Приветствую всех! Хочу познакомить вас с еще одной конструкцией катушек- это Е класс. В интернете полно схем на эту тему, но, почему-то еще никто не делал такого на этом форуме.
На первый взгляд, можно сказать, схема похожа на качер, но это не так. Данный тип катушки называется E класс. Он перекачивал в тесластроительство из радиопередатчиков, точнее выходных каскадов, конечно претерпев некоторые незначительные изменения, но суть и принцип работы остался прежний.
Попробую вкратце объяснить, что происходит в схеме (кому интересно более подробно можете загуглить: усилитель E класса или amplifier E class)
Опираясь на кучу информации про радиопередатчики Е класса можно привести такую принципиальную схему:
Dr – дроссель для накопления энергии. C – контурный конденсатор. C0 – конденсатор блокирующий постоянный ток. L и R – эквивалент контура с активным сопротивление.
На транзистор приходит информационный сигнал, предположим лог. 1. Транзистор открывается на короткий промежуток времени. В момент открытия транзистора ток начинает течь через дроссель Dr, энергия накапливается в дросселе, далее транзистор закрывается и вся энергия запасенная в дросселе выплескивается на конденсатор С, заряжая его. В свое время конденсатор С должен куда-то деть эту энергию, он образует колебательный контур с C0 L R. Далее этот синусоидальный сигнал идет на антенну. Кажется все просто.
Теперь на примере катушки. Здесь немного по-другому. Ведь теперь у нас нет источника информационного сигнала. А катушка представляет из себя автогенератор т.е. имеется обратная связь. Существует 2 основных типа :
Схема 1
Схема 2
Оба они работают по похожему принципу.
В первой схеме легко заметить отсутствует дроссель вместо дросселя сразу идет первичная обмотка. Здесь принцип такой- в момент открытия транзистора ток идет через первичную обмотку, в ней накапливается энергия и часть трансформируется во вторичную обмотку. Следующий шаг транзистор закрывается энергия индуктивности (сюда же складывается не рассеянная энергия вторичной обмоткой, которая трансформируется обратно в первичный контур) переходит в конденсатор. Получается LC контур, конденсатор перекачивает энергию обратно в индуктивность – часть трансформируется во вторичную обмотку, когда энергия конденсатора перекачалась - драйвер срабатывает на сигнал обратной связи и транзистор снова открывается «заряжая» индуктивность. Для правильной работы такой системы необходимо чтобы частота этого LC контура была равна или чуть меньше частоты вторичной обмотки. Если все идеально настроено, то на сток-истоке транзистора на экране осциллографа мы будем наблюдать такую картину:
Со второй схемой все тоже самое только изначально энергия копится в дросселе, а потом перекачивается в LC контур (конденсатор последовательно индуктивности стоит для блокировки постоянного тока и фактически ни как не влияет на параметры контура), частота которого также должна быть равна частоте вторичной обмотки.
Обе схемы хороши, единственное первую схему предпочитают ставить, когда напряжение питания достаточно велико от 50В и выше, вторую предпочитают для более низких напряжений.
Лично я не вижу значительных различий и в силу своей «ленивости» выбрал схему с меньшим количеством деталей, т.е. первую.
Перейдем к самой схеме. За основу взял старую проверенную временем схему PLL CW SSTC
Которую когда-то разрабатывал. Основа схемы это CD4046 – ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты).
Конечно для однотактной катушки это уже перебор, тем более для Е класса. ФАПЧ в полу-/полномостовой катушке предполагает настройку сдвига фазы открывания ключей силовой для достижения софт свитча (переключение в нуле тока). Здесь же, сам Е класс предполагает под собой, что ключ открывается и закрывается когда через него течет минимальный ток (если в момент переключения ток равен 0 то КПД можно считать 100%).
Но сдвиг фазы это не единственная причина, почему я выбрал ФАПЧ. Данная конструкция имеет минимальное количество деталей с максимумом функций! Можно сделать амплитудную модуляцию катушки (подавать звук с линейного выхода, а не только MIDI прерывателя как на большинстве катушек), по 5 ноге микросхемы можно поставить прерыватель и получать единичные молнии вместо пушистика (функция не реализована, но на плате предусмотрены соответствующие выводы для подключения). Это все были мелочи.
Теперь что качается технической стороны. Сам CD4046 содержит в себе все необходимые логические элементы, чтобы без дополнительной логики можно было принимать сигнал ОС, обрабатывать его и управлять напрямую драйвером мосфет. Также микросхема начинает при включении сразу генерировать сигнал на нижней частоте диапазона (не нужен пусковой импульс в виде смещения или внешнего генератора). Также имеет строгий диапазон детектирования фазы, т.е. шанс, что катушка запустится на гармонике сводится практически к нулю (сам лично на практике не сталкивался гармониками, но бывали случаи у других людей). Широкий диапазон напряжения питания от 5В до 20В (ВНИМАНИЕ для каждого напряжения питание нужно заново пересчитывать задающие RC цепи).
