Pierwsza cewka na pełnym mostku

[leonos2000]

Cześć, to mój pierwszy post tutaj więc witam wszystkich . HV się trochę bawiłem, ale teraz buduję cewkę tesli. Całość została zaprojektowana na postawie wiadomości z tego forum, ale mam kilka problemów i muszę sięgnąć wiedzy fachowców stąd. Najpierw przedstawię to co zrobiłem :

Konstrukcja standardowa, ale tu najważniejsze parametry:

• Pełny mostek na tranzystorach IRFP460
• Sterownik na TL494 i para TC4421 i TC4422
• GDT nawinięte skrętką komputerową na rdzeniu TN29/19-3E25 15 zwojów
• wtórne jest nawinięte na rurę fi 110mm drutem o fi 0,27mm, uzwojenie ma długość 350mm
• pierwotne to 16 zwojów drutu 2,5mm^2 na rurze fi 160mm
• Toroid z peszla 160mm o średnicy zewnętrznej 540mm
• Cała elektronika chcę aby była upchnięta w sześcianie 20x20x12cm, na razie się to udaje

Kiedyś (jakiś rok temu kiedy zaczynałem budować cewkę) spisałem dużo obliczeń dotyczącej tesli, ale niestety gdzieś je zgubiłem .

Całość chcę upchnąć pomiędzy dwa kawałki sklejki 20x20cm i o wysokości 12 cm, nad tym dwa uzwojenia i toroid.

Włączyłem raz cewkę przez trafo 32V/400VA i widać było tylko niewielkie wyładowania (1mm i widać tylko przy małym świetle). Przy takim napięciu wyładowania powinny mieć kilka cm więc coś jest źle .
A więc mam kilka pytań/pomysłów problemów:
1. Według mnie mam za duże odległości pomiędzy GDT, a całą resztą około 15 cm i zwinięte pod mostkiem. Odległości muszą być jak najmniejsze?
2. Nie wiem jak zamocować antenę lub przekładnik prądowy, ile powinien mieć zwojów/jaka powinna być odległość anteny od cewki?
3. Chłodzenie mosfetów. są one ściśnięte dwoma radiatorami (na zdjęciach niżej lepiej widać jak to zrobiłem) i w jednym tranzystory są oddzielone ceramiczną podkładką termoprzewodzącą aby nie było zwarć. Na jednym jest jeszcze jeden z najmocniejszych wentylatorów 60mm w AVT. Czy tyle wystarczy?
4. Częstotliwość z TL494. Zrobiłem tylko dla trybu ciągłego bez CW i z TL494 mam regulację 1000Hz - 2000Hz i oczywiście wypełnienie od 0 do 100%. Czy to są odpowiednie wartości?

Na razie tyle, na zdjęciach jest wygląd mojej konstrukcji i kilka przebiegów. Oczywiście wszystko napiszę co potrzeba jeżeli o czymś zapomniałem. Z góry dzięki za pomoc , muszę w końcu uruchomić to ustrojstwo .

W załącznikach zdjęcia i schematy płytek w eagle 6.6.0.

toroid

uzwojenie pierwotne

uzwojenie wtórne

uzwojenie wtórne

upchane GDT pod mostkiem

GDT

górny widok na kostrukcę mostka

płytka mostka

płytka mostka, ścieżki wzmacniane drutem 1mm^2

mostek

sterownik

trafo zasilające sterownik

potencjometry od sterowania wypełnienia i częstotliwości TL494, na razie wiszą do testów

widok na "obudowę"

wyjście TL494

wejście TC4421/22 po podaniu sygnału o częstotliwości 28,5 kHz w miejscu anteny/przekładnika

sterownik, reszta w załączniku z plikami .sch

[Yuri]

Witam kolejnego fana HV.

Po co aż 16 zwojów na pierwotnym? Zmniejsz do okolic 12, jak układ zacznie działać stabilnie z pełną mocą możesz ostrożnie schodzić niżej.

