Bobina Tesla de estado sólido

Una vez  que me decidí por fabricar una bobina tesla, estudié todas las posibilidades, y opté por fabricar una bobina tesla de estado sólido.

Las bobinas tesla de estado sólido (SSTC, como pasaré a denominar apartir de aqui) son dispositivos cuyo arrollamiento primario se encuentra controlado con una pareja de mosfet en el caso de una configuración en medio puente, y por cuatro en la configuración de puente completo. Por simplicidad y por ser la primera SSTC que acometo me decido por la primera opción.

En general se pueden distinguir dos partes en el dispositivo, y una es la parte de lógica y control de frecuencia, y por otra la parte de potencia.

Etapa de control

En el circuito de control de frecuencia se emplea el conocido Ne555, que nos generará una frecuencua variable de como maximo 100khz en este caso. Esta frecuencia es en realidad poco importante, porque la verdadera estrella del circuito es en 74HC14, que se encarga de autoexcitar la bobina a su frecuencia de resonancia gracias a que se crea una realimentacion entre los debanados del secundario, y la propia antena que activa en integrado.

La salida del 74HC14 activa dos drivers de mosfet. Concretamente los UCC37321, y UCC37322 de lógicas opuestas que atacan un GDT (Gate Driver Transformer) o transformados de activación de puerta del mosfet, que además proporciona un aislamiento galvánico con la etapa de potencia.

El transformador de aislamiento (relacion 1:1) no puede ser nada más sencillo. Se trata de un simple toroide con tres arrollamientos. Un primario dirigido por los "mosfet drivers", y un par de secundarios para cada mosfet.

Toda esta etapa se alimenta con 12v CC, de los cuales un regulador 7805 se encarga de convertir a +5v para el 74HC14. Con esto, y el transformador de impulsos se garantiza un total aislamiento galvánico respecto a la etapa de potencia.

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Distribución de los componentes del generador de frecuencia.

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Distribución de las pistas del generador de frecuencia.

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Etapa de potencia

En la etapa de potencia se emplean dos mosfet (IRPf450) en configuración medio puente. Para obtener la tensión de trabajo, se filtra la tension de red. Para ello se emplean diodos rectificadores de 3 o 4 amperios. En mi caso he empleado los P600M. Se desaconseja completamente emplear los tipicos diodos de la familia 1n400X.

Para filtrar la tension rectificada se dispone de dos condensadores de 400v y 470uF. Las resistencias son simplemente unas resistencias de descarga, que tienen un valor de 200K y 1W.

Los condensadores de trabajo son típicos condensadores radiales de película de poliester de 630v y 1uF

Los diodos de protección para los mosfet son los MUR810 super rápidos con un tiempo de recuperación de <200ns y los 1N5822 en serie con los mosfet.

A la salida de los transformadores de impulsos se colocan unos zener en antiparalelo para suprimir picos de tensión que puedan dañar la capa aislante de la puerta del mosfet.

Es imprescindible refrigerar adecuadamente los mosfet, ya que de lo contrario se calentarian tanto que su vida se veria seriamente comprometida, incluso se destruirian. Por ello si se dispone de un generoso radiador mucho mejor. Además si se quiere añadir refrigeración por ventilacion forzada los mosfet trabajarán perfectamente.

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El bobinado secundario se realiza con un tubo de pvc de canalon, que tiene 75mm de diámetro por 250mm de longitud, sobre el cual se bobina gracias a algún dispositivo parecido a un torno y a bajas revoluciones.

El hilo empleado es de 0.25mm de diámetro, y las vueltas exactas que he dado las ignoro. Simplemente cubrir el tubo con una capa procurando hacer un bobinado perfecto. Para la fijación del hilo se recomienda hacer unos agujeros en la base y la parte superior del tubo de madera que se pueda hacer una especie de nudo al principio y al final del bobinado.

Cuando se tenga lista, y con el fin de evitar posibles irregularidades en la perfecta superficie, se le aplica una ligera capa de barniz nitrocelulosico que proteje y fija el cable.

La parte del toroide es opcional, pero recomiendo adaptar algun tipo de descargador que no sea el hijo, de manera que no se funda el cobre. Pueden ser bolas de papel de aluminio, picos de aluminio, latas y cualquier aparato metalico que os apetezca.

Varias fotos del proyecto:

Etapa de control conectada a los drivers de mosfet y al GDT

Vista del conjunto de la electrónica de la SSTC

Vista de la etapa de potencia montada

Etapa de potencia vista inferior. Detalle del plano de cobre

Vista del conjunto que forma la SSTC