Coilgun SGP33 - Arahan Penuh dan Arahan Ujian: 12 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Tutorial ini menerangkan cara memasang elektronik pistol gegelung yang ditunjukkan dalam video ini:

Youtube pemasangan SGP-33

Terdapat juga video di mana anda melihatnya beraksi di halaman terakhir tutorial ini. Inilah pautannya.

PCB untuk demo ini disediakan oleh JLCPCB. COM

Tujuannya adalah untuk membangun satu gegelung tahap satu yang ringan, mempunyai prestasi yang baik dan menggunakan alat ganti yang tersedia dengan harga yang berpatutan.

Ciri-ciri:

- Pentas tunggal, pukulan tunggal

- Lebar nadi pengaktifan gegelung yang boleh disesuaikan

- Gegelung yang didorong oleh IGBT

- Kapasitor 1000uF / 550V tunggal

- Halaju tertinggi yang diperoleh 36m / s, akan sangat bergantung pada sifat gegelung dan sifat unjuran dan geometri

- Masa pengecasan awal sekitar 8s, masa mengisi semula bergantung pada masa pelepasan, dalam contoh video itu adalah 5s

Jumlah kos untuk bahagian elektronik hanya sekitar $ 140 AS, tidak termasuk wayar / tong tembaga untuk gegelung.

Dalam tutorial ini saya hanya akan menerangkan cara memasang PCB.

Saya juga akan memberikan semua maklumat lain untuk memanfaatkan sepenuhnya rangkaian ini tanpa meletupkannya.

Saya tidak akan memberikan penerangan terperinci mengenai pemasangan mekanikal, kerana saya fikir ia boleh diperbaiki / diubah. Anda perlu menggunakan imaginasi anda untuk bahagian tersebut.

Langkah 1: Amaran

PERHATIAN:

Pastikan anda membaca dan memahami bahagian ini!

Litar mengenakan kapasitor sekitar 525V. Sekiranya anda menyentuh terminal kapasitor sedemikian dengan tangan kosong, anda boleh mencederakan diri sendiri dengan teruk. Juga (ini kurang berbahaya tetapi harus disebutkan), arus tinggi yang dapat mereka sediakan dapat membuat percikan api dan dapat menguap wayar nipis. Oleh itu sentiasa memakai pelindung mata!

Kacamata keselamatan adalah suatu keharusan

Kapasitor mengekalkan cas walaupun suis utama dimatikan. Ia mesti habis SEBELUM bekerja di litar !!!

Kedua, kita akan menggunakan tenaga yang terkandung di dalam kapasitor dan mengubahnya menjadi tenaga kinetik sebuah peluru. Walaupun halaju peluru ini rendah, ia masih boleh menyakiti anda (atau orang lain), oleh itu gunakan peraturan keselamatan yang sama seperti ketika bekerja dengan alat elektrik atau melakukan kerja mekanikal lain.

Oleh itu, JANGAN sekali-kali menunjukkan perkara ini kepada seseorang semasa ia dimuat dan dicaj, gunakan akal.

Langkah 2: Keperluan Alat dan Tempat Kerja

Kemahiran yang diperlukan:

Sekiranya anda baru menggunakan elektronik maka projek ini bukan untuk anda. Kemahiran berikut diperlukan:

- Mampu menyolder peranti pelekap permukaan termasuk IC, kapasitor dan perintang

- Mampu menggunakan multimeter

Alat yang diperlukan (minimum):

- Pateri hujung halus / hujung besar

- Kawat pateri

- Flux cecair atau pen fluks

- Jalinan pemisah

- Kaca pembesar untuk memeriksa sendi pateri atau mikroskop

- Pinset halus

- Multimeter untuk mengukur voltan pautan DC (525VDC)

Alat yang disyorkan (pilihan)

- Bekalan kuasa laras

- Osiloskop

- Stesen pemanas udara panas

Penyediaan tempat kerja dan cadangan kerja am:

- Gunakan meja bersih, lebih baik bukan plastik (untuk mengelakkan masalah dengan cas statik)

- Jangan gunakan pakaian yang mudah membuat / menumpuk cas, (itulah yang membuat percikan api semasa anda mengeluarkannya)

- Oleh kerana hampir tidak ada yang mempunyai tempat kerja yang selamat ESD di rumah, saya cadangkan melakukan pemasangan dalam satu langkah, iaitu jangan membawa komponen yang masuk akal (semua semikonduktor sebaik sahaja anda mengeluarkannya dari bungkusan). Letakkan semua komponen di atas meja kemudian mulakan.

