Coilgun SGP33 - Koko asennus- ja testausohjeet: 12 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tässä opetusohjelmassa kuvataan kuinka kootaan tässä videossa esitetyn kelapistoolin elektroniikka:

SGP-33 Youtube-kokoonpano

Tämän opetusohjelman viimeisellä sivulla on myös video, jossa näet sen toiminnassa. Tässä on linkki.

Tämän esittelyn piirilevyt ovat ystävällisesti toimittaneet JLCPCB. COM

Tavoitteena oli rakentaa yksivaiheinen kela -ase, joka on kevyt, suorituskykyinen ja käyttää yleisesti saatavilla olevia osia kohtuulliseen hintaan.

Ominaisuudet:

- Yksivaiheinen, yksi laukaus

- Säädettävä kelan aktivointipulssin leveys

- IGBT-ohjattu kela

- Yksi 1000uF/550V kondensaattori

- Suurin saavutettu nopeus 36 m/s riippuu suuresti kelan ja ammuksen ominaisuuksista ja geometriasta

- Ensimmäinen latausaika noin 8 sekuntia, latausaika riippuu purkausajasta, videoesimerkissä se on 5 sekuntia

Vain elektronisten osien kokonaiskustannukset ovat noin 140 dollaria Yhdysvalloissa, lukuun ottamatta kelan kuparilankaa/ tynnyriä.

Tässä opetusohjelmassa kuvaan vain PCB: n kokoamista.

Annan myös kaikki muut tiedot saadakseni kaiken irti tästä piiristä räjäyttämättä sitä.

En anna yksityiskohtaista kuvausta mekaanisesta kokoonpanosta, koska mielestäni sitä voitaisiin parantaa / muokata. Sinun on käytettävä mielikuvitustasi tähän osaan.

Vaihe 1: Varoitus

HUOMIO:

Muista lukea ja ymmärtää tämä jakso!

Piiri lataa kondensaattorin noin 525 V. Jos kosketat tällaisen kondensaattorin liittimiä paljain käsin, voit loukkaantua vakavasti. Lisäksi (tämä on vähemmän vaarallista, mutta se on kuitenkin mainittava), niiden tarjoama suuri virta voi aiheuttaa kipinöitä ja haihtaa ohuita johtimia. Käytä siis aina suojalaseja!

Suojalasit ovat pakollisia

Kondensaattori säilyttää varauksensa myös pääkytkimen ollessa sammutettuna. Se on purettava ENNEN piirin käsittelyä !!!

Toiseksi käytämme kondensaattorin sisältämää energiaa ja muunnamme sen ammuksen kineettiseksi energiaksi. Vaikka tämän ammuksen nopeus on pieni, se voi silti vahingoittaa sinua (tai jotakuta muuta), joten käytä samoja turvamääräyksiä kuin työskennellessäsi sähkötyökaluilla tai muilla mekaanisilla töillä.

Joten ÄLÄ KOSKAAN osoita tätä ihmistä kohtaan, kun se on ladattu ja ladattu, käytä tervettä järkeä.

Vaihe 2: Työkalut ja työpaikan vaatimukset

Tarvittavat taidot:

Jos olet täysin uusi elektroniikassa, tämä projekti ei ole sinua varten. Seuraavia taitoja tarvitaan:

- Pystyy juottamaan pinta -asennettavia laitteita, mukaan lukien IC: t, kondensaattorit ja vastukset

- Mahdollisuus käyttää yleismittaria

Tarvittavat työkalut (vähintään):

- Hieno kärki / suuri kärki juotosrauta

- Juotoslanka

- Liquid Flux tai flux -kynä

- Juotosporaus

- Suurennuslasi juotosliitosten tai mikroskoopin tarkastamiseksi

- Hyvät pinsetit

- Yleismittari DC-linkin jännitteen mittaamiseen (525VDC)

Suositellut työkalut (valinnainen)

- Säädettävä virtalähde

- Oskilloskooppi

- Kuumailmanpoistoasema

Työpaikan valmistelu ja yleiset työsuositukset:

- Käytä puhdasta pöytää, mieluiten ei muovia (staattisen varauksen ongelmien välttämiseksi)

- Älä käytä vaatteita, jotka helposti muodostavat / keräävät varausta (tämä aiheuttaa kipinöitä, kun poistat ne)

- Koska lähes kenelläkään ei ole kotona ESD -turvallista työpaikkaa, suosittelen asennuksen suorittamista yhdessä vaiheessa, ts. Älä kanna järkeviä osia (kaikki puolijohteet, kun otat ne pakkauksesta). Aseta kaikki komponentit pöydälle ja aloita sitten.

