1) Антенна заменена на трансформатор тока, намотанный на ферритовом синем колечке EPCOS — приблизительно 50 витков — и надетый на провод вторички, идущий на заземление. Он намного проще и надёжнее, чем антенна. Смена фазировки осуществляется теперь не перепаиванием проводов первички, а сменой направления входа провода заземления в кольцо транса тока.
2) Феты заменены на IGBT. От полевых транзисторов в импульсных преобразователях пора отказываться навсегда, оставив их для того же, для чего в своё время оставили лампы: для высокочастотных применений (например, IRFP460A раскачивается на 27 МГц с неплохим КПД). Современные IGBT дешевле, мощнее, надёжнее и имеют больший КПД, чем аналогичные полевики. Одно из возможных решений, например — HGTG20N60A4D, или почти любые IGBT серий IRG4 и IRG7.
3) Диодной вилке добавлен стабилитрон между верхним диодом и минусом драйвера. Вместо стабилитрона можно поставить белый или синий светодиод, что оказывается очень удобно: он мигает в такт импульсам интерраптера.
4) Как в полномостовой катушке, заземление вторички сделано на сеть через конденсаторный делитель из К78-2.
5) Катушке добавлена схема, обеспечивающая её невзрываемость, а именно — UVLO: undervoltage lockout. Это несложная трёхногая микра (DS1233D-5+) в корпусе TO-92, которая просто резко обрубает питание драйвера при падении напряжения ниже установленного уровня (например, 11 вольт). Таким образом исключается ситуация, при которой на затворах транзисторов полумоста оказывается напряжение ниже установленного и исключается вариант их недооткрытия, который является причиной 90% всех взрывов и отказов силовых преобразователей в случае катушек Тесла.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Прерыватель на контроллере Attiny13 снимает напряжение с двух переменных резисторов по 10К, один из которых регулирует ширину импульса, а другой — частоту. Частота меняется в диапазоне от 2 герц до ~1-2 кГц (точно не припомню), ширина импульса — до 1/5 (20%) текущей частоты прерывателя. Таким образом, максимально возможное среднее потребление не превышает при любых настройках интерраптера примерно 400-500 Вт.

Данная катушка доступна к сборке на заказ.

Схема:

[See image gallery at teslacoil.ru]

Запись продублирована дополнением к странице «Полумостовая SSTC».

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Полумостовая SSTC 2.0 first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

Основных способов модуляции два: частотная и амплитудная. Частотная модуляция основывается на изменении частоты прерываний в интерраптере, при управлении с микроконтроллера, совместимого с MIDI или аналогичным форматом, или с компьютера. Основное её преимущество в возможности использования с импульсными катушками — ISSTC и DRSSTC — и получении огромных поющих молний с больших установок, в то время как прочие способы для этого непригодны. Силовая часть катушки Тесла включается и выключается несколько сотен раз в секунду, соответственно, плазменный канал молнии то появляется, то исчезает, и нагретый воздух создаёт звуковую волну при его появлении. Но вместо генерирования прямоугольного сигнала для управления транзисторами при помощи таймера 555, как это обычно делают, этот сигнал выдаётся микроконтроллером (или логикой, если не лень её распаивать), а на вход контроллера при этом поступает последовательность нот с определённой частотой, формирующая мелодию. Минусы метода — монофоничность, как у рингтонов старых мобильников (дифоничность в случае парной катушки Тесла) и некоторая сложность при программировании конверсии цифрового сигнала в формате MIDI в набор частот. Скоро будет доделан до законченного вида прерыватель для DRSSTC, который будет способен играть музыку этим способом.

Пример тестового музыкального трансформатора Тесла, который использует этот способ аудиомодуляции, звучит примерно так:

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Реализация амплитудной аудиомодуляции катушки Тесла может быть сделана несколькими принципиально различными способами. Известные мне таковы:

1) Модуляция амплитуды напряжения. На вход инвертора — полумоста или моста — подаётся не полное рабочее напряжение, а некий процент от питающего. Реализуется это обычно при помощи т.н. buck-конвертера: топологии преобразователя из ключа (полевого транзистора или IGBT) и диода (или двух ключей для синхронного бака), и сглаживающего дросселя. Ключ управляется по затвору ШИМ-генератором (например, TL494 или аналогичным), через драйвер и опторазвязку. ШИМ-генератор же получает на вход амплитудно модулированный звуковой сигнал с плеера или другого источника звука. Получается этакое двойное преобразование: АМ -> ШИМ -> АМ. Несколько неэффективно и вносит искажение в звучание, но в целом наиболее просто.

