Tesla Coil

[mișa]

Pentru ca nu am avut timp de ceva constructiv in acest sens, (lucrez la alt proiect) dau un exemplu de sincronizare cu antena gresita ca principiu. Din capitolul ASA NU. http://www.hvguy.4hv.org/sstc/10kwsstc.htm

Schema de full bridge daca o comandam corect prin modificarea transformatoarelor si a circuitului de comanda ar putea da mari satisfactii.

Mare pacat ca cei care se pricep cu adevarat la surse in comutatie nu prea construiesc asa ceva! Probabil s-au saturat de surse de la servici si in timpul liber au alte hobby-uri...

[radhoo]

de unde va cumparati condensatori cu polipropilena si la ce pret. de ex. 630V/0.47uF . vreau sa compar cu ce gasesc pe ebay.liviu, stiu ca mai demult mi-ai aratat ce folosesti, dar nu mai gasesc mesajul.

[mișa]

Eu am cumparat de aici: http://www.tme.eu/ro/katalog/index.phtm ... e%3D2%2C20

[mișa]

Am facut un desen cu varianta de comanda propusa de mine. Nu doresc decit sa descriu principiul. Nu e o schema de executie. Indiferent daca folosim bipolare, mosuri sau IGBT-uri e aceeasi chestie. Doar protectiile sunt diferite.

Tranzistorii Q1 si Q4 se deschid simultan fiind comandati de unul din trafuri. La fel Q2 si Q3. Trafurile sunt comandate independent de cele 2 iesiri ale controlerului de PWM. Acesta nu permite ca cele 2 semnale sa se "apropie" foarte mult unul de celalalt. De asemenea factorul de umplere poate fi controlat respectiv puterea la iesire.

Mai intii trebuie alimentat montajul la tensiuni mici, cu rezistenta in serie si verificata functionarea si fazarea transformatoarelor.

Daca totul e corect, dintr-o asemenea punte se pot obtine puteri enorme.

Pentru partea de comanda se poate porni de la schema asta, http://www.elecfree.com/circuit/inverte ... car-audio/ numai ca in loc de mosurile finale se conecteaza cele 2 transformatoare.

[teslina]

Radhoo, pentru condensatori faceam comanda la unul din magazinele de electronice din oras sau cumparam online, daca nu ma insel de la fostul capodimonte. Foloseam condensatori mari de 5 microF @ 600 V in serie ca aici:

http://www.sciencezero.org/vasil/l_vasiliu/newCp.html

 

sau montaje serie-paralel cu cei de 100 nF @ 2000 V, ca cei de aici:

 

http://www.sciencezero.org/vasil/livvasil/4kvcap.html

 

Misa, in fond de ce nu? Orice VCO cred ca poate fi folosit pentru comanda. Eu am utilizat CD4046 ca aici:

 

http://www.sciencezero.org/vasil/teslina/pllsstcsch.html

 

cu rezultate destul de bune (streameri de 40 cm cu o semipunte de IRFP460).

 

Setup-urile cu oscilator de initiere separat si intrare antena separat sunt o abordare bruta a problemei, dar cu un filtru lowpass unda de la oscilator poate fi facuta mai triunghiulara, cu un dV/dt mai mic decat semnalul de feedback amplificat, care de la o anumita putere preia controlul. Si aceste montaje pot functiona cu succes.

[mișa]

