Лазерный резак своими руками. Часть номер ноль(Начало). Силовая
https://geektimes.ru/post/275672/
копия
В свое время я очень сильно хотел заиметь ЧПУ лазер, не то чтобы он был очень нужен для работы или хобби, но тем не менее вещь полезная в подсобной мастерской, да и круто же!
В интернетах изобилуют статьи о том, как разломать старый дэвэдэ писюк, и достав диодик, вставить его в каретку например старого 5" флоппи дисковода. Это конечно классно, развивающие и просто. Но скучно и к тому же абсолютно бесполезно. Я решил собрать что-то такое, что можно было бы использовать для работы, ну или хотя бы это было весело. И уложившись максимум в 150 баксов.
И так, коль уж всем известные политические события привели к тому, что пользоваться алиэкспрессом стало не выгодно, то пришлось кинуть клич по знакомым служителям науки и просто странным личностям. И не зря, через некоторое время, в результате бартерной сделки, от одной странной личности мне досталось вот это:
image
ЛГН-703, CO2 лазер с примерно 60 ваттами выходной мощности, здоровая дура с водяным охлаждением и длиной почти два метра. На меня, как на человека, державшего в руках на тот момент максимум китайские зеленые лазерные указки, он произвел впечатление уже своими размерами.
К сожалению, какой либо внятной документации на него в сети не нашлось в принципе, так что пришлось импровизировать. Примерно сопоставляя по размерам с его китайскими собратьями, было вынесено предположение, что труба эта обладает выходной мощностью около 60 ватт, для работы ему требуется 25 кВ как минимум, для поджига — около 35. А исходя из среднего КПД углекислотных лазеров в 10 процентов, для выхода на расчетную мощность ему нужно кушать что-то около 25-30 мА.
И так, есть два пути изготовления блока питания:
1)Большой Железный Трансформатор. Из минусов — во первых хороший анодник не так просто найти — в советском союзе почему-то они были изделиями штучными и зачастую очень хренового качества, так что выгорали первыми. Как вариант, можно использовать трансформаторы для неоновой рекламы (есть экземпляры на 10-15 кВ и 60 мА), соединяя их вторичные обмотки последовательно (Осторожно! вторичная обмотка каждого НСТ имеет заземленную среднюю точку на корпусе!), но это колхоз «60 лет без председателя» как он есть — эти трансы ни разу не рассчитаны на такое варварское использование и вполне себе могут сгореть, закоротив первичные и вторичные обмотки в одно целое. Во вторых — для поджига все равно придется использовать двухполупериодный умножитель, а так как это сетевые 50 герц — конденсаторы будут большими (всякие там К75-25 и подобные на 40-50 Нф в плечо). В третьих — если вы захотите управлять мощностью луча, то вам все равно придется колхозить громоздкие тиристорные схемы. Из плюсов — это дешево и сердито. Старые НСТ вам отдадут едва-ли не даром (кстати да, хороший нст — тяжелый нст), на выпрямительных диодах тоже можно сэкономить (пойдет всякий шлак типа 2Ц202 и тому подобных).
2)СолидСтейт. Из минусов — он может влететь в копеечку, особенно если вы покупаете все детали в ЧипДипе и у вас нет даже дедушкиного осциллографа. Дыа, были кирпичи полумостовые — стали силановые. Ну еще после N комплектов убитых драйверов и mosfet\igbt транзисторов вы будете читать таки датшиты и прочую умную литературу (хотя это скорее плюс) Из явных плюсов — это компактно, мощно и интересно.
Пожалуй на втором пункте остановимся по подробнее.
И так, теперь стоит определиться с топологией нашего инвертора. Полный мост — слишком много паять, да и вероятность ошибки в два раза больше. Всякие двухтактные автогенераторы (пуш-пул там например) — слишком маленький КПД и большая вероятность накосячить (ну не сложилось у меня с ними, не сложилось), А вот полумост — это стильно, модно и молодежно! Раскачивать мы будем феты IRFP460, хоть у них и достаточно «тяжелый» затвор. А драйвить его мы будем конечно-же при помощи IR2153! Во-первых по тому, что не нужно много паять, а во-вторых это универсальный ответ на вопрос «а почему-же таки он у меня взорвался?!». Спустя некоторое время вкуривания мануалов и чтения тонн бессмысленного бреда на флайбек.орг.ру, родилась вот такая, децл переделанная схема одного местного господина «Seriyvolk».
Ворнинг! Алярм! Аттеншн! По цепям гуляют большие токи, присутствует высокое напряжение (десятки киловольт). Следи за собой, будь осторожен! Ответственности за невинно убиенных домашних животных, пробитые летающими конденсаторами головы и оторванные пальцы автор не несет
image
Рабочая частота — около 40 кГц. Конденсаторы в бутстрепе — пленка (хотя лучше тантал\керамика, но и так вроде работает), в RC цепочке — керамика.
