[DIY] SSTC

Półprzewodnikowa cewka Tesli (ang. Solid State Tesla Coil). W odróżnieniu od klasycznego transformatora Tesli iskrownik został zastąpiony obwodem elektronicznym dzięki czemu do pracy nie wymaga wysokiego napięcia.
frogger
Posty: 66
Rejestracja: 12 lip 2012, 09:04

[DIY] SSTC

Post autor: frogger »

Witam wszystkich,

Zbudowałem SSTC na bazie projektu c4r0 (wzorowałem się na artykule z czasopisma "Elektronika Praktyczna" p.t. "Półprzewodnikowa Cewka Tesli"), napotkałem się na kilka problemów konstrukcyjnych, z racji tego zwracam się do szanownych forumowiczów o pomoc. Mianowicie, po wykonaniu projektu postanowiłem przetestować jego działanie zasilając półmostek (MOSFETY IRF840, zamiast wewnętrznych diod zastosowano ultraszybkie MUR860) z autotransformatora, na początku około 50V. Na elektrodzie ulotowej uzwojenia wtórnego nie pojawiło się żadne wyładowanie (nie słychać, ani nie widać ulotu - ulot cichy i ciemny?), natomiast po przyłożeniu świetlówki na bliską odległość uzwojenia wtórnego zaczyna ona mrugać z częstotliwością zależną od ustawienia czasów trwania stanów wysokiego i niskiego na interrupterze sterownika (NE555, drivery mosfetów TC4421/TC4422). Nawet po podwyższeniu napięcia do poziomu około 120V nie pojawiło się żadne wyładowanie. Czy to możliwe, że przy takim napięcie nie uzyskałem żadnego wyładowania na elektrodzie ulotowej? Niestety po kilku moich eksperymentach prawdopodobnie poleciał jeden driver TC4421 (strasznie się grzeje, pobiera stosunkowo duży prąd, ok.1,5A z zasilacza). Moje pytanie brzmi co może być przyczyną, że uległ on uszkodzeniu? Na rdzeń trafo separacyjnego wykorzystałem rdzeń z materiału 3E25, więc o stosunkowo dobrych parametrach. Kondensatory widoczne na zdjęciach to polipropylenowe 1u/400V. Bardzo proszę o pomoc, oraz o krytyczne uwagi dotyczące mojego projektu. W załączniku zamieszczam kilka zdjęć. Mam również pytanie co do zabezpieczenia tych driverów...
zabezpieczenie.png
zabezpieczenie.png (12.41 KiB) Przejrzano 4802 razy
Czy takie zabezpieczenie driver-ów jest poprawne? Już drugi raz zdarzyło mi się, że poleciał ten driver (TC4421A), wiem że żadne zabezpieczenie nie daje 100% gwarancji, ale chciałbym chociaż częściowo jakoś zapobiec ciągłemu paleniu się tego drivera. Stosuję się zawsze do zasady, że najpierw załączam układ sterowania z driverami, a następnie doprowadzam napięcie z autotransformatora do półmostka. Podczas testów da się słyszeć dochodzące cykanie w okolicach GDT, którego częstotliwość można regulować za pomocą potencjometrów od stanu wysokiego i niskiego NE555 i które nasila się w miarę zwiększania napięcia półmostka (jest coraz głośniejsze). Po przekroczeniu około 120V cykanie ustaje całkowicie (nie mam pojęcia z czego może to wynikać). Drugi koniec uzwojenia wtórnego podłączam do zera w sieci.
DSC01385.JPG
Zamieszczam widok na płytkę sterowania, jej zasilanie, oraz widok półmostka, kondensatory w układzie półmostka to polipropylenowe 1u/400V(napięcie stałe), tranzystory to IRF840/820 (po spaleniu 840, włożyłem 820).
DSC01392.JPG
Zdjęcie prezentujące całą konstrukcję. Uzwojenie pierwotne to 12 zwojów wykonanych drutem 2,5mm^2, natomiast uzwojenie wtórne ma wysokość 32cm i jest nawinięte drutem DNE 0,18 mm (około 1700 zwojów).
DSC01401.JPG
Wiem, że zastosowanie krokodylków do uzwojenia pierwotnego to błąd, ale wydało mi się to niezbędne podczas uruchamiania (nie wiadomo czy sprzężenie na antenie jest dodatnie, czy ujemne). Czy możliwe jest że ma to aż taki wpływ i dlatego palą mi się te drivery? Nie wiem również czy zastosowanie elektrody ulotowej jak na zdjęciu powyżej jest dobrym pomysłem w SSTC, ale kiedy robiłem testy na uzwojeniu bez takiej elektrody (zwykły, wystający drucik) efekt był dokładnie taki sam.

