Coilgun SGP33 - تعليمات التجميع والاختبار الكاملة: 12 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

يصف هذا البرنامج التعليمي كيفية تجميع إلكترونيات مسدس الملف الموضح في هذا الفيديو:

SGP-33 التجمع يوتيوب

يوجد أيضًا مقطع فيديو حيث تراه عمليًا في الصفحة الأخيرة من هذا البرنامج التعليمي. ها هو الرابط الالكتروني.

يتم توفير ثنائي الفينيل متعدد الكلور لهذا العرض التوضيحي من قبل JLCPCB. COM

كان الهدف هو بناء مسدس لولبي أحادي المرحلة يكون خفيف الوزن وذو أداء جيد ويستخدم الأجزاء المتاحة بشكل شائع بسعر معقول.

سمات:

- مرحلة واحدة ، طلقة واحدة

- عرض نبض تنشيط الملف القابل للتعديل

- ملف يحركها IGBT

- مكثف واحد 1000 فائق التوهج / 550 فولت

- أعلى سرعة تم الحصول عليها 36 م / ث ، ستعتمد بشكل كبير على خصائص الملف والقذيفة والهندسة

- وقت الشحن الأولي حوالي 8 ثوانٍ ، يعتمد وقت إعادة الشحن على وقت التفريغ ، في مثال الفيديو 5 ثوانٍ

تبلغ التكلفة الإجمالية للأجزاء الإلكترونية فقط حوالي 140 دولارًا أمريكيًا ، باستثناء الأسلاك النحاسية / البرميل للملف.

في هذا البرنامج التعليمي سوف أصف فقط كيفية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

سأقدم أيضًا جميع المعلومات الأخرى لتحقيق أقصى استفادة من هذه الدائرة دون تفجيرها.

لن أقدم وصفًا تفصيليًا للتجميع الميكانيكي ، حيث أعتقد أنه يمكن تحسينه / تعديله. سوف تحتاج إلى استخدام خيالك لهذا الجزء.

الخطوة 1: تحذير

حذر:

تأكد من قراءة وفهم هذا القسم!

تشحن الدائرة مكثفًا إلى حوالي 525 فولت. إذا لمست أطراف هذا المكثف بيديك العاريتين ، يمكن أن تؤذي نفسك بشكل خطير. أيضًا (هذا أقل خطورة ولكن مع ذلك يجب ذكره) ، يمكن للتيار العالي الذي يمكنهم توفيره أن يخلق شرارات ويمكن أن يتبخر الأسلاك الرقيقة. لذلك احرص دائمًا على ارتداء واقي للعين!

نظارات السلامة أمر لا بد منه

يحتفظ المكثف بالشحن حتى بعد إيقاف تشغيل المفتاح الرئيسي. يجب تفريغها قبل العمل على الدائرة !!!

ثانيًا ، سوف نستخدم الطاقة الموجودة في المكثف ونحولها إلى طاقة حركية للقذيفة. على الرغم من أن سرعة هذا المقذوف منخفضة ، إلا أنه لا يزال من الممكن أن يؤذيك (أو يؤذيك شخصًا آخر) ، لذلك استخدم نفس قواعد السلامة عند العمل باستخدام أدوات كهربائية أو القيام بأي عمل ميكانيكي آخر.

لذلك لا تشير هذا مطلقًا إلى أي شخص عندما يتم تحميله وشحنه ، استخدم الفطرة السليمة.