Sincronizarea cu bucla PLL e o rezolvare eleganta, felicitari, nu asta era problema. Partea de actionare efectiva a etajului final e cea care nu-mi place. Nu zic ca nu merge. Merge dar merge la limita. Semnalul de deschidere din grila lui F1 e simultan cu semnalul de blocare din grila lui F2. Datorita faptului ca timpul de blocare e intodeauna mai mare decit timpul de deschidere (la toti tranzistorii), va fi un moment, ce-i drept foarte scurt in care cei 2 tranzistori vor fi deschisi simultan. Tranzistorii moderni in general rezista la impulsuri foarte scurte de curent foarte mare. Din cauza asta merge si nu crapa la prima comutatie. Daca inmoi putin pantele semnalelor de comanda pentru a evita acest fenomen, pierzi exact ce e mai important in comutatie, adica randament. Asta e motivul pentru care am propus folosirea corecta a unui circuit specializat PWM care rezolva aceste neajunsuri. De fapt avem de-a face cu o sursa in comutatie, iar in domeniul asta chiar exista o vasta documentatie.Sper ca de data asta am reusit sa fiu suficient de explicit.Ulterior, si circuitul de PWM poate fi sincronizat.Pentru confirmare, te rog sa te uiti in foaia de catalog a lui IRFP460. Scrie clar timpii de intirziere si timpii de comutatie:Td(on)=18ns (timpul scurs intre comanda pe grila si inceputul intrarii in conductie)Tr=59ns (timpul de la intrare in conductie puna la saturatie)Td(off)=110ns (timpul scurs intre comanda de blocare si inceputul iesirii din conductie)Tf=58ns (timpul de la inceputul iesirii din conductie pina la blocare totala)Timpul total de trecere in conductie e Td(on)+Tr=77nsTimpul total de blocare e Td(off)+Tf=168nsDeci la fiecare comutatie tranzistoarele vor fi deschise simultan diferenta celor 2 timpi adica 91ns. Inductantele parazite si performantele tranzistorilor ne feresc de artificii... Aceste diferente de timpi ce comutatie fac aceasta schema nesigura si la limita. E posibil ca doar prin simpla schimbare a unui fir sa se modifice o inductanta parazita suficient cit sa tune tot.

[teslina]

Nici prea mult dead-time nu este bun deoarece creste disiparea de caldura in diodele free-wheeling (diodele inverse in paralel cu FET-urile). De exemplu, pentru montajul lui, Richie Burnett a gasit cu un deadtime de 5% este chiar prea mult:

 

" Significant improvements have been made from the original design in the following areas:

 

Re-configuration of the MOSFET gate drivers to reduce the dead-time at switching transitions. The old design had a large 5% dead-time at switching instants to allow one MOSFET to turn off before the other is turned on. This dead-time was found to be excessive, and caused the body diodes of the MOSFETs to conduct heavily due to the free-wheeling current."

 

Ulterior Alan Sharp a construit un SSTC avand la baza indicatiile lui Richie de a reduce complet deadtime-ul din PWM:

 

"No dead time from control board - correspondence with Richie Burnett convince me that too much dead time was a problem - all the dead time is supplied by the isolating transformer and the FET gate capacitance - switching from -12v to 12v ensures that they turn off faster than they turn on - no shoot through. "

 

In afara de posibilitatea variatiei timpilor de intrare si iesire din conductie cu montajul rezistor-dioda skhottky in paralel, pe poarta FET-ului mai exista o varianta utilizata in domeniul tesla (domeniu in care componentele sunt utilizate dincolo de limitele impuse de producator) si anume aceea de supravoltare a portii FET-ului pentru a forta intrarea si iesirea rapida din conductie, de la 15-20 V cat este normal, la 24 de volti, printr-un traf de poarta de tip 1:2:2. Sigur, aceasta varianta duce la o oxidare mai rapida a jonctiunii B-E si la scurtarea timpului de viata al FET-ului.

 

Pana la urma cred ca este nevoie de un montaj experimental pe care sa se faca toate aceste experimente, desi unii se pare ca le-au realizat deja.

O chestie care nu s-a facut inca si la care ma gandesc este un driver cu tuburi care sa comande o punte de FET-uri de putere, ceva in genul montajului de amplificare FIF de la TV-uri, care sa preia semnalul de la antena, sa il amplifice si sa il trimita pe portile FET-urilor. Tuburile sunt suficient de rapide, ar putea asigura destula putere de comanda, banda de frecvente ar fi destul de mare...

