Coilgun SGP33 - Tam Quraşdırma və Test Təlimatları: 12 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Bu təlimat, bu videoda göstərilən bobin silahının elektronikasını necə yığacağınızı izah edir:

SGP-33 montajı Youtube

Bu təlimatın son səhifəsində hərəkətdə gördüyünüz bir video da var. İşdə link.

JLCPCB. COM tərəfindən lütfən təmin edilən bu demo üçün PCB -lər

Məqsəd, yüngül, yaxşı bir performansa sahib olan və əlverişli bir qiymətə çox istifadə olunan hissələrdən istifadə edən bir mərhələli bobin silahı yaratmaq idi.

Xüsusiyyətləri:

- Tək mərhələ, tək vuruş

- Ayarlanabilir bobin aktivləşdirmə nəbzi genişliyi

- IGBT ilə idarə olunan bobin

- Tək 1000 uF/550 V kondansatör

- 36m/s -də əldə edilən ən yüksək sürət, coil və mərmi xüsusiyyətlərindən və həndəsəsindən çox asılı olacaq

- İlkin şarj müddəti təxminən 8s, doldurma müddəti boşalma müddətindən asılıdır, video nümunəsində 5s

Yalnız elektron hissələrin ümumi dəyəri, bobin üçün mis tel/ barel istisna olmaqla, təxminən 140 ABŞ dollarıdır.

Bu təlimatda yalnız PCB -nin necə yığılacağını təsvir edəcəyəm.

Bu dövrədən partlamadan maksimum fayda əldə etmək üçün bütün digər məlumatları da verəcəyəm.

Mexanik qurğunun ətraflı təsvirini verməyəcəyəm, çünki düşünürəm ki, təkmilləşdirilə / dəyişdirilə bilər. Bu hissə üçün təsəvvürünüzdən istifadə etməlisiniz.

Addım 1: Xəbərdarlıq

DİQQƏT:

Bu bölməni oxuduğunuzdan və başa düşdüyünüzdən əmin olun!

Dövrə təxminən 525V bir kondansatör doldurur. Çılpaq əllərinizlə belə bir kondansatörün terminallarına toxunarsanız özünüzə ciddi zərər verə bilərsiniz. Həm də (bu daha az təhlükəlidir, amma yenə də qeyd edilməlidir) təmin edə bildikləri yüksək cərəyan qığılcımlar yarada və nazik telləri buxarlaya bilər. Buna görə də hər zaman göz qoruyucu geyinin!

Təhlükəsizlik eynəkləri mütləqdir

Əsas açar söndürüldükdən sonra da kondansatör şarjı saxlayır. Dövrə üzərində işləməzdən əvvəl boşaldılmalıdır !!!

İkincisi, kondansatörün içindəki enerjini istifadə edəcəyik və onu bir mərminin kinetik enerjisinə çevirəcəyik. Bu mərminin sürəti aşağı olsa da, yenə də sizə (və ya başqasına) zərər verə bilər, buna görə də elektrik alətləri ilə işləyərkən və ya digər mexaniki işlərdə olduğu kimi eyni təhlükəsizlik qaydalarını istifadə edin.

Buna görə heç vaxt yüklənərkən və yüklənərkən bunu bir adama göstərməyin, sağlam düşüncədən istifadə edin.

Addım 2: Alətlər və iş yeri tələbləri

Lazım olan bacarıqlar:

Elektronikada tamamilə yenisinizsə, bu layihə sizin üçün deyil. Aşağıdakı bacarıqlara ehtiyac var:

- IC -lər, kondansatörlər və rezistorlar da daxil olmaqla səthə montaj cihazlarını lehimləməyi bacarır

- Multimetrdən istifadə etməyi bacarır

Lazımi vasitələr (minimum):

- İncə ucu / böyük uclu lehimləmə dəmiri

- Lehim teli

- Liquid Flux və ya flux qələm

- Sökülən örgü

- Lehim oynaqlarını və ya mikroskopu yoxlamaq üçün böyüdücü şüşə

- İncə cımbızlar

- DC-link gərginliyini ölçmək üçün multimetr (525VDC)

Tövsiyə olunan vasitələr (isteğe bağlı)

- Tənzimlənən enerji təchizatı

- Osiloskop

- İsti hava təmizləmə stansiyası

İş yerinin hazırlanması və ümumi iş tövsiyələri:

- Təmiz bir masa istifadə edin, tercihen plastik deyil (statik yüklə bağlı problemlərin qarşısını almaq üçün)

- Asanlıqla yük yaradan / yığan geyimlərdən istifadə etməyin (çıxardığınız zaman qığılcım yaradan budur)

- Evdə demək olar ki, heç kimin ESD təhlükəsiz iş yeri olmadığı üçün montajı bir addımda etməyi məsləhət görürəm, yəni həssas komponentləri daşımayın (qablaşdırmadan çıxardıqdan sonra bütün yarımkeçiricilər). Bütün komponentləri masaya qoyun və sonra başlayın.

