个人对上一版的P50不太满意. 首次做小型电炮.缺陷比较多. 比如动能小.速度低.充电时间慢.于是22年春节期间就开始筹备着新的手炮.还是老追求:更快,更帅.  

第一阶段 外形

        造炮嘛.第一步就是构思外壳. 翻到一张Maxim9的照片了. 大空间,板正的外形,非常适合造炮.

    整体布局可以沿用P50的,省下了一些时间

第二阶段  构图 

       根据自己想要达到的初速与动能. 开始构思炮的主体. 这就关系到级数与弹丸的选择. 

            电池:多大尺寸能放在手把里,不会破坏握感,还要保证容量与放电倍率够用,充电需要集成吗.需要均压吗?

            升压:多快的充电速度,与壳里还剩多少空间,选用什么样的变压器?

            激光:外挂还是内嵌,如何调节方向.如何驱动?

            供弹:在有限空间里挑选何种舵机或者步进电机,能保证稳定供弹.

            信息反馈:手炮反馈的电池电量.电容电压,供弹状态,用OLED还是流水灯显示?

        这一步最耗时了.. .不单单只是画壳.而是上面提到的这些都要考虑进去.

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

       于是就有了新的手炮结构图:

        33级.每级线圈长度5mm 隔板1mm. 弹丸6*8. 初步模拟速度150+.动能20J

    除了电源线.舵机线.没有任何的多余连接线. 目标是一个产品级的DIY.

 第三阶段 零部件的验证 

    反馈方式最终选定了流水灯的形式---此创意来源于群内讨论.最终采用了<书呆子>大佬的提议

    使用科创的LOGO.    C用来显示高压电容电压.  一竖用来显示电池电量. 供弹检测使用闪烁方式来实现.

    LED使用1204封装的WS2812.  这也是一个焊瞎眼的玩意

    效果还是不错的.

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然后便是升压模块的验证了.

使用多种非晶磁环,搭推挽升压电路. 远超预期.

最终选定下来的是由两颗非晶磁环.并联使用.拇指大小.却能爆发出130J/S的充电速度.

  意味着放在新的手炮上.充电时间能缩短到1.5s

 第四阶段 电路板设计

这部分没啥好说的. 电炮用的经典boost拓扑. 

控制板也简单,一组升压给光耦驱动IGBT. 一组降压.给MCU供电. 另外一个就是SG3525推非晶升压.

 第五阶段 组装

先从绕线开始吧. 5mm一级.让人有点头疼

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

    绕到后面心态都有点崩了..

装好后调试程序发现.前面使用的74HC595这芯片在这个低主频的单片机下.刷新33级.需要16us. 这是远远不能满足要求的. 果断重新设计主控板. 将595芯片.使用单片机替换掉. 现在这个主控板就有4个单片机了. 1个主机.负载采集信号. 3个从机.负责时序.

    这时候我还没意识到.这个低主频单片机还会带来其他问题.

.

第六阶段 仿真

其实从第四阶段就开始在maxwell 2D仿真里进行这个33级电炮的仿真了.

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最终仿真结果157m/s. 达到之前粗略估算的结果.

第七阶段 整体组装与MCU程序开发

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将仿真好的时序.写入到单片机,并用逻辑分析仪微调与确认时序的正确性

  前面提到过.多单片机触发出现了不同步的问题. 在群内讨论也得到各位大佬的指点. 

    再此感谢各位大佬们!

这个低主频的单片机带来了最小时序分辨率不高的问题. 导致没办法精确的调节时序.

这个暂时没有更优的解决办法了. 就先这样吧

第八阶段 发射调试

    根据发射效果.对弹丸初始位置,以及主电容电压进行微调!

    本来打算赶在小长假前完工的. 确实遇到了些问题.

    第一发只加到330V(设计值360V)测试看看有没问有问题,试射,速度133m/s.  

然后.问题就来了! 原本这是一个可以完结的贴,就因为这一发,变成了连载贴了. 

因为. 第一发坏了5个IGBT!  33个,坏了5个,和星舰完美的呼应上了............WTF!

将IGBT开窗后.发现.这次IGBT邦定引脚还有差异.

图中是6只管. 因为之前测试升压模块时候,电压升高到200V左右. 莫名其妙的坏掉一个IGBT. 真心希望这次是买到假管子了.不然这个炮就麻烦了!

