关于开源电磁炮，最近有些人希望我公开原理图和pcb文件，由于电磁炮本身具有的危险性，我并不希望它是没有任何技术门槛的。我希望开源的是一种方案供大家交流参考，而不是固定电路连接和代码。具体的方案在顶楼已经写的很详细了。在一个项目机械软件硬件是一个整体，如果完整开源必然会导致无脑仿制，我会放出高清图而不会放出工程文件，希望大家能理解。
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TK-5 IGBT半桥回收电磁炮
上一版关断式电磁炮取得较好的成果后，我便开始设计制作半桥回收电磁炮了。
第一版是在疫情期间宅家设计的，是基于上一版的，只换了发射电路。但是经过简单测试发现arduino的控制精度不够，加上一些pcb设计的问题，让我觉得这个设计不够成熟，疫情期间在家材料也缺乏，最后只是打了板测试一下便不了了之了。
返校后又要准备参加中国机器人大赛，在此期间学习了一些STM32的知识，11月在青岛参加了比赛获得了人形舞蹈机器人的冠军。之后有很长时间没再接触电炮。这学期专业有个科研训练，我还是想做新的电炮。但一直鸽到了5月底才着手开始重新设计。
设计目标
整体上较关断式肯定要有所进步的，所以定下了以下目标
1.效率，相较于上一版的关断式，效率应该更高。
2.体积，由于使用了更小的电容和更加集成化的电路，体积更小。
3.结构，上一版本只集成了主控，功率电路搭棚不美观，也不太可靠。这版决定将整体集成，让内部也有条理一些。
4功能，个人做比较关注速度问题，所以上一版测速需要一直怼着一个测速器，很不方便，这版决定将测速功能集成显示到oled上。并且能通过按键控制工作状态。
基本原理就是使用光电检测子弹到达每级线圈的时候，开通半桥，等待设定时间后关断，线圈中的电流经过二极管回收回电容，使线圈中电流快速下降，做到能量回收。
这里引用一部分三水合番的讲解
当两侧的开关管同时导通时，电感将被充电，电流上升，称其为“导通”阶段；当两侧的开关都处于关断状态时，若电感上仍有电流，则电感电流将通过AB的二极管流回电源，为电源充电，同时电感承受反向的电源电压，电流快速下降，称其为“关断”阶段，或“能量回收”阶段。
一开始并没有很大把握，于是便在面包板上进行代码测试，花了两天复习了一下stm32。又花了一天写好了整体的逻辑。因为是需要单片机控制开关时间，简单测试了一下，误差在2us以内。c8t6能胜任这个项目，便开始绘制原理图和pcb，一共花了15天完成了整机的制作。
半桥电路部分，很早之前在论坛看到一个4hv的图，上面有个用半桥驱动的IGBT电路原帖链接。他用的是ir2110s，适合用来半桥驱动igbt。
用multisim仿真了一下，发现高边的供电有问题，自举电容应该应用于pwm开关的场合，而电磁炮往往是开关一下。于是采用隔离电源代替电容。
实际测试时的电容放电波形
电容用的是350v420uf,体积20*40，比原来用的小一圈。igbt是AUIRGPS4067D1,最大电流能到480A，线圈参数在模拟的时候控制电路的电流始终在400以内。二极管采用RHRP3060。
原理图如下，上面是32最小系统，中间光电开关电路，下面是半桥开关电路，igbt两端并的吸收电容是直接焊在镀锡上，并没画在电路中。
![]JC{@_{SW3{(Z{Y(LT94CLD.png](https://img.kechuang.org:81/r/321643?c=resource)
整体的pcb设计也是在摸索中完成的，将弱电和强电分置于线圈两边，弱电部分了铺铜，强电做了开窗。pcb这样布局也是为了外形设计美观一些。这次连光电也集成在了电路上，为了减小体积大多采用0402的元件。
![X]6PLHA}9U{F6DO}T15VE[G.png](https://img.kechuang.org:81/r/321645?c=resource)
乐秀视频剪辑第2部_20210605180658484.mp4 点击下载
zvs及其控制电路分成了一个模块，一共引四个线，12v GND 高压和控制。模块放置在了枪体后端。电感CB1 47uh,电阻R1R2 420Ω,mos irfb3206,二极管 uf4007,变压器是买的12升600,整流桥K1 DB207s，限流电容C1 47nf 。zvs控制电路用的还是光耦隔离pc817加mos LR7843下拉控制。电压采集是大电阻分压采集的方法。
