近日,我发现许多新手对特斯拉线圈设计思路混乱。拿SGTC来说,分为4部分。次级线圈、顶端谐振电容、初级线圈、初级谐振电容。一个显著的问题是,很多新手对于这4部分的顺序不知道该怎么来,初级线圈、次级线圈都绕好了,才发现顶端或初级谐振电容不兼容。这样搞定一个SGTC就会显得十分复杂。
于是,一种最简化设计思路被得出。如果你想自己设计特斯拉线圈,请一定要看完这篇文章,少走弯路!
一般地,一个TC,不论SG还是SS,都要先大概出一个功率,根据你想要的功率,来决定次级线圈的大小。
次级线圈并不是随便绕的,可能你会问为什么,答案是Q值。
众所周知,次级线圈是一个电感,既然是电感,就会有Q值,Q值是电感线圈的感抗与电感线圈电阻的比值,在TC这个项目中,如果线圈的电阻太大,也就是Q值太小,将直接影响电压的升高,也就是影响电弧长度。
众所周知,感抗和频率、电感有关,频率越高、电感越大,感抗就越大,公式为感抗=6.28×频率×电感。
影响Q值的因素为线圈电阻和感抗,电阻越小越好,感抗越大越好。故不能用太细的线绕线圈,这将导致Q值的降低。同样体积下,若使用太粗的线,虽然电阻减小了,但值得一提的是,感抗也会减小,感抗的减小不仅会使Q值降低,而且储能也会减小,若储能减小这就意味着需要一个更大的顶端。所以,粗线更适合绕制大型TC。
在次级线圈固定不变的基础上,我们要尽量提升Q值,就要尽量提高频率,频率又由什么决定?答案是次级线圈电感、顶端谐振电容、次级线圈寄生电容(次级线圈每一匝之间会相当于一个电容)。次级的LC谐振中的L表示次级线圈,C表示顶端电容和线圈寄生电容相加。公式为频率=[6.28×根号下(L×C)]的倒数。可见L固定、C越大频率越低,虽然说C的增加意味着更多的储能更长的电弧,但在Q值的限制下,我们不应将C取的太大,也就是说,不应将次级线圈顶端整的体积太大。因为Q值也限制着电弧的长度。
Q值当然越大越好,一般地,对于TC,大家总结出的经验Q值不应低于300,没有上限,也就是说,次级线圈电感的感抗要是电阻的三百倍以上。
对于频率,一般大型TC的频率为50kHz以下。中型TC为200kHz~50kHz,小型TC则在200kHz以上。电弧长度则由输入功率决定。对于SGTC来说,小型TC的初级谐振电容和初级电感相对较小,故储能小,电弧不长。但它的体积小,看起来也十分和谐。如果是大型TC再整这么高频率,显得有些不合适了。
下面是次级的设计,首先,我们大概选定一个绕线高度和直径,根据这些计算出电感,匝数从粗到细,每换一种线型就计算一次,电感值是越大越好的,根据电感的寄生电容计算出次级固有频率再计算出感抗,根据电阻率和漆包线型号及长度计算出次级电阻。再计算出感抗与电阻的比值。若这个比值很低、就保持高度和直径不变,换用粗一档次的漆包线再进行计算。直到得到一个很高的Q值。这个值至少要1000以上(除非你不加顶端可以直接控制在300)。这时,次级线圈就不用再管,我们加一个顶端,顶端的添加将意味着频率的降低,也就意味着感抗的降低,Q值的降低。计算一下顶端电容,将顶端电容和次级寄生电容相加,我们再计算一次LC谐振频率,根据这个频率再计算一次感抗,根据这个感抗再计算一次Q值,不断增加顶端的体积,最终将Q值控制在300~500之间即可。
接下来,次级和顶端已经设计好了,我们得到一个频率,这就是次级的LC振荡回路频率。我们要做一个同样频率的初级LC振荡回路才能谐振,并确保初级的L能套在次级上。对于SGTC,我们要尽量将初级电容的值提高,电容大小影响着单次储能,电容越大、储能越大、电弧越长。由于电容的值是固定的,电感的值可以根据自己绕再做调节,故我们先设计一个要能套在次级上的初级线圈,计算出初级电感,根据已经确定下来的频率,计算出一个大概的初级谐振电容组的电容的值,根据这个电容值,组合一个电容组,电容组的值接近计算出的值即可。接下来,我们保证频率不变,重新计算,将初级电容组的电容量提高,直到初级线圈匝数减小至2~8匝,总之,初级电容组容量越高越好。如果你最终确定下来为3匝,那么请多绕2匝,这是为了调谐。
于是,一种最简化设计思路被得出。如果你想自己设计特斯拉线圈,请一定要看完这篇文章,少走弯路!