الخطوة 2: الأدوات ومتطلبات مكان العمل

المهارات المطلوبة:

إذا كنت جديدًا تمامًا في مجال الإلكترونيات ، فهذا المشروع ليس مناسبًا لك. المهارات التالية مطلوبة:

- قادرة على لحام الأجهزة المثبتة على السطح بما في ذلك الدوائر المتكاملة والمكثفات والمقاومات

- قادرة على استخدام مقياس متعدد

الأدوات المطلوبة (الحد الأدنى):

- طرف رفيع / مكواة لحام كبيرة

- أسلاك اللحام

- سائل التدفق أو قلم التدفق

- جديلة Desoldering

- عدسة مكبرة لفحص وصلات اللحام أو المجهر

- ملاقط رفيعة

- مقياس متعدد لقياس جهد وصلة DC (525VDC)

الأدوات الموصى بها (اختياري)

- مصدر طاقة قابل للتعديل

- راسم الذبذبات

- محطة فك الهواء الساخن

إعداد مكان العمل وتوصيات العمل العامة:

- استخدم طاولة نظيفة ، ويفضل ألا تكون بلاستيكية (لتجنب مشاكل الشحن الاستاتيكي)

- لا تستخدم الملابس التي تخلق / تتراكم الشحنات بسهولة (تلك التي تولد شررًا عند إزالتها)

- نظرًا لعدم وجود مكان عمل آمن من ESD في المنزل تقريبًا ، أوصي بإجراء التجميع في خطوة واحدة ، أي لا تحمل المكونات المعقولة (جميع أشباه الموصلات بمجرد إخراجها من العبوة). ضع جميع المكونات على الطاولة ثم ابدأ.

- بعض المكونات صغيرة جدًا ، مثل المقاومات والمكثفات في عبوات 0603 ، يمكن أن تضيع بسهولة ، ولا يتم إخراجها إلا واحدة تلو الأخرى من عبواتها

- الشاحن IC في حزمة TSSOP20 هو أصعب جزء في اللحام ، ولديه مسافة 0.65 مم (المسافة بين المسامير) والتي لا تزال بعيدة عن أن تكون أصغر معيار صناعي ولكن قد يكون من الصعب على شخص أقل خبرة. إذا لم تكن متأكدًا ، فإنني أوصيك بتدريب اللحام أولاً على شيء آخر بدلاً من التخلص من ثنائي الفينيل متعدد الكلور

مرة أخرى ، تظهر عملية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالكامل في الفيديو المذكور في الصفحة الأولى من هذا البرنامج التعليمي

الخطوة 3: الرسم التخطيطي

في هذا القسم سأقدم لمحة عامة عن الدائرة. اقرأها بعناية ، فهذا سيساعدك على تجنب الأضرار التي لحقت باللوحة التي قمت بتجميعها للتو.

سيتم توصيل البطارية إلى اليسار. تأكد من أنها أقل من 8 فولت في جميع الظروف وإلا فقد تتعرض دائرة الشاحن للتلف!

البطاريات التي استخدمتها هي 3.7 فولت ولكن سيكون لها جهد أعلى من 4 فولت عند وجود حمل خفيف للغاية ، وبالتالي فإنها ستعطي جهدًا أعلى من 8 فولت للشاحن قبل بدء تشغيله. بدون تحمل أي مخاطر ، هناك نوعان من صمامات شوتكي الثنائية المتسلسلة مع البطارية لتقليل الجهد إلى أقل من 8 فولت. كما أنها تعمل كحماية ضد البطاريات المقلوبة. استخدم أيضًا فتيلًا من 3 إلى 5 أمبير في السلسلة ، يمكن أن يكون هذا فتيلًا منخفض الجهد مثل تلك المستخدمة في المركبات. لتجنب استنزاف البطارية عندما لا يكون المسدس قيد الاستخدام ، أوصي بتوصيل مفتاح طاقة رئيسي.

يجب أن يكون جهد البطارية في أطراف إدخال PCB بين 5V و 8V في جميع الأوقات حتى تعمل الدائرة بشكل صحيح.

يحتوي قسم التحكم على حماية من الجهد المنخفض و 3 دوائر توقيت. يشير Timer IC U11 مع وميض LED1 إلى أن أمر تشغيل دائرة الشاحن نشط. يحدد المؤقت IC U10 عرض نبضة الخرج. يمكن تعديل عرض النبضة باستخدام مقياس الجهد R36. مع قيم R8 و C4 / C6 وفقًا لقائمة المواد ، يكون النطاق: 510us إلى 2.7ms. إذا كنت تريد عرض نبضات خارج هذا النطاق ، فيمكن تعديل هذه القيم كما يحلو لك.

