КАТУШКА ТЕСЛА SSTC

     простые интересные РАДИОСХЕМЫ сделанные своими руками

» ДАТАШИТ
Например: TDA2050


» РАДИОБЛОГИ
Схема управления 2 ШИМ + 8 SG на PIC18F2550
Простой ночник на светодиодах
Индукционный нагреватель для плавки и закалки металла своими руками
Простейший лазертаг
Тестер источников питания или разрядник АКБ
Стабилизатор тока для паяльника
Вольтметр с растянутой шкалой. Расчёт диапазона измерений
Самодельная штанга для металлодетектора


Радиосхемы » Схемы

КАТУШКА ТЕСЛА SSTC

      

Представляем очередную мощную полупроводниковую катушку Тесла, которая как и предыдущий вариант была подсмотрена в буржунете. Катушки Тесла, как мы знаем, являются устройствами, используемыми для генерации высокого напряжения. В случае SSTC это напряжение около 80 - 100 кВ. 

Структура SSTC (электронная катушка Тесла) отличается от классических катушек (SGTC) использованием электронного инвертора вместо генератора на основе искрового промежутка. Это обеспечивает гораздо более компактную конструкцию и устраняет необходимость в высоком напряжении на первичной стороне (схема питается от прямого и отфильтрованного сетевого напряжения). В результате нет необходимости использовать дорогие и труднодоступные высоковольтные трансформаторы и конденсаторы.

Работа катушки основана на использовании явления электрического резонанса. Резонансный контур расположен на вторичной стороне, созданной индуктивностью многослойной однослойной воздушной катушки, и рассеянной емкостью, создаваемой как обмотками, так и емкостью тора, верхней клеммы катушки и даже самого коронного разряда. Чтобы катушка работала, вторичный резонансный контур должен быть «накачан» сильным сигналом с частотой, идеально синхронизированной с возникающим в нем резонансом. Здесь источником этого сигнала является электронный инвертор. 

Схема высоковольтного генератора SSTC

Что касается данной конструкции, это типичная схема, использующая мост с транзистором. Ниже приведены принципиальные схемы мощной Теслы SSTC (блок питания, контроллер и мост). Функции напряжений БП:

  • 15 В используется для питания драйверов. 
  • 5 В для 74HC14 - эта микросхема имеет ограниченное рабочее напряжение. 
  • 12 В предназначено для питания вентиляторов охлаждения и NE555.

Принцип работы довольно прост. Антенна принимает электрическое поле резонатора, получая сигнал с формой волны, всегда соответствующей резонансу на вторичной стороне. Этот сигнал сначала «обрезается» до соответствующего уровня с помощью диодного ограничителя, а затем формируется цепью 74HC14 в прямоугольную волну. Используя эту обратную связь, катушка невосприимчива к отстройке - обычно емкость во вторичной цепи зависит от окружающей среды, и даже приближение руки к резонатору может вызвать значительное изменение резонансной частоты. Если сигнал управления поступает на контур от генератора постоянной частоты, это приведет к потере разряда, а часто даже к сгоранию транзисторов в мосту. Данное схемное решение полностью устраняет такие проблемы. 

Сформированный сигнал управляет парой драйверов MOSFET, которые в свою очередь управляют мостовыми транзисторами через трансформатор. 

Участок схемы, использующий м/с NE555, является так называемым прерывателем. Он нужен для включения / выключения работы катушки регулируемыми интервалами. Это позволяет изменять поведение разрядов и разгружает электронику, давая ей время остыть, а в случае более продвинутого прерывателя даже модулировать разряды так, чтобы они воспроизводили звук. Другая функция прерывателя - генерировать импульс, который вызывает одиночное переключение моста при включении катушки. Этот импульс вызывает колебания в резонаторе, позволяя катушке начать работать. 

Сам мост является типичным H-мостом на МОП-транзисторах. Он питается от сетевого напряжения, которое фильтруется одним твердотельным конденсатором 2200 мкФ 400 В. В качестве устройства плавного пуска использован сильноточный термистор NTC.

