Zelfbouw Tesla Coil

Heb je nu je primaire aangesloten zoals in het schema, of je secundaire? Of nog een andere van 150 windingen?

Als je je primaire hebt aangesloten en gemeten op de primaire: je meting geeft geen realistisch beeld omdat je volledig vertrouwt op het doorgeven van de 'informatie' terug uit de secundaire weer naar je primaire.
Je mosfet heeft ook een interne diode die een deel van je spanning kort kan sluiten.

Als je primair hebt aangesloten en secundair gemeten: je secundaire is een LC kring. Spoel is spoel, de condensator wordt gevormd door je topload tegenover aarde. Zorg dus voor een goed massavlak. Ik zie geen metalen grondplaat op je foto, alleen maar hout.
Voor HF signalen kan je de aarde van je huis niet echt toepassen. Bedek je hout eens met wat aluminiumfolie en je zult waarschijnlijk een netter resultaat krijgen.

Ga je daar een scope aanhangen, dan gaat je gemeten spanning in elkaar donderen door de belasting. De impedantie is superhoog op de resonantiefrequentie, en daarom kunnen er zulke hoge spanningen en velden ontstaan.

Heb je je secundaire aangesloten zoals in het schema, dan krijg je ook vanwege het impedantieverhaal geen realistisch beeld.

Tip: koppel je scope met de secundaire via een lus draad, en meet op die manier wat er op de secundaire staat. Houd die koppeling zwak, dan krijg je een zo klein mogelijke beïnvloeding van je schakeling door je meetapparatuur.

Ten slotte zit je met een condensator van 1 millifarad veel te laag qua resonantiefrequentie. Ook 1µF brengt je eerder in het audio domein. TEnzij dat toevallig op 2MHz resoneert met dat kleine lusje draad.

Maar dan zou ik alsnog de primaire wat meer windingen geven, zodat je een redelijke verhouding tussen de waarde van je spoel en de waarde van je condensator overhoudt.

[Bericht gewijzigd door Ledlover op 3 januari 2022 21:26:00 (15%)]

Primaire winding is aangesloten zoals in het schema. Dit is het zwarte draad in de blauwe kroonsteen op de foto.

Inderdaad dit is precies wat ik doe:

Als je je primaire hebt aangesloten en gemeten op de primaire: je meting geeft geen realistisch beeld omdat je volledig vertrouwt op het doorgeven van de 'informatie' terug uit de secundaire weer naar je primaire.

De 1mF is als ontkoppeling om de voeding stabiel te houden. Die kan enkele amps leveren als de NMOS in geleiding is.

Ah. Ik snap wat je wil bereiken, maar er spelen allemaal lastige dingetjes.

De body diode van je mosfet zal de onderste helft van je trilling opslurpen, verwacht ik. Dat zie je ook in je scopebeeld.

Volgens mij gebruiken mensen in dit soort schakelingen meer IGBT's en gewone BJT's dan mosfets. Maar ik moet bekennen dat ik daar ook niet heel bekend mee ben.

Sluit je pulsgenerator eens direct aan op je primaire (evt via een weerstand). Zet je secundaire op een metalen grondvlak van 50 bij 50cm ofzo. Topload moet er uiteraard op zitten anders heb je alleen maar de parasitaire capaciteit van je spoel die meedoet met LC kring spelen.

Koppel dan via een lus draad je scope inductief met je secundaire. Je kan dan als het goed is een prachtig uitslingerende puls zien.

Je pulsfrequentie hoeft niet in de megahertzen te liggen. Ook op een lagere frequentie moet het gewoon werken. Zelfs op een paar honderd hertz zul je nog secundair een hoge spanning moeten krijgen.
Wat wel gunstig is, is als je primaire dezelfde resonantiefrequentie heeft als je secundaire.

Ik ben er zelf ook wel eens mee bezig geweest. Ik heb een 'halve' vonkzender gebouwd, zonder uitkoppelspoel/secundaire.
Maar wat je hier ziet is dat er al een aanzienlijke HF spanning op te pikken is met een koppellusje op een paar centimeter afstand: https://youtu.be/Xcju_KY31Oc?t=67

Mijn inputspanning is natuurlijk veel hoger, maar het gaat om het principe. De slingering die je op de scope ziet is anderhalve megahertz ofzo. De pulsfrequentie hoor je, die is een paar honderd hertz.

