Half-bridge SSTC
ハーフブリッジ式SSTCです。
ブートストラップ回路内臓のハーフブリッジ駆動ICでシンプルに仕上げました。
仕様
電圧：150V AC100Vをブリッジダイオードで整流 ＆ 平滑
スイッチング方式：ハーフブリッジ
MOSFET-IC: IRFP250N
DriverIC: IRS2110
共振フィードバック：アンテナ方式
１次コイル巻き数：７回
２次コイル仕様
エナメル線径：0.32mm(=28AWG)
コイルサイズ：φ115mm（直径）×292mm（高さ）
→概算で計算すると、巻き数：913回、エナメル線総長さ：357m
半波長電磁波換算で、共振周波数は420kHz
実験でも420kHzとか、840kHzで共振しました（＾ヮ＾／ｲｪｲ
トロイド（小さいステンレスボール）を載せると周波数が遅くなり350kHz程になります。
テスト段階では0.8Aのスライダックでパワー調節していますが、本番では取り除きます。
回路はとってもシンプルになりましたが、そこそこ強力です。
スイッチを入れた状態でロッドアンテナを触れば動作開始です！
回路図（クリックで大きくなります）
回路図に描かれていない注意点があります。
FET周りはパターン最小にし、浮遊インダクタを極力抑えてください。
ゲート抵抗も20Ω程に大きくすると、オーバーシュートを抑えられます。
IRFのWebサイトにあるFETドライバICの技術資料AN-978は必読です。
浮遊インダクタが大きいと、過電圧が発生し簡単にMOSFETが壊れてしまいます。
初めの頃は、全てのピンが導通してしまうゲート破壊でかなりのFETを駄目にしてしまいました。
動作デモ
Half-Bridge MINI-SSTC Q&A
Ｑ：回路図中のPSW 5Aとは？
Ａ：ポリスイッチ（リセッタブルヒューズ）で過電流が流れた時に、回路を切り離します。Ｑ：写真には回路図に載っていない部品が写っているが（ＩＣや可変抵抗）
Ａ：タイマＩＣ555を使ったインタラプタ回路です。555のパルス出力をIRS2110のSDピンに入力することで、放電の様子が変わります。ですが、基本回路としては回路図のとおりです。
写真は試行錯誤の結果。回路図はそれを必要最小限にまとめたものです。
Ｑ：周波数制御はどうやるの？
Ａ：この回路では周波数は二次コイルの形状に基づく共振周波数の電磁波をアンテナにフィードバックしているので周波数制御はできません。
共振周波数で動作しているということは、もっとも効率よく動作しているということです。
Ｑ：大地アースが取れない場合はどうするの？
Ａ:２次コイルのＧＮＤは大地アースが理想ですが取れなければ、アルミの板を敷いてアースＧＮＤに見立てその上に二次コイルを乗せ、アルミ板と回路図中の▽をつなぎます。
コンセントのＡＣ１００Ｖをトランスを通さずにブリッジダイオードで整流すると、それ以降の回路が全て大地アースから浮いた状態になります。回路上のＧＮＤと大地アースをつないではいけません。
Q：FETがすぐに壊れてしまいます。
浮遊インダクタが大きいと、スイッチング時に大きな電圧が印加されてゲート電極が絶縁破壊することがよくあります。
IRS2110とFETの距離は極力短く配線します。
１次コイルへ向かう配線は縒り線にすることで、浮遊インダクタを抑えます。
（質問があれば順次追加していきます）
そちらの記事を参考に記事の説明どうりにSSTCを作りましたが、IRS2110が、電源を入れるとすぐに熱くなってしまいます。（放電もしません。）
原因、分かりますか？
IRS2110単体でも発熱するでしょうか。
IRS2110回りの回路が影響しているかもしれません。
周りのFETやダイオードを抜いてみたりしながら動作を確かめる必要がありますね。
