„Coilgun SGP33“- visos surinkimo ir bandymo instrukcijos: 12 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Šioje pamokoje aprašoma, kaip surinkti ritininio pistoleto elektroniką, parodytą šiame vaizdo įraše:

SGP-33 surinkimas „Youtube“

Paskutiniame šios pamokos puslapyje taip pat yra vaizdo įrašas, kuriame matote, kaip jis veikia. Čia yra nuoroda.

Šios demonstracinės versijos PCB maloniai pateikė JLCPCB. COM

Tikslas buvo sukurti vieno etapo ritės pistoletą, kuris būtų lengvas, pasižymėtų geromis eksploatacinėmis savybėmis ir naudotų dažniausiai prieinamas dalis už priimtiną kainą.

Funkcijos:

- Vieno etapo, vieno šūvio

- Reguliuojamas ritės aktyvinimo impulsų plotis

- IGBT varoma ritė

- Vienas 1000uF/550V kondensatorius

- Didžiausias greitis, pasiektas 36 m/s, labai priklausys nuo ritės ir sviedinio savybių bei geometrijos

- Pradinis įkrovimo laikas apie 8 s, įkrovimo laikas priklauso nuo iškrovimo laiko, vaizdo pavyzdyje - 5 s

Bendra tik elektroninių dalių kaina yra apie 140 JAV dolerių, neįskaitant ritės varinės vielos/ statinės.

Šioje pamokoje aprašysiu tik tai, kaip surinkti PCB.

Taip pat pateiksiu visą kitą informaciją, kad gautumėte kuo daugiau naudos iš šios grandinės, jos nesprogdindami.

Aš nepateiksiu išsamaus mechaninio surinkimo aprašymo, nes manau, kad jį būtų galima patobulinti / modifikuoti. Šiai daliai turėsite pasitelkti savo vaizduotę.

1 žingsnis: Įspėjimas

ATSARGIAI:

Būtinai perskaitykite ir supraskite šį skyrių!

Grandinė įkrauna kondensatorių iki maždaug 525 V. Jei paliesite tokio kondensatoriaus gnybtus plikomis rankomis, galite rimtai susižeisti. Be to (tai yra mažiau pavojinga, tačiau vis dėlto reikėtų paminėti), didelė jų srovė gali sukelti kibirkštis ir išgaruoti plonus laidus. Todėl visada dėvėkite akių apsaugą!

Apsauginiai akiniai yra būtini

Kondensatorius išlaiko įkrovą net ir išjungus pagrindinį jungiklį. Jį reikia iškrauti prieš dirbant su grandine !!!

Antra, mes panaudosime kondensatoriaus energiją ir paversime ją sviedinio kinetine energija. Nors šio sviedinio greitis yra mažas, jis vis tiek gali pakenkti jums (ar kam nors kitam), todėl laikykitės tų pačių saugos taisyklių, kaip dirbdami su elektriniais įrankiais ar atlikdami kitus mechaninius darbus.

Taigi NIEKADA nenukreipkite to į žmogų, kai jis yra pakrautas ir įkrautas, vadovaukitės sveiku protu.

2 žingsnis: įrankių ir darbo vietos reikalavimai

Reikalingi įgūdžiai:

Jei esate visiškai naujokas elektronikos srityje, šis projektas nėra skirtas jums. Reikalingi šie įgūdžiai:

- Gali lituoti ant paviršiaus montuojamus įrenginius, įskaitant IC, kondensatorius ir rezistorius

- Galimybė naudoti multimetrą

Reikalingi įrankiai (mažiausiai):

- Smulkus antgalis / didelis antgalio lituoklis

- Lituoklis

- Skystas srautas arba flux rašiklis

- Lydymosi pynė

- Didinamasis stiklas, skirtas apžiūrėti litavimo jungtis arba mikroskopą

- Puikūs pincetai

- Multimetras nuolatinės srovės įtampos matavimui (525 VDC)

Rekomenduojami įrankiai (neprivaloma)

- Reguliuojamas maitinimo šaltinis

- Osciloskopas

- Karšto oro litavimo stotis

Darbo vietos paruošimas ir bendros darbo rekomendacijos:

- Naudokite švarų stalą, pageidautina ne plastikinį (kad išvengtumėte problemų dėl statinio krūvio)

- Nenaudokite drabužių, kurie lengvai sukuria / kaupia krūvį (tai tas, kuris pašalina kibirkštis)

- Kadangi beveik niekas namuose neturi saugios ESD darbo vietos, aš rekomenduoju surinkimą atlikti vienu žingsniu, t. Padėkite visus komponentus ant stalo ir pradėkite.