يمكن فتح J1 J1 للاختبار الأولي. يمر أمر تمكين دائرة الشاحن من خلال هذا الطائر (المنطق الإيجابي ، أي 0V = الشاحن معطل ؛ VBAT = الشاحن ممكّن).

يحتوي الجزء الأوسط العلوي على دائرة شاحن المكثف. يبلغ حد ذروة تيار المحول 10A ، ويتم تكوين هذا التيار بمقاوم الإحساس الحالي R21 ولا يجب زيادته أو قد تخاطر بإشباع قلب المحول. 10A تؤدي الذروة إلى ما يزيد قليلاً عن 3A متوسط التيار من البطارية وهو أمر جيد بالنسبة للبطاريات التي استخدمتها. إذا كنت ترغب في استخدام بطاريات أخرى لا يمكنها توفير هذا التيار ، فستحتاج إلى زيادة قيمة المقاوم R21. (زيادة قيمة المقاوم R21 لتقليل تيار ذروة المحول وبالتالي متوسط التيار من البطارية)

يتم قياس جهد الخرج الرئيسي للمكثف باستخدام المقارنة. يقوم بتنشيط LED2 عندما يكون الجهد أعلى من 500 فولت تقريبًا ويقوم بإلغاء تنشيط الشاحن عندما يكون الجهد أعلى من 550 فولت في حدث الجهد الزائد (لا ينبغي أن يحدث هذا في الواقع).

لا تقم مطلقًا بتشغيل الشاحن بدون المكثف الرئيسي المتصل بالدائرة. قد يؤدي ذلك إلى تلف IC للشاحن.

الدائرة الأخيرة هي دائرة الجسر التي تقوم بتفريغ المكثف من خلال اثنين من IGBTs في الحمل / الملف.

الخطوة 4: فحص ثنائي الفينيل متعدد الكلور

قم أولاً بفحص ثنائي الفينيل متعدد الكلور بحثًا عن أي شيء غير عادي. لقد تم فحصها واختبارها كهربائيًا من الشركة المصنعة ، ولكن من الجيد دائمًا التحقق مرة أخرى قبل التجميع. لم أواجه أي مشاكل إنها مجرد عادة.

يمكنك تنزيل ملفات Gerber من هنا:

قم بتحميلها إلى شركة تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور مثل OSHPARK. COM أو JLCPCB. COM أو أي شركة أخرى.

الخطوة 5: التجميع

قم بتنزيل ملف Excel BOM وملفي pdf لموقع المكون

قم أولاً بتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأصغر الذي يحتوي على مكثف إلكتروليتي كبير. انتبه إلى القطبية الصحيحة!

يمكن تركيب رؤوس 90 درجة التي ستوصل ثنائي الفينيل متعدد الكلور هذا بلوحة الدوائر المطبوعة الرئيسية على الجانب العلوي أو السفلي اعتمادًا على التجميع الميكانيكي الخاص بك.

لا تقم بعد بلحام الرؤوس في ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرئيسي ، فمن الصعب إزالتها. قم بتوصيل سلكين قصيرين أكثر سمكًا من AWG20 بين ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

في لوحة PCB الرئيسية ، قم أولاً بتجميع IC للشاحن وهو الجزء الأصعب إذا لم تكن معتادًا عليه. ثم قم بتجميع المكونات الأصغر. سنقوم أولاً بتثبيت جميع المكثفات والمقاومات. أسهل طريقة هي وضع القليل من اللحام على وسادة واحدة ، ثم لحام المكون بمساعدة الملقط الموجود على هذه اللوحة أولاً. لا يهم كيف يبدو مفصل اللحام في هذه المرحلة ، فهذا يعمل فقط على إصلاحه في مكانه.