一般地,一个TC,不论SG还是SS,都要先大概出一个功率,根据你想要的功率,来决定次级线圈的大小。
次级线圈并不是随便绕的,可能你会问为什么,答案是Q值。
众所周知,次级线圈是一个电感,既然是电感,就会有Q值,Q值是电感线圈的感抗与电感线圈电阻的比值,在TC这个项目中,如果线圈的电阻太大,也就是Q值太小,将直接影响电压的升高,也就是影响电弧长度。
众所周知,感抗和频率、电感有关,频率越高、电感越大,感抗就越大,公式为感抗=6.28×频率×电感。
影响Q值的因素为线圈电阻和感抗,电阻越小越好,感抗越大越好。故不能用太细的线绕线圈,这将导致Q值的降低。同样体积下,若使用太粗的线,虽然电阻减小了,但值得一提的是,感抗也会减小,感抗的减小不仅会使Q值降低,而且储能也会减小,若储能减小这就意味着需要一个更大的顶端。所以,粗线更适合绕制大型TC。
在次级线圈固定不变的基础上,我们要尽量提升Q值,就要尽量提高频率,频率又由什么决定?答案是次级线圈电感、顶端谐振电容、次级线圈寄生电容(次级线圈每一匝之间会相当于一个电容)。次级的LC谐振中的L表示次级线圈,C表示顶端电容和线圈寄生电容相加。公式为频率=[6.28×根号下(L×C)]的倒数。可见L固定、C越大频率越低,虽然说C的增加意味着更多的储能更长的电弧,但在Q值的限制下,我们不应将C取的太大,也就是说,不应将次级线圈顶端整的体积太大。因为Q值也限制着电弧的长度。
Q值当然越大越好,一般地,对于TC,大家总结出的经验Q值不应低于300,没有上限,也就是说,次级线圈电感的感抗要是电阻的三百倍以上。
对于频率,一般大型TC的频率为50kHz以下。中型TC为200kHz~50kHz,小型TC则在200kHz以上。电弧长度则由输入功率决定。对于SGTC来说,小型TC的初级谐振电容和初级电感相对较小,故储能小,电弧不长。但它的体积小,看起来也十分和谐。如果是大型TC再整这么高频率,显得有些不合适了。
下面是次级的设计,首先,我们大概选定一个绕线高度和直径,根据这些计算出电感,匝数从粗到细,每换一种线型就计算一次,电感值是越大越好的,根据电感的寄生电容计算出次级固有频率再计算出感抗,根据电阻率和漆包线型号及长度计算出次级电阻。再计算出感抗与电阻的比值。若这个比值很低、就保持高度和直径不变,换用粗一档次的漆包线再进行计算。直到得到一个很高的Q值。这个值至少要1000以上(除非你不加顶端可以直接控制在300)。这时,次级线圈就不用再管,我们加一个顶端,顶端的添加将意味着频率的降低,也就意味着感抗的降低,Q值的降低。计算一下顶端电容,将顶端电容和次级寄生电容相加,我们再计算一次LC谐振频率,根据这个频率再计算一次感抗,根据这个感抗再计算一次Q值,不断增加顶端的体积,最终将Q值控制在300~500之间即可。
接下来,次级和顶端已经设计好了,我们得到一个频率,这就是次级的LC振荡回路频率。我们要做一个同样频率的初级LC振荡回路才能谐振,并确保初级的L能套在次级上。对于SGTC,我们要尽量将初级电容的值提高,电容大小影响着单次储能,电容越大、储能越大、电弧越长。由于电容的值是固定的,电感的值可以根据自己绕再做调节,故我们先设计一个要能套在次级上的初级线圈,计算出初级电感,根据已经确定下来的频率,计算出一个大概的初级谐振电容组的电容的值,根据这个电容值,组合一个电容组,电容组的值接近计算出的值即可。接下来,我们保证频率不变,重新计算,将初级电容组的电容量提高,直到初级线圈匝数减小至2~8匝,总之,初级电容组容量越高越好。如果你最终确定下来为3匝,那么请多绕2匝,这是为了调谐。