- Kai kurie komponentai yra gana maži, pvz., Rezistoriai ir kondensatoriai 0603 pakuotėse, jie gali lengvai pasiklysti, tik po vieną išimti iš pakuotės

- Įkroviklio IC TSSOP20 pakuotėje yra sunkiausiai lituojama dalis, jo 0,65 mm žingsnis (atstumas tarp kaiščių) vis dar toli gražu nėra mažiausias pramonės standartas, tačiau tai gali būti sunku mažiau patyrusiam asmeniui. Jei nesate tikri, rekomenduočiau pirmiausia išmokti lituoti ant kažko kito, o ne išmesti PCB

Vėlgi, visas PCB surinkimo procesas parodytas vaizdo įraše, paminėtame pirmame šios pamokos puslapyje

3 žingsnis: Diagrama

Šiame skyriuje pateiksiu grandinės apžvalgą. Atidžiai perskaitykite, tai padės išvengti ką tik surinktos plokštės pažeidimų.

Kairėje pusėje bus prijungta baterija. Įsitikinkite, kad bet kokiomis sąlygomis jis yra žemesnis nei 8 V, kitaip gali būti pažeista įkroviklio grandinė!

Naudojamos baterijos yra 3,7 V, tačiau esant labai mažai apkrovai, jų įtampa bus didesnė nei 4 V, todėl įkrovikliui, prieš jį paleidžiant, būtų suteikta didesnė nei 8 V įtampa. Nerizikuodami, serijoje yra du schottky diodai su baterija, kad įtampa sumažėtų žemiau 8 V. Jie taip pat yra apsauga nuo apverstų baterijų. Taip pat naudokite nuosekliai saugiklį nuo 3 iki 5A, tai gali būti žemos įtampos saugiklis, kaip ir transporto priemonėse. Kad neištuštintumėte akumuliatoriaus, kai ginklas nenaudojamas, rekomenduoju prijungti pagrindinį maitinimo jungiklį.

Akumuliatoriaus įtampa PCB įvesties gnybtuose visada turi būti tarp 5V ir 8V, kad grandinė veiktų tinkamai.

Valdymo skyriuje yra apsauga nuo žemos įtampos ir 3 laikmačio grandinės. Laikmatis IC U11 su mirksinčiu LED1 rodo, kad komanda įjungti įkroviklio grandinę yra aktyvi. Laikmatis IC U10 nustato išėjimo impulsų plotį. Impulsų plotį galima reguliuoti potenciometru R36. Naudojant R8 ir C4/C6 vertes pagal BOM, diapazonas yra nuo 510 iki 2,7 ms. Jei jums reikia pulso pločio už šio diapazono ribų, šias vertes galima koreguoti taip, kaip norite.

Trumpiklis J1 gali būti atidarytas pradiniam bandymui. Komanda įjungti įkroviklio grandinę eina per tą trumpiklį (teigiama logika, ty 0V = įkroviklis išjungtas; VBAT = įkroviklis įjungtas).

Viršutinėje vidurinėje dalyje yra kondensatoriaus įkroviklio grandinė. Transformatoriaus maksimalios srovės riba yra 10A, ši srovė sukonfigūruota naudojant srovės jutimo rezistorių R21 ir neturėtų būti padidinta, kitaip galite rizikuoti prisotinti transformatoriaus šerdį. 10A smailė lemia šiek tiek daugiau nei 3A vidutinę akumuliatoriaus srovę, kuri tinka mano naudojamoms baterijoms. Jei norite naudoti kitas baterijas, kurios negali tiekti tos srovės, turėsite padidinti rezistoriaus R21 vertę. (padidinkite rezistoriaus R21 vertę, kad sumažintumėte transformatoriaus piko srovę ir atitinkamai vidutinę srovę iš akumuliatoriaus)

Pagrindinė kondensatoriaus išėjimo įtampa matuojama lygintuvu. Jis įjungia šviesos diodą2, kai įtampa yra didesnė nei maždaug 500 V, ir išjungia įkroviklį, kai įtampa viršija 550 V, esant viršįtampiui (to iš tikrųjų niekada neturėtų būti).