[Bericht gewijzigd door Ledlover op 3 januari 2022 22:32:07 (19%)]

Op 3 januari 2022 21:23:35 schreef Ledlover:

Ten slotte zit je met een condensator van 1 millifarad veel te laag qua resonantiefrequentie. Ook 1µF brengt je eerder in het audio domein. TEnzij dat toevallig op 2MHz resoneert met dat kleine lusje draad.

LEDlover. Deze C van 1mF zit niet in het resonantiecircuit. De resonantie komt van de eigen capaciteit van de spoel en de Cds van de Fet.

Op 3 januari 2022 22:28:46 schreef Ledlover:
Volgens mij gebruiken mensen in dit soort schakelingen meer IGBT's en gewone BJT's dan mosfets. Maar ik moet bekennen dat ik daar ook niet heel bekend mee ben.

Een IRF840 is niet erg geschikt omdat die een vrij hoge RDSon heeft van 0,85 Ω bij een spanning van 10 V op de gate.
Typisch bij een teslaspoel zijn vrij hoge stromen in het primaire circuit wat bij een dergelijk hoge RDSon behoorlijke verliezen gaat geven.

IGBT's worden veel gebruikt bij grote stromen en hoge spanningen. Het voordeel van een IGBT is dat als deze in saturatie gestuurd wordt,de spanning over collector en emitter vrij constant blijft ongeacht de stroom die erdoor loopt. Een IGBT module heeft bijvoorbeeld een VCEsat van 1,7 V bij 600 A. Het gedissipeerde vermogen in de IGBT module is dan 1020 W, veel maar nog beheersbaar met goede koeling.

Mosfets voor hoge spanningen (ook siliciumcarbide) hebben helaas gewoonlijk een relatief hoge RDSon van rond de 20 mΩ Bij (theoretisch) 600 A zou de spanning over de MOSFET 12 V bedragen waarbij de dissipatie stijgt naar 7,2 kW! Je zal dus niet snel een MOSFET vinden voor hoge spanningen én hoge stromen.

Bij teslaspoelen heb je dikwijls hoge piekstromen en relatief hoge spanningen in het primaire circuit, vandaar dat dikwijls IGBT's gebruikt worden.

Voor een kleinere spoel kan het wel met MOSFET's maar ik zou dan wel iets beter nemen dan een IRF840 en een degelijke gatedriver gebruiken, zeker bij hogere frequenties.

Op de eerste foto zie ik dat je een "strike rail" of "strike ring" hebt gemonteerd boven de primaire winding. Die mag niet rondom doorlopen want dan creëer je een bijkomende kortgesloten winding. De topload voorzie je best ook nog van een scherpe punt, een zogenaamd "breakout point" (scherp stukje draad, spijker, naald, ...).

Je hebt gelijk dat een RDSon van 1Ω de stroom limiteert tot 10A (10V voeding). Als ik dat wil verbeteren maar wel VDSmax=600V wil houden dan heb ik waarschijnlijk de ideale mosfet nodig. Dus inderdaad, een IGBT zou een oplossing kunnen zijn.

Mijn gatedriver is een inverter: BS170 en BS250. Ik vond de gemeten rise en fall tijden van 113ns en 52ns wel acceptabel.

Goed punt, dit heb ik inderdaad fout gedaan:

Op de eerste foto zie ik dat je een "strike rail" of "strike ring" hebt gemonteerd boven de primaire winding. Die mag niet rondom doorlopen want dan creëer je een bijkomende kortgesloten winding.

Alhoewel een strike rail behoorlijk overbodig is met mijn spanningen

Ik zie dat de boel in LTspice ook niet werkt. Het gaat pas werken bij een kleinere parasitaire capaciteit. Ik heb nu 400uH secundaire spoel (gemeten) en 3MHz oscillatie, dus de parasitaire capaciteit is 7pF (ongeveer hetzelfde als 10pF in de simulatie ).
LTspice schema:

LTspice resultaat (groen=10pF parasitaire load, blauw=100fF load, onder is VDS en boven is OUT):

Intuïtief begrijp ik dat niet helemaal, maar het lijkt erop dat een hogere resonantie frequentie helpt. 4uH en 10pF geven hetzelfde op VDS, maar uiteraard is de spanning op OUT een stuk lager omdat de strafo verhouding lager is.