- Bəzi komponentlər olduqca kiçikdir, 0603 paketlərindəki rezistorlar və kondansatörlər kimi, asanlıqla itirilə bilər, qablaşdırmadan bir -bir çıxarırlar.

- TSSOP20 paketindəki şarj cihazı IC, lehimlənməyin ən çətin hissəsidir, hələ də ən kiçik sənaye standartı olmaqdan uzaq olan 0.65 mm -lik (sancaqlar arasındakı məsafə) məsafəyə malikdir, lakin təcrübəsi az olanlar üçün çətin ola bilər. Əmin deyilsinizsə, PCB -ni qırmaq əvəzinə əvvəlcə başqa bir şey üzərində lehimləmə ilə məşğul olmağı məsləhət görürəm

Yenə də bütün PCB montaj prosesi bu təlimatın ilk səhifəsində göstərilən videoda göstərilmişdir

Addım 3: Diaqram

Bu bölmədə dövrə ümumi bir fikir verəcəyəm. Diqqətlə oxuyun, bu, yeni yığdığınız lövhənin zədələnməməsinə kömək edəcək.

Batareya sola bağlanacaq. Bütün şərtlərdə 8V -dan aşağı olduğundan əmin olun, yoxsa şarj cihazı dövrəsi zədələnə bilər!

İstifadə etdiyim batareyalar 3.7V -dir, lakin çox yüngül bir yük altında olduqda 4V -dan yüksək bir gərginliyə sahib olacaqlar, buna görə şarj cihazına başlamazdan əvvəl 8V -dan daha yüksək bir gərginlik verərlər. Heç bir risk almadan, gərginliyi 8V -a endirmək üçün batareya ilə birlikdə iki schottky diod var. Həm də ters çevrilmiş batareyalardan qorunma funksiyasını yerinə yetirirlər. Həm də 3 -dən 5A -a qədər olan bir qoruyucu istifadə edin, bu nəqliyyat vasitələrində istifadə edilənlər kimi aşağı gərginlikli bir qoruyucu ola bilər. Silah istifadə edilmədikdə batareyanı boşaltmamaq üçün əsas güc açarını bağlamağı məsləhət görürəm.

Devrenin düzgün işləməsi üçün PCB giriş terminallarında batareya gərginliyi hər zaman 5V ilə 8V arasında olmalıdır.

Nəzarət hissəsində aşağı gərginlik qorunması və 3 zamanlayıcı dövrə var. LED1 yanıb sönən Taymer IC U11, şarj cihazını açma əmrinin aktiv olduğunu göstərir. Taymer IC U10 çıxış nəbzinin genişliyini təyin edir. Pulse genişliyi potensialiometr R36 ilə tənzimlənə bilər. BOM -a görə R8 və C4/C6 dəyərləri ilə aralıq: 510us -dan 2.7ms -ə qədərdir. Bu aralığın nəbz genişliklərinə ehtiyacınız varsa, bu dəyərlər istədiyiniz kimi tənzimlənə bilər.

Jumper J1 ilkin sınaq üçün açıq ola bilər. Şarj cihazının dövrəsini aktivləşdirmək əmri həmin tullananlardan keçir (müsbət məntiq, yəni 0V = şarj cihazı söndürülmüş; VBAT = şarj cihazı aktivdir).

Üst orta hissədə kondansatör şarj cihazı dövrəsi var. Transformatorun pik cərəyanı həddi 10A -dır, bu cərəyan R21 cərəyan müqaviməti ilə konfiqurasiya edilmişdir və artırılmamalıdır, əks halda transformatorun nüvəsini doyma riski ilə üzləşə bilərsiniz. 10A zirvəsi, istifadə etdiyim batareyalar üçün uyğun olan batareyadan 3A -dan bir qədər artıq cərəyana səbəb olur. Bu cərəyanı təmin edə bilməyən digər batareyalardan istifadə etmək istəyirsinizsə, R21 rezistorunun dəyərini artırmalısınız. (transformatorun pik cərəyanını və nəticədə batareyadan gələn orta cərəyanı azaltmaq üçün R21 rezistorunun dəyərini artırın)

Əsas kondansatörün çıxış gərginliyi bir müqayisə cihazı ilə ölçülür. Gərginlik təxminən 500V -dan yuxarı olduqda LED2 -ni aktivləşdirir və həddindən artıq gərginlik halında 550V -dan yuxarı olduqda şarj cihazını deaktiv edir (əslində belə olmamalıdır).

