电磁炮
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分享一下近期进展以及个人对可关断式磁阻炮的尝试
WangGC 2018-8-9 18:28:11

由于之前自制的三级光电控制的可关断小磁阻炮取得了一些出乎意料的成果(无能量回收情况下,在仅三级,电容组330v电压下7g弹丸初速达到了近50m/s,假设电容组全部放电到0v效率依然达到了9.8%)遂发出此帖向大家介绍一些我走过的弯路和得到的经验。

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过去的几个月中,我一直在尝试制作并优化IGBT可关断式磁阻炮的控制电路,取得了不小的成果,我也会在文中附上前几周制作三级小磁阻的过程供大家参考,并分享一些性能优秀的元件。

1.关于可关断式磁阻炮相对于传统无关断的优势(高手可跳过):避免了弹丸飞出线圈后电容组的储能仍被线圈和开关以产热消耗,减少了能量浪费并一定程度上减小了反拉,还可以使电容组有一定余电,这有利于连发。

2.关于高压电容充电器设计的一些问题:在这门炮上我使用了它激推挽式升压,电路是根据@金坷居士的逆变器前级稍微修改而成(请各位不要模仿,我会在后面说明原因)。在询问金坷居士本人后我得知这个电路没有电流环,不适合为电容充电,但我依然决定用它来为这门炮的330v 共1620uF的电容组充电,这是第一个设计上的失误。而另一个失误则是出于体积考虑,我没有在高压输出端做任何限流措施,这就相当于两个内阻极小的电压源,一个接近330v而另一个近似接地,后果大家明白...所以应在高压输出端串接一个感量合适的电感,可能是我选用的开关管耐流比较高,这个问题在一开始不怎么显著,但在高频率的连续射击后,这两个失误最终使这门炮的升压系统一侧开关管击穿短路锂电池,险些导致事故。

3.分享一下我的控制电路

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注意:图有问题,应在hv节点后串联200欧电阻以限流驱动bjt

如图,整体采用LM393做触发信号整形,TC4427高速双路MOSFET/IGBT驱动器做驱动。电路中有一个比较简单新颖的部分,我给它起名为“驱动输出信号使能”,它的作用是防止在未扣动扳机时弹丸或异物滑落加速段误触发导致给空心电感通电,电流陡增,炸管。具体实现方法图中已给出,非常简单。在多级的控制电路中只需将其它级的s8550B极接到一个8050的C极上,无需复制整个电路。

 4.分享一个优秀的开关元件:在去年我一直在寻找一种600v左右,开关电流高的开关管,后来终于找到了一种可谓是可关断式电炮神管的IGBT:IRGPS4067D,这种管子是在我17年的一个提问贴中首次提到的,后又在@isee的七级加速器中作为半桥开关管使用,也在此感谢isee的大胆尝试

这个管子之所以被我称为神管的原因如下:

1.600v的耐压适合大部分电压为450v的电解电容组以及一些600v左右的薄膜电容组(可能无法在600v下安全使用)

2.超过480A的超大感性负载耐流(在短路测试中电流数微秒中达到800A之巨仍可正常关断)

3.正温度系数,这意味着IGBT并管成为可能,只要并联的开关管之间热阻足够小,参数相仿

4.优秀的自适应均流,同上

5.价格极低且数量极多,拆机均价仅为4元/pcs

至此分享完毕,结尾附上这门炮(生前)60v测试时的慢动作录像

 

[修改于 6 个月前 - 2018-09-05 22:44:14]

2018-8-9 18:34:14
WangGC(作者)
1楼
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另外,这门炮的效率较高可能还在于我为了简化设计,前两级直接用的塑料笔管做炮管,最后一级才是薄壁钢管,在前两级的长加速时间中减少了涡流损耗

ps.各位节约资源,别把目前市场上的4067全部消耗完

WangGC(作者)
2楼
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另附上两个器件的资料供参考

AUIRGPS4067D1.PDF299k35次下载

 

IR4427.PDF143k20次下载

 

 

 

[修改于 7 个月前 - 2018-08-09 18:46:43]

2018-8-10 20:31:54
3楼
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给电容充电的升压方案可以试试恒流控制,在充至所需电压后可触发电压反馈环路,具体方法参考金坷居士的lm2576开关式恒流源,实际上他的文章中提到的横流改装方案适用于任何恒压式开关电源,就是把电流过集成运算放大器信号放大后,反馈至电压反馈脚位。

WangGC(作者)
4楼
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引用:钢珠子母弹 发表于3 楼的内容:
给电容充电的升压方案可以试试恒流控制,在充至所需电压后可触发电压反馈环路,具体方法参考金坷居士的lm.....