Het blijft voor mij een raadsel wat ik nu echt fout doe? Gebruikt het hele internet een totaal ander principe dan de stroom door de primaire spoel snel afschakelen om een spanningspiek op de primaire spoel te veroorzaken? Of welke parameter moet ik een factor 10 verbeteren om wel 10kV te krijgen?

Ik deed de aanname dat je de primaire zou willen aansturen op de resonantiefrequentie van de secundaire (Spoel+parasitaire capaciteit, niet de 1mF) en zo in de secundaire wilde opslingeren.

Maar, je wilt dus eigenlijk in de primaire al opslingeren? Of iets flyback achtigs? Da's eigenlijk wel clever.

@Ledlover: Die bodydiode is ook een goede, had ik nog niet aan gedacht. In de scopebeelden is inderdaad alleen een piek in positieve richting te zien... Zou een diode in serie met de FET helpen? (In geleiderichting als de FET aan is). Uiteraard weer extra spanningsval (en verliezen)... (Een UF4007 ofzo, wel iets snels dat een beetje spanning aan kan)

Ha Floris Jan,

Als je de 'm' in toetst, samen met de rechter alt, krijg je de 'µ'.
Nu staat er eignlijk mili Farad en dat is wel een errugh grote C.

Sommigen toetsen gewoon de u in dat is een beetje de conventie als je geen µ hebt en in ieder geval minder verwarrend.

Je kunt die µ ook vinden achter de Ω-knop in de bovenbalk van dit edit scherm, maar rechter alt+m is sneller.

Heb je misschien het volgende al eens geprobeerd?
- bovenop de draad in een puntje laten eindigen in plaats van die mooie draadcirkels (kleinere parasitaire cap secundair)
- spanning V10P op scoop gemeten --> deze moet relatief vlak blijven; van een grote 1 milli farad verwacht ik niet veel bij een paar MHz
- de min van de powersupply goed aan PE, of aan een metalen grondplaat verbinden (niet zwevend)

Er spelen twee zaken die je over het hoofd lijkt te zien:

Primair is niet resonant met secundair. Niet het allerbelangrijkst, maar het is wel de reden waarom bij traditionele teslaspoelen de primaire afstembaar is met een aftakking op de spoel.

De primaire vormt via de body diode een kortgesloten winding voor één helft van je wisselspanningspsuls.
Die wordt dus volledig kortgesloten en zal dus je oscillatie secundair sneller laten uitdoven. Hoeveel effect dit heeft, hangt er van af hoe strak je primare en secundaire gekoppeld zijn. Maar ik denk dat het absoluut significant is.

Probeer twee dingen:
Maak een LC kring die resonant is op dezelfde frequentie als je secundaire resonantiefrequentie en stuur die aan met je FET.

Plaats zoals Lucky Luke zegt een diode in doorlaatrichting in serie met je FET zodat je primaire niet al je HF energie in je systeem kortsluit zodra de body diode in geleiding komt.

@ Kojazz: nee, die topload is een essentieel onderdeel van de LC kring secundair. Het is een doelbewuste capaciteit, geen parasitaire capaciteit.
Haal je die weg, dan heb je secundair alleen maar een spoel met een erg kleine parasitaire capaciteit en onnodig hoge resonantiefrequentie.
De secondaire van een teslaspoel is een LC kring!

Er zijn redelijk wat MOSFET's te vinden die beter zijn dan een IRF840 en die ook geschikt zijn voor hogere spanningen zoals bijvoorbeeld een SPP20N60C3XKSA1 met RDSon van 0,19 Ω MOSFET's met een lagere RDSon (rond de 20 mΩ) zijn ook goed verkrijgbaar maar die worden dan wel een stuk duurder. Voor wat experimenteren hoeft dat niet maar die IRF840 is echt wel een slechte keuze.

Als je meerdere MHz wil halen ontkom je niet aan een gatedriver. Zie https://www.microchip.com/en-us/products/power-management/mosfet-drive…. Bij dergelijk hoge frequenties gaan er meerdere ampere lopen omdat de gate van de MOSFET erg snel moet geladen en ontladen worden. Persoonlijk zou ik voor lagere frequenties gaan, dan is het allemaal minder kritisch en er zijn niet zoveel ontwerpen voor teslaspoelen die in de megahertzen gaan voor zover ik weet.

Ik heb het gebeuren met resonantie en de body diode even getest.