LOピンが１ピンになるので、ICが下を向くというのも紛らわしく、それで間違う方もいました。
やっぱりIRS2110が逆になっていました。
直したら、しっかり放電もするようになりました。
ありがとうございました。
よかったです。放電ライフをお楽しみください。
あと、一つ分かったことがあります。
電源を半波整流でコンデンサを20000μFにして断続駆動してみたら大きな放電が発生しました。
でも、FETに大きな負担がかかるので電流容量の大きなFET、もしくは、IGBTにする必要がありそうです。
もう一つ教えてください。
SSTCをMIDI変調するにあたって、
IRS2110のSDピンに矩形波を入力すると放電をオーディオ（メロディー？）変調出来ますか？
あと、海外でTL494を使ったオーディオ（PWM）変調があるみたいですが、回路がよく分かりませ ん。何かヒント（もしくは参考URL）をもらえたらうれしいです。
以前に試してみましたが単純には上手く動きません。
SDピンにHを入力すればHOもLOもOFFになって放電は止まりますが、SDピンをLに戻しても放電が再開しないからです。
SDピンをLに戻してからアンテナフィードバック側の回路に１発でもパルスが入ればそれをトリガにして放電が始まります。
いろいろ工夫してチャレンジしてみてください。
TL494もPWMコントローラーICのようですね。
今初めて聞いたICなので具体例は何もわかりません。
ありがとうございます。
いろいろ試してみます。
PLL発振なら、うまくいきそうです。（でも初期周波数設定が難しそう、、、）
はじめまして。期間が開いているので返答してもらえるか不安ですが、、
こちらの記事を参考にさせていただきました。
しっかり放電するのですが、1次コイルにすごく電流が流れてしまいます。
デッドタイムを調整しても僅かしか変わりません。（２０V以上あげられません）
何が原因と考えられますか？
ハーフブリッジなので、コンデンサで電流はとまるはずなのですが、なんらかの誤動作でＦＥＴが二つともＯＮになっているかもしれません。ＦＥＴと並列のダイオードがショートモードで故障することもあります。
電圧を上げて電流がたくさん流れたときにどの素子が熱くなるかなどを手がかりに追っていきます。
しかし、しっかり放電はするのに、、、というのはちょっと不安定なモードの動作ですね。残念ながらこちらで故障原因を見つけてあげることはできません。
ありがとうございます。
調べてみましたがダイオードなど、特に異常はありませんでした。
FETが数秒で触れないほど熱くなり、IRS2110とゲート抵抗が熱くなってきます。
２０V位で３A以上流れるんですが、やはり異常ですよね？
１０V（１A)位から放電はしてくれます。
FETかIRS2110の故障が疑われますね。
これらのICは音もなく静かに逝きますので注意が必要です。
FETは単体でドレインーソース間が短絡してるかどうかで故障を見極めます。IRS2110も単独で電圧だけ印加して熱くなるかどうかで見極めます。
IRS2110を交換したらうまく作動しました。
本当に静かに逝ってしまわれるのですね。
ありがとうございました。
こんにちは。
今日こちらを作ってみたのですが、
通電させたときに0.68uと220uのコンデンサの間のパターンが吹き飛びました。
これはコンデンサ間を1.6mmのIV線にすることで解消したのですが、
もう一度通電させると今度は220uが破裂してしまいました。これはどこかで短絡しているのでしょうか？
FETが壊れ易いと聞いてこちらの故障も疑ったのですが、どのようにしたら壊れたかわかるんでしょう？
煙が出たり焦げたりはしてませんでしたが、こっちも静かに逝ってしまわれるのでしょうか
