Coilgun SGP33 - Upute za potpuno sastavljanje i ispitivanje: 12 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Ovaj vodič opisuje kako sastaviti elektroniku pištolja zavojnice prikazanu u ovom videu:

SGP-33 montažni Youtube

Na posljednjoj stranici ovog vodiča nalazi se i video zapis gdje ga vidite na djelu. Evo linka.

PCB -ove za ovu demonstraciju ljubazno je dostavio JLCPCB. COM

Cilj je bio izgraditi jednostepeni zavojni pištolj koji je lagan, ima dobre performanse i koristi opće dostupne dijelove po razumnoj cijeni.

Značajke:

- Jedna faza, pojedinačni snimak

- Podesiva širina impulsa za aktiviranje zavojnice

- Zavojnica s IGBT pogonom

- Pojedinačni kondenzator 1000uF/550V

- Najveća postignuta brzina od 36 m/s uvelike će ovisiti o svojstvima zavojnice i projektila i geometriji

- Početno vrijeme punjenja oko 8s, vrijeme punjenja ovisi o vremenu pražnjenja, u video primjeru je 5s

Ukupni troškovi samo za elektroničke dijelove iznose oko 140 USD, isključujući bakrenu žicu/ cijev za zavojnicu.

U ovom vodiču opisat ću samo način sastavljanja PCB -a.

Također ću pružiti sve ostale informacije kako biste izvukli maksimum iz ovog kruga, a da ga ne raznesete.

Neću davati detaljan opis mehaničkog sklopa, jer mislim da bi se mogao poboljšati / izmijeniti. Za taj dio morat ćete upotrijebiti maštu.

Korak 1: Upozorenje

OPREZ:

Pročitajte i razumite ovaj odjeljak!

Krug puni kondenzator na oko 525V. Ako golim rukama dodirnete stezaljke takvog kondenzatora, možete se ozbiljno ozlijediti. Također (ovo je manje opasno, ali ipak treba napomenuti), velika struja koju mogu stvoriti može stvoriti iskre i može ispariti tanke žice. Stoga uvijek nosite zaštitu za oči!

Zaštitne naočale su neophodne

Kondenzator zadržava naboj i nakon isključivanja glavnog prekidača. Prije rada na strujnom krugu mora se isprazniti !!!

Drugo, iskoristit ćemo energiju sadržanu u kondenzatoru i pretvoriti je u kinetičku energiju projektila. Iako je brzina projektila mala, mogao bi vas (ili nekoga drugoga) povrijediti, stoga koristite ista sigurnosna pravila kao i pri radu s električnim alatima ili drugim mehaničkim radovima.

Zato NIKADA nemojte ovo usmjeravati na osobu kada je napunjena i napunjena, koristite zdrav razum.

Korak 2: Alati i zahtjevi na radnom mjestu

Potrebne vještine:

Ako ste potpuno novi u elektronici, onda ovaj projekt nije za vas. Potrebne su sljedeće vještine:

- Sposobnost lemljenja uređaja za površinsko montiranje uključujući IC -ove, kondenzatore i otpornike

- Sposobnost korištenja multimetra

Potrebni alati (minimum):

- Lemilica sa finim vrhom / velikim vrhom

- Lemljena žica

- Tekući fluks ili fluks olovka

- Pletenica za odlemljivanje

- povećalo za pregled lemnih spojeva ili mikroskop

- Fina pinceta

- Multimetar za mjerenje istosmjernog napona (525VDC)

Preporučeni alati (izborno)

- Podesivo napajanje

- Osciloskop

- Stanica za vađenje toplog zraka

Priprema radnog mjesta i opće preporuke za rad:

- Koristite čisti stol, po mogućnosti ne plastičan (kako biste izbjegli probleme sa statičkim nabojem)

- Ne koristite odjeću koja lako stvara / akumulira naboj (to je ona koja stvara iskre kada je uklonite)

- Budući da gotovo nitko kod kuće nema ESD sigurno radno mjesto, preporučujem montažu u jednom koraku, tj. Nemojte nositi oko sebe osjetljive komponente (svi poluvodiči nakon što ih izvadite iz ambalaže). Stavite sve komponente na stol, a zatim krenite.

- Neke su komponente prilično male, poput otpornika i kondenzatora u pakiranjima 0603, koje se mogu lako izgubiti, izvaditi samo jednu po jednu iz pakiranja

- IC punjač u pakiranju TSSOP20 najteži je dio za lemljenje, ima korak od 0,65 mm (udaljenost između pinova) što je još uvijek daleko od najmanjeg industrijskog standarda, ali bi moglo biti teško za nekoga s manje iskustva. Ako niste sigurni, preporučio bih vam da prvo istrenirate lemljenje na nečem drugom, umjesto da odložite PCB

Opet, cijeli proces montaže PCB -a prikazan je u videu spomenutom na prvoj stranici ovog vodiča

Korak 3: Dijagram

U ovom odjeljku dat ću pregled kruga. Pažljivo ga pročitajte, to će vam pomoći da izbjegnete oštećenja ploče koju ste upravo sastavili.

