★ 나만의 스폿용접기자작 완료! (전해콘덴서 방식)

 스폿용접기를 알게되고 자작을 완료하기까지 딱 2달이 되었네요. 처음에는 시중에 파는 스폿기를 사려고 하다가 자작본능이 발동되어 ㅋ 직접자작을 하게되었습니다. 관련 이론은 아래 1편을 읽어주시고..

스폿테스트를 해보니 만족할 만한 성능이 나오네요~ 그동안 회로도도 수없이 고치고  FET도 터지고..좀고생을 했지만 댓가를 받는것 같아 기분좋습니다. 세상에 하나뿐인 나만의 스폿기를 바라보고 있자니 절로 기분이 좋아지네요ㅎ

http://blog.naver.com/dgfiel/220806400221

나만의 스폿용접기자작1(이론및 설계)

지난번에 전기자전거를 만들고 보니, 배터리가필요하게 됐고 18650배터리를 연결하려다보니 스폿용접기가 ...

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  본격적으로 자작내용을 자세하게 기술하겠습니다. 좀 긴글이지만 필요한 분께는 많은 도움이 될것같습니다.

1부(제작과정) 과 2부(회로도 설명)로 나누어서 연이어 기술하겠습니다.

========================  < 1부 제작과정 >=========================

 스폿기를 구상하거나 자작하고자 하시는분들께 작은도움이 되었으면 합니다.

지난번에도 말씀드렸듯이 스폿기는 고방전 전지나 대용량커패시터 또는 트랜스등을 쇼트시켜서 대량의 전류로 일순간에 보내어 스폿지점을 녹여붙이는 기술입니다. 물론 손으로 시간조절 및 전류를 콘트롤할 수 없으므로 시간조절/전류조절 controle보드가 필요하게됩니다.  

스폿기는 이론은 간단하지만 구현하기는 매우까다로운 자작중 하나입니다. 그동안 많은 자작을 해보았지만 이번 스폿기는 상당한 난이도의 자작이었습니다. 대전류를 손실없이 스폿지점에 집중시키고 정밀하게 시간을 콘트롤하려면 약간의 기술이 필요합니다..이제 완료가되고나니 마음이 한결 홀가분 하네요 ^^ 그동안 2달동안 고생한걸 생각하면.. 하지만 즐거운 경험이었고 많은것을 배울수 있었습니다.

 시중에 나와있는 스폿기는 크게 대방전Lipo 배터리를 직접쇼트시키는 방식이 요즘 대세인것같구요. 비교적 간단하게 가정용220v를 트랜스로 구현하는 방식을 많이 하시더라구요. 하지만, 이번 자작은 구하기쉬운 전해 콘덴서로 만들었습니다. 전해콘덴서 버젼은 외국사례에서는 좀 봤지만 국내에서는 못본것 같습니다. 콘덴서 방식이 가장안전하고 배터리 성능안좋아도 되고, 스폿열발생도 적고 여러모로 장점이 많은것 같습니다. 단, 세상사 그렇듯이 구현은 쉽지 않습니다. ^^;

 어째든 시중에서 구하기쉬운 16v 10,000uF 전해콘덴서 100개를 이용하여 1F 을 만들었습니다. 콘덴서가 작아 10x15cm 기판 세장에 35개씩 용접하니 딱맞는 사이즈네요. 

지난번 1편 이론에서 말씀드렸듯이 대전류를 취급하므로 mΩ 단위도 큰 영향을 미치게됩니다. 똑같은 부품을 가지고도 어떻게 만드느냐에 따라 성능은 하늘과 땅차이입니다. 즉, 성능좋은 스폿기를 만들려면 그만큼 두껍고 견고한 wiring이 필요합니다. 저는 콘덴서연결시 8awg / 6mm동봉을 사용했고, 스폿케이블은 6AWG를 사용했습니다.

자세한 자작내용은 아래 사진에서 설명드리지요..

1. 개발시작/설계 draft

첨 설계를 시작할때 공부도 해보고 설계draft도 그려보았습니다. 간단한 회로도 2달전에는 왜이렇게 어렵던지..