2) Модуляция фазы и частоты. Реализуется обычно на основе ФАПЧ (CD4046 и родственников). Получая на вход амплитудный сигнал, мы в соответствии с ним сильнее или слабее мешаем ФАПЧ подстраиваться в рабочую частоту катушки (предельная частота звука — ок. 1/100 несущей частоты катушки) — уходим от резонанса. Этот метод требует использования топологии ФАПЧ при построении катушки, которая несколько сложнее простого автогенератора. Но в общем случае такой способ должен давать более чистый звук.

3) PDM (pulse density modulation), DDS и другие нестандартные методики. Основаны в основном на хитрых аналого-цифровых преобразованиях (пропуск импульсов, например, как в PDM, представляет именно такое преобразование), использовании специальных дорогостоящих микросхем (DDS) и в целом немалого знания искусства схемотехники. Но, по отзывам и записям, они позволяют получить наиболее чистый амплитудно модулированный звук.

[See image gallery at teslacoil.ru] Ниже представлена моя амплитудно аудиомодулированная SSTC (Музыкатушка, так я её называю) на полумосте из всё тех же HGTG20N60A4D и с управлением звуком через buck-конвертер и ШИМ. Она сделана более чем топорно и неаккуратно, в основном из-за того, что собиралась несколько месяцев — то не было корпуса, то горели компоненты из-за неправильного включения (я подавал питание на силовую одновременно с драйвером, и, скорее всего, драйвер запускался и работал несколько периодов неправильно, что оказывалось достаточным для выгорания силовой. Проблема решилась установкой реле, включающим силовую часть только после того, как заработает драйвер), [See image gallery at teslacoil.ru] вдобавок ко всему у меня отсутствовали подходящие драйверы (UCC27425), так что пришлось использовать UCC27324 и изобретать во-первых, инверсию сигнала и деление его на два канала, и, во вторых, запуск автогенерации ввиду отсутствия у неё ENABLE-входа. Всё это, впрочем, не мешает Музыкатушке неплохо работать. Это первая моя мощная катушка Тесла, постоянно работающая в CW-режиме (качеры не в счёт). Разряд имеет длину всего лишь около 10-15 см при потреблении в полтора киловатта. Такой режим непрерывной работы сильно разогревает как транзисторы, так и первичную со вторичной обмотки: первоначальный вариант первички и вторички быстро нагревался чуть ли не до сотни градусов и выше, угрожая расплавить каркас; пришлось отказаться от компактности в пользу надёжности и стабильности. [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] Сейчас частота с тороидом составляет около 250 кГц, при токе по первичной обмотке около 20-25А. Нагрев никуда не делся, но зато хотя бы снизился до приемлемых уровней. Размеры резонатора — 16х20 см, проводом 0.33 мм, в первичной обмотке 6 полных витков провода 10 мм^2.

Звук катушки громкий (ватт на 10 по ощущениям), но весьма «грязный», замусоренный холостым шипением. Предположительно, это происходит из-за глючащего от наводок оптрона в баке. Отлаживать не особо хочется, слишком уж долго собиралась эта конструкция в свой более или менее законченный вид.

[See image gallery at teslacoil.ru] Разряд необычайно горячий — стальная проволока, будучи поставленной на терминал, горит, как бенгальский огонь, а вольфрам моментально начинает испаряться с голубовато-сизым дымом и бело-жёлтым свечением. Создаваемое катушкой поле так сильно, что можно получить весьма чувствительные ожоги, просто случайно коснувшись какого-то металлического предмета, стоя рядом с ней — возникает дуга между кожей и этим предметом.

Впрочем, фотографии здесь не очень интересны — видеозаписи куда лучше передают её работу.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Последнее видео особо интересно: там фигурирует большая неоновая спираль, недавно мною отпаянная и чрезвычайно красиво ведущая себя в тандеме с Музыкатушкой.

Для дочитавших до этого места подарок: полная схема buck-конвертера. Можно копировать.

The post Аудиомодуляция в SSTC — музыкальная катушка Тесла first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

1. Сигнал обратной связи берётся больше не с нестабильной антеннки, а через трансформатор тока. Трансформатор тока для данной цели делается очень просто: берётся небольшое ферритовое кольцо из того же материала, что и GDT, на котором мотается витков 30-50 провода (чтобы закрыть внутреннюю поверхность кольца). [See image gallery at teslacoil.ru] Кольцо надевается на провод заземления вторичной обмотки, а выводы обмотки кольца припаиваются через последовательно включенный отделяющий постоянку плёночный конденсатор (>100нф) к минусу драйвера и входу диодной вилки соответственно. Подбор фазировки осуществляется либо сменой направления прохождения провода вторички через кольцо, либо переменой проводов обмотки трансформатора тока. Про теорию его работы, как и о GDT, неплохо писал BSVi.

