1: 2: 2. В середньому близько 7-8 витків, при бажанні можна розрахувати. Розглянемо RD ланцюжок в затворах силових транзисторів. Цей ланцюжок забезпечує Dead Time (мертве час). Це час коли обидва транзистора закриті. Тобто один транзистор вже закрився, а другий ще не встиг відкритися. Принцип такий: через резистор транзистор плавно відкривається і через діод швидко розряджається. На осциллограмме виглядають приблизно так:

Якщо не забезпечити dead time то може вийти так, що обидва транзистора будуть відкриті і тоді забезпечений вибух силовий.

Йдемо далі. ОС (зворотний зв'язок) виконана в даному випадку у вигляді ТТ (трансформатора струму). ТТ намотується на феритових кільцях марки Epcos N80 не менше 50 витків. Через кільце протягується нижній кінець вторинної обмотки, який заземлюється. Таким чином високий струм з вторинної обмотки перетворюється в достатній потенціал на ТТ. Далі струм з ТТ йде на конденсатор (згладжує перешкоди), діоди Шотткі (пропускають тільки один напівперіод) і світлодіод (виконує роль стабилитрона та візуалізує генерацію). Щоб була генерація необхідно також дотримуватися фразіровку трансформатора. Якщо немає генерації або дуже слабка - потрібно просто перевернути ТТ.

Розглянемо окремо переривник. З переривачем звичайно я попотел. Зібрав штук 5 різних. Одні здуває від ВЧ струму, інші не працюють як треба. Далі розповім про все переривники, які робив. Почну мабуть з самого першого - на TL494. Схема стандартна. Можливе незалежне регулювання частоти і шпаруватості. Схема нижче може генерувати від 0 до 800-900 Гц, якщо поставити замість 1 мкФ конденсатор 4,7 мкФ. Шпаруватість від 0 і до 50. То что нужно! Проте є одне АЛЕ. Цей ШІМ контролер дуже чутливий до ВЧ струму і різних полях від котушки. Загалом при підключенні до котушки, переривник просто не працював, або все по 0 або CW режим. Екранування частково допомогло, але не вирішило проблему повністю.

Генератор прямокутних імпульсів - схема

Наступні переривник був зібраний на UC3843 дуже часто зустрічається в ПІП, особливо АТС, звідти, власне, його і взяв. Схема теж непогана і не поступається TL494 з параметрами. Тут можливе регулювання частоти від 0 до 1 кГц і шпаруватість від 0 до 100%. Мене це теж влаштовувало. Але знову ці наводки з котушки все зіпсували. Тут навіть екранування анітрохи не допомогло. Довелося відмовитися, хоча зібрав добротно на платі.

Схема переривника на UC3843

Надумав повернутися до дубових і надійним, але малофункціонального 555. Вирішив почати з burst interrupter. Суть переривника полягає в тому, що він перериває сам себе. Одна мікросхема (U1) задає частоту, інша (2) тривалість, а третя (U3) час роботи перших двох. Все б нічого, якби не маленька тривалість імпульсу з U2. Цей переривник заточений під DRSSTC і може працювати з SSTC але мені це не сподобалося-розряди тоненькі, але пухнасті. Далі було кілька спроб збільшити тривалість, але вони не мали успіху.

Схеми генераторів на 555

Тоді вирішив змінити принципово схему і зробити незалежну тривалість на конденсаторі, діод і резистори. Можливо багато порахують цю схему абсурдною і дурною, але це працює. Принцип такий: сигнал на драйвер йде до тих пір поки конденсатор зарядиться (з цим думаю ніхто не сперечатиметься). NE555 генерує сигнал, він йде через резистор і конденсатор, при цьому якщо опір резистора 0 Ом, то йде тільки через конденсатор і тривалість максимальна (на скільки вистачає ємності) не залежно від шпаруватості генератора. Резистор обмежує час заряду, тобто чим більше опір, тим меншою часу буде йти імпульс. На драйвер йде сигнал меншою тривалістю, але теж частоти. Розряджається конденсатор швидко через резистор (який на масу йде 1к) і діод.

Плюси і мінуси

Плюси. незалежна від частоти регулювання шпаруватості, SSTC ніколи не піде в CW режим, якщо підгорить переривник.

Мінуси. шпаруватість можна збільшувати "нескінченно багато", як наприклад на UC3843. вона обмежена ємністю конденсатора і скважностью самого генератора (не може бути більше скважности генератора). Струм через конденсатор йде плавно.

На останнє не знаю як драйвер реагує (плавну зарядку). З одного боку драйвер також плавно може відкривати транзистори і вони будуть сильніше грітися. З іншого боку UCC27425 - цифрова мікросхема. Для неї існує тільки лог. 0 і лог. 1. Значить поки напруга вище порогового - UCC працює, як тільки опустилося нижче мінімального - не працює. У цьому випадку все працює в штатному режимі, і транзистори відкриваються повністю.

Перейдемо від теорії до практики

Збирав генератор Тесла в корпус від АТС. Конденсатор з харчування 1000 мкФ 400В. Діодний міст з того ж АТС на 8А 600В. Перед мостом поставив резистор 10 Вт 4,7 Ом. Це забезпечує плавний заряд конденсатора. Для живлення драйвера поставив трансформатор 220-12В і ще стабілізатор з конденсатором 1800 мкФ.

Діодні мости прикрутив на радіатор для зручності і для відводу тепла, хоча вони майже не гріються.

Переривник зібрав майже навісом, взяв шматок текстоліту і канцелярським ножем вирізав доріжки.

Силова була зібрана на невеликому радіаторі з вентилятором, пізніше з'ясувалося, що цього радіатора цілком достатньо для охолодження. Драйвер змонтував над силовою через товстий шматок картону. Нижче фото майже зібраної конструкції генератора Тесла, але знаходиться на перевірці, вимірював температуру силовий при різних режимах (видно звичайний кімнатний термометр, приліплений до силової на термопласт).

Тороид котушки зібраний з гофрованої пластикової труби діаметром 50 мм і обклеєні алюмінієвим скотчем. Сама вторинна обмотка намотана на 110 мм трубі заввишки 20 см проводом 0,22 мм близько 1000 витків. Первинна обмотка містить аж 12 витків, зробив з запасом, щоб зменшити струм через силову частину. Робив із 6 витками на початку, результат майже однаковий, але думаю не коштує ризикувати транзисторами заради кількох зайвих сантиметрів розряду. Каркасом первинки служить звичайний квітковий горщик. З початку думав що не пробивати якщо вторинку обмотати скотчем, а первинку поверх скотча. Але на жаль, пробивало. В горщику звичайно теж пробивало, але тут скотч допоміг вирішити проблему. Загалом готова конструкція виглядає так:

Ну і кілька фоток з розрядом

Тепер начебто все.

Ще кілька порад: не намагайтеся відразу увіткнути в мережу котушку, не факт що вона відразу почне працювати. Постійно стежте за температурою силовий, при перегріванні може бабахнути. Чи не беріть занадто високочастотні вторинки, транзистори 50b60 можуть працювати максимум на 150 кГц по даташіту, насправді трохи більше. Перевіряйте переривники, від них залежить життя котушки. Знайдіть максимальну частоту і шпаруватість, при якій температура силовий стабільна тривалий час. Занадто великий тороид може теж вивести з ладу силову.

P.S. Транзистори силові використовував IRGP50B60PD1PBF. Файли проекту тут. Удачі, з вами був [) Єнісей!