高压技术
 
特斯拉线圈主电容选型与设计
aoho 2010-4-23
特斯拉线圈主电容选型与设计

  特斯拉线圈(以下简称TC)制作,其主电容选择一直是困扰初学者的大难题,为了让更多TC爱好者少走同样弯路,我想有必要把电容筛选的经验心得与大家分享下。


  做TC用的好电容其实很多,首推的当然是美国CDE 电容  
  44263

  44347
  
  
  但好归好,价高也是问题,新的一个得十几元,做个主电容要好多个嘞,一般小城镇还难以买到(网购
嘛……但…%#$¥%#…)。

  难道一些常见电容就派不上用场?也许大多数普通无极电容难于单独胜任主电容角色,不过扎堆上阵后还是有其力断金效果,理论上只要串并数量够,每种电容都可以做TC,那么该用多少的量才够呢?这便是正题,以下测试将给出答案。



  先看个模型,实际电容里面既有电感成分也有电阻成分:
44265
  

  图中,黄色区域表示电容体,内部的ESR,是Equivalent Series Resistance三个单词的缩写,翻译过来就是等效串联电阻ESL,不用说,肯定就是等效串联电感,平常说的无感电容,就是这个ESL极小的电容,是做TC的首选电容;EPR,等效并联电阻,这个对TC影响不大,暂且不讨论它;

  电容损坏的主要原因,无非两个:过压击穿;过热(电流)熔断;

    1过压击穿;
  看到诸多童鞋对电容的损坏都判定为过压击穿,我觉得这个可能性较小,因为多数无极电容实际耐压都在标称耐压的1.5,2倍甚至3,4倍以上,而大家设计时一般都会低于标称耐压,就算误超了,也只是一点点;

    2:过热(过电流)熔断;
  在标称耐压下工作的无极电容的发热主要由ESR造成,TC的震荡主回路的电流动辄上百安,甚至几千安, ESR影响可想而知,大量实验表明,在TC上折戟的电容多数是因选型与设计不合理,最终将导致过热而损坏,主要表现为引脚端爆裂乌黑。

  既然关键问题出在ESR上,那么测试就得以电容安全热损为主。

  为模拟到TC的工作环境,这里借助原来DRSSTC驱动电路。
  

  示意图:
  44264



  测试强度:

驱动频率:100KHz(主线圈可调);
脉宽:200us;
脉冲频度:120 BPS;
峰值电压:Vp;

测试时电容波形(104/1200V,软件模拟的,强度相当,老早的测试了,没拍存波形):


200uS:   
  44273


120bps:  
44274



  实验目的:得到该电容在工作
5分钟后温升不超过40度的“最高”峰值电压Vp,它是将来TC主电容设计用量的重要依据。


  以下是我在工作生活中常见的几类电容:


1.高压瓷片电容:
  
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2.
普通有机薄膜电容:



CBB81:  
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CBB22
44268
  
(这种在
09年做的两个音乐TC上用过,不过容量是474,是比一般CBB好,但似乎制作过程中总会坏一两个)





3.突波吸收/电磁炉谐振线圈上用的有机薄膜电容:



MKPH


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              (创格的)


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(丰明的,一直用它,物美价廉,性能稳定)



STD
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                    (
加拿大EACO的,中国有厂,洋玩意儿都有点贵)



4.超高压(静电)薄膜电容:
  
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    (据说也是进口,有待考证)
  

  



测试结果:




  

容量
标称电压(V)

Vp(V)
参考价格(元)
TC主电容时设计分压与标称耐压百分比(仅供参考)
1.高压瓷片电容

104
(103*10)

2000

350

0.2*10=2

<15%
2.普通有机薄膜电容

104(CBB81)

1600

450

1

<25%
474(CBB22)

2000

850

2

<40%
3.突波吸收/电磁炉电容

304(创格)

1200

850

1.5



<80% (推荐)
304(丰明)

1200

1050

1.5

474EACO

1200

1000

8

4. 超高压(静电)薄膜电容

472

30000

2000

>2

<6%(不合适)

  

  几类电容的大致性能在表中红色字体部分基本得到体现,该如何使用这些数据呢?很简单,比如你想使用一些104/1600V CBB81的电容,那么你就把它当做104/400V(1600*25%)的电容来用就好。

