Après avoir visité l'exposition d'électronique en Allemagne l'année dernière, l'auteur a attiré l'attention sur deux expositions, dont la combinaison lui aurait donné un excellent résultat. Il s'agit du transformateur en spirale Tesla, construit par Daniel Eindhoven et présenté sur le stand du magazine Elektor, ainsi que de nouvelles clés en nitrure de gallium, positionnées par Texas Instruments comme destinées aux convertisseurs d'impulsions haute fréquence.
Et voici le résultat d'un travail qui dure depuis novembre de l'année dernière: un transformateur Tesla avec des bobines imprimées, donnant des décharges jusqu'à 50 mm de long et fonctionnant à partir d'un connecteur de type C de 3 ampères dans un ordinateur portable (il est clair que grâce à un long cordon). De là, il alimente non seulement, mais reçoit également des données MIDI, par exemple, LMMS ou Albeon.
L'appareil a tout ouvert, matériel et logiciel, à savoir:
Pilote de classe MIDI USB: CC BY 4.0
STM32 CubeF0: licence BSD à trois points
Autres logiciels, matériels, circuits: GPLv3
Tout se trouve
ici .
Le répéter est difficile. Par exemple, vous devez souder QFN avec une très petite étape. L'auteur prévoit un jour de commencer à vendre des ensembles assemblés. Mais si vous faites trois transformateurs à la fois, vous obtenez un excellent orchestre:
La composition de l'appareil:Carte principale avec composants SMD installés
Bobine supérieure impriméeRuban Kapton />
Panneau inférieur impriméQuatre rondelles en plastique de 8 mm
Quatre vis en nylon M3 de 20 mm
Quatre écrous de raccordement de 40 mm de long, d'une part, filetage intérieur M3, d'autre part le même extérieur
Quatre écrous M3
Trois condensateurs à feuille 47nF
Connecteur compagnon XT60
Prise pour microcircuit avec contacts à ressort (elle devra être démontée, voir ci-dessous)
La fréquence de résonance de l'appareil est relativement élevée. Il est difficile de construire un pont complet sur des transistors MOS en silicium ordinaires à une telle fréquence, principalement en raison de pertes lors de la charge de la capacité de grille et de la commutation de transistors de la taille requise.
Il est possible de recevoir des décharges dans l'air à de telles fréquences en utilisant la classe E. Mais alors les transistors fonctionneront en mode linéaire avec de grandes pertes de puissance, comme
ici .
Daniel Eindhoven a résolu ce problème avec des transistors bipolaires conventionnels fonctionnant avec des émetteurs suiveurs. Il s'est avéré une commutation rapide avec de faibles retards. Mais ils nécessiteront un énorme driver dont l'amplitude du signal en sortie est égale à l'amplitude du signal en sortie de l'étage terminal. Après tout, le répéteur n'amplifie qu'en puissance et non en tension. Daniel a pris une puce pilote pour cela sur les transistors MOS, mais elle ne peut pas avoir plus de 32 V. En sortie, les transistors bipolaires en phase terminale ne sont pas très efficaces.
Les clés sur le nitrure de gallium et le carbure de silicium nécessitent des pilotes de grille spéciaux, par exemple, avec une plage de tensions de sortie de -6 à +10 V. Cela protège les grilles des éclats lorsqu'elles sont déconnectées. Le conducteur doit être placé le plus près possible de la clé.
Texas Instruments a sorti un appareil avec deux clés intégrées sur le nitrure de gallium, y compris un demi-pont, contenant tous les pilotes nécessaires. Depuis environ six mois, ils se vendent à 9 $ pièce.
