Coilgun SGP33 - Buong Assembly at Mga Tagubilin sa Pagsubok: 12 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Inilalarawan ng tutorial na ito kung paano tipunin ang mga electronics ng coil gun na ipinapakita sa video na ito:

SGP-33 pagpupulong Youtube

Mayroon ding isang video kung saan mo ito nakikita sa aksyon sa huling pahina ng tutorial na ito. Nandito ang link.

Ang mga PCB para sa demo na ito kung saan mabait na ibinigay ng JLCPCB. COM

Ang layunin ay upang bumuo ng isang solong yugto coil gun na magaan ang timbang, may mahusay na pagganap at gumagamit ng karaniwang magagamit na mga bahagi para sa isang makatwirang presyo.

Mga Tampok:

- Single yugto, solong pagbaril

- Ang naaayos na coil activation lapad ng pulso

- IGBT- driven coil

- Single 1000uF / 550V capacitor

- Ang pinakamataas na tulin na nakuha 36m / s, ay lubos na nakasalalay sa likid at projectile na katangian at geometry

- Paunang oras ng pagsingil mga 8s, ang oras ng muling pagsingil ay nakasalalay sa oras ng paglabas, sa halimbawa ng video na 5s

Ang kabuuang gastos para sa mga elektronikong bahagi lamang ay halos $ 140 US, hindi kasama ang tanso na tanso / bariles para sa likid.

Sa tutorial na ito ilalarawan ko lamang kung paano tipunin ang PCB.

Ibibigay ko rin ang lahat ng iba pang impormasyon upang masulit ang circuit na ito nang hindi hinihipan.

Hindi ako magbibigay ng isang detalyadong paglalarawan ng pagpupulong ng mekanikal, dahil sa palagay ko maaari itong mapabuti / mabago. Kakailanganin mong gamitin ang iyong imahinasyon para sa bahaging iyon.

Hakbang 1: Babala

Pag-iingat:

Tiyaking nabasa at naintindihan mo ang seksyong ito!

Siningil ng circuit ang isang kapasitor sa halos 525V. Kung hawakan mo ang mga terminal ng tulad ng isang kapasitor gamit ang iyong mga walang kamay maaari mong seryosong saktan ang iyong sarili. Gayundin (ito ay hindi gaanong mapanganib ngunit dapat gayunpaman ay nabanggit), ang mataas na kasalukuyang maibigay nila ay maaaring lumikha ng sparks at maaaring sumingaw sa manipis na mga wire. Samakatuwid palaging magsuot ng proteksyon sa mata!

Kailangan ang mga baso sa kaligtasan

Pinapanatili ng capacitor ang singil kahit na naka-off ang pangunahing switch. Ito ay dapat na maipalabas BAGO magtrabaho sa circuit !!!

Pangalawa, gagamitin namin ang enerhiya na nilalaman sa capacitor at ibahin ito sa enerhiya ng kinetiko ng isang projectile. Kahit na mababa ang bilis ng projectile na ito, maaari ka pa ring saktan (o ibang tao), samakatuwid gumamit ng parehong mga panuntunan sa kaligtasan tulad ng kapag nagtatrabaho sa mga tool ng kuryente o paggawa ng anumang iba pang gawaing mekanikal.

Kaya HINDI ituturo ito sa isang tao kapag na-load at nasingil ito, gumamit ng bait.

Hakbang 2: Mga Tool at Mga Kinakailangan sa lugar ng trabaho

Kailangan ng mga kasanayan:

Kung ikaw ay ganap na bago sa electronics pagkatapos ang proyektong ito ay hindi para sa iyo. Ang mga sumusunod na kasanayan ay kinakailangan:

- Magagawa upang maghinang ibabaw mount aparato tulad ng ICs, capacitor at resistors

- Magagamit ang isang multimeter

Kailangan ng mga tool (ang minimum):

- Pinong tip / malaking tip na panghinang na bakal

- Solder wire

- Liquid Flux o flux pen

- Lumalabas na tirintas

- Magnifying glass upang siyasatin ang mga solder joint o isang microscope

- Mga pinong tweezer

- Multimeter upang masukat ang boltahe ng DC-link (525VDC)