DEVRƏYƏ BAĞLI ƏSAS KAPASİTÖR OLMADAN ŞARJ AÇMAYIN. Bu, şarj cihazının IC -yə zərər verə bilər.

Son dövr, kondansatörü iki IGBT vasitəsilə yükə / bobinə boşaldan körpü dövrəsidir.

Addım 4: PCB Təftişi

Əvvəlcə PCB -ni qeyri -adi bir şey üçün yoxlayın. İstehsalçıdan əslində yoxlanılır və elektrik sınaqları ilə gəlirlər, amma montajdan əvvəl iki dəfə yoxlamaq yaxşı bir fikirdir. Heç vaxt problem yaşamamışam, bu bir vərdişdir.

Gerber fayllarını buradan yükləyə bilərsiniz:

onları OSHPARK. COM və ya JLCPCB. COM və ya başqa bir PCB istehsalçısına yükləyin.

Addım 5: Montaj

Komponent yeri üçün Excel BOM faylını və iki pdf faylını yükləyin

Əvvəlcə böyük elektrolitik kondansatör tutan kiçik PCB yığın. Doğru polariteye diqqət yetirin!

Bu PCB -ni əsas PCB -yə bağlayacaq 90 dərəcə başlıqlar mexaniki quruluşunuzdan asılı olaraq yuxarı və ya aşağı tərəfə quraşdırıla bilər.

Başlıqları hələ də əsas PCB -yə lehimləməyin, onları çıxarmaq çətindir. İki PCB arasında AWG20 -dən daha qalın iki qısa tel bağlayın.

Əsas PCB -də əvvəlcə alışmadığınız halda ən çətin hissəsi olan şarj cihazı IC -ni yığın. Sonra kiçik hissələri yığın. Əvvəlcə bütün kondansatörləri və rezistorları quraşdıracağıq. Ən asan üsul, bir yastığa bir az lehim qoymaq, sonra əvvəlcə bu cımbızın köməyi ilə komponenti lehimləməkdir. Lehim birləşməsinin bu nöqtədə necə göründüyünün əhəmiyyəti yoxdur, bu yalnız onu yerində düzəltməyə xidmət edir.

Sonra digər yastığı lehimləyin. İndi o qədər də yaxşı görünməyən lehim birləşmələrində maye axını və ya qələm istifadə edin və birləşməni yenidən edin. Videodakı nümunələri məqbul bir lehim birləşməsinin necə göründüyünə istinad olaraq istifadə edin.

İndi IC -lərə keçin. Yuxarıda göstərilən metoddan istifadə edərək PCB -də bir terminal düzəldin. Sonra bütün digər sancaqları da lehimləyin.

Daha sonra elektrolitik və film kondansatörleri, trimpot, LEDlər, Mosfets, diodlar, IGBT'ler və şarj cihazının transformatoru kimi daha böyük komponentləri quraşdıracağıq.

Bütün lehim birləşmələrini iki dəfə yoxlayın, heç bir komponentin qırıq və ya çatlamadığından əmin olun.

Addım 6: Başlanğıc

Diqqət: 8V giriş gərginliyini aşmayın

Bir osiloskopunuz varsa:

SW1 və SW2 girişlərinə bir düyməni (normal olaraq açıq) qoşun.

J1 atlayıcısının açıq olduğunu yoxlayın. İdeal olaraq batareya girişinə tənzimlənən bir masa üstü enerji təchizatı bağlayın. Ayarlanabilir bir masa üstü enerji təchizatı yoxdursa, birbaşa batareyalarla işləməlisiniz. LED 1, giriş gərginliyi təxminən 5.6V -dən yüksək olduqda yanıb -sönməlidir. Düşük gərginlik dövrəsinin böyük bir histerezisi var, yəni dövrəni əvvəlcə gərginliyi açmaq üçün 5.6V -dan yüksək olmalıdır, ancaq giriş gərginliyi təxminən 4.9V -dən aşağı düşdüyü zaman dövrəni söndürəcəkdir. Bu nümunədə istifadə olunan batareyalar üçün bu əlaqəsiz bir xüsusiyyətdir, lakin daxili müqaviməti daha yüksək olan və/və ya qismən boşalmış batareyalarla işləmək faydalı ola bilər.

Əsas yüksək gərginlikli kondansatörün gərginliyini uyğun bir multimetrlə ölçün, şarj cihazının deaktiv ediləcəyi ehtimal edildiyindən 0V olaraq qalmalıdır.