De testschakeling. Een zichzelf onderbrekend relais zorgt voor spanningspulsjes door de primaire LC kring. Die heb ik met een 1nF afstemcondensator resonant gemaakt. De 330pF condensator lijkt de kracht van de inductiepulsen van de relaisspoel te vergroten.

Zonder afstemcondensator (m.a.w in jouw situatie doch zonder body diode mee te tellen) zie je dit:

Stem ik af tot resonantie, of met volle capaciteit, zie je dit:

Merk op dat de scope op 2v/div staat, en de koppellus gewoon krokodillensnoertje is waarmee de massa en ingang van de probe met elkaar zijn verbonden. Lus ligt op een paar cm afstand. De piekspanningen kunnen bijzonder hoog worden.

Er is evengoed wel een verschil tussen resonantie en volle capaciteit. Een neonlampje dat met het glas tegen de topload ligt, licht op bij resonantie maar niet bij teveel capaciteit, ook al lijkt de spanning op de scope hoog te zijn. Dit kan je in de video zien.

Dan komen we bij de body diode. In jouw schema vormt die een kortsluiting voor het HF pad, via die condensator. In mijn geval sluit ik de diode in sperrichting aan, parallel aan de LC kring.

Dit is het beeld met de diode die de helft van je RF energie kortsluit. Je ziet precies die ene piek die jij op je beeld ook hebt, maar daarna bijna geen mooie uitslingering.

Zoals je ziet, zijn dit video screenshots. Hier is de bijbehorende video: https://youtu.be/YGHh8BKuQ2Q
Niet teveel van verwachten, ik had al aardig wat moeite gestoken in de spoelen resonant met elkaar krijgen en toen eigenlijk geen zin meer om de boel ook nog netjes te documenteren
Zodra ik weer iets verplaatste, kreeg ik het neonlampje weer niet meer brandend en aanverwant gezeik.

Werkt alles goed, dan kan ik vonkjes van een fractie van een millimeter trekken. Zou ik meer vermogen toevoegen (dat is nu beperkt door de kleine pulsen uit het relaisspoeltje en de paar tiental mA die daar doorheen kan lopen), dan zou het vast en zeker beter werken.
Maar eerlijk gezegd vind ik het al bijzonder dat ik het neonlampje kan laten oplichten zonder het ding aan te sluiten!

Alles is een erg instabiele opstelling, de helft zit met krokodillenklemmetjes in elkaar wat uiteraard absoluut niet correct is als je met hoogfrequent bezig bent. Daardoor zie je soms (bij die diodetest bijvoorbeeld) wat afwijkingen in de scopebeelden.

Ook heb ik geen storage scope, waardoor het beeld niet fantastisch is. De tijd tussen RF bursts is in vergelijking met de bursts zelf erg lang, dus dan wordt het beeld zwak of je ziet meerdere bursts in beeld.

Ik heb ook direct aan de secundaire gemeten, toen ik volle schaal mat met een extra zwakke koppeling tussen prim en sec (over de 250v) hield ik dat voor gezien.
Ik heb al eens m'n dipmeter (ingezet als absorptiemeter) om zeep geholpen met dit soort experimenten.

die topload is een essentieel onderdeel van de LC kring secundair

Mee eens, alleen in mijn geval doet die topload niet veel met de oscillatie frequentie. Het lijkt erop dat de spoel zelf al heel veel parasitaire capaciteit heeft. Dit heb ik gemeten door jouw suggestie te gebruiken en de probe als een lus er naast te leggen en de functie generator van de scope aan te sluiten op de primaire spoel.

Zonder topload:

Met topload:

Mijn secundaire spoel is ongeveer 400µH (de overdracht gemeten met een bekende R in serie en het -3dB punt opgezocht). Zonder topload: fosc=5MHz -> Cpar=2.5pF. Met topload: fosc=4.1MHz -> Ctot=3.8pF dus Ctopload=Ctot-Cpar=1.3pF.

Als ik de diode toevoeg in simulatie komt de simulatie vrijwel overeen met een ideale schakelaar:

. In een meting van gisteren zie je dat mijn VDS spanning een eerste piek heeft van ongeveer 60V en daarna wordt het 20Vpp en dempt hij uit. Wanneer je de diode toevoegt in simulatie begint hij nog steeds bij 60Vpp alleen dan blijft hij ook 60Vpp plus wat uit demping. Geel (ch1) is de gate spanning en groen (ch2) is VDS:

Nu mijn ideale model/simulatie aardig klopt kan ik ook aan de knoppen draaien:

• Ron van 0.8Ω naar 0.08Ω geeft 2.8x hogere VDS, dus ook 2.8x hogere VOUT.
• C_parasitic_to_environment van 3.8pF naar 380f brengen geeft 3x hogere VDS, dus ook 3x hogere VOUT.
• Secundaire_winding van 400µH naar 40µH geeft 3x hogere VDS maar VOUT blijft gelijk (alleen de frequentie verandert).
• Secundaire_winding van 400µH naar 4000µH geeft 3x lagere VDS maar VOUT blijft gelijk (alleen de frequentie verandert).