Mga inirekumendang tool (opsyonal)

- Naaayos na supply ng kuryente

- Oscilloscope

- Mainit na istasyon ng mainit na hangin

Paghahanda ng lugar ng trabaho at mga pangkalahatang rekomendasyon sa pagtatrabaho:

- Gumamit ng isang malinis na mesa, mas mabuti na hindi plastic (upang maiwasan ang mga problema sa static na singil)

- Huwag gumamit ng damit na madaling lumilikha / makaipon ng singil, (iyon ang lumilikha ng sparks kapag tinanggal mo ito)

- Dahil halos walang sinuman ang may ligtas na lugar ng trabaho sa ESD inirerekumenda kong gawin ang pagpupulong sa isang hakbang, ibig sabihin, huwag dalhin ang mga makatwirang bahagi (lahat ng mga semiconductor sa sandaling ilabas mo ang mga ito sa balot). Ilagay ang lahat ng mga bahagi sa talahanayan pagkatapos magsimula.

- Ang ilang mga bahagi ay medyo maliit, tulad ng mga resistor at capacitor sa 0603 na mga pakete, madali silang mawala, isa-isang lamang ilalabas mula sa kanilang balot

- Ang charger IC sa isang pakete ng TSSOP20 ang pinakamahirap na bahagi na dapat na solder, mayroon itong 0.65mm pitch (distansya sa pagitan ng mga pin) na malayo pa rin mula sa pinakamaliit na pamantayan sa industriya ngunit maaaring maging mahirap para sa isang taong hindi gaanong nakaranas. Kung hindi ka sigurado irerekomenda ko na sanayin mo muna ang paghihinang sa ibang bagay sa halip na i-scrap ang iyong PCB

Muli, ang buong proseso ng pagpupulong ng PCB ay ipinapakita sa video na nabanggit sa unang pahina ng tutorial na ito

Hakbang 3: Diagram

Sa seksyong ito ay magbibigay ako ng isang pangkalahatang ideya ng circuit. Basahin itong mabuti, makakatulong ito sa iyo na maiwasan ang mga pinsala sa board na iyong natipon.

Sa kaliwa ang baterya ay konektado. Tiyaking mas mababa ito sa 8V sa ilalim ng lahat ng mga kondisyon o maaaring masira ang charger circuit!

Ang mga baterya na ginamit ko ay 3.7V ngunit magkakaroon ng boltahe na mas mataas sa 4V kapag nasa ilalim ng napakagaan na pag-load, samakatuwid ay bibigyan nila ang isang boltahe na mas mataas sa 8V sa charger bago ito magsimula. Hindi kumukuha ng anumang mga panganib, mayroong dalawang mga schottky diode sa serye gamit ang baterya upang ibagsak ang boltahe sa ibaba 8V. Nagsisilbi din silang proteksyon laban sa mga baligtad na baterya. Gumamit din ng piyus ng 3 hanggang 5A sa serye, maaari itong maging isang mababang boltahe na piyus tulad ng mga ginamit sa mga sasakyan. Upang maiwasan ang draining ng baterya kapag ang baril ay hindi ginagamit inirerekumenda ko ang pagkonekta ng isang pangunahing switch ng kuryente.

Ang boltahe ng baterya sa mga terminal ng input ng PCB ay dapat na nasa pagitan ng 5V at 8V sa lahat ng oras upang gumana nang maayos ang circuit.

Naglalaman ang seksyon ng kontrol ng isang proteksyon ng undervoltage at 3 timer circuit. Ang timer ng IC U11 na may LED1 blinking ay nagpapahiwatig na ang utos na i-on ang charger circuit ay aktibo. Tinutukoy ng timer ng IC U10 ang lapad ng output pulse. Ang lapad ng pulso ay maaaring iakma sa potentiometer R36. Sa mga halagang R8 at C4 / C6 ayon sa bawat BOM ang saklaw ay: 510us hanggang 2.7ms. Kung nangangailangan ka ng mga lapad ng pulso mula sa saklaw na ito ang mga halagang ito ay maaaring maiakma ayon sa nais mo.