NIEKADA NEĮJUNKITE ĮKROVĖJO BE PAGRINDINIO KAPACITORIO, SUSIJUSIO SU CIRCUIT. Tai gali sugadinti įkroviklio IC.

Paskutinė grandinė yra tilto grandinė, kuri per du IGBT išleidžia kondensatorių į apkrovą / ritę.

4 žingsnis: PCB tikrinimas

Pirmiausia patikrinkite, ar PCB nėra nieko neįprasto. Gamintojas juos tikrina ir patikrina elektra, tačiau prieš surenkant visada patartina dar kartą patikrinti. Aš niekada neturėjau problemų, tai tik įprotis.

Gerber failus galite atsisiųsti čia:

įkelkite juos į PCB gamintoją, pvz., OSHPARK. COM arba JLCPCB. COM ar bet kurį kitą.

5 žingsnis: Surinkimas

Atsisiųskite „Excel“BOM failą ir du pdf failus, kad nustatytumėte komponento vietą

Pirmiausia surinkite mažesnę PCB, kurioje yra didelis elektrolitinis kondensatorius. Atkreipkite dėmesį į tinkamą poliškumą!

90 laipsnių antraštės, jungiančios šią PCB su pagrindine PCB, gali būti montuojamos viršutinėje arba apatinėje pusėje, priklausomai nuo jūsų mechaninio surinkimo.

Dar NĖRA lituoti antraščių į pagrindinę PCB, jas sunku pašalinti. Prijunkite du trumpus laidus, storesnius nei AWG20, tarp dviejų PCB.

Ant pagrindinės PCB pirmiausia surinkite įkroviklio IC, kuri yra sunkiausia dalis, jei nesate įpratę. Tada surinkite mažesnius komponentus. Pirmiausia sumontuosime visus kondensatorius ir rezistorius. Lengviausias būdas yra uždėti šiek tiek lituoklio ant vienos trinkelės, tada komponentą lituoti pincetu. Nesvarbu, kaip šiuo metu atrodo lydmetalio jungtis, tai tik padeda ją pritvirtinti.

Tada lituokite kitą trinkelę. Dabar naudokite skysčio srautą arba plunksnos rašiklį ant ne taip gerai atrodančių litavimo siūlių ir pakartokite jungtį. Naudokite vaizdo įrašo pavyzdžius kaip nuorodą, kaip atrodo priimtina litavimo jungtis.

Dabar pereikite prie IC. Pritvirtinkite vieną PCB terminalą aukščiau nurodytu metodu. Tada lituokite ir visus kitus kaiščius.

Toliau įdiegsime didesnius komponentus, tokius kaip elektrolitiniai ir plėveliniai kondensatoriai, trimpotai, šviesos diodai, „Mosfets“, diodai, IGBT ir įkroviklio grandinės transformatorius.

Dar kartą patikrinkite visas litavimo jungtis, įsitikinkite, kad nė vienas komponentas nėra sulaužytas ar įtrūkęs ir pan.

6 žingsnis: paleidimas

Atsargiai: neviršykite 8 V įėjimo įtampos

Jei turite osciloskopą:

Prijunkite mygtuką (paprastai atidarytą) prie įėjimų SW1 ir SW2.

Patikrinkite, ar trumpiklis J1 atidarytas. Idealiu atveju prie akumuliatoriaus įvesties prijunkite reguliuojamą stalinį maitinimo šaltinį. Jei neturite reguliuojamo maitinimo šaltinio ant stalo, turėsite eiti tiesiai su baterijomis. Šviesos diodas 1 turėtų mirksėti, kai tik įėjimo įtampa yra didesnė nei apie 5,6 V. Žemos įtampos grandinė turi didelę histerezę, ty, norint iš pradžių įjungti grandinę, įtampa turi būti didesnė nei 5,6 V, tačiau ji išjungs grandinę tik tada, kai įėjimo įtampa nukris žemiau maždaug 4,9 V. Šiame pavyzdyje naudojamoms baterijoms tai yra nesvarbi savybė, tačiau ji gali būti naudinga dirbant su baterijomis, turinčiomis didesnį vidinį pasipriešinimą ir (arba) iš dalies išsikrovusiomis.

Tinkamu multimetru išmatuokite pagrindinę aukštos įtampos kondensatoriaus įtampą, ji turėtų likti 0 V, nes kroviklis turėtų būti išjungtas.