Zamieszcam również krótki film pokazujący działanie na 26V:

[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=0MG6mvX4 ... e=youtu.be[/youtube]


Bardzo proszę o wyrozumiałość i pomoc w tej kwestii. Niestety w czasie wakacji ciężko o dostęp do jakiegokolwiek oscyloskopu, wiem że stanowić to będzie duże utrudnienie, proszę o wyrozumiałość. Jeżeli będą potrzebne schematy to oczywiście zamieszczę.
Ostatnio zmieniony 15 lip 2012, 07:52 przez frogger, łącznie zmieniany 1 raz.
admin

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: admin »

Witamy na forum!

Krokus na elce dobrze Ci powiedział, że bez oscyloskopu będzie ciężko.

Co do układu zabezpieczającego to jest on poprawny. Mam nadzieję, że drivery mają wymagane kondensatory odprzęgające na pinach zasilania? To samo tyczy się układów 555 i 74HC14.

Próbowałeś odpalać SSTC z wtórnym obok elektroniki i anteną daleko od wtórnego?
frogger
Posty: 66
Rejestracja: 12 lip 2012, 09:04

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: frogger »

Dziękuję za szybką odpowiedź. Przy niskim napięciu po oddaleniu anteny od wtórnego sprzężenie zanika i nie ma efektu świecącej świetlówki po zbliżeniu jej do uzwojenia. Co do schematu na którym się wzorowałem to zamieszczam poniżej zdjęcie:
0c7448ac5f7354e407c2eac.1100x1100.jpg
0c7448ac5f7354e407c2eac.1100x1100.jpg (46.33 KiB) Przejrzano 4899 razy
Co do zabezpieczeń driverów, to na tym schemacie brakuje węzłów w porównaniu do tego schematu o który pytałem w poprzednim poście, czy to zabezpieczenie tutaj spełnia w ogóle jakąś funkcję, bez tych węzłów?

Czy mógłbym prosić jakieś bliższe informacje na temat kondensatorów odsprzęgających na drivery, generator i bramki? Nic takiego nie stosowałem, czy może to być tutaj kluczowe?
admin

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: admin »

Wrzuć schemat o większej rozdzielczości. Jeszcze ponowie pytanie czy odpalałeś SSTC z elektroniką poza (nie pod) zespołem pierwotne-wtórne. U mnie dziwne cuda się działy (http://myhv.org/viewtopic.php?f=6&t=58).

Bez węzłów jak na tym schemacie ogranicznik diodowy nie spełnia żadnej funkcji. A kondensatory odsprzęgające to najczęściej 100nF się daje, do driverów warto też dodać o pojemności ok 22uF o małym ESR (np. tantalowe).
frogger
Posty: 66
Rejestracja: 12 lip 2012, 09:04

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: frogger »

Studiowałem już Twój temat, byłem pod wrażeniem uzyskanych efektów, co do schematu to http://www.sendspace.pl/file/0c7448ac5f7354e407c2eac. Oczywiście próbowałem odpalić wszystko, gdy leżało na jednym stole obok siebie i rezultaty były niestety takie same. W obudowie zrobiłem specjalnie otwór po to, aby antena wystawała ponad uzwojenie pierwotne. Czy mógł bym prosić o ewentualne dorysowanie na podanym schemacie gdzie dokładnie mają znajdować się te kondensatory odsprzęgające? Czy wstawienie diod zabezpieczających uchroni mnie przed zniszczeniem driverów w opisanych przeze mnie w temacie okolicznościach?
Awatar użytkownika
Mania-C
Moderator
Posty: 820
Rejestracja: 2 paź 2010, 12:47