- Sebilangan komponen cukup kecil, seperti perintang dan kapasitor dalam bungkusan 0603, ia mudah hilang, hanya mengeluarkan satu per satu dari bungkusannya

- IC pengecas dalam pakej TSSOP20 adalah bahagian yang paling sukar untuk disolder, ia mempunyai jarak 0,65 mm (jarak antara pin) yang masih jauh dari standard industri terkecil tetapi mungkin sukar bagi seseorang yang kurang berpengalaman. Sekiranya anda tidak pasti, saya cadangkan anda melatih pematerian terlebih dahulu pada perkara lain dan bukannya membatalkan PCB anda

Sekali lagi, keseluruhan proses pemasangan PCB ditunjukkan dalam video yang disebutkan di halaman pertama tutorial ini

Langkah 3: Rajah

Pada bahagian ini saya akan memberikan gambaran keseluruhan litar. Baca dengan teliti, ini akan membantu anda mengelakkan kerosakan pada papan yang baru anda pasangkan.

Di sebelah kiri bateri akan disambungkan. Pastikan ia lebih rendah daripada 8V dalam semua keadaan atau litar pengecas mungkin rosak!

Bateri yang saya gunakan ialah 3.7V tetapi akan mempunyai voltan lebih tinggi daripada 4V ketika di bawah beban yang sangat ringan, oleh itu mereka akan memberi voltan lebih tinggi daripada 8V kepada pengecas sebelum ia mula. Tidak mengambil risiko, terdapat dua dioda schottky secara berurutan dengan bateri menjatuhkan voltan ke bawah 8V. Mereka juga berfungsi sebagai perlindungan terhadap bateri terbalik. Gunakan juga sekering 3 hingga 5A secara bersiri, ini boleh menjadi sekering voltan rendah seperti yang digunakan dalam kenderaan. Untuk mengelakkan bateri habis semasa pistol tidak digunakan, saya cadangkan menyambungkan suis kuasa utama.

Voltan bateri di terminal input PCB hendaklah antara 5V dan 8V setiap masa agar litar berfungsi dengan baik.

Bahagian kawalan mengandungi perlindungan voltan bawah dan litar pemasa 3. Pemasa IC U11 dengan LED1 berkedip menunjukkan bahawa perintah untuk menghidupkan litar pengecas aktif. Pemasa IC U10 menentukan lebar nadi output. Lebar nadi boleh disesuaikan dengan potensiometer R36. Dengan nilai R8 dan C4 / C6 mengikut BOM julatnya adalah: 510us hingga 2.7ms. Sekiranya anda memerlukan lebar nadi dari julat ini, nilai-nilai ini dapat disesuaikan mengikut kehendak anda.

Jumper J1 boleh dibuka untuk ujian awal. Perintah untuk mengaktifkan litar pengecas melalui jumper itu (logik positif, iaitu 0V = pengecas dilumpuhkan; VBAT = pengecas diaktifkan).

Bahagian tengah atas mengandungi litar pengecas kapasitor. Had arus puncak pengubah adalah 10A, arus ini dikonfigurasikan dengan perintang rasa semasa R21 dan tidak boleh dinaikkan atau anda mungkin berisiko menepis teras pengubah. Puncak 10A membawa arus lebih sedikit 3A daripada bateri yang sesuai untuk bateri yang saya gunakan. Sekiranya anda ingin menggunakan bateri lain yang tidak dapat memberikan arus itu, anda perlu meningkatkan nilai perintang R21. (tingkatkan nilai perintang R21 untuk mengurangkan arus puncak pengubah dan akibatnya arus rata-rata dari bateri)

Voltan keluaran kapasitor utama diukur dengan pembanding. Ia mengaktifkan LED2 apabila voltan melebihi 500V dan menyahdayakan pengecas apabila voltan melebihi 550V dalam kejadian voltan berlebihan (yang sebenarnya tidak akan pernah berlaku).