Pokaż przebiegi na tranzystorach mostka, obecne nie wiele mówią.
Jeżeli chodzi o wykonanie mostka,niedobrze z tym pająkiem (sam popełniłem niegdyś ten błąd), powinieneś minimalizować długość połączeń. Radiatory przyciśnięte na klucze od strony plastikowej części obudowy nic nie dadzą - tworzywo bardzo słabo przewodzi ciepło. Usuń je, ułatwisz sobie ułożenie elementów mostka.
Diody wiszące w powietrzu mi się nie podobają... W pełnym mostku płyną spore prądy, te małe Shottky których użyłeś mogą nie wytrzymać, daj w ich miejsce jakieś solidniejsze, najlepiej w obudowie TO-220 i niewielki radiatorek do nich. Tak samo diody bocznikujące zaopatrz w niewielkie radiatory...
Ścieżki na płytce mostka też "trochę" cienkie.

W mostku masz kondensatory MKS4? Do wymiany - wysoka stratność a więc ESR, kiepskie dV/dt... One kompletnie nie nadają się do pracy w obwodach impulsowych, przy uruchomieniu z pełną mocą prawdopodobnie ulegną zniszczeniu, nie należy ich stosować nawet jako snubberów. Użyj w ich miejsce solidnych, wysokoprądowych kondensatorów, np. WIMA MKP10.

Zmniejszyłbym górny zakres częstotliwości interruptera do 1kHz, a dolny duużo niżej.

Ten rdzeń na GDT to na pewno TN-29? Nie TX-42 przypadkiem? Przewody między GDT a resztą elektroniki obowiązkowo skręć w pary i skracaj do minimum.

Antenka powinna być w pobliżu rezonatora, ale bez przesady. Ważne żeby to był przewód w grubej izolacji (dobrze spisują się kable anodowe trafopowielaczy), bez ostrych krawędzi - inaczej może dojść na nim do zapalenia koron. Może spokojnie sięgać do 1/3 wysokości rezonatora, pewnie da radę także niżej.

Przekładnik nawijasz na rdzeniu z materiału 3E25, np. 3 zwoje pierwotne, 70-100 wtórnego. Pierwotne podłączasz między dolną końcówkę rezonatora a uziom, wtórne jedną końcówką do masy sterownika, zaś drugą w miejsce antenki.

Po co Ci aż cztery napięcia w sterowniku?
D7 i D8 na takie napięcie, zaraz przy ograniczniku diodowym na 5V nie mają sensu...

Jesteś pewien, że torus wykonałeś z rury Φ16cm? Jeżeli tak, to jest on ogromny (i raczej zbyt duży dla SSTC).

[leonos2000]

Dzięki za rady, a więc:

1. Zmniejszyłem torus, że ma średnicę zewnętrzną 40cm, bardziej nie mogłem
2. Zmniejszyłem liczbę zwojów pierwotnego do 12
3. Skróciłem przewody od GDT i ładnie je zwinąłem

Jeżeli chodzi o GDT to jest na pewno ten rdzeń, bo skopiowałem nazwę z TME .
Kondensatory MKS4 to snubbery, reszta MKP10, zmienić je?
Oto przebiegi z anteną, interrupter ustawiony był na 1kHz i wypełnienie ok 50%:

wejścia TC4422/21, niestety za dużo nie widać na tym, oprócz tego że sprzęga się z dużą częstotliwością

przebieg na GDT 1

przebieg na GDT 2

5v i 0,5us/div bramka jednego z mosfetów

to samo, tylko 0,2us/div

tutaj przebieg z drugiej połowy mostka na bramce jednego z tranzystorów 1v i 0,2us/div z podziałem 1:10

to samo co wyżej tylko 0,1us/div

Na moje oko nie wygląda to najlepiej.