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: Mania-C »

Również witam na forum
Moje podstawowe pytanie: zamieniałeś końce uzwojenia pierwotnego miedzy sobą ? Na antenie nie da się uzyskać 180* obrócenia w fazie wiec odwrotne podłączenie uzwojenia skutkuje znoszeniem fazy - czasy martwe etd ... ;)
Załączniki
images.jpg
images.jpg (10.2 KiB) Przejrzano 4893 razy
admin

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: admin »

@Mania-C:
frogger pisze:Wiem, że zastosowanie krokodylków do uzwojenia pierwotnego to błąd, ale wydało mi się to niezbędne podczas uruchamiania (nie wiadomo czy sprzężenie na antenie jest dodatnie, czy ujemne).
Co do kondensatorów od sprzęgających, daje się je równolegle do pinów zasilania i masy układu scalonego,a co do ograniczników diodowych - pomagają, ale my nie znamy przyczyny usterki w twoim przypadku.
frogger
Posty: 66
Rejestracja: 12 lip 2012, 09:04

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: frogger »

Czy gdybym nie miał zamienionych końców uzwojeń z GDT, to MOSFET-y leciały by od razu? Jeszcze raz co do tych kondensatorów odsprzęgających, mój układ w takim razie je posiada, jest to zrealizowane w module zasilania, na końcu każdego wyjścia ze stabilizatorów jest kondensator 100n (co prawda nie jest to tantalowy, ale wydaje mi się, że problem u mnie leży gdzieś indziej). Skoro nie mam oscyloskopu, wszystko zlutowane jest poprawnie (sprawdzałem z podanym schematem kilka razy, płytka wykonana według sprawdzonego wzoru) to może jak tylko dojdą tranzystory zaryzykuję i spróbuję zamienić wyprowadzenia z GDT? Wiem, że to niezbyt techniczne podejście do sprawy, ale chyba nic innego mi nie pozostaje... Najdziwniejsze jest to, że jakieś napięcie indukuje się w uzwojeniu wtórnym (kilka kilovoltów), skoro świetlówka świeci z odległości kilku centymetrów to natężenie pola elektrycznego musi być w tym obszarze dosyć duże (kilka kilovoltów na centymetr), ale wciąż zbyt małe, aby powstało chociażby wyładowanie niezupełne. Czy jeśli wyprowadzenia GDT nie są ze sobą zamienione (załóżmy) to uzyskałbym taki efekt jak u mnie, czy tranzystory od razu otwarłyby się oba na raz i zdemolowały cały układ?
admin

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: admin »

Tak, nastąpiło by zwarcie skrośne. Kondensatory odsprzęgające mają być jak najbliżej pinów układu, te przy stabilizatorze odsprzęgają tylko stabilizator. Jeśli miga ci lampka to tranzystory raczej nie były spalone. Piszesz, że zmieniałeś odczepy pierwotnego, miałeś elektronikę obok. Układ z jakiegoś powodu się nie wzbudza i bez oscyloskopu będzie ciężko to sprawdzić niestety, no chyba, że ktoś wpadnie jeszcze na jakiś pomysł...
frogger
Posty: 66
Rejestracja: 12 lip 2012, 09:04

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: frogger »

No cóż, myślę że na pewno coś jeszcze wymyślimy, póki co postaram się trochę poekspyrementować. Czyli jeśli jedno z uzwojeń GDT nie byłoby zamienione tranzystory od razu by poleciały? Ciekawi mnie tylko kwestia tego, dlaczego przy napięciu około 120-130V a AT układ nagle przestaje w ogóle pracować... Do tego napięcia coś się przynajmniej indukuje, a po przekroczeniu tej granicy świetlówka gaśnie, a po przystawieniu śrubokręta to elektrody ulotowej nie widać, ani nie słychać małej iskry która przeskakuje poniżej tego napięcia (praktycznie w zakresie od 20V-120V). Jeszcze jedno pytanie odnośnie diod ultraszybkich MUR860 zastosowanych w moim przypadku. Czy jeśli tranzystory już raz poleciały, to czy te diody również mogły ulec przebiciu/przepaleniu?
admin

