Polskie forum dyskusyjne poświęcone dziedzinie wysokich napięć, głównie transformatorom Tesli (SSTC, DRSSTC, VTTC, SGTC) oraz generatorom wysokiego napięcia.

Teraz jest 21 sie 2018, 03:39

Strefa czasowa: UTC + 1 [ DST ]



Utwórz nowy temat Odpowiedz w wątku  [ Posty: 3 ] 

PostNapisane: 5 sie 2018, 22:36 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 557
Pochwały: 2
Witam,

Wraz z D3211 wykonaliśmy projekt eksperymentalnej SSTC w oparciu o tranzystory z azotku galu. Jest to dość nowa technologia, pozwalająca na produkcję tranzystorów o ekstremalnie szybkich czasach przełączania i bardzo małych pojemnościach pasożytniczych, dzięki czemu bezproblemowo mogą pracować z wysokimi częstotliwościami przełączania. Mieliśmy wielką ochotę przetestować te tranzystory, a jako że nikt jeszcze nie użył ich w cewce Tesli wybór prototypu był oczywisty. :)

Jako stopień mocy użyliśmy układów LMG5200. Są to scalone moduły, zawierające półmostek tranzystorowy wraz z wbudowanym sterownikiem. Pozwala to na łatwiejszą implementację, jednak nadal trzeba bardzo przyłożyć się do layoutu płytki, jako że przy czasach przełączania tranzystorów GaNFET nawet najmniejsze indukcyjności pasożytnicze są źródłem poważnych przepięć i oscylacji. Płytka 4-warstwowa jest tu raczej wymogiem, ze względu na możliwość wylania na wewnętrznej warstwie poligonu masy znajdującego się bardzo "płytko" pod warstwą wierzchnią. Również konieczność bardzo gęstego "upakowania" komponentów raczej skreśla płytki dwuwarstwowe.
Nad koncepcją oraz układem cewki pracowaliśmy wspólnie, jednak layout PCB oraz ręczne polutowanie płytki zostały wykonane przez D3211.



Cewka pracuje w topologii pełnego mostka, ze sprzężeniem zwrotnym pobieranym z anteny. Jako detektor został wykorzystany ultra szybki komparator, co pozwala uzyskać bardzo dużą czułość oraz zminimalizować opóźnienie układu sterującego. Czas martwy został ustawiony na 5ns, co przy czasach przełączania tranzystorów mocy w okolicach 1ns jest całkowicie wystarczające. :)



Pomiar był wykonany bez obciążenia, przy zasilaniu 18V, widoczne są wyjścia obu półmostków. Widoczne oscylacje maleją pod obciążeniem, niedługo powinniśmy wykonać i zamieścić więcej pomiarów.

Cewka ma możliwości pracy w trybie CW, lub z zewnętrznym interrupterem oraz posiada zabezpieczenie przed przegrzaniem. Całość elektroniki jest zasilana pojedynczym napięciem, na płytce znajduje się przetwornica obniżająca napięcie wejściowe do 5V używanych przez układ sterujący. Cewkę można zasilać napięciem od 7V (poniżej tego napięcia zabezpieczenie nie pozwoli włączyć układu), do niemal 80V (maksymalne napięcie pracy tranzystorów).

Prototyp pracuje z częstotliwością rezonansową około 1.6MHz, możliwa jest wyższa częstotliwość pracy, jednak opóźnienie na sprzężeniu zwrotnym może okazać się problemem. Przy tej częstotliwości maksymalna moc jaką udało nam się uzyskać to około 220W przy napięciu zasilającym 48V. Dalsze testy niestety powstrzymał brak odpowiedniego zasilacza, ale spróbujemy uzyskać więcej, jako że napięcie i prąd tranzystorów są jeszcze dość daleko od wartości maksymalnych.



Sprawność cewki jest na prawdę wysoka, nawet przy pełnej mocy może pracować bez radiatorów (jednak przy dużej temperaturze powietrza może przydać się dodatkowy przewiew, znaczy malutki wentylator). :) Przy 220W mocy pobieranej z zasilacza łączne straty mocy na tranzystorach to niecałe 3.5W. Przy niższych mocach (60W przy zasilaniu lampy plazmowej) grzanie tranzystorów jest ledwo wyczuwalne. Właściwie, więcej mocy wytraca się na uzwojeniu wtórnym, niż na tranzystorach. :D

Ze względu na wysoką częstotliwość oraz możliwość ciągłej pracy z dość sporą mocą, cewka doskonale nadaje się do zasilania lamp wyładowczych. Poniżej efekty uzyskane w żarówkach 200W oraz 1kW (która okazała się wypełniona mieszanką na bazie helu, więc zamiast oczekiwanego fioletowo-niebieskiego wyładowania wyszło pomarańczowe, ale i tak efekt jest bardzo ładny):


Obrazek Obrazek Obrazek


Na pierwszym zdjęciu cewka pracuje z zewnętrznym interrupterem i zasilaniem 36V, modulacja pozwala na uzyskanie bardzo ciekawego zachowania wyładowań. Następne zdjęcia były wykonane w trybie CW, z zasilaniem 18V (pobór prądu sięgnął około 3.5A, zaś przy wyższym napięciu szkło żarówki zbyt mocno się rozgrzewało).

Ciekawie wygląda również młynek Franklina:



Ogólnie efekty projektu są bardzo ciekawe i jesteśmy zadowoleni z rezultatów, dużą zaletą cewki jest brak konieczności jakiekolwiek strojenia - wystarczy podłączyć uzwojenie, zasilanie i włączyć. :D Wadą jest niestety koszt, oraz skomplikowanie (przede wszystkim poprawne wykonanie PCB jest trudne). Ceweczka pokazuje jednak potencjał tranzystorów GaN i planujemy jeszcze wiele projektów z ich wykorzystaniem.

Postaramy się zrobić więcej zdjęć i może nagrać jakiś filmik, a tymczasem pozdrawiam i zapraszam do dyskusji. :)



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

PostNapisane: 8 sie 2018, 08:57 
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 23.10.2014
Posty: 169
Lokalizacja: Warszawa
Lepsze efekty przy zasilaniu tak małych cewek można uzyskać, dzięki topologii Kacher, bez potrzeby ponoszenia aż takich kosztów i trudów...


Góra
   
 

PostNapisane: 8 sie 2018, 11:40 
****
Avatar użytkownika
Dołączył(a): 22.03.2013
Posty: 557
Pochwały: 2
Thor napisał(a):
Lepsze efekty przy zasilaniu tak małych cewek można uzyskać, dzięki topologii Kacher, bez potrzeby ponoszenia aż takich kosztów i trudów...


Możesz w ten sposób uzyskać dużą moc CW (kilkaset watów), wytracając przy tym tak mało ciepła że nie musisz chłodzić kluczy? Sprawność była jednym z głównych celów projektu, nie długość wyładowań - które też można by zwiększyć chociażby rezygnując z pracy CW.

Nie mniej, właściwym celem nie była nawet budowa SSTC, a jedynie przetestowanie tych tranzystorów, do późniejszego zastosowania przetwornicach etc. Wybór padł na teslę, żeby było więcej zabawy przy prototypie. :)



Mój kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UC3wA6z ... zziwfl_q5w


Góra
   
 

Wyświetl posty nie starsze niż:  Sortuj wg  
Utwórz nowy temat Odpowiedz w wątku  [ Posty: 3 ] 

Strefa czasowa: UTC + 1 [ DST ]


cron


Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
Przyjazne użytkownikom polskie wsparcie phpBB3 - phpBB3.PL
phpBB SEO