Przy zasilaniu z 40V, 1kHz interrupter i 50% wypełnienia nie ma żadnych wyładowań, ale gdy zbliżam palec do uzwojenia wtórnego pojawia się mała iskra pomiędzy moim palcem a uzwojeniem, ale też nie na każdej długości uzwojenia, np 5 cm od górnego końca jest najdłuższa a dotykając samego torusa nic nie ma.
Jako uziemienia używam rury od kaloryfera (mieszkam na 2 piętrze może być z problem z uziemieniem?).
W obecnym momencie nie wiem co dalej zrobić, bo dziwnie się to zachowuje.

Jakieś sugestie jak to uruchomić?

[IRFP460]

Nie widzę kondensatorów tantalowych przy driverach MOSFET, co więcej, nie widzę tam nawet tych 100nF odsprzegających, czy one tam są? (Widzę tylko dwa elektrolity - zdjęcie z płytką drivera).

[leonos2000]

Przy driverach jest jeden kondensator 100nF i 2x elektrolit 100uF, o tantalach zapomniałem . Jaką powinny mieć wartość, i czy wywalić te elektrolity i dać tantale zamiast nich, czy dołożyć po 1 na driver?

[Yuri]

Elektrolity niezbyt nadają się do odprzęgania driverów, tutaj potrzeba możliwie niskiej impedancji (kond. elektrolityczne są "tłuste"). Na każdy driver, tak blisko jak się tylko da ceramik 100n + tantal lub MLC kilkanaście/dziesiąt µF. TL494 też przyda się chociażby 100n.

Odprzęganie jest krytyczne aby zapewnić dobre warunki pracy układów pobierających bardzo gwałtowne impulsy prądu o dużej wartości szczytowej (a dokładnie tak się zachowują drivery MOSFET). Funkcjonuje jako rezerwuar energii zapewniający że zasilanie sprosta zapotrzebowaniu na takie impulsy i eliminuje pasożytnicze indukcyjności które mogą powodować oscylacje, przepięcia i tak dalej (w tych warunkach kilka centymetrów ścieżki można traktować jak cewkę)...

Ten rdzeń to na pewno TX42, miałem oba w ręce. Zmierz go sobie.
Ogólnie może być za duży...

Snubbery wymień na MKP10 i ogarnij layout mostka, bo teraz jest kiepsko.

Przebiegi na kluczach są koszmarne! Kosmiczne oscylacje. Jakie masz rezystory bramkowe? Sprawdź co generuje driver, podłącz do niego rezystor koło 220Ω zamiast GDT i pokaż przebieg na nim. Możliwe że jeden TC jest uszkodzony.

Uziemianie do kaloryfera nie jest złe, można tak uziemić nawet średnich rozmiarów DRSSTC.

Elektrolit filtrujący napięcie zasilające mostek powinien być blisko niego, nie wisieć na długich przewodach.

[leonos2000]

Przy TL494 jest kondensator 100nF i 100uF elektrolit. Dla tych tantali wystarczy 47uF?

Czy kondensatory 220nF jako snubbery mogą być? (takie mam, nie musiałbym zamawiać z tme) Chyba będą miały za małą pojemność..

Kondensator filtrujący jest blisko mostka, ma on 1360uF i do takiej pojemności (chyba) jest już potrzebny soft start, więc chcę go zrobić w ten sposób: przez pierwsze kilka sekund zasilanie będzie szło przez opornik kilkanaście omów, a potem zostanie on zwarty przekaźnikiem, przez który popłynie prąd. Jaką wartość powinny mieć te oporniki (i czy to w ogóle dobre rozwiązanie ).

Z rdzeniem masz rację , to jest TX42, pierwotnie miałem kupić TN29.

[Yuri]

47uF będzie absolutnie wystarczające.

