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

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!

今日の記事も昔に書いた記事の供養。
たしか後輩に説明するときに作った文章。
これもミスがあればコメントくださいな。
ぺぺん。

1.スナバコンデンサとは

スナバコンデンサの設計について述べる。
まず簡単に説明する。バス電圧(入力電圧)を IGBT の耐電圧以下にしていても、IGBT がターンオン、ターンオフした際に、配線などのインダクタなどに残ったエネルギーによって IGBT の C-E 耐電圧を超える時がある。この事は、サージ電圧、オーバーシュート、リンギングなどと呼ばれる。
(用語は結構適当なものなので、この 3 つの呼び方に関して区別があるのかもしれないけど僕はあまり知らない。しいて言えばこういう IGBT のスイッチングとかの過電圧の時にはサージを使うことが多いと思う)
下にリンギングが大きい時の波形を示した。ターンオンの際に髭のように電圧が上がっている部分があるのが分かる。この電圧を消すためにスナバコンデンサをつける。
_20171025_202416

そのスナバコンデンサは
_20171025_201951

で計算できる。
ここで Cs はスナバコンデンサの容量、許容サージ電圧を Vt、電源電圧を Vb、平滑コンデンサからの配線のインダクタンスを Ls、I はターンオフ時の電流とした。ちなみに Vt の t は transient の t で、Vb の b は Bus Voltage の B で、Cs の sは Snubber の S 。

IGBT はスイッチング速度が速く、IGBT のターンオフ時などにはΔi(電流の増加)/Δt(時間)が高い。つまり時間あたりの電流の増加が非常に高くなる。このΔi/Δt のΔt を微小にした時には di/dt と表記される。di/dt が高くなれば、IGBTの配線のインダクタンスの両端にはよって L・di/dt の電圧が発生する。この L・di/dt によって過電圧が発生する。

2.テスラコイルの設計に対しての応用。
上に書いたように、実際テスラコイルではソフトスイッチング動作させるため、ターンオン時の電流やターンオフ時の電流はほぼゼロで、インダクタンスによるサージは小さく、理想的なソフトスイッチングができているのなら、理想的な電圧源を用意できているならスナバコンデンサはなくてもいい。
多くの人はテスラコイルのフルブリッジにつけるコンデンサを、通常のスナバコンデンサと同様にサージを抑える役割を積極的にしている思っているようで、IGBT が壊れたらスナバが悪いという理由で CRD スナバをつけたりしているのをよく見る。これは恐らく良い結果になることはないだろう。CRDスナバに変えて故障しなくなったDRSSTCがあるなら教えて欲しい。かなり少数例だろう。断言するのは少し怖いが、「DRSSTC」に C スナバ以外の構成のスナバコンデンサが必要になることはまずないだろう。DRSSTCが C-E 間のサージで壊れるようなことがあるなら、ゲート周りの設計が不完全、または回路の位相の遅れによって、綺麗にソフトスイッチングにできていないのが原因だ。位相補正をつけ、ゲート設計をきちんとすればサージで故障することはまずなくなる。
実際にはDRSSTCのフルブリッジには並列にコンデンサをつけている事が多いが、これはどちらかといえば平滑コンデンサとしての役割が大きい。電解コンデンサでは対応しきれない短パルス間での電圧降下を防いでいる。この電圧降下によって、波形がひどく乱れることがあるので、このコンデンサはほぼ必須である。
これらを平滑コンデンサの設計方法と共に説明する。

3.平滑コンデンサ

平滑コンデンサは電源回路などにおけるエネルギーを貯蓄する主な部分である。これは高負荷の電源などには必要不可欠で、この平滑コンデンサがなければ電圧降下などが起こり、回路全体の動作を不安定にする。
今回は一般的な平滑コンデンサに関する解説は除いて DRSSTC に注目して説明する。

4.テスラコイルにおける平滑コンデンサ

特に DRSSTC はインタラプタ動作をさせることで、短いパルスの間に商用電源では到底供給不可能な大電流を利用している。たとえば真紅では平均消費電流は 20A だけど、ブリッジでの電流ピークは 400A~1000A にまでなる。このような動作を可能にするため、DRSSTC のブリッジには並列に数百~数千μF のコンデンサをつける。このコンデンサの容量の設
計はそのテスラコイルがインタラプタのワンパルスで消費するエネルギー平滑コンデンサに貯めれるているエネルギーから引いて、インタラプタのワンパルスの終了後のコンデンサの電圧を計算してその電圧が無視できる程度に小さくなるようにしておけば完璧だ。Q=CV、J=CV^2/2 Q=It (Q:電荷 J:エネルギー t:時間)とか使って計算してくれたらいいんだけど、一応式を書いておくとまず、インタラプタ一回で消費するエネルギーをおおよそで計算すると
_20171025_202007

で計算できる。Vb が電圧、Ip が電流のピーク電流、ONint はインタラプタの ON 時間です。
コンデンサに蓄えられるエネルギーは
_20171025_202028