- Jotkut komponentit ovat melko pieniä, kuten vastukset ja kondensaattorit 0603 -pakkauksissa, ne voivat helposti eksyä, ottaa vain yksi kerrallaan pakkauksestaan

- TSSOP20 -paketin laturin IC on vaikein juotettava osa, sillä on 0,65 mm: n nousu (nastojen välinen etäisyys), joka on edelleen kaukana alan pienimmästä standardista, mutta se voi olla vaikeaa vähemmän kokeneelle henkilölle. Jos et ole varma, suosittelen harjoittelemaan juottamista ensin johonkin muuhun kuin PCB: n romuttamiseen

Jälleen koko piirilevyn kokoonpanoprosessi näkyy tämän opetusohjelman ensimmäisellä sivulla mainitussa videossa

Vaihe 3: Kaavio

Tässä osassa annan yleiskatsauksen piiristä. Lue se huolellisesti, tämä auttaa sinua välttämään juuri kootun levyn vahingoittumisen.

Akku kytketään vasemmalle. Varmista, että se on alle 8 V kaikissa olosuhteissa, tai latauspiiri saattaa vaurioitua!

Käyttämäni paristot ovat 3,7 V, mutta niiden jännite on yli 4 V, kun ne ovat erittäin kevyellä kuormituksella, joten ne antaisivat laturille yli 8 V: n jännitteen ennen sen käynnistystä. Ottaen riskejä, kaksi Schottky -diodia on sarjassa akun kanssa, jotta jännite putoaa alle 8 V. Ne toimivat myös suojana käänteisiltä paristoilta. Käytä myös 3 - 5 A: n sulaketta sarjassa, tämä voi olla pienjännitesulake, kuten ajoneuvoissa. Akun tyhjenemisen välttämiseksi, kun pistooli ei ole käytössä, suosittelen kytkemään päävirtakytkimen.

Akun jännitteen piirilevyn tuloliittimissä tulee olla aina 5V ja 8V välillä, jotta piiri toimii oikein.

Ohjausosassa on alijännitesuoja ja 3 ajastinpiiriä. Ajastin IC U11, jossa LED1 vilkkuu, osoittaa, että latauspiirin kytkemiskäsky on aktiivinen. Ajastin IC U10 määrittää lähtöpulssin leveyden. Pulssin leveyttä voidaan säätää potentiometrillä R36. R8- ja C4/C6 -arvoilla BOM: n mukaan alue on: 510us - 2,7ms. Jos tarvitset pulssileveyksiä tämän alueen ulkopuolella, näitä arvoja voidaan säätää haluamallasi tavalla.

Hyppyjohdin J1 voidaan avata ensimmäistä testausta varten. Komento latauspiirin käyttöön ottamiseksi menee kyseisen hyppyjohdon läpi (positiivinen logiikka, eli 0V = laturi pois käytöstä; VBAT = laturi käytössä).

Ylempi keskiosa sisältää kondensaattorin latauspiirin. Muuntajan huippuvirran raja on 10A, tämä virta on määritetty virranmittausvastuksella R21, eikä sitä saa lisätä, tai saatat vaarantaa muuntajan ytimen kyllästymisen. 10A huippu johtaa hieman yli 3A keskimääräiseen virtaan akusta, mikä on ok käyttämilleni akuille. Jos haluat käyttää muita paristoja, jotka eivät pysty tuottamaan tätä virtaa, sinun on lisättävä vastuksen R21 arvoa. (lisää vastuksen R21 arvoa pienentääksesi muuntajan huippuvirtaa ja siten akun keskivirtaa)

Pääkondensaattorin lähtöjännite mitataan vertailulaitteella. Se aktivoi LED2: n, kun jännite on yli noin 500 V, ja kytkee laturin pois päältä, kun jännite on yli 550 V.