Osiloskopla, düyməni basarkən U10 pin 3-də nəbz genişliyini ölçün. Trimpot R36 ilə tənzimlənməlidir və təxminən 0.5ms ilə 2.7ms arasında dəyişməlidir. Hər düyməni basdıqdan sonra nəbzin yenidən başlamasından təxminən 5 saniyə gecikmə var.

Gedin addım … tam gərginlik testi

osiloskopunuz yoxdursa:

Yuxarıdakı kimi eyni addımları edin, ancaq nəbz genişliyi ölçüsünü atlayın, multimetrlə ölçüləsi heç nə yoxdur.

Tam gərginlik testinə keçin

Addım 7: Tam Gərginlik Testi

Giriş gərginliyini çıxarın.

Jumper J1 -i bağlayın.

Yüksək gərginlikli kondansatörün düzgün polaritesini iki dəfə yoxlayın!

Yüksək gərginlikli kondansatör terminallarına gözlənilən gərginlik (> 525V) üçün qiymətləndirilmiş bir multimetr bağlayın.

Coil1 və Coil2 çıxış terminallarına bir test bobini bağlayın. Bu dövrədə istifadə etdiyim ən aşağı endüktans/müqavimət bobini AWG20 500uH/0.5 Ohm idi. Videoda 1mH 1R istifadə etdim.

Bobin yaxınlığında və ya içərisində heç bir ferromaqnit material olmadığından əmin olun.

Qoruyucu eynək taxın

Giriş terminallarına batareya gərginliyi tətbiq edin.

Şarj cihazı işə salınmalı və kondansatördəki DC gərginliyi sürətlə yüksəlməlidir.

Təxminən 520V -də sabitləşməlidir. 550V -dan yuxarıdırsa və hələ də yüksəlirsə, giriş gərginliyini dərhal söndürün, şarj cihazının IC -nin geribildirim hissəsində bir şey səhv olar. Bu vəziyyətdə, bütün lehim birləşmələrini yenidən yoxlamaq və bütün komponentlərin düzgün quraşdırılmasını yoxlamaq lazımdır.

LED2 indi əsas kondansatörün tam doldurulduğunu göstərən yanmalıdır.

Tətik düyməsini basın, gərginlik bir neçə yüz volt düşməlidir, dəqiq dəyər tənzimlənmiş nəbz genişliyindən asılı olacaq.

Giriş gərginliyini söndürün.

PCB -lərlə işləməzdən əvvəl kondansatörün boşaldılması lazımdır

Bu ya gərginliyin etibarlı bir dəyərə düşməsini gözləməklə (uzun müddət çəkə bilər) ya da güc rezistoru ilə boşaldaraq edilə bilər. İşi ardıcıl olaraq bir neçə közərmə lampası da yerinə yetirəcək, lazım olan ampullərin sayı onların gərginlik dərəcəsindən asılıdır, 220V lampalar üçün iki -üç, 120V lampalar üçün dörd -beş.

Kabelləri kondansatör PCB -dən çıxarın. Modulu tamamlamaq üçün, kondansatör mexaniki montaj prosesindən asılı olaraq indi (və ya daha sonra) birbaşa ana lövhəyə lehimlənə bilər. Kondansatör modulunu əsas PCB -dən çıxarmaq çətindir, buna görə planlayın.

Addım 8: Mexanik

Mexanik montaj məsələləri

Əsas PCB -nin dəstəyə quraşdırılması üçün 6 kəsik var. Bu izlərin yanında az -çox mis izləri var. PCB -ni quraşdırarkən, bu izlərin vidaya qısalmamasına diqqət yetirilməlidir. Buna görə plastik boşluqlar və plastik yuyucular istifadə edilməlidir. Korpus olaraq metal bir parça, alüminium U profil istifadə etdim. Metal bir dəstək istifadə edilərsə, topraklanmalıdır, yəni batareyanın mənfi dirəyinə bir tel ilə bağlanmalıdır. Əlçatan hissələr (toxunula bilən hissələr) tətik açarı və batareyadır, onların gərginlik səviyyəsi yerə yaxındır. Hər hansı bir yüksək gərginlikli qovşaq metal korpusla təmasda olarsa, yerə qısalır və istifadəçi təhlükəsizdir. Korpusun və bobinin ağırlığından asılı olaraq bütün qurğu olduqca ağır ola bilər, buna görə tutacağın buna uyğun olaraq quraşdırılması lazımdır.

Mənzil daha da gözəlləşdirilə bilər, 3D çap, boyalı və s.

Addım 9: nəzəriyyə

İş prinsipi çox sadədir.

