Coilgun SGP33 - הוראות הרכבה ובדיקה מלאות: 12 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

הדרכה זו מתארת כיצד להרכיב את האלקטרוניקה של אקדח הסליל המוצג בסרטון זה:

הרכבת SGP-33 Youtube

יש גם סרטון שבו אתה רואה אותו בפעולה בעמוד האחרון של מדריך זה. הנה הקישור.

ה- PCB להדגמה זו מסופק בחביבות על ידי JLCPCB. COM

המטרה הייתה לבנות אקדח סליל חד -שלב שהוא קל משקל, בעל ביצועים טובים ומשתמש בחלקים זמינים במחיר סביר.

מאפיינים:

- שלב אחד, זריקה בודדת

- רוחב דופק הפעלת סליל מתכוונן

- סליל מונע IGBT

- קבל יחיד של 1000uF/550V

- המהירות הגבוהה ביותר המתקבלת 36m/s, תלויה במידה רבה במאפייני סליל וקליעים וגיאומטריה

- זמן טעינה ראשוני בערך 8 שניות, זמן הטעינה תלוי בזמן הפריקה, בדוגמת הווידאו זה 5 שניות

העלות הכוללת לחלקים אלקטרוניים בלבד היא כ -140 דולר ארה ב, לא כולל חוט/ חבית הנחושת של הסליל.

במדריך זה אתאר רק כיצד להרכיב את ה- PCB.

אני גם אספק את כל המידע האחר כדי להפיק את המרב מהמעגל הזה מבלי לפוצץ אותו.

לא אתן תיאור מפורט של ההרכבה המכנית, מכיוון שלדעתי ניתן לשפר / לשנות אותה. יהיה עליך להשתמש בדמיון שלך עבור חלק זה.

שלב 1: אזהרה

זְהִירוּת:

הקפד לקרוא ולהבין את הסעיף הזה!

המעגל טוען קבל לכ- 525V. אם אתה נוגע במסופים של קבל כזה בידיים יחפות אתה יכול לפגוע בעצמך ברצינות. כמו כן (זה פחות מסוכן אבל בכל זאת צריך להזכיר), הזרם הגבוה שהם יכולים לספק יכול ליצור ניצוצות ויכול להתנדף חוטים דקים. לכן תמיד לבשו הגנה לעיניים!

משקפי מגן הם חובה

הקבל שומר על הטעינה גם לאחר כיבוי המתג הראשי. יש לשחרר אותו לפני העבודה על המעגל !!!

שנית, נשתמש באנרגיה הכלולה בקבל ונהפוך אותה לאנרגיה קינטית של קליע. למרות שמהירותו של הטיל הזה נמוכה, זה עדיין יכול לפגוע בך (או במישהו אחר), לכן השתמש באותם כללי בטיחות כמו בעבודה עם כלי עבודה חשמליים או בביצוע עבודות מכניות אחרות.

אז לעולם אל תכוון זאת לאדם כשהוא טעון וטעון, השתמש בהיגיון בריא.

שלב 2: כלים ודרישות מקום עבודה

דרושים כישורים:

אם אתה חדש לגמרי בתחום האלקטרוניקה אז הפרויקט הזה לא בשבילך. יש צורך במיומנויות הבאות:

- מסוגל להלחם התקני הרכבה על פני השטח כולל IC, קבלים ונגדים

- מסוגל להשתמש במולטימטר

כלים נחוצים (המינימום):

- קצה דק / מלחם קצה גדול

- חוט הלחמה

- נוזל שטף או עט

- צמה מתייבשת

- זכוכית מגדלת לבדיקת מפרקי הלחמה או מיקרוסקופ

- פינצטה משובחת

- מודד למדידת מתח הקישור DC (525VDC)

כלים מומלצים (אופציונלי)

- ספק כוח מתכוונן

- אוסצילוסקופ

- תחנת הרסת אוויר חם

הכנת מקום העבודה והמלצות עבודה כלליות:

- השתמש בשולחן נקי, עדיף לא מפלסטיק (כדי להימנע מבעיות במטען סטטי)

- אל תשתמש בבגדים שיוצרים / צוברים מטען בקלות (זה זה שיוצר ניצוצות כשאתה מסיר אותו)

- מאחר שכמעט לאף אחד אין מקום עבודה בטוח ב- ESD בבית אני ממליץ לבצע את ההרכבה בשלב אחד, כלומר לא לסחוב רכיבים הגיוניים (כל המוליכים למחצה ברגע שאתה מוציא אותם מהאריזה). מניחים את כל הרכיבים על השולחן ואז מתחילים.