ثم قم بلحام الوسادة الأخرى. استخدم الآن التدفق السائل أو قلم التدفق على مفاصل اللحام غير الجيدة المظهر وأعد عمل المفصل. استخدم الأمثلة الموجودة في الفيديو كمرجع لكيفية ظهور مفصل اللحام المقبول.

الآن ننتقل إلى المرحلية. إصلاح محطة واحدة على PCB باستخدام الطريقة المذكورة أعلاه. ثم قم بلحام جميع المسامير الأخرى أيضًا.

بعد ذلك ، سنقوم بتثبيت المكونات الأكبر مثل المكثفات الإلكتروليتية والفيلم ، والمكثفات الكهربائية ، ومصابيح LED ، و Mosfets ، والصمامات الثنائية ، و IGBTs ومحول دائرة الشاحن.

تحقق جيدًا من جميع وصلات اللحام ، وتأكد من عدم وجود أي مكون مكسور أو متصدع وما إلى ذلك.

الخطوة 6: بدء التشغيل

تحذير: لا تتجاوز جهد الإدخال 8 فولت

إذا كان لديك منظار الذبذبات:

قم بتوصيل زر ضغط (مفتوح عادة) بمدخلات SW1 و SW2.

تحقق من أن وصلة المرور J1 مفتوحة. من الناحية المثالية ، قم بتوصيل مصدر طاقة قابل للتعديل على الطاولة بإدخال البطارية. إذا لم يكن لديك مصدر طاقة قابل للتعديل على الطاولة ، فسيتعين عليك استخدام البطاريات مباشرة. يجب أن يومض LED 1 بمجرد أن يكون جهد الدخل أعلى من حوالي 5.6 فولت. تحتوي دائرة الجهد المنخفض على تباطؤ كبير ، أي أن تشغيل الدائرة في البداية على الجهد يجب أن يكون أعلى من 5.6 فولت ، لكنها لن تقوم بإيقاف تشغيل الدائرة إلا عندما ينخفض جهد الدخل إلى أقل من 4.9 فولت. بالنسبة للبطاريات المستخدمة في هذا المثال ، فهذه ميزة غير ذات صلة ولكنها قد تكون مفيدة في حالة العمل مع بطاريات ذات مقاومة داخلية أعلى و / أو تم تفريغها جزئيًا.

قم بقياس جهد مكثف الجهد العالي الرئيسي بمقياس متعدد مناسب ، يجب أن يظل 0 فولت لأنه من المفترض أن يتم إلغاء تنشيط الشاحن.

باستخدام مرسمة الذبذبات ، قم بقياس عرض النبضة عند السن 3 من U10 عند الضغط على زر الضغط. يجب أن تكون قابلة للتعديل باستخدام أداة Trimpot R36 وتتراوح بين 0.5 مللي ثانية و 2.7 مللي ثانية. هناك تأخير حوالي 5 ثوانٍ قبل أن يمكن إعادة تشغيل النبض بعد كل ضغطة زر.

انتقل إلى الخطوة … اختبار الجهد الكامل

إذا لم يكن لديك منظار الذبذبات:

قم بنفس الخطوات المذكورة أعلاه ولكن تخطي قياس عرض النبضة ، فلا يوجد شيء يمكن قياسه بمقياس متعدد.

انتقل إلى … اختبار الجهد الكامل

الخطوة 7: اختبار الجهد الكامل

قم بإزالة جهد الدخل.

أغلق Jumper J1.

تحقق مرة أخرى من القطبية الصحيحة لمكثف الجهد العالي!

قم بتوصيل مقياس متعدد مصنّف للجهد المتوقع (> 525 فولت) بأطراف مكثف الجهد العالي.

قم بتوصيل ملف اختبار بأطراف الإخراج Coil1 و Coil2. كان أقل ملف تحريض / مقاومة استخدمته مع هذه الدائرة هو AWG20 500uH / 0.5 أوم. في الفيديو ، استخدمت 1mH 1R.