ここで C は容量で Vb はバス電圧。
この二つを使って電圧降下は
_20171025_202044

となるから、この電圧降下が無視できるくらいに小さければいい。
次にスナバコンデンサについて説明する。平滑コンデンサの容量を上の計算式で出して電圧降下を小さくしても下図みたいにインタラプタより小さいワンパルス、つまり IGBT のスイッチング期間で電圧降下が起こったりする。
これは配線のインダクタンスとかの原因で、平滑コンデンサと IGBT の間の配線で起こる電圧降下が原因だ。これを防ぐために、IGBT から近いところに 5μF 程度のフィルムコンデンサをつけとくと良い。大電流を流せる奴が必要。
計算はさっきの式と同じようにしてくれればいいけど、たぶんさっきの式の通りやると少し大きめの値が出るかもしれない。まあこのコンデンサの容量は適当に決めてトライアルアンドエラーでキチンと波形を見ながら調整してくれればいいよ。(投げやりで申し訳ない。)


ランプ波ランプVer.3を作りました。
今回はランプが放電する仕様です。
ちな、こんなん
CNbhzJPVAAAv0Ci
CNlgXEPVAAECgfnCQKldplUwAEJweKCNlea03UAAAjyrT


CNKSSQkUkAArpbMCNNwTiAUYAAhHUY
波形的なのです。どうでもいいです。
CNkdf1DU8AAbIG9

人体アースできます。
ちなみに人に放電させると潰れる欠点がありました。(潰れました)
まだ修理してません。
NT京都までに修理する。多分すると思う。するんじゃないかな。まあちょっと覚悟はしておけ。[だれが?]

文化祭がありました。
3ヶ月位前です。
丁度前の記事もそれだったって?たぶん、見間違いです。

CQbyFGYUwAARLDd
以上です。

ちなみに僕のブログの昔の記事は信じないほうが良い。95割は嘘しか書いてない。
残りの5割はジワリ。

次回は新作テスラになるかもしれない。
受験とかは知らん。 

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 

ランプ波ランプテスラっぽいなにかが完成したっぽい

常時コロナが出てるのどうにかしなねってくらい
TL494で適当にクッソ適当にくんだからこれくらいいってすごいくらいだと思ってるわ っていうかむしろこんな適当な回路でよく動いたわってくらいだな

それにしてもあれだ D級アンプ式のめんどくさいわ 素子が死んだときのリスクというかそのへんもだけどとにかく規模が大きくなってくるわけで修理もミスを探すのも面倒なんだわ。
次やるときはアンプレスとか考えてみてもいいかなとか

 

じつはNT京都までに完成さえ用とか思ってたんだけどね。
まあそんな実行力ないわけで じっさいテスラガンとかめんどくさくね?バッテリーとかの用意も面倒だ
かの有名なSteve様はバッテリー直列にして400Vくらいにしとったからね
考えてることがぶっ飛んでるよね
そんなことできんのか?って感じだわ まあそんな金は流石にないので昇圧回路組むかコンセントから引っ張ってくる感じになりそうだけど
あとはランプ波ランプの構成を考えんと行かんのよね ⊿Σ変調なD級アンプ組むのも一つの手だしアンプレスランプ波ランプテスラを組んでみるのもアリってな アンプレスQCWにするならどんな構成にするか模索中

 

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


久々の更新ですね
いろいろ忙しくて
テスト一週間前なのでね

結構前にできてたのですが今回はSSTCにインタラプタをつけてみました。

放電距離は縮みましたが断続的にでき迫力が上がりました。


インタラプタをつけたので放電にも触れることができます。


↓これは音声入力を適当にしてみたものです。インタラプタの494にそのまま音声入力してみました。
 音質悪めです。 

題名の通り一応完成しました
放電距離が短い
でも完成したということで興奮しています
前放電しなかった理由はフィードバックがうまくいってなかったようで・・・
アンテナを長くしたり
一次コイルの巻き数増やしたり
一次コイルの線をネオントランスの太い線からコンセント用の線に変えてみたりしたら
放電しました
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まあ前のが失敗したので新しい回路作った
放熱板の下にucc37322toucc37321がある
188
ハーフブリッジですね
ピントあってませんね
すいません
190
そして放電

やったあ

完全放置でしたね テストがあったんで←言い訳
すいません 
全然更新しませんでした

ネタはありますのでええ


なんとなくデジットの555発振回路が便利そうなので発振回路に流用させてもらいました。
http://blog.digit-parts.com/archives/51682981.html
キット使ったら負けとか言ってる人いるけど個人的にキットを使うことに関しては抵抗がないんで。
これでオーディオ変調FBTでもやろうというわけで
でまず回路作成
016

555の5ピンのセラコンのあとに音声入力したらオッケー
詳しくは↓
http://www5e.biglobe.ne.jp/~cup/electric/flyback.htm
http://blog.livedoor.jp/tukutukudenshi/archives/51056507.html
ここ見てね
015
↑フライバックトランス
014
↑FET部分
013



あっ
放電写すのわすれてた
まあこんど回路を箱に詰め込んだりしたらまたうpします

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