ÄLÄ KOSKAAN KYTKE VIRTAA LATURIA ILMAN PIENIÄ KYTKETTYÄ PÄÄKAPASITAATTORIA. Tämä voi vahingoittaa laturin IC: tä.

Viimeinen piiri on siltapiiri, joka purkaa kondensaattorin kahden IGBT: n kautta kuormaan / kelaan.

Vaihe 4: PCB -tarkastus

Tarkista ensin piirilevy mitään epätavallista. Ne ovat itse asiassa valmistajan tarkastamia ja sähköisesti testattuja, mutta aina on hyvä tarkistaa asia ennen kokoonpanoa. Minulla ei ole koskaan ollut ongelmia, se on vain tapa.

Voit ladata Gerber -tiedostot täältä:

lataa ne piirilevyvalmistajalle, kuten OSHPARK. COM tai JLCPCB. COM tai jollekin muulle.

Vaihe 5: Kokoonpano

Lataa Excelin BOM -tiedosto ja kaksi pdf -tiedostoa komponenttien sijaintia varten

Kokoa ensin pienempi piirilevy, joka pitää suuren elektrolyyttikondensaattorin. Kiinnitä huomiota oikeaan napaisuuteen!

90 asteen otsikot, jotka yhdistävät tämän piirilevyn pääpiirilevyyn, voidaan asentaa ylä- tai alapuolelle mekaanisesta kokoonpanosta riippuen.

ÄLÄ vielä juota otsikoita pääpiirilevyyn, niitä on vaikea poistaa. Liitä kaksi AWG20: ta paksumpaa lyhyttä johtoa kahden piirilevyn väliin.

Kokoa ensin pääpiirilevyyn laturi IC, joka on vaikein osa, jos et ole tottunut siihen. Kokoa sitten pienemmät osat. Asennamme ensin kaikki kondensaattorit ja vastukset. Helpoin tapa on laittaa hieman juotetta yhteen tyynyyn ja sitten juottaa komponentti ensin tämän tyynyn pinsettien avulla. Ei ole väliä, miltä juotosliitos näyttää tässä vaiheessa, tämä vain auttaa kiinnittämään sen paikalleen.

Juotetaan sitten toinen tyyny. Käytä nyt nestevirtaa tai flux-kynää ei-kovin hyvännäköisiin juotosliitoksiin ja tee liitos uudelleen. Käytä videon esimerkkejä viitteenä siitä, miltä hyväksyttävä juotosliitos näyttää.

Siirry nyt IC: ille. Kiinnitä yksi päätepiirilevyyn edellä mainitulla menetelmällä. Juotos sitten myös kaikki muut tapit.

Seuraavaksi asennamme suurempia komponentteja, kuten elektrolyytti- ja kalvokondensaattoreita, trimpottia, LED -valoja, Mosfetteja, diodeja, IGBT: itä ja latauspiirin muuntajan.

Tarkista kaikki juotosliitokset, varmista, että mikään osa ei ole rikki tai halkeillut jne.

Vaihe 6: Käynnistys

Varoitus: Älä ylitä 8 V: n tulojännitettä

Jos sinulla on oskilloskooppi:

Liitä painike (normaalisti auki) tuloihin SW1 ja SW2.

Varmista, että hyppyjohdin J1 on auki. Liitä ihanteellisesti säädettävä pöytätason virtalähde akkutuloon. Jos sinulla ei ole säädettävää pöytätason virtalähdettä, sinun on käytettävä suoraan akkuja. LED 1: n pitäisi vilkkua heti, kun tulojännite on korkeampi kuin noin 5,6 V. Alijännitepiirillä on suuri hystereesi, ts. Piirin kytkemiseksi aluksi jännitteeseen on oltava suurempi kuin 5,6 V, mutta se katkaisee virran vasta, kun tulojännite laskee alle noin 4,9 V. Tässä esimerkissä käytettäville paristoille tämä on merkityksetön ominaisuus, mutta voi olla hyödyllinen, jos työskentelet paristojen kanssa, joilla on suurempi sisäinen vastus ja/tai jotka ovat osittain tyhjiä.

Mittaa suurjännitekondensaattorin pääjännite sopivalla yleismittarilla, sen pitäisi jäädä 0 V: ksi, koska laturin oletetaan olevan deaktivoitu.

