Coilgun SGP33 - täielik kokkupanek ja testimisjuhised: 12 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selles õpetuses kirjeldatakse, kuidas selles videos näidatud mähispüstoli elektroonikat kokku panna:

SGP-33 kokkupanek Youtube

Selle õpetuse viimasel lehel on ka video, kus näete seda tegevuses. Siin on link.

Selle demo trükkplaate pakkus lahkelt JLCPCB. COM

Eesmärk oli ehitada üheastmeline kergpüstol, mis on kerge, hea jõudlusega ja kasutab üldkasutatavaid osi mõistliku hinna eest.

Funktsioonid:

- üheastmeline, ühe lasuga

- Reguleeritav mähise aktiveerimise impulsi laius

- IGBT-juhitav mähis

- Üks 1000uF/550V kondensaator

- Suurim saavutatud kiirus 36 m/s sõltub suuresti pooli ja mürsu omadustest ning geomeetriast

- Esmane laadimisaeg umbes 8 s, laadimisaeg sõltub tühjenemisajast, videonäites on see 5 s

Ainult elektrooniliste osade kogumaksumus on umbes 140 USA dollarit, välja arvatud mähise vasktraat/ tünn.

Selles õpetuses kirjeldan ainult PCB kokkupanekut.

Annan ka kogu muu teabe, et sellest vooluringist maksimaalselt kasu saada ilma seda õhku laskmata.

Ma ei anna mehaanilise kokkupaneku üksikasjalikku kirjeldust, kuna minu arvates võiks seda parandada / muuta. Selle osa jaoks peate kasutama oma kujutlusvõimet.

Samm: hoiatus

ETTEVAATUST:

Lugege ja mõistke kindlasti seda jaotist!

Vooluahel laeb kondensaatori umbes 525 V. Sellise kondensaatori klemmide puudutamisel paljaste kätega võite ennast tõsiselt vigastada. Samuti (see on vähem ohtlik, kuid sellegipoolest tuleks seda mainida) võib nende tekitatud suur vool tekitada sädemeid ja aurustada õhukesi juhtmeid. Seetõttu kandke alati silmade kaitset!

Kaitseprillid on kohustuslikud

Kondensaator säilitab laengu isegi pärast pealüliti väljalülitamist. Enne vooluringiga töötamist tuleb see tühjendada !!!

Teiseks kasutame kondensaatoris sisalduvat energiat ja muudame selle mürsu kineetiliseks energiaks. Kuigi selle mürsu kiirus on väike, võib see teile (või kellelegi teisele) siiski haiget teha, seetõttu kasutage samu ohutuseeskirju nagu elektriliste tööriistade või muude mehaaniliste tööde tegemisel.

Nii et ärge kunagi suunake seda inimesele, kui see on laetud ja laetud, kasutage tervet mõistust.

2. samm: nõuded tööriistadele ja töökohale

Vajalikud oskused:

Kui olete elektroonikas täiesti uus, pole see projekt teie jaoks. Vaja on järgmisi oskusi:

- Võimalik joota pinnale paigaldatavaid seadmeid, sealhulgas IC -sid, kondensaatoreid ja takistid

- Võimalus kasutada multimeetrit

Vajalikud tööriistad (minimaalselt):

- peenike ots / suur jootekolb

- jootetraat

- Liquid Flux või flux pliiats

- joodetav palmik

- Luup jooteühenduste või mikroskoobi kontrollimiseks

- peened pintsetid

- Multimeeter alalisvoolu pinge mõõtmiseks (525VDC)

Soovitatavad tööriistad (valikuline)

- Reguleeritav toide

- Ostsilloskoop

- kuuma õhu jootmisjaam

Töökoha ettevalmistamine ja üldised töösoovitused:

- Kasutage puhast lauda, eelistatavalt mitte plastikust (et vältida probleeme staatilise laenguga)

- Ärge kasutage riideid, mis tekitavad / kogunevad kergesti laengut (see tekitab sädemeid selle eemaldamisel)

- Kuna peaaegu kellelgi pole kodus ESD -ga ohutut töökohta, soovitan montaaži teha ühe sammuga, st ärge kandke kaasas mõistlikke komponente (kõik pooljuhid, kui need pakendist välja võtate). Asetage kõik komponendid lauale ja alustage.