Ang Jumper J1 ay maaaring bukas para sa paunang pagsubok. Ang utos na paganahin ang charger circuit ay dumadaan sa jumper na iyon (positibong lohika, ibig sabihin, 0V = charger ay pinagana; pinagana ang VBAT = charger).

Ang itaas na gitnang seksyon ay naglalaman ng circuit ng charger ng capacitor. Ang limitasyon ng kasalukuyang limitasyon ng transpormer ay 10A, ang kasalukuyang ito ay na-configure gamit ang kasalukuyang risistor ng R21 at hindi dapat dagdagan o maaari mong ipagsapalaran ang pagkabusog ng core ng transpormer. 10A rurok ay humahantong sa isang maliit na higit sa 3A average na kasalukuyang mula sa baterya na kung saan ay ok para sa mga baterya na ginamit ko. Kung nais mong gumamit ng iba pang mga baterya na hindi maaaring magbigay ng kasalukuyang kailangan mong dagdagan ang halaga ng risistor R21. (taasan ang halaga ng risistor R21 upang bawasan ang kasalukuyang tuktok ng transpormer at dahil dito average na kasalukuyang mula sa baterya)

Ang pangunahing boltahe ng output ng capacitor ay sinusukat sa isang kumpara. Pinapagana nito ang LED2 kapag ang boltahe ay nasa itaas tungkol sa 500V at hindi pinapagana ang charger kapag ang boltahe ay nasa itaas ng 550V sa isang sobrang kaganapan (na talagang hindi dapat mangyari).

HINDI HANGGANG PABURIHIN ANG CHARGER Nang WALANG MAIN CAPACITOR NA KONEKTO SA CIRCUIT. Maaari itong makapinsala sa charger IC.

Ang huling circuit ay ang circuit circuit na nagpapalabas ng capacitor sa pamamagitan ng dalawang IGBTs sa load / the coil.

Hakbang 4: Pagsisiyasat sa PCB

Suriin muna ang PCB para sa anumang hindi pangkaraniwang. Dumating talaga ang inspeksyon at nasubukan nang kuryente mula sa tagagawa ngunit palaging isang magandang ideya na i-double check bago magtipun-tipon. Hindi ako nagkaroon ng anumang mga problema ito ay isang ugali lamang.

Maaari mong i-download ang mga Gerber file dito:

i-upload ang mga ito sa isang tagagawa ng PCB tulad ng OSHPARK. COM o JLCPCB. COM o anumang iba pa.

Hakbang 5: Assembly

I-download ang file na Excel BOM at ang dalawang mga file na pdf para sa lokasyon ng sangkap

Ipunin muna ang mas maliit na PCB na humahawak sa malaking electrolytic capacitor. Bigyang-pansin ang tamang polarity!

Ang mga header ng 90 degree na magkokonekta sa PCB na ito sa pangunahing PCB ay maaaring mai-mount sa tuktok o ilalim na bahagi depende sa iyong pagpupulong sa mekanikal.

HUWAG pang maghinang ng mga header sa pangunahing PCB, mahirap silang alisin. Ikonekta ang dalawang maikling wire na mas makapal kaysa sa AWG20 sa pagitan ng dalawang PCB.

Sa pangunahing PCB tipunin muna ang charger IC na kung saan ay ang pinaka mahirap na bahagi kung hindi ka pa sanay dito. Pagkatapos ay tipunin ang mas maliit na mga bahagi. Una naming mai-install ang lahat ng mga capacitor at resistor. Ang pinakamadaling pamamaraan ay maglagay ng kaunting solder sa isang pad, pagkatapos ay panghinang ang sangkap sa tulong ng tweezer sa pad na ito muna. Hindi mahalaga kung paano tumingin ang solder joint sa puntong ito, nagsisilbi lamang ito upang ayusin ito sa lugar.

