Coilgun SGP33 - pilnas montāžas un pārbaudes instrukcijas: 12 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Šajā apmācībā ir aprakstīts, kā salikt šajā videoklipā parādītās spoles lielgabala elektroniku:

SGP-33 montāža Youtube

Šīs apmācības pēdējā lapā ir arī video, kurā to redzat darbībā. Šeit ir saite.

Šīs demonstrācijas PCB laipni nodrošināja JLCPCB. COM

Mērķis bija izveidot vienpakāpes spoles pistoli, kas būtu viegla, ar labu veiktspēju un izmantotu plaši pieejamās detaļas par saprātīgu cenu.

Iespējas:

- Viens posms, viens šāviens

- Regulējams spoles aktivizācijas impulsa platums

- IGBT vadīta spole

- Viens 1000uF/550V kondensators

- Lielākais ātrums, kas iegūts 36 m/s, lielā mērā būs atkarīgs no spoles un šāviņa īpašībām un ģeometrijas

- Sākotnējais uzlādes laiks aptuveni 8 s, uzlādes laiks ir atkarīgs no izlādes laika, video piemērā tas ir 5 s

Kopējās izmaksas tikai elektroniskām detaļām ir aptuveni 140 ASV dolāru, izņemot spoles vara stiepli/ mucu.

Šajā apmācībā es aprakstīšu tikai to, kā salikt PCB.

Es sniegšu arī visu pārējo informāciju, lai maksimāli izmantotu šo ķēdi, to nespridzinot.

Es nesniegšu detalizētu mehāniskās montāžas aprakstu, jo, manuprāt, to varētu uzlabot / modificēt. Šai daļai jums būs jāizmanto iztēle.

1. darbība: brīdinājums

UZMANĪBU:

Noteikti izlasiet un saprotiet šo sadaļu!

Ķēde uzlādē kondensatoru līdz aptuveni 525 V. Pieskaroties šāda kondensatora spailēm ar kailām rokām, jūs varat nopietni ievainot sevi. Turklāt (tas ir mazāk bīstami, bet tomēr jāpiemin), lielā strāva, ko tie var nodrošināt, var radīt dzirksteles un iztvaikot plānos vadus. Tāpēc vienmēr lietojiet acu aizsargus!

Drošības brilles ir obligātas

Kondensators saglabā uzlādi pat pēc galvenā slēdža izslēgšanas. PIRMS darba pie ķēdes tas ir jāizlādē !!!

Otrkārt, mēs izmantosim kondensatorā esošo enerģiju un pārveidosim to šāviņa kinētiskajā enerģijā. Pat ja šī šāviņa ātrums ir mazs, tas tomēr var kaitēt jums (vai kādam citam), tādēļ izmantojiet tos pašus drošības noteikumus, kas paredzēti, strādājot ar elektroinstrumentiem vai veicot citus mehāniskus darbus.

Tāpēc NEKAD nenorādiet to uz cilvēku, kad tas ir ielādēts un uzlādēts, izmantojiet veselo saprātu.

2. darbība. Prasības darbarīkiem un darbavietā

Nepieciešamās prasmes:

Ja esat pilnīgi jauns elektronikas lietotājs, tad šis projekts nav jums. Nepieciešamas šādas prasmes:

- spēj lodēt virsmas montāžas ierīces, ieskaitot IC, kondensatorus un rezistorus

- Iespēja izmantot multimetru

Nepieciešamie rīki (minimums):

- Smalks uzgalis / liels galu lodāmurs

- lodēšanas stieple

- Šķidruma plūsma vai plūsmas pildspalva

- Lodēšanas pīte

- Lupas, lai pārbaudītu lodēšanas savienojumus vai mikroskopu

- smalkas pincetes

- Multimetrs līdzstrāvas sprieguma mērīšanai (525VDC)

Ieteicamie rīki (pēc izvēles)

- Regulējams barošanas avots

- Osciloskops

- karstā gaisa atkausēšanas stacija

Darba vietas sagatavošana un vispārīgi darba ieteikumi:

- Izmantojiet tīru, vēlams ne plastmasas galdu (lai izvairītos no problēmām ar statisko lādiņu)

- neizmantojiet apģērbu, kas viegli rada / uzkrāj lādiņu (tas ir tas, kas noņem dzirksteles, kad to noņemat)

- Tā kā gandrīz nevienam mājās nav ESD drošas darba vietas, es iesaku montāžu veikt vienā solī, t.i., nenēsāt līdzi saprātīgas sastāvdaļas (visus pusvadītājus, tiklīdz tos izņemat no iepakojuma). Novietojiet visas sastāvdaļas uz galda un pēc tam sāciet.