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: admin »

frogger pisze:Czyli jeśli jedno z uzwojeń GDT nie byłoby zamienione tranzystory od razu by poleciały?
Jeśli czas takiego włączenia byłby bardzo krótki, to nie. Ale w tym przypadku samo kluczowanie interruptera otwiera tranzystory na dość długi okres, więc uległy by zniszczeniu.
frogger pisze:Jeszcze jedno pytanie odnośnie diod ultraszybkich MUR860 zastosowanych w moim przypadku. Czy jeśli tranzystory już raz poleciały, to czy te diody również mogły ulec przebiciu/przepaleniu?
Raczej mało prawdopodobne jeśli nie nastąpiło przebicie z wtórnego (mi ani razu się nie spaliły), wysoce prawdopodobne, że padły diody Schottkiego, najlepiej sprawdź miernikiem po wylutowaniu.

To czy sam falownik działa to można by sprawdzić w prosty sposób, mianowicie zamiast uzwojenia wtórnego podłączyć żarówkę, a zamiast anteny (kondensator zostaje) podłączyć generator.
frogger
Posty: 66
Rejestracja: 12 lip 2012, 09:04

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: frogger »

Właśnie sprawdziłem diody Schottki'ego, jedna nieco zmieniła swoją rezystancję, miernik pokazuje około 120 Ohmów, natomiast druga dioda i jeszcze nieużywane (nowe) mają 104-107 Ohmów. A te diody Zenera dwa razy po 15V? One też mogły polecieć?
admin

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: admin »

Jeśli przebiło przez bramki to zenerki również mogły paść. A diody sprawdzaj z opcją pomiaru diod, masz pokazany wtedy spadek napięcia i możesz sprawdzić czy dioda to dioda a nie rezystor (niektóre diody po przebiciu przewodzą w obydwie strony).
frogger
Posty: 66
Rejestracja: 12 lip 2012, 09:04

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: frogger »

Sprawdziłem wszystkie diody i połączenia w układzie, wymieniłem na nowy każdy podejrzany element, na wyjście drivera TC4422 wsadziłem polipropylenowy kondensator 150nF zamiast tego MKP 180nF. Wygląda na to, że wszystkie połączenia były w porządku, wyciągnąłem wszystkie płytki na zewnątrz, zamiast krokodylków zastosowałem krótkie kable z połączeniem lutowanym do uzwojenia pierwotnego. Teraz wydaje mi się, że wina leży po stronie układu sterowania, ponieważ gdy robiłem próby to diody, które rzekomo miały zabezpieczać wisiały mi "w powietrzu" pomiędzy zasianiem +15V a masą, tak jak to jest na tym pierwotnym schemacie bez węzłów (myślę że one też mogły negatywnie wpływać na działanie układu sterowania). Jak tylko dojdzie nowy driver dolutuję połączenia tam gdzie trzeba tak żeby te diody zabezpieczały. Po stronie mostka nie widzę żadnych błędów, wydaje mi się, że wszystko jest tak jak trzeba (oprócz tych krokodylków nie było się czego przyczepić według mnie oczywiście). Przypomniałem sobie jeszcze, że gdy robiłem próby to świetlówka mrugała bez względu na to czy zamieniłem końce uzwojenia pierwotnego, czy też nie. Czego to może być oznaką? Czyżby złe połączenie początku uzwojenia wtórnego do "zera"/"masy"?
Awatar użytkownika
Mania-C
Moderator
Posty: 820
Rejestracja: 2 paź 2010, 12:47

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: Mania-C »