Pagkatapos ay maghinang sa iba pang pad. Gumamit ngayon ng likido na pagkilos ng bagay o isang fluks pen sa hindi maganda ang hitsura na mga solder joint at muling gawin ang magkasanib. Gamitin ang mga halimbawa sa video bilang isang sanggunian sa kung paano ang hitsura ng isang katanggap-tanggap na solder joint.

Ngayon magpatuloy sa mga IC. Ayusin ang isang terminal sa PCB gamit ang nabanggit na pamamaraan sa itaas. Pagkatapos ay maghinang din ng lahat ng iba pang mga pin.

Susunod na mai-install namin ang mas malaking mga sangkap tulad ng electrolytic at film capacitors, trimpot, LEDs, Mosfets, diode, IGBTs at ang transpormer ng charger circuit.

I-double check ang lahat ng mga joint solder, tiyaking walang sangkap na nasira o basag atbp.

Hakbang 6: Pagsisimula

Pag-iingat: Huwag lumampas sa 8V na boltahe ng pag-input

Kung mayroon kang isang oscilloscope:

Ikonekta ang isang pindutan ng itulak (karaniwang bukas) sa mga input ng SW1 at SW2.

I-verify na ang jumper J1 ay bukas. Perpektong ikonekta ang isang naaayos na supply ng power ng benchtop sa input ng baterya. Kung wala kang isang naaangkop na benchtop power supply kailangan mong direktang pumunta sa mga baterya. Ang LED 1 ay dapat na kumurap sa lalong madaling ang input boltahe ay mas mataas kaysa sa tungkol sa 5.6V. Ang undervoltage circuit ay may isang malaking hysteresis, ibig sabihin upang i-on ang circuit nang una sa boltahe ay kailangang mas mataas sa 5.6V ngunit papatayin lamang nito ang circuit kapag bumaba ang input voltage sa ibaba mga 4.9V. Para sa mga baterya na ginamit sa halimbawang ito ito ay isang hindi kaugnay na tampok ngunit maaaring maging kapaki-pakinabang kung nagtatrabaho sa mga baterya na may mas mataas na panloob na paglaban at / o bahagyang natanggal.

Sukatin ang pangunahing boltahe ng capacitor na mataas na boltahe na may angkop na multimeter, dapat itong manatili sa 0V dahil ang charger ay dapat na ma-deactivate.

Gamit ang oscilloscope, sukatin ang lapad ng pulso sa pin 3 ng U10 kapag pinindot ang push-button. Dapat itong ayusin sa trimpot R36 at magkakaiba sa pagitan ng 0.5ms at 2.7ms. Mayroong isang pagkaantala ng tungkol sa 5s bago ang pulso ay maaaring i-restart pagkatapos ng bawat pindutan ng pindutin.

Pumunta sa hakbang… buong pagsubok sa boltahe

kung wala kang oscilloscope:

Gawin ang parehong mga hakbang tulad ng nasa itaas ngunit laktawan ang pagsukat ng lapad ng pulso, walang masusukat sa isang multimeter.

Pumunta sa… buong pagsubok sa boltahe

Hakbang 7: Buong Pagsubok ng Boltahe

Alisin ang boltahe ng pag-input.

Isara ang Jumper J1.

I-double check ang tamang polarity ng capacitor ng mataas na boltahe!

Ikonekta ang isang multimeter na na-rate para sa inaasahang boltahe (> 525V) sa mga terminal ng mataas na boltahe ng capacitor.

Ikonekta ang isang test coil sa mga output terminal na Coil1 at Coil2. Ang pinakamababang inductance / resistance coil na ginamit ko sa circuit na ito ay ang AWG20 500uH / 0.5 Ohm. Sa video na ginamit ko ang 1mH 1R.

Tiyaking walang mga materyales na ferromagnetic na malapit o sa loob ng likid.

Magsuot ng baso sa kaligtasan

Ilapat ang boltahe ng baterya sa mga input terminal.

Dapat magsimula ang charger at ang boltahe ng DC sa capacitor ay dapat na mabilis na tumaas.