Транзисторы в мосту защищены набором диодов. Стабилитроны на затворе также должны защищать полевые ключи. Диоды MBR2545 и 15ETX06 используются для блокировки и замены встроенных транзисторных диодов внешними сверхбыстрыми диодами. Поскольку внешние диоды работают в десятки раз быстрее, это уменьшает явление перекрестных замыканий и потерь на переключение. Наличие этих диодов имеет важное значение, так как они отвечают за защиту от скачков напряжения, возникающих при переключении. Эти импульсы замыкаются на шину питания, где поглощаются конденсаторами С1 и С2, затем накопленная в них энергия берется мостом и, таким образом, восстанавливается. 

Антипараллельный дискретный диод во много раз быстрее, чем ключевой диод, поэтому с ним таких проблем не возникает, диод Шоттки на стоке и блокирует протекание тока через диод MOSFET, предотвращая его включение. Это является необходимым дополнением, поскольку несмотря на то, что более быстрые и более медленные диоды различаются по времени отключения, они закрываются почти так же быстро - во время, ограниченное главным образом паразитными факторами, такими как индуктивность соединений.

В общем SSTC - это особый случай высоковольтного генератора, который не следует рассматривать как обычный инвертор, работающий на ферритовом стержне. Здесь у нас есть резонансная вторичная система, на которую динамически настраиваем часть мощности. 

Вторичная цепь LC активно налагает синусоидальную форму волны тока на первичной обмотке, которую пытаемся синхронизировать, чтобы минимизировать потери на переключение. Если ключи переключаются не синхронно с ходом резонатора, это заставляет ток течь через него, вызывая перенапряжения и повышенные потери. Поэтому крайне важно минимизировать время простоя - ключи должны переключаться как можно ближе к нулевому току, в то время как большое простойное время переключает их «жестко» и увеличивает время, в течение которого диоды должны проводить ток, индуцированный вторичной цепью. 

К сожалению, на практике (по крайней мере, на таком простом контроллере) всегда будут небольшие перенапряжения, приводящие к переключению диодов с антипараллельными ключами. Проблема в том, что диоды, встроенные в МОП-транзисторы, очень медленные, их отключение занимает много времени. Это приводит к перекрестным замыканиям, потому что диоды не могут выйти из проводимости, а тут уже включится противоположный ключ, что очевидно, очень вредное явление. В обычном инверторе это просто увеличивает время простоя - при блокировке ключа генерируется только короткое замыкание, после которого достаточно дождаться выключения диодов. Здесь же этого сделать нельзя, поскольку после закрытия ключей резонатор все же заставляет ток течь.

Установлены ключи попарно на старые процессорные кулеры, чтобы обеспечить надежное охлаждение. Когда вентиляторы включены, заметного увеличения температуры радиаторов не происходит. 

Конденсаторы, соединенные последовательно с первичной обмоткой, предотвращают прохождение постоянного тока, которое может повредить ключи. 

  1. Затворные резисторы R1..R4 вместе с параллельными диодами выполняют две важные функции. Первое - это предотвращение перекрестных коротких замыканий - резистор замедляет зарядку затвора, задерживая активность транзистора, а диод обеспечивает быструю разрядку затвора и закрытие ключа. Это исключает риск возникновения ситуации, когда верхнее и нижнее плечо одновременно открыты. 
  2. Вторая функция - подавление паразитных колебаний - индуктивность обмотки GDT и емкость затвора создают систему LC, которая может возбуждаться во время переключения. Такие колебания могут выводить транзистор из состояния насыщения, что приводит к большим потерям и создает риск его повреждения. 

Здесь следует упомянуть, что значение резисторов на затворах транзистора зависит от конкретной их модели. Некоторые типичные значения известны, но их следует определять индивидуально с помощью экспериментов и измерений с помощью осциллографа, чтобы установить наиболее оптимальное время простоя.

