Coilgun SGP33 - دستورالعمل کامل مونتاژ و آزمایش: 12 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

این آموزش نحوه مونتاژ وسایل الکترونیکی تفنگ کویل را نشان می دهد که در این ویدئو نشان داده شده است:

مونتاژ SGP-33 Youtube

همچنین یک ویدئو وجود دارد که در آن در عمل در صفحه آخر این آموزش مشاهده می کنید. اینجا پیوند است.

PCB های این نسخه ی نمایشی در صورت تمایل توسط JLCPCB. COM ارائه شده است

هدف این بود که یک کویل تفنگ تک مرحله ای بسازیم که سبک باشد ، عملکرد خوبی داشته و از قطعات معمولی موجود برای قیمت مناسب استفاده کند.

امکانات:

- تک مرحله ، تک شات

- عرض پالس فعال سازی سیم پیچ قابل تنظیم

- سیم پیچ با محوریت IGBT

- یک خازن 1000uF/550V

- بیشترین سرعت بدست آمده 36 متر بر ثانیه ، بستگی زیادی به خواص و هندسه سیم پیچ و پرتابه دارد

- زمان شارژ اولیه حدود 8 ثانیه ، زمان شارژ بستگی به زمان تخلیه دارد ، در مثال ویدیویی 5 ثانیه است

هزینه کل قطعات الکترونیکی فقط 140 دلار آمریکا است ، بدون در نظر گرفتن سیم/ بشکه مسی برای سیم پیچ.

در این آموزش من فقط نحوه مونتاژ PCB را توضیح خواهم داد.

من همچنین تمام اطلاعات دیگر را برای حداکثر استفاده از این مدار بدون انفجار آن ارائه می دهم.

من شرح مفصلی از مونتاژ مکانیکی نمی دهم ، زیرا فکر می کنم می توان آن را بهبود بخشید / اصلاح کرد. شما باید از تخیل خود برای آن قسمت استفاده کنید.

مرحله 1: هشدار

احتیاط:

مطمئن شوید که این بخش را خوانده و درک کرده اید!

مدار خازنی را در حدود 525 ولت شارژ می کند. اگر با دست خالی پایانه های چنین خازنی را لمس کنید ، می توانید به طور جدی به خود آسیب برسانید. همچنین (این کمتر خطرناک است اما باید به آن اشاره شود) ، جریان زیاد آنها می توانند جرقه ایجاد کنند و می توانند سیمهای نازک را تبخیر کنند. بنابراین همیشه از محافظ چشم استفاده کنید!

استفاده از عینک ایمنی الزامی است

خازن حتی پس از خاموش شدن کلید اصلی ، شارژ خود را حفظ می کند. قبل از کار روی مدار باید تخلیه شود !!!

ثانیاً ، ما از انرژی موجود در خازن استفاده کرده و آن را به انرژی جنبشی یک پرتابه تبدیل می کنیم. اگرچه سرعت این پرتابه کم است ، اما همچنان می تواند به شما (یا شخص دیگری) صدمه بزند ، بنابراین از قوانین ایمنی مشابه هنگام کار با ابزارهای برقی یا انجام کارهای مکانیکی دیگر استفاده کنید.

بنابراین هرگز این مورد را به شخصی که هنگام بارگیری و شارژ شدن است ، نشان ندهید ، از عقل سلیم استفاده کنید.