Mittaa oskilloskoopilla pulssin leveys U10 nastasta 3, kun painat painiketta. Sen tulisi olla säädettävissä trimpotilla R36 ja sen tulisi vaihdella välillä 0,5 ms - 2,7 ms. Jokaisen painikkeen painamisen jälkeen on noin 5 sekunnin viive, ennen kuin pulssi voidaan käynnistää uudelleen.

Siirry vaiheeseen… täysjännitetesti

jos sinulla ei ole oskilloskooppia:

Tee samat vaiheet kuin yllä, mutta ohita pulssin leveysmittaus, mitään ei ole mitattava yleismittarilla.

Siirry… täyden jännitteen testiin

Vaihe 7: Täysi jännitetesti

Irrota syöttöjännite.

Sulje hyppyjohdin J1.

Tarkista suurjännitekondensaattorin oikea napaisuus!

Liitä suurjännitekondensaattorin liittimiin yleismittari, joka on mitoitettu odotetulle jännitteelle (> 525 V).

Liitä testikela lähtöliittimiin Coil1 ja Coil2. Alin induktanssi/vastuskela, jota käytin tämän piirin kanssa, oli AWG20 500uH/0,5 ohmia. Videossa käytin 1mH 1R.

Varmista, että kelan lähellä tai sisällä ei ole ferromagneettisia materiaaleja.

Käytä suojalaseja

Kytke akun jännite tuloliittimiin.

Laturin pitäisi käynnistyä ja kondensaattorin DC -jännitteen nousta nopeasti.

Sen pitäisi vakiintua noin 520 V. Jos se ylittää 550 V. Tässä tapauksessa sinun on tarkistettava kaikki juotosliitokset ja asennettava kaikki komponentit oikein.

LED2: n pitäisi nyt palaa osoittaen, että pääkondensaattori on ladattu täyteen.

Paina laukaisinta, jännitteen pitäisi pudota muutama sata volttia, tarkka arvo riippuu säädetystä pulssin leveydestä.

Katkaise syöttöjännite.

Ennen piirilevyjen käsittelyä kondensaattori on purettava

Tämä voidaan tehdä joko odottamalla, kunnes jännite putoaa turvalliseen arvoon (kestää kauan), tai purkamalla sen tehovastuksella. Myös useat sarjassa olevat hehkulamput hoitavat tehtävänsä, tarvittavien hehkulamppujen määrä riippuu niiden jännitteestä, kaksi tai kolme 220 V: n lampuille, neljä - viisi 120 V: n lampuille

Irrota johdot kondensaattorin piirilevystä. Moduulin loppuun saattamiseksi kondensaattori voidaan nyt (tai myöhemmin) juottaa suoraan emolevyyn mekaanisesta kokoonpanoprosessista riippuen. Kondensaattorimoduulia on vaikea poistaa pääpiirilevystä. Suunnittele sen mukaisesti.

Vaihe 8: Mekaaninen

Mekaanisen asennuksen näkökohdat

Pääpiirilevyssä on 6 katkaisua sen kiinnittämiseksi tukeen. Näiden jälkien lähellä on enemmän tai vähemmän kuparijälkiä. Piirilevyä asennettaessa on huolehdittava siitä, että nämä jäljet eivät ole oikosulussa ruuvissa. Siksi on käytettävä muovisia välikappaleita ja muovisia aluslevyjä. Kotelona käytin metalliromua, alumiinista U-profiilia. Jos käytät metallista tukea, se on maadoitettava eli kytkettävä johdolla akun miinusnapaan. Helppokäyttöiset osat (kosketettavat osat) ovat liipaisinkytkin ja akku, niiden jännitetaso on lähellä maata. Jos jokin korkeajännitesolmu joutuisi kosketuksiin metallikotelon kanssa, se oikosulkuisi maahan ja käyttäjä olisi turvassa. Kotelon ja kelan painosta riippuen koko yksikkö voi olla melko edestä raskas, joten kahva on asennettava sen mukaisesti.

Kotelo voidaan myös tehdä paljon hienommaksi, 3D -tulostettuna, maalattuna jne., Se on sinun tehtäväsi.

Vaihe 9: Teoria

Toimintaperiaate on hyvin yksinkertainen.