- Dažas sastāvdaļas ir diezgan mazas, piemēram, rezistori un kondensatori 0603 iepakojumā, tie var viegli pazust, tikai pa vienam izņemt no iepakojuma

- Lādētāja IC TSSOP20 iepakojumā ir visgrūtāk pielodējamā daļa, tā slīpums ir 0,65 mm (attālums starp tapām), kas joprojām ir tālu no mazākā nozares standarta, taču tas var būt grūti kādam mazāk pieredzējušam. Ja neesat pārliecināts, es ieteiktu vispirms apmācīt lodēšanu ar kaut ko citu, nevis atdalīt PCB

Atkal viss PCB montāžas process ir parādīts videoklipā, kas minēts šīs apmācības pirmajā lapā

3. darbība: diagramma

Šajā sadaļā es sniegšu ķēdes pārskatu. Izlasiet to uzmanīgi, tas palīdzēs izvairīties no tikko samontētās plāksnes bojājumiem.

Kreisajā pusē akumulators tiks pievienots. Pārliecinieties, ka visos apstākļos tas ir zemāks par 8 V, pretējā gadījumā var tikt bojāta lādētāja ķēde!

Baterijas, kuras es izmantoju, ir 3,7 V, bet tām būs spriegums, kas lielāks par 4 V, ja tās ir ļoti vieglas slodzes, tāpēc tās pirms uzlādes sākšanas lādētājam piešķirs augstāku spriegumu nekā 8 V. Neriskējot, ir divas sērijveida diodes ar akumulatoru, lai samazinātu spriegumu zem 8V. Tie kalpo arī kā aizsardzība pret apgrieztām baterijām. Sērijveidā izmantojiet arī drošinātāju no 3 līdz 5A, tas var būt zemsprieguma drošinātājs, kāds tiek izmantots transportlīdzekļos. Lai izvairītos no akumulatora izlādes, kad pistole netiek lietota, iesaku pievienot galveno strāvas slēdzi.

Lai ķēde darbotos pareizi, akumulatora spriegumam PCB ieejas spailēs vienmēr jābūt starp 5V un 8V.

Vadības sadaļā ir aizsardzība pret zemu spriegumu un 3 taimera ķēdes. Taimeris IC U11 ar mirgojošu LED1 norāda, ka lādētāja ķēdes ieslēgšanas komanda ir aktīva. Taimeris IC U10 nosaka izejas impulsa platumu. Impulsa platumu var regulēt ar potenciometru R36. Ar R8 un C4/C6 vērtībām saskaņā ar BOM diapazons ir: 510us līdz 2,7ms. Ja nepieciešams impulsa platums ārpus šī diapazona, šīs vērtības var pielāgot pēc vēlēšanās.

Džemperi J1 var atvērt sākotnējai pārbaudei. Lādētāja ķēdes iespējošanas komanda iet caur šo džemperi (pozitīva loģika, ti, 0V = lādētājs ir atspējots; VBAT = lādētājs ir iespējots).

Augšējā vidusdaļā ir kondensatora lādētāja ķēde. Transformatora maksimālās strāvas ierobežojums ir 10A, šī strāva ir konfigurēta ar strāvas jutības rezistoru R21, un to nevajadzētu palielināt, vai arī jūs varat riskēt piesātināt transformatora serdi. 10A maksimums rada nedaudz vairāk par 3A vidējo strāvu no akumulatora, kas ir piemērots manām baterijām. Ja vēlaties izmantot citas baterijas, kuras nevar nodrošināt šo strāvu, jums jāpalielina rezistora R21 vērtība. (palielināt rezistora R21 vērtību, lai samazinātu transformatora maksimālo strāvu un līdz ar to vidējo strāvu no akumulatora)

Galvenā kondensatora izejas spriegumu mēra ar salīdzinātāju. Tas aktivizē LED2, ja spriegums ir virs aptuveni 500 V, un deaktivizē lādētāju, ja spriegums ir virs 550 V. pārsprieguma gadījumā (tam faktiski nevajadzētu notikt).