مرحله 2: ابزارها و الزامات محل کار

مهارتهای مورد نیاز:

اگر کاملاً با الکترونیک آشنا هستید ، این پروژه برای شما مناسب نیست. مهارتهای زیر مورد نیاز است:

- قابلیت لحیم کردن دستگاههای نصب روی سطح از جمله IC ، خازن و مقاومت

- امکان استفاده از مولتی متر

ابزار مورد نیاز (حداقل):

- لحیم کاری با نوک ظریف / نوک بزرگ

- سیم لحیم کاری

- Liquid Flux یا flux pen

- بافندگی از بین بردن بافت

- ذره بین برای بازرسی اتصالات لحیم کاری یا میکروسکوپ

- موچین خوب

- مولتی متر برای اندازه گیری ولتاژ اتصال DC (525VDC)

ابزارهای توصیه شده (اختیاری)

- منبع تغذیه قابل تنظیم

- اسیلوسکوپ

- ایستگاه جوشکاری هوای گرم

تهیه محل کار و توصیه های کلی کار:

- از یک میز تمیز ، ترجیحاً پلاستیکی استفاده نکنید (برای جلوگیری از مشکلات شارژ استاتیک)

- از پوشاکی که به راحتی باعث ایجاد / جمع شدن بار می شود ، استفاده نکنید (این لباس هنگام برداشتن جرقه ایجاد می کند)

- از آنجا که تقریباً هیچ کس محل کار ایمن ESD در خانه ندارد ، توصیه می کنم مونتاژ را در یک مرحله انجام دهید ، یعنی اجزای معقول را با خود حمل نکنید (وقتی تمام نیمه هادی ها را از بسته بندی بیرون آوردید). همه اجزا را روی میز بگذارید و سپس شروع کنید.

- برخی از اجزاء بسیار کوچک هستند ، مانند مقاومت ها و خازن ها در بسته های 0603 ، آنها می توانند به راحتی گم شوند ، فقط یکی یکی آنها را از بسته بندی خود خارج کنید.

- IC شارژر در بسته TSSOP20 سخت ترین قسمت برای لحیم کاری است ، دارای گام 0.65 میلی متری (فاصله بین پین ها) است که هنوز کوچکترین استاندارد صنعتی نیست ، اما برای افراد کم تجربه دشوار است. اگر مطمئن نیستید توصیه می کنم به جای حذف PCB ابتدا لحیم کاری را بر روی چیز دیگری آموزش دهید

مجدداً ، کل فرایند مونتاژ PCB در ویدئوی ذکر شده در صفحه اول این آموزش نشان داده شده است

مرحله 3: نمودار

در این قسمت به بررسی اجمالی مدار می پردازم. آن را با دقت بخوانید ، این به شما کمک می کند تا از صدمه ای به تخته ای که تازه جمع کرده اید جلوگیری کنید.

در سمت چپ باتری متصل می شود. مطمئن شوید که در هر شرایطی کمتر از 8 ولت باشد وگرنه ممکن است مدار شارژر خراب شود!

باتری هایی که استفاده کردم 3.7 ولت هستند اما وقتی تحت بار بسیار سبک هستند ولتاژ آنها بالاتر از 4 ولت خواهد بود ، بنابراین قبل از روشن شدن ولتاژ بیشتر از 8 ولت به شارژر می دهند. بدون ریسک ، دو دیود schottky به صورت سری با باتری وجود دارد تا ولتاژ را به زیر 8 ولت برسانند. آنها همچنین به عنوان محافظ در برابر باتری های معکوس عمل می کنند. همچنین از فیوز 3 تا 5A به صورت سری استفاده کنید ، این می تواند فیوزهای ولتاژ پایین باشد مانند مواردی که در خودروها استفاده می شود. برای جلوگیری از تخلیه باتری در صورت عدم استفاده از تفنگ ، توصیه می کنم یک کلید اصلی را وصل کنید.

ولتاژ باتری در پایانه های ورودی PCB باید همیشه بین 5 ولت تا 8 ولت باشد تا مدار به درستی کار کند.

بخش کنترل شامل حفاظت از ولتاژ زیر و 3 مدار تایمر است. تایمر IC U11 با چشمک زدن LED1 نشان می دهد که فرمان روشن کردن مدار شارژر فعال است. تایمر IC U10 عرض پالس خروجی را تعیین می کند. عرض پالس را می توان با پتانسیومتر R36 تنظیم کرد. با مقادیر R8 و C4/C6 طبق BOM محدوده: 510us تا 2.7ms. اگر به عرض نبض خارج از این محدوده نیاز دارید ، این مقادیر را می توانید به دلخواه تنظیم کنید.