- Mõned komponendid on üsna väikesed, näiteks takistid ja kondensaatorid 0603 pakendis, need võivad kergesti kaduma minna, võttes pakendist välja ainult ükshaaval

- TSSOP20 pakendis olev laadija IC on kõige raskem joodetav osa, sellel on 0,65 mm samm (tihvtide vaheline kaugus), mis pole veel kaugeltki väikseim tööstusstandard, kuid see võib olla keeruline vähem kogenud inimesele. Kui te pole kindel, soovitaksin teil jootmist kõigepealt trükkida millegi muuga, selle asemel, et oma PCB maha võtta

Jällegi on kogu trükkplaatide kokkupanekuprotsess näidatud selle õpetuse esimesel lehel mainitud videos

Samm: diagramm

Selles osas annan ülevaate vooluringist. Lugege seda hoolikalt, see aitab vältida äsja kokkupandud plaadi kahjustamist.

Vasakul on aku ühendatud. Veenduge, et see oleks kõigis tingimustes alla 8 V, muidu võib laadija vooluahel kahjustada!

Patareid, mida ma kasutasin, on 3,7 V, kuid väga väikese koormuse korral on nende pinge suurem kui 4 V, seega annaksid nad laadijale enne käivitamist kõrgema pinge kui 8 V. Riski võtmata on akuga ühendatud kaks schottky dioodi, mis vähendavad pinget alla 8 V. Need on ka kaitseks ümberpööratud akude eest. Kasutage ka järjestikku kaitset 3 kuni 5A, see võib olla madalpingekaitse nagu sõidukites. Aku tühjenemise vältimiseks, kui püstolit ei kasutata, soovitan ühendada toitelüliti.

Ahela pinge PCB sisendklemmides peaks olema kogu aeg vahemikus 5V kuni 8V, et vooluahel korralikult töötada.

Juhtimisosa sisaldab kaitset alapinge eest ja 3 taimeriahelat. Taimer IC U11 koos LED1 vilkumisega näitab, et laadija vooluahela sisselülitamise käsk on aktiivne. Taimer IC U10 määrab väljundimpulsi laiuse. Impulsi laiust saab reguleerida potentsiomeetriga R36. R8 ja C4/C6 väärtuste puhul vastavalt BOM -ile on vahemik: 510us kuni 2,7ms. Kui vajate impulsside laiust sellest vahemikust välja, saab neid väärtusi vastavalt soovile reguleerida.

Hüppaja J1 saab esialgseks testimiseks avada. Käsk laadija vooluahela lubamiseks läbib selle hüppaja (positiivne loogika, st 0V = laadija keelatud; VBAT = laadija lubatud).

Ülemine keskmine osa sisaldab kondensaatori laadimisahelat. Trafo tippvoolu piir on 10A, see vool on konfigureeritud voolutundliku takistiga R21 ja seda ei tohiks suurendada, vastasel juhul võite riskida trafo südamiku küllastumisega. 10A tipp toob akust veidi üle 3A keskmise voolu, mis sobib minu kasutatud akudele. Kui soovite kasutada muid patareisid, mis ei suuda seda voolu tagada, peate suurendama takisti R21 väärtust. (suurendage takisti R21 väärtust, et vähendada trafo tippvoolu ja seega ka aku keskmist voolu)

Peamise kondensaatori väljundpinget mõõdetakse võrdlusega. See aktiveerib LED2, kui pinge on üle umbes 500 V, ja deaktiveerib laadija, kui pinge on üle 550 V ülepinge korral (mida tegelikult ei tohiks kunagi juhtuda).