2. 메인 기판 제작

상세회로도는 아래에서 설명드리고, 그판은 3T동봉을 주재료로 FET를 연결하였습니다. 초기에 IRLB3034 FET가 터지는 바람에 전부 IRF1404로 교체하였습니다. 왜 많은 분들이 1404를 선호하는지 알것 같더군요.   IRLB3034는 Rds도 낮고 마크로로sec단위의 성능도 1404보다 좋지만 스폿은 ms단위이기 때문에 아래 SOA자료를 보시면 1404가 "승"입니다. 그래서 3034가 높은전압에서 터졌구요..

최근에 FET를 바꾸면서 납땜이 어렵고, 향후 또 터질경우를 대비하여 FET연결은 납땜없이 모두 기계적으로 연결하였습니다. 납땜처럼

지저분하지도 않고 교체도 쉽고 매우 좋습니다.

3. 커패시터(콘덴서)제작

 스폿기의 핵심이죠.. 많은분들이 오디오커패시터로 자작하시지만.. 왠지 전해콘덴서로 만들고 싶어서..안될것도 없을것같고.. 16v 10,000uF 100개를 구매해서 10x15cm기판 3장에 모두 심고 꼼꼼히 8awg로 납땜. 고된작업이지만 재미있었습니다.

4. 커패시터/메인기판 총4단 기판 쌓아올리기

 4단기판을 쌓아올리고 서로 연결하기위해 6mm동봉을 수동 다이스로 나사깎아서 구리부스파 잘라서 너트도 만들고 하여 쌓아올렸습니다. 세상에 하나뿐인 나만의 스폿기를 만들기위해서는 이정도 고생 쯤이야.. ^^;

5. 용접 케이블 만들기 

  용접 케이블은 길이가 길므로 저항을 최소화하기위해 6awg(약1cm두께)를 사용했습니다. 지난번에도 말씀드렸지만 스폿기는 저항을 최소화 하는게 핵심입니다. 케이블이 가늘어 1옴정도만 되도 스폿은 실패입니다. (대전류가 흐르지 못합니다.)

 앞쪽팁용 드릴척은 국내상용판매하시는분 제품에서 배운것입니다. 동봉을 교체할 수 있어 매우 좋은 아이디어 같습니다. 하지만 국내시판중인 드릴척은 2mm동봉밖에못물려려서..3mm가 필요한데..결국이베이를 통해 대륙에서 공수하였습니다. 가격은 저렴하지만 배송기간은 무한대 입니다.ㅋ  아래제품은 3mm동봉까지 물릴수 있습니다.  선이굵은때는 용접이 매우 어려운데요.. 팁을말씀드리면,

일단, 드릴로 팁쪽에 케이블이 들어갈 정도로 드릴로 넓혀줍니다. 그리고 케이블과 팁양쪽에 별도로 납을 먹입니다. 이제 케이블이 두꺼워져서 안들어 갈겁니다. 따라서 니퍼로 케이블을 다듬어서 팁에들어 갈수 있을정도로 일단 만들어 놓으세요. 그리고 케이블과 팁을 용접하려면,

팁을 바이스에 물려놓고 가스토치로 팁을 가열하면 한참후 납이 녹아서 물처럼됩니다. 이때 케이블을 구멍에 넣어주고 좀더 가열해주면

깔끔하게 굵은 케이블 용접가능합니다. 구글에서 배웠습니다.

6. 케이스 만들기 

  자,이제 케이스를 만들어야 겠죠? 알맹이만 있으면 뽀다구가 안나잖아요..옷을입혀 줘야죠. 예전에 FM라디오 만들면서 갈고 닦았던 목공실력을 발휘하여 고풍스럽게 케이스 제작..

7. 완성 사진 

  완성되었습니다. 포스트는 금방써지만 그동안 우여곡절 참 많았습니다. LCD노이즈 때문에 몇일동안 debug. 회로도에 수정사항이 계속회로도를 수없이 수정했습니다..

8. 스폿 테스트 

  이제  스폿테스트입니다. 결론적으로 아래와같이 깔끔하게 잘~됩니다.  전압을 8~11v까지 해보았는데 11v는 돼야 안정적으로 용접이 됨을 알수 있었습니다. 간단히 이론을 말씀드리면 스폿에너지는 1/2 * C(커패시터용량)*V^2(전압제곱) 으로 표현됩니다. 즉, 전압을 올리면 에너지는 제곱으로 올라가므로 매우 큰 성능차이가 있게됩니다. 아래 전압별 스폿 자국을 참조하세요.