[See image gallery at teslacoil.ru] 2. Драйвер усилен до простейшего двухступенчатого варианта. Зачем это сделано: UCC27425 довольно хилая, когда речь заходит о 200-250 кГц и CW-режиме (т.е. без прерывания вовсе), при суммарном весе затворов в 12-20нФ и выше. Потребление драйвера в таком режиме может доходить до 1А и выше, т.е. драйвер должен рассеивать более десятка ватт, из которых по крайней мере половина приходится на несчастную UCC, хотя штатно больше пары ватт она рассеять не может вообще. Поэтому в улучшенном драйвере UCC27425 качает не прямо GDT полевиков, а мост из четырёх небольших низковольтных транзисторов, спаянных с материнской платы. Главное условие — малая ёмкость затвора, чем она меньше, тем лучше. 500-600пф — идеально, 800 — тоже неплохо, больше 1нф — есть шансы перегрева UCC.  [See image gallery at teslacoil.ru]
Раскачивать этот усилитель необходимо через свой собственный GDT с пятью обмотками, каковые должны быть правильно сфазированы (об этом ниже). На выходе между полевиками драйвера и транзисторами силовой части можно поставить также один GDT с пятью обмотками, либо два раздельных по три обмотки (по одному на полумостовой модуль). Разницы между двумя трёхобмоточными и одним пятиобмоточным я так и не заметил, но в общем случае два отдельных GDT должны быть слегка надёжнее из-за обеспечения независимого управления полумостами моста.
Драйвер разработан sifun’ом. Кстати, именно такой драйвер работает в QCW-DRSSTC, и по тому же принципу построен универсальный драйвер DRSSTC Стива Варда.

[See image gallery at teslacoil.ru] 3. В качестве силовой части выбран мост, как вдвое более мощный относительно полумоста при том же напряжении питания, причём мост не на полевиках, а на IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором). Сам по себе вопрос, что разумнее применять для SSTC, IGBT или MOSFET, весьма дискуссионный: полевики быстрее, IGBT имеют меньше потерь на больших токах, полевики дешевле, IGBT современнее, и так далее, но я руководствовался простым соображением: полевикам в обязательном порядке необходима обвязка диодами, что а) приравнивает по стоимости мост на полевиках к мосту на IGBT, б) добавляет весьма значительную индуктивность этих диодов и всех соединений. Здесь кроется одна из тех хитростей, которые трудно где-либо прочесть, но которые могут быть решающими при построении катушки, и несоблюдение которых может раз за разом приводить к взрыву без видимых причин. Дело в том, что, несмотря на относительно невысокие частоты работы катушки, для правильной работы силовой части необходимы резкие фронты и спады сигнала, с длинами в одну-две сотни наносекунд, т.е. с эквивалентными частотами в мегагерцы и десятки мегагерц. На этих частотах становится критична длина монтажа в силовой части, ввиду наличия у неё ненулевой индуктивности — единицы и десятки наногенри. Из-за этого могут возникать выбросы и сбои в работе, более того, судя по всему, они и возникают, и приводят к взрывам силовухи. Эту проблему можно решать, укорачивая монтаж до предельно возможного, но вот незадача: при наличии обвязочных диодов он всё равно остаётся довольно длинный, а диоды необходимы: они обеспечивают защиту полевиков при возникающем при переключении обратном напряжении, открываясь быстрее, чем собственные их встроенные (body diode). В хороших же IGBT обвязочный диод встроен внутрь корпуса, устраняя фактом своего существования необходимость обвязки, поэтому два IGBT можно соединить в полумостовой модуль практически нога-к-ноге, короче некуда, только заводские полумостовые модули, где оба транзистора уже в одном корпусе. Поэтому после взрыва полевиков я отказался от них в хоть сколько-либо низкочастотных катушках вообще. Только IGBT, только максимально плотный монтаж.
Вообще при сборке полумоста или моста основные соображения, о которых следует помнить, таковы:
а) монтаж каждого из полумостов — как можно короче, идеально — вплотную,
б) конденсаторы с низким ESR (хорошие силовые электролиты, силовые плёнки) — как можно ближе по питанию каждого из полумостовых модулей в силовой,
в) больше защиты — не меньше защиты. Варистор по питанию, стабилитроны затвор-исток, снабберы, резисторы в полкилоома затвор-исток (чтобы не убить статикой, например) — всё это продлевает жизнь хрупкого и взрывоопасного девайса, такого как трансформатор Тесла.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] 4. Интерраптер сделан с т.н. бёрст-модом (двойное прерывание) на 3-х корпусах таймера NE555, по схеме Стива Варда, с подправленными номиналами частотозадающих цепей 555-х, с целью достижения большего диапазона регулирования, чем в оригинале. Как подправлять — смотрим даташит на 555 и ищем формулу зависимости частоты от номиналов конденсатора и резистора. Текущая конфигурация допускает выход в CW, т.е. работу без прерываний.