Jumper J1 می تواند برای آزمایش اولیه باز باشد. فرمان فعال کردن مدار شارژر از طریق آن بلوز عبور می کند (منطق مثبت ، یعنی 0V = شارژر غیرفعال است ؛ VBAT = شارژر فعال است).

قسمت میانی بالا شامل مدار شارژر خازن است. اوج حد ترانسفورماتور 10A است ، این جریان با مقاومت حسی جریان R21 پیکربندی شده است و نباید افزایش یابد وگرنه ممکن است خطر اشباع شدن هسته ترانسفورماتور را داشته باشید. پیک 10A منجر به کمی بیش از 3A متوسط جریان از باتری می شود که برای باتری هایی که استفاده کردم مناسب نیست. در صورت تمایل به استفاده از باتری های دیگر که نمی توانند آن جریان را تامین کنند ، باید مقدار مقاومت R21 را افزایش دهید. (افزایش مقاومت R21 برای کاهش پیک جریان ترانسفورماتور و در نتیجه متوسط جریان باتری)

ولتاژ خروجی خازن اصلی با یک مقایسه کننده اندازه گیری می شود. هنگامی که ولتاژ بالای 500 ولت است LED2 را فعال می کند و هنگامی که ولتاژ بالای 550 ولت در رویداد ولتاژ بیش از حد (که در واقع هرگز نباید اتفاق بیفتد) شارژر را غیرفعال می کند.

هرگز شارژر را بدون خازن اصلی متصل به مدار تغذیه نکنید. این ممکن است به IC شارژر آسیب برساند.

آخرین مدار مدار پل است که خازن را از طریق دو IGBT به داخل بار / سیم پیچ تخلیه می کند.

مرحله 4: بازرسی PCB

ابتدا مدار چاپی را برای موارد غیرعادی بررسی کنید. آنها در واقع بازرسی و آزمایش الکتریکی از سازنده می آیند ، اما همیشه ایده خوبی است که قبل از مونتاژ دوباره بررسی کنید. من هیچ مشکلی نداشتم این فقط یک عادت است.

فایل های Gerber را می توانید از اینجا بارگیری کنید:

آنها را در یک تولید کننده PCB مانند OSHPARK. COM یا JLCPCB. COM یا هر دستگاه دیگری بارگذاری کنید.

مرحله 5: مونتاژ

فایل Excel BOM و دو فایل pdf را برای مکان اجزا بارگیری کنید

ابتدا مدار چاپی کوچکتر را که دارای خازن الکترولیتی بزرگ است جمع کنید. به قطبیت مناسب توجه کنید!

هدرهای 90 درجه ای که این PCB را به PCB اصلی متصل می کند بسته به مجموعه مکانیکی شما می تواند در قسمت بالا یا پایین نصب شود.

هنوز هدرها را به PCB اصلی لحیم نکنید ، حذف آنها سخت است. دو سیم کوتاه ضخیم تر از AWG20 را بین دو PCB وصل کنید.

در PCB اصلی ابتدا IC شارژر را مونتاژ کنید که اگر عادت ندارید سخت ترین قسمت است. سپس اجزای کوچکتر را مونتاژ کنید. ابتدا همه خازن ها و مقاومت ها را نصب می کنیم. ساده ترین روش این است که کمی لحیم کاری را روی یک پد قرار دهید ، سپس ابتدا با کمک موچین روی این پد ، اجزا را لحیم کنید. مهم نیست که لحیم لحیم در این نقطه چگونه به نظر می رسد ، این فقط برای رفع آن در محل مفید است.

