POZOR! Toto zařízení generuje vysoké napětí a silné elektromagnetické pole. Nikdy by němělo být provozováno bez stínění. Vysokofrekvenční vysokonapěťový výstup by neměl zdravého člověka zabít či způsobit závažnou zdravotní újmu, může ale popálit. Pro osoby s kardiostimulátorem může mít fatální následky. Zříkám se veškeré zodpovědnosti za jakékoliv následky stavby tohoto zařízení. Vše je BEZ ZÁRUKY A NA VAŠE VLASTNÍ RIZIKO.
Hotové zařízení: (klikněte pro plné rozlišení)
Nebudu zde popisovat základní obecné principy Teslova transformátoru, pro to vznikne vzlášť článek.
Toto je můj první dokončený a správně fungující polovodičově buzený Teslův tranformátor. Je založený na integrovaném obvodu 74HC4046 (fázový závěs a oscilátor), ze kterého využívám jeho napěťově řízený oscilátor. Dále jsem použil výkonný gatedriver UCC37322, ale jde použít i levnější a dostupnější, např. TC4420. Obvod je rozdělen na dvě desky, řídící a výkonovou část. Řídící část obsahuje oscilátor, gatedriver, ochrany, podpůrnou logiku (4x 2-vstupové AND hradlo 74HC08 a šestinásobný Schmittův invertor 74HC14) a 5V stabilizátor. Výkonová elektronika obsahuje spínací tranzistor IRFP260 (200V, 50A, 200A špička), jedná se o MOSFET, výkonové diody a vývody pro primární a rekuperační cívku.
Schéma řídící desky (klikněte pro plné rozlišení)
Vlevo nahoře lze vidět oscilátor (součástky jsou označené U1, R1, R2, C1, C2). Frekvence lze změnit změnou součástek C1, C2, já používal 2x470 pF, s přídavnou kapacitou na sekundáru jsem musel zvýšit. Čip 74HC4046 může pracovat i jako fázový závěs, toto se dá povolit propojkou JP1. Zpětná vazba se připojuje ke konektoru P3 a je ořezána diodami na napájecí napětí. Pozor, PLL zde bohužel nefunguje ideálně. Výstup oscilátoru je připojen přes hradlo U3A ke gatedriveru, který je schopný dodat dostatečně vysoký proud k nabití a vybití gate výkonového MOSFETu.
Podpěťová ochrana se skláda ze součástek D3, R6, R7 (dělič napětí), C4 pro odrušení, U2D-U2F pro inverzi signálu, jeho vyčištění a přidání dalšího zpoždění s pomocí D4, R19, R11 a C6. LED dioda D7 signalizuje, že napájení je v pořádku a zařízení lze provozovat.
Zařízení lze provozovat jak v CW (continuous wave, nepřerušovaný "trvalý" režim) režimu, tak přerušovaně. Přerušovač se připojuje k P1. Vývod 1 je +5V, vývod 2 je výstup přerušovače a vývod 3 je zem. Vstup by měl přijmout TTL úrovně, ale vydržet i vyšší napětí. Ke konektoru P2 je připojen vypínač pro CW režim. LED dioda D6 signalizuje, že je zařízení v provozu. Signál z přerušovače a signál z podpěťovky je zkombinován hradlem U3B, jehož výstup je připojen do druhého vstupu U3B. Pokud je v log. 0, výstup je vypnutý.
Audiomodulace je kromě přerušování možná i rozlaďováním, přivedením AC signálu přes kondenzátor C10 do vstupu VCO (napěťově řízeného oscliátoru). Audio vstup je přiveden na konektor P5). Ladící potenciometr (10k) je připojen k P6 a používá se na jemné ladění frekvence uživatelem (trimr je zde pouze "na hrubo").
Signál pro gate je vyveden na konektor P7. Pro zavedení do vstupu MOSFETu je potřeba použít souosý či kroucený a co nejkratší kabel.
Konektor P4 je napájecí vstup. Dál je napájení jištěno pojistkou F1, filtrováno pomocí C5, C7, chráněno proti přepólování diodou D5 (je lepší použít ale 15V zenerku) a použito k napájení gatedriveru. Napětí 5V je stabilizováno pomocí U4 a C8. Kondenzátory C12, C13, C14, C15 jsou zde určeny pro blokování a musí být blízko příslušným integrovaným obvodům.
Schéma výkonové desky, (klikněte pro plné rozlišení)
Vstup 0-24V je přiveden na konektor P1,, + na pin 1 a zem na vývod 2. Primární cívka je připojena k P2, P3, rekuperační cívka (zde 22 závitů na 3cm průměru, cca 20 µH) je připojena k fastonům P4, P5. Její funkce spolu s diodami D1, D2 (rychlé výkonové diody, já použil BYW29-200), je vracet špičky z primáru zpět do filtrační kapacity a chránit tak MOSFET (omezí napětí na cca 2-násobek napájení). P2 až P5 jsou fastony.
Signál z gatedriveru je připojen k P6 (1=vstup, 2=zem). MOSFET je chráněn ještě pomocí diody D3 a odporu R1.
Chladič je pro provoz nutný (Q1, D1 a D2 musí být na chladiči, já použil chladič z grafiky z větrákem ze starého procesoru (Pentium 3). Na 24 V se to zahřívá už dost).
Kondenzátory C1, C2 musí být kvalitní, nepolarizované, nejlépe fóliové kondenzátory pro pulzní provoz, tečou přes ně velké proudy.
Sekundární forma je vysoká asi 10cm, jedná se o plastovou odpadní trubku s průměrem 5cm. Vinutí má 9cm 0.15mm drátem a má cca 550 závitů. Rezonanční frekvence samotné cívky je okolo 1,2-1,5 MHz.
Primární cívka je na 7 cm trubce, má 3 závity 1,5 mm2 drátem a výšku cca 2cm.
ZIP archiv - návrh + osazovací plánek DPS, soubory pro Kicad (verze bzr4022).