İki IGBT, monostable osilatör U10 -un konfiqurasiyasından/tənzimlənməsindən asılı olaraq bir neçə yüzdən bir neçə ms -ə qədər davam edən bir müddət ərzində eyni anda aktivləşdirilir. Sonra cərəyan bobin vasitəsilə yığılmağa başlayır. Cərəyan, maqnit sahəsinin gücünə və maqnit sahəsinin gücünə, rulonun içərisindəki mərmiyə tətbiq olunan qüvvəyə uyğundur. Mərmi yavaş -yavaş hərəkət etməyə başlayır və ortası bobinin ortasına çatmazdan əvvəl IGBT -lər sönür. Bobin içindəki cərəyan dərhal dayanmasa da, artıq diodlardan axaraq bir müddət ana kondansatörə geri axır. Cari çürüyərkən, bobinin içərisində hələ də maqnit sahəsi var, buna görə də mərminin ortası bobinin ortasına çatana qədər bu sıfıra yaxın düşməlidir, əks halda ona bir qırılma qüvvəsi təsir edər. Real dünya nəticəsi simulyasiyaya uyğundur. Pulse sönməzdən əvvəl son cərəyan 367A (cərəyan probu 1000A/4V)

Addım 10: Bobin Tikintisi

36m/s sürəti aşağıdakı bobinlə əldə edilmişdir: 500uH, AWG20, 0.5R, 22mm uzunluq, 8mm daxili diametr. Daxili divar və mərmi arasında mümkün olan ən kiçik boşluğa malik olan və hələ də mərminin sərbəst hərəkət etməsinə imkan verən bir boru istifadə edin. Həm də çox sərt olduğu halda mümkün olan ən incə divarlara sahib olmalıdır. Paslanmayan polad borudan istifadə etdim və heç bir zərərli təsir görmədim. Elektrik keçirici bir boru istifadə edirsinizsə, onu bağlamadan əvvəl uyğun bir lentlə (Kapton lentindən istifadə etdim) izolyasiya etdiyinizə əmin olun. Sarma zamanı əlavə yan hissələri müvəqqəti olaraq quraşdırmaq lazım ola bilər, çünki sarma prosesində xeyli yan qüvvələr əmələ gəlir. Sonra sarımları epoksi ilə düzəltməyi/qorumağı məsləhət görürəm. Bu, bobini idarə edərkən/yığarkən sarımların zədələnməsinin qarşısını almağa kömək edəcəkdir. Bütün bobin yığımı, sarımların hərəkət edə bilməyəcəyi şəkildə edilməlidir. Əsas gövdəyə quraşdırmaq üçün bir növ dəstəyə də ehtiyacınız var.

Addım 11: Dövrün mümkün dəyişiklikləri və məhdudiyyətləri

522V -ə doldurulan kondansatör 136 Joule ehtiva edir. Ferromaqnit mərmi sürətləndirən ən sadə tək mərhələli dizaynlarda olduğu kimi, bu dövrənin səmərəliliyi olduqca aşağıdır. Maksimum gərginlik, icazə verilən maksimum 550VDC kondansatör gərginliyi və IGBT -lərin maksimum VCE dərəcəsi ilə məhdudlaşır. Digər bobin həndəsələri və aşağı endüktans/müqavimət dəyərləri daha yüksək sürətlərə/effektivliyə səbəb ola bilər. Bu IGBT üçün maksimum müəyyən edilmiş pik cərəyanı 600A -dır. Daha yüksək dalğalanma cərəyanlarını dəstəkləyə biləcək eyni ölçülü digər IGBT -lər də var. Hər halda, tutumu və ya IGBT ölçüsünü artırmağı düşünürsünüzsə, aşağıdakı əsas məsələləri nəzərə aldığınızdan əmin olun: IGBT məlumat cədvəlində göstərilən maksimum cərəyana hörmət edin. Şarj cihazının gərginliyini artırmağı məsləhət görmürəm, çox dəyişənləri nəzərə almaq lazımdır. Kapasitansın artırılması və daha böyük bobinlər üçün daha uzun nəbz genişliklərinin istifadəsi də IGBT -lərin güc itkisini artıracaq. Buna görə bir soyuducuya ehtiyac ola bilər. Maksimum cərəyanın nə olacağını müəyyən etmək üçün əvvəlcə SPICE /Multisim və ya digər simulyasiya proqramında dəyişdirilmiş bir dövrə simulyasiya etməyi məsləhət görürəm.

Uğurlar!

Addım 12: Bobin Silahı Fəaliyyətdə

Təsadüfi şeylərə atəş açmaqla əylənmək…