تأكد من عدم وجود مواد مغناطيسية حديدية بالقرب من الملف أو داخله.

ارتدِ نظارات واقية

قم بتطبيق جهد البطارية على أطراف الإدخال.

يجب أن يبدأ الشاحن في العمل وأن يرتفع جهد التيار المستمر على المكثف بسرعة.

يجب أن يستقر عند حوالي 520 فولت. إذا تجاوزت 550 فولت واستمرت في الارتفاع ، فقم بإيقاف تشغيل جهد الدخل على الفور ، فسيكون هناك خطأ ما في جزء التغذية الراجعة لشاحن IC. في هذه الحالة ، ستحتاج إلى إعادة فحص جميع وصلات اللحام والتثبيت الصحيح لجميع المكونات.

يجب أن يضيء مؤشر LED2 الآن للإشارة إلى أن المكثف الرئيسي مشحون بالكامل.

اضغط على زر الزناد ، يجب أن ينخفض الجهد بضع مئات من فولت ، وستعتمد القيمة الدقيقة على عرض النبض المعدل.

قم بإيقاف تشغيل جهد الدخل.

قبل التعامل مع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يجب تفريغ المكثف

يمكن القيام بذلك إما عن طريق الانتظار حتى ينخفض الجهد إلى قيمة آمنة (يستغرق وقتًا طويلاً) أو عن طريق تفريغه بمقاوم طاقة. ستؤدي العديد من المصابيح المتوهجة في السلسلة المهمة أيضًا ، وسيعتمد عدد المصابيح الكهربائية المطلوبة على تصنيف الجهد ، من اثنين إلى ثلاثة لمصابيح 220 فولت ، وأربعة إلى خمسة لمصابيح 120 فولت

قم بإزالة الأسلاك من مكثف ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لإكمال الوحدة ، يمكن الآن (أو لاحقًا) لحام المكثف مباشرة باللوحة الرئيسية اعتمادًا على عملية التجميع الميكانيكي. يصعب إزالة وحدة المكثف من ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرئيسي ، لذا خطط وفقًا لذلك.

الخطوة 8: ميكانيكي

اعتبارات التركيب الميكانيكية

يحتوي PCB الرئيسي على 6 فتحات لتثبيته على دعامة. توجد آثار نحاسية أكثر أو أقل بالقرب من هذه الآثار. عند تركيب لوحة الدوائر المطبوعة ، يجب الحرص على عدم قصر هذه الآثار على المسمار. لذلك يجب استخدام الفواصل البلاستيكية والغسالات البلاستيكية. لقد استخدمت قطعة معدنية خردة ، ملف تعريف U من الألومنيوم كإسكان. في حالة استخدام دعامة معدنية ، يجب تأريضها ، أي متصلة بسلك بالقطب السالب للبطارية. الأجزاء التي يمكن الوصول إليها (الأجزاء التي يمكن لمسها) هي مفتاح التشغيل والبطارية ، ومستوى جهدها قريب من الأرض. إذا تلامست أي عقدة عالية الجهد مع السكن المعدني ، فسيتم قصرها على الأرض ويكون المستخدم آمنًا. اعتمادًا على وزن الهيكل والملف ، يمكن أن تكون الوحدة بأكملها ثقيلة جدًا من الأمام ، لذا يجب تثبيت القبضة وفقًا لذلك.

يمكن أيضًا جعل السكن أجمل كثيرًا ، وطباعته ثلاثية الأبعاد ، ورسمه ، وما إلى ذلك ، الأمر متروك لك.

الخطوة 9: النظرية

مبدأ العمل بسيط للغاية.