Snubbery sugerowałbym co najmniej 1uf.
Soft-start jest konieczny, rozwiązanie o którym mówisz jest dobre (wręcz standardowe). Kilkanaście/dziesiąt omów na kilka watów.
Zastosuj się do poprzednich rad, sprawdź sterownik i pokaż jak wygląda obecna realizacja konstrukcji. Trzeba coś z tym zrobić, bo masz jedne z najgorszych przebiegów jakie widziałem - w tej formie to nie ma szans działać.

[leonos2000]

Przyszła paczka z TME ze snubberami, mniejszym rdzeniem do GDT i diodami shottky.

Diody to MBR2545CTG, sugerowałem się twoim schematem. Jak duży dać do nich radiator?

Snubbery wybrałem 1,5uF MKP10 400V, o takie:

Nawinąłem nowe GDT na rdzeniu TN25, oto jak wygląda:

porównanie GDT

Zmieściłem na nim 15 zwojów, według mnie będzie lepsze od tego ogromnego.

Zrobiłem też softstart na NE555, regulacja czasu od 2 do 15s, powinno wystarczyć. Rezystory 47 Ω / 20W, jak za dużo to mogę zmniejszyć o połowę, wygląda to tak:

W obecnym momencie chcę dokończyć mostek i tu mam problem, bo nie wiem jakie radiatory dać do chłodzenia aby nie odparowało tranzystorów , na chwilę obecną wygląda to tak:

Tranzystory są dociśnięte do większego radiatora przez dwa mniejsze, ponieważ mam podkładki ceramiczne (z tego co wyczytałem najlepiej przepuszczają ciepło) bez otworu i taki radiator tu idealnie pasuje, bo jest sztywny i trochę ciepła też odprowadzi. Nie wiem czy to wystarczy (oczywiście jest też wentylator) i czy to zmieniać. Posiadam takie radiatory:

Pasowałoby mi zrobić to na tych dwóch podłużnych(ok 19x4,5cm), ale mają bardzo rzadkie użebrowanie i wątpię aby odprowadziły wystarczającą ilość ciepła. Zmieniać to czy zostawić?

Znalazłem kondensatory tantalowe z wylutu i dałem je przy MOSFET-ach 50uF/35V x2 + dodatkowe 100nF. Zmierzę niedługo (pewnie jutro) przebiegi, bo nie mam chwilowo oscyloskopu.
Co o tym sądzicie

[Yuri]

Z jednej skrajności w drugą... Teraz znów kupiłeś za mały rdzeń i GDT jest wykonane kiepsko, ba, jest gorzej niż wcześniej. Trzeba było kupić TN-32.

Pozbądź się tych radiatorów z frontu kluczy bo tylko zajmują miejsce i utrudniają ogarnięcie mostka, dociśnij klucze jakimś wycinkiem grubej blachy. Ciepła nie odprowadzą nic.
Najlepiej jakbyś użył dwóch radiatorów jak ten, który jest obecnie.

Podkładki ceramiczne to dobry wybór, oczywiście aplikujesz też pastę termoprzewodzącą?

Radiator dla diod będzie potrzebny mały, poszukaj kompaktowych pod TO-220.

Zrób najlepiej od nowa płytkę mostka, jego obecne wykonanie to odwrotność połowy zasad projektowania układów impulsowych... Driverowi też przydałaby się rewizja.

Soft-start wygląda OK.

Testowałeś czy driver jest sprawny, jak pisałem wcześniej? Miałeś niesamowitą sieczkę w przebiegach (chyba najgorsze jakie widziałem), nic dobrego to nie wróży.

Znalazłem kondensatory tantalowe z wylutu i dałem je przy MOSFET-ach 50uF/35V x2 + dodatkowe 100nF. Zmierzę niedługo (pewnie jutro) przebiegi, bo nie mam chwilowo oscyloskopu.

Gdzie je dałeś? Chodzi oczywiście o drivery TC442x?

PS
Konsultuj następne zakupy aby nie wyrzucać pieniędzy w błoto.