第九阶段  查漏补缺

 介于前面第一次发射烧掉5颗管子后. 换上新管子后.再一发.又烧掉7颗管子.

    严重怀疑时序问题. 经评论区(balck)大佬指点. 更换了主频更高.功能更强大的STM32G0系列.

因为L0系列的脚位与G0系列脚位不同.不得已.用铜丝飞线了. 主控继续使用L011. 时序控制的3个单片机使用G030 

G030系列拥有5个定时器. 使用5个定时器协同工作.避免了单个定时器进中断太频繁导致的莫名其妙的问题.

由TIM1负责各个定时器开启的时机.并载入合适的重装值.TIM3,TIM14,TIM16,TIM17. 分别负责两级或者三级的时序计时. 各定时器计时结束后关闭相应的级数.  时序调节非常简单.并且很稳定. 这次33级时序写入并微调后.使用逻辑分析仪测得与maxwell仿真出来的时序误差只有±1us!

    于是,又到了喜闻乐见的测速环节!

    主电容电压加到350V(仿真使用的是360V), 第一发打出了153m/s的速度.

调整子弹的初始位置.重新打了一发.152.3m/s . 发现第29级IGBT烧毁..

换掉第29级的IGBT后调节初始位置. 再来一发.  这个29级又挂了! WTF!  

顺便称个重.  所有部件一起.总重:700!

看看放在手上的大小吧.

回顾了一下仿真里的电流. 第29级电流峰值已经到430A 了.  第29级第一次试射时候也坏了. 

有可能其他地方还有损坏, 现有驱动电压18V.欧阳大佬建议把驱动加到25V. 下回试试.

第十阶段  总结 

    这个33级的炮今天算是完结了.上视频吧

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    相比上一把的P50, 这把M9速度提高到了150m/s. 动能相比P50也提升了一倍.达到了20J. 充电速度也缩短了一倍多.已经具有部分场景下的实用性了.

    这把小炮遇到的问题,比前面四把加起来的还要多!总结了一下制造过程中与到的问题.

1> boost拓扑只分了两路.导致最后几级烧管子的现象频发.最后不得已加长了最后8级的导通时长. 降低电容余压.使得初速变慢,从设计的155速度降低到150了. 降速倒是换来了一些初速度的稳定性.

2>压敏电阻问题. 使用1210压敏电阻,做最后一级的线圈能量吸收,使用过程中压敏电阻两端频繁出现打火现象.换成1812封装压敏电阻出现频率降低很多.但是偶尔还是会出现压敏电阻上面爬电打火现象.最后在压敏电阻两端并联了一个200V22uF电容才解决. 现在不太清楚是SMD封装的压敏电阻的响应速度不够还是压敏电阻材料的问题. 

3> IGBT管过分超流使用,也是这一次踩下的坑, 48N60的IGBT标称电流48A. 在这把手炮中最高使用到了480A. 过于任性了.

4>前面提到过,第一版使用的是74HC595级联,驱动32级. 实测下来需要16us刷新一次状态. 不过这个极限受制于stm32L011的IO翻转速度的限制. 如果使用高主频(如72M)的单片机下.74HC595刷新32级应该可以做到10us以内. 对于单级线圈长度大于10mm的跑来说足够用了. 74hc595控制32级只需要使用2个IO口.如果觉得速度不够.只需要再增加1个IO口,使用两路74hc595来控制32级,刷新时间可以减半.

5>CCPS部分电源使用的时2S电池,使用的是40V的MOS管,出现过两次射击瞬间瞬间烧掉MOS的情况.后来换成耐压100V的mos,没有再出现同类问题.  推挽控制芯片使用的是3525, 滤波电容使用的1颗10V1000uF固态电容和8颗50V10uF的MLCC电容. 实际使用中. 在6连发情况下.使用热成像观察,MLCC电容表面温度会超过100℃!  后续设计应当使用更低内阻MLCC电容(或者数量更多),以及给电容更好的散热.

6>等我想起来了再记录上来...

    附上电路图. 

        突然想到个事. 这个电路图里CCPS副边串联的LC,应该是在整流桥之前的.  电路图根据实物修改过的.改这个地方时候脑子瓢了下. 有可能还有忽略掉了的地方.  

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附上MAXWELL仿真文件. 版本2018

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