Dus ik moet de hele boel uitknijpen om een factor 10 hogere VOUT te kunnen krijgen en dus vonkjes van een paar millimeter te kunnen krijgen.

De conclusie is dus wel dat mijn circuit niet echt geschikt is voor deze toepassing Want een factor 10 hogere VOUT lijkt me al lastig om te realiseren en eigenlijk wil je een factor 100 om pas echt mooie vonken te krijgen.

EDIT:
Nog een foto van de opstelling voor de eerste 2 overdracht plaatjes. Heb er nu dus wel een ground vlak onder gelegd van aluminium folie, en de probe ligt er met een lusje los naast:

Jouw idee kan wel werken, maar dan moet je dus wel nog een condensator parallel plaatsen aan je primaire spoel, zodat die ook op 4MHz resoneert. Want nu heb je de situatie die ik demonstreer door de afstemcondensator op nul te draaien.
Geen teslatransformator, maar een 'normale' inductieklos of auto ontstekingsbobine.

Pulsgewijs aansturen kan gewoon, dat is wat iedere teslacoil met vonkbrug doet. Zolang de primaire maar ook resoneert! Want dat slingert de spanning primair op tot ver boven de 12v.
Mogelijk moet je dan ook een choke in serie met je voeding zetten zodat je HF energie niet in je voeding terecht komt.

Alternatief is continue aansturen op de resonantiefrequentie. Je kan die fet een terugkoppelwinding geven, dan zoekt ie uit zichzelf de juiste frequentie op:

Lelijk schema maar het aat om het principe. Hier wordt ie dus niet pulsgewijs aangestuurd zoals jij probeert, maar continu, wat ook voor een verdere opslingering kan zorgen.

Ten slotte is je secundaire spoel vrij klein. Je mag gerust op 400 windingen zitten en een grotere topload nemen.

Wil je met je huidige spoel grote vonken maken, dan moet je de voedingsspanning een stuk verhogen.

Ik heb een 1N4007 toegevoegd in het circuit, maar het verbeterd daar vreemd genoeg niet van. LTspice heeft standaard geen simulatie model van de 1N4007 maar met de 1N4148 is er echt duidelijk verbetering (lijkt behoorlijk op wat Ledlover heeft gemeten). Geel (ch1) is weer de gate spanning en groen (ch2) is VDS.

Zonder 1N4007:

Met 1N4007:

De omgeving is niet 100% hetzelfde, heb het circuit los moeten halen om de diode erin te solderen. Maar de scope plaatjes zijn vrijwel hetzelfde. Ja ik weet zeker dat de diode erin zit, zo laat is het nog niet

EDIT:
Dit is het verschil in simulatie tussen met (blauw) en zonder (groen) diode. Degene zonder klopt enigszins met wat ik meet en degene met diode is wel wat je zou verwachten

EDIT2:
Toch maar een 1N4148 tussen gezet (er zou teveel stroom moeten lopen maar het is maar heel kort) en dat maakt geen verschil met de 1N4007. Vreemd want ik had wel verwacht dat het toevoegen van een diode zou helpen.

De IRF840 vervangen door de IRF540. VDS max is nu 100V in plaats van 600V, maar RDSon is nu 77mΩ in plaats van 850mΩ. En ook een 10nF capaciteit parallel aan de primair winding gezet. Het is niet veel, maar hij doet wel wat:

20220104_234526 (1).mp4

EDIT:
Ik meet nu ook negatieve spanningen wanneer ik een schottky diode (MBR1645) gebruik. Voor de volledigheid nog een keer het schema:

Geel (ch1) is IN in het schema en Groen (ch2) is Vprobe in het schema. Ik begrijp nog niet helemaal waarom de MBR1645 wel werkt en de 1N4007 niet (D1 in het schema). In het geval van 1N4007 zie ik hetzelfde gedrag als zonder diode.