سپس پد دیگر را لحیم کنید. حالا از مایع مایع یا قلم شار روی مفاصل لحیم کاری نه چندان خوب استفاده کنید و دوباره مفصل را انجام دهید. از مثالهای موجود در ویدیو به عنوان مرجع نحوه ظاهر اتصال لحیم کاری قابل قبول استفاده کنید.

اکنون به IC ها بروید. با استفاده از روش فوق یک ترمینال را روی PCB تعمیر کنید. سپس تمام سنجاق های دیگر را نیز لحیم کنید.

در مرحله بعد اجزای بزرگتری مانند خازن های الکترولیتی و فیلم ، تریمپات ، LED ها ، Mosfets ، دیودها ، IGBT ها و ترانسفورماتور مدار شارژر را نصب می کنیم.

همه اتصالات لحیم کاری را دوبار بررسی کنید ، مطمئن شوید هیچ قطعه ای شکسته یا ترک خورده و غیره نباشد.

مرحله 6: راه اندازی

احتیاط: از ولتاژ ورودی 8 ولت تجاوز نکنید

اگر اسیلوسکوپ دارید:

یک دکمه (معمولاً باز) را به ورودی های SW1 و SW2 وصل کنید.

بررسی کنید که jumper J1 باز است. در حالت ایده آل یک منبع تغذیه نیمکت قابل تنظیم را به ورودی باتری وصل کنید. اگر منبع تغذیه نیمکت قابل تنظیم ندارید ، باید مستقیماً با باتری کار کنید. چراغ 1 باید به محض ولتاژ ورودی بیشتر از حدود 5.6 ولت چشمک بزند. مدار زیر ولتاژ دارای یک پسماند بزرگ است ، یعنی برای روشن کردن مدار در ابتدا باید ولتاژ بیشتر از 5.6 ولت باشد اما تنها زمانی ولتاژ ورودی به زیر 4.9 ولت کاهش می یابد. در مورد باتری های استفاده شده در این مثال این یک ویژگی نامربوط است اما در صورت کار با باتری هایی که مقاومت داخلی بالاتری دارند و یا تا حدی تخلیه شده اند ممکن است مفید باشد.

ولتاژ اصلی خازن ولتاژ بالا را با مولتی متر مناسب اندازه گیری کنید ، باید 0 ولت باقی بماند زیرا قرار است شارژر غیرفعال شود.

با استفاده از اسیلوسکوپ ، هنگام فشار دادن دکمه ، عرض نبض را در پایه 3 U10 اندازه بگیرید. باید با تریمپوت R36 قابل تنظیم باشد و بین 0.5 میلی متر تا 2.7 میلی ثانیه متغیر باشد. قبل از شروع مجدد پالس پس از هر بار فشار دکمه ، حدود 5 ثانیه تأخیر وجود دارد.

به مرحله… تست ولتاژ کامل بروید

اگر اسیلوسکوپ ندارید:

همان مراحل بالا را انجام دهید اما اندازه گیری عرض پالس را کنار بگذارید ، هیچ چیزی برای اندازه گیری با مولتی متر وجود ندارد.

به… تست ولتاژ کامل بروید

مرحله 7: آزمایش ولتاژ کامل

ولتاژ ورودی را حذف کنید.

Jumper J1 را ببندید.

قطبیت صحیح خازن ولتاژ بالا را دوبار بررسی کنید!

یک مولتی متر با ولتاژ مورد انتظار (> 525V) را به پایانه های خازن ولتاژ بالا وصل کنید.

یک سیم پیچ آزمایشی را به پایانه های خروجی Coil1 و Coil2 وصل کنید. کمترین سیم پیچ القایی/مقاومتی که من با این مدار استفاده کردم AWG20 500uH/0.5 اهم بود. در ویدیو از 1mH 1R استفاده کردم.

اطمینان حاصل کنید که هیچ ماده فرومغناطیس در نزدیک یا داخل سیم پیچ وجود ندارد.

از عینک ایمنی استفاده کنید

ولتاژ باتری را به پایانه های ورودی وارد کنید.