[mișa]

Cred ca pur si simplu nici nu ai citit ce am scris mai sus. Daca citeai nu bagai textul cu dead-time-ul acelui "mare specialist". Dead-time - ul nu influienteaza nici pierderile nici randamentul (asta la o sursa corect proiectata)Se pare ca chiar nu doresti sa inveti nimic. In postul tau sunt ceva greseli grave. Ce mai pot zice? incercam sa fiu de ajutor.Copiaza doar alte scheme discutabile. Nu are rost sa inveti ce s-a mai facut in domeniul surselor in comutatie. Multiplica orbeste orice schema aparuta sub un "nume" cunoscut! Ce pot sa mai spun? Succes! Acum nu te supara dar de la mine, dar din capatul celalalt al netului asa se vede ca faci. (m-am enervat un pic da' poate mi'a trece)

[mișa]

Nici in aplicatiile Tesla si nicaieri componentele nu sunt utilizate dincolo de limitele impuse de producator. Daca se intimpla asta inseamna ca proiectantul e idiot. Exista invertoare industriale de MW la MV unde nu e depasit nimic. Nu exista ca la o aplicatie Tesla de 5KW sau 50KW sa fie depasit vreun parametru a vreunei componente. E ABERANT. Teoriile astea le-am mai auzit la cei care aveau o filozofie intreaga despre Tesla dar habar nu aveau de tehnica. Hai sa fim seriosi.A pro pos de death (dead) time: nu e adevarat ca apar pierderi. In sursele in comutatie prin asta se regleaza tensiunea de iesire fara scaderea randamentului. Se pare ca si aici sunt ceva scapari (tehnice). Hai ca acum m-am dezenervat! :ras:Hai sa incercam sa rezolvam toate aceste neajunsuri. Ce zici? Eu sunt dispus.

[teslina]

Ce vrei de la mine Misa? Doar ti-am spus ca nu am formatie tehnica la baza. Doar nu te astepti de la mine sa proiectez eu circuite cum ar face Richie care nu este un specialist de cartier ci un inginer specializat in electronica de putere si aplicatii RF. Am discutat cu omul asta pe forumuri si prin mail si cred ca merita ceva mai mult respect nu crezi? Tot ce pot discuta este literatura de pe net. Multe montaje le-am realizat si eu si sunt constient de plusurile si minusurile lor. Te cred ca vrei sa respecti niste principii corecte de proiectare si constructie, dar tesla coil nu este un domeniu de solicitare obisnuit al circuitelor.Uite, in ce priveste suprasolicitarea parametrilor normali, nu se va depasi niciodata tensiunea inversa a unui IGBT dar curentul da, si am sa citez cateva chestii:De pe site-ul lui Steve Conner, pentru OLTC-uri"Q: OK, I managed to get some IGBTs, how much current are they good for?A: There are two types of IGBTs: discretes, and modules (also known as "bricks"). Discretes contain a single silicon chip and modules contain several connected in parallel. One particular discrete IGBT, the IRG4PF50WD from International Rectifier, has been tested in OLTCs at over twice the "maximum pulsed collector current" (Icm) of 204A shown on the datasheet. Some experimenters have claimed over 5x Icm. The secret is to apply more than the absolute maximum gate voltage. This is usually 20 volts, so we use between 25 and 36V. We have not tested IGBT bricks beyond 1.25x Icm so far, but there seems to be no reason not to push them to 2x Icm at least. (EDIT: I have tested the 600A Powerex bricks at 2500A, which is 2x Icm and they survived) "De la G. Johnson (primul care a folosit IGBTi in SSTC-uri) care construia TC-uri cand amandoi eram la scoala:"I decided to try IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) inseries. There are four Harris HGTG18N120BND IGBTs in series in each leg. These arenominally rated at 1200 V and 18 A. The 1200 V is a rating that we never want to exceed.However, the device will switch up to 100 A until losses cause it to overheat. In a Tesla coilapplication where we operate in single-shot mode or in a low duty cycle, say, 10 ms on and1 sec off, the device should function with rms currents up to 50 or 60 A. At this writing, theinverter has withstood 30 A rms for short periods without difficulty."Despre suprapolarizarea portii (pe site-ul lui Steve Ward care a perfectionat ideile lui Hynes si a construit primele DRSSTC asa cum le stim astazi):"A question that I often get is "why IGBTs and why not MOSFETs?". The answer is relatively simple, and it deals with the losses in each device. A MOSFET has an ON resistance, so power dissipated in a MOSFET is given by I*I*R. As I increases, the losses go up exponentially. An IGBT on the other hand acts like a diode and has a relatively constant voltage drop, so power dissipated is given by V*I. Losses go up linearly as current increases, and this really makes all the difference when running 100's of amps pulsed. To further exploit the pulse capabilities of the IGBT, we drive the gates to a higher voltage (30V is typical). This lowers the volt drop, and keeps the IGBT in saturation even at extreme conduction currents.Sigur, poti sa construiesti un SSTC care sa respecte ferm parametrii, dar ceea ce vei obtine va fi o sursa de comutatie, nu un tesla coil. Vei avea o descarcare de 20 cm in locul uneia de 60 cm. Sigura ca circuitele tesla opereaza pe marginea prapastiei, ca sa ma exprima mai plastic, dar tocmai de aia sunt folosite mecanisme de protectie (Ton mic, inductante parazite cat mai mici, snubere, frecvente de oscilatie cat mai joase, etc)Am citit ce ai scris foarte bine. Dar ai sa vezi ca dupa ce construiesti sursa ta de comutatie perfecta (care repet, nu este un tesla coil, la care sarcina nu este constanta, apar modificari de frecventa la arcurile la pamant, Q secundarului variaza dupa cum exista streameri sau nu, etc), ai sa vrei mai mult si asta se va reflecta intr-un driver care va opera in conditii mai extreme.Scuze pentru limbajul ne-tehnic. Daca te-ai enervat ia o gura de ulei de sarpe..