חלק מהרכיבים די קטנים, כמו נגדים וקבלים באריזות 0603, הם יכולים ללכת לאיבוד בקלות, רק להוציא אחד בכל פעם מהאריזה

- IC המטען בחבילת TSSOP20 הוא החלק הקשה ביותר להלחמה, יש לו מגרש של 0.65 מ מ (מרחק בין סיכות) שהוא עדיין רחוק מלהיות הסטנדרט הקטן ביותר בתעשייה, אך זה עלול להיות קשה למישהו פחות מנוסה. אם אינך בטוח שהייתי ממליץ לך לאמן הלחמה תחילה על משהו אחר במקום לגרד את ה- PCB

שוב, כל תהליך ההרכבה של ה- PCB מוצג בסרטון המוזכר בעמוד הראשון של מדריך זה

שלב 3: תרשים

בחלק זה אתן סקירה כללית של המעגל. קראו אותו בעיון, זה יעזור לכם להימנע מנזקים בלוח שהרכבתם זה עתה.

משמאל הסוללה תחובר. וודא שהוא נמוך מ- 8V בכל התנאים או שמעגל המטען עלול להיפגע!

הסוללות שהשתמשתי בהן הן 3.7V אך יהיה להן מתח גבוה מ -4V כאשר הן בעומס קל מאוד, לכן הן היו נותנות למטען מתח גבוה מ -8V לפני שהוא מתחיל. בלי לקחת סיכונים, ישנן שתי דיודות שוטקיות בסדרה עם הסוללה להורדת המתח מתחת ל 8V. הם משמשים גם כהגנה מפני סוללות הפוכות. השתמש גם בנתיך של 3 עד 5A בסדרה, זה יכול להיות נתיך במתח נמוך כמו זה המשמש ברכבים. כדי להימנע מריקון הסוללה כאשר האקדח אינו בשימוש אני ממליץ לחבר מתג הפעלה ראשי.

מתח הסוללה במסופי הכניסה של ה- PCB צריך להיות בין 5V ל- 8V בכל עת כדי שהמעגל יפעל כראוי.

סעיף הבקרה מכיל הגנה למתח תחת מתח ו -3 מעגלים טיימר. טיימר IC U11 עם מהבהב LED1 מציין שהפקודה להפעלת מעגל המטען פעילה. טיימר IC U10 קובע את רוחב דופק הפלט. ניתן לכוונן את רוחב הדופק בעזרת פוטנציומטר R36. עם ערכי R8 ו- C4/C6 לפי BOM הטווח הוא: 510us עד 2.7ms. אם אתה זקוק לרוחבי דופק מחוץ לטווח זה ניתן להתאים ערכים אלה כרצונך.

מגשר J1 יכול להיות פתוח לבדיקה ראשונית. הפקודה להפעלת מעגל המטען עוברת דרך המגשר (היגיון חיובי, כלומר 0V = מטען מושבת; VBAT = מטען מופעל).

החלק האמצעי העליון מכיל את מעגל המטען של הקבלים. מגבלת זרם השיא של השנאי היא 10A, זרם זה מוגדר עם הנגד החוש הנוכחי R21 ואין להעלות אותו או שאתה עלול להסתכן להרוות את ליבת השנאי. שיא 10A מוביל לזרם ממוצע של קצת יותר מ -3A מהסוללה וזה בסדר עבור הסוללות בהן השתמשתי. אם ברצונך להשתמש בסוללות אחרות שאינן יכולות לספק את הזרם תצטרך להגדיל את ערך הנגד R21. (הגדל את ערך הנגד R21 כדי להקטין את שיא השיא של השנאי וכתוצאה מכך את הזרם הממוצע מהסוללה)

מתח יציאת הקבלים הראשי נמדד באמצעות משווה. הוא מפעיל את ה- LED2 כאשר המתח גבוה מ -500 וולט ומכבה את המטען כאשר המתח גבוה מ -550 וולט באירוע מתח יתר (זה למעשה לא אמור לקרות).