[Bericht gewijzigd door Floris-Jan op 5 januari 2022 13:43:03 (45%)]

Het vervangen van het éne in het andere type zal niets uitmaken, jouw schakeling werkt gewoon niet.
Zorg nu eerst een voor een echte Mosfet driver ic, er zijn er genoeg dus daar geef ik geen type voor.
De spanning op de driver hoog genoeg nemen 12 of 15 Volt.

Mijn gedachtegang is: als ik een hoge spanningspiek op de primair spoel zet dan slingert die piek de resonator aan krijg ik hoge spanningen op de secundaire spoel.

Je zal alleen een opslingering van de spanning te zien krijgen op de resonantie frequentie van de LC kring, dus de secundaire spoel met topload.
In dat geval stuur je de Mosfet aan met een externe puls generator, de Mosfet werkt dan als versterker.
Door de resonantie frequentie zelf te laten kiezen door de Mosfet zul je die als oscillator moeten gebruiken.

Ik vind jou spoel veel te klein, wikkel eerst eens flink wat draad op een grotere diameter (pvc) buis, ideaal zou een resonantie frequentie frequentie in de buurt van de 100kHz zijn.
Je topload moet ook fors groter worden gemaakt.
De primaire spoel uit dik draad, gekoppeld met de secundaire.

100kHz is wat je krijgt bij een flinke vloerstaande teslacoil. Dat lijkt mij een te ambitieus plan voor nu.

Een tafelmodelletje kan gewoon tussen de 1 en 2MHz zitten. Ik ben het er verder wel mee eens dat topload en spoel vergroot moeten worden als je echt vonken wil zien.

Wat je op je groene trace ziet, is dat de afstemming niet helemaal precies klopt. Je ziet duidelijk 2 verschillende frequentiecomponenten. Je zit in de buurt maar bent er nog net niet.

Je kan met een dip switch een soort binair samen te stellen, grote afstemcondensator maken met C's van 100p, 270p, 560p, 1n, 2n7, 4n7 en 10n. Uiteraard is die bedoeld voor afstemtests, als je de correcte waarde hebt gevonden dan kan je de vaste waarde in je schakeling solderen.

De afstemming is kritisch voor je resultaat. 'In de buurt' is niet goed genoeg voor lange vonken. Dit is iets wat je maar moeilijk kan simuleren, omdat alles wat je in die primaire spoel zet weer invloed heeft op de resonantiefrequentie daarvan. Met 10nF en 150nH zit je beslist in the ballpark met je huidige setup, maar je zult nog wat moeten tweaken. Al is de secundaire natuurlijk nog wat klein.

De mosfet als oscillator gebruiken kan natuurlijk ook, daar is helemaal niets op tegen behalve dat je waarschijnlijk meer vermogen in je mosfet verstookt.

Oh, wat de 1n4007 betreft, dat is een laagfrequent gelijkrichtdiode. Je werkt hier met radiotechniek, de 1n4007 is gewoon te traag en de MBR waarschijnlijk snel genoeg.

Nog een laatste ding: je gaat als de boel echt goed werkt, gegarandeerd een keer overslag krijgen van secundair naar primair. Zorg er voor dat je niet je signaalgenerator e.d. opblaast door die terugslag.

Op 5 januari 2022 14:07:09 schreef Ledlover:
Oh, wat de 1n4007 betreft, dat is een laagfrequent gelijkrichtdiode. Je werkt hier met radiotechniek, de 1n4007 is gewoon te traag en de MBR waarschijnlijk snel genoeg.

Kijk dat verklaard, vond het al vreemd dat de lagere drempelspanning van de schottky diode nodig zou zijn, bedankt! Ik zal eens kijken of ik de schakelsnelheid van beide diodes kan meten.

Op 5 januari 2022 14:07:09 schreef Ledlover:
Nog een laatste ding: je gaat als de boel echt goed werkt, gegarandeerd een keer overslag krijgen van secundair naar primair. Zorg er voor dat je niet je signaalgenerator e.d. opblaast door die terugslag.

Bedoel je overslag van de topload naar beneden toe? Dat zou ik dan kunnen voorkomen door een ground draadje op een paar cm van de topload te plakken. Of bedoel je direct van de secundaire winding door de isolatie heen naar de primaire winding? Ik ging er vanuit dat als de primaire winding een beetje onderaan zit dat dan ook de spanning van de secundaire winding daar een stuk lager ligt. Dus stel je krijgt met 100 windingen 10kV, dan heb je na 10 windingen 1kV en zal het wel geen vaart lopen met overslag.

