TNKS ブログ

まだまだ知識はすくないですがよろしくお願いします

タグ:DRSSTC

コピペで記事を書いたつもりになってるなんて笑えるね。
今回も100年前に書いてた文章の供養です。
間違いがあれば指摘お願いします。
以下そのコピペ

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日本のテスラコイル製作者を見ていると非常に運任せの設計をしている人をちょくちょく見る。自分もそこまで詳しくないのであまり文句などは言えないが、少なくとも自分くらいの高校生にはそういう人が多く感じる。作成にあたって資料探しをする際に。簡単な回路図などは簡単に拾えるが、まともな資料が少ないため(探せばたくさん出てくるが初めて作る人が探し当てるには厳しいようである)、設計をするに当たって最初はある程度運任せの設計をしないといけないのは、自分もそうだったのでよく分かる。それに、素子が壊れるときはすぐ壊れるのだ、オシロで波形を観測する前に壊れることも多いのだろう。原因を突き止めるほうが難しい時が多いのである。こうなるともうカンジニア(エンジニアと勘をもじって勘ジニア)になり、勘でCスナバの容量を変えたり、素子をひたすら大きい物に取り替えたり、ゲートドライブトランスを巻き直したりすることが多い。そして、これまた運任せで動くことが多い。それに日本は地味にモジュールタイプのごついIGBTがそこら中にあふれている。設計をまともにしなくても動くことが多い。しかし、TO-247パッケージのIGBTを使用したり、印加電圧を耐圧ギリギリで使用したりする場合は話が違ってくる。動作中の二重共振半導体テスラコイル(以下DRSSTC)の素子のg-e波形、c-e波形をきちんと観測したことのある人間は案外多くないと感じる。

そこで、この部誌を手に取る人にとっては誰にも需要がなさそうであるが、出来る限り素子を壊さないDRSSTCの作成法を書こうと思う。自分もたいして電子回路に詳しいわけでもないし、そこら中にミスがあると思うが、自分は何台もテスラコイルを作っているが、この手法で素子の破壊を免れていることが多いのでそこそこ信用できるとは思っている。でも間違っていたらすいませんね。

 

1.     DRSSTCについて

DRSSTC2次側、1次側両方で共振させるタイプのテスラコイルである。SSTCとは比にならないほどの電力を扱うため、非常に素子の選定がシビアになる。

2.フィードバックに関して

DRSSTCにする場合に2次からフィードバックを取ると言うのは非常にリスクが高いというのはあまり知られていないが重要である。2次側の電流を検出し、そのタイミングでスイッチングしても1次側に共振回路があり、その共振回路の共振周波数が2次側とずれた場合はソフトスイッチングにならず、ハードスイッチングになってしまう。また、テスラコイルの2次側は放電により共振周波数が変動するのでまず双方の共振周波数を完全に一致させるというのは難しい。この場合、1次に莫大な電流が流れたままハードスイッチングを行うことになってしまうことになりかねない。TO-247パッケージのIGBTなら即死と考えて構わないだろう。

誤解されると困るので書いておくが、1次側が全く共振しない場合は2次からのフィードバックでソフトスイッチングが可能である。放電のサイズや、迫力を求めない場合は1次側で共振させず、2次の共振のみでテスラコイルを作ったほうが理想的かもしれない。 

3.位相補正回路の必要性

フィードバックをかけているからといって必ずしもソフトスイッチングになっていると思ってはいけない。

実際にはロジックICの遅延や、IGBTの立ち上がりなどでズレが生じる。それを解決するために位相をずらす回路をフィードバック部に付ける。この位相補正回路の位相のずらす量は電流波形をIGBTC-E波形をオシロスコープで確認しつつ、完全なソフトスイッチングになるように自分で調整できるようにしておくことが好ましい。通常のよくあるDRSSTCの場合は、位相補性が大きな影響を与える場面は少ないかもしれない。しかし、QCWDRSSTCのように数mSに渡るスイッチングをする場合や、300kHzを超えるなどの高周波での駆動、データシートでのIGBTの電流耐量以上流したい場合にはこれがとても重要になってくる。軽く熱の計算を行うとわかるのだが、DRSSTCのように高周波かつ大電流のスイッチングをIGBTに求める場合インタラプタで150μS程度にワンパルスを制限しているとはいえ、その150μSの間に数十度もダイの温度が上がってしまう。これはIGBTにとって致命的である。

また、完全なソフトスイッチングにすることで、C-E間電圧のリンギングを減らし、電流波形を高調波の少ない綺麗なサイン波にすることができ、テスラコイルからの電磁ノイズの帯域を狭めることが可能である。

4.組んだ回路のテスト

通常素子を潰すときはこのテストの時である。最初から2次コイルを繋いだ状態で動作させず、1次コイルのみで1次コイルの内部に金属の物体を誘導加熱の対象として置き、テスト動作をさせるのが好ましいだろう。

テストの際にはじめから最大電圧を印加すると壊れる場合はすぐに壊れてしまうので、スライダックなどで30~40V程にブリッジに印加する電圧を調整し、テストすると良い。この時にC-E間の電圧波形と1次電流波形を比べ、ソフトスイッチングになっているかを確認する。また、C-E間波形のオーバーシュートがどれほど発生しているか、最大電圧を書けた時に素子を壊すような電圧になっていないかを確認する必要がある。このオーバーシュートは、スナバの設計をきちんとし、出来る限り平滑コンデンサからの配線を短くすること、また、先ほど述べたように完全なソフトスイッチングにすることによって解決することができる。IGBTを壊す場合はこのC-E間に過電圧がかかっている場合が多い(と思う)IGBTは過電流にはかなり耐えれるが過電圧にはめっぽう弱いのである。