  注意:以上参考值是在前面设定的测试脉冲强度下得到的,大家设计时要根据自己

TC实际参数做适当调整,基本上耐压百分比与(你设计的频率^2*脉宽*脉频)/(测试的频率^2*脉宽*脉频)成正比,比如设计频率是200K,那耐压百分比则要减为1/4,若设计脉宽是100us,那耐压百分比可提倍(<100%)。





以上内容,欢迎补充指正;

  
+1000  科创币    科创论坛   2010-04-23    赞扬。
+500  科创币    joyeep   2010-04-23    等待下文
2010-4-23 15:05:26
1楼
讚揚..該置頂..
2楼
另:圖全死了..
aoho(作者)
3楼
怎么图片不能本地化了?以前可以的好像
4楼
没做过TC,只用高压瓷片做过马克思……
5楼
制作一个中等大小的TC成本大概多少?
6楼
少則60元..多則3000元...
7楼
60园。。
怎么做呀
8楼
呃~那种CDE的实际耐压多少?我有那么一堆,可不想白白击穿掉
9楼
60元TC....
ZVS电路20元
高壓包 5元
DIY电容 15元左右
二手變壓器(拆銅線) 10元左右
PVC管/雜件  10元
10楼
44318


这种的如何?
aoho(作者)
11楼
引用第10楼爆炸螺栓于2010-04-23 20:08发表的  :
44318


这种的如何?


这种也是静电电容,与上面提到的那种结构一样,电极都是从卷膜两头引,与普通薄膜层层引镀相比,ESR,ESL何止大出10倍,拿来玩玩马克思也就算了,它光亮硬朗的外表的确容易米糊人,下图的还带螺栓呢,只可惜其主要目的不是用来过电流,仅仅做为两个电容连接之用,引到螺栓上的电极薄如纸......

44319
12楼
微波炉电容如何??
13楼
引用第11楼aoho于2010-04-23 21:15发表的 :


这种也是静电电容,与上面提到的那种结构一样,电极都是从卷膜两头引,与普通薄膜层层引镀相比,ESR,ESL何止大出10倍,拿来玩玩马克思也就算了,它光亮硬朗的外表的确容易米糊人,下图的还带螺栓呢,只可惜其主要目的不是用来过电流,仅仅做为两个电容连接之用,引到螺栓上的电极薄如纸......


拆一个看看内部结构~~~ 铝箔那个厚度.....薄如蝉翼倒算是夸他的....

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14楼
这貌似很好看的圆形CBB做个Marx倒也能用,但是那种长方形的“传说进口”的高压静电电容更经典。我没有拆过,但让广东的朋友拆过,里面是真空蒸发镀铝的,直接蒸发在薄膜上,这个其实不是关键,他要是蒸发的厚一些,ESR就小很多了~问题是薄到透明......我让广东的朋友用万用表测试了一下阻抗,测试完后告诉我,一厘米的长度上有几K的阻抗.....这种长卷绕结构单端引出,再加上一厘米几K的阻抗.....要是用来做Marx....嘿嘿。

其实这电容是用于产生一个高压稳压电场的,一般不用于大电流放电场合,各类电容都有自己的适用范围和应用场合,用错了地方结果肯定会不理想....
15楼
那个CBB81也是可以的,它容量1uF之大,同频下容抗只有BM电容的3/10,也就是说同电流下电压只有BM的3/10,而以LZ的测试看其电压不只BM的3/10,也就是说比304的BM更耐电流。

啊,看错了,那CBB81是104的,105才是1uF。。。
16楼
另外,首推还是换成CDET的942C好点,那性能可比941C强不只一点,我试过给0。22的942C通50A的连续电流,频率200多K,那电容本体只是温暖而已,倒是引脚很烫。
17楼
顺便说说我前不久对电磁炉电容的测试,约160K的频率,304的BM和274的创格效果差不多,都在连续20A时达到个稍微烫手的温度,大约50多度吧,效果不太理想。
倒是发现个强的,ASC的X335系列,仅仅10MM直径,20MM长的体积,耐流能力和以上两种相当。
aoho(作者)
18楼
引用第16楼TUNGUSKA于2010-04-24 01:19发表的 :
另外,首推还是换成CDET的942C好点,那性能可比941C强不只一点,我试过给0。22的942C通50A的连续电流,频率200多K,那电容本体只是温暖而已,倒是引脚很烫。