Резонатор был намотан на трубу из ПВХ диаметром 110 мм (канализационная) с помощью провода диаметром 0,18 мм; длина самой намотки 45 см. Эти значения довольно велики, так что при желании вы можете легко использовать гораздо меньший резонатор.

Тор изготовлен из алюминиевой гибкой трубки (также стандартная) 80 мм и имеет внешний диаметр 280 мм, что дает ёмкость около 12 пФ. Резонансная частота вторичного контура составляет около 100 кГц. 

Первичная обмотка была сделана на трубе из ПВХ диаметром 160 мм, с центром вокруг резонатора. Это обеспечивает хорошую механическую поддержку обмоток. Оригинальный вариант насчитывает 13 витков 2,5 мм2.

Антенна сделана из медного провода 0,8 мм, 4 катушки по 20 мм внизу и около 60 мм основания, она помещена под резонатор вместе со всей электроникой в открытом корпусе. Когда она торчала наверх результат был намного хуже. В схеме транзисторы IRFP 460, диоды Шотки SBL3060, S40D45 и MUR860, потому что были под рукой, все остальное по схеме. GDT на данный момент работает на сердечнике 3E5, но можно и 3E25 диаметром 25 мм. Резисторы 12R вместо 27R.

Как видите, мощное электрическое поле катушки Тесла способно эффективно зажигать газоразрядные лампы, на фото светится трубчатая люминесцентная лампа. Максимальное расстояние, с которого она может засветиться, почти в три раза больше, чем показано на фотографии.

И ещё несколько разрядов на фотографиях:

Разряды имеют около 20-25 сантиметров.

Внимание: человек практически не чувствует поражения таким электрическим током поскольку он не стимулирует нервные окончания, это также означает, что даже относительно сильный удар не влияет на частоту сердечных сокращений мышц, как это происходит при постоянном или переменном напряжении 50 Гц. Тем не менее, несмотря на это и учитывая тот факт, что имеется опасный ток (для SSTC это миллиамперы, но для DRRSTC или SGTC ток может достигать мгновенных значений, рассчитанных в амперах), высокая мощность (малый ток, хотя и умноженный на десятки кВ), которую излучает катушка накачки - ткани человека подвергаются воздействию и это может привести к обширному термическому повреждению. Причём первой страдает нервная система!

Кроме того, следует учитывать, что прерыватель добавляет к излучению низкочастотную форму волны (например 10 - 50 Гц), а вот она уже может быть опасной. Всё это приводит к дополнительному риску, так как человек, который не знает об этом, может сознательно продлить касание, ошибочно думая, что если не чувствуется ток электричества, он в безопасности. Конечно, часто люди, которые касались разрядов от небольших катушек, не чувствовали негативных последствий (или, скорее, они были слишком малы, чтобы быть очевидными), но также есть случаи, когда игры с DRSSTC заканчивались парастазами и другими заболеваниями. Так что будьте осторожны с ВВ всегда!

   Форум по высоковольтным генераторам

   Обсудить статью КАТУШКА ТЕСЛА SSTC


АВТОМАТ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

АВТОМАТ СВЕТОВЫх ЭФФЕКТОВ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ     Проверенная схема с фотографиями автомата световых эффектов на микроконтроллере.

ОПТОРАЗВЯЗКА

ОПТОРАЗВЯЗКА     Схема опторазвязки звукового сигнала на оптомодуле TLP651.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ ЗА ПОЛ ЧАСА

     Пример быстрого изготовления печатной платы всего за 30 минут.

МАЛЕНЬКИЙ РАДИОЖУК

МАЛЕНЬКИЙ РАДИОЖУК     Самый маленький подслушивающий радиожук МИКРОН.


» ПОИСК СХЕМ



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ

Группа вконтакте Канал ютуб Группа в фэйсбук Мобильная версия © 2010-2019, "Радиосхемы". Все права защищены. Почта