يتم تنشيط اثنين من IGBTs في نفس الوقت لفترة زمنية تدوم بضع مئات منا إلى بضع مللي ثانية اعتمادًا على تكوين / ضبط المذبذب الأحادي U10. ثم يبدأ التيار في التراكم من خلال الملف. يتوافق التيار مع شدة المجال المغناطيسي وقوة المجال المغناطيسي مع القوة المبذولة على المقذوف داخل الملف. يبدأ المقذوف في التحرك ببطء وقبل أن يصل منتصفه إلى منتصف الملف ، يتم إيقاف تشغيل IGBT. لا يتوقف التيار داخل الملف على الفور ولكنه يتدفق الآن عبر الثنائيات ويعود إلى المكثف الرئيسي لبعض الوقت. بينما يتحلل التيار ، لا يزال هناك مجال مغناطيسي داخل الملف ، لذلك يجب أن ينخفض هذا إلى ما يقرب من الصفر قبل أن يصل منتصف المقذوف إلى منتصف الملف وإلا سيتم ممارسة قوة كسر عليه. نتيجة العالم الحقيقي تتوافق مع المحاكاة. تيار النهاية قبل إيقاف تشغيل النبض هو 367A (المسبار الحالي 1000A / 4V)

الخطوة 10: بناء الملف

تم الحصول على سرعة 36 م / ث بالملف التالي: 500uH ، AWG20 ، 0.5R ، طول 22 مم ، قطر داخلي 8 مم. استخدم أنبوبًا به أصغر فجوة ممكنة بين الجدار الداخلي والقذيفة ولا يزال يسمح بحرية الحركة للقذيفة. يجب أن يكون لها أيضًا أنحف جدران ممكنة بينما تكون شديدة الصلابة. لقد استخدمت أنبوبًا من الفولاذ المقاوم للصدأ ولم يلاحظ أي آثار ضارة. إذا كنت تستخدم أنبوبًا موصلًا للكهرباء ، فتأكد من عزله بشريط مناسب (استخدمت شريط Kapton) قبل لفه. قد تحتاج إلى تركيب قطع طرفية إضافية مؤقتًا أثناء اللف ، لأن قوى جانبية كبيرة تتطور أثناء عملية اللف. أود بعد ذلك أن أوصي بإصلاح / حماية اللفات باستخدام الإبوكسي. سيساعد هذا على منع تلف اللفات أثناء التعامل مع / تجميع الملف. يجب أن يتم تجميع الملف بالكامل بطريقة لا يمكن أن تتحرك بها اللفات. تحتاج أيضًا إلى نوع من الدعم لتثبيته على السكن الرئيسي.

الخطوة 11: التعديلات والقيود المحتملة للدائرة

يحتوي المكثف المشحون حتى 522 فولت على 136 جول. كفاءة هذه الدائرة منخفضة جدًا ، كما هو الحال مع معظم التصميمات أحادية المرحلة البسيطة التي تسرع المقذوفات المغناطيسية. الحد الأقصى للجهد مقيد بالجهد الأقصى المسموح به للمكثف وهو 550VDC والحد الأقصى لتصنيف VCE لـ IGBTs. قد تؤدي الأشكال الهندسية الأخرى للملف وقيم الحث / المقاومة المنخفضة إلى سرعات / كفاءات أعلى. الحد الأقصى لتيار الذروة المحدد لهذا IGBT هو 600 أمبير. هناك IGBTs أخرى بنفس الحجم يمكن أن تدعم التيارات المتزايدة. على أي حال ، إذا كنت تفكر في زيادة السعة أو حجم IGBT ، فتأكد من مراعاة المشكلات الرئيسية التالية: احترم الحد الأقصى الحالي المحدد في ورقة بيانات IGBT. لا أوصي بزيادة جهد الشاحن ، يجب مراعاة العديد من المتغيرات. زيادة السعة واستخدام نبضات عرض أطول للملفات الأكبر سيزيد أيضًا من تبديد الطاقة في IGBTs. لذلك قد يحتاجون إلى غرفة التبريد. أوصي بمحاكاة دائرة معدلة أولاً في SPICE / Multisim أو أي برنامج محاكاة آخر لتحديد تيار الذروة.

حظا طيبا وفقك الله!

الخطوة 12: تشغيل Coil Gun

مجرد الاستمتاع بإطلاق النار على أشياء عشوائية …