说实话我没用过CDE的电容,那玩意儿我这整个电子城都买不到,淘宝上似乎也只能搜到941。
单单从工艺上看,942是箔膜电容,941是金属化膜电容,前者过电流能力似乎该强出很多,但一个电容的优劣仅从一方面评价似乎有点片面,下面是张两者官方数据的对比图:
44346


我们就拿两个适合做TC的做个横向比较,看两绿色框,同样是154/2000V的941、942,942的ESR是小了40%,但体积却大了2.6倍;941,就体积电阻比来说要比942强将近两倍,它同体积同电压下能做到0.33uF,而且因其金属化结构的原因带有击穿自愈能力,最高耐压还能做到3000V;941的弱点就是dv/dt 小了不少;就TC而言,120K频率以下,做TC还是完胜942的,可能要到250K以上942才显现出它的优越性......
    只推荐941是我的疏忽,这里不是要偏袒941,只想说两者各有优缺点,大家看着选(都买不到 [s:94] )
19楼
我有这种电容,看似电极比LZ的那种稍微厚一点,开始我以为是镍带什么的,后来发现不能被磁铁吸引,可能是铝的什么的吧,只能做Marx了
44369

还有这种,静电的,标称30KV我加个整流后的15KV就击穿了,垃圾一堆
44370

不过这种还没试过,说是941C,二手的,买来半年还没测试过,想做TC用的
44371

我挑了个成色最差的拆开了,不过没接下去拆
44372
20楼
引用第12楼爆炸螺栓于2010-04-23 21:53发表的  :
微波炉电容如何??

立刻炸掉
21楼
引用第15楼TUNGUSKA于2010-04-24 01:07发表的  :
那个CBB81也是可以的,它容量1uF之大,同频下容抗只有BM电容的3/10,也就是说同电流下电压只有BM的3/10,而以LZ的测试看其电压不只BM的3/10,也就是说比304的BM更耐电流。

啊,看错了,那CBB81是104的,105才是1uF。。。

这里有卖106(10u)的CBB,和那些小的一模一样,250V,也是红的,2元
aoho(作者)
22楼
引用第12楼爆炸螺栓于2010-04-23 21:53发表的  :
微波炉电容如何??


微波炉电容倒是没太注意,这种能行,做TC就白菜价了,CBB85说也是无感结构,不知道耐冲击能力如何,手头还没有,各位谁有的,就看看,不然只好我等我改天买个测下。
2010-4-27 00:06:28
23楼
引用第18楼aoho于2010-04-24 11:22发表的  :



说实话我没用过CDE的电容,那玩意儿我这整个电子城都买不到,淘宝上似乎也只能搜到941。
单单从工艺上看,942是箔膜电容,941是金属化膜电容,前者过电流能力似乎该强出很多,但一个电容的优劣仅从一方面评价似乎有点片面,下面是张两者官方数据的对比图:
.......

的确,单论性能942强不少,但要加入体积,性价之类对比941会更划算,能用更少的数量与成本做出适用的电容组.
不过要说性价比的话国产电磁炉电容就无敌了,买100个的价买CDE还没10个,100个串并起来性能可比10个CDE的强得多.
24楼
引用第21楼小特斯拉圈圈于2010-04-24 12:42发表的  :

这里有卖106(10u)的CBB,和那些小的一模一样,250V,也是红的,2元

这些一般不会用在纹波很大的电流回路里,如果需要几uF级别较耐电流的电容,那么电磁炉的滤波电容是个不错的选择,一般是275V 5uF.
aoho(作者)
25楼
引用第23楼TUNGUSKA于2010-04-27 00:06发表的  :

的确,单论性能942强不少,但要加入体积,性价之类对比941会更划算,能用更少的数量与成本做出适用的电容组.
不过要说性价比的话国产电磁炉电容就无敌了,买100个的价买CDE还没10个,100个串并起来性能可比10个CDE的强得多.