![F66H(WXJ}2OLSNG]E@12F(P.png](https://img.kechuang.org:81/r/321644?c=resource)
发射器和模拟数据
![U2B)YOK8]$9EQ]E9MX~$@F1.png](https://img.kechuang.org:81/r/321798?c=resource)
做好的主板线圈和zvs，这次用了3d打印光电支架，既方便了安装光电，也方便了线圈绕制。
代码部分，在网上找了个例子，在上面改了改。整体是比较简单的，用的都是简单的逻辑。测速部分，使用单个光电门检测子弹通过的时间。连续发射了几十次进行调试。由于子弹长度也有一定的误差，最终和商用的测速器相比精度在2%，勉强可用。
功能控制主要靠的就是一个按键，短按切换多档电压模式，长按直接回到模式1（不进行充电和供弹）
外壳设计采用多段拼接，之前一直用着胶粘感觉还是不太结实，这次打算试试加螺丝。由于整机长度太短（约31cm）所以只能将握把前置方便握持。整体看着还可以，但手头耗材不太够，实物配色稍微差了点感觉。
![WC{M_YUAX1N1QXSP}5HRY]2.png](https://img.kechuang.org:81/r/321642?c=resource)
弹夹如图
调试过程并不太顺利，在快完成的时候，高压线不小心搭到了32上，损毁的有点严重，只能重新焊了。不过调试和发射过程中并没有烧坏过igbt，毕竟电压比较低而且单极的储能也不高。
目前的时间参数还没有完全确定，还在调试。侧面预留了烧录接口方便更新程序。
测试时候的数据
第一级1250us 第二级720us第三级540us 第四级450us第五级410us电压为340v
前两级 第一级剩余82v 第二级129v 速度30.7动能4j效率9.2%
前三级 第一级剩余82v 第二级129v 第三级144v 速度39.2动能6.47j效率10.2%
前四级 第一级剩余86v 第二级131v 第三级128v 第四级155v 速度45.13动能8.59j效率10.4%
五级 第一级剩余81v 第二级128v 第三级140v 第四级158v 第五级168v 速度51.23动能11j效率10.8%
相比于设计还是有点差距，主要原因是实际线圈制作并不能完全达到数据标准，测试时候的没有安装固定，另外线路电阻半桥回收的能量和模拟出来的还是差了一些。
放一些测试时候的图
整体低压工作测试
VID_20210613_220333.mp4 点击下载
外壳完成后做了连射测试和瞄具测试
VID_20210614_202621.mp4 点击下载
280v时候连射速度一秒一发，出口速度40m/s以上
VID_20210614_162637(0).mp4 点击下载
精准度还可以，这个方案可以通过加尾翼来减少翻滚。
威力测试就不放了，子弹和速度都和上一版相似。
这次设计整体来说还算满意，不过也存在一些问题，最初模拟设计时候没有考虑弹夹对子弹的摩擦力，导致实际装机后速度与测试时有一些误差，现已通过缩小初始位置减轻了一些影响，但完成品的效率应该比测试时候低了一些，目前成品的350v电压工作时速度在51m/s左右。
整机加上枪口长度约33cm，长度比我电脑还要小。
虽然最终并没有达到设计时的效率，但整体在完成度上还是令我满意的，可靠度比之前有很大提高，外观设计也有进步。能完成这样一个作品还是很有成就感的。
最近有点忙，时间也比较紧，测试做的稍微有点少，写的有点仓促，如果有疏漏的后面再补充。
[修改于 3年5个月前 - 2021/07/01 09:02:16]
以前做过类似电路方案，使用的是这个组合：
光耦：HCPL-2630
半桥驱动：IRS2186
IGBT和楼主用的一样：AUIRGPS4067D1（这管子挺好的）
（需要注意IR2186S、IR21867S的引脚顺序，当时JLC的库好像搞错了。）
这个电路测过，没有大问题，但出现过驱动ic损坏情况，没仔细去查。
几个有别于楼主方案的地方：
1、自举
图中CA1即自举电容。
自举电容需要预充电，通常半桥电路工作在PWM状态，在关断区间是可以给自举电容充电的，楼主也提到了。
