Setelah mengunjungi pameran elektronik di Jerman tahun lalu, penulis menarik perhatian pada dua pameran, kombinasi yang akan memberinya hasil yang sangat baik. Ini adalah transformator spiral Tesla, yang dibuat oleh Daniel Eindhoven dan dipresentasikan di stand majalah Elektor, serta kunci gallium nitride baru, yang diposisikan oleh Texas Instruments yang ditujukan untuk konverter pulsa frekuensi tinggi.
Dan di sini adalah hasil kerja yang berlangsung dari November tahun lalu: transformator Tesla dengan gulungan dicetak, memberikan debit hingga 50 mm panjang dan bekerja dari konektor 3-amp Type-C di laptop (jelas bahwa melalui kabel panjang). Dari sana, ia tidak hanya memberi makan, tetapi juga menerima data MIDI dari, misalnya, LMMS atau Albeon.
Perangkat memiliki segalanya terbuka, baik perangkat keras maupun perangkat lunak, yaitu:
Driver Kelas MIDI USB: CC BY 4.0
STM32 CubeF0: Lisensi Tiga Titik BSD
Perangkat lunak, perangkat keras, sirkuit lainnya: GPLv3
Semuanya ada di
sini .
Mengulanginya sulit. Misalnya, Anda harus menyolder QFN dengan langkah yang sangat kecil. Penulis berencana suatu hari nanti untuk mulai menjual set rakitan. Tetapi jika Anda membuat tiga transformer sekaligus, Anda mendapatkan orkestra yang hebat:
Komposisi perangkat:Papan utama dengan komponen SMD yang dipasang
Dicetak Top CoilPita kapton
Papan Bawah DicetakEmpat mesin cuci plastik 8 mm
Empat Sekrup Nilon M3 20mm
Empat mur penghubung panjang 40 mm, di satu sisi, M3 internal thread, di sisi lain sama eksternal
Empat Kacang M3
Tiga kapasitor 47nF foil
Konektor pasangan XT60
Soket untuk sirkuit mikro dengan kontak pegas (harus dibongkar, lihat di bawah)
Frekuensi resonansi perangkat relatif tinggi. Sulit untuk membangun jembatan penuh pada transistor MOS silikon biasa pada frekuensi seperti itu, terutama karena kerugian pada pengisian kapasitansi gerbang dan beralih pada transistor dari ukuran yang diperlukan.
Dimungkinkan untuk menerima pelepasan di udara pada frekuensi seperti itu menggunakan kelas E. Tetapi kemudian transistor akan bekerja dalam mode linier dengan kehilangan daya yang besar, seperti di
sini .
Daniel Eindhoven memecahkan masalah ini dengan transistor bipolar konvensional yang beroperasi dengan pengikut emitor. Ternyata pergantian cepat dengan penundaan rendah. Tetapi mereka akan membutuhkan driver besar, amplitudo sinyal pada output yang sama dengan amplitudo sinyal pada output tahap terminal. Repeater setelah semua hanya menguatkan daya, dan tidak dalam tegangan. Daniel mengambil chip driver untuk ini pada transistor MOS, tetapi tidak dapat memiliki lebih dari 32 V pada output.Dan transistor bipolar pada tahap terminal tidak sangat efisien.
Kunci pada gallium nitride dan silikon karbida memerlukan driver gerbang khusus, misalnya, dengan kisaran tegangan output dari -6 hingga +10 V. Ini melindungi gerbang dari semburan ketika terputus. Pengemudi harus ditempatkan sedekat mungkin dengan kunci.
Texas Instruments merilis perangkat dengan dua tombol bawaan pada gallium nitride, termasuk setengah jembatan, yang berisi semua driver yang diperlukan. Selama sekitar setengah tahun mereka telah menjual dengan harga masing-masing $ 9.