说用CDE电容的同时,就已经脱离性价比的问题了,如果连体积再不论的话,那比942强的电容何止千百种?还谈什么推荐 ... ...
aoho(作者)
26楼
找到一个微波炉电容2100V/0.95UF,测了下,那个“耐压比”不到15%。
27楼
转发一篇帖子:
电磁炉三大电容作用是什么?
在很多的电磁炉中,都会出现(5UFJ,0.27UF,2UF)三个大电容,请问它们正常电压是多大,
它们控制什么原件
并且它们坏了会出现什么故障啊?
请高手指点一下
===================================
5u是电源虑波电容,220V交流电经过桥堆整流后,由5u电容虑波获得300伏电压,提供给门管的C极。如果电磁炉低压是开关电源,该300伏电压还要提供给开关电源。0.27u是电磁炉谐震电容,并联在线盘两端。该电容耐压教高1200伏,一般采用优质的MKP电容,2u是抗电源干扰电容,并联在220伏交流电源上,防止电源干扰脉冲串入电磁炉。以上电容损坏后,容易烧IGBT管,和电磁炉不加热。
===================================
你所讲的这三大电容是:1:抗干扰电容。该电容的作用是防止电磁炉工作时产生的高频干扰串入市电电网,影响其它电器。该电容一般为2uf,是跨接在市电220V之间的,最大耐压275V。2:滤波电容,该电容的作用是把整流后的脉动直流电变成平滑的直流电压。它是直接接在全桥整流之后,一般4uf--5uf。3:谐振电容,它的作用是与并联的加热线圈谐振产生高频的交变电流 ,通常为0.3---0.4uf,最大耐压一般在实物上有标明。

================================

由此看来,电磁炉上的这三类耐压和容量的电容里,最合适的应该是耐压800V以上,容量0.xxμF的那个,其他的两个275V~的我见标的有X2,X2是安规电容,看起来应该是容量比较大的防EMI安规电容,看情况不太能承受过大的功率,楼主有否测试2μF和5μF的两种电磁炉电容?
28楼
引用第24楼TUNGUSKA于2010-04-27 00:15发表的  :

这些一般不会用在纹波很大的电流回路里,如果需要几uF级别较耐电流的电容,那么电磁炉的滤波电容是个不错的选择,一般是275V 5uF.

那个5u的电容能工作在几十-几百KHZ不?
29楼
引用第28楼小特斯拉圈圈于2010-04-27 13:07发表的  :

那个5u的电容能工作在几十-几百KHZ不?

我没实测过那种电容,估计过10A电流还行,用高频可以但可承受的电压纹波会很低。
aoho(作者)
30楼
那5uf电容 在AC50V/100KHz时,电流就已经快200A了!就算这种强度下挨得住,做主电容也要拿上百个来串,长几米,多恶心...
根本没测的必要。
31楼
请问这样的电容怎么样,现在有人1元一个卖,可以做特斯拉吗,价格划算吗?44673

32楼
Ls那是油浸的。。。
33楼
引用第32楼笨笨先生于2010-04-29 08:39发表的  :
请问这样的电容怎么样,现在有人1元一个卖,可以做特斯拉吗,价格划算吗?


nichicon 是好电容,只是这个是胆机用的。
特斯拉立刻发热炸掉
34楼
哦,那我就不买了,我不玩胆机.
再帮我看看这个电容,合适么?
问了很久都没有人可以帮到我,我在电子垃圾市场看到很多这样的电容.红的3元多一个,白的2元多一个.44675

aoho(作者)
35楼
红色那个是德国WIMA 公司的金属化薄膜电容,手册:http://www.wima.com.cn/mkp10.htm
就数据而言,不比CDE的941逊色
36楼
哦,那看来我可以去买一框收集起来,以后弄特斯拉了,哈哈.
37楼
MKP电容,有个老外用的就是这样的
38楼
引用第30楼aoho于2010-04-28 08:39发表的 :
那5uf电容 在AC50V/100KHz时,电流就已经快200A了!就算这种强度下挨得住,做主电容也要拿上百个来串,长几米,多恶心...
根本没测的必要。


听起来确实挺恶心的,看来确实不合适。
2012-7-4 15:26:12
39楼
eaco的和cde的比起来怎么样啊..
+1  科创币    猎鹰   2012-07-05   我看成ehco了。
41楼
回 39楼(bowen) 的帖子
这坟挖的很深呀
2013-8-9 11:27:22
42楼
不是很懂 还得好好的学习下
2014-8-21 22:36:23
43楼
标记
2014-9-21 21:55:11
46楼
CBB会炸的!!!!
2014-9-27 18:42:38
47楼
31楼的。。。。。那是油浸电容,会炸的很爽的[s:41][s:41][s:41][s:41][s:41]

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