5. Ввиду отсутствия в залежах деталей железного трансформатора для питания драйвера, был сделан простой понижающий питальник на IR2153 по классической схеме полумоста с флайбек.орг.ру. Мощность около 20-30W, выходное напряжение — 16В постоянки.

6. Затворные резисторы теперь используются в связке с диодом. Такая схема соединения позволяет делать разную длительность задержки фронта и спада, чтобы избежать сквозняков и затыков (IGBT закрываются медленнее, чем открываются, поэтому надо их щадить таким вот образом).

Немного о настройке моста. Как я уже писал, мост представляет собой попросту два полумоста, работающих в противофазе, т.е. с двойным размахом, равным в итоге напряжению питания (в полумосте — половине питания). Преимущество моста очевидно: вдвое большая мощность, вкачиваемая в одну конструкцию. Если детали в полумосте работают уже на пределе тока, то мост позволяет её увеличить без бабахов. Преимущество полумоста тоже очевидно: вдвое меньше деталей и намного более простые сборка и настройка. Если не нужна предельная отдача, разумнее собирать полумост.

[See image gallery at teslacoil.ru]
Так вот, о настройке. Мост обычно рисуют топологически эквивалентно цифре «8», с четырьмя транзисторами по углам и нагрузкой (первичкой) в качестве перекладины. Правая и левая пары транзисторов образуют два полумостовых модуля, в каждом из которых есть соответственно верхний и нижний транзисторы. Для правильной работы моста необходимо так сфазировать сигналы, приходящие на затворы, чтобы каждые два соседние транзистора были в противофазе, а по диагоналям — в фазе. В шахматном, короче, порядке. Чтобы сделать это, необходим двухканальный осциллограф и функциональный генератор, который будет при настройке имитировать приходящий с катушки сигнал обратной связи (т. е., его выход надо подцепить на вход драйвера). Порядок настройки таков:
[See image gallery at teslacoil.ru] 1) Припаиваем затворный и истоковый провода к одному любому из транзисторов (например, верхнему левому), после чего цепляем на него первый щуп, подаём питание на драйвер и генератор, и видим осциллограмму сигнала с GDT. 2) Далее берём любую другую пару проводов и цепляем к ней другой щуп. Если сигнал в противофазе, припаиваем его соответственно к нижнему левому транзистору так же, как держали щупом: щуповой провод к затвору, крокодиловый — к истоку. Если сигналы в фазе, то перед припайкой просто меняем их друг с другом местами, крокодиловый к затвору, щуповой к истоку.
3) Повторяем пункт 2 со следующей парой проводов и верхним правым транзистором.
4) Отцепляем первый щуп от верхнего левого транзистора и цепляем его на верхний правый.
[See image gallery at teslacoil.ru] 5) Повторяем пункт 2 с последней, четвёртой парой, и нижним правым транзистором.
Для удобства дальнейшей работы очень помогает пометить своим цветным фломастером каждый из транзисторов, проводов (например, пометить только затворные провода) и точку припайки на плате.

Как делать резонатор, первичную обмотку, тор и прочее, рассказывать уже не стану, все и так в курсе, надеюсь.
Ценное замечание: при настройке положения первички и вторички очень важно подобрать удачное их взаимное расположение, чтобы соблюсти три условия: непробивание на первичную обмотку с середины вторичной (это не смертельно для схемы, но может прожечь дырки и вообще фу), значительный коэффициент связи для обеспечения большой прокачиваемой мощности, не слишком большой коэффициент связи — для ограничения прокачиваемой мощности короче говоря, необходимо сделать на колечке измерительный трансформатор тока (например, 50 витков), нагруженный на известное сопротивление (например, 5 ом), и надеть его на провод первичной обмотки, подключив щуп осциллографа к сопротивлению. С его помощью по размаху сигнала на осцилле можно узнать ток, текущий через первичку и, соответственно, ключи. Пока ток находится в допустимом для ключей диапазоне — можно смело поднимать первичную обмотку относительно вторичной, до тех пор, пока не вырастет ток или в неё не начнёт бить разряд.

[See image gallery at teslacoil.ru] Резонатор сделан на 11 см канализационной трубе, длина намотки ок. 33 см, провод ф0.3 мм, покрыта двумя слоями полиуретанового лака. Первичная обмотка — 6 витков толстого монтажного провода (10 мм^2) на 16 см трубке. Максимальный ток при такой конфигурации около 50 ампер. Потребление в CW-режиме (огромное толстое слегка шипящее фиолетовое пламя в руку толщиной) — около 4-5 киловатт. Прерыватель обеспечивает массу очень интересных режимов работы с удивительно противными пищаще-трещащими звуками, слышимыми изо всех уголков жилища. Поистине бесподобные эффекты даёт насыпанное на разрядный терминал соединение натрия, например соль или NaOH (см. видео). Длина разряда — до 60 см и — возможно — больше (если выкрутить питание на 250В латром и/или добавить соли).