220uFが破裂するということは、極性が逆なのか、耐電圧が低いことが考えられます。回路図には描いておりませんが220uF-400V位は必要です。100uFでも10uFでもなくても動くかもしれません。
試行錯誤の内はスライダックを使って＋HVのラインの電圧を低いところ徐々に上げていくことを強くオススメします。
すぐ切れるヒューズを入れて、パターンや部品が吹き飛ぶ前にヒューズが切れるようにするべきです。
FETも周りの配線パターンが無駄に長かったりすると大きな起電力を受けてしまってよく壊れます。故障のチェックは各端子間が短絡していたら故障の疑いがあります。
事故のないように自己責任でお願いいたします。
小さい電圧でもなるのですが、なぜか電源電圧が高くなるような動作をします。
きっと、スナバが完璧でなく、平坦コンデンサに高くて高周波の電圧がかかっているのでしょう。
10マイクロf位のフィルムコンデンサを電源ラインに、素子になるべく近く挿入してください。
あと、高い耐圧のフィルムコンデンサ(600vとか)です。
電解コンデンサもなるべく高い耐圧(400vとか)を選びましょう。
お早い返信ありがとうございます。
極性は間違ってなかった気もしますが、言われてみれば耐圧が低いコンデンサを使っていたかもしれません。
スライダックを用いてみるのがよさそうですね。次の実験からそうしてみます。
FETとICの間は出来るだけ近くと聞いておりましたので、そうしております。
どうもありがとうございました。月曜の実験でまた試行錯誤してみます
こんにちは
いまSSTC製作に向けて勉強中の者なんですが、
ゲートドライブ回路について学ぶにはどのようなサイトや書籍がお勧めでしょうか？
初心者の質問ですみませんがよろしくお願いします。
IRFのアプリケーション・ノート：AN-978がわかりやすいです。
ゲートドライブ回路の勉強が面倒くさくてIRFのICを買ってラクをしようというスタンスなので、勉強になるサイトなどはあまり知りません。
ありがとうございます。
がんばってみます。
ブリッジダイオードの直後にある、PSWってなんですか？初めて見るもんで。
ポリスイッチ、リセッタブルヒューズです
ありがとうございます。
あと、+HVとはなんですか？
MOSFETの、 IRFP260は、定格はそれくらいの物を使わないと壊れてしまいますか？
SSTCに関してはまだ、初心者なんで。
Hi Voltageの略です。「このラインは高電圧です」と示しているだけです。
微小信号用のFETでは壊れてしまうでしょうけれど、どこが壊れる／壊れないのラインなのかは試したことがないのでわかりません。
「代わりにこの部品は使えるか？」という質問もいくつか受けますが、わかりませんの一言ですので、いろいろ壊しながら試してみてください。
良さそうなMOSFETで、2SK3131がありました。これは多分使っていいですよね？
このSSTCでは、何W食いますか？
測定していません。
スライダックが100V-1Aほどのものなので、100W以下は確かです。
SSTCを作ろうと思ってるのですがどのように原理などを勉強していけばいいですか?
参考になる本やwebサイトを教えてもらえるとありがたいです。
（テスラコイル作ったことはありません）
よろしくお願いします
私のやり方は参考にならないと思われますが、
googleで検索して上位にきたサイト全般を眺めて、作れそうな回路をまねて作るというものです。
http://www.stevehv.4hv.org/
http://htlab.net/wiki/hv/
などなど。
作る過程で多分上手く動かない状況になるので、
FETの駆動とかコイルの共振とかを目の前にある回路をいじりながら実地に勉強します。
ありがとうございます!
ぼちぼちと頑張っていきます!
