PLL генератор с Dead-time для питания SSTC катушки Тесла

Большинство твердотельных катушек Тесла строится по стандартной схеме - низковольтный блок питания (12v) - задающий генератор - драйвер MOSFET транзисторов - гальваническая развязка на ферритовом трансформаторе - высоковольтный блок питания (100-300v) - мост или полумост на полевых транзисторах - первичный контур резонанс-трансформатора.

В данной статье рассматривается улучшенная схема задающего генератора, пригодная для питания мощных полупроводниковых катушек Тесла.

В части стандартных схем используется микросхема TL494 - но возникают определенные сложности с организацией обратной связи, из-за чего, как правило - ее просто не используют. В других схемах используется PLL драйвер на микросхеме CD4046 - но он не способен генерировать Dead-time (пауза между управляющими импульсами, необходимая для корректной работы Full - или Half-bridge). При использовании такой микросхемы велика вероятность пробоя силовых транзисторов.

В своем задающем генераторе я применил стандартную схему включения синтезатора частоты CD4046 для использования режима работы с обратной связью, и микросхему IR2104, формирующую импульсы с фиксированным dead-time длительностью 520ns.

Частота работы генератора задается переменным резистором R5 и конденсатором C1.

Схема собрана на 2х стороннем фольгированном текстолите, верхняя сторона - полностью заземлена.

При использовании с мощными катушками Тесла, устройство должно быть помещено в экранированный корпус. В качестве антенны используется отрезок провода длиной около 10см и размещенный на расстоянии несколько метров от вторичной обмотки резонанс-трансформатора.

Возможны 2 варианта питания силовых транзисторов:

1. На выход подключается драйвер, после него - Gate-drive transformer
2. На выход подключается оптрон, далее - драйвер (питание от независимого понижающего трансформатора).

Форма сигнала на выходе задающего генератора:

Частота может меняться при изменении питающего напряжения - блок питания следует собрать на стабилизаторе 7812, так же помещенном в экранированный корпус.

Схема задающего генератора:

Чертеж печатной платы:

Для питания полумоста из маломощных транзисторов схему можно использовать без внешнего драйвера - достаточно изменить включение IR2104 - описание такого варианта приведено в ее документации.