شارژر باید روشن شود و ولتاژ DC روی خازن باید به سرعت افزایش یابد.

باید در حدود 520 ولت تثبیت شود. اگر بیش از 550 ولت باشد و همچنان بالا رود ، ولتاژ ورودی را فوراً خاموش کنید ، در قسمت بازخورد IC شارژر مشکلی وجود دارد. در این حالت شما باید تمام اتصالات لحیم کاری را مجدداً بررسی کرده و نصب همه اجزا را به درستی انجام دهید.

اکنون LED2 باید روشن باشد که نشان می دهد خازن اصلی کاملاً شارژ شده است.

دکمه ماشه را فشار دهید ، ولتاژ باید چند صد ولت کاهش یابد ، مقدار دقیق به عرض پالس تنظیم شده بستگی دارد.

ولتاژ ورودی را خاموش کنید.

قبل از استفاده از مدار چاپی ، خازن باید تخلیه شود

این کار را می توان با انتظار تا کاهش ولتاژ به مقدار ایمن (زمان زیادی طول می کشد) یا تخلیه آن با یک مقاومت قدرت انجام داد. چندین لامپ رشته ای سری نیز کار خود را انجام می دهند ، تعداد لامپ های مورد نیاز بستگی به درجه ولتاژ آنها دارد ، دو تا سه لامپ 220 ولت ، چهار تا پنج لامپ 120 ولت

سیمها را از PCB خازن جدا کنید. برای تکمیل ماژول ، خازن را می توان بسته به فرایند مونتاژ مکانیکی (یا بعدا) مستقیماً به برد اصلی لحیم کرد. حذف ماژول خازن از PCB اصلی دشوار است ، بر این اساس برنامه ریزی کنید.

مرحله 8: مکانیکی

ملاحظات نصب مکانیکی

PCB اصلی دارای 6 برش برای نصب آن بر روی پشتیبانی است. آثار مس تقریباً در نزدیکی این آثار وجود دارد. هنگام نصب PCB باید مراقب بود که این آثار به پیچ کوتاه نشوند. بنابراین باید از جداکننده های پلاستیکی و واشرهای پلاستیکی استفاده شود. من از یک قطعه ضایعات فلزی ، یک پروفیل U آلومینیومی به عنوان محفظه استفاده کردم. در صورت استفاده از تکیه گاه فلزی ، باید آن را زمین کنید ، یعنی با سیم به قطب منفی باتری وصل کنید. قطعات قابل دسترسی (قطعات قابل لمس) عبارتند از کلید ماشه و باتری ، سطح ولتاژ آنها نزدیک به زمین است. اگر هر گره فشار قوی با بدنه فلزی تماس پیدا کند ، به زمین کوتاه می شود و کاربر در امان است. بسته به وزن محفظه و سیم پیچ ، کل واحد می تواند بسیار سنگین از جلو باشد ، بنابراین باید بر اساس آن گریپ نصب شود.

مسکن همچنین می تواند بسیار زیبا تر ، چاپ سه بعدی ، رنگ آمیزی و غیره شود ، این به شما بستگی دارد.

مرحله نهم: نظریه

اصل کار بسیار ساده است.

بسته به پیکربندی/تنظیم نوسان ساز یکپارچه U10 ، دو IGBT همزمان برای یک دوره زمانی چند صد تا چند میلی ثانیه فعال می شوند. سپس جریان از طریق سیم پیچ شروع به جمع شدن می کند. جریان با قدرت میدان مغناطیسی و قدرت میدان مغناطیسی با نیروی وارد شده بر پرتابه در داخل سیم پیچ مطابقت دارد. پرتابه به آرامی شروع به حرکت می کند و درست قبل از رسیدن وسط آن به وسط سیم پیچ ، IGBT ها خاموش می شوند. هر چند جریان داخل سیم پیچ فوراً متوقف نمی شود ، اما اکنون از طریق دیودها جریان می یابد و برای مدتی به خازن اصلی باز می گردد. در حالی که جریان در حال فروپاشی است ، هنوز میدان مغناطیسی درون سیم پیچ وجود دارد ، بنابراین قبل از رسیدن وسط پرتابه به وسط سیم پیچ ، این مقدار باید به صفر برسد ، در غیر این صورت نیروی شکست به آن وارد می شود. نتیجه دنیای واقعی با شبیه سازی مطابقت دارد. جریان پایان قبل از خاموش کردن پالس 367A است (پروب فعلی 1000A/4V)