Ну собственно сама схема во всей красе:
В качестве драйвера силового ключа можно применить любой другой, у меня был только TC4420.
Теперь пару слов про диапазон детектирования фазы. Он задается C1 R4 R3, где R4 отвечает за нижнюю границу, а R3 за верхнюю. Этот диапазон можно двигать в незначительных пределах потенциометром R6 для точной подстройки. Данные номиналы подобраны для вторичной обмотки на частоту 787кГц. Если у вас вторичная обмотка на другую частоту, существенно отличающуюся от данной – придется заново их подобрать. Вывод с названием «разрешение на запуск» является входом для прерывателя, на плате заменен джампером.
Что касается нижней части схемы- это опторазвязка, силовая никак не отвязана от управляющей части, а ведь с силовой идут наводки, которые достигают сотен вольт, несмотря на питание в 17В. И если что-то пойдет не так, то, скорее всего устройство, которое будет подключено к катушке просто напросто сгорит.
Для того чтобы избежать такой участи я добавил опторазвязку. Схему нашел в интернете, было написано опторазвязка для аналогового видео сигнала, то, что надо, ведь звук с линейного выхода, то аналоговый!
Теперь что касается первичной обмотки катушки и конденсатора на сток-истоке. Первичная обмотка уже была ранее намотана на вторичную когда еще проводил испытания вновь придуманного драйвера для катушки. Поэтому решил не трогать. Что же на счет конденсатора? Хорошо было б если была известна индуктивность, но, увы, нет LC метра, я ставил на глаз и смотрел осциллограмму на сток-истоке до получения полу синуса, также следил за нагревом транзистора. В итоге нашел то, что искал около 10нФ, транзистор абсолютно холодный даже через 30мин работы температура без обдува порядка 30С. Единственное что греется так это терминал (штырь на макушке), первичная обмотка (видимо приличные токи там), вторичная обмотка в том месте, где она находится внутри первичной обмотки (вероятнее всего индукционный нагрев происходит).
Для гурманов могу предложить способ как посчитать этот конденсатор не имея LC метра, но имея осциллограф.
Собираем с этой обмоткой LC контур. Конденсатор берем такой, чтобы у него была точность повыше. Далее цепляем этот контур к осциллографу и подаем на контур кратковременно питание, после отключения питания на экране осциллографа будут затухающие колебания, считаем их период и по формуле Томсона высчитываем индуктивность.
Теперь вторичная обмотка, берем вторичную обмотку, собираем на ней качер. Да, да самый обыкновенный качер. Неважно насколько хорошо он будет работать – важно чтобы он мог генерировать и желательно, чтобы не было разрядка (разряд сильно влияет на частоту и добротность). Снова подносим щуп осциллографа, замеряем период и считаем частоту.
Ну и теперь остается все эти данные- индуктивность и частоту (период) подставить в формулу Томсона и вычислить нужную емкость конденсатора. Открываем даташит на транзистор, ищем емкость перехода сток-исток и вычитаем ее из рассчитанной емкости. Ответом будет искомый конденсатор. Конденсатор нужно брать на напряжение не ниже 400В и обязательно пленочный.
P.S. лично метод не проверял, но должен сработать :D
Основные параметры.
Первичная обмотка: - 4витка одной жилой сетевого провода - диаметр обмотки 8см - высота обмотки 1.5см
Вторичная обмотка: - высота намотки 15см - диаметр трубы 5см - провод около 0.16мм - fрез= 787кГц
ММС (конденсатор сток-исток):
- 10нФ х 400В
Трансформатор тока ОС:
- 50витков на кольце epcos n87
Собрал плату достаточно быстро, все подключил: первичную обмотку к драйверу, питание и трансформатор тока ОС. Настроил фазировку ОС и диапазон детектирования вращением R6. ТТ ОС продевается через нижний конец вторичной обмотки (если катушка не запустилась, следует перевернуть ТТ).
Получил такой результат:
Пушистик был порядка 2см. Но как всегда хотелось чего-то большего.
Как видно у меня растянуты «метровые» провода, после того как их укоротил – разряд серьезно прибавил в размерах 3см пушистик и это при 17В. Любой качеростроитель позавидует.
Транзистор по прежнему холодный, потребляемая мощность порядка 70Вт, блок питания ноутбука работает на пределе, все время наровясь уйти в защиту. Пришлось пожертвовать парой мм разряда и немного опустить первичную обмотку – уменьшив коэффициент связи. Блок питания перестал, уходит в защиту, все стало стабильно.
Дальше я начал собирать в корпус – распределительный короб. Фантазии у меня не много поэтому я как китаец все прилепил на термоклей к коробу (знаю что плохо поступил).
К сожалению фотографий во время сборки не делал, но в общем вот все что есть:
только на лампе закон4у собирать.