NEKAD NEIESLĒDZIET LĀDĒTĀJU BEZ GALVENĀ KAPACITORA, KAS PIEVIENOTS CETURIEM. Tas var sabojāt lādētāja IC.

Pēdējā ķēde ir tilta ķēde, kas caur diviem IGBT izlādē kondensatoru slodzē / spolē.

4. solis: PCB pārbaude

Vispirms pārbaudiet, vai PCB nav nekas neparasts. Tie ir faktiski pārbaudīti un elektriski pārbaudīti no ražotāja, taču vienmēr ir laba ideja vēlreiz pārbaudīt pirms montāžas. Man nekad nav bijušas problēmas, tas ir tikai ieradums.

Jūs varat lejupielādēt Gerber failus šeit:

augšupielādējiet tos PCB ražotājā, piemēram, OSHPARK. COM vai JLCPCB. COM vai jebkurā citā.

5. solis: montāža

Lejupielādējiet Excel BOM failu un divus pdf failus komponenta atrašanās vietai

Vispirms salieciet mazāko PCB, kurā atrodas lielais elektrolītiskais kondensators. Pievērsiet uzmanību pareizai polaritātei!

90 grādu galvenes, kas savienos šo PCB ar galveno PCB, var tikt uzstādītas augšējā vai apakšējā pusē atkarībā no jūsu mehāniskās montāžas.

Vēl NELOJIET galvenes galvenajā PCB, tās ir grūti noņemt. Savienojiet divus īsus vadus, kas ir biezāki par AWG20 starp abiem PCB.

Galvenajā PCB vispirms salieciet lādētāja IC, kas ir visgrūtākā daļa, ja neesat pie tā pieradis. Pēc tam salieciet mazākās detaļas. Vispirms mēs uzstādīsim visus kondensatorus un rezistorus. Vienkāršākā metode ir uzlikt nedaudz lodēšanas uz viena spilventiņa, pēc tam ar šī pincetes palīdzību pielodēt sastāvdaļu. Nav svarīgi, kā lodēšanas savienojums izskatās šajā brīdī, tas kalpo tikai tā nostiprināšanai vietā.

Pēc tam lodējiet otru spilventiņu. Tagad izmantojiet šķidruma plūsmu vai plūsmas pildspalvu uz ne tik izskatīgajiem lodēšanas savienojumiem un veiciet savienojumu vēlreiz. Izmantojiet video piemērus kā atsauci, kā izskatās pieņemams lodēšanas savienojums.

Tagad pārejiet pie IC. Piestipriniet vienu termināli uz PCB, izmantojot iepriekš minēto metodi. Tad pielodējiet arī visas pārējās tapas.

Tālāk mēs uzstādīsim lielākus komponentus, piemēram, elektrolītiskos un plēves kondensatorus, trimpotu, gaismas diodes, Mosfets, diodes, IGBT un lādētāja ķēdes transformatoru.

Vēlreiz pārbaudiet visus lodēšanas savienojumus, pārliecinieties, ka neviena sastāvdaļa nav salauzta vai saplaisājusi utt.

6. darbība: palaišana

Uzmanību: nepārsniedziet 8 V ieejas spriegumu

Ja jums ir osciloskops:

Pievienojiet spiedpogu (parasti atvērta) ievadiem SW1 un SW2.

Pārbaudiet, vai džemperis J1 ir atvērts. Ideālā gadījumā pievienojiet akumulatora ieejai regulējamu barošanas avotu uz galda. Ja jums nav regulējama barošanas avota uz galda, jums būs jādodas tieši ar baterijām. Gaismas diodei 1 vajadzētu mirgot, tiklīdz ieejas spriegums ir augstāks par aptuveni 5,6 V. Zemsprieguma ķēdei ir liela histerēze, t.i., lai sākotnēji ieslēgtu ķēdi, spriegumam jābūt augstākam par 5,6 V, bet tas izslēgs ķēdi tikai tad, kad ieejas spriegums nokrītas zem aptuveni 4,9 V. Šajā piemērā izmantotajām baterijām tas nav svarīgi, taču tas var būt noderīgi, strādājot ar baterijām, kurām ir lielāka iekšējā pretestība un/vai tās ir daļēji izlādētas.

Izmēriet galveno augstsprieguma kondensatora spriegumu ar piemērotu multimetru, tam vajadzētu palikt 0 V, jo lādētājs ir deaktivizēts.

