特斯拉线圈
谈一谈QCW泰斯拉线圈(tesla coil)的BUCK控制部分。
rb-sama 2016-6-19

QCW.DRSSTC是个很有意思的TC种类 。 与普通DRSSTC不同的是,它供电母线上的电压并非恒定。 而是呈现出锯齿波的形状。

QCW发展至今已经有五六年的历史,原理最早是由半波调制的VTTC电弧推演而来。 VTTC的开关元件为vacuum tube,其自身就有整流的作用,当交流电加在阳极上时,不超过其击穿电压,就只允许正弦波的正半波通过。

所以能够观察到VTTC的电弧会形成剑一样笔直的形状。(sword arc) 这样电弧的形成机理尚未有严谨实验探明。 但是普遍被接受的一种说法是,电弧在生长的过程中,能量逐渐累积,能够在顶端不断电离空气,并且能量持续供给,所以能够产生比击穿距离高得多的电弧长度。

而Steve ward使用BUCK方式,对SSTC母线进行供电,成功实现VTTC电弧效果。

分割线->

而BUCK是一种非常不错的开关电源拓扑,可以被应用在QCW上。 而BUCK普通的控制方式是使用PWM方式进行控制。 而普通开关电源控制芯片,大部分工作在有一定积分输入的情况下。 这样的工况很有可能导致超调等不良因素的发生。

所以在PWM芯片之外,有一种比较器的方案,可以被应用在QCW上。


这个电路是来自新加坡的GaoGuangyan。 他的lab中给出了这样一张电路,电路的结构比较简单。 从左到右,可以分析如下。 ->光纤输入PWM信号 ->二阶RC低通滤波器产生比较基准信号 ->BUCK输出反馈与比较器进行比较 ->输出与反馈趋势相反的控制信号

这个电路的优势在于能够通过光纤隔离模拟调制信号。 并且能够产生反馈,保证输出电压的稳定。 它使用的TL3016比较器延迟时间为7.5nS。 一般应用于高频信号的整形上,用在这里非常适合。

输入端的RC起到迟滞作用,避免动作速度太快。 由于实际上是乒乓控制,所以加入RC可以认为是简单的PI控制。 能够决定输出信号的频率。

在实际制作的过程中,发现电路工作较为稳定。 可以使用磁环变压器来隔离输出驱动信号,以驱动高电位端BUCK。

所以说这个电路通过反馈比较的方式来实现斜坡电压发生,设计比较巧妙。 原作者是说能够用来音频调制,但是也许需要把声音转换为PWM。 可以试一试。

但是这个电路在工作过程中,发现了输出波形会存在奇怪的拖尾现象。 这个原因尚未探明,待进一步观察分析。

[修改于 2 年前 - 2017-07-05 03:23:14]

2016-6-19 22:53:20
1楼

非同步整流,输出端负载过轻,电压波形拖尾是正常的。如果控制目标是令输出电压波形紧贴参考电平的变化(无论负载轻重),应作同步整流。

[修改于 3 年前 - 2016-06-19 22:56:43]

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2016-6-20 15:34:46
rb-sama(作者)
2楼

很有可能,也有另一个问题可能是TL3016非R2R运放。 在接近零点处无法正常工作,表现就是拖尾杂波。 这个问题比较麻烦,可能下一版要考虑加入负电源供电了。也许能够有效解决这个问题。

[修改于 3 年前 - 2016-06-20 15:35:52]

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2018-6-25 02:49:12
2018-6-25 02:49:12
3楼


@rb-sama ; 要把buck功率提高最大的障碍就是是否有同步整流,就是用开关管代替原本buck中的超快恢复续流二极管,信号处理方面的话,低边的mosfet或igbt驱动信号再加上死区时间控制,不过需要注意低边开关管的反向尖峰吸收问题。

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2018-6-26 10:26:46
2018-6-26 10:26:46
rb-sama(作者)
4楼

@钢珠子母弹 ,多谢指教。我觉得BUCK功率提高需要注意的是拓扑结构和控制模式,是否工作在电感的最大电流饱和点。

工作在BCM临界导通模式中,这样可以把磁性元件转化利用率提升到最大。

关于你说的最大障碍是同步整流,我并不认同,我认为这是保证拓扑结构工作的基础,他的最大作用是提升效率,

因为用大功率超快回复续流二极管也是可以解决的,只是损耗较大。

[修改于 1 年前 - 2018-06-26 10:26:56]

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