初めまして。
DRSSTCの原理を学ぶ為、特に貴殿サイトは大変勉強になります。
DRSSTCの基本的な原理を知りたいのですが、一次側のLC直列共振と二次側のLC直列共振により、お互いのピーク同士が結合して大きな電圧になるという考えで間違いないでしょうか？
またその事を踏まえて設計するにあたり、一次側と二次側の共振周波数を一致させないといけませんが、二次側トロイドのキャパシタンスを求める方法が分からず、二次側の共振周波数を算出する事が出来ません。これは手探りで調べるしかないでしょうか？
ご教授頂けたら幸いです。
そのとおりです。一次と二次が同じ周波数で共振すると二次側に大きな電圧が発生します。
二次側トロイドのキャパシタンスは私は特に数値化した設計はしていません。
アマチュアのなせる技ですが手探りで探しています。
例えばトロイドなしで140kHz, トロイド小で120kHz、大きなトロイドなら110kHz位の調整は効くと思います。
一次コイルの何周目のどこでコンタクトを取るかでも調整が効きます。
教科書的に言えば、トロイド表面積と高さ、グランド表面積、空気の誘電率などで計算はできそうですが、
私は計算したことはありません。
共振周波数の測定方法は↓が参考になります。
http://www.easternvoltageresearch.com/documents/book_drsstcpreview.pdf
有難うございます！
考え方に間違いが無くて安心しました。
なるほど、やはり手探りになりますね。テスラコイルは奥が深いと言われる理由がだんだんと見えて来ました。
頑張って作ってみます。
参考資料有難うございます。早速辞書片手に調べてみようと思います。
こんにちは
SSTCの動画に最近コメントした者です
あの時はお早い返答ありがとうございましたm(__)m
また質問なのですが回路図の20Ωは何Wの抵抗を使えばいいでしょうか？
後、0.47μFと10μFのコンデンサは50v耐圧で大丈夫でしょうか？
2つも質問すみませんよろしくお願いします
５Ｗくらいあればよいかと思います。
５０Ｖ耐圧で大丈夫です。
このレベルのＱ＆Ａは続々と出てきそうですが一つ一つお答えできませんので、あとはいろいろ壊しながらチャレンジしてみてください。
他の方のサイトにもっとスマートで安定した回路もありますので、いろいろ参考にしてみてください。
ありがとうございました
色々試してみます
シングドライブのsstcしか作ったことのない電子工作初心者です。IRS2110がどこに売っているのかわかりません。田舎なので手段がネット通販しかありません。また代用になるものはありませんか。
回路図の1n60は、ショットキーダイオードでしょうか？それともゲルマニウムダイオードでしょうか？
また、ショットキーダイオード1n60を使う場合のゲルマニウムダイオード1n60以外の代用品を教えてください。（秋月で売りきれで、当分入荷しないかもしれないとの事なので代替品が知りたいです。）
ゲルマニウムダイオードです。
当時他のサイトを参考に1N60を選びましたが、普通のシリコンダイオードでも動くと思います。
回路図通りゲルマニウムダイオードじゃないとだめ・・・という考え方（考えないやり方）になってしまうと良くないと思います。
他の部品についても同様です。
丁寧な対応ありがとうございます。
もう一つ質問があるのですが、使用するダイオードは、2次コイルの共振周波数よりも、逆回復時間の短いショットキーバリアダイオードであれば大丈夫でしょうか？
よろしくお願いします。
お決まりの返信になりますが、、試したことがないので回答できません。
ありがとうございました。
自分で実験したりするのも楽しみの一つだと思いました。
色々と試行錯誤してみることにします。
はじめまして。
少し前のコメントについて、意見があります。
4月 23rd, 2013 at 10:17 AMのやつです。
DR化のメリットとは、ソフトスイッチングが実現し、効率が上がることだと思います。
参考文献が見つからないのですが、私の知識から出た結果です。
私もDRSSTCのなんたるかは正確には理解していません。
こちらのサイトの解説がとても参考になります。
http://www.hazardousphysics.com/main/zeus/The_Zeus_Tesla_Coil_1.html
返信ありがとうございます。
もう１つ意見があります。
スナバが回路図中にないのですが、素子は大丈夫でしたか? ちなみに、ダイオードの逆回復時間を考えたなら、素子１つ１つに小容量(1000pfとか)のコンデンサーを入れたほうがいいですよ。
ちなみに(2回目)、スティーブ氏はアンテナに555からの信号をノイズとして100kΩの抵抗を介して入力し、速い起動を実現しています。
これからのご活躍を期待しています。
ノイズフィルター何を使いましたか？
はじめまして。
ここで公開されている回路図でSSTCを製作してみようと思ったのですが、ハーフブリッジに使用されている0.68μFのコンデンサが秋月電子によさそうな物がありませんでした。そこで他のハーフブリッジ回路をインターネットで探してみると、そこでもやはり0.68μFが使われておりました。ここに使用するコンデンサは多少容量が変わっても問題ないのでしょうか？例えば1μFや0.47μFというように。初歩的な質問で申し訳ありませんがよろしくお願い致しします。
問題あるかないか試したことがないのでわかりません。
いろいろ試してみてください。
＊ここは私が作った不完全な回路を公開しているだけで、作り方を教えようというものではないのであくまで参考程度にお願いします