TIDAK PERNAH MENGUATKAN PENGHARGAAN TANPA KAPASITOR UTAMA YANG BERHUBUNGAN DENGAN PEKELILING. Ini mungkin merosakkan IC pengecas.

Litar terakhir adalah litar jambatan yang melepaskan kapasitor melalui dua IGBT ke dalam beban / gegelung.

Langkah 4: Pemeriksaan PCB

Periksa dahulu PCB untuk perkara yang tidak biasa. Mereka benar-benar diperiksa dan diuji elektrik dari pengeluar tetapi selalu ada baiknya anda memeriksa semula sebelum memasang. Saya tidak pernah menghadapi masalah cuma kebiasaan.

Anda boleh memuat turun fail Gerber di sini:

muat naik ke pengeluar PCB seperti OSHPARK. COM atau JLCPCB. COM atau yang lain.

Langkah 5: Perhimpunan

Muat turun fail Excel BOM dan dua fail pdf untuk lokasi komponen

Pertama pasangkan PCB yang lebih kecil yang memegang kapasitor elektrolitik besar. Perhatikan kekutuban yang betul!

Header 90 darjah yang akan menghubungkan PCB ini ke PCB utama boleh dipasang di bahagian atas atau bawah bergantung pada pemasangan mekanikal anda.

JANGAN memasukkan header ke PCB utama, ia sukar dikeluarkan. Sambungkan dua wayar pendek yang lebih tebal daripada AWG20 antara kedua-dua PCB.

Pada PCB utama pasang terlebih dahulu IC pengecas yang merupakan bahagian paling sukar jika anda tidak terbiasa dengannya. Kemudian pasangkan komponen yang lebih kecil. Kami akan memasang semua kapasitor dan perintang terlebih dahulu. Kaedah paling mudah adalah meletakkan sedikit pateri pada satu pad, kemudian solder komponen tersebut dengan bantuan pinset pada pad ini terlebih dahulu. Tidak kira bagaimana sambungan pateri pada tahap ini, ini hanya berfungsi untuk memperbaikinya di tempat.

Kemudian pateri pad yang lain. Sekarang gunakan fluks cecair atau pen fluks pada sendi pateri yang tidak begitu cantik dan lakukan semula sambungan. Gunakan contoh-contoh dalam video sebagai rujukan mengenai bagaimana sambungan pateri yang boleh diterima.

Sekarang beralih ke IC. Betulkan satu terminal pada PCB menggunakan kaedah yang disebutkan di atas. Kemudian pateri semua pin lain juga.

Seterusnya kita akan memasang komponen yang lebih besar seperti kapasitor elektrolitik dan filem, trimpot, LED, Mosfets, dioda, IGBT dan pengubah litar pengecas.

Periksa semula semua sendi pateri, pastikan tiada komponen yang pecah atau retak dll.

Langkah 6: Permulaan

Awas: Jangan melebihi voltan input 8V

Sekiranya anda mempunyai osiloskop:

Sambungkan butang tekan (biasanya terbuka) ke input SW1 dan SW2.

Sahkan bahawa pelompat J1 terbuka. Sebaiknya sambungkan bekalan kuasa bangku laras ke input bateri. Sekiranya anda tidak mempunyai bekalan kuasa bangku yang boleh disesuaikan, anda mesti menggunakan bateri secara langsung. LED 1 akan berkelip sebaik sahaja voltan input lebih tinggi daripada sekitar 5.6V. Litar tegangan bawah mempunyai histeresis yang besar, iaitu untuk menghidupkan litar pada mulanya voltan perlu lebih tinggi daripada 5.6V tetapi hanya akan mematikan litar apabila voltan input turun di bawah sekitar 4.9V. Untuk bateri yang digunakan dalam contoh ini, ini adalah ciri yang tidak relevan tetapi mungkin berguna jika bekerja dengan bateri yang mempunyai ketahanan dalaman yang lebih tinggi dan / atau habis sebahagiannya.

Ukur voltan kapasitor voltan tinggi utama dengan multimeter yang sesuai, ia mesti kekal 0V kerana pengecas sepatutnya dinyahaktifkan.