S lijeve strane bit će spojena baterija. Uvjerite se da je u svim uvjetima niži od 8 V ili bi se mogao oštetiti strujni krug punjača!

Baterije koje sam koristio su 3,7 V, ali će imati napon veći od 4 V pri vrlo malom opterećenju, pa bi punjaču dale napon veći od 8 V prije nego što se uključi. Ne preuzimajući nikakav rizik, postoje dvije schottky diode u nizu s baterijom za pad napona na ispod 8V. Oni služe i kao zaštita od preokrenutih baterija. Također koristite serijski osigurač od 3 do 5A, to može biti niskonaponski osigurač poput onih koji se koriste u vozilima. Kako biste izbjegli pražnjenje baterije kada pištolj nije u upotrebi, preporučujem da spojite glavni prekidač za napajanje.

Napon baterije na ulaznim priključcima PCB -a trebao bi uvijek biti između 5V i 8V kako bi krug ispravno radio.

Upravljački odjeljak sadrži zaštitu od prenapona i 3 vremenska kruga. Tajmer IC U11 s LED1 treperi označava da je naredba za uključivanje kruga punjača aktivna. Timer IC U10 određuje širinu izlaznog impulsa. Širina impulsa može se podesiti potenciometrom R36. S vrijednostima R8 i C4/C6 prema BOM raspon je: 510us do 2,7ms. Ako vam je potrebna širina impulsa izvan ovog raspona, ove se vrijednosti mogu prilagoditi kako želite.

Jumper J1 može biti otvoren za početno testiranje. Naredba za omogućavanje kruga punjača prolazi kroz taj kratkospojnik (pozitivna logika, tj. 0V = punjač je onemogućen; VBAT = punjač je omogućen).

Gornji srednji dio sadrži krug punjača kondenzatora. Ograničenje vršne struje transformatora je 10A, ta je struja konfigurirana s otpornikom osjetnika struje R21 i ne smije se povećavati jer možete riskirati zasićenje jezgre transformatora. Vrh 10A dovodi do malo više od 3A prosječne struje iz baterije što je u redu za baterije koje sam koristio. Ako želite koristiti druge baterije koje ne mogu osigurati tu struju, morat ćete povećati vrijednost otpornika R21. (povećanje vrijednosti otpornika R21 za smanjenje vršne struje transformatora i posljedično prosječne struje iz baterije)

Izlazni napon glavnog kondenzatora mjeri se usporednikom. Aktivira LED2 kada je napon iznad oko 500V i deaktivira punjač kada je napon iznad 550V u slučaju prenapona (to se zapravo nikada ne bi trebalo dogoditi).

NIKADA NEMOJTE NAPAJATI PUNJAČ BEZ GLAVNOG KAPACITORA SPOJENOG NA KRUG. To može oštetiti IC punjač.

Posljednji krug je mostni krug koji prazni kondenzator kroz dva IGBT -a u opterećenje / zavojnicu.

Korak 4: Pregled PCB -a

Prvo provjerite ima li na PCB -u bilo čega neobičnog. Dolaze stvarno pregledani i električno ispitani od proizvođača, ali uvijek je dobra ideja prije sastavljanja provjeriti. Nikada nisam imala problema, to je samo navika.

Gerber datoteke možete preuzeti ovdje:

prenesite ih proizvođaču PCB -a poput OSHPARK. COM ili JLCPCB. COM ili bilo kojem drugom.

Korak 5: Montaža

Preuzmite Excel BOM datoteku i dvije pdf datoteke za lokaciju komponente

Prvo sastavite manju tiskanu ploču koja drži veliki elektrolitski kondenzator. Obratite pažnju na pravi polaritet!

Zaglavlja od 90 stupnjeva koja će povezati ovu PCB s glavnom PCB -om mogu se montirati na gornju ili donju stranu ovisno o vašem mehaničkom sklopu.

NEMOJTE još zalemiti zaglavlja u glavni PCB, teško ih je ukloniti. Spojite dvije kratke žice deblje od AWG20 između dva PCB -a.

Na glavnom PCB -u prvo sastavite IC punjač koji je najteži dio ako niste navikli na njega. Zatim sastavite manje komponente. Prvo ćemo instalirati sve kondenzatore i otpornike. Najjednostavniji način je da stavite malo lema na jedan jastučić, a zatim komponentu prvo zalemite pomoću pincete na ovu podlogu. Nije važno kako lemni spoj izgleda u ovom trenutku, ovo služi samo za učvršćivanje na mjestu.