ÄRGE KUNAGI LAADIMIST LÜLITA LÜLITAMATA PEAKAPITAATORIGA, KES ON AHJAGA ühendatud. See võib kahjustada laadija IC -d.

Viimane vooluahel on sildahel, mis tühjendab kondensaatori kahe IGBT kaudu koormusse / pooli.

4. samm: PCB kontroll

Kontrollige kõigepealt PCB -d ebatavalise kohta. Need on tootjalt tegelikult kontrollitud ja elektriliselt testitud, kuid alati on hea mõte enne kokkupanekut üle kontrollida. Mul pole kunagi probleeme olnud, see on lihtsalt harjumus.

Gerberi failid saate alla laadida siit:

laadige need üles PCB tootjale, näiteks OSHPARK. COM või JLCPCB. COM või mõnele muule.

Samm: kokkupanek

Komponendi asukoha jaoks laadige alla Exceli BOM -fail ja kaks pdf -faili

Pange kõigepealt kokku väiksem trükkplaat, mis mahutab suurt elektrolüütkondensaatorit. Pöörake tähelepanu õigele polaarsusele!

90 -kraadiseid päiseid, mis ühendavad selle trükkplaadi peamise trükkplaadiga, saab sõltuvalt mehaanilisest kokkupanekust paigaldada ülemisele või alumisele küljele.

ÄRGE jootke päiseid veel põhitrükkplaadile, neid on raske eemaldada. Ühendage kahe PCB vahel kaks lühikest juhtmest, mis on paksemad kui AWG20.

Peamisel trükkplaadil monteerige kõigepealt laadija IC, mis on kõige raskem osa, kui te pole sellega harjunud. Seejärel pange väiksemad komponendid kokku. Esmalt paigaldame kõik kondensaatorid ja takistid. Lihtsaim meetod on panna natuke jootet ühele padjale, seejärel joota komponent esmalt selle padja pintsettide abil. Pole tähtis, kuidas jootekoht selles punktis välja näeb, see on lihtsalt selle kinnitamiseks.

Seejärel joota teine padi. Nüüd kasutage mitte väga hea väljanägemisega jootekohtadel vedelat voolu või pliiatsit ja tehke vuuk uuesti. Kasutage video näiteid viitena sellele, kuidas vastuvõetav jooteühendus välja näeb.

Nüüd liikuge IC -de juurde. Kinnitage üks terminal trükkplaadil, kasutades ülaltoodud meetodit. Seejärel jootke ka kõik teised tihvtid.

Järgmisena paigaldame suuremad komponendid, nagu elektrolüüt- ja kilekondensaatorid, trimpot, LED -id, Mosfetid, dioodid, IGBT -d ja laadija vooluahela trafo.

Kontrollige veel kord kõiki jooteühendusi, veenduge, et ükski komponent pole katki või pragunenud jne.

6. samm: käivitamine

Ettevaatust: Ärge ületage 8V sisendpinget

Kui teil on ostsilloskoop:

Ühendage nupp (tavaliselt avatud) sisenditega SW1 ja SW2.

Veenduge, et hüppaja J1 on avatud. Ideaalis ühendage reguleeritav toiteallikas aku sisendiga. Kui teil pole reguleeritavat töölaua toiteallikat, peate minema otse patareidega. LED 1 peaks vilkuma kohe, kui sisendpinge on kõrgem kui umbes 5,6 V. Alapingeahelal on suur hüsterees, st vooluahela esialgseks sisselülitamiseks peab pinge olema suurem kui 5,6 V, kuid see lülitab vooluahela välja alles siis, kui sisendpinge langeb alla umbes 4,9 V. Selles näites kasutatud akude puhul on see ebaoluline funktsioon, kuid see võib olla kasulik, kui töötate kõrgema sisetakistusega ja/või osaliselt tühjenenud akudega.

Mõõtke sobiva multimeetriga kõrgepinge kondensaatori põhipinget, see peaks jääma 0V -ks, kuna laadija peaks olema välja lülitatud.