Niet , Nigdy nie dojdzie do momentu w którym będzie przeciw faza a suma równa 0 gdyż układ jest nie doskonały posiada czasy martwe czasy narastania i opadania etd to wszystko powoduje przesunięcia w fazie. SSTC działa mimo braku uziemienia na uzwojeniu wtórnym z tą różnica ze zwiększa się ryzyko przebić miedzy uzwojeniami.
A próbowałeś uruchomić na niskim napięciu zasiania w trybie CW swoją SStke lub wymienić kondensator chyba C8 100nF oraz 74hc14 ? może dostały przebicia gdy antena była za blisko wtórnego
Po za tym dlaczego zastosowałeś przy antenie Diody 1N5818 a nie sygnałówki 1N4148 . różnica jest znaczna
1n4148 = 4pF pojemność złącza
1n5818 = 120pF pojemność złącza. Ta pojemności rośnie im mniejszy sygnał na diodzie się pojawia
A teraz w drugą stronę, im większa pojemność wejścia tym mniejszy sygnał
Spróbuj wprowadzić powyższe korekty w konstrukcji ;) .
Awatar użytkownika
R.M.
***
Posty: 69
Rejestracja: 30 lis 2011, 02:00

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: R.M. »

Witam

Miganie świetlówki niezależnie od kierunku podłączenia pierwotnego uzwojenia świadczy o braku dodatniego sprzężenia zwrotnego. Układ nie wzbudza się, działa tylko przerywacz. Powodem braku wzbudzenia może być zbyt krótka "antenka" lub jak Mania-C wspomniał pojemność 1n5818.

Podaj jeszcze średnicę uzwojenia wtórnego to będzie można oszacować częstotliwość rezonansową.
Dodatkowo dał bym jeszcze po diodzie 1n5819 równolegle do rezystorów R4/R5 żeby zapewnić jakiś czas martwy przy przełączaniu tranzystorów w mostku.

Podczas uruchamiania podłącz szeregowo z mostkiem prostowniczym żarówkę 100W to może zapobiec spaleniu irf840 przy jakimś błędzie.

PS. Rozumiem ,że zasilanie TC4422/4421 dałeś z 15V.
Awatar użytkownika
lodzik1990
Posty: 316
Rejestracja: 30 sty 2012, 16:33
Lokalizacja: GG 28328507 T:796782195

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: lodzik1990 »

Przypominam, że drivery TC4421/22 powinny być zasilane napięciem 12V.
Wykonam uzwojenia wtórne na dowolny wymiar od 0.125mm.
lodzik1990@gmail.com / BBM: 2C163574
admin

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: admin »

Według noty katalogowej TC442x mogą pracować w zakresie napięć 4,5V-18V więc wszystko jest w porządku.
frogger
Posty: 66
Rejestracja: 12 lip 2012, 09:04

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: frogger »

Dziękuję za bardzo konkretne porady, postaram się zastosować do wszystkich wskazówek, zastosowałem takie diody jakie były na schemacie, na którym się wzorowałem, cewka zbudowana po podstawie tego schematu działała i to całkiem nieźle, ale przy tych konstrukcjach wszystko ma znaczenie, co do średnicy uzwojenia wtórnego to 110mm, wysokość nawinięcia 320mm, daje to częstotliwość rezonansową około 200 kHz. Zasilanie TC44xx oczywiście z 15V.

Co do zmian kondensatora to właśnie wymieniłem go na polipropylenowy 150nF, negatory z układem Schmitta wymienię na nową kość. Jak tylko dostanę nowy driver to przystępuję na nowo do testów. Co do długości anteny to próbowałem już z kilkoma długościami. Myślę, że zbyt duża pojemność diod może być tutaj kluczowa. Co to znaczy uruchomić cewkę w trybie CW?
admin

Re: SSTC - spalony driver mosfetów.

Post autor: admin »

frogger pisze:Co to znaczy uruchomić cewkę w trybie CW?
CW (ang. continuous wave), tutaj chodzi o pracę ciągła bez interruptera.
ODPOWIEDZ