Zatim lemite drugi jastučić. Sada upotrijebite tekući fluks ili olovku za fluks na spojevima za lemljenje koji ne izgledaju tako lijepo i ponovno ih spojite. Upotrijebite primjere u videu kao referencu o tome kako izgleda prihvatljiv lemni spoj.

Sada prijeđite na IC -ove. Popravite jedan terminal na PCB -u gore navedenom metodom. Zatim lemite i sve ostale iglice.

Zatim ćemo instalirati veće komponente poput elektrolitičkih i filmskih kondenzatora, trimpota, LED dioda, Mosfeta, dioda, IGBT -a i transformatora u krugu punjača.

Dvaput provjerite sve lemne spojeve, provjerite da li je neka komponenta slomljena ili napukla itd.

Korak 6: Pokretanje

Oprez: Nemojte prelaziti 8V ulazni napon

Ako imate osciloskop:

Spojite gumb (normalno otvoren) na ulaze SW1 i SW2.

Provjerite je li kratkospojnik J1 otvoren. Idealno bi bilo spojiti podesivo stolno napajanje na ulaz baterije. Ako nemate podesivo stolno napajanje, morat ćete ići izravno s baterijama. LED 1 bi trebao treptati čim je ulazni napon veći od oko 5,6V. Podnaponski krug ima veliku histerezu, tj. Za uključivanje kruga na početku napon mora biti veći od 5,6 V, ali će isključiti krug samo kada ulazni napon padne ispod 4,9 V. Za baterije korištene u ovom primjeru ovo je nevažna značajka, ali može biti korisna ako radite s baterijama koje imaju veći unutarnji otpor i/ili su djelomično ispražnjene.

Izmjerite napon glavnog visokonaponskog kondenzatora odgovarajućim multimetrom, on bi trebao ostati 0V jer se pretpostavlja da je punjač deaktiviran.

Osciloskopom izmjerite širinu impulsa na pinu 3 U10 pritiskom na gumb. Trebao bi se podesiti s trimpotom R36 i varirati između 0,5 i 2,7 ms. Postoji kašnjenje od oko 5 s prije nego što se puls može ponovno pokrenuti nakon svakog pritiska na gumb.

Idite na korak … puni naponski test

ako nemate osciloskop:

Učinite iste korake kao gore, ali preskočite mjerenje širine impulsa, nema se što mjeriti multimetrom.

Idite na … test punog napona

Korak 7: Ispitivanje punog napona

Uklonite ulazni napon.

Zatvorite kratkospojnik J1.

Dvaput provjerite ispravan polaritet visokonaponskog kondenzatora!

Spojite multimetar nazivnog za očekivani napon (> 525V) na stezaljke visokonaponskog kondenzatora.

Spojite ispitnu zavojnicu na izlazne stezaljke Coil1 i Coil2. Najniža zavojnica induktiviteta/otpora koju sam koristio u ovom krugu bila je AWG20 500uH/0,5 Ohm. U videu sam koristio 1mH 1R.

Uvjerite se da u blizini ili unutar zavojnice nema feromagnetskih materijala.

Nosite zaštitne naočale

Priključite napon baterije na ulazne priključke.

Punjač bi se trebao pokrenuti, a istosmjerni napon na kondenzatoru trebao bi se brzo povećati.

Trebao bi se stabilizirati na oko 520V. Ako prelazi 550 V i još uvijek raste, odmah isključite ulazni napon, nešto ne bi bilo u redu s povratnim dijelom IC punjača. U tom slučaju morat ćete ponovno provjeriti sve lemne spojeve i ispravno instalirati sve komponente.

LED2 bi sada trebala svijetliti što znači da je glavni kondenzator potpuno napunjen.

Pritisnite gumb okidača, napon bi trebao pasti nekoliko stotina volti, točna vrijednost ovisit će o podešenoj širini impulsa.

Isključite ulazni napon.

Prije rukovanja PCB -ovima, kondenzator se mora isprazniti

To se može učiniti čekanjem dok napon ne padne na sigurnu vrijednost (potrebno je dosta vremena) ili pražnjenjem pomoću otpornika snage. Nekoliko serija žarulja sa žarnom niti također će obaviti posao, broj potrebnih žarulja ovisit će o njihovom naponu, dvije do tri za žarulje od 220 V, četiri do pet za žarulje od 120 V

Uklonite žice s PCB -a kondenzatora. Za dovršetak modula, kondenzator se sada (ili kasnije) može lemiti izravno na glavnu ploču, ovisno o postupku mehaničke montaže. Kondenzatorski modul teško je ukloniti s glavne tiskane ploče, prema tome planirajte.