在磁阻炮的"半桥"电路中，可以单独导通低侧桥臂，同样能给自举电容充电。另外这个自举电容要容量大一些，钽电容挺合适。
2、负压关断（有些细节记不清了，此部分可能有误，之后校对）
图中一堆三极管起到 负压钳位/快速泄放栅极电荷 的效果，参考了这个文章：
实际上只有高侧具有负压关断功能，低侧是0V关断。
电路的具体工作流程是这样的：
开启低侧，自举电容充电——开启高侧，电流上升——关闭高侧，进行下续流——关闭低侧，能量回收
负压关断是为了让igbt快速渡越米勒平台，减小关断损耗。效果差一点的方法是使用三极管，关断时快速泄放栅极电荷。
在此应用中，高侧加负压容易实现，低侧不容易。所以让高侧在大电流下关断，低侧在续流一段时间后再进行关断。
希望有用。
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厉害。这年头能把这么多生产力放到研发电炮上，也是很不容易了
自举电容可以通过在发射前让下管先单独导通一下来充电，可能需要用容量稍大一点的电容，来保证较长时间里电压不掉太多。
从电压波形上看，似乎没有续流阶段？这是出于什么样的考虑呢？
另外，推荐把所有电容都并在一起，应该可以让效率再提高一点
引用
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厉害。这年头能把这么多生产力放到研发电炮上，也是很不容易了😂自举电容可以通过在发射前让下管先单独导...
这是我第一次采用半桥式的和新的mcu来做电炮。有点草率的是半桥这个方案我没有做过预实验，而是就直接做成品测试了。心里没有谱，所以只做到比较基础的回收。
起初设计时为了控制方便，ir2110s的高低边是由一个io口控制的，也就没有考虑过续流和先给自举电容充电的问题。另外对于这个续流有无的具体影响我也不是很清楚，希望大佬能给我讲解一下。
开始有想过使用一个大电容代替多级电容，但是这个回收后的电压和模拟值会相差多少未知，所以对于后面的线圈的参数也不好确定，最后选择的是我比较有把握的方案。
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以前做过类似电路方案，使用的是这个组合：
光耦：HCPL-2630
半桥驱动：IRS2186
IGBT和楼主用的一样：AUIRGPS4067D1（这管子挺好的）
（需要注意IR2186S、IR21867S的引脚顺序，当时JLC的库好像搞错了。）
这个电路测过，没有大问题，但出现过驱动ic损坏情况，没仔细去查。
几个有别于楼主方案的地方：
1、自举
图中CA1即自举电容。
自举电容需要预充电，通常半桥电路工作在PWM状态，在关断区间是可以给自举电容充电的，楼主也提到了。
在磁阻炮的"半桥"电路中，可以单独导通低侧桥臂，同样能给自举电容充电。另外这个自举电容要容量大一些，钽电容挺合适。
2、负压关断（有些细节记不清了，此部分可能有误，之后校对）
图中一堆三极管起到 负压钳位/快速泄放栅极电荷 的效果，参考了这个文章：
实际上只有高侧具有负压关断功能，低侧是0V关断。
电路的具体工作流程是这样的：
开启低侧，自举电容充电——开启高侧，电流上升——关闭高侧，进行下续流——关闭低侧，能量回收
负压关断是为了让igbt快速渡越米勒平台，减小关断损耗。效果差一点的方法是使用三极管，关断时快速泄放栅极电荷。
在此应用中，高侧加负压容易实现，低侧不容易。所以让高侧在大电流下关断，低侧在续流一段时间后再进行关断。
希望有用。
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全部电容并联在一起，如果用半桥简单的续流
可能会存在到后期，电压下降，续流速度降低，关断速度不够的问题
但是后级线圈又对电流迅速到0有要求
作为折衷的方案设计，也许可以考虑用高边开关在续流结束后
把所有电容器连接在一起，共享续流回收的能量，提高系统整体效率
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这是我第一次采用半桥式的和新的mcu来做电炮。有点草率的是半桥这个方案我没有做过预实验，而是就直接做...
