特斯拉线圈主电容选型与设计

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特斯拉线圈主电容选型与设计

aoho2010/04/23高电压技术 IP:广东

特斯拉线圈主电容选型与设计

  特斯拉线圈(以下简称TC)制作，其主电容选择一直是困扰初学者的大难题，为了让更多TC爱好者少走同样弯路，我想有必要把电容筛选的经验心得与大家分享下。

  做TC用的好电容其实很多，首推的当然是美国CDE 电容：

  但好归好，价高也是问题，新的一个得十几元，做个主电容要好多个嘞，一般小城镇还难以买到（网购嘛……但…%#$￥%#…）。

  难道一些常见电容就派不上用场？也许大多数普通无极电容难于单独胜任主电容角色，不过扎堆上阵后还是有其力断金效果，理论上只要串并数量够，每种电容都可以做TC，那么该用多少的量才够呢？这便是正题，以下测试将给出答案。

  先看个模型，实际电容里面既有电感成分也有电阻成分：

  图中，黄色区域表示电容体，内部的ESR，是Equivalent Series Resistance三个单词的缩写，翻译过来就是“等效串联电阻”；ESL，不用说，肯定就是“等效串联电感”，平常说的无感电容，就是这个ESL极小的电容，是做TC的首选电容；EPR，等效并联电阻，这个对TC影响不大，暂且不讨论它；

  电容损坏的主要原因，无非两个：过压击穿；过热（电流）熔断；

    1过压击穿；
  看到诸多童鞋对电容的损坏都判定为过压击穿，我觉得这个可能性较小，因为多数无极电容实际耐压都在标称耐压的1.5倍,2倍甚至3,4倍以上，而大家设计时一般都会低于标称耐压，就算误超了，也只是一点点；

    2：过热（过电流）熔断；
  在标称耐压下工作的无极电容的发热主要由ESR造成，TC的震荡主回路的电流动辄上百安，甚至几千安， ESR影响可想而知，大量实验表明，在TC上折戟的电容多数是因选型与设计不合理，最终将导致过热而损坏，主要表现为引脚端爆裂乌黑。

  既然关键问题出在ESR上，那么测试就得以电容安全热损为主。

  为模拟到TC的工作环境，这里借助原来DRSSTC驱动电路。

  示意图：

  测试强度：

驱动频率：100KHz（主线圈可调）；
脉宽：200us;
脉冲频度：120 BPS;
峰值电压：Vp;

测试时电容波形（104/1200V，软件模拟的，强度相当，老早的测试了，没拍存波形）：

200uS:

120bps:

  实验目的：得到该电容在工作5分钟后温升不超过40度的“最高”峰值电压Vp，它是将来TC主电容设计用量的重要依据。

  以下是我在工作生活中常见的几类电容：

1.高压瓷片电容：

2.普通有机薄膜电容：

CBB81:

CBB22

（这种在09年做的两个音乐TC上用过，不过容量是474，是比一般CBB好，但似乎制作过程中总会坏一两个）

3.突波吸收/电磁炉谐振线圈上用的有机薄膜电容：

MKPH型

（创格的）

（丰明的，一直用它，物美价廉，性能稳定）

STD

(加拿大EACO的，中国有厂，洋玩意儿都有点贵)

4.超高压（静电）薄膜电容：

    （据说也是进口，有待考证）




测试结果：

	容量	标称电压(V)	Vp(V)	参考价格（元）	做TC主电容时设计分压与标称耐压百分比（仅供参考）
1.高压瓷片电容	104 (103*10个)	2000	350	0.2*10=2	<15%
2.普通有机薄膜电容	104(CBB81)	1600	450	1	<25%
474(CBB22)	2000	850	2	<40%
3.突波吸收/电磁炉电容	304(创格)	1200	850	1.5	<80% (推荐)
304（丰明）	1200	1050	1.5
474（EACO）	1200	1000	8
4. 超高压（静电）薄膜电容	472	30000	2000	>2	<6%(不合适)

  几类电容的大致性能在表中红色字体部分基本得到体现，该如何使用这些数据呢？很简单，比如你想使用一些104/1600V CBB81的电容，那么你就把它当做104/400V(1600*25%)的电容来用就好。

  注意：以上参考值是在前面设定的测试脉冲强度下得到的，大家设计时要根据自己
TC实际参数做适当调整，基本上耐压百分比与(你设计的频率^2*脉宽*脉频)/(测试的频率^2*脉宽*脉频)成正比，比如设计频率是200K,那耐压百分比则要减为1/4，若设计脉宽是100us，那耐压百分比可提倍（<100%）。

以上内容，欢迎补充指正；

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