Op 5 januari 2022 13:43:50 schreef Martin V:
Zorg nu eerst een voor een echte Mosfet driver ic, er zijn er genoeg dus daar geef ik geen type voor.
De spanning op de driver hoog genoeg nemen 12 of 15 Volt.

Ik heb nu een rise en fall tijd van 113ns en 52ns, met een driver IC zou je dat inderdaad omlaag kunnen brengen naar 10ns. Al denk ik niet dat dat mijn beperkende factor is op dit moment.

Op 5 januari 2022 14:41:09 schreef Floris-Jan:

Bedoel je overslag van de topload naar beneden toe? Dat zou ik dan kunnen voorkomen door een ground draadje op een paar cm van de topload te plakken. Of bedoel je direct van de secundaire winding door de isolatie heen naar de primaire winding? Ik ging er vanuit dat als de primaire winding een beetje onderaan zit dat dan ook de spanning van de secundaire winding daar een stuk lager ligt. Dus stel je krijgt met 100 windingen 10kV, dan heb je na 10 windingen 1kV en zal het wel geen vaart lopen met overslag.

Enerzijds klopt je redenering. Anderzijds kan HF hoogspanning zich heel eigenwijs gedragen.

Ik zou je primaire winding op dezelfde plek houden maar dan met nog een centimeter ruimte tussen je primaire en secundaire. De zwakkere koppeling zal geen probleem moeten zijn. Eventueel kan je je primaire 2 windingen geven.

Wat er soms gebeurt is dat je een boog krijgt die helemaal over je secundaire heen kruipt (en dan is die natuurlijk ook stuk daarna) maar in jouw geval kruipt ie dan ook langs je primaire die er bovenop zit. En alhoewel installatiedraad best wat kan hebben... Beetje voorzichtig mee zijn.

Er zijn genoeg video's op youtube te vinden van allerhande failure modes van tesla coils. Zoals deze: https://www.youtube.com/watch?v=xmA_Y5iSEN8

Maakt allemaal niet zoveel uit als je een aansturing zelf hebt gemaakt en waarvan de actieve componenten maar een paar euro kosten, maar ik houd mijn meetapparatuur vér weg van hoogfrequent hoogspanningen.
Ik heb mijn dipmeter precies met dit soort experimenten al een keer opgeblazen. Metertje sloeg nog niet eens uit en de FET die er in zat was al dood.

Op 5 januari 2022 14:48:46 schreef Ledlover:
Er zijn genoeg video's op youtube te vinden van allerhande failure modes van tesla coils. Zoals deze: https://www.youtube.com/watch?v=xmA_Y5iSEN8

Maakt allemaal niet zoveel uit als je een aansturing zelf hebt gemaakt en waarvan de actieve componenten maar een paar euro kosten, maar ik houd mijn meetapparatuur vér weg van hoogfrequent hoogspanningen.

Dat filmpje is wel sneu zeg

Heb inderdaad een buffer/inverter tussen mijn functie generator en de rest. Mijn ground zit via de scoop aan de echt ground.. Ik kan parallel nog een ground verbinding maken via de power supply.

Op 5 januari 2022 14:07:09 schreef Ledlover:
Wat je op je groene trace ziet, is dat de afstemming niet helemaal precies klopt. Je ziet duidelijk 2 verschillende frequentiecomponenten.

Enigszins off topic, maar voor de grap heb ik dit plaatje eens in Excel gestopt (eerst gesampled met een online digitizer). In Excel zit ook een Fourier functie, zodat je leuk de twee pieken kunt zien. NB: ik zal in de amplitude wel een factor 10 vergeten zijn denk ik.

--
Voor de capaciteit van aan één kant geaarde cilinderspoelen is er de vereenvoudigde Medhurst-formule: C = πε₀D ( 0,4(H/D + 1) + 0,9√(D/H) )
Aan de hand van je foto's (gegeven: de bananenbussen zitten 19 mm uit elkaar!) schatte ik de diameter van de spoelvorm D= 50 mm, en om met 100 windingen op 400 µH te komen zou de hoogte van de wikkeling dan H= 40 mm moeten zijn. Zo kwam ik met Medhurst op een capaciteit van 2,4 pF.
Het is leuk te zien dat voor zowel zelfinductie als capaciteit de theorie goed overeenkomt met de praktijk.