Kaksi IGBT: tä aktivoidaan samanaikaisesti muutaman sadan meistä parin ms: n ajaksi, riippuen monostabiilin oskillaattorin U10 konfiguraatiosta/säädöstä. Virta alkaa sitten kerääntyä kelan läpi. Virta vastaa magneettikentän voimakkuutta ja magneettikentän voimakkuus kelaan kohdistuvaan ammukseen kohdistuvaa voimaa. Ammus alkaa liikkua hitaasti ja juuri ennen kuin sen keskikohta saavuttaa kelan keskikohdan, IGBT -laitteet sammutetaan. Kelan sisällä oleva virta ei kuitenkaan lakkaa hetkessä, vaan virtaa nyt diodien läpi ja takaisin pääkondensaattoriin jonkin aikaa. Vaikka virta hajoaa, kelan sisällä on edelleen magneettikenttää, joten sen pitäisi pudota lähes nollaan, ennen kuin ammuksen keskikohta saavuttaa kelan keskikohdan, muuten siihen kohdistettaisiin murtovoima. Todellinen tulos vastaa simulaatiota. Lopetusvirta ennen pulssin sammuttamista on 367A (virtamittari 1000A/4V)

Vaihe 10: Kelan rakentaminen

Nopeus 36 m/s saatiin seuraavalla kelalla: 500uH, AWG20, 0,5R, pituus 22 mm, sisähalkaisija 8 mm. Käytä putkea, jonka sisäseinän ja ammuksen välissä on mahdollisimman pieni rako ja joka mahdollistaa silti ammuksen vapaan liikkumisen. Sen seinien tulisi myös olla ohuimmat mahdolliset ja samalla erittäin jäykät. Käytin ruostumattomasta teräksestä valmistettua putkea, eikä haitallisia vaikutuksia havaittu. Jos käytät sähköä johtavaa putkea, muista eristää se sopivalla teipillä (käytin Kapton -teippiä) ennen sen käämitystä. Sinun on ehkä asennettava tilapäisesti muita päätykappaleita käämityksen aikana, koska käämitysprosessin aikana kehittyy huomattavia sivuvoimia. Suosittelen sitten käämien kiinnittämistä/suojaamista epoksilla. Tämä auttaa estämään käämien vaurioitumisen käämin käsittelyn/kokoamisen aikana. Koko kelan kokoonpano tulee tehdä siten, että käämit eivät voi liikkua. Tarvitset myös jonkinlaista tukea sen kiinnittämiseksi pääkoteloon.

Vaihe 11: Piirin mahdolliset muutokset ja rajoitukset

522 V: een ladattu kondensaattori sisältää 136 joulea. Tämän piirin hyötysuhde on melko alhainen, kuten useimmissa yksinkertaisissa yksivaiheisissa malleissa, jotka kiihdyttävät ferromagneettisia ammuksia. Suurinta jännitettä rajoittavat suurin sallittu kondensaattorijännite 550 VDC ja IGBT: n suurin VCE -luokitus. Muut kelan geometriat ja pienemmät induktanssi-/vastusarvot voivat johtaa suurempiin nopeuksiin/hyötysuhteisiin. Suurin määritetty huippuvirta tälle IGBT: lle on kuitenkin 600A. On myös muita samankokoisia IGBT -laitteita, jotka mahdollisesti tukevat korkeampia aaltovirtoja. Joka tapauksessa, jos aiot lisätä kapasitanssia tai IGBT -kokoa, muista harkita seuraavia pääongelmia: Noudata IGBT -tietolomakkeessa määritettyä maksimivirtaa. En suosittele laturin jännitteen lisäämistä, liian monta muuttujaa on otettava huomioon. Kapasitanssin lisääminen ja pidempien pulssileveyksien käyttö suuremmille keloille lisää myös IGBT -laitteiden tehonhukkaa. Siksi he saattavat tarvita jäähdytyselementin. Suosittelen simuloimaan ensin muutettua piiriä SPICE /Multisimissä tai muussa simulointiohjelmistossa sen määrittämiseksi, mikä on huippuvirta.

Onnea!

Vaihe 12: Käämipistooli toiminnassa

Hauskaa vain kuvata satunnaisia juttuja…