那就是一个“恒流限压”的DC-DC喽?谢谢你的建议,我最近也是在搞这方面,只是现在在努力优化电流电压的反馈环,那个帖子我等会去看看

WangGC(作者)
5楼
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引用:钢珠子母弹 发表于3 楼的内容:
给电容充电的升压方案可以试试恒流控制,在充至所需电压后可触发电压反馈环路,具体方法参考金坷居士的lm.....

刚才抽空看了一下你说的帖子,他的是输出电流反馈,还是高端而不是低端反馈,这在大功率的高压开关电源里不太现实...而且由于设计需求我需要这个变换器的变压器初次级隔离,高压侧的电流反馈可能不太好做隔离

目前我的方案是采用类似电流模式推挽的电路,采集低压侧两个开关管S级对地的电流信号引入反馈环,用振荡器电容的电压做补偿,实现一个“电流半闭环,电压全闭环”的开关变换器

[修改于 7 个月前 - 2018-08-11 13:50:51]

6楼
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https://www.kechuang.org/t/48290

其实这种升压不需要用专门的pwm芯片,用555即可,方案非常经典,在上面的链接里就有,31楼,用col脚位的电压反馈来拉低占空比实现充到额定电压后关断,推挽变换器的稳压很玄学,与之相比boost和flyback要好得多rbsama版主的这个帖子就是flyback升压方案

@WGC03

WangGC(作者)
7楼
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引用:钢珠子母弹 发表于6 楼的内容:
https://www.kechuang.org/t/48290其实这种升压不需要用专门的pwm芯片.....

boost不考虑了因为要隔离,flyback的话500w以上很难,300w都费劲了...我最近的那个比较大型的“便携炮”预计要瞬时1.8-2kW的瞬时功率...甚至打算试试谐振式推挽...

2018-9-5 01:00:26
8楼
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楼主有没有看过线圈的放电的波形?可看下实测关断时间是多少,是否陡峭;我测试的结果是如果续流二极管后面的消耗电阻如果太小,关断时间会很长达几百微秒(400v时可达400us),较大时(比如100欧)关断时间则较短(200us以下),但如果不加保护电路反压就会过高而造成烧管。

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9楼
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能否解释一下,8050前面那个H.V是起什么作用的,以及为什么能用12v直接驱动8050以及be并联的10k电阻是干什么用的?谢谢

WangGC(作者)
10楼
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引用:liunian198 发表于8 楼的内容:
楼主有没有看过线圈的放电的波形?可看下实测关断时间是多少,是否陡峭;我测试的结果是如果续流二极管后面.....

这个简化设计里面电阻直接用细导线代替了...虽然长导线会带来寄生电感这些杂散参数...这个炮只是为了测试控制电路,功率部分的设计基本没有很考究,然后驱动测试完直接高压硅脂封好了,线比较乱也没做高压部分的测试

以后的版本我是打算用0.5-5欧的电阻用在450v上

WangGC(作者)
11楼
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引用:170050051624 发表于9 楼的内容:
能否解释一下,8050前面那个H.V是起什么作用的,以及为什么能用12v直接驱动8050以及be并联.....

hv代表高压升压关断使能,防止触发时高压在工作直接短路输出

那个12v直驱是图的问题...应该在hv节点后串联200欧电阻,那个并联的是防止电平乱跳误触发

12楼
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奇怪,为什么没有全电压测试视频呢。

WangGC(作者)
13楼
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引用:rb-sama 发表于12 楼的内容:
奇怪,为什么没有全电压测试视频呢。

当时在家没敢试...在年会上试验了,后来就因为升压部分的设计失误报废了,没录到视频

14楼
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这是不加续流电阻的波形,其实跟scr放电过了峰值电流后的波形一样,只是igbt将这个时间提前了,所以后面肯定会对效率有影响。

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 这是加了之后,明显会有动能的提升(估计10%左右吧,没有详细计算)。

据说的半桥方案的波形会更陡峭,但是没试过。

另外续流电阻建议不要用碳膜电阻,容易击穿,用水泥会好点,还得功率大点的。

15楼
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引用:liunian198 发表于14 楼的内容:
这是不加续流电阻的波形,其实跟scr放电过了峰值电流后的波形一样,只是igbt将这个时间提前了,所以.....

电流波形是用串电阻的方式测到的吗?串的电阻是多大的?

WangGC(作者)
16楼
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那个电阻我喜欢用5w的无感水泥,体积比较友好而且好散热,这个波形应该是电流波形吧,半桥的不知道为什么会关断的更快,有时间可以做一下实验,但要保证电压相等

17楼
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在线圈后面续流之前串一根5cm-10mm的漆包线就行了(我用的0.5mm),假如电阻有5毫欧,100A电流,压降就达到0.5v了,有毫欧表的话还能精确计算电流大小。

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十步芳草
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