次に確認すべきはゲートドライバトランスの出力もといIGBTのゲート波形である。このゲート波形は特に暴れやすいため注意が必要だ。酷い時にはオーバーシュートが元の電圧の3倍を超えることがある。これだとIGBTは即死してしまう。

基本的にこれはゲート抵抗の調整とゲートの配線を出来るだけ短くすることで解決することができる。また、ゲートドライバトランスのリーケージインダクタンスを可能な限り小さくすることも重要だ。トロイダルコアを使うことが好ましい。

ゲート抵抗を調整する場合はあまりゲート抵抗を大きくし過ぎると立ち上がりが遅くなるのでそこは波形を見ながら調整するといいだろう。

 

以上のことを知っておけばかなりのIGBTの破壊を防げると思う。

実際にはまだ注意すべき点があるが自信がないところも多いので、今回はこれだけで満足してもらうことにする。
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とまあこのような内容でしたとさ。

勉強しろ!浪人生!

テスラコイルの動作動画だけあげとくね。



あとは動作中の温度だとか電流だとか
まあ電流自体は20A超えないようにコッチでDuty絞ってんだけど
たまにメーター振り切れたりするからね
 

ほとんど発熱ナシなので少し嬉しい。
地面より天井が近くて地面に向かって放電しないのが悔やまれる 
ちなみにぼくは動作中動けないので動画撮影は先輩にやってもらいました
おまけに写真も
Baidu IME_2014-9-28_23-40-27

テスラコイルの前にカメラを置いたときの写真 すごくかっこいい。


IMG_5502
これは長時間露光時の写真です。
撮影はほしたろさんです。 

文化祭ね
埋め込み画像への固定リンク 

テスラコイル 回路図

そういえば自分のブログって完成品しか紹介してない気がしたので制作過程というかつくり方的なのも適当にかいておきますね。



ここから下は適当に書いたものは適当なのですんすすーんすーんを読む感じで読んでください

間違わないようにはしてるつもりですがとマジで適当なので間違い前提で読むくらいの勢いで読んでください ミスがあったら教えてくださいヾ(๑╹◡╹)ノ”

SV1がテスラからのフィードバック信号。2次コイルのアース部分にカレントトランスをつけてフィードバックしてもいいしアンテナをつけてもいいと思います。
SV4はいんたらぷた信号。ここに入れる信号でテスラコイルの放電の間隔、Dutyなどが決まります。
でここに出したい音の周波数の矩形波を入れればそのとうりの音が出ます。
SV3からGDT→ハーフブリッジという感じです。
テスラコイルの回路図です。
テスラコイル 回路図

回路図はこんな感じです。
動作はみたら大体わかる感じかな?
まあ一応わかりやすいように適当な解説をしておきます。
下の図を見てください。
 teaihahs
入力A 入力B 出力
HI Lo HI
Lo HI HI
Lo Lo HI 
HI HI Lo

↑これがNANDの真理値表ね。
赤がHIで黒がLoだと思ってください。
 インタラプタの信号がはいってる時だけ矩形波に変換されたフィードバック信号が出力されているのがわかりますね。
 DRSSTC 回路図

でもってこの部分のIC2とIC3はゲートドライバIC(自分はMCP1407つかってます 最近ちょっと値上がりしたけどRSで激安です)ですね中身はプッシュプルみたいな感じになってます。
 でGDTの説明といっしょくたにした図が
テスラコイル つくり方

これです。
GDTは一つのコアに1:1:1(15〜25回ずつ程度)巻いたトランスです。
例えばインタラプタ信号に下のオシロの1のような信号が入りフィードバック部分に2のような信号が入ったとします。
テスラコイル 波形 入力
この場合下のような信号がGDTに流れます。
GDT 出力
ハーフブリッジ テスラコイル


ちなみにハーフブリッジの回路はこんな感じです。
動作は上下のFET(IGBTでもいいんだよ♡)が交互にオンオフするようにして一次コイルにGDTからの信号が増幅された交流が発生するようにします。
回路図には2SK2372と書かれていますが別に耐圧、耐電流等がきちんとしてればなんでもいいです。
倍圧整流にしてるのも放電稼ぐためだけであって別に普通の全波整流とかでもいいです。
あとノイズフィルタは入れたほうがいいです。無かったらコンセントに繋がってる他の機器が潰れる可能性が高くなります。
ちなみに1次コイルの部分にコンデンサを入れて直列共振させればDRSSTCにできます。

すごい適当です。正直わかる人いないと思いますね

まあ回路の説明はこんな感じで基板とかの設計とか
1
テスラコイル 基板

まあ作った基板はこんな感じです。
動作確認はしてるのでこの配線図のまま作れば動くと思います(思います) 。
動かなくても責任は持てませんね

SSTC easyテスラコイル 作ってみた

 プリント基板みたいな?
以上、適当乱雑配線でした。

GDTとハーフブリッジとかはこんな感じです。
適当っすねw
線が巻きまくってる奴がGDTです。
埋め込み画像への固定リンク

この基板を使用してテストした動画です。
かなりいい感じで動いてます。
defrtyurtyui
ちなみにIR4427とか使うとこんな感じ パラルといいかもしれないけどわからんわ〜

まあこの回路で全然大丈夫なのですがこの回路だと下の図のようにインタラプタ遮断時に共振状態が途切れたりするのでほんのちょっと効率が落ちる感じ(正直そこまで考えなくていいかも)がありますね。
なので1次コイルフィードバックの場合 http://www.stevehv.4hv.org/new_driver.html このサイトの回路図使ったほうがいいかもね。
 anohakei


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