Naudodami osciloskopą, paspausdami mygtuką, išmatuokite pulso plotį U10 3 kaištyje. Jis turi būti reguliuojamas naudojant trimpot R36 ir svyruoja nuo maždaug 0,5 ms iki 2,7 ms. Po kiekvieno mygtuko paspaudimo impulsas gali būti paleistas iš naujo maždaug 5 sekundes.

Pereikite prie žingsnio… pilnas įtampos testas

jei neturite osciloskopo:

Atlikite tuos pačius veiksmus, kaip aprašyta aukščiau, bet praleiskite pulso pločio matavimą, multimetru nėra ko matuoti.

Eikite į … visą įtampos testą

7 žingsnis: visos įtampos bandymas

Pašalinkite įėjimo įtampą.

Uždarykite trumpiklį J1.

Dar kartą patikrinkite aukštos įtampos kondensatoriaus poliškumą!

Prie aukštos įtampos kondensatoriaus gnybtų prijunkite multimetrą, skirtą numatomai įtampai (> 525 V).

Prijunkite bandymo ritę prie išėjimo gnybtų Coil1 ir Coil2. Mažiausia induktyvumo/varžos ritė, kurią naudojau su šia grandine, buvo AWG20 500uH/0,5 omų. Vaizdo įraše naudojau 1mH 1R.

Įsitikinkite, kad šalia ritės ar jos viduje nėra feromagnetinių medžiagų.

Dėvėkite apsauginius akinius

Įveskite akumuliatoriaus įtampą įvesties gnybtuose.

Įkroviklis turėtų įsijungti, o nuolatinė įtampa ant kondensatoriaus turėtų sparčiai didėti.

Jis turėtų stabilizuotis esant maždaug 520 V. Jei jis viršija 550 V ir vis tiek kyla, nedelsdami išjunkite įėjimo įtampą, kažkas negerai su įkroviklio IC grįžtamojo ryšio dalimi. Tokiu atveju turėsite dar kartą patikrinti visas litavimo jungtis ir teisingai sumontuoti visus komponentus.

LED2 dabar turėtų užsidegti, rodydamas, kad pagrindinis kondensatorius yra visiškai įkrautas.

Paspauskite gaiduko mygtuką, įtampa turėtų nukristi kelis šimtus voltų, tiksli vertė priklausys nuo sureguliuoto impulso pločio.

Išjunkite įėjimo įtampą.

Prieš tvarkant PCB, reikia iškrauti kondensatorių

Tai galima padaryti laukiant, kol įtampa nukris iki saugios vertės (užtrunka ilgai), arba iškraunant ją galios rezistoriumi. Taip pat atliks keletą serijinių kaitinamųjų lempučių, reikalingų lempučių skaičius priklausys nuo jų įtampos, nuo dviejų iki trijų 220 V lempoms, nuo keturių iki penkių - 120 V lempoms

Nuimkite laidus nuo kondensatoriaus PCB. Norėdami užbaigti modulį, kondensatorius dabar (arba vėliau) gali būti lituojamas tiesiai prie pagrindinės plokštės, priklausomai nuo mechaninio surinkimo proceso. Kondensatoriaus modulį sunku išimti iš pagrindinės PCB, atitinkamai suplanuokite.

8 žingsnis: mechaninis

Svarstymai dėl mechaninio montavimo

Pagrindinėje PCB yra 6 išpjovos, skirtos pritvirtinti prie atramos. Prie šių pėdsakų daugiau ar mažiau yra vario pėdsakų. Montuojant PCB reikia stengtis, kad šie pėdsakai netrumpėtų prie varžto. Todėl reikia naudoti plastikinius tarpiklius ir plastikines poveržles. Kaip korpusą naudoju metalo laužą, aliuminio U profilį. Jei naudojate metalinę atramą, ji turi būti įžeminta, ty prijungta laidu prie minusinio akumuliatoriaus poliaus. Prieinamos dalys (dalys, kurias galima liesti) yra paleidimo jungiklis ir akumuliatorius, jų įtampos lygis yra arti žemės. Jei koks nors aukštos įtampos mazgas liestųsi su metaliniu korpusu, jis būtų trumpai įžemintas ir naudotojas būtų saugus. Priklausomai nuo korpuso ir ritės svorio, visas įrenginys gali būti gana sunkus priekyje, todėl rankena turi būti atitinkamai sumontuota.