[leonos2000]

Wracam po krótkiej przerwie (egzaminy itp)

Zaprojektowałem nową płytkę pod mostek:

SSTC 1.rar

(43 KiB) Pobrany 564 razy

Na warstwie top zasilanie, na bottom reszta, ścieżki będą wzmocnione drutem miedzianym.
Zmienić coś czy jest OK?

W jakich granicach zrobić regulację częstotliwości interruptera?

Pod podkładkami oczywiście jest pasta termoprzewodząca, znalazłem kilka takich radiatorów i zrobię jak napisałeś.

Tantale są po jednym jak najbliżej TC4421/22.

[Yuri]

Layout jest kiepski.
Prowadzenie obwodów prądowych cienkimi ścieżkami jest niedopuszczalne - nie tylko ze względu na rezystancję, ale także większą indukcyjność... Takie rzeczy projektuje się stosując wylewki. Nieoptymalne rozstawienie elementów, dużo indukcyjności...

W jakich granicach zrobić regulację częstotliwości interruptera?

Zależy jakie efekty chcesz uzyskać. Byle przy minimalnym wypełnieniu cewka miała czas wykonać kilka cykli pracy.

[leonos2000]

Udało się, uruchomiłem cewkę

Wyładowania około 20 cm, wydaje mi się że to bardzo mało przy pełnym mostku i takiej cewce.

W załączniku jest film pierwszego testu pod 230V. Największy problem był z ustawieniem anteny ale to chyba standardowe

Według mnie aby poprawić osiągi powinienem :
-Zmniejszyć ilość zwojów na pierwotnym
-Zwiększyć częstotliwość interruptera (teraz max to kilkaset Hz)
-Zrobić nowy, lepszy toroid, bo ten jest trochę pognieciony i w paru miejscach jest ulot
-Zrobić przekładnik prądowy zamiast anteny
-Zrobić lepsze gdt, teraz jest to na małym rdzeniu i się ledwo mieści

Proszę o weryfikację czy dobrze myślę
Wieczorem wstawię zdjęcia nowego mostka i ogólnie wyglądu elektroniki cewki

[Yuri]

Przypomnij, ile masz zwojów na pierwotnym? W celu zwiększania wyładowań przede wszystkim należy zacząć od ostrożnego odejmowania zwojów.
Częstotliwość interruptera nie zwiększy mocy, nie ma sensu dawać jej wysokiej - rezonator musi mieć czas na wykonanie kilku okresu w trakcie cyklu pracy narzuconego przez przerywacz. Większe znaczenie ma wypełnienie sygnału z interruptera (mniejsza ilość zwojów i niskie wypełnienie pozwala bardziej "żyłować" cewkę).
GDT, jak długo przebiegi są poprawne, nie wpływa na osiągi. Jak teraz wyglądają oscylogramy? Przekładnik podobnie.

[leonos2000]

Pierwotne to 12 zwojów na ten moment, dzisiaj spróbuję zejść do 8.
Z interruptera będę się bawił tylko modulacją audio.
Jakie jest zazwyczaj wypełnienie? Teraz mam regulację od 0 do 100%.
Niestety nie mogę pokazać przebiegów, bo muszę naprawić swój oscyloskop. Pomiary zrobiłem w szkole i wszystko wyglądało ok.
Poeksperymentuję z gdt z rdzeniem tx42, wygodniej mi będzie je zamontować.
Przekładnik chce zrobić głównie po to aby cewka pracowała stabilniej, teraz gdy przykładami rękę do potencjometrów cewka przestaje działać. Jaką przekładnie w nim dać 100:1?

P.S. Dzięki za pomoc w uruchomieniu cewki

[leonos2000]

Cześć, chcę w końcu doprowadzić tą cewkę do ładu. Zaprojektowałem nowy layout mostka. Jest wykonany prawidłowo? Odstępy pomiędzy wylewkami to 2mm.