【原创DIY第2集】(全桥特斯拉线圈SSTC,磁暴线圈) 200KV输出的开关电源

joyeep · 发表于 2010-1-19 09:52

全桥固态特斯拉（又名全桥驱动超高压输出开关电源）
关键词：特斯拉线圈人造闪电磁暴线圈全桥开关电源谐振高压发生器 LC谐振变换器 SSTC DRSSTC 全桥固态特斯拉线圈

谨以粗劣此文纪念人类历史最伟大的科学家，发明家，交流电之父：尼古拉.特斯拉（另一位达芬奇）
认识尼古拉.特斯拉：
http://baike.baidu.com/view/2719229.html?tp=2_11

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电学连载系列 DIY 之二：
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免责声明：
本人对文章中所写的制作方法保证,但是对依照本文制作特斯拉线圈所导致的触电身亡,烧伤,及其它意外伤害,本人不承担任何法律及道义责任.对于依本文制造的特斯拉线圈对个人财产或公共设施,国家财产可能造成的损失本文作者不承担任何法律责任及连带责任.需由制作人承担相应责任.
特斯拉线圈属于超高压设备,所以制作需要高超的动手能力和丰富的电工经验,未成年人和非专业人员如按照本文制作特斯拉线圈需在专业人员陪同之下方可进行.
而本文作者可向制作者提供免责范围内的技术咨询。

注：本文后续的更多实验会一直更新下去，详细请经常查看本人回帖
未来实验有：
工作模式实验有：脉冲模式，全波模式，平滑模式。

极限实验有：强电子喷射实验{:3_84:}
和线圈微型化即：微型迷你特斯拉线圈

附：本文提供了详细的视频录像和详细的电路原理图！

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做这个电路包括所有的东西到完工，总共花了3天的时间，
但是产生这个想法包括前期理论设计却花了2个多月。
看来磨刀不误砍柴工，一做便成，性能还不差。连续工作5分钟，散热器温度在40度左右，非常理想！

与其他开关电源的不同之处：

1.工作频率非常之高，在350KHZ～700KHZ，（传统的开关电源频率不超过100KHZ ）

2.高频变压器，这个变压器必须是空心的，中间不可以放置任何磁性材料。

（高频对电路板布局有着非常严格的要求，所有的走线尽可能粗和短）

这个系统由2个部分构成：
1.高频电路部分
2.LC 谐振部分

原理简单阐述：

将220V 交流直流成为直流电，然后由H全桥电路变换成400KHZ 左右的高频电压。高频通过高频线圈的初级，在初级产生一个变换的高频磁场，次级线圈耦合出来高频电压大概在2万伏左右，而这个电压同时又是次级线圈的自由谐振驱动电压，次级线圈上面有个环，这个环其实就是一个对空气的电容，这个电容和次级线圈构成了一个LC谐振电路，一旦初级线圈的能量传递给次级后，次级就开始自由谐振，这个谐振是和整个世界产生的，和电磁波发射原理一样，于是次级线圈就产生了高达150KV～200KV 的超高频高压，这个频率非常之高，覆盖范围很广，从300KHZ 到20MHZ 都有，短波收音机可以很清楚的收听到干扰声。甚至调频收音机也可以很清楚的听到。

