Tendo visitado a exposição de eletrônicos na Alemanha no ano passado, o autor chamou a atenção para duas exposições, cuja combinação lhe daria um excelente resultado. Este é o transformador espiral Tesla, construído por Daniel Eindhoven e apresentado no estande da revista Elektor, bem como novas chaves de nitreto de gálio, posicionadas pela Texas Instruments como destinadas a conversores de pulso de alta frequência.
E aqui está o resultado do trabalho que dura em novembro do ano passado: um transformador Tesla com bobinas impressas, que descarrega até 50 mm de comprimento e trabalha com um conector Tipo C de 3 A em um laptop (é claro que através de um cabo longo). A partir daí, ele não apenas alimenta, mas também recebe dados MIDI de, por exemplo, LMMS ou Albeon.
O dispositivo tem tudo aberto, tanto hardware quanto software, a saber:
Driver de classe MIDI USB: CC BY 4.0
STM32 CubeF0: Licença BSD de três pontos
Outro software, hardware, circuitos: GPLv3
Tudo está
aqui .
Repetir é difícil. Por exemplo, você precisa soldar o QFN com uma etapa muito pequena. O autor planeja um dia começar a vender conjuntos montados. Mas se você fizer três transformadores ao mesmo tempo, terá uma excelente orquestra:
A composição do dispositivo:Placa principal com componentes SMD instalados
Bobina superior impressaFita Kapton />
Placa inferior impressaQuatro arruelas de plástico de 8 mm
Quatro parafusos de nylon M3 de 20 mm
Quatro porcas de conexão com 40 mm de comprimento, por um lado, rosca interna M3, por outro, o mesmo externo
Quatro porcas M3
Três capacitores de folha de 47nF
Conector XT60 mate
Soquete para microcircuito com contatos de mola (terá que ser desmontado, veja abaixo)
A frequência ressonante do dispositivo é relativamente alta. É difícil construir uma ponte completa em transistores MOS de silício comuns a essa frequência, principalmente devido a perdas no carregamento da capacitância da porta e na ativação de transistores do tamanho necessário.
É possível receber descargas no ar nessas frequências usando a classe E. Mas os transistores funcionarão no modo linear com grandes perdas de potência, como
aqui .
Daniel Eindhoven resolveu esse problema com transistores bipolares convencionais operando com seguidores de emissor. Acabou a troca rápida com atrasos baixos. Mas eles exigirão um driver enorme, cuja amplitude do sinal na saída é igual à amplitude do sinal na saída do estágio terminal. Afinal, o repetidor amplifica apenas em potência, e não em voltagem. Daniel levou um chip de driver para isso nos transistores MOS, mas ele não pode ter mais do que 32 V. Na saída, os transistores bipolares no estágio terminal não são muito eficientes.
As teclas de nitreto de gálio e carboneto de silício requerem acionadores especiais, por exemplo, com uma faixa de tensão de saída de -6 a +10 V. Isso protege os portões contra explosões quando desconectados. O motorista deve ser colocado o mais próximo possível da chave.
A Texas Instruments lançou um dispositivo com duas chaves embutidas em nitreto de gálio, incluindo meia ponte, contendo todos os drivers necessários. Por cerca de meio ano, eles vendem a US $ 9 cada.
DaquiDiagrama do dispositivo:
Encontra-se aquiTodo o circuito pode ser dividido em cinco blocos funcionais:
Microcontrolador STM32
Conversor de aumento de flyback
Circuito de recepção do sinal de feedback
Circuito de marcha lenta
Ponte completa sobre chaves de nitreto de gálio
Versões da placa:
De todas as versões do quadro, o autor decidiu mostrar três:
- 1.0, 22 de novembro de 2018 - esquema de energia projetado sem carga e sem carga
- 1.3, 22 de dezembro de 2018 - sem carga, as primeiras descargas no ar, as chaves de nitreto de gálio falharam após 1 a 20 minutos
- 1,5, 12 de abril de 2019 (apenas o dia da cosmonáutica) - funciona bem e de forma confiável, mas há algo a melhorar. No README.me, é dito que nesta versão, quando a descarga interage com um dedo ou uma chave de fenda, as chaves ainda falham, mas se isso não for feito, elas funcionam indefinidamente. São apenas 15 watts - potência decente, e é melhor não colocar o dedo em nenhum caso, devido ao perigo de queimaduras térmicas.
Para alcançar o resultado, foram necessárias 6 versões de circuitos e placas. Basicamente, isso aconteceu devido aos requisitos específicos para circuitos nessas chaves. Algumas versões não precisariam ser desenvolvidas se o autor ouvisse imediatamente as recomendações na folha de dados. Normalmente, o projetista interpreta os valores máximos permitidos dos parâmetros como "recomendado", mas esse não é o caso das chaves de nitreto de gálio e carboneto de silício. Se a TI exigir que você coloque os componentes "o mais próximo possível" das páginas 10, 13, 14, 15 e 16, e não apenas uma vez - apenas 8 vezes - isso realmente significa "o mais próximo possível". "Fechar" significa não "a uma curta distância", mas "próximo ao rosto". A menor indutância espúria é obtida colocando os componentes em diferentes lados da placa e conectando o maior número possível de furos com metalização passante.
Não seguindo estas recomendações, o autor arruinou dez módulos LMG5200 porque achou que sabia melhor. E agora nos voltamos para o esquema de controle, aí é mais simples:
Você notou algo incomum? Como se DN e DP na interface USB estivessem em curto entre si? É apenas um símbolo do USBLC6-2SC6, mas, de fato, o USBLC6-4SC6 é usado, o autor o corrigirá na próxima versão do circuito.
Tudo é normal aqui. O STM32F072 usual, é barato, contém o núcleo ARM M0 e funciona sem quartzo, com clock de USB. Por um dólar, você obtém um microcontrolador com USB e temporizadores, exigindo um mínimo de componentes externos. O autor escolheu um chip no pacote QFN, porque era mais fácil de soldar do que o QFP.
Há também um carregador DFU, o que significa que não é necessário um programador para carregar o firmware. Na primeira vez em que você precisar soldar um jumper na parte de trás da placa, ele acabará preenchendo o firmware, por exemplo, através do dfu-util. Em seguida, ele pode ser removido e, antes de cada piscar, transfira o dispositivo para o modo apropriado com o botão
E outro esquema é um conversor de impulso, que permite alimentar os circuitos de energia do dispositivo a partir do Tipo C:
... Mas o autor foi inicialmente recusado no JLCPCB, porque eles não podiam garantir a ausência de curtos-circuitos. Ele prometeu cobrar taxas sem garantia e eles aceitaram o pedido:
Preocupado lá em vão. Das 70 placas de circuito com curto-circuito, apenas uma acabou por ser. Confira é simples. Toque os enrolamentos secundários de várias pranchas e compare a resistência (o autor recebeu cerca de 180 ohms). Se uma placa tiver um pouco menos, haverá curto-circuito.
Montagem pronta de três placas:
Ao conectar as placas umas às outras com fios, é importante garantir que as rações sejam suaves, sem saliências acentuadas. Não poupe a fita Kapton, porque durante o processo de depuração, o seguinte também ocorreu:
DaquiAs placas com os enrolamentos são separadas por arruelas de plástico com 8 mm de espessura e parafusos de nylon. E a placa inferior é conectada a eles por porcas de conexão condutoras com um comprimento de 40 mm.
A idéia de instalar o eletrodo no soquete de mola do soquete para o microcircuito é tomada
aqui .