Ostsilloskoobiga mõõta surunuppu vajutades impulsi laiust U10 tihvti 3 juures. See peaks olema reguleeritav trimpoti R36 abil ja varieeruma vahemikus 0,5 ms kuni 2,7 ms. Pärast iga nupuvajutust saab impulsi taaskäivitada umbes 5 sekundiga.

Mine sammu juurde … täielik pingetest

kui teil pole ostsilloskoopi:

Tehke samad toimingud nagu eespool, kuid jätke impulsi laiuse mõõtmine vahele, multimeetriga pole midagi mõõta.

Minge… täieliku pingetesti juurde

Samm: täispinge test

Eemaldage sisendpinge.

Sulgege hüppaja J1.

Kontrollige veel kord kõrgepinge kondensaatori õiget polaarsust!

Ühendage kõrgepinge kondensaatori klemmidega eeldatava pinge (> 525V) jaoks mõeldud multimeeter.

Ühendage testimähis väljundklemmidega Coil1 ja Coil2. Madalaim induktiivsuse/takistuse mähis, mida selle vooluahelaga kasutasin, oli AWG20 500uH/0,5 oomi. Videos kasutasin 1mH 1R.

Veenduge, et mähise läheduses või sees poleks ferromagnetilisi materjale.

Kandke kaitseprille

Sisestage aku pinge sisendklemmidele.

Laadija peaks käivituma ja kondensaatori alalispinge peaks kiiresti tõusma.

See peaks stabiliseeruma umbes 520 V juures. Kui see ületab 550 V ja tõuseb endiselt, lülitage sisendpinge kohe välja, laadija IC tagasiside osas oleks midagi valesti. Sel juhul peate uuesti kontrollima kõiki jooteühendusi ja kõigi komponentide õiget paigaldamist.

LED2 peaks nüüd põlema, mis näitab, et põhikondensaator on täielikult laetud.

Vajutage päästiku nuppu, pinge peaks langema paarsada volti, täpne väärtus sõltub reguleeritud impulsi laiusest.

Lülitage sisendpinge välja.

Enne trükkplaatide käitlemist tuleb kondensaator tühjendada

Seda saab teha, oodates, kuni pinge langeb ohutule väärtusele (võtab kaua aega), või tühjendades selle võimsustakisti abil. Tööd teevad ka mitmed järjestikused hõõglambid, vajalike hõõglampide arv sõltub nende pingest, 220V lampide puhul kaks kuni kolm, 120V lampide puhul neli kuni viis

Eemaldage kondensaatori trükkplaadi juhtmed. Mooduli komplekteerimiseks saab kondensaatori nüüd (või hiljem) joota otse emaplaadile sõltuvalt mehaanilisest kokkupanekuprotsessist. Kondensaatorimoodulit on peamisest trükkplaadist raske eemaldada, planeerige vastavalt.

8. samm: mehaaniline

Mehaanilise paigaldamise kaalutlused

Peamisel trükkplaadil on 6 väljalõiget, et seda toele kinnitada. Nende jälgede läheduses on enam -vähem vaskjälgi. PCB paigaldamisel tuleb jälgida, et need jäljed ei oleks kruvile lühised. Seetõttu tuleb kasutada plastist vaheseinu ja plastist seibisid. Korpuseks kasutasin vanametalli tükki, alumiiniumist U-profiili. Metalltoe kasutamisel tuleb see maandada, st ühendada juhtmega aku miinuspoolusele. Juurdepääsetavad osad (puudutatavad osad) on päästik ja aku, nende pingetase on maapinna lähedal. Kui mõni kõrgepingesõlm puutuks kokku metallkorpusega, oleks see lühis maandatud ja kasutaja oleks ohutu. Sõltuvalt korpuse ja mähise kaalust võib kogu seade olla ees üsna raske, nii et käepide tuleb vastavalt paigaldada.

Korpuse saaks ka palju kenamaks muuta, 3D -printida, värvida jne, see on teie otsustada.

9. samm: teooria

Tööpõhimõte on väga lihtne.

