بعد زيارة معرض الإلكترونيات في ألمانيا العام الماضي ، لفت المؤلف الانتباه إلى معرضين ، كان من شأن الجمع بينهما أن يمنحه نتيجة ممتازة. هذا هو المحول الحلزوني Tesla ، الذي صممه دانييل أيندهوفن وتم عرضه في جناح مجلة Elektor ، وكذلك مفاتيح نيتريد الغاليوم الجديدة ، التي وضعتها شركة Texas Instruments على النحو المخصص لمحولات نبضات التردد العالي.
وإليكم نتيجة العمل الذي استمر من نوفمبر من العام الماضي: محول Tesla مع لفائف مطبوعة ، مما يوفر تصريفات يصل طولها إلى 50 مم ويعمل من موصل من النوع 3 C في جهاز كمبيوتر محمول (من الواضح أنه عبر سلك طويل). من هناك ، لا يتغذى فقط ، ولكنه يتلقى أيضًا بيانات MIDI من ، على سبيل المثال ، LMMS أو Albeon.
يحتوي الجهاز على كل شيء مفتوح ، على حد سواء الأجهزة والبرامج ، وهي:
برنامج تشغيل USB MIDI Class: CC BY 4.0
STM32 CubeF0: Three Point BSD License
برامج أخرى ، أجهزة ، دوائر: GPLv3
كل شيء يكمن
هنا .
تكرار الأمر صعب. على سبيل المثال ، يجب عليك لحام QFN بخطوة صغيرة جدًا. يخطط المؤلف يوما ما لبدء بيع مجموعات مجمعة. ولكن إذا قمت بإجراء ثلاثة محولات في وقت واحد ، فستحصل على أوركسترا ممتازة:
تكوين الجهاز:اللوحة الرئيسية مع مكونات SMD مثبتة
مطبوعة الأعلى لفائفالشريط Kapton />
المطبوعة أسفل المجلسأربعة غسالات بلاستيكية 8 مم
أربعة مسامير النايلون 20 مم M3
أربعة صواميل متصلة بطول 40 مم ، من ناحية ، خيط داخلي M3 ، من جهة أخرى بنفس الشكل الخارجي
أربعة M3 المكسرات
ثلاثة 47nF احباط المكثفات
موصل XT60 زميله
مقبس للدائرة الكهربائية الصغيرة مع زنبركات الربيع (يجب تفكيكها ، انظر أدناه)
تردد الرنين للجهاز مرتفع نسبيا. من الصعب بناء جسر كامل على الترانزستورات MOS السليكون العادية في مثل هذا التردد ، ويرجع ذلك أساسا إلى الخسائر في شحن السعة بوابة والتبديل على الترانزستورات بالحجم المطلوب.
من الممكن تلقي تصريفات في الهواء في مثل هذه الترددات باستخدام الفئة E. ولكن بعد ذلك ستعمل الترانزستورات في الوضع الخطي مع فقد كبير للطاقة ، كما هو الحال
هنا .
دانييل ايندهوفن حل هذه المشكلة مع الترانزستورات ثنائية القطب التقليدية العاملة مع أتباع باعث. اتضح التحول السريع مع تأخير منخفضة. لكنهم سيتطلبون محركًا كبيرًا ، حيث تساوي سعة الإشارة عند الخرج مقدار الإشارة عند إخراج المرحلة النهائية. المكرر بعد كل تضخيم فقط في السلطة ، وليس في الجهد. أخذ دانيال شريحة محرك الأقراص لهذا على ترانزستورات MOS ، لكن لا يمكن أن يحتوي على أكثر من 32 فولت في الخرج ، والترانزستورات ثنائية القطب في المرحلة النهائية ليست فعالة للغاية.
تتطلب المفاتيح الموجودة على نيتريد الغاليوم وكربيد السيليكون برامج تشغيل بوابة خاصة ، على سبيل المثال ، مع مجموعة من الفولتية الإخراج من -6 إلى +10 V. هذا يحمي البوابات من رشقات نارية عند قطع الاتصال. يجب وضع السائق بالقرب من المفتاح قدر الإمكان.
أصدرت Texas Instruments جهازًا به مفتاحان مدمجان على نيتريد الغاليوم ، متضمنًا نصف جسر ، يحتوي على جميع برامج التشغيل الضرورية. منذ حوالي نصف عام ، كانوا يبيعون بسعر 9 دولارات لكل قطعة.
