原作者：頭疼腦殼暈

第一階段 外形

????????造炮嘛.第一步就是構(gòu)思外殼. 翻到一張Maxim9的照片了.?大空間,板正的外形,非常適合造炮.

????整體布局可以沿用P50的,省下了一些時(shí)間

第二階段? 構(gòu)圖?

? ?????根據(jù)自己想要達(dá)到的初速與動(dòng)能.?開始構(gòu)思炮的主體. 這就關(guān)系到級(jí)數(shù)與彈丸的選擇.?

????????????電池:多大尺寸能放在手把里,不會(huì)破壞握感,還要保證容量與放電倍率夠用,充電需要集成嗎.需要均壓?jiǎn)?

????????????升壓:多快的充電速度,與殼里還剩多少空間,選用什么樣的變壓器?

????????????激光:外掛還是內(nèi)嵌,如何調(diào)節(jié)方向.如何驅(qū)動(dòng)?

????????????供彈:在有限空間里挑選何種舵機(jī)或者步進(jìn)電機(jī),能保證穩(wěn)定供彈.

????????????信息反饋:手炮反饋的電池電量.電容電壓,供彈狀態(tài),用OLED還是流水燈顯示?

? ? ? ? ? ? 這一步最耗時(shí)了..?

?.不單單只是畫殼.而是上面提到的這些都要考慮進(jìn)去.

?============Two thousand years later============???

? ? ? ?于是就有了新的手炮結(jié)構(gòu)圖:

????????33級(jí).每級(jí)線圈長(zhǎng)度5mm 隔板1mm. 彈丸6*8. 初步模擬速度150+.動(dòng)能20J

除了電源線.舵機(jī)線.沒有任何的多余連接線. 目標(biāo)是一個(gè)產(chǎn)品級(jí)的DIY.

?第三階段 零部件的驗(yàn)證?

????反饋方式最終選定了流水燈的形式---此創(chuàng)意來源于群內(nèi)討論.最終采用了<書呆子>大佬的提議

????使用科創(chuàng)的LOGO.? ? C用來顯示高壓電容電壓.? 一豎用來顯示電池電量. 供彈檢測(cè)使用閃爍方式來實(shí)現(xiàn).

????LED使用1204封裝的WS2812.? 這也是一個(gè)焊瞎眼的玩意

然后便是升壓模塊的驗(yàn)證了.

使用多種非晶磁環(huán),搭推挽升壓電路. 遠(yuǎn)超預(yù)期.

最終選定下來的是由兩顆非晶磁環(huán).并聯(lián)使用.拇指大小.卻能爆發(fā)出130J/S的充電速度.

??意味著放在新的手炮上.充電時(shí)間能縮短到1.5s

?第四階段 電路板設(shè)計(jì)

這部分沒啥好說的. 電炮用的經(jīng)典boost拓?fù)??

控制板也簡(jiǎn)單,一組升壓給光耦驅(qū)動(dòng)IGBT. 一組降壓.給MCU供電. 另外一個(gè)就是SG3525推非晶升壓.

?第五階段 組裝

先從繞線開始吧. 5mm一級(jí).讓人有點(diǎn)頭疼

? ============Two hundred years later============?

繞到后面心態(tài)都有點(diǎn)崩了..

裝好后調(diào)試程序發(fā)現(xiàn).前面使用的74HC595這芯片在這個(gè)低主頻的單片機(jī)下.刷新33級(jí).需要16us. 這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求的. 果斷重新設(shè)計(jì)主控板. 將595芯片.使用單片機(jī)替換掉. 現(xiàn)在這個(gè)主控板就有4個(gè)單片機(jī)了. 1個(gè)主機(jī).負(fù)載采集信號(hào). 3個(gè)從機(jī).負(fù)責(zé)時(shí)序.

????這時(shí)候我還沒意識(shí)到.這個(gè)低主頻單片機(jī)還會(huì)帶來其他問題.

