|
|
关于双震谐特斯拉线圈的原理
扫盲贴，高手跳过。。
坛子上很多人都开始接触DR，但是真正理解其工作原理的并不算多数。鉴于每个人的情况都不一样，按照图纸进行制作的话不一定符合自己的情况，如果不了解其工作原理的情况下就无法作出相应改变，在调试上也会有一定困难。在TC这种恶劣的电气条件下，各种功率开关器件都会显得无比脆弱，如果运行原理不清楚造成调试不当，则会造成非常严重的后果【BANG！！】。
【首先。关于drsstc原理】
【不懂SGTC原理者请首先参阅http://bbs.kechuang.org/read-kc-tid-33510.html】
经典的TC是靠LC震荡产生的磁场震荡于次级线圈产生震谐来运行的。火花隙起到了控制电容蓄能和最原始的灭弧的作用，但是由于调试困难效果通常并不理想，弧次比通常超不过1X。为了得到更好的效果，TC后来衍生出了
OLTC【离线特斯拉线圈，用功率器件代替火花隙，其他原理均与传统SGTC相同】
VTTC【真空管特斯拉线圈，电子管控制的tc，于本帖讨论的原理无关，不多做讨论】
SSTC【DRSSTC的祖宗。靠桥式电路来替代原有的LC震荡。】
DRSSTC：：：：主人公登场，相信大家都听说过软开关。在高频开关时器件通过的电流和两端电压差的变化并非完美的方波。在电压和电流的上升下降沿会有一定坡度，这会造成电压和电流在开启和关闭时会有一段都不为零的区域。这便会产生开关损耗，造成开关器件发热。 硬开关 软开关
所谓的软开关，便是利用LC震荡使电路的电流和电压产生震荡，再利用适当同步技术【例如ppl&电流反馈自激】使开关元器件开关时避开重合区。器件在开关时若正好电压震谐至零点，则称为ZVS【零电压开关】，若正好电流震谐至零点，则称为ZCS【零电流开关】。
金典电路ZVS 诶对……眼熟吧。。这个电路也是通过适当手段巧妙地达到ZVS目的的。。大家做的时候一定会注意到。这个电路的效率非常高，但是开关管却一点也不热。这是因为零电压的开关条件使开关时电流再大也不会产生管耗(P=UI)，而那一点点热量是来自MOS管特性的导通内阻造成的。。【P=I^2R】
【啰嗦一下，插句话。。在TC制作时，若想要大功率，必须IGBT！！初级线圈在高频时产生的感抗等同于一只大电阻，而想要电流大电压就必须升高(I=U/R)
IGBT的结构是：
酱紫的，承受电流和电压的是右边的大功率三极管，把MOS的压控特性结合使我们不再需要巨大的基极电流来驱动大功率三极管。所以现在想来，IGBT实际就是一个压控的巨大的PNP三极管，而在使用时没有导通电阻这一说，要考虑的只是管子的压降（P=U降I）但是MOS导通时的损耗是(P=I^2R导通)如此比较来，零点几伏的压降和I*R，你选择哪个？】【忍不住再罗嗦一下，有同学可能会想，既然MOS是压控元件，那为什么还需要图腾一类的电路扩流以后才能驱动？GoodPoint！MOFETS全名金属-氧化层-半导体-场效晶体管，其不工作时各个极之间都是完全绝缘的，也就说门极于源极和漏极之间会有一个结电容，当IC输出的微弱电流直接驱动管子时，会要先给结电容“缓慢”的充电，等到电压冲到导通电压时才会开通，但是此时电容还没充满，电压缓慢的上升会导致……对啊！管子进到线性区就杯具了嘛。】
好的，啰嗦完毕。
好像说得多了点，总结一下Dr的原理就是让开关器件遵循LC频率开关，减少了开关管耗，同时增强了LC的振幅。由于LC频率需要和次级一样才能震谐，所以需要事先计算或测量MMC电容和初级线圈的电感量。
看了上面这些必不可少的电子基础，才能更好地理解下面这部分内容。
坛子里很多人都很热衷于STEVE的Dr驱动电路，但是仔细的想想，他这个电路的缺陷还真的是不老少。我们先对其进行分析，一遍指出其优略。 【啰嗦一下，插句话。。在TC制作时，若想要大功率，必须IGBT！！初级线圈在高频时产生的感抗等同于一只大电阻，而想要电流大电压就必须升高(I=U/R)
DRSSTC 1 电路图
好的！轰隆隆！电路开始上电运行了！电路靠桥式电路中电容充电电流启动【全桥中的吸收电容，此图中是储能桥臂电容c11,c12】充电电流到达主槽路使主电容c4于初级线圈L1产生震荡，同时这个充电脉冲被电流变压器T1探测到。T1的箍数取决于电桥中设计通过的电流，我们的目的是将电流通过变压器缩小到适合驱动CMOS元件的大小。你可能会想如果箍数是1:200的话，电压岂不是会很高？不要担心，我们有伟大的稳压管d19&d20~稳压管的特性是有一定的反向击穿电压，在这里我们选择用反向击穿电压5.1v（CMOS电平的）的稳压管。当T1上部为正半周时，会有一个上千伏的电压，此时稳压管击穿近似接地，当把电压放到5.1v时稳压管截止，由于稳压管恢复时间慢，我们反串一只快恢复或者肖特基来代替稳压管成正向导通反向截止的过程，负半周同理由此以来我们便得到了一个±5.1V的电流反馈信号。
当正弦波高度很大的时候，在Y=0值左右的斜度非常的高，甚至小于逻辑器件的信号边沿。