לעולם אל תפעיל את המטען ללא הקבל הראשי המחובר למעגל. הדבר עלול לפגוע ב- IC של המטען.

המעגל האחרון הוא מעגל הגשר שמשחרר את הקבל דרך שני IGBT לתוך העומס / הסליל.

שלב 4: בדיקת PCB

בדוק תחילה את ה- PCB לאיתור שום דבר יוצא דופן. הם מגיעים למעשה נבדקים ונבדקים חשמלית מהיצרן, אך תמיד כדאי לבדוק שוב לפני ההרכבה. מעולם לא היו לי בעיות זה רק הרגל.

אתה יכול להוריד את קבצי Gerber כאן:

העלה אותם ליצרן PCB כמו OSHPARK. COM או JLCPCB. COM או כל אחר.

שלב 5: הרכבה

הורד את קובץ BOM של Excel ואת שני קבצי ה- pdf למיקום הרכיב

ראשית הרכיב את הלוח הקטן יותר המחזיק את הקבל האלקטרוליטי הגדול. שימו לב לקוטביות הנכונה!

ניתן להרכיב את הכותרות של 90 מעלות שיחברו את הלוח המודרני למחשב הלוח הראשי בצד העליון או התחתון בהתאם למכלול המכני שלך.

עדיין אין להלחם את הכותרות לתוך הלוח הראשי, קשה להסיר אותן. חבר שני חוטים קצרים העבים יותר מ- AWG20 בין שני הלוחות הלוח.

על הלוח הראשי הרכיבו תחילה את מטען ה- IC שהוא החלק הקשה ביותר אם אינכם רגילים אליו. לאחר מכן הרכיבו את הרכיבים הקטנים יותר. תחילה נתקין את כל הקבלים והנגדים. השיטה הקלה ביותר היא לשים מעט הלחמה על כרית אחת, ולאחר מכן להלחם את הרכיב בעזרת הפינצטה על המשטח הזה תחילה. זה לא משנה איך מפרק הלחמה נראה בנקודה זו, זה משמש רק כדי לתקן אותו במקום.

לאחר מכן, הלחם את הכרית השנייה. כעת השתמש בשטף נוזלי או בעט שטף על מפרקי ההלחמה הלא כל כך נראים ובצע מחדש את המפרק. השתמש בדוגמאות בסרטון כהפניה לאופן בו נראה מפרק הלחמה מקובל.

עכשיו עברו למעגלי ה- IC. תקן מסוף אחד על הלוח באמצעות השיטה שהוזכרה לעיל. לאחר מכן, הלחם גם את כל הסיכות האחרות.

בשלב הבא נתקין את הרכיבים הגדולים יותר כמו קבלים אלקטרוליטיים וסרטים, טרימפוט, נוריות LED, Mosfets, דיודות, IGBT ושנאי מעגל המטען.

בדוק שוב את כל מפרקי ההלחמה, ודא שאף רכיב לא נשבר או סדוק וכו '.

שלב 6: הפעלה

זהירות: אל תעלה על מתח הכניסה של 8V

אם יש לך אוסצילוסקופ:

חבר כפתור לחיצה (פתוח בדרך כלל) לכניסות SW1 ו- SW2.

ודא כי מגשר J1 פתוח. חבר באופן אידיאלי ספק כוח מתכוונן לשולחן הכניסה לסוללה. אם אין לך ספק כוח מתכוונן לשולחן העבודה תצטרך ללכת ישירות עם סוללות. נורית LED 1 אמורה להבהב ברגע שמתח הכניסה גבוה מכ -5.6 וולט. למעגל התת -מתח יש היסטריה גדולה, כלומר כדי להפעיל את המעגל בתחילה המתח צריך להיות גבוה מ- 5.6V אך הוא יכבה את המעגל רק כאשר מתח הכניסה יורד מתחת לכ -4.9V. עבור הסוללות המשמשות בדוגמה זו תכונה לא רלוונטית אך עשויה להיות שימושית אם עובדים עם סוללות בעלות התנגדות פנימית גבוהה יותר ו/או שהן מרוקנות חלקית.

מדוד את מתח הקבלים הראשי במתח גבוה עם מולטימטר מתאים, הוא צריך להישאר 0V מכיוון שהמטען אמור להיות מושבת.