D1,D2,D3 здесь — HER208. Питание Vcc IRки и повторителей в цепочке управления ключами организовано бутстрепом (почитать подробнее о том, что это такое и с чем его едят), C4 стоит подобрать в пределах от 500 до 1000 пФ.
image
скачать зеркальную разводку дорожек
Мой йунный падаван(ин), если ты не сильный, ловкий и умелый, то не собирай подобные схемы на макетках\деревяшках\картонках.
Трансформатор — сердечник от строчника(ну или может быть у вас завалялся феррит получше и массивнее), первичка — 28-30 витков литцендратом диаметром от 0.5 мм (на худой конец сойдет обычный многожильный провод), вторичка — по вкусу.
Хинт — не стоит испытывать везение и первым делом тыкать новый девайс напрямую в розетку, сначала стоит еще раз убедиться, что все собрано\спаяно верно и провести натурные испытания.
Для начала стоит запустить инвертор на пониженном напряжении, но так как питание Vcc IRки у нас рассчитано на 220 и при 40-50 вольтах она просто не заведется, то следует подать отдельно +12 вольт в точку между диодами D2 и D3. Что стоит проверить — ток холостого хода (снимаем вторичную обмотку с трансформатора, оставляем только первичку и например втыкаем лампочку последовательно с инвертором)
Нагрев мосфетов — на х.х. его не должно быть совсем.
Ну а потыкать осциллографом стоит разве что затворы ключей и клеммы первичной обмотки. Ведь мы все знаем, что осциллографом, включенным в сеть не стоит лезть в прибор без гальванической развязки?
.
image
На затворе нижнего ключа.
image
На первичной обмотке.
Чего должно быть на затворах — более-менее ровный меандр. Чего не должно быть — «иголок», равных примерно 1\3 полезного сигнала. В том случае, если наведенное напряжение откроет затвор нижнего плеча, когда открыто верхнее, произойдет сквозной пробой и конденсатор всей своей емкостью сольется в образовавшуюся козу, разорвет феты, скорее всего убив IRку и выжжет дорожки на плате. Как с этим бороться — стараться делать максимально короткие дорожки, обвязывать мосфеты пленочными конденсаторами, использовать сапрессоры и т.д. Вообще топология полумостовых\мостовых силовых инверторов — тема отдельной статьи и таких статей уже написано вагон и маленькая тележка. Если у вас возникли проблемы с отладкой, например для начала советую прочитать датшит на IRку.
В удвоитель по высоковольтной стороне стоит пихать либо большую вязанку 1n4007, либо высоковольтные D5000 (как оказалось, хоть они и не считаются «ультрафастами», но вполне себе работают на такой частоте). Их обязательно стоит шунтировать сопротивлениями на десятки мОм, можно еще увешать выравнивающими конденсаторами, но это уже для успокоения души
С охлаждением все вышло гораздо проще — в закромах родины была найдена здоровая колба аппарата Кипа, в ближайшем зоомагазине за 300 рублей были куплены силиконовые шланги для аквариума, а в магазине автозапчастей — насос омывателя от ТАЗика, вроде-бы нивы.
Первое, что сгорело, это самопальный умножитель (составные диоды всегда обвязывайте шунтирующими резисторами). Но, лазер вполне себе завелся от обычного телевизионного УН9-27, которых у меня оставалось еще штуки две-три.
image
Хоть он и потребляет от силы 1\4 от нужной мощности и разряд еле виден, он ЖЖЕТ! Не сфокусированным лучом воспламеняет ДСП и жжет фанеру (о бумаге я просто умолчу),
Смотрите в следующих сериях:
— допиливание блока питания с краткими пояснениями «как работает полумостовой инвертор» и «что я сделал не так в этот раз», изготовление и заливка блока удвоителя напряжения, сборка в аккуратный корпус и попытка организовать электронное управление мощностью (на IRке, дыа).
— изготовление двух координатной системы позиционирования луча из древнего сканера и какой-то матери. Попытки приделать к этому зеркала так, чтобы их можно было свести.
— Погромирование микроконтроллеров.
И много чего еще интересного и занятного, так что не переключайтесь.