Korak 8: Mehanički

Razmatranja mehaničke montaže

Glavna PCB ploča ima 6 izreza za postavljanje na nosač. Blizu tih tragova ima manje -više tragova bakra. Prilikom montaže tiskane ploče potrebno je paziti da se ti tragovi ne spoje na vijak. Stoga je potrebno koristiti plastične odstojnike i plastične podloške. Koristio sam komad starog metala, aluminijski U-profil kao kućište. Ako koristite metalni nosač, treba ga uzemljiti, tj. Spojiti žicom na minus pol baterije. Pristupačni dijelovi (dijelovi koji se mogu dodirnuti) su okidač i baterija, njihova razina napona je blizu tla. Ako bi bilo koji visokonaponski čvor došao u dodir s metalnim kućištem, bio bi kratko spojen na masu i korisnik je siguran. Ovisno o težini kućišta i zavojnice, cijela jedinica može biti prilično velika s prednje strane pa je prema tome potrebno postaviti držač.

Kućište se također može učiniti mnogo ljepšim, 3D printano, obojeno itd., To ovisi o vama.

Korak 9: Teorija

Princip rada je vrlo jednostavan.

Dva IGBT -a aktiviraju se istovremeno u vremenskom razdoblju od nekoliko stotina do nekoliko ms ovisno o konfiguraciji/podešavanju monostabilnog oscilatora U10. Struja se tada počinje nakupljati kroz zavojnicu. Struja odgovara jakosti magnetskog polja i jakosti magnetskog polja sili koja djeluje na projektil unutar zavojnice. Projektil se počinje polako kretati i neposredno prije nego što njegova sredina dosegne sredinu zavojnice, IGBT se isključuju. Struja unutar zavojnice ne prestaje odmah, već teče kroz diode i vraća se u glavni kondenzator neko vrijeme. Dok struja opada, unutar zavojnice još uvijek postoji magnetsko polje, pa bi to trebalo pasti na gotovo nulu prije nego što sredina projektila dosegne sredinu zavojnice, u protivnom bi na nju djelovala slomna sila. Rezultat iz stvarnog svijeta odgovara simulaciji. Krajnja struja prije isključivanja impulsa je 367A (strujna sonda 1000A/4V)

Korak 10: Konstrukcija zavojnice

Brzina od 36 m/s postignuta je sljedećom zavojnicom: 500uH, AWG20, 0,5R, duljina 22 mm, unutarnji promjer 8 mm. Upotrijebite cijev koja ima najmanji mogući razmak između unutarnje stjenke i projektila i još uvijek omogućuje slobodno kretanje projektila. Također bi trebao imati što tanje zidove, a pritom biti vrlo krut. Koristio sam cijev od nehrđajućeg čelika i nisu primijećeni nikakvi štetni učinci. Ako koristite električno vodljivu cijev, prije nego je namotate, izolirajte je odgovarajućom trakom (koristio sam Kapton traku). Možda ćete morati privremeno montirati dodatne završne dijelove tijekom navijanja jer se tijekom procesa navijanja razvijaju znatne bočne sile. Tada bih preporučio da popravite/zaštitite namote epoksidom. To će pomoći u sprječavanju oštećenja namota tijekom rukovanja/sastavljanja zavojnice. Cijeli sklop zavojnice treba izvesti na način da se namoti ne mogu pomicati. Također vam je potrebna neka vrsta potpore za postavljanje na glavno kućište.

Korak 11: Moguće izmjene i ograničenja kruga

Kondenzator napunjen na 522V sadrži 136 džula. Učinkovitost ovog kruga prilično je niska, kao i kod većine jednostavnih jednostupanjskih konstrukcija koje ubrzavaju feromagnetske projektile. Maksimalni napon ograničen je najvećim dopuštenim naponom kondenzatora od 550VDC i najvećom VCE vrijednošću IGBT -a. Druge geometrije zavojnica i niže vrijednosti induktiviteta/otpora mogu dovesti do većih brzina/učinkovitosti. Maksimalna specificirana vršna struja za ovaj IGBT je 600A. Postoje i drugi IGBT -ovi iste veličine koji bi mogli podržati veće prenaponske struje. U svakom slučaju, ako namjeravate povećati kapacitet ili veličinu IGBT -a, svakako razmislite o sljedećim glavnim problemima: Poštujte maksimalnu struju navedenu u podatkovnom listu IGBT -a. Ne preporučujem povećanje napona punjača, potrebno je uzeti u obzir previše varijabli. Povećanje kapaciteta i korištenje veće širine impulsa za veće zavojnice također će povećati rasipanje snage IGBT -ova. Stoga će im možda trebati hladnjak. Preporučujem prvo simuliranje izmijenjenog kruga u SPICE /Multisim ili drugom simulacijskom softveru kako bi se utvrdilo kolika će biti vršna struja.

Sretno!

Korak 12: Zavojnica u akciji

Samo se zabavljam snimajući nasumične stvari …