Cuộn dây PCB trong KiCad: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Các dự án Fusion 360 »

Một vài tuần trước, tôi đã tạo ra một Màn hình 7 phân đoạn Cơ học sử dụng nam châm điện để đẩy các phân đoạn. Dự án đã được đón nhận nồng nhiệt, thậm chí nó còn được xuất bản trên Tạp chí Hackspace! Tôi đã nhận được rất nhiều ý kiến và đề xuất nên tôi phải thực hiện một phiên bản cải tiến của nó. Vì vậy, xin cảm ơn tất cả mọi người!

Ban đầu tôi đã định tạo ít nhất 3 hoặc 4 chữ số như vậy để hiển thị một số loại thông tin hữu ích trên đó. Điều duy nhất ngăn tôi làm điều đó là những nam châm điện ngốn điện. Nhờ chúng mà mỗi chữ số vẽ được khoảng 9A! Đó là rất nhiều! Mặc dù cung cấp nhiều dòng điện như vậy không phải là vấn đề nhưng tôi biết nó có thể tốt hơn rất nhiều. Nhưng sau đó tôi bắt gặp dự án FlexAR của Carl. Về cơ bản nó là một nam châm điện trên một PCB linh hoạt. Anh ấy đã thực hiện một số dự án tuyệt vời bằng cách sử dụng nó. Hãy kiểm tra công việc của mình! Dù sao, nó khiến tôi suy nghĩ nếu tôi có thể sử dụng các cuộn dây PCB giống nhau để đẩy / kéo các phân đoạn. Điều này có nghĩa là tôi có thể làm cho màn hình nhỏ hơn và ít ngốn điện hơn. Vì vậy, trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ thử tạo một vài biến thể của cuộn dây và sau đó kiểm tra chúng để xem cái nào hoạt động tốt nhất.

Bắt đầu nào!

Bước 1: Kế hoạch

Kế hoạch là thiết kế một PCB thử nghiệm với một vài biến thể của cuộn dây. Nó sẽ là một phương pháp thử và sai.

Để bắt đầu, tôi đang sử dụng thiết bị truyền động linh hoạt của Carl làm tham chiếu là PCB 2 lớp với 35 lượt trên mỗi lớp.

Tôi quyết định thử các cách kết hợp sau:

• 35 lượt - 2 lớp
• 35 lượt - 4 lớp
• 40 lượt - 4 lớp
• 30 lượt - 4 lớp
• 30 lượt - 4 lớp (có lỗ cho lõi)
• 25 lượt - 4 lớp

Bây giờ đến phần khó khăn. Nếu bạn đã sử dụng KiCad, bạn có thể biết rằng KiCad không cho phép dấu vết đồng cong, chỉ có dấu vết thẳng! Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta nối các đoạn thẳng nhỏ theo cách mà nó tạo ra một đường cong? Tuyệt vời. Bây giờ tiếp tục làm điều này trong vài ngày cho đến khi bạn có một cuộn dây hoàn chỉnh !!!

Nhưng chờ đợi, nếu bạn nhìn vào tệp PCB, mà KiCad tạo, trong trình soạn thảo văn bản, bạn có thể thấy rằng mỗi và mọi vị trí của phân đoạn được lưu trữ dưới dạng tọa độ x và y cùng với một số thông tin khác. Bất kỳ thay đổi nào ở đây cũng sẽ được phản ánh trong thiết kế. Bây giờ, điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể nhập tất cả các vị trí cần thiết để tạo thành một cuộn dây hoàn chỉnh? Nhờ Joan Spark, anh ấy đã viết một tập lệnh Python mà sau khi nhập một vài tham số sẽ rút ra tất cả các tọa độ cần thiết để tạo thành một cuộn dây.

Carl, trong một video của anh ấy, đã sử dụng Circuit Maker của Altium để tạo cuộn dây PCB của anh ấy, nhưng tôi không cảm thấy thích học phần mềm mới. Có lẽ sau này.

Bước 2: Tạo cuộn dây trong KiCad

Đầu tiên, tôi đặt một đầu nối vào sơ đồ và nối dây nó như hình trên. Dây này sẽ trở thành một cuộn dây trong bố trí PCB.