مرحله 10: ساخت کویل

سرعت 36m/s با سیم پیچ زیر بدست آمد: 500uH ، AWG20 ، 0.5R ، طول 22 میلی متر ، قطر داخلی 8 میلی متر. از لوله ای استفاده کنید که کوچکترین فاصله ممکن بین دیواره داخلی و پرتابه را داشته باشد و همچنان حرکت آزاد پرتابه را امکان پذیر کند. همچنین باید باریک ترین دیوارهای ممکن را داشته باشد در حالی که بسیار سفت است. من از یک لوله فولادی ضد زنگ استفاده کردم و هیچ اثر مضر مشاهده نشد. در صورت استفاده از لوله رسانای الکتریکی ، قبل از پیچاندن آن ، آن را با نوار مناسب (من از نوار کاپتون استفاده کردم) عایق بندی کنید. ممکن است لازم باشد قطعات اضافی اضافی را در هنگام سیم پیچ به طور موقت سوار کنید ، زیرا نیروهای جانبی قابل توجهی در طول فرآیند سیم پیچ ایجاد می شود. سپس توصیه می کنم سیم پیچ ها را با اپوکسی تعمیر یا محافظت کنید. این به جلوگیری از آسیب سیم پیچ ها در حین کار/مونتاژ سیم پیچ کمک می کند. کل مجموعه سیم پیچ باید به گونه ای انجام شود که سیم پیچ ها نتوانند حرکت کنند. همچنین برای نصب آن بر روی محفظه اصلی به نوعی پشتیبانی نیاز دارید.

مرحله 11: تغییرات احتمالی و محدودیت های مدار

خازن شارژ شده با 522 ولت حاوی 136 ژول است. بازدهی این مدار بسیار پایین است ، مانند اکثر طرحهای ساده تک مرحله ای که پرتابه های فرومغناطیس را تسریع می کنند. حداکثر ولتاژ توسط حداکثر ولتاژ خازن مجاز 550VDC و حداکثر درجه VCE IGBT ها محدود می شود. سایر هندسه های سیم پیچ و مقادیر استقراء/مقاومت کمتر ممکن است منجر به سرعت/کارایی بیشتر شود. حداکثر حداکثر پیک مشخص شده برای این IGBT 600A است. IGBT های دیگر با همان اندازه وجود دارد که ممکن است جریانهای موج بالاتر را پشتیبانی کند. در هر صورت ، اگر قصد افزایش ظرفیت یا اندازه IGBT را دارید ، موارد اصلی زیر را در نظر بگیرید: به حداکثر جریان مشخص شده در برگه داده IGBT احترام بگذارید. من افزایش ولتاژ شارژر را توصیه نمی کنم ، متغیرهای زیادی باید در نظر گرفته شوند. افزایش ظرفیت و استفاده از عرض پالس بیشتر برای کویل های بزرگتر همچنین باعث اتلاف توان IGBT ها می شود. بنابراین ممکن است آنها به هیت سینک نیاز داشته باشند. توصیه می کنم ابتدا مدار اصلاح شده را در SPICE /Multisim یا سایر نرم افزارهای شبیه سازی شبیه سازی کنید تا مشخص شود که حداکثر جریان چقدر خواهد بود.

موفق باشید!

مرحله 12: تفنگ حلزونی در عمل

فقط داشتن یک عکس سرگرم کننده با موارد تصادفی…