Собственно, фото и видео катушки, её узлов и работы — ниже. И, да, о чудо, СХЕМА!

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]   [See image gallery at teslacoil.ru]   [See image gallery at teslacoil.ru]

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Полномостовая SSTC first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

В общем случае типичная SSTC представляет собой устройство из нескольких основных блоков.

1. Силовая.

Основная часть катушки — силовая, возможные решения — полумост или мост (мост представляет собой просто два полумоста, соединённых так, чтобы раскачивать первичную обмотку с удвоенной амплитудой). Полумост представляет собой два последовательно соединённых полевых транзистора (MOSFET, далее просто фет), поочерёдно открывающихся и закрывающихся за счёт прямоугольного сигнала с драйвера. Вдаваться в теорию работы не буду, ей посвящены мегабайты текста в других местах. Для повышения выживаемости фетов последние обвязаны ультрабыстрыми диодами: один последовательно и один параллельно, и саппрессорами на нужное напряжение (для нас — 400 вольт, например, вполне пойдёт). Первичная обмотка располагается между средней точкой фетов и средней точкой из двух силовых плёночных конденсаторов, таким образом первичная обмотка качается от 0 до Vпит каждый такт работы. Недопущение открытия обоих транзисторов одновременно (такое зовётся словом «сквозняк» — по сути, закорачивание всей схемы через феты) обеспечивается т.н. дед-таймом, временем, когда оба фета закрыты. Также очень желательна обвязка фетов снабберами (RC-цепочка от стока к истоку, где характерный порядок R — 5-20 Ом, а C — 500-2000 пФ), каковые сильно увеличивают теплопотери и нагрев транзисторов, но зато весьма надёжно защищают их от бабахов — за надёжность платим нагревом.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Основное преимущество полумоста: нужно вдвое меньше деталей. Основное преимущество моста: вдвое большая возможная мощность.

В данной катушке использован полумост из соображений компактности. Но ничто не мешает расширить его до моста, что вскоре и будет сделано в следующей конструкции того же класса.

2. Управление (развязка сигналов).

Развязка необходима, чтобы гальванически отвязать друг от друга управление фетов. Применительно к катушке стоит говорить только о двух типах развязок: трансформаторная (GDT, gate-drive transformer) и оптическая (на оптронах). GDT представляет собой небольшое ферритовое кольцо, на котором максимально плотно друг к другу намотаны три (или пять для моста) обмотки: одна подключённая к драйверу и две (четыре) — к затворам-стокам соответствующих транзисторов силовой части. Оптрон — небольшая микросхемка, содержащая светодиод и фототранзистор, сигнал передаётся за счёт мерцания светодиода.

Преимущества GDT: минимум настройки, элементарное управление, значительно более низкая стоимость и простота изготовления, автоматическое формирование дед-тайма. Недостатки — необходимо отыскать хороший феррит и рассчитать и качественно намотать сам GDT — подробнее об этом писал BSVi в своей статье. Важно: при подключении необходимо следить, чтобы управление затворами транзисторов происходило в противофазе (как того требует топология полумоста). Преимущества оптронов: точное управление и минимум искажений сигнала. Недостатки — куча компонентов (на каждый канал (4 для моста, 2 для полумоста): оптрон, его обвязка (в том числе SMD керамика на ноги) и питание), необходимость формировать дед-тайм, сложность в работе, а ещё оптика страдает от помех от трансформатора Тесла.

Мой выбор — однозначно GDT.

При его использовании, кстати, желательно поставить стабилитрон на 15 вольт между истоком и затвором фета. Я их не использовал, и так всё работает, но лучше его там иметь, чтобы исключить пробой по затвору из-за глюков GDT, каковые могут возникать при издевательствах над катушкой в процессе настройки.

3. Драйвер.

Для управления достаточно «тяжёлыми» затворами транзисторов необходимо обеспечивать изрядный импульсный ток. Для этого используются специальные микросхемы, наиболее известные — серии UCC, например, UCC23721. Бывают одноканальные (выше мощность каждого отдельного драйвера, но необходимо ставить по микросхеме на каждый канал), двойные (два драйвера в одном корпусе), а также инвертирующие и неинвертирующие и с логическим вкл-выкл (он же ENABLE) или без оного. В ранее мной виденных схемах катушек Тесла на транзисторах использовались UCC27321 — 27322, одноканальные. Но, оказывается, существует замечательный драйвер UCC27425, который представляет собой идеальный вариант: содержит два канала, один инвертирующий, и второй прямой (индекс 5 в конце обозначения), а также ENABLE (индекс 4), что позволяет как подключать к нему прерыватель, так и превращать прямой сигнал в два — обычный и инвертированный. Единственный его недостаток — не очень большая мощность (4 ампера в импульсе), но, тем не менее, его полностью хватает для тягания довольно тяжёлых 47n60 полевиков. Таким образом, схема драйвера упрощается до одного единственного корпуса DIP8. На ноги микросхемы по питанию обязательно необходима SMD-керамика максимально имеющейся ёмкости (у меня 10 мкф). Никаких танталов, керамика и только керамика.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

4. Генератор.