Op 5 januari 2022 14:41:09 schreef Floris-Jan:
Kijk dat verklaard, vond het al vreemd dat de lagere drempelspanning van de schottky diode nodig zou zijn, bedankt! Ik zal eens kijken of ik de schakelsnelheid van beide diodes kan meten.

Ik heb deze schakeling op breadboard gemaakt om het schakelen van de diode te bekijken:

Het input signaal is een blokgolf tussen -1V en 1V, zonder de diode in het schema ziet dat er zo uit:

Met de MBR1645 ziet het er zo uit:

En met de 1N4007 heb ik dit gemeten:

Het schakelgedrag van de 1N4007 ziet er vreemd uit. In eerste instantie schiet de diode gewoon naar de negatieve spanning in plaats van in sper te gaan. Hierdoor kwam in mijn circuit de mosfet body diode waarschijnlijk in geleiding en maakte het dus geen verschil of ik de 1N4007 wel of niet toevoegde.

Op 5 januari 2022 15:57:03 schreef Frederick E. Terman:
[...]Enigszins off topic, maar voor de grap heb ik dit plaatje eens in Excel gestopt (eerst gesampled met een online digitizer). In Excel zit ook een Fourier functie, zodat je leuk de twee pieken kunt zien. NB: ik zal in de amplitude wel een factor 10 vergeten zijn denk ik.
[bijlage]

--
Voor de capaciteit van aan één kant geaarde cilinderspoelen is er de vereenvoudigde Medhurst-formule: C = πε₀D ( 0,4(H/D + 1) + 0,9√(D/H) )
Aan de hand van je foto's (gegeven: de bananenbussen zitten 19 mm uit elkaar!) schatte ik de diameter van de spoelvorm D= 50 mm, en om met 100 windingen op 400 µH te komen zou de hoogte van de wikkeling dan H= 40 mm moeten zijn. Zo kwam ik met Medhurst op een capaciteit van 2,4 pF.
Het is leuk te zien dat voor zowel zelfinductie als capaciteit de theorie goed overeenkomt met de praktijk.

Bedankt voor het delen, erg interessant. Die 50mm diameter en 40mm hoogte kloppen exact! Ik kwam hier terug ergens op 2.5pF dus dat klopt behoorlijk met jouw berekening! Toch begrijp ik niet helemaal waarom de dikte van het isolatie materiaal van het wikkeldraad niet terugkomt in de formule? Theoretisch kan je ook 10 wikkelingen maken in dezelfde hoogte en dan krijg je denk ik echt minder capaciteit (die 10 wikkelingen krijg je als ik bijvoorbeeld isolatiedraad had gebruikt: dikker draad maar ook dikkere isolatie). Of is de aanname voor deze Medhurst-formule dat de isolatie laag qua dikte te verwaarlozen is ten opzichte van het koperdraad?

Wat Medhurst hier berekent is welke capaciteit er over de spoel lijkt te staan. Het is het gecombineerde effect van alle capaciteitjes van alle stukjes spoel naar aarde. Het blijkt dat het voldoende is naar de afmetingen van de cilinder te kijken.

De formule gaat er dan wel van uit dat de spoel redelijk is gemaakt, dus enigszins 'strevend naar hoge Q'.
Zou je bijvoorbeeld maar tien windingen gebruiken over die hoogte, of nog erger: maar één, als een 4 cm hoge wokkel, dan zou blijken dat je dezelfde zelfinductie met een betere Q kunt bereiken met andere afmetingen.
Meestal komt dat neer op: geen idioot lange of dikke spoelen, één laag wikkelen, en liefst wat ruimte tussen de windingen.
En voor dié spoel zou dan Medhurst weer een goede benadering geven (naar verluidt binnen 5%).

--
Wat je bij de 1N4007 daar mooi ziet, is de reverse recovery time: de tijd die de diode nodig heeft om van geleiding naar sper te gaan.
Stel je voor dat hij in geleiding tjokvol met ladingdragers zit, en dat die er bij het sperren eerst allemaal uit moeten. Is dát eenmaal gebeurd, dan pas loopt er geen stroom meer.
Officieel kán een 4007 helemaal geen 100 kHz gelijkrichten, omdat zijn reverse recovery time akelig dicht in de buurt van een halve periode daarvan komt.