P.S. Ах, да. К вопросу о технике безопасности. Так как излучение лазера лежит где-то в районе 10600нм, то для глаз он особой опасности не представляет (ну точнее не большую, чем для любых других открытых участков тела с тонкой кожей\слизистыми оболочками) — при попадении глаза под сфокусированный луч на полной мощности он скорее всего оставит небольшой ожог на задней стенке черепа
В интернетах изобилуют статьи о том, как разломать старый дэвэдэ писюк, и достав диодик, вставить его в каретку например старого 5" флоппи дисковода. Это конечно классно, развивающие и просто. Но скучно и к тому же абсолютно бесполезно. Я решил собрать что-то такое, что можно было бы использовать для работы, ну или хотя бы это было весело. И уложившись максимум в 150 баксов.
И так, коль уж всем известные политические события привели к тому, что пользоваться алиэкспрессом стало не выгодно, то пришлось кинуть клич по знакомым служителям науки и просто странным личностям. И не зря, через некоторое время, в результате бартерной сделки, от одной странной личности мне досталось вот это:
image
ЛГН-703, CO2 лазер с примерно 60 ваттами выходной мощности, здоровая дура с водяным охлаждением и длиной почти два метра. На меня, как на человека, державшего в руках на тот момент максимум китайские зеленые лазерные указки, он произвел впечатление уже своими размерами.
К сожалению, какой либо внятной документации на него в сети не нашлось в принципе, так что пришлось импровизировать. Примерно сопоставляя по размерам с его китайскими собратьями, было вынесено предположение, что труба эта обладает выходной мощностью около 60 ватт, для работы ему требуется 25 кВ как минимум, для поджига — около 35. А исходя из среднего КПД углекислотных лазеров в 10 процентов, для выхода на расчетную мощность ему нужно кушать что-то около 25-30 мА.
И так, есть два пути изготовления блока питания:
1)Большой Железный Трансформатор. Из минусов — во первых хороший анодник не так просто найти — в советском союзе почему-то они были изделиями штучными и зачастую очень хренового качества, так что выгорали первыми. Как вариант, можно использовать трансформаторы для неоновой рекламы (есть экземпляры на 10-15 кВ и 60 мА), соединяя их вторичные обмотки последовательно (Осторожно! вторичная обмотка каждого НСТ имеет заземленную среднюю точку на корпусе!), но это колхоз «60 лет без председателя» как он есть — эти трансы ни разу не рассчитаны на такое варварское использование и вполне себе могут сгореть, закоротив первичные и вторичные обмотки в одно целое. Во вторых — для поджига все равно придется использовать двухполупериодный умножитель, а так как это сетевые 50 герц — конденсаторы будут большими (всякие там К75-25 и подобные на 40-50 Нф в плечо). В третьих — если вы захотите управлять мощностью луча, то вам все равно придется колхозить громоздкие тиристорные схемы. Из плюсов — это дешево и сердито. Старые НСТ вам отдадут едва-ли не даром (кстати да, хороший нст — тяжелый нст), на выпрямительных диодах тоже можно сэкономить (пойдет всякий шлак типа 2Ц202 и тому подобных).
2)СолидСтейт. Из минусов — он может влететь в копеечку, особенно если вы покупаете все детали в ЧипДипе и у вас нет даже дедушкиного осциллографа. Дыа, были кирпичи полумостовые — стали силановые. Ну еще после N комплектов убитых драйверов и mosfet\igbt транзисторов вы будете читать таки датшиты и прочую умную литературу (хотя это скорее плюс) Из явных плюсов — это компактно, мощно и интересно.
Пожалуй на втором пункте остановимся по подробнее.
И так, теперь стоит определиться с топологией нашего инвертора. Полный мост — слишком много паять, да и вероятность ошибки в два раза больше. Всякие двухтактные автогенераторы (пуш-пул там например) — слишком маленький КПД и большая вероятность накосячить (ну не сложилось у меня с ними, не сложилось), А вот полумост — это стильно, модно и молодежно! Раскачивать мы будем феты IRFP460, хоть у них и достаточно «тяжелый» затвор. А драйвить его мы будем конечно-же при помощи IR2153! Во-первых по тому, что не нужно много паять, а во-вторых это универсальный ответ на вопрос «а почему-же таки он у меня взорвался?!». Спустя некоторое время вкуривания мануалов и чтения тонн бессмысленного бреда на флайбек.орг.ру, родилась вот такая, децл переделанная схема одного местного господина «Seriyvolk».
Ворнинг! Алярм! Аттеншн! По цепям гуляют большие токи, присутствует высокое напряжение (десятки киловольт). Следи за собой, будь осторожен! Ответственности за невинно убиенных домашних животных, пробитые летающими конденсаторами головы и оторванные пальцы автор не несет
image
Рабочая частота — около 40 кГц. Конденсаторы в бутстрепе — пленка (хотя лучше тантал\керамика, но и так вроде работает), в RC цепочке — керамика.