Генератор — задатчик резонансной рабочей частоты колебаний первички. Самый очевидный способ, в то же время самый неэффективный: использовать внешний генератор, например, на TL494, UC3825, IR2153 или другой соответствующей. Неэффективен он тем, что точная подстройка в резонанс без обратной связи от вторички практически невозможна: любое изменение условий работы, даже просто сам факт появления разряда, мгновенно унесёт рабочую частоту достаточно далеко для выхода из резонанса. Более прогрессивно и удобно просто использовать антеннку, которая будет ловить сигнал. Обрезая верх и низ принимаемого ей синусоидального сигнала при помощи вилки из диодов Шоттки, мы получаем прямоугольный сигнал (фактически логические 0 и 1) на входе драйвера. Ещё лучше вариант — ФАПЧ (PLL), фазовая автоподстройка частоты: внешний генератор, фаза и частота которого подстраиваются тем же способом — антеннкой, но это отдельная тема, и не факт, что PLL может быть лучше автогенератора. Тема требует более подробного изучения.

Как вариант, вместо антеннки можно использовать трансформатор тока с низа вторичной обмотки. Этот метод в общем случае сильно надёжнее, но несильно удобнее.

В этой конструкции использована антенна как наиболее простой и удобный способ.

5. Прерыватель.

[See image gallery at teslacoil.ru] Для уменьшения средней мощности, прокачиваемой сквозь катушку, и получения трескучих красивых разрядов, сигнал необходимо рвать. Благодаря наличию у UCC27425 ENABLE-входов, достаточно просто подключить к ним выход элементарного генератора на 555-м таймере. 555 не самая удобная для этого микросхема, но, определённо, самая простая и популярная. Использованная схема чуть отличается от общепринятой включением переменных резисторов. Более продвинутая версия может содержать в себе второй таймер для прерывания первого — т.н. burst-mode, двойное прерывание.

Короче, топология этой катушки: автогенератор с GDT и полумостом, драйвер UCC27425, феты FCA47N60, обвязка саппрессорами 1.5КЕ400A и ультрафастами HFA30TB60.

Резонатор (вторичная обмотка) — примерно 250 кгц частотой, размеры 11х16 см, провод 0.2 мм. Тороид свит из медной трубки и представляет полностью разомкнутый виток для уменьшения ВЧ-нагрева оного. Высота первички относительно вторички подобрана довольно точно для достижения тока в первичном контуре около 30А (предельный для диодов). Количество витков особой роли не играет, поскольку ток зависит чуть менее, чем полностью только от коэффициента связи обмоток, а оный настраивается положением первички.

[See image gallery at teslacoil.ru] Порядок сборки и настройки примерно таков. Вначале конструируем связку прерыватель-драйвер. Далее мотаем GDT. Используя внешний генератор на частоту близкую к нашей рабочей, проверяем работоспособность драйвера. Делаем силовую часть (лучше всего на радиаторе от процессора компа, они почти идеальны для этого, только просверлить дырки под крепёж фетов и диодов), не забывая изолировать все детали прокладками от радиатора, подключаем свободные выводы GDT к затворам и истокам и смотрим, как он справляется с передачей сигнала на ёмкостную нагрузку затвора. Если сигнал хороший (более-менее ровный прямоугольник), значит всё работает как следует. Других вариантов (плохой сигнал) тонны, как с ними справляться — по ссылкам внизу, масса теории и практики по теме. Собственно, после этого остаётся дособрать питание силовой части, подключить резонатор и аккуратно, через латр и балласт, попробовать запустить катушку. [See image gallery at teslacoil.ru] При отсутствии реакции надо подёргать положение и размер антенны, а также попробовать сменить фазировку первичной обмотки.Нужно мониторить ток в первичке (например, трансформатором тока на ферритовом колечке подходящей проницаемости) и настраивать положение первичной обмотки так, чтобы он не превышал рабочий для диодов и/или транзисторов.