第六階段 仿真

其實(shí)從第四階段就開始在maxwell 2D仿真里進(jìn)行這個(gè)33級(jí)電炮的仿真了.

最終仿真結(jié)果157m/s. 達(dá)到之前粗略估算的結(jié)果.

第七階段 整體組裝與MCU程序開發(fā)

將仿真好的時(shí)序.寫入到單片機(jī),并用邏輯分析儀微調(diào)與確認(rèn)時(shí)序的正確性

前面提到過.多單片機(jī)觸發(fā)出現(xiàn)了不同步的問題. 在群內(nèi)討論也得到各位大佬的指點(diǎn).?

????再此感謝各位大佬們!

這個(gè)低主頻的單片機(jī)帶來了最小時(shí)序分辨率不高的問題. 導(dǎo)致沒辦法精確的調(diào)節(jié)時(shí)序.

這個(gè)暫時(shí)沒有更優(yōu)的解決辦法了. 就先這樣吧

第八階段 發(fā)射調(diào)試

????根據(jù)發(fā)射效果.對(duì)彈丸初始位置,以及主電容電壓進(jìn)行微調(diào)!

????本來打算趕在小長(zhǎng)假前完工的. 確實(shí)遇到了些問題.

????第一發(fā)只加到330V(設(shè)計(jì)值360V)測(cè)試看看有沒問有問題,試射,速度133m/s.

然后.問題就來了! 原本這是一個(gè)可以完結(jié)的貼,就因?yàn)檫@一發(fā),變成了連載貼了.?

因?yàn)? 第一發(fā)壞了5個(gè)IGBT!? 33個(gè),壞了5個(gè),和星艦完美的呼應(yīng)上了............WTF!

將IGBT開窗后.發(fā)現(xiàn).這次IGBT邦定引腳還有差異.

圖中是6只管. 因?yàn)橹皽y(cè)試升壓模塊時(shí)候,電壓升高到200V左右. 莫名其妙的壞掉一個(gè)IGBT. 真心希望這次是買到假管子了.不然這個(gè)炮就麻煩了!

第九階段? 查漏補(bǔ)缺

?介于前面第一次發(fā)射燒掉5顆管子后. 換上新管子后.再一發(fā).又燒掉7顆管子.

????嚴(yán)重懷疑時(shí)序問題. 經(jīng)評(píng)論區(qū)(balck)大佬指點(diǎn). 更換了主頻更高.功能更強(qiáng)大的STM32G0系列.

因?yàn)長(zhǎng)0系列的腳位與G0系列腳位不同.不得已.用銅絲飛線了. 主控繼續(xù)使用L011. 時(shí)序控制的3個(gè)單片機(jī)使用G030?

G030系列擁有5個(gè)定時(shí)器. 使用5個(gè)定時(shí)器協(xié)同工作.避免了單個(gè)定時(shí)器進(jìn)中斷太頻繁導(dǎo)致的莫名其妙的問題.

由TIM1負(fù)責(zé)各個(gè)定時(shí)器開啟的時(shí)機(jī).并載入合適的重裝值.TIM3,TIM14,TIM16,TIM17. 分別負(fù)責(zé)兩級(jí)或者三級(jí)的時(shí)序計(jì)時(shí). 各定時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束后關(guān)閉相應(yīng)的級(jí)數(shù).? 時(shí)序調(diào)節(jié)非常簡(jiǎn)單.并且很穩(wěn)定. 這次33級(jí)時(shí)序?qū)懭氩⑽⒄{(diào)后.使用邏輯分析儀測(cè)得與maxwell仿真出來的時(shí)序誤差只有±1us!

????于是,又到了喜聞樂見的測(cè)速環(huán)節(jié)!

????主電容電壓加到350V(仿真使用的是360V), 第一發(fā)打出了153m/s的速度.

調(diào)整子彈的初始位置.重新打了一發(fā).152.3m/s . 發(fā)現(xiàn)第29級(jí)IGBT燒毀..

換掉第29級(jí)的IGBT后調(diào)節(jié)初始位置. 再來一發(fā).? 這個(gè)29級(jí)又掛了! WTF!??