Tiếp theo, bạn cần nhớ số net. Cái đầu tiên sẽ là net 0, cái tiếp theo sẽ là net 1, v.v.

Tiếp theo, mở tập lệnh python bằng bất kỳ IDE phù hợp nào.

Chọn chiều rộng vết bạn sẽ sử dụng. Sau đó, hãy thử thử nghiệm với các bên, bán kính bắt đầu và theo dõi khoảng cách. Khoảng cách đường chạy phải gấp đôi chiều rộng đường ray. Số lượng 'bên' càng lớn, cuộn dây sẽ càng mượt. Sides = 40 hoạt động tốt nhất cho hầu hết các cuộn dây. Các thông số này sẽ được giữ nguyên cho tất cả các cuộn dây.

Bạn cần thiết lập một vài thông số như tâm, số vòng quay, lớp đồng, số lưới và quan trọng nhất là hướng quay (spin). Khi đi từ lớp này sang lớp khác, hướng phải thay đổi để giữ nguyên hướng của dòng điện. Ở đây, spin = -1 đại diện cho chiều kim đồng hồ trong khi spin = 1 đại diện cho ngược chiều kim đồng hồ. Ví dụ, nếu lớp đồng phía trước đi theo chiều kim đồng hồ thì lớp đồng phía dưới phải đi ngược chiều kim đồng hồ.

Chạy tập lệnh và bạn sẽ được hiển thị với rất nhiều số trong cửa sổ đầu ra. Sao chép và dán mọi thứ vào tệp PCB và lưu nó.

Mở tệp PCB trong KiCad và có cuộn dây tuyệt đẹp của bạn.

Cuối cùng, thực hiện các kết nối còn lại với trình kết nối và bạn đã hoàn tất!

Bước 3: Đặt hàng PCB

Trong khi thiết kế cuộn dây, tôi đã sử dụng vết đồng dày 0,13mm cho tất cả các cuộn dây. Mặc dù JLCPCB có thể thực hiện chiều rộng vết tối thiểu là 0,09mm cho 4/6 lớp PCB, tôi không cảm thấy đẩy nó quá gần giới hạn.

Sau khi hoàn tất việc thiết kế PCB, tôi tải các tệp mầm lên JLCPCB và đặt mua PCB.

Nhấp vào đây để tải xuống các tệp mầm nếu bạn muốn dùng thử.

Bước 4: Tạo phân đoạn thử nghiệm

Tôi đã thiết kế một vài phân đoạn thử nghiệm có hình dạng và kích thước khác nhau trong Fusion 360 và in 3D chúng.

Vì tôi đã sử dụng dấu vết đồng 0,13 mm cho các cuộn dây, nên nó có thể xử lý dòng điện tối đa là 0,3A. Nam châm điện mà tôi đã sử dụng trong bản dựng đầu tiên vẽ lên đến 1,4A. Rõ ràng, lực lượng sẽ giảm đáng kể, có nghĩa là tôi phải làm cho các phân đoạn có trọng lượng nhẹ.

Tôi thu nhỏ phân khúc và giảm độ dày của bức tường, giữ nguyên hình dạng như trước.

Tôi thậm chí còn thử nghiệm nó với các kích cỡ nam châm khác nhau.

Bước 5: Kết luận

Tôi phát hiện ra rằng một cuộn dây có 4 lớp và 30 vòng trên mỗi lớp cùng với nam châm neodymium 6 x 1,5mm là đủ để nâng các phân đoạn. Tôi rất vui khi thấy ý tưởng hoạt động.

Vì vậy, đó là nó cho bây giờ. Tiếp theo, tôi sẽ tìm hiểu các thiết bị điện tử để kiểm soát các phân đoạn. Hãy cho tôi biết suy nghĩ và đề xuất của bạn trong phần bình luận bên dưới.

Cảm ơn bạn đã gắn bó đến cuối cùng. Tôi hy vọng tất cả các bạn yêu thích dự án này và học được điều gì đó mới ngày hôm nay. Đăng ký kênh YouTube của tôi để biết thêm các dự án như vậy.