恩，继续来，R2是限流电位器，依个人情况调试~c1耦合不解释，4148削掉大于电源电压的尖峰后进入u1整形，由于hc14是反相施密特触发器，所以要想得到同相的信号还要将信号再次反向得到最终输出。【信号反馈部分到此为止】事情做到现在，按理说就已经可以用现在得到的反馈信号来驱动桥了。
【关于灭弧器：要是tc长时间不间断运行的话。由于功率要是在没有时间限制情况发挥出来。弧会像树一样分叉严重而且不长。灭弧回间断性的关闭电路。首次开启放电电离部分空气。然后关断前一次被电离的空气还没散去时再开启。又于上次被电离的空气更易导电。固电流顺原有点弧轨道到上次的末端放电。以此类推。点弧可在n个周期以后增长的非常长。。但是由于周期很短人察觉不到。看似电弧一下子就爆发的很长。】
为了防止灭弧信号发出关闭指令时开关器件的正常开关周期还没有结束造成的硬开关，我们采用了带清零的触发器来解决。灭弧器我们稍后再讨论。大家看到这幅图可能觉得最晕的地方莫属这个JK触发器了。其实设计者在这里并没有用到JK触发的功能，JK两只脚是一只接高电平的。也就是说，重置和清零两个引脚为低电平时，输出信号就等于时钟（CLK）信号。
在此，上路灭弧信号经过一次反相输入Rd（上图中的Rd，电路图中的1脚）下路灭弧信号经过两次反相输入Sd（电路图中的5脚）。依照真值表
当灭弧信号低电平时触发器在时钟（CLK）的最后一个下降沿输出低电平，灭弧信号高电平则不干扰。
现在转头看看最右部分的两个mos驱动器。看到它的两只脚输入了嘛？没错，这里面各内含一个与非门和非门，也就是反相乘法逻辑。由于触发器的电平变化遵守时钟（CLK）的变化规律，所以信号的占空比永恒定，频率稳定后不会受灭弧信号干扰。这样一来非门对输入信号进行比较，灭弧信号开启时，完成最后当前一个周期后7脚输出低电平为0,此时无论源信号（U1 4脚输出）如何输出始终为0，而对于另外一只与非门则输出始终为1。两者反相操控两对mos对管输出，驱动GDT（Gate DriveTransformer）。如此一来，我们便得到了一个漂亮的驱动信号。
【关于ocd： OCD是 Over Current Detection的缩写，意为过流检测。在这里我们用T2带假负载来得到电流波形，经过整流桥整流C15滤波将电流大小转换为一个固定的电平然后送入lm311与R10和R11提供的固定电平进行比较将结果送入555触发，输出至二极管发光提示Q3导通将灭弧信号强制拉到地（0）】
驱动电路就在此告一段落。【关于ocd： OCD是 Over Current Detection的缩写，意为过流检测。在这里我们用T2带假负载来得到电流波形，经过整流桥整流C15滤波将电流大小转换为一个固定的电平然后送入lm311与R10和R11提供的固定电平进行比较将结果送入555触发，输出至二极管发光提示Q3导通将灭弧信号强制拉到地（0）】
驱动电路就在此告一段落。
再次回到我们的桥【不管全桥还是半桥】这里往往是各种BOOM！！的发生地。。各种半导体垃圾的产生地。。
之前已经说过，在TC运行时电气环境相当恶劣，功率管相当脆弱。相信很懂同志们都玩过pwm+单场管的高压包驱动吧。。相信坏掉管子的同志知不在少数，其中管子的一种死法叫做三脚全通，往往12v的电源就可以损坏200v耐压的管子。这是为什么呢……万恶的漏感尖峰！！各种变压器都会有不同程度的漏感，能量没能成功传输出去，便又返回来加载了自己身上【就是电感的特性】所以，在桥式电路里要尽量缩短连接线的长度以减少线路中漏下的电感，有可能的话尽量使用同轴线【可能耐流不会太大。。】
但是避免产生多余电感只是一方面，尤其TC这种东西，漏感尖峰是非常高的，这时候我们就要用到一种特殊的稳压二极管：TVS瞬态抑制二极管（D9,10,17,18）！这种管子可以再制定电压下反向击穿点到方向，允许瞬间很大的电流通过，一般的TVS二极管瞬间功率都可以达到1KW【各种不一样，P6ke的就是600W..1.5ke的就是1500W】这里要注意！！图中用到的是两只220v击穿的管子串联，也就是说保护电压达到了440v左右。自己选用tvs时一定要确定保护电压的总和至少小于开关器件击穿电压20v左右，至少高于电源电压20v左右。
GDT输出信号也是同样道理，用稳压管把电压嵌在比管子最高允许的开通电压一下一些为好，一般管子允许20v那么使用18v的就可以，不要仿steve照图中的，会击穿的好了，关于这个被大家传诵了N久的电路的分析到此为止。总体来看1、这个电路还是有点过于简单了，以至于一些信号处理的不会很仔细，例如所有器件都会有延时，但是这里却没有调试移相的功能，这样很容易造成有开通损耗没有关段损耗或者有关断损耗没有开通损耗【总之会有管耗】2、这个电路没有死区，频率不是很高的话还好，但是如果频率上去了出事是必须的！3、电路需要一个稳定的启动方式，这个电路是靠充电脉冲启动的，如果起初参数调试不合适可能会造成电路不起振。
|