D1,D2,D3 здесь — HER208. Питание Vcc IRки и повторителей в цепочке управления ключами организовано бутстрепом (почитать подробнее о том, что это такое и с чем его едят), C4 стоит подобрать в пределах от 500 до 1000 пФ.
image
скачать зеркальную разводку дорожек
Мой йунный падаван(ин), если ты не сильный, ловкий и умелый, то не собирай подобные схемы на макетках\деревяшках\картонках.
Трансформатор — сердечник от строчника(ну или может быть у вас завалялся феррит получше и массивнее), первичка — 28-30 витков литцендратом диаметром от 0.5 мм (на худой конец сойдет обычный многожильный провод), вторичка — по вкусу.
Хинт — не стоит испытывать везение и первым делом тыкать новый девайс напрямую в розетку, сначала стоит еще раз убедиться, что все собрано\спаяно верно и провести натурные испытания.
Для начала стоит запустить инвертор на пониженном напряжении, но так как питание Vcc IRки у нас рассчитано на 220 и при 40-50 вольтах она просто не заведется, то следует подать отдельно +12 вольт в точку между диодами D2 и D3. Что стоит проверить — ток холостого хода (снимаем вторичную обмотку с трансформатора, оставляем только первичку и например втыкаем лампочку последовательно с инвертором)
Нагрев мосфетов — на х.х. его не должно быть совсем.
Ну а потыкать осциллографом стоит разве что затворы ключей и клеммы первичной обмотки. Ведь мы все знаем, что осциллографом, включенным в сеть не стоит лезть в прибор без гальванической развязки?
.image
На затворе нижнего ключа.
image
На первичной обмотке.
Чего должно быть на затворах — более-менее ровный меандр. Чего не должно быть — «иголок», равных примерно 1\3 полезного сигнала. В том случае, если наведенное напряжение откроет затвор нижнего плеча, когда открыто верхнее, произойдет сквозной пробой и конденсатор всей своей емкостью сольется в образовавшуюся козу, разорвет феты, скорее всего убив IRку и выжжет дорожки на плате. Как с этим бороться — стараться делать максимально короткие дорожки, обвязывать мосфеты пленочными конденсаторами, использовать сапрессоры и т.д. Вообще топология полумостовых\мостовых силовых инверторов — тема отдельной статьи и таких статей уже написано вагон и маленькая тележка. Если у вас возникли проблемы с отладкой, например для начала советую прочитать датшит на IRку.
В удвоитель по высоковольтной стороне стоит пихать либо большую вязанку 1n4007, либо высоковольтные D5000 (как оказалось, хоть они и не считаются «ультрафастами», но вполне себе работают на такой частоте). Их обязательно стоит шунтировать сопротивлениями на десятки мОм, можно еще увешать выравнивающими конденсаторами, но это уже для успокоения души
С охлаждением все вышло гораздо проще — в закромах родины была найдена здоровая колба аппарата Кипа, в ближайшем зоомагазине за 300 рублей были куплены силиконовые шланги для аквариума, а в магазине автозапчастей — насос омывателя от ТАЗика, вроде-бы нивы.
Первое, что сгорело, это самопальный умножитель (составные диоды всегда обвязывайте шунтирующими резисторами). Но, лазер вполне себе завелся от обычного телевизионного УН9-27, которых у меня оставалось еще штуки две-три.
image
Хоть он и потребляет от силы 1\4 от нужной мощности и разряд еле виден, он ЖЖЕТ! Не сфокусированным лучом воспламеняет ДСП и жжет фанеру (о бумаге я просто умолчу),
Смотрите в следующих сериях:
— допиливание блока питания с краткими пояснениями «как работает полумостовой инвертор» и «что я сделал не так в этот раз», изготовление и заливка блока удвоителя напряжения, сборка в аккуратный корпус и попытка организовать электронное управление мощностью (на IRке, дыа).
— изготовление двух координатной системы позиционирования луча из древнего сканера и какой-то матери. Попытки приделать к этому зеркала так, чтобы их можно было свести.
— Погромирование микроконтроллеров.
И много чего еще интересного и занятного, так что не переключайтесь.
P.S. Ах, да. К вопросу о технике безопасности. Так как излучение лазера лежит где-то в районе 10600нм, то для глаз он особой опасности не представляет (ну точнее не большую, чем для любых других открытых участков тела с тонкой кожей\слизистыми оболочками) — при попадении глаза под сфокусированный луч на полной мощности он скорее всего оставит небольшой ожог на задней стенке черепа
| Додаткові файли: |
|
3d449443ab22e0f6e8aa8fc5dd54ec48.jpg [ 39.73 КБ | Переглядів: 5663 ] |