Dengan osiloskop, ukur lebar nadi pada pin 3 U10 ketika menekan butang tekan. Ia harus disesuaikan dengan trimpot R36 dan berbeza antara kira-kira 0.5ms dan 2.7ms. Terdapat kelewatan sekitar 5 saat sebelum nadi dapat dimulakan semula setelah setiap butang menekan.

Pergi ke langkah… ujian voltan penuh

jika anda tidak mempunyai osiloskop:

Lakukan langkah yang sama seperti di atas tetapi lewati pengukuran lebar nadi, tidak ada yang dapat diukur dengan multimeter.

Pergi ke… ujian voltan penuh

Langkah 7: Ujian Voltan Penuh

Tanggalkan voltan masukan.

Tutup Jumper J1.

Periksa semula kekutuban kapasitor voltan tinggi yang betul!

Sambungkan multimeter yang diberi nilai untuk voltan yang diharapkan (> 525V) ke terminal kapasitor voltan tinggi.

Sambungkan gegelung ujian ke terminal output Coil1 dan Coil2. Gegelung aruhan / rintangan terendah yang saya gunakan dengan litar ini ialah AWG20 500uH / 0.5 Ohm. Dalam video tersebut saya menggunakan 1mH 1R.

Pastikan tidak ada bahan feromagnetik di dekat atau di dalam gegelung.

Pakai cermin mata keselamatan

Sapukan voltan bateri ke terminal input.

Pengecas harus dihidupkan dan voltan DC pada kapasitor akan meningkat dengan cepat.

Ia mesti stabil pada kira-kira 520V. Sekiranya melebihi 550V dan masih naik, matikan voltan masukan dengan segera, ada yang tidak kena dengan bahagian maklum balas IC pengecas. Dalam kes ini, anda perlu memeriksa semula semua sendi pateri dan pemasangan semua komponen dengan betul.

LED2 kini harus menyala menunjukkan bahawa kapasitor utama telah dicas sepenuhnya.

Tekan butang pemicu, voltan akan turun beberapa ratus volt, nilai yang tepat akan bergantung pada lebar nadi yang disesuaikan.

Matikan voltan masukan.

Sebelum mengendalikan PCB, kapasitor perlu dilepaskan

Ini boleh dilakukan dengan menunggu sehingga voltan jatuh ke nilai yang selamat (memerlukan masa yang lama) atau dengan melepaskannya dengan perintang kuasa. Beberapa lampu pijar dalam siri juga akan melakukan tugas, bilangan mentol yang diperlukan akan bergantung pada peringkat voltan mereka, dua hingga tiga untuk lampu 220V, empat hingga lima untuk lampu 120V

Tanggalkan wayar dari kapasitor PCB. Untuk melengkapkan modul, kapasitor sekarang (atau lebih baru) dapat disolder terus ke papan utama bergantung pada proses pemasangan mekanikal. Modul kapasitor sukar dikeluarkan dari PCB utama, rancang dengan sewajarnya.

Langkah 8: Mekanikal

Pertimbangan pemasangan mekanikal

PCB utama mempunyai 6 potongan untuk memasangnya pada sokongan. Terdapat jejak tembaga lebih kurang berhampiran jejak ini. Semasa memasang PCB, penjagaan mesti diambil agar tidak memendekkan jejak ini ke skru. Oleh itu spacer plastik dan mesin basuh plastik perlu digunakan. Saya menggunakan sekeping logam sekerap, profil U aluminium sebagai perumahan. Sekiranya menggunakan sokongan logam, ia harus dibumikan, iaitu dihubungkan dengan wayar ke tiang tolak bateri. Bahagian yang boleh diakses (bahagian yang boleh disentuh) adalah pemicu suis dan bateri, tahap voltan mereka hampir dengan tanah. Sekiranya ada nod voltan tinggi yang bersentuhan dengan perumahan logam, ia akan terpendek ke tanah dan pengguna selamat. Bergantung pada berat perumahan dan gegelung, seluruh unit boleh menjadi cukup berat sehingga cengkaman perlu dipasang dengan sewajarnya.

Perumahan juga boleh dibuat lebih bagus, dicetak 3D, dicat dll, terpulang kepada anda.