Ar osciloskopu, nospiežot spiedpogu, izmēriet impulsa platumu U10 3. tapā. Tam jābūt regulējamam ar trimpot R36, un tam jābūt no 0,5 līdz 2,7 ms. Pēc katras pogas nospiešanas impulsu var atsākt apmēram 5 sekundes.

Pārejiet uz soli… pilns sprieguma tests

ja jums nav osciloskopa:

Veiciet tādas pašas darbības kā iepriekš, bet izlaidiet impulsa platuma mērījumus, ar multimetru nekas nav jāmēra.

Dodieties uz … pilna sprieguma pārbaude

7. solis: pilna sprieguma pārbaude

Noņemiet ieejas spriegumu.

Aizveriet džemperi J1.

Vēlreiz pārbaudiet augstsprieguma kondensatora pareizo polaritāti!

Pievienojiet augstsprieguma kondensatora spailēm multimetru, kas paredzēts paredzētajam spriegumam (> 525V).

Pievienojiet testa spoli izejas spailēm Coil1 un Coil2. Zemākā induktivitātes/pretestības spole, ko izmantoju šajā ķēdē, bija AWG20 500uH/0,5 omi. Video es izmantoju 1mH 1R.

Pārliecinieties, vai spoles tuvumā vai iekšpusē nav feromagnētisku materiālu.

Valkājiet aizsargbrilles

Ievadiet akumulatora spriegumu ieejas spailēs.

Lādētājam vajadzētu sākt darboties, un kondensatora līdzstrāvas spriegumam vajadzētu strauji pieaugt.

Tam vajadzētu stabilizēties pie aptuveni 520 V. Ja tas pārsniedz 550 V un joprojām palielinās, nekavējoties izslēdziet ieejas spriegumu, kaut kas nebūtu kārtībā ar lādētāja IC atgriezeniskās saites daļu. Šajā gadījumā jums būs atkārtoti jāpārbauda visi lodēšanas savienojumi un pareizi jāinstalē visas sastāvdaļas.

LED2 tagad vajadzētu iedegties, norādot, ka galvenais kondensators ir pilnībā uzlādēts.

Nospiediet sprūda pogu, spriegumam vajadzētu pazemināties dažus simtus voltu, precīza vērtība būs atkarīga no pielāgotā impulsa platuma.

Izslēdziet ieejas spriegumu.

Pirms apstrādāt PCB, kondensators ir jāizlādē

To var izdarīt, gaidot, līdz spriegums pazeminās līdz drošai vērtībai (ilgst ilgu laiku), vai izlādējot to ar jaudas rezistoru. Darbu veiks arī vairākas sērijveida kvēlspuldzes, nepieciešamo spuldžu skaits būs atkarīgs no to sprieguma, divas līdz trīs 220 V lampām, četras līdz piecas 120 V spuldzēm

Noņemiet vadus no kondensatora PCB. Lai pabeigtu moduli, kondensatoru tagad (vai vēlāk) var pielodēt tieši pie galvenās plates atkarībā no mehāniskās montāžas procesa. Kondensatora moduli ir grūti noņemt no galvenās PCB, attiecīgi plānojiet.

8. solis: mehāniski

Mehāniskās montāžas apsvērumi

Galvenajam PCB ir 6 izgriezumi, lai to uzstādītu uz atbalsta. Šo pēdu tuvumā ir vairāk vai mazāk vara pēdas. Uzstādot PCB, jāuzmanās, lai šīs pēdas nebūtu īsas skrūvei. Tāpēc jāizmanto plastmasas starplikas un plastmasas paplāksnes. Kā korpusu es izmantoju metāllūžņu gabalu, alumīnija U profilu. Ja izmantojat metāla balstu, tam jābūt iezemētam, t.i., ar vadu savienotam ar akumulatora mīnuspolu. Pieejamās daļas (detaļas, kurām var pieskarties) ir sprūda slēdzis un akumulators, to sprieguma līmenis ir tuvu zemei. Ja kāds augstsprieguma mezgls nonāktu saskarē ar metāla korpusu, tas būtu īssavienojums ar zemi un lietotājs būtu drošībā. Atkarībā no korpusa un spoles svara visa iekārta var būt diezgan smaga priekšpusē, tāpēc rokturis ir attiecīgi jāuzstāda.

