原作者：頭疼腦殼暈

第一階段 外形

????????造炮嘛.第一步就是構思外殼. 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,省下了一些時間

第二階段? 構圖?

? ?????根據(jù)自己想要達到的初速與動能.?開始構思炮的主體. 這就關系到級數(shù)與彈丸的選擇.?

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

????????????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?

????????????供彈:在有限空間里挑選何種舵機或者步進電機,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?

? ? ? ? ? ? 這一步最耗時了..?

?.不單單只是畫殼.而是上面提到的這些都要考慮進去.

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

? ? ? ?于是就有了新的手炮結構圖:

????????33級.每級線圈長度5mm 隔板1mm. 彈丸6*8. 初步模擬速度150+.動能20J

除了電源線.舵機線.沒有任何的多余連接線. 目標是一個產(chǎn)品級的DIY.

?第三階段 零部件的驗證?

????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. 供彈檢測使用閃爍方式來實現(xiàn).

????LED使用1204封裝的WS2812.? 這也是一個焊瞎眼的玩意

然后便是升壓模塊的驗證了.

使用多種非晶磁環(huán),搭推挽升壓電路. 遠超預期.

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.充電時間能縮短到1.5s

?第四階段 電路板設計

這部分沒啥好說的. 電炮用的經(jīng)典boost拓撲.?

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

?第五階段 組裝

先從繞線開始吧. 5mm一級.讓人有點頭疼

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

繞到后面心態(tài)都有點崩了..

裝好后調(diào)試程序發(fā)現(xiàn).前面使用的74HC595這芯片在這個低主頻的單片機下.刷新33級.需要16us. 這是遠遠不能滿足要求的. 果斷重新設計主控板. 將595芯片.使用單片機替換掉. 現(xiàn)在這個主控板就有4個單片機了. 1個主機.負載采集信號. 3個從機.負責時序.

????這時候我還沒意識到.這個低主頻單片機還會帶來其他問題.

第六階段 仿真

其實從第四階段就開始在maxwell 2D仿真里進行這個33級電炮的仿真了.

最終仿真結果157m/s. 達到之前粗略估算的結果.

第七階段 整體組裝與MCU程序開發(fā)

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

前面提到過.多單片機觸發(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.?

????再此感謝各位大佬們!

這個低主頻的單片機帶來了最小時序分辨率不高的問題. 導致沒辦法精確的調(diào)節(jié)時序.

這個暫時沒有更優(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.對彈丸初始位置,以及主電容電壓進行微調(diào)!

????本來打算趕在小長假前完工的. 確實遇到了些問題.

????第一發(fā)只加到330V(設計值360V)測試看看有沒問有問題,試射,速度133m/s.

然后.問題就來了! 原本這是一個可以完結的貼,就因為這一發(fā),變成了連載貼了.?

因為. 第一發(fā)壞了5個IGBT!? 33個,壞了5個,和星艦完美的呼應上了............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. 因為之前測試升壓模塊時候,電壓升高到200V左右. 莫名其妙的壞掉一個IGBT. 真心希望這次是買到假管子了.不然這個炮就麻煩了!

第九階段? 查漏補缺

?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.

????嚴重懷疑時序問題. 經(jīng)評論區(qū)(balck)大佬指點. 更換了主頻更高.功能更強大的STM32G0系列.

因為L0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. 時序控制的3個單片機使用G030?

G030系列擁有5個定時器. 使用5個定時器協(xié)同工作.避免了單個定時器進中斷太頻繁導致的莫名其妙的問題.

由TIM1負責各個定時器開啟的時機.并載入合適的重裝值.TIM3,TIM14,TIM16,TIM17. 分別負責兩級或者三級的時序計時. 各定時器計時結束后關閉相應的級數(shù).? 時序調(diào)節(jié)非常簡單.并且很穩(wěn)定. 這次33級時序?qū)懭氩⑽⒄{(diào)后.使用邏輯分析儀測得與maxwell仿真出來的時序誤差只有±1us!

????于是,又到了喜聞樂見的測速環(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IGBT燒毀..

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

?

順便稱個重.? 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級電流峰值已經(jīng)到430A 了.? 第29級第一次試射時候也壞了.?

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

第十階段? 總結?

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

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

1> boost拓撲只分了兩路.導致最后幾級燒管子的現(xiàn)象頻發(fā).最后不得已加長了最后8級的導通時長. 降低電容余壓.使得初速變慢,從設計的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級聯(lián),驅(qū)動32級. 實測下來需要16us刷新一次狀態(tài). 不過這個極限受制于stm32L011的IO翻轉(zhuǎn)速度的限制. 如果使用高主頻(如72M)的單片機下.74HC595刷新32級應該可以做到10us以內(nèi). 對于單級線圈長度大于10mm的跑來說足夠用了. 74hc595控制32級只需要使用2個IO口.如果覺得速度不夠.只需要再增加1個IO口,使用兩路74hc595來控制32級,刷新時間可以減半.

5>CCPS部分電源使用的時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.后來換成耐壓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電容表面溫度會超過100℃!? 后續(xù)設計應當使用更低內(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...

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

本文轉(zhuǎn)載自科創(chuàng)論壇