Słowem wstępu, kilka słów o tym co zamierzam zrobić i pokazać: Generalnie działanie tego transformatora nie różni się od tradycyjnego, którego zasadę działania opisałem w dziale /Tradycyjny Transformator Tesli - teoria/. Różnica polega jedynie na sposobie generowania częstotliwości podawanej na pierwotny rezonator LC trafa. W "Tesli" tradycyjnej pracuje przerywacz mechaniczny, który umożliwia naładowanie kondensatora a następnie zamknięcie jego obwodu z uzwojeniem pierwotnym umożliwiając w ten sposób powstanie drgań rezonansowych. W "Tesli" elektronicznej przerywacz również występuje, jego rolę przejmują takie elementy jak np. wysokiej mocy tranzystory MOS-FET, czy moduły IGBT.
Elektroniczna cewka Tesli w porównaniu z tradycyjną posiada wiele zalet, ma niestety też sporo wad. Do najważniejszych zalet należy fakt, że cewki nie trzeba zasilać wysokim napięciem jak to ma miejsce w klasycznym rozwiązaniu, dzieje się tak za sprawą częstotliwości wyznaczanej przez przerywacz: mechaniczny może pracować z bardzo niewielką częstością, elektroniczny natomiast z bardzo wysokimi, co sprawia że dla osiągnięcia tych samych parametrów, tradycyjną cewkę trzeba zasilać napięciem o potencjale 10.000 V podczas gdy elektronicznej wystarczy tylko 400 V.
Kolejna zaleta jest taka, że w tradycyjnej trzeba stosować duże kondensatory na wysokie napięcie i o konkretnej pojemności, w elektronicznej natomiast wystarczy dwa małe kondensatory na niskie napięcie, które można dostać w każdym elektronicznym sklepie.
I teraz wady, po pierwsze przerywacz elektroniczny nie jest tak prosty jak mechaniczny i trzeba przynajmniej na poziomie podstawowym poznać tajniki elektroniki. Drugi minus to koszty, niestety półprzewodniki mocy są drogie.
Na początek zajmiemy się elektroniką, którą podzielę na trzy części:
1. Generator częstotliwości,
2. Driver tranzystorów MOS-fet,
3. Układ wykonawczy (tzw. half-bridge).
Ad. 1
Generator częstotliwości posłuży do wygenerowania sygnału sterującego o żądanych parametrach, który po wzmocnieniu będzie przełączał tranzystory mocy (nasz przerywacz). Poniżej schemat generatora, którego zamierzam użyć:
Generator przedstawiony na schemacie na poprzedniej stronie, generuje sygnał o przebiegu prostokątnym z możliwością regulacji częstotliwości i wypełnienia impulsu. Układ TL 494, którego kartę katalogową można poprać z działu Download, z pakietu Timery i PWM, jest to tzw PWM (Pulse Width Modulation) czyli modulator szerokości impulsu. Dla aplikacji, nad która pracujemy bardzo ważne jest ustawienie wypełnienia równego 50 %, tzn. górna połowa okresu przebiegu musi być dokładnie równa połówce dolnej !
Ustawienie wypełnienia 50%/50%
Dlaczego jest to takie ważne wyjaśni się przy omawianiu modułu wykonawczego.
Sygnał na wyjściu generatora ma zbyt małą moc by bezpośrednio wysterować bramki tranzystorów MOS-FET, m.in. dlatego, że mają one bardzo dużą pojemność własną, którą trzeba "przeładować" by prawidłowo wysterować tranzystor. W celu prawidłowego sterowania tych tranzystorów stosuje się tzw. drivery, czyli wzmacniacze sygnału sterującego,
Ja w swojej aplikacji zastosowałem dwa takie scalone drivery: TC 4420 oraz TC 4429 (ich karty katalogowe można pobrać z podstrony Download, z pakietu Drivery) Układ 4420 ma za zadanie tylko wzmocnić sygnał, natomiast 4429 oprócz wzmocnienia spełnia jeszcze jedno zadanie - przesuwa sygnał w fazie o 180o, po prostu go odwraca.
Do najważniejszych parametrów driverów należą: napięcie zasilania, maksymalna częstotliwość pracy, oraz wartość natężenia prądu wyjściowego w impulsie. Ten ostatni parametr jest najważniejszy, to właśnie taki impuls prądowy "przeładuje" bramkę tranzystora i umożliwi jego prawidłowe wysterowanie. Dla zastosowanych kostek wartość prądu w impulsie równa jest 6 A.
Poniżej przedstawiam schemat wzajemnych, elektrycznych połączeń obu kostek z generatorem. (kliknij na obraz by zobaczyć go w pełnych rozmiarach.)