Arī korpusu var padarīt daudz jaukāku, izdrukāt 3D, krāsot utt., Tas ir jūsu ziņā.

9. solis: teorija

Darba princips ir ļoti vienkāršs.

Abi IGBT tiek aktivizēti vienlaicīgi uz laiku, kas ilgst no dažiem simtiem līdz pāris ms atkarībā no monostabila oscilatora U10 konfigurācijas/pielāgošanas. Pēc tam caur spoli sāk veidoties strāva. Strāva atbilst magnētiskā lauka stiprumam un magnētiskā lauka spēks spēkam, kas tiek iedarbināts uz šāviņu spoles iekšpusē. Lādiņš sāk lēnām kustēties, un īsi pirms tā vidus sasniedz spoles vidus, IGBT tiek izslēgti. Tomēr strāva spoles iekšienē nebeidzas uzreiz, bet tagad plūst caur diodēm un kādu laiku atgriežas galvenajā kondensatorā. Kamēr strāva sabrūk, spoles iekšpusē joprojām ir magnētiskais lauks, tāpēc tam vajadzētu nokrist līdz gandrīz nullei, pirms šāviņa vidus sasniedz spoles vidu, pretējā gadījumā uz to tiks izdarīts laušanas spēks. Reālās pasaules rezultāts atbilst simulācijai. Beigu strāva pirms impulsa izslēgšanas ir 367A (pašreizējā zonde 1000A/4V)

10. solis: spoles uzbūve

Ātrums 36 m/s tika iegūts ar šādu spoli: 500uH, AWG20, 0,5R, 22 mm garums, 8 mm iekšējais diametrs. Izmantojiet cauruli, kurai ir pēc iespējas mazāka atstarpe starp iekšējo sienu un šāviņu un kas joprojām nodrošina brīvu šāviņa kustību. Tam vajadzētu būt arī pēc iespējas plānākām sienām, vienlaikus esot ļoti stingrām. Es izmantoju nerūsējošā tērauda cauruli, un netika novērota kaitīga ietekme. Ja izmantojat elektrovadošu cauruli, pirms tinuma noteikti izolējiet to ar atbilstošu lenti (es izmantoju Kapton lenti). Vīšanas laikā jums var būt nepieciešams īslaicīgi uzstādīt papildu gala detaļas, jo tinumu procesā rodas ievērojami sānu spēki. Tad es ieteiktu tinumus salabot/aizsargāt ar epoksīdu. Tas palīdzēs novērst tinumu bojājumus, apstrādājot/saliekot spoli. Visa spoles montāža jāveic tā, lai tinumi nevarētu pārvietoties. Jums ir nepieciešams arī sava veida atbalsts, lai to uzstādītu uz galvenā korpusa.

11. darbība. Iespējamās ķēdes izmaiņas un ierobežojumi

Kondensatorā, kas uzlādēts līdz 522 V, ir 136 džouli. Šīs ķēdes efektivitāte ir diezgan zema, tāpat kā lielākajā daļā vienkāršo vienpakāpes konstrukciju, kas paātrina feromagnētiskos šāviņus. Maksimālo spriegumu ierobežo maksimālais pieļaujamais kondensatora spriegums 550 VDC un IGBT maksimālais VCE reitings. Citas spoles ģeometrijas un zemākas induktivitātes/pretestības vērtības var izraisīt lielāku ātrumu/efektivitāti. Tomēr maksimālā norādītā maksimālā strāva šim IGBT ir 600A. Ir arī citi tāda paša izmēra IGBT, kas varētu atbalstīt lielāku pārsprieguma strāvu. Jebkurā gadījumā, ja plānojat palielināt kapacitāti vai IGBT izmēru, noteikti apsveriet šādas galvenās problēmas: Ievērojiet IGBT datu lapā norādīto maksimālo strāvu. Es neiesaku palielināt lādētāja spriegumu, jāņem vērā pārāk daudz mainīgo. Ja kapacitātes palielināšana un garāku impulsa platumu izmantošana lielākām spolēm palielinās arī IGBT jaudas izkliedi. Tāpēc viņiem var būt nepieciešams radiators. Es iesaku vispirms modelēt modificētu ķēdi SPICE /Multisim vai citā simulācijas programmatūrā, lai noteiktu maksimālo strāvu.

Veiksmi!

12. solis: spoles lielgabals darbībā

Vienkārši jautri fotografējot pēc nejaušām lietām…