?

順便稱個(gè)重.? 所有部件一起.總重:700!

看看放在手上的大小吧.

回顧了一下仿真里的電流. 第29級(jí)電流峰值已經(jīng)到430A 了.? 第29級(jí)第一次試射時(shí)候也壞了.?

有可能其他地方還有損壞, 現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電壓18V.歐陽(yáng)大佬建議把驅(qū)動(dòng)加到25V. 下回試試.

第十階段? 總結(jié)?

?相比上一把的P50, 這把M9速度提高到了150m/s. 動(dòng)能相比P50也提升了一倍.達(dá)到了20J. 充電速度也縮短了一倍多.已經(jīng)具有部分場(chǎng)景下的實(shí)用性了.

????這把小炮遇到的問題,比前面四把加起來的還要多!總結(jié)了一下制造過程中與到的問題.

1> boost拓?fù)渲环至藘陕?導(dǎo)致最后幾級(jí)燒管子的現(xiàn)象頻發(fā).最后不得已加長(zhǎng)了最后8級(jí)的導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng). 降低電容余壓.使得初速變慢,從設(shè)計(jì)的155速度降低到150了. 降速倒是換來了一些初速度的穩(wěn)定性.

2>壓敏電阻問題. 使用1210壓敏電阻,做最后一級(jí)的線圈能量吸收,使用過程中壓敏電阻兩端頻繁出現(xiàn)打火現(xiàn)象.換成1812封裝壓敏電阻出現(xiàn)頻率降低很多.但是偶爾還是會(huì)出現(xiàn)壓敏電阻上面爬電打火現(xiàn)象.最后在壓敏電阻兩端并聯(lián)了一個(gè)200V22uF電容才解決. 現(xiàn)在不太清楚是SMD封裝的壓敏電阻的響應(yīng)速度不夠還是壓敏電阻材料的問題.?

3> IGBT管過分超流使用,也是這一次踩下的坑, 48N60的IGBT標(biāo)稱電流48A. 在這把手炮中最高使用到了480A. 過于任性了.

4>前面提到過,第一版使用的是74HC595級(jí)聯(lián),驅(qū)動(dòng)32級(jí). 實(shí)測(cè)下來需要16us刷新一次狀態(tài). 不過這個(gè)極限受制于stm32L011的IO翻轉(zhuǎn)速度的限制. 如果使用高主頻(如72M)的單片機(jī)下.74HC595刷新32級(jí)應(yīng)該可以做到10us以內(nèi). 對(duì)于單級(jí)線圈長(zhǎng)度大于10mm的跑來說足夠用了. 74hc595控制32級(jí)只需要使用2個(gè)IO口.如果覺得速度不夠.只需要再增加1個(gè)IO口,使用兩路74hc595來控制32級(jí),刷新時(shí)間可以減半.

5>CCPS部分電源使用的時(shí)2S電池,使用的是40V的MOS管,出現(xiàn)過兩次射擊瞬間瞬間燒掉MOS的情況.后來?yè)Q成耐壓100V的mos,沒有再出現(xiàn)同類問題.? 推挽控制芯片使用的是3525, 濾波電容使用的1顆10V1000uF固態(tài)電容和8顆50V10uF的MLCC電容. 實(shí)際使用中. 在6連發(fā)情況下.使用熱成像觀察,MLCC電容表面溫度會(huì)超過100℃!? 后續(xù)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使用更低內(nèi)阻MLCC電容(或者數(shù)量更多),以及給電容更好的散熱.

6>等我想起來了再記錄上來...

????????突然想到個(gè)事. 這個(gè)電路圖里CCPS副邊串聯(lián)的LC,應(yīng)該是在整流橋之前的.? 電路圖根據(jù)實(shí)物修改過的.改這個(gè)地方時(shí)候腦子瓢了下. 有可能還有忽略掉了的地方.??

本文轉(zhuǎn)載自科創(chuàng)論壇