בעזרת האוסילוסקופ, מודדים את רוחב הדופק בסיכה 3 של U10 בעת לחיצה על כפתור הלחיצה. זה צריך להיות מתכוונן עם trimpot R36 ולהשתנות בין 0.5ms ל 2.7ms. יש עיכוב של כ -5 שניות לפני שניתן יהיה להפעיל מחדש את הדופק לאחר כל לחיצה על כפתור.

עבור לשלב … בדיקת מתח מלאה

אם אין לך אוסצילוסקופ:

בצע את אותם השלבים כמו לעיל אך דלג על מדידת רוחב הדופק, אין מה למדוד עם מודד.

עבור אל … בדיקת מתח מלאה

שלב 7: בדיקת מתח מלאה

הסר את מתח הכניסה.

סגור מגשר J1.

בדוק שוב את הקוטביות הנכונה של קבל המתח הגבוה!

חבר מולטימטר מדורג עבור המתח הצפוי (> 525V) למסופי הקבלים במתח גבוה.

חבר סליל בדיקה למסופי הפלט סליל 1 וסליל 2. סליל ההשראות/ההתנגדות הנמוך ביותר שהשתמשתי בו במעגל זה היה AWG20 500uH/0.5 אוהם. בסרטון השתמשתי ב- 1mH 1R.

וודא שאין חומרים פרומגנטיים ליד או בתוך הסליל.

הרכיבו משקפי בטיחות

החל מתח סוללה על מסופי הכניסה.

המטען צריך להתניע ומתח DC על הקבל צריך לעלות במהירות.

הוא אמור להתייצב בסביבות 520V. אם הוא עולה על 550V ועדיין עולה, כבה את מתח הכניסה באופן מיידי, משהו יתקלק בחלק המשוב של ה- IC של המטען. במקרה זה תצטרך לבדוק מחדש את כל מפרקי הלחמה ולהתקין נכון את כל הרכיבים.

כעת יש להדליק את LED2 המציין שהקבל הראשי טעון במלואו.

לחץ על כפתור ההדק, המתח אמור לרדת כמה מאות וולט, הערך המדויק יהיה תלוי ברוחב הדופק המותאם.

כבה את מתח הכניסה.

לפני הטיפול ב- PCB, יש לפרוק את הקבל

זה יכול להיעשות על ידי המתנה עד שהמתח יורד לערך בטוח (לוקח הרבה זמן) או על ידי פריקה שלו עם נגד כוח. מספר נורות ליבון בסדרה גם יעשו את העבודה, מספר הנורות הדרושות יהיה תלוי בדירוג המתח שלהן, שניים עד שלושה עבור מנורות 220V, ארבע עד חמש עבור מנורות 120V

הסר את החוטים מה- PCB של הקבלים. להשלמת המודול, ניתן להלחם את הקבל (או מאוחר יותר) ישירות ללוח הראשי בהתאם לתהליך ההרכבה המכני. מודול הקבלים קשה להסרה מה- PCB הראשי, תכנן בהתאם.

שלב 8: מכני

שיקולי הרכבה מכניים

הלוח הראשי כולל 6 גזרות להרכבה על תמיכה. יש עקבות נחושת פחות או יותר ליד עקבות אלה. בעת הרכבה של ה- PCB יש להקפיד לא לקצר עקבות אלה לבורג. לכן יש להשתמש במרווחי פלסטיק ומדיחי פלסטיק. השתמשתי בחתיכת גרוטאות מתכת, פרופיל U מאלומיניום כבית. אם משתמשים בתמיכת מתכתית, יש לארק אותו, כלומר לחבר אותו באמצעות חוט לקוטב המינוס של הסוללה. חלקים נגישים (חלקים שניתן לגעת בהם) הם מתג ההדק והסוללה, רמת המתח שלהם קרובה לקרקע. אם כל צומת מתח גבוה יבוא במגע עם בית המתכת הוא יקוצר לקרקע והמשתמש בטוח. בהתאם למשקל הבית והסליל כל היחידה יכולה להיות כבדה למדי קדמית ולכן יש להתקין את האחיזה בהתאם.

ניתן גם להפוך את הדיור להרבה יותר נחמד, להדפיס בתלת מימד, לצבוע וכו ', זה תלוי בך.