[radhoo]

Scuze pentru limbajul ne-tehnic. Daca te-ai enervat ia o gura de ulei de sarpe..

Nu-i mai da sa bea, ca de la asta i se trag toate . Tzuica in ardeal ii de 45-52 grade.Trebuie sa recunosc ca citesc cu interes chiar si aceasta discutie aprinsa, dar sunt ca in fata unui zid pana la primul breakout de sstc. Sunt convins ca dupa primul design functional va fi totul mai usor.Cateva intrebari:1) micro SSTC clasa E:http://www.richieburnett.co.uk/hfsstc.html (http://www.richieburnett.co.uk/hfcirc.gif)sihttp://www.stevehv.4hv.org/classEsstc.htmIn prima nu intleg cum e folosit cristalul de quartz, si cu riscul instabilitatii ce-ar fi sa folosesc direct un cristal de 4MHz si sa elimin divizorul de frecventa (cd4024)In a doua cum pot sa inlocuiesc UCC37322 cu un totem pole si sa am antena de feedback in acelasi timp?2) pentru mini SSTC:http://www.stevehv.4hv.org/SSTC5.htmhttp://www.stevehv.4hv.org/SSTC5/miniSSTCfnlsch.JPGAceasi intrebare cu UCC37322/1 inlocuiti cu totem pole.si ce cam curent trage acest circuit. intreb pentru ca sursa mea debiteaza 10A max la 24V si am facut un dublor de tensiune (69.5V cc). Ma gandesc sa fac un triplor pana fac rost de un variac.3) cum as putea porni o abordare "safe" cu TL494 (chiar cu riscul de a sacrifica din randament/lungimea scanteii) pentru comanda unui half-bridge cu irfp460. Desi inteleg funcitonarea semnalului PWM, nu inteleg aspectele legate de rezonanta bobinei si mecanismul de feedback.Totusi incerc sa vizualizez fenomenul ca si in cazul driverului de flyback cu un singur tranzistor si bobina de feedback care comanda baza:http://www.pocketmagic.net/wp-content/u ... /schem.jpg4) offtopic, dar are sens sa ma gandesc sa-mi construiesc un osciloscop folosind un atmega168 la 20MHz? Sample rate-ul nu va fi mai bun de 20MHz dar decat nimic tot cred ca mi-ar fi util. Liviu tu cum te descurci fara?LATER EDIT: La multi ani Romani!

[mișa]

Nu-i mai da sa bea, ca de la asta i se trag toate . Tzuica in ardeal ii de 45-52 grade.