Langkah 9: Teori

Prinsip kerja sangat mudah.

Kedua-dua IGBT diaktifkan pada masa yang sama untuk jangka masa yang berlangsung beberapa ratus kita hingga beberapa ms bergantung pada konfigurasi / penyesuaian osilator monostable U10. Arus kemudian mula membina melalui gegelung. Arus sepadan dengan kekuatan medan magnet dan kekuatan medan magnet dengan daya yang diberikan pada peluru di dalam gegelung. Proyektil mula bergerak perlahan dan tepat sebelum bahagian tengahnya mencapai bahagian tengah gegelung, IGBT dimatikan. Arus di dalam gegelung tidak berhenti seketika tetapi sekarang mengalir melalui dioda dan kembali ke kapasitor utama untuk beberapa waktu. Semasa arus merosot masih ada medan magnet di dalam gegelung, jadi ini akan turun hampir ke sifar sebelum bahagian tengah proyektil mencapai tengah gegelung jika tidak, daya pemutus akan diberikan di atasnya. Hasil dunia nyata sesuai dengan simulasi. Arus akhir sebelum mematikan nadi adalah 367A (probe semasa 1000A / 4V)

Langkah 10: Pembinaan gegelung

Halaju 36m / s diperoleh dengan gegelung berikut: 500uH, AWG20, 0.5R, panjang 22mm, diameter dalaman 8mm. Gunakan tiub yang mempunyai jurang terkecil antara dinding dalaman dan peluru dan masih membenarkan pergerakan bebas peluru. Ia juga harus mempunyai dinding yang paling tipis, walaupun sangat kaku. Saya menggunakan tiub keluli tahan karat dan tidak ada kesan buruk yang dapat dilihat. Sekiranya menggunakan tiub konduktif elektrik, pastikan untuk melekatkannya dengan pita yang sesuai (saya menggunakan pita Kapton) sebelum menggulungnya. Anda mungkin perlu memasang kepingan tambahan sementara semasa penggulungan, kerana daya sisi yang besar berkembang semasa proses penggulungan. Saya kemudian mengesyorkan untuk memperbaiki / melindungi belitan dengan epoksi. Ini akan membantu mengelakkan belitan tidak rosak semasa mengendalikan / memasang gegelung. Keseluruhan pemasangan gegelung harus dilakukan dengan cara agar belitan tidak dapat bergerak. Anda juga memerlukan semacam sokongan untuk memasangnya di perumahan utama.

Langkah 11: Kemungkinan Pengubahsuaian dan Batasan Litar

Kapasitor yang dicas ke 522V mengandungi 136 Joules. Kecekapan litar ini cukup rendah, seperti kebanyakan reka bentuk pentas tunggal yang mempercepat proyektil feromagnetik. Voltan maksimum dibatasi oleh voltan kapasitor maksimum yang dibenarkan 550VDC dan penilaian VCE maksimum IGBT. Geometri gegelung lain dan nilai induktansi / rintangan yang lebih rendah boleh menyebabkan halaju / kecekapan yang lebih tinggi. Arus puncak maksimum yang ditentukan untuk IGBT ini ialah 600A. Terdapat IGBT lain dengan ukuran yang sama yang mungkin menyokong arus lonjakan yang lebih tinggi. Bagaimanapun, jika anda mempertimbangkan untuk meningkatkan kapasitansi atau ukuran IGBT, pastikan anda mempertimbangkan masalah utama berikut: Hormati arus maksimum yang ditentukan dalam lembaran data IGBT. Saya tidak mengesyorkan meningkatkan voltan pengecas, terlalu banyak pemboleh ubah yang perlu dipertimbangkan. Meningkatkan kapasitansi dan menggunakan lebar nadi yang lebih panjang untuk gegelung yang lebih besar juga akan meningkatkan pelesapan kuasa IGBT. Oleh itu, mereka mungkin memerlukan pendinginan. Saya cadangkan simulasi litar yang diubah terlebih dahulu di SPICE / Multisim atau perisian simulasi lain untuk menentukan arus puncaknya.

Semoga berjaya!

Langkah 12: The Coil Gun in Action

Hanya bersenang-senang mengambil gambar secara rawak …