Dapat itong tumatag sa halos 520V. Kung lumampas ito sa 550V at paakyat pa rin, patayin agad ang boltahe ng pag-input, may mali sa bahagi ng feedback ng charger IC. Sa kasong ito kakailanganin mong suriin muli ang lahat ng mga solder joint at wastong pag-install ng lahat ng mga bahagi.

Ang LED2 ay dapat na ngayong naiilawan na nagpapahiwatig na ang pangunahing kapasitor ay ganap na sisingilin.

Pindutin ang pindutan ng pag-trigger, ang boltahe ay dapat na drop ng ilang daang volts, ang eksaktong halaga ay depende sa nababagay na lapad ng pulso.

Patayin ang boltahe ng pag-input.

Bago hawakan ang mga PCB, kailangang palabasin ang capacitor

Maaari itong magawa sa pamamagitan ng paghihintay hanggang sa bumaba ang boltahe sa isang ligtas na halaga (tumatagal ng mahabang panahon) o sa pamamagitan ng paglabas nito sa isang resistor ng kuryente. Maraming mga maliwanag na ilaw bombilya sa serye ay gagawin din ang trabaho, ang bilang ng mga ilaw na bombilya na kinakailangan ay nakasalalay sa kanilang boltahe na rating, dalawa hanggang tatlo para sa 220V lamp, apat hanggang lima para sa 120V lamp.

Alisin ang mga wire mula sa capacitor PCB. Upang makumpleto ang module, ang capacitor ay maaari na ngayon (o mas bago) na direktang i-solder sa pangunahing board depende sa proseso ng pagpupulong ng mekanikal. Ang module ng capacitor ay mahirap alisin mula sa pangunahing PCB, planuhin nang naaayon.

Hakbang 8: Mekanikal

Mga pagsasaalang-alang sa mekanikal na pag-mount

Ang pangunahing PCB ay may 6 na ginupit upang mai-mount ito sa isang suporta. Mayroong mga bakas na tanso higit pa o mas kaunti malapit sa mga bakas na ito. Kapag ang pag-mount ng pag-aalaga ng PCB ay dapat gawin upang hindi maikli ang mga bakas na ito sa turnilyo. Samakatuwid ang mga plastic spacer at plastic washers ay kailangang gamitin. Gumamit ako ng isang piraso ng scrap metal, isang aluminyo na U-profile bilang pabahay. Kung gumagamit ng isang suporta sa metal, dapat itong saligan, ibig sabihin ay konektado sa isang kawad sa minus poste ng baterya. Ang mga naa-access na bahagi (mga bahagi na maaaring hawakan) ay ang switch switch at ang baterya, ang kanilang antas ng boltahe ay malapit sa lupa. Kung ang anumang node ng mataas na boltahe ay makipag-ugnay sa pabahay ng metal ay maikli ito sa lupa at ligtas ang gumagamit. Nakasalalay sa bigat ng pabahay at ng likid ang buong yunit ay maaaring maging medyo harap-bigat kaya kailangang mai-install ang pagkakahawak nang naaayon.

Ang pabahay ay maaari ding gawing mas maganda, naka-print na 3D, pininturahan atbp, nasa sa iyo iyon.

Hakbang 9: Ang Teorya

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ay napaka-simple.

Ang dalawang IGBTs ay aktibo sa parehong oras para sa isang tagal ng panahon na tumatagal ng ilang daang sa amin sa isang pares ng ms depende sa pagsasaayos / pagsasaayos ng monostable oscillator U10. Kasalukuyang nagsisimula nang magtayo sa pamamagitan ng likid. Ang kasalukuyang tumutugma sa lakas ng magnetikong patlang at lakas ng magnetikong patlang sa puwersang ipinataw sa puntero sa loob ng likid. Ang projectile ay nagsisimulang gumalaw nang dahan-dahan at bago pa ang gitna nito ay maabot ang gitna ng coil ang mga IGBT ay naka-off. Ang kasalukuyang nasa loob ng likaw ay hindi agad tumitigil bagaman ngunit ngayon ay dumadaloy sa mga diode at pabalik sa pangunahing kapasitor nang ilang oras. Habang ang kasalukuyang pagkabulok ay mayroon pa ring magnetic field sa loob ng coil, kaya't ito ay dapat na bumaba hanggang sa malapit sa zero bago maabot ng gitna ng projectile ang gitna ng likaw kung hindi man ay isang lakas ng pagbawas ang igagawa dito. Ang resulta sa totoong mundo ay tumutugma sa kunwa. Ang kasalukuyang kasalukuyang bago patayin ang pulso ay 367A (kasalukuyang pagsisiyasat 1000A / 4V)