有续流阶段的话，可以让加速度峰值变低，所以效率能略微高点，具体思路参考XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/81010
不过缺点是如果要达到同样的出速，需要减少线圈匝数，增大电流，对开关的负荷大一些。
把所有电容并在一起最大的好处是可以近乎消除电容内阻。你现在用的420uf电容内阻应该在0.1到0.2欧姆，还是相当可观的。都并在一起就变成1/5，几乎可以忽略了。另外并电容还可以提高关断速度，因为此时容量变大，能使导通和关断时的电容电压变得更加接近，关断的电流下降速度就能接近导通时的电流上升速度了。
不过缺点同样是会增大开关负荷，因为后级电压变低了，需要更大的电流才能得到同样的功率。
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全部电容并联在一起，如果用半桥简单的续流可能会存在到后期，电压下降，续流速度降低，关断速度不够的问题...
后期电压下降不会让关断速度变慢……参考上一条
“把所有电容器连接在一起，共享续流回收的能量”可太可怕了……不同电压的电容并联在一起的时候会损耗巨大的能量。比如两个同容量电容，一个0v一个有电压，并在一起的瞬间会损耗掉一半的能量。会字面意义的“炸”管的
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后期电压下降不会让关断速度变慢……参考上一条“把所有电容器连接在一起，共享续流回收的能量”可太可怕了...
从宏观考虑，确实容量增加末端电压不会那么低，能获得更快的续流。
并联的话，加个电感就行，类似BUCK，炸管有很多方式可以避免，
只是如果从上一条考虑，这种方式就显得没有必要了。
如果考虑比较极致一点的关断，可以参考SMPS里面的有源钳位，蓄能给一个小电容。
一次发射过程结束，再开关变换回收能量给总电容组
对提高系统效能有益，对提高发射效能无益
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储能电容的外壳是直接暴露在塑料壳体外侧， 人体会直接接触到？此处应谨慎，电解的外壳一般不会有绝缘的rating，安规要求这些壳体作为带电导体处理。套个热缩管靠谱点。
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大佬，能不能发一下制作需要的pcb文件之类的吗？我也想做一个。
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现在新出的有些半桥驱动IC已经支持100%占空比模式了，也就是内置了奇怪的方法给自举电容充电，不需要下臂MOS给电容充电了
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感谢大佬无私分享，萌新认真研究了你的原理图，大部分内容都看懂了，除了P8-P12的部分，原理图上显示是接口，但是视频里好像是原件，能解释下这部分的设计吗
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你好,我看了你的节省半桥数量的半桥级联，能够用n+1个管子控制n级的电路画出了这个原理图,请看一下有问题吗
还有这个ir2110s驱动电路
请问C20电容应选多大的,我看你的原理图中没有D22这颗二极管,所以它需要添加吗?
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大佬我也是使用IRS2186S 驱动，在使用时VCC电压12V。但是HIN和LIN也会输出一个12v电压，请问我是哪里做的不对，谢谢大佬
指导。
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大佬我也是使用IRS2186S 驱动，在使用时VCC电压12V。但是HIN和LIN也会输出一个12v...
我的原理图是使用自举电容，两侧桥臂有开关先后顺序，不能把两个输入接在一起。
楼主的方案是用隔离电源替代自举电容，所以两个输入能接在一起。
如果HIN/LIN出现12V，从框图来看不正常。可能是测试方法有误，或者驱动IC烧了。
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托卡马克
高压局 学者 机友 笔友
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