D'iciDiagramme de l'appareil:
Ment iciL'ensemble du circuit peut être divisé en cinq blocs fonctionnels:
Microcontrôleur STM32
Convertisseur Boost Flyback
Circuit de réception du signal de retour
Circuit de ralenti
Pont complet sur clés en nitrure de gallium
Versions de la carte:
De toutes les versions des planches, l'auteur a décidé d'en montrer trois:
- 1.0, 22 novembre 2018 - schéma d'alimentation à vide et mal conçu
- 1.3, 22 décembre 2018 - sans charge, les premières décharges dans l'air, les clés en nitrure de gallium ont échoué après 1 à 20 minutes
- 1.5, 12 avril 2019 (juste la Journée de la cosmonautique) - fonctionne bien et de manière fiable, mais il y a quelque chose à améliorer. README.me dit que dans cette version, lorsque la décharge interagit avec un doigt ou un tournevis, les touches échouent toujours, mais si cela n'est pas fait, elles fonctionnent indéfiniment. Cela ne représente que 15 watts - une puissance décente, et il vaut mieux ne pas mettre le doigt de toute façon à cause du danger de brûlures thermiques.
Pour obtenir le résultat, 6 versions de circuits et de cartes ont été nécessaires. Fondamentalement, cela s'est produit en raison des exigences spécifiques pour les circuits sur ces clés. Certaines versions ne devraient pas être développées si l'auteur écoutait immédiatement les recommandations de la fiche technique. En règle générale, le concepteur interprète les valeurs maximales autorisées des paramètres comme «recommandées», mais ce n'est pas le cas avec les clés en nitrure de gallium et en carbure de silicium. Si TI vous oblige à placer les composants «aussi près les uns des autres» aux pages 10, 13, 14, 15 et 16, et plus d'une fois - seulement 8 fois - cela signifie vraiment «aussi près que possible». «Fermer» signifie non pas «à courte distance», mais «près du visage». La plus petite inductance parasite est obtenue en plaçant les composants sur différents côtés de la carte et en connectant autant de trous avec métallisation que possible.
Ne suivant pas ces recommandations, l'auteur a ruiné dix modules LMG5200 parce qu'il pensait en savoir plus. Et maintenant nous passons au schéma de contrôle, là c'est plus simple:
Avez-vous remarqué quelque chose d'inhabituel? Comme si DN et DP sur l'interface USB étaient en court-circuit? C’est juste un symbole de USBLC6-2SC6, mais en fait USBLC6-4SC6 est utilisé, l’auteur corrigera cela dans la prochaine version du circuit.
Tout est normal ici. Le STM32F072 habituel, il est bon marché, contient le noyau ARM M0, et fonctionne sans quartz, cadencé par USB. Pour un dollar, vous obtenez un microcontrôleur avec USB et minuteries, nécessitant un minimum de composants externes. L'auteur a choisi une puce dans le package QFN, car elle était plus facile à souder que QFP.
Il existe également un chargeur DFU, ce qui signifie qu'un programmeur n'est pas nécessaire pour télécharger le firmware. La première fois que vous devez souder un cavalier à l'arrière de la carte, il se révélera remplir le firmware, par exemple, via dfu-util. Ensuite, il peut être retiré, et avant chaque clignotement, transférez l'appareil dans le mode approprié avec le bouton.
Et un autre schéma est un convertisseur boost, vous permettant d'alimenter les circuits d'alimentation de l'appareil à partir de Type-C:
... Mais l'auteur a d'abord été refusé au JLCPCB, car ils ne pouvaient garantir l'absence de courts-circuits. Il a promis de prendre des frais sans garantie, puis ils ont pris la commande:
Inquiet en vain. Sur les 70 circuits imprimés à court-circuit, un seul s'est avéré l'être. Le vérifier est simple. Sonnez les enroulements secondaires de plusieurs planches et comparez la résistance (l'auteur a obtenu environ 180 ohms). Si une carte en a un peu moins, il y a des courts-circuits.
Assemblage prêt de trois planches:
Lors de la connexion des cartes entre elles avec des fils, il est important de s'assurer que les rations sont lisses, sans saillies aiguës. N'épargnez pas la bande Kapton, car pendant le processus de débogage, les événements suivants se sont également produits:
D'iciLes planches avec les enroulements sont séparées par des rondelles en plastique de 8 mm d'épaisseur et des vis en nylon. Et la plaque inférieure leur est reliée par des écrous de connexion conducteurs d'une longueur de 40 mm.
L'idée d'installer l'électrode dans la douille à ressort de la douille pour le microcircuit est prise
d'ici .