من هنامخطط الجهاز:
يكمن هنايمكن تقسيم الدائرة بأكملها إلى خمس كتل وظيفية:
متحكم STM32
Flyback دفعة المحول
ردود الفعل إشارة تلقي الدائرة
دائرة الخمول
جسر كامل على مفاتيح نيتريد الغاليوم
إصدارات اللوحة:
من بين جميع إصدارات اللوحات ، قرر المؤلف إظهار ثلاثة:
- 1.0 ، 22 تشرين الثاني (نوفمبر) 2018 - نظام طاقة بدون تحميل ومصمم بشكل غير صحيح
- 1.3 ، 22 كانون الأول (ديسمبر) 2018 - عند الخمول ، أول تصريف في الهواء ، فشلت مفاتيح نيتريد الغاليوم بعد 1 - 20 دقيقة
- 1.5 أبريل 12 ، 2019 (يوم رواد الفضاء فقط) - يعمل بشكل جيد وموثوق ، ولكن هناك شيء للتحسين. يقول README.me أنه في هذا الإصدار ، عندما يتفاعل التفريغ بإصبع أو مفك البراغي ، لا تزال المفاتيح تتعطل ، لكن إذا لم يتم ذلك ، فإنها تعمل إلى أجل غير مسمى. هذا فقط 15 واط - قوة لائقة ، ومن الأفضل عدم وضع إصبع في أي حال بسبب خطر الحروق الحرارية.
لتحقيق النتيجة ، كانت هناك حاجة إلى 6 إصدارات من الدوائر واللوحات. في الأساس ، حدث ذلك بسبب المتطلبات المحددة للدوائر على هذه المفاتيح. لن يلزم تطوير بعض الإصدارات إذا كان المؤلف قد استمع فورًا إلى التوصيات الواردة في ورقة البيانات. عادةً ما يفسر المصمم الحد الأقصى لقيم المعلمة المسموح بها على أنه "مستحسن" ، ولكن هذا ليس هو الحال مع مفاتيح نيتريد الغاليوم وكربيد السيليكون. إذا تطلب منك TI وضع المكونات "قريبة من بعضها البعض" في الصفحات 10 و 13 و 14 و 15 و 16 ، وأكثر من مرة - 8 مرات فقط - فهذا يعني "أقرب ما يمكن". "إغلاق" لا يعني "على مسافة قصيرة" ، ولكن "بالقرب من الوجه". يتم الحصول على أصغر الحث الهامشي من خلال وضع المكونات على جوانب مختلفة من اللوحة وتوصيل أكبر عدد ممكن من الثقوب من خلال المعدنة.
عدم اتباع هذه التوصيات ، دمر المؤلف عشر وحدات LMG5200 لأنه يعتقد أنه يعرف أفضل. والآن ننتقل إلى مخطط التحكم ، هناك أبسط:
هل لاحظت أي شيء غير عادي؟ كما لو أن DN و DP على واجهة USB مختصرة لبعضها البعض؟ إنه مجرد رمز من USBLC6-2SC6 ، ولكن في الواقع يتم استخدام USBLC6-4SC6 ، سيقوم المؤلف بتصحيح ذلك في الإصدار التالي من الدائرة.
كل شيء طبيعي هنا. STM32F072 المعتادة ، أنها رخيصة ، وتحتوي على نواة ARM M0 ، وتعمل بدون كوارتز ، مسجلة من USB. مقابل دولار واحد ، تحصل على متحكم مع USB وأجهزة ضبط الوقت ، والتي تتطلب الحد الأدنى من المكونات الخارجية. اختار المؤلف شريحة في حزمة QFN ، لأنه كان أسهل في لحام من QFP.
يوجد أيضًا محمل DFU ، مما يعني أن مبرمجًا غير ضروري لتحميل البرامج الثابتة. في المرة الأولى التي تضطر فيها إلى لحام أداة توصيل على الجزء الخلفي من اللوحة ، وسيظهر ذلك لملء البرامج الثابتة ، على سبيل المثال ، من خلال dfu-util. ثم يمكن إزالته ، وقبل كل وامض ، قم بنقل الجهاز إلى الوضع المناسب باستخدام الزر.
ومخطط آخر هو محول التعزيز ، مما يتيح لك تشغيل دوائر طاقة الجهاز من النوع- C:
... لكن تم رفض المؤلف في البداية في JLCPCB ، لأنهم لم يتمكنوا من ضمان عدم وجود دوائر قصيرة. وعد بأخذ الرسوم دون ضمان ، وبعد ذلك أخذوا الأمر:
قلق هناك عبثا. من بين 70 لوحة دوائر بها دوائر قصيرة ، تبين أن هناك لوحة واحدة فقط. التحقق من ذلك بسيط. دق اللفات الثانوية للعديد من الألواح وقارن المقاومة (حصل المؤلف على حوالي 180 أوم). إذا كانت لوحة واحدة أقل قليلاً ، فهناك دوائر قصيرة.
استعداد التجمع من ثلاث لوحات:
عند توصيل الألواح مع بعضها البعض بالأسلاك ، من المهم التأكد من أن الحصص سلسة ، دون نتوءات حادة. لا تدخر شريط Kapton ، لأنه أثناء عملية تصحيح الأخطاء ، حدث ما يلي أيضًا:
من هنايتم فصل الألواح المزودة باللفائف بواسطة غسالات بلاستيكية بسماكة 8 مم ومسامير نايلون. ويتم توصيل اللوحة السفلية لهم عن طريق توصيل المكسرات الموصلة بطول 40 مم.
فكرة تركيب القطب في المقبس الزنبركي من المقبس للدائرة الكهربائية الدقيقة مأخوذة
من هنا .