phase locked loop을 도입한 4MHZ HFSSTC 실험

요즈음 실험이 거의 마무리 단계에 다다른 HFSSTC 에 phase locked loop을 도입하면 어떨까하는 생각이 들어 어제,오늘에 걸쳐 급하게 PLL에 관한 공부를 급하게 했습니다.

국내에도 PLL과 관련한 글은 무수하지만, 이를 테슬라코일에 접목시켜 이론적으로 풀이한 케이스는 거의 전무하다싶이 하여 해외자료를 뒤적거리며 공부했습니다..

 

PLL의 동작에 관련한 글은 http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/pll.php3

 

이곳을 참조하십시오. 여기만큼 이해하기 쉽게 써놓은 글은 본적이 없습니다.

 

PLL을 공부하며 네이버지식인을 돌아다니다 보니, 전자공학과의 경우 대학 고학년에 배우는 과정인듯 싶군요..

아직 전자공학 학부 1학년도 안마치고 휴학을 때린 제가 이렇게 이런걸 공부하기엔 너무나 선행학습이 아닌가 생각되기도 하지만..

그냥 취미활동의 일환으로 이해해야겠습니다.

 

해외자료의 경우, PLL을 SSTC에 접목한 이론적 설명이 몇가지 존재하여 이를 나름대로 한글파일에 번역해두었습니다.

처음엔 그냥 영어로 붙여넣기하려 했는데 외국인들 사이트가 대부분 배경색이 존재하여 복붙 과정이 복잡해질질것같아 그냥 번역하였습니다. 이해도 더 잘되고 나쁘지 않았던것같습니다.

 

회로의 경우, 속도가 빠른 74hc4046 발진회로를 이용하였습니다.

만들당시에는 단순히 다용도 발진회로로 사용하려 쓸대없이 단자대를 많이 넣었는데 지금에 와선 회로를 하나 더 안만들어도 되고 잘한것같네요. 기존에 있던 모스펫 드라이버 회로의 경우 4MHZ에 최적화되어있어 사용이 불가능할것으로 판단하였고, 그냥 집에 있는 TC4420을 이용했습니다. 데이터시트를 보니 4420의 경우 상승,하강시간의 경우 ULTRA FAST MOSFET DRIVER 에 못지않은 값을 보여주고 있었습니다. 다만 한가지 걸리는것이 지연시간인데, 지연시간이 길면 궤환신호의 위상과 VCO출력의 위상의 차이가 커져 문제가 생길 여지가 있을것같습니다. 효율저감따위의 문제가 발생하겠지요. 실험결과 작동이 되긴 합니다.

전력측 CLASS-E회로의 경우 이전버전의 HFSSTC에서 따와 그대로 이용했습니다.

전체적인 모습.

PVC파이프수급이 어려워 새로운 2차코일을 감는게 자꾸만 늦춰지네요.

저 코일은 보빈이 종이라 곳곳에 탄 흔적이 있고 이번실험에선 큰 문제가 되진 않겠지만 공진주파수또한 본래의 주파수와 상당히 멀어져있는것같습니다.

모스펫드라이버칩의 경우 발열이 굉장히 심해서 방열판을 붙여주어야합니다.

VCO의 출력파형. 실제로 저렇게 뿌연 상태로 나옵니다..계속 실험을 진행해도 파형의 심한 진동은 개선할 수가 없었습니다.

하프브릿지를 구동하는 외국 제작자들의 파형은 깔끔하게 나오던데, CLASS-E과 모종의 상호작용이 생기며 이런 불안정성이 생기는지 외부 요인이 있는지 알아봐야겠습니다.

 

그래도 대강의 파형 생김새나 움직임등을 보고 LOCKED이 되었는지를 판단할 수 있습니다.

 

아래는 11N50모스펫으로 진행한 실험영상입니다.

 

 

PLL을 사용하지 않고 고정형발진을 사용했을때와 비교할 수 있게 이전버전의 HFSSTC영상도 올려보겠습니다.

 

 

 

PLL을 이용한 것이 대기방전상태일때는 효율이 더 안좋은듯 싶습니다.

발진회로는 항상 2차코일의 공진주파수를 추적해 출력을 내보내지만 궁극적으로 CLASS-E와 미스매칭이 일어나는듯합니다.

따라서 스트리머가 다소 약하고 전력 모스펫의 발열도 굉장히 심합니다. 쿨링팬을 달아 방열시켜줘야 마땅하나 제가 가진것이 1개뿐이라 그럴수가 없었네요..스위칭소자는 하드스위칭 상황에 놓이게되고 많은 스트레스를 받는것같습니다.

고정발진형으로 실험할때에는 한번도 모스펫을 터트린적이 없었는데 오늘 단 몇시간동안 2개를 날려먹었습니다.

 

하지만 금속체를 가까이대어 아크를 발생시키면 잠시나마 매칭이 이뤄지는지 엄청난 아크가 발생합니다.

PLL 방식 동영상에서 후반부에 순간적으로 밝아지며 영상이 갑자기 끝나는데 슬라이닥스 출력에 달아놓은 5A퓨즈가 터졌습니다.

퓨즈가 끊어지기 직전에, 모스펫이 죽었고 이로인해 과전류가 흐르며 많은 전자기장이 발생해 휴대폰의 오작동으로 영상이 끝맺음된것으로 보입니다.

 

아무래도 그냥 고정발진방식으로 사용하며 CLASS-E를 대체할만한 방식을 찾아봐야겠습니다.

 

 

https://blog.naver.com/dongjungim20/221219067571