确定了以上原理之后,就明白了VTTC做好的基本方法,和正向设计思路。
接下来从工程角度上看,就剩下加电压这个过程了,
欧姆定律告诉我们,电压越大功率越大,但是这个大在特定系统中是有极限的。
决定他的就是线圈输入阻抗Z
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在特斯拉线圈爱好者领域里,有个非常常见的误解,就是把Zsurge当成是ZLoad
这个问题不仅在国内社群常见,国外社群亦是如此
Zsurge是啥,是L/C开方成正比的指标,这个指标是有量纲的,单位是欧姆
但是常见的是,串联谐振阻抗输入阻抗为0,并联谐振阻抗输入阻抗为∞,这种情况如何估算阻抗。
初级线圈是L1,次级线圈是L3,L1和L3的耦合度是K,
假设初级线圈电流是I1,耦合度是M,自然而然作为松耦合变压器,就会折算阻抗到初级线圈。
而次级线圈的阻抗是电弧,电弧在电路中是一种非常有趣的负载:
电弧类似于电容的介质损耗,所以可以认为是并联到次级线圈的电阻,同样电弧本身存在自容。
那么就可以看作同样存在串联到地的电阻,
主流理论上一般会把电弧看作一段有损开路传输线,均匀的串联电阻,并联电容。
而由于次级线圈的电感量相比于电弧太大了,所以不考虑它的电感特性。
所以可以看作是一个集总参数的RC,R和C都随着电弧的增加分别减少和增加。
而实际上,可以描述为N*R+J1/wC*N这样的简化表达式
扯得有点远,但是必须讲,理解这一点之后。
就能得出松耦合变压器的阻抗计算公式,Zpri=(w*M)^2/Zspark=(w*M)^2/(N*R+J1/wC*N)
以上集总公式是粗糙、不准确的,但是能够反映出趋势
可以看到,初级线圈输入阻抗近似于w的三次方成正比,与耦合系数的平方成正比。
与电弧长度成反比,
有些初中、高中的同学会有疑问,特斯拉线圈的变压器特性到哪去了?
很简单,M=K*sqrt(L1L2),K是耦合度,M是耦合系数,
我们分开K和sqrt(L1L2)两个因子看待问题,K一般越小,M就越小,而如果M相对较大。
两个电感线圈的几何平均值就会越小,这意味L1或者L2中任意一个值小,M就会大。
而这个隐藏规律就是松耦合变压器的变比,也就是我们直觉上的匝比N,进一步验证表达式的有效。
只需要知道关键点就是,初级阻抗和频率、电弧长度、耦合系数、初次级线圈电感量相关的值。
而且是一个动态变化的值,不能傻乎乎的认为,仅仅电感大,电容小阻抗就大(那只是Zsurge)
当理解到这个程度之后,就回到初中学的,如何在有内阻的电源上获得最大的输出功率。
结论是Zs=ZL,而VTTC的Zs是什么?
不谈HFSSTC的扼流圈RFC模式,RFC要用电流源联立分析,相对一楼电路图的电路。
Zs就是电子管的内阻,注意大部分真空管书籍上的动态内阻计算方法是错误的(这里有个大坑、不展开。写不完)
按照动态内阻去算,6P12P根本做不出长度2-30cm的电弧。
而上面的两个内容,已经清楚的告诉读者怎么去计算匹配了,我是用纸算的,可以配合仪器设备测算。
具体的过程同样不展开,因为具体情况具体分析。
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至此阻抗匹配的方法,分析完毕。需注意,以上并没有把初级电容考虑进去,所以不能引申到其他TC上。
VTTC的三板斧最终完成,意味着它在我眼里,任何变换都是富有规律的,正向设计可以顺利进行。
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