Korpusą taip pat būtų galima padaryti daug gražesnį, spausdinti 3D, dažyti ir pan., Tai priklauso nuo jūsų.

9 žingsnis: teorija

Darbo principas yra labai paprastas.

Du IGBT įjungiami vienu metu tam tikrą laikotarpį, trunkantį nuo kelių šimtų iki kelių ms, priklausomai nuo monostabilaus generatoriaus U10 konfigūracijos/reguliavimo. Tada srovė pradeda kauptis per ritę. Srovė atitinka magnetinio lauko stiprumą, o magnetinio lauko stipris - ritės viduje esantį sviedinį veikiančią jėgą. Šovinys pradeda lėtai judėti ir prieš pat jo vidurio pasiekimą ritės viduryje, IGBT išjungiami. Srovė ritės viduje nesustoja akimirksniu, bet dabar teka per diodus ir tam tikrą laiką grįžta į pagrindinį kondensatorių. Nors srovė mažėja, ritės viduje vis dar yra magnetinis laukas, todėl jis turėtų nukristi iki beveik nulio, kol sviedinio vidurys pasieks ritės vidurį, antraip jis būtų veikiamas lūžimo jėgos. Realaus pasaulio rezultatas atitinka modeliavimą. Galinė srovė prieš išjungiant impulsą yra 367A (dabartinis zondas 1000A/4V)

10 žingsnis: ritės konstrukcija

36 m/s greitis buvo gautas naudojant tokią ritę: 500uH, AWG20, 0,5R, 22 mm ilgio, 8 mm vidinio skersmens. Naudokite vamzdelį, kurio tarpas tarp vidinės sienos ir sviedinio turi mažiausią įmanomą tarpą ir vis tiek leidžia laisvai judėti sviediniui. Ji taip pat turėtų turėti kuo plonesnes sienas, tuo pat metu būdama labai standi. Aš naudoju nerūdijančio plieno vamzdelį ir jokio neigiamo poveikio nepastebėjau. Jei naudojate elektrai laidų vamzdelį, prieš jį suvyniodami būtinai izoliuokite jį atitinkama juostele (aš naudojau Kaptono juostą). Vyniojant gali tekti laikinai sumontuoti papildomas galines dalis, nes vyniojimo metu atsiranda didelių šoninių jėgų. Tada aš rekomenduočiau apvijas pritvirtinti/apsaugoti epoksidine danga. Tai padės išvengti apvijų pažeidimo tvarkant/surenkant ritę. Visas ritės surinkimas turėtų būti atliekamas taip, kad apvijos negalėtų judėti. Jums taip pat reikia tam tikros atramos, kad galėtumėte jį pritvirtinti prie pagrindinio korpuso.

11 žingsnis: Galimi grandinės pakeitimai ir apribojimai

Į kondensatorių, įkrautą iki 522 V, yra 136 džauliai. Šios grandinės efektyvumas yra gana mažas, kaip ir daugumos paprastų vieno etapo konstrukcijų, kurios pagreitina feromagnetinius sviedinius. Didžiausią įtampą riboja maksimali leistina 550 VDC kondensatoriaus įtampa ir didžiausias IGBT VCE įvertinimas. Kitos ritės geometrijos ir mažesnės induktyvumo/varžos vertės gali lemti didesnį greitį/efektyvumą. Tačiau didžiausia nurodyta didžiausia šio IGBT srovė yra 600A. Yra ir kitų tokio paties dydžio IGBT, kurie galėtų palaikyti didesnes viršįtampių sroves. Bet kokiu atveju, jei ketinate padidinti talpą arba IGBT dydį, būtinai apsvarstykite šias pagrindines problemas: Laikykitės didžiausios srovės, nurodytos IGBT duomenų lape. Nerekomenduoju didinti įkroviklio įtampos, reikia atsižvelgti į per daug kintamųjų. Padidinus talpą ir naudojant didesnį impulsų plotį didesnėms ritėms, taip pat padidės IGBT galios išsklaidymas. Todėl jiems gali prireikti radiatoriaus. Rekomenduoju pirmiausia imituoti modifikuotą grandinę SPICE /Multisim ar kitoje modeliavimo programinėje įrangoje, kad būtų nustatyta, kokia bus didžiausia srovė.

Sėkmės!

12 žingsnis: veikiantis ritininis pistoletas

Tiesiog smagu fotografuoti atsitiktinius dalykus …