Самое ценное: схема. Постарался сделать её как можно более понятной и читаемой. Внимание, у 555 для удобства изображения нумерация ног произвольная — не путать и делать согласно их реальному нумерованному порядку, а не геометрическому расположению на схеме! Минусы питания и драйвера — не соединять.
UPD: исправил мелкий косяк в схеме: точка пересечения антенны, входа драйвера и диодов Шоттки 1n5818. Их всех следует спаять вместе.
ДЛЯ ЭТОЙ СХЕМЫ НЕ ПОДОЙДЁТ НИКАКАЯ МИКРОСХЕМА ДРАЙВЕРА, КРОМЕ UCC27425. Я НЕ ЗНАЮ АНАЛОГОВ, Я НЕ ЗНАЮ ГДЕ ЕЁ КУПИТЬ, МНЕ БЕСПОЛЕЗНО ПИСАТЬ ПО ЭТОМУ ПОВОДУ. Спасибо за понимание.

СХЕМА УСТАРЕЛА и оставлена здесь из исторических соображений и наличия в ней простого прерывателя. Больше нет необходимости приобретать дорогие 47N60 и диоды; их можно заменить дешёвыми и намного более надёжными IGBT. Пролистайте ниже для более свежей и актуальной схемы.

Полностью собранная катушка умещается внутрь корпуса от питальника компа, и остаётся довольно много места в запасе под что-нибудь ещё.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Рекомендуемые к изучению ссылки (без них я вряд ли бы что-то сконструировал):

http://stevehv.4hv.org/SSTCindex.htm — основная референтная страница от гуру полупроводниковых катушек, Стива Варда. Его самая популярная для копирования катушка SSTC-5 частично послужила основой для данного моего проекта.

http://bsvi.ru/raschet-i-primenenie-gdt/ — расчёт и применение GDT от BSVi.
http://rayer.ic.cz/teslatr/teslatr.htm — некто RayeR, годный чех с годными катушками и идеями.
http://www.richieburnett.co.uk/sstate.html — Richie Burnett, мастрид в области теории работы катушек. В том числе http://www.richieburnett.co.uk/mosfail.html — причины умирания мосфетов и http://www.richieburnett.co.uk/sstate2.html — теория работы драйвера SSTC.
http://danyk.wz.cz/ — ещё один годный чех, в том числе с весьма сумасшедшими проектами, типа видеорентгена.
http://flyback.org.ru/viewforum.php?f=9 — раздел Флайбека по SSTC, ценен количеством хоть как-то запущенных констрактов, и даже некоторых успешных.

По ссылкам с ссылок сверху можно найти ещё кучу всякого интересного по теме.

11.07.12

[See image gallery at teslacoil.ru] Довёл до корпусирования ещё две полумостовых SSTC с прерывателем на микроконтроллере от sifun’а. Основные отличия и усовершенствования в сравнении с первой версией:

1) Антенна заменена на трансформатор тока, намотанный на ферритовом синем колечке EPCOS — приблизительно 50 витков — и надетый на провод вторички, идущий на заземление. Он намного проще и надёжнее, чем антенна. Смена фазировки осуществляется теперь не перепаиванием проводов первички, а сменой направления входа провода заземления в кольцо транса тока.
2) Феты заменены на IGBT. От полевых транзисторов в импульсных преобразователях пора отказываться навсегда, оставив их для того же, для чего в своё время оставили лампы: для высокочастотных применений (например, IRFP460A раскачивается на 27 МГц с неплохим КПД). Современные IGBT дешевле, мощнее, надёжнее и имеют больший КПД, чем аналогичные полевики. Одно из возможных решений, например — HGTG20N60A4D, или почти любые IGBT серий IRG4 и IRG7.
3) Диодной вилке добавлен стабилитрон между верхним диодом и минусом драйвера. Вместо стабилитрона можно поставить белый или синий светодиод, что оказывается очень удобно: он мигает в такт импульсам интерраптера.
4) Как в полномостовой катушке, заземление вторички сделано на сеть через конденсаторный делитель из К78-2.
5) Катушке добавлена схема, обеспечивающая её невзрываемость, а именно — UVLO: undervoltage lockout. Это несложная трёхногая микра (DS1233D-5+) в корпусе TO-92, которая просто резко обрубает питание драйвера при падении напряжения ниже установленного уровня (например, 11 вольт). Таким образом исключается ситуация, при которой на затворах транзисторов полумоста оказывается напряжение ниже установленного и исключается вариант их недооткрытия, который является причиной 90% всех взрывов и отказов силовых преобразователей в случае катушек Тесла.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Прерыватель на контроллере Attiny13 снимает напряжение с двух переменных резисторов по 10К, один из которых регулирует ширину импульса, а другой — частоту. Частота меняется в диапазоне от 2 герц до ~1-2 кГц (точно не припомню), ширина импульса — до 1/5 (20%) текущей частоты прерывателя. Таким образом, максимально возможное среднее потребление не превышает при любых настройках интерраптера примерно 400-500 Вт.

Данная катушка доступна к сборке на заказ.