52+, dar nu asta-i problema. Intr-adevar, SSTC nu am mai construit dar incesc sa aplic cunostintele pe care le am.Teslina, nu vreau nimic de la tine sau mai bine zis nimic rau! Comentez si eu ce nu mi se pare in regula. Sa nu crezi ca am vrut sa te atac in vre-un fel.Ideea e ca daca ceva nu mi se pare in regula, nu pot sa nu comentez sau sa execut orbeste. Trebuie sa gasesc o logica. Nu-mi ajunge parerea cuiva, trebuie argumente ingineresti.Numa' bine

[mișa]

Ca sa nu tot comentez in gol, azi am sarbatorit ziua Romaniei bobinind 1500 spire de 0.56mm pe tubul acrilic de 133mm. Am lipit cu epoxi niste placute de cupru de 0.3mm cu rol de terminale. (oare e bine?) O sa incep practic experimentele atit cu bobina clasica cit si cu invertor. Pentru asta as vrea sa construiesc un primar spiral conic din teava de cupru si un primar dintr-un cablu multifilar gros izolat. Pina una alta trebuie sa masor frecventa de rezonanta si imi e dat imprumut generatorul de semnal.

Poate e util de stiut ca in monitoarele LCD, sub LCD-ul ptopriu zis se gaseste o placa acrilica (plexi) groasa de 8mm de calitate si puritate fantastica. Poate fi folosita cu succes ca izolator in aplicatiile de inalta tensiune. Deci daca aveti monitoare defecte inainte de a le preda recuperati placa. (in monitoare avea rol de mediu optic)

Pentru Radhoo: Poti folosi cuart de 4 MHz fara a afecta in vreun fel stabilitatea. Cuarturile in general pot fi considerate etalon de frecventa. Probabil a folosit de 16MHz pentru ca din ala a avut la indemina.

Poti incerca constructia unui osciloscop dar sa nu te mire faptul ca problemele cu adevarat grele vor aparea la construirea etajului de intrare (ampificator/ atenuator) cu toate adaptarile de impedanta. Acesta e mai greu de realizat si de pus in functiune decit intreg osciloscopul. Mai bine iti cumperi unul. Erau si aici la vinzari ceva modele la preturi relativ mici.

Teslina, am retinut de mult, ca doar mi-ai spus ca fecventa se modifica din cauza capacitatii streamerilor. Logic. Sincronizarea mi se pare o idee foarte buna.

Inca ceva: iau ca exemplu IGBT-ul HGTG18N120BND din exemplu dat de tine. Arata-mi care parametru e depasit. Nici macar nu ne apropiem de maxim. Uite aici: http://www.fairchildsemi.com/ds/HG/HGTG18N120BND.pdf

54A continuu, 160A puls, gate to emiter +-20V respectiv +-30V (normal, in anumite conditii)

Hai ca pun niste poze:

[teslina]

1. Sunt de parerea lui Misa. Asta a avut, asta a folosit. Poti folosi direct 4 MHz, dar pentru a obtine regimul de clasa E ai nevoie neaparat de un osciloscop.

Intre antena si totempole folosesti un buffer 74HC. Deoarece UCC 37322 este de tip non-invert ca si totempolul iar la trecerea printr-un buffer semnalul se inverseaza, faci schema antena- buffer 1- buffer 2- totempole.

 

2.Acelasi lucru ca mai sus:

-pentru UCC37321 (inverting): antena - buffer1 - totempole 1

-pentru UCC 37322 (non-inverting): antena- buffer2 - buffer 3- totempole 2

Practic rezolvi totul cu acelasi chip 74HC care contine 6 buffere.

 

Curentul consumat in montajul original era proportional cu duty cycle (ON time, sau cum naiba se chema asta in romana...factor de umplere?), deci e greu de zis cat va consuma, fara UCC-uri care au functia de a pulsa semnalul driver. Foloseste si tu mai multe spire in primar si pune in serie cu primarul un rezistor (bec de diverse puteri, incepand de la 25 W, sau rezistenta de nichelina cu contact mobil).

 

3. Nu exista abordare safe pentru TL494. Richie folosea o varianta bruta prin care scadea frecventa de excitatie, proportional cu cresterea voltajului in secundar (si deci implicit cu cresterea capacitatii parazite date de streameri). Poti stabili eventual o frecventa de excitatie luand in considerare 1 pF/inci descarcare ca si capacitate suplimentara. In acest fel, daca ai alimenta printr-un variac ai observa aparitia initial a coronei la varful de descarcare, si aparitia brusca a streamerilor de rezonanta cand ajungi la 60-70% din valoarea tensiunii de alimentare. Fara variac, eu as renunta inca la varianta cu TL494.