Dari siniDiagram Perangkat:
Terletak di siniSeluruh rangkaian dapat dibagi menjadi lima blok fungsional:
Mikrokontroler STM32
Konverter penambah flyback
Sirkuit penerima sinyal umpan balik
Sirkuit pemalasan
Jembatan penuh pada tombol gallium nitride
Versi Dewan:
Dari semua versi papan, penulis memutuskan untuk menunjukkan tiga:
- 1.0, 22 November 2018 - skema daya tanpa beban, yang dirancang dengan tidak tepat
- 1.3, 22 Desember 2018 - tanpa beban, pembuangan pertama di udara, kunci gallium nitride gagal setelah 1 - 20 menit
- 1,5 April, 12, 2019 (hanya Hari Kosmonotika) - berfungsi dengan baik dan andal, tetapi ada sesuatu untuk diperbaiki. README.me mengatakan bahwa dalam versi ini, ketika debit berinteraksi dengan jari atau obeng, kunci masih gagal, tetapi jika ini tidak dilakukan, mereka bekerja tanpa batas. Itu hanya 15 watt - daya yang layak, dan lebih baik tidak menaruh jari dalam hal apa pun karena bahaya luka bakar termal.
Untuk mencapai hasil, diperlukan 6 versi sirkuit dan papan. Pada dasarnya, itu terjadi karena persyaratan khusus untuk sirkuit pada kunci tersebut. Beberapa versi tidak perlu dikembangkan jika penulis segera mendengarkan rekomendasi dalam lembar data. Biasanya, perancang menafsirkan nilai parameter maksimum yang diizinkan sebagai "disarankan", tetapi ini tidak berlaku untuk gallium nitride dan kunci silikon karbida. Jika TI mengharuskan Anda untuk menempatkan komponen "sedekat mungkin" pada halaman 10, 13, 14, 15 dan 16, dan lebih dari sekali - hanya 8 kali - itu benar-benar berarti "sedekat mungkin". "Tutup" berarti bukan "pada jarak pendek", tetapi "dekat dengan wajah". Induktansi palsu terkecil diperoleh dengan menempatkan komponen pada sisi papan yang berbeda dan menghubungkan lubang sebanyak mungkin melalui metalisasi.
Tidak mengikuti rekomendasi ini, penulis merusak sepuluh modul LMG5200 karena dia pikir dia lebih tahu. Dan sekarang kita beralih ke skema kontrol, itu lebih sederhana:
Pernahkah Anda memperhatikan sesuatu yang tidak biasa? Seolah-olah DN dan DP pada antarmuka USB disingkat satu sama lain? Ini hanya simbol dari USBLC6-2SC6, tetapi pada kenyataannya USBLC6-4SC6 digunakan, penulis akan memperbaikinya di versi sirkuit berikutnya.
Semuanya normal di sini. STM32F072 biasa, murah, mengandung inti ARM M0, dan bekerja tanpa kuarsa, clocked dari USB. Untuk satu dolar, Anda mendapatkan mikrokontroler dengan USB dan timer, membutuhkan minimum komponen eksternal. Penulis memilih chip dalam paket QFN, karena lebih mudah disolder daripada QFP.
Ada juga loader DFU, yang berarti programmer tidak perlu mengunggah firmware. Pertama kali Anda harus memasang jumper di bagian belakang papan, dan itu akan berubah untuk mengisi firmware, misalnya, melalui dfu-util. Kemudian dapat dihapus, dan sebelum setiap berkedip, pindahkan perangkat ke mode yang sesuai dengan tombol.
Dan skema lain adalah konverter boost, yang memungkinkan Anda memberi daya pada rangkaian daya perangkat dari Tipe-C:
... Tetapi penulis pada awalnya ditolak di JLCPCB, karena mereka tidak dapat menjamin tidak ada hubungan pendek. Dia berjanji untuk mengambil biaya tanpa jaminan, dan kemudian mereka menerima pesanan:
Khawatir di sana sia-sia. Dari 70 papan sirkuit dengan arus pendek, hanya satu yang berubah. Lihat itu sederhana. Membunyikan gulungan sekunder dari beberapa papan dan membandingkan perlawanan (penulis mendapat sekitar 180 ohm). Jika satu papan memiliki sedikit lebih sedikit, maka ada arus pendek.
Perakitan siap tiga papan:
Ketika menghubungkan papan satu sama lain dengan kabel, penting untuk memastikan bahwa jatah halus, tanpa tonjolan tajam. Jangan menyayangkan rekaman Kapton, karena selama proses debugging, hal berikut juga terjadi:
Dari siniPapan dengan belitan dipisahkan oleh mesin cuci plastik setebal 8 mm dan sekrup nilon. Dan papan bawah terhubung ke mereka dengan menghubungkan kacang konduktif dengan panjang 40 mm.
Gagasan memasang elektroda di soket pegas dari soket untuk sirkuit mikro diambil
dari sini .