Схема:

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Полумостовая SSTC first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] Первый вариант был собран на соплях в лучших традициях этого способа. После проверки работоспособности и настройки оно было оформлено в некое подобие корпуса, в каковом виде и пребывает поныне. Сразу разочарую, схема на редкость дурацкая, по крайней мере, в моём исполнении. Транзисторов была сожжена целая горсть, прежде чем удалось добиться хоть сколько-то стабильной работы. Главная проблема — нагрев балластной RC-цепочки, расположенной между плюсом питания и стоком полевика, и служащей для ограничения тока через транзистор во избежание самовзрыва последнего. [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] Греется она совершенно безобразным образом, не спасает даже пара мощных кулеров. Сейчас там стоит около 1 мкф плёнки и 50 ом 100 вт резистор.
Общий смысл конструкции такой же, как и у обычного качера. Полевик (сейчас даже не помню что там стоит, но напряжение-ток у него должны быть не менее 400-500В и 6-10А) дополнительно защищён стабилитроном 1,5КЕ12; переменный резистор на 10 килоом позволяет в некоторой степени регулировать скважность и изменять форму и пушистость разряда. В крайнем положении транзистор вообще запирается. [See image gallery at teslacoil.ru] Питание на сток идёт через один диод, что создаёт заметно удлинняющие разряд пульсации напряжения и изрядно ограничивает потребляемый качером ток из розетки. При замене его на диодный мост исчезает характерный гул и пушистость стримеров сильно возрастает, но зато падает их длина и дико возрастает потребляемый ток. [See image gallery at teslacoil.ru] Вторичка намотана проводом 0.18 мм, имеет длина 27 см и диаметр 5. Первичка, как видно на снимках, содержит примерно 6 витков и растянута на 2/3 длины вторички.

Разрядик имеет длину примерное 6-7 см, негорячий (по крайней мере, с конца) и некусающийся, можно спокойно ловить в палец. Все картинки на тему — в галерее.
[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Сетевой качер first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.

[See image gallery at teslacoil.ru] Качером (от «качатель реактивностей») обычно называют несложное забавное устройство, изобретённое неким Бровиным, и якобы выдающее больше энергии, чем потребляет по питанию. По факту представляет собой весьма странно сделанный автогенератор на одном транзисторе, с главным достоинством в виде феноменальной простоты конструкции, являясь чуть ли не наиболее простым HV-устройством из известных. Всё приведено на схеме, можно даже почти что не комментировать. Первичку лучше растянуть во всю длину вторички для повышения коэффициента связи. Размеры могут быть как большими, так и миниатюрными, миниатюрные лучше, хотя бы ввиду компактности и большей длины разряда относительно общих размеров устройства. Правильно сооружённый по стандартной схеме качер выдаёт кисточку пушистого разряда длиною в 1.5-2 см, и довольно мощное поле, которое красиво подсвечивает неоновые лампочки.
[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] В моём варианте вторичка оказалась довольно большой, одна из старых, проводом 0.18 мм и размерами 4х25 см. Транзистор взят — КТ805А (подходит совершенно любой соответствующий биполяр, только надо уточнить частоту по справочнику — качер лучше работает на довольно высокой частоте, и этот параметр для транзистора должен быть хотя бы несколько мегагерц), питание около 30 вольт с какого-то трансформатора серии ТАН (вообще, чем больше, тем лучше, но, опять же, зависит от транзистора). Даёт на выходе всё это, как и положено, милый полуторасантиметровый пушистик, искрящий в поднесённый палец где-то на 2.5 см. ОЧЕНЬ классно засвечивает газоразрядные штуки, совершенно все и массово — от ксеноновых ламп накачки до индикаторных неонок и обычных ламп дневного света. Собственно, это главное, ради чего стоит его собрать. Вся начинка уместилась в корпус от компьютерного блока питания, снаружи только провод и обмотки.

[See image gallery at teslacoil.ru] Если наверх ему поставить что-то крупное металлическое — я использую сферу от школьного электроскопа — разрядик пропадает, но поле значительно усиливается, поддерживая свечение в ЛДС и неонках на расстоянии до метра и дальше. [See image gallery at teslacoil.ru]
Все классические фокусы — свечение обычных ламп накаливания, например — успешно прилагаются в комплекте.
Девайс настойчиво рекомендуется к сборке тем, кто очень хочет что-нибудь высоковольтное, но либо стеснён в средствах, ресурсах и возможностях, либо не хочет заморачиваться с теоретической частью и смежными вопросами. Самым сложным здесь будет намотать вторичку, всё остальное — дело максимум получаса при наличии нужных компонентов. Транзистор, кстати, непременно необходимо поставить на радиатор достаточной площади, иначе оный транзистор перегреется и помрёт.
[See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru] [See image gallery at teslacoil.ru]

Остальные фотографии >>

Щелкните здесь для просмотра встроенного видео.

The post Качер first appeared on Катушки Тесла и все-все-все.