 

4. Sa zicem ca am un al saselea simt cand e vorba de tesla coil (imi pot da seama daca functionarea este in parametri dupa sunetul eclatorului sau al scanteii de la terminal). In plus nici nu stiu sa folosesc un osciloscop.

 

Misa, eu nu am argumente ingineresti (pentru ca nu am de unde). Tot ce stiu e de pe net, iar multe lucruri le-am inteles (sau cred eu ca le-am inteles) dupa zile de cogitatie profunda.

 

Secundarul a iesit grozav. Toroidul este destul de mic in comparatie cu bobina. Nu e cazul sa lasi foarte mult spatiu intre capetele bobinajului si cele ale secundarului, cu cat este mai larg spatiul de sus, cu atat efectul de umbrela electrostatica a toroidului etse mai redus si pot apare pierderi prin corona la ultimele spire. Lucrul se poate rezolva printr-un toroid mai mare. Si eu folosesc placute de cupru petru contact, solutia e buna. Capetele secundarului trebuie etansate cu placi de plastic lipite (eu folosesc transparente, pentru ca permit o inspectie optica in cazul posibilitatii de aparitie a unei descarcari prin interior - se vede urma carbonizata).

 

In ceea ce priveste IGBT-ul HGTG exemplul nu a fost bine ales (nu am mai controlat datasheet-ul). Dar cred ca ai prins ideea..

 

Atelierul tau e grozav Misa. Ce pretentii poti avea tu de la un tip care isi bobineaza manual secundarele intre doua castronele (asta sunt eu)?

 

[lorik199]

Ca sa nu tot comentez in gol, azi am sarbatorit ziua Romaniei bobinind 1500 spire de 0.56mm pe tubul acrilic de 133mm. Am lipit cu epoxi niste placute de cupru de 0.3mm cu rol de terminale. (oare e bine?) O sa incep practic experimentele atit cu bobina clasica cit si cu invertor. Pentru asta as vrea sa construiesc un primar spiral conic din teava de cupru si un primar dintr-un cablu multifilar gros izolat. Pina una alta trebuie sa masor frecventa de rezonanta si imi e dat imprumut generatorul de semnal.Poate e util de stiut ca in monitoarele LCD, sub LCD-ul ptopriu zis se gaseste o placa acrilica (plexi) groasa de 8mm de calitate si puritate fantastica. Poate fi folosita cu succes ca izolator in aplicatiile de inalta tensiune. Deci daca aveti monitoare defecte inainte de a le preda recuperati placa. (in monitoare avea rol de mediu optic)Pentru Radhoo: Poti folosi cuart de 4 MHz fara a afecta in vreun fel stabilitatea. Cuarturile in general pot fi considerate etalon de frecventa. Probabil a folosit de 16MHz pentru ca din ala a avut la indemina.Poti incerca constructia unui osciloscop dar sa nu te mire faptul ca problemele cu adevarat grele vor aparea la construirea etajului de intrare (ampificator/ atenuator) cu toate adaptarile de impedanta. Acesta e mai greu de realizat si de pus in functiune decit intreg osciloscopul. Mai bine iti cumperi unul. Erau si aici la vinzari ceva modele la preturi relativ mici.Teslina, am retinut de mult, ca doar mi-ai spus ca fecventa se modifica din cauza capacitatii streamerilor. Logic. Sincronizarea mi se pare o idee foarte buna.Inca ceva: iau ca exemplu IGBT-ul HGTG18N120BND din exemplu dat de tine. Arata-mi care parametru e depasit. Nici macar nu ne apropiem de maxim. Uite aici: http://www.fairchildsemi.com/ds/HG/HGTG18N120BND.pdf54A continuu, 160A puls, gate to emiter +-20V respectiv +-30V (normal, in anumite conditii)Hai ca pun niste poze:

cat cupru (kg) a intrat in secundar?