Kaks IGBT -d aktiveeritakse samal ajal, ajavahemikuks, mis kestab paarisaja kuni paar ms, sõltuvalt monostabiilse ostsillaatori U10 konfiguratsioonist/reguleerimisest. Seejärel hakkab vool läbi mähise kogunema. Vool vastab magnetvälja tugevusele ja magnetvälja tugevusele pooli sees olevale mürsule avaldatavale jõule. Mürsk hakkab aeglaselt liikuma ja vahetult enne selle keskosa jõudmist pooli keskele lülitatakse IGBT -d välja. Spiraali sees olev vool ei lõpe koheselt, vaid voolab nüüd läbi dioodide ja mõneks ajaks tagasi põhikondensaatorisse. Kuigi vool laguneb, on mähises endiselt magnetväli, nii et see peaks langema nulli lähedale, enne kui mürsu keskosa jõuab pooli keskele, vastasel juhul rakendatakse sellele purunemisjõudu. Reaalse maailma tulemus vastab simulatsioonile. Lõppvool enne impulsi väljalülitamist on 367A (praegune sond 1000A/4V)

10. samm: mähise ehitus

Kiirus 36 m/s saadi järgmise mähisega: 500uH, AWG20, 0,5R, pikkus 22 mm, siseläbimõõt 8 mm. Kasutage toru, mille siseseina ja mürsu vahel on võimalikult väike vahe ning mis võimaldab siiski mürsku vabalt liigutada. Samuti peaks sellel olema võimalikult õhukesed seinad, olles samal ajal väga jäik. Kasutasin roostevabast terasest toru ja mingeid kahjulikke mõjusid ei märganud. Kui kasutate elektrit juhtivat toru, veenduge, et see oleks enne mähistamist isoleeritud sobiva teibiga (mina kasutasin Kaptoni linti). Mähkimise ajal peate võib -olla ajutiselt paigaldama täiendavaid otsatükke, sest mähkimisprotsessi käigus tekivad märkimisväärsed külgjõud. Siis soovitaksin mähised epoksüga kinnitada/kaitsta. See aitab vältida mähiste kahjustamist mähise käsitsemisel/kokkupanemisel. Kogu mähise kokkupanek tuleks teha nii, et mähised ei saaks liikuda. Peakorpusele kinnitamiseks vajate ka mingisugust tuge.

11. samm: vooluahela võimalikud muudatused ja piirangud

522 V laaditud kondensaator sisaldab 136 džauli. Selle vooluahela kasutegur on üsna madal, nagu enamiku lihtsate üheastmeliste konstruktsioonide puhul, mis kiirendavad ferromagnetilisi mürske. Maksimaalset pinget piirab kondensaatori maksimaalne lubatud pinge 550 VDC ja IGBT -de maksimaalne VCE -nimivõimsus. Teised pooli geomeetriad ja madalamad induktiivsuse/takistuse väärtused võivad kaasa tuua suurema kiiruse/efektiivsuse. Selle IGBT maksimaalne määratud tippvool on siiski 600A. On ka teisi sama suurusega IGBT -sid, mis võivad toetada suuremaid hoovusi. Igal juhul, kui kavatsete suurendada mahtuvust või IGBT suurust, kaaluge kindlasti järgmisi põhiprobleeme: Järgige IGBT andmelehel määratud maksimaalset voolu. Ma ei soovita laadija pinget suurendada, tuleb arvestada liiga paljude muutujatega. Suurema mahtuvuse suurendamine ja pikemate impulsside kasutamine suuremate mähiste jaoks suurendab ka IGBT -de võimsuse hajumist. Seetõttu võivad nad vajada jahutusradiaatorit. Soovitan simuleerida muudetud vooluringi esmalt SPICE /Multisim või mõnes muus simulatsioonitarkvaras, et teha kindlaks, milline on tippvool.

Edu!

12. samm: mähispüstol tegevuses

Lihtsalt naljakas juhuslike asjade pildistamine …