Hakbang 10: Paggawa ng Coil

Ang tulin ng 36m / s ay nakuha sa mga sumusunod na likid: 500uH, AWG20, 0.5R, 22mm haba, 8mm panloob na lapad. Gumamit ng isang tubo na may pinakamaliit na puwang posible sa pagitan ng panloob na dingding at ng projectile at pinapayagan pa rin ang libreng paggalaw ng projectile. Dapat din magkaroon ng pinakamaliit na pader na posible habang napakahigpit. Gumamit ako ng isang hindi kinakalawang na asero na tubo at walang mga nakapipinsalang epekto ang napansin. Kung gumagamit ng isang electrically conductive tube siguraduhing insulate ito gamit ang isang naaangkop na tape (ginamit ko ang Kapton tape) bago paikutin ito. Maaaring kailanganin mong pansamantalang i-mount ang mga karagdagang piraso ng pagtatapos habang paikot-ikot, dahil ang malalakas na mga puwersa sa gilid ay bubuo sa panahon ng proseso ng paikot-ikot. Pagkatapos ay inirerekumenda kong ayusin / protektahan ang mga paikot-ikot na may epoxy. Makakatulong ito upang maiwasan ang pagkasira ng paikot-ikot habang hinahawakan / iipon ang coil. Ang buong pagpupulong ng coil ay dapat gawin sa isang paraan na ang paggalaw ay hindi maaaring ilipat. Kailangan mo rin ng ilang uri ng suporta upang mai-mount ito sa pangunahing pabahay.

Hakbang 11: Mga Posibleng Pagbabago at Limitasyon ng Circuit

Ang capacitor na sisingilin sa 522V ay naglalaman ng 136 Joules. Ang kahusayan ng circuit na ito ay medyo mababa, tulad ng sa pinaka-simpleng solong mga disenyo ng yugto na nagpapabilis sa mga projector ng ferromagnetic. Ang maximum na boltahe ay limitado ng maximum na pinapayagan na boltahe ng kapasitor ng 550VDC at ang maximum na rating ng VCE ng mga IGBT. Ang iba pang mga geometry ng coil at mas mababang mga halaga ng inductance / paglaban ay maaaring humantong sa mas mataas na mga bilis / kahusayan. Ang maximum na tinukoy na kasalukuyang rurok para sa IGBT na ito ay 600A bagaman. Mayroong iba pang mga IGBT na may parehong sukat na posibleng suportahan ang mas mataas na alon ng alon. Sa anumang kaso, kung pinag-isipan mong dagdagan ang kapasidad o laki ng IGBT tiyakin na isinasaalang-alang mo ang mga sumusunod na pangunahing isyu: Igalang ang maximum na kasalukuyang tinukoy sa IGBT datasheet. Hindi ko inirerekumenda ang pagtaas ng boltahe ng charger, masyadong maraming mga variable ang kailangang isaalang-alang. Ang pagdaragdag ng kapasidad at paggamit ng mas mahabang lapad ng pulso para sa mas malaking mga coil ay magpapataas din ng pagwawaldas ng kuryente ng mga IGBT. Maaari silang samakatuwid kailangan ng isang heatsink. Inirerekumenda kong simulate muna ang isang nabagong circuit sa SPICE / Multisim o iba pang simulation software upang matukoy kung ano ang magiging kasalukuyang rurok.

Good luck!

Hakbang 12: Ang Coil Gun sa Pagkilos

Ang pagkakaroon lamang ng ilang nakakatuwang pagbaril sa mga random na bagay …