שלב 9: התיאוריה

עקרון העבודה הוא פשוט מאוד.

שני ה- IGBT מופעלים במקביל למשך פרק זמן שנמשך כמה מאות אותנו למספר אלפיות השנייה בהתאם לתצורה/התאמה של המתנד החד -יציב U10. הזרם אז מתחיל להצטבר דרך הסליל. הזרם מתאים לחוזק השדה המגנטי ועוצמת השדה המגנטי לכוח המופעל על הקליע בתוך הסליל. הטיל מתחיל לנוע לאט ורגע לפני שאמצעו מגיע לאמצע הסליל כבדי ה- IGBT כבים. הזרם בתוך הסליל אינו פוסק מיד אך כעת זורם דרך הדיודות וחוזר לקבל הראשי למשך זמן מה. בזמן שהזרם מתפורר עדיין יש שדה מגנטי בתוך הסליל, כך שזה אמור לרדת לאפס לפני שאמצע הקליע יגיע לאמצע הסליל אחרת יופעל עליו כוח שבירה. התוצאה בעולם האמיתי תואמת את הסימולציה. זרם הסיום לפני כיבוי הדופק הוא 367A (בדיקה נוכחית 1000A/4V)

שלב 10: בניית סלילים

המהירות של 36m/s התקבלה עם הסליל הבא: 500uH, AWG20, 0.5R, אורך 22mm, קוטר פנימי 8mm. השתמש בצינור בעל הפער הקטן ביותר האפשרי בין הקיר הפנימי לקליעה ועדיין מאפשר תנועה חופשית של הקליע. הוא צריך להיות בעל הקירות הדקים ביותר תוך קשיחות רבה. השתמשתי בצינור נירוסטה ולא הבחינו בהשפעות מזיקות. אם אתה משתמש בצינור מוליך חשמלי הקפד לבודד אותו בעזרת סרט מתאים (השתמשתי בקלטת קפטון) לפני סיבובו. יתכן שתצטרך להרכיב זמנית חתיכות קצה נוספות בזמן הפיתול, מכיוון שכוחות צד ניכרים מתפתחים במהלך תהליך הפיתול. לאחר מכן הייתי ממליץ לתקן/להגן על הפיתולים באפוקסי. זה יסייע במניעת פגיעה בפיתולים בעת הטיפול/הרכבת הסליל. כל מכלול הסלילים צריך להיעשות באופן שהפיתולים לא יכולים לזוז. אתה גם צריך תמיכה כלשהי כדי להרכיב אותו על הבית הראשי.

שלב 11: שינויים ומגבלות אפשריים של המעגל

הקבל טעון 522V מכיל 136 ג'ול. היעילות של מעגל זה היא נמוכה למדי, כמו ברוב התכנונים הפשוטים החד -שלביים המאיצים קליעים פרומגנטיים. המתח המרבי מוגבל במתח הקבלים המרבי המותר של 550VDC ודירוג ה- VCE המרבי של ה- IGBT. גיאומטריות סלילים אחרות וערכי השראות/התנגדות נמוכים יותר עלולים להוביל למהירויות/יעילות גבוהות יותר. זרם השיא המרבי שצוין עבור IGBT זה הוא 600A. ישנם IGBT אחרים באותו גודל שיכולים לתמוך בזרמי נחשול גבוהים יותר. בכל מקרה, אם אתה שוקל להגדיל את הקיבול או את גודל IGBT וודא שאתה שוקל את הנושאים העיקריים הבאים: כבד את הזרם המרבי שצוין בגיליון הנתונים של IGBT. אני לא ממליץ להגדיל את מתח המטען, צריך לקחת בחשבון יותר מדי משתנים. הגדלת הקיבול ושימוש ברוחבי דופק ארוכים יותר עבור סלילים גדולים יותר יגדילו גם את פיזור הכוח של ה- IGBT. לכן הם עשויים להזדקק לגוף קירור. אני ממליץ לדמות מעגל שונה קודם כל ב- SPICE /Multisim או תוכנת הדמיה אחרת כדי לקבוע מה יהיה זרם השיא.

בהצלחה!

שלב 12: אקדח הסלילים בפעולה

פשוט נהנה לצלם על דברים אקראיים …