所以电路的几个关键部分是：
整流->高频变换->升压->LC谐振

220交流->300V 直流->全桥电路（>300KHZ 高频电流）->20KV高频电流->LC谐振升至200KV 高频电流

LC 谐振变压器的基本原理：在物理世界里，类似的松耦合谐振系统到处都有。举个例子，在同一根绷紧的晾衣绳的两个位置，分别各挂一个单摆，就构成了耦合摆。若两摆的频率相近，你会发现有趣的现象。
若初始时让第一个摆摆动，另一个摆不动，然后观察这两个摆的运动，会发现第一个摆会逐渐停下来，同时第二个摆会慢慢动起来；然后第2个摆会逐渐停下来，第一个摆会慢慢动起来；。。。如此往复。能量在两个摆里面不断往返流动，能量流动的大周期与两摆的频率差有关。能量流动的媒介就是晾衣绳。
TC的原理和耦合摆是类似的。能量也是在初级回路和次级回路里往返流动，能量流动的媒介是初级和次级线圈的磁耦合。当然，TC和耦合摆有两点不同：
1，TC的两回路频率相近，所以也象耦合摆一样有能量流动。但两回路的L和C值不同。初级回路大C小L，次级回路小C大L。这决定了当能量传给次级时会升压。
2，TC往往在能量还没有完全传给次级时，即能量传递还未到顶峰时，次级回路就已经击穿放电了。所以损耗较大。
知道了原理，对TC的升压比就很容易计算了。
首先，两线圈本征频率相近，L1C1=L2C2。
其次，理想情况下，能量可基本完全传递给次级。无论初级还是次级，能量都在L和C里高速循环。电压最高时，能量完全储存在C里。所以，
1/2 * C1 * V1^2 = 1/2 * C2 * V2^2。
两式合并，得，V2/V1=Sqrt(L2/L1)。
Sqrt是平方根的意思。

更深层次的全桥特斯拉讨论可以另外开贴，我就几点深层次特斯拉核心说明一下，
为了得到更长的火焰，需要引入灭弧机制，因为连续的电弧会消耗大量的电能，可以在桥交换的时候加入50us的灭弧时间。
线圈的K值> 0.2的时候就需要考虑加入灭弧电路了。

LC 谐振最佳谐振条件，这个设计是整个电路关键和核心，好在可以改变全桥电路频率来完成LC 的谐振频率。

高频谐振线圈的制作方法：
初级用2.5mm的电线在直径11cm，长度为40cm 的PVC 水管上密绕18T.
次级用0.22～0.28mm的高强度漆包线在直径7.5cm，取80cm长的PVC 水管上密绕1200T

绕好后，用直径5cm的水管做成一个环，环外面用铝锡箔纸包好，固定在次级线圈上方，
次级输出上面一端接这个铝锡箔。下端直接接大地！

初级没有什么特殊的地方，密绕好即可。

喜欢动手的朋友现在肯定很想看到完整的电路原理图，
我建议你最好看完演示视频后再决定动手或不动手，
当然所有技术完全公开的；
也不要急于看电路，继续往下看：

放电的照片：
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火焰呈现出分叉状，苍白发红。

输出的高压对空气放电，火花呈现分叉，象一把利剑，喷射状，就像喷出发光的气体一样，火焰平均长度是18cm，这个是有后座力的，可以看得到铁丝在振动，在火花喷射的方式可以感觉了大量的热量，周围发出强烈的臭氧，好在这个臭氧并不是十分浓烈，我没有感觉到任何不适，在火焰周围，可以看到在燃烧的空气，它形成一个燃烧的小球，那是氧气和氮气在燃烧，这个让我想起了球状闪电。

高压拉弧实验也比较让人激动，电弧产生的距离是18cm～25cm(最新记录是30cm)，电弧非常的粗，效果很好，还带红色，尖端拉弧效果反而不好，原因是因为尖端电荷泄露缘故，导致电压上不去就泄漏掉了，平滑的放电隙有利于积攒高压再瞬间释放出来。

结论：对空气放电适合间端放电，而2端放电需要用球隙放电；

在线圈周围有着强大的电磁波，金属都可以感应出高压电，我用一块没有腐蚀的PCB ，距离线圈顶端1米的地方，可以聚集出大约1万伏的高压，之所以有这个想法的时候，是我口袋里面放的钥匙把我麻了一下，准确的说不是麻，是狠狠刺了一下，可以见得这个线圈产生的电压之高。

演示的视频录像大家尽情的欣赏吧，如果觉得不错在视频回复里面留下您宝贵的意见或者投个大拇指的票。
视频地址：（视频地址）

http://v.youku.com/v_show/id_XMTQ2NTk0MTYw.html

电路的基本参数：
工作电压：AC 220V 50HZ
额定功率：1500W （散热器主动散热）
最大输出功率： 2500W （散热器主动散热+风扇强冷）
电路工作频率：400KHZ
输出高压：150KV～250KV
驱动模式：全桥功率驱动

电路原理图回复即可见，不是我故意这样，大家回复我的帖子，发表意见，想法，建议。
也是对我劳动成果的肯定和尊重，也是驱使我下个更疯狂的作品更快出炉的动力。非常感谢！
电路原理图：

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