그리고, 칼날에다 했을때는 0.1~0.15T는 완젼히 붙는데 0.2T는 잡아당기니 떨어지더라구요. 하지만  0.2T 2개를 겹쳐서 용접했는데 완전히 붙어버려서 제힘으로 떼지 못했습니다.(동영상참조)  배터리는 아까워서 아직안해봤는데 이정도면 0.2T도 가능한거죠? ^^;

참고로, 불꽃이 많이튀면 스폿이 별로 않좋습니다. 동봉을 둥글고 매끄럽게 연마하시고, 스폿압력도 적절히 조절하시면 불꽃도 안튀고 깔끔하게 용접됩니다.

8. 동영상 

  동영상을 찍어 봤으니 참고해 주세요.

<스폿기 overview>

 
http://blog.naver.com/dgfiel/220819907305 

​

<스폿 성능 테스트>

http://blog.naver.com/dgfiel/220819907305 

(스폿기 사용시 주의사항 / Tip)

ㅇ종종 FET터지며거나/고장나면 쇼트상태가 되는데 모르고 스폿치면 큰일납니다. 쇼트감지회로를 꼭 추가하시길..

    (회로도처럼 부저하나만달면 됩니다.)

ㅇ스폿칠때 동봉은 끝부분을 약 1mm정도 직경으로 둥글고 윤이나게 연마해주면 좋습니다. 거칠게 갈면 불꽃이 많이튀고 품질이 좋지

    않습니다. 1000방사포등을 이용하여 둥글고 매끈하게 연마하면 좋다고 하네요.

ㅇ 스폿접접을 적당한 힘으로 눌러줘야 합니다. 너무 세지도 약하지도 않게, 실제 쳐봐야지만 힘조절을 할 수 있습니다.

========================  < 2부 회로 설명 >=========================

회로도는 아래와 같습니다. 가능한 쉽게 이해가능하도록 코멘트를 달아놓았습니다. 회로를 구성하면서 삽질을 하고 났더니 기본이 중요함을 다시한번 깨닫게 되었습니다. 예를들어 처음에 아래 Atmega8 마이크로콘트롤러로 제어회로를 만들면서 별로 중요한것 같지않아, reset회로를 빼먹고 구성하였습니다.  물론 reset회로 없이도 잘 돌아 갑니다.. 하지만 계속 껏다켯다 하다보니 이상증상이 간혹발생하더라구요. 예를들어 가끔 LCD글자가 깨진다던가, EEPROM 값이 변경된다던가... 첨에는 간혹 껏다켤때만 발생하여 왜그런지몰라 몇날몇일 고민했습니다. 결국 debug,구글검색등을통해 공부해보니, reset회로가 빠져서 생긴현상이었습니다.

reset회로는 첨에 마이크로콘트롤러가 켜질때 안정적전압으로 올라가는 짧은순간 reset기능을 수행하여 초기회로가 안정적으로 부팅되도록 해줍니다. 물론 fuse쪽에서BODLEVEL 4v0과 BODEN설정도 해 주어야합니다.  말로설명하기 어렵고.. 위증상을 경험해보시면 이해가 되실겁니다. reset회로 꼭 달아주세요. 기본~!

1. 스폿기 설명

2. 전체 회로도

  그동안 수없이 고쳤던 회로도 공개합니다.. 이해하기 쉽도록 설명을 달아놓았으니 굳이 별도 설명은 불필요하겠네요. 작은글씨 잘 읽어보세요~

 * 초기 회로설계시 콘덴서모드가 잘될지 확신이 안서서 아래와같이 듀얼모드(콘덴서모드, 고방전Lipo모드)로 설계하였습니다. 하지만

   콘덴서 모드가 잘 동작하여 굳이 Lipo direct모드를 쓸일은 없겠네요 ㅎ

3. FET선정 참고

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  그리고,  처음 제작하고 테스트 하가다 FET 터졌었는데 원인을 파악해보니, 첨에 사용했던 3034는 높은전압특성이 좋지않은것 같습니다. 1404 10개로 바꾸니 안정적으로 동작합니다. 아래 스폿용으로 사용되는 몇가지 FET별 중요 파라미터인 SOA(safe operating area)를 정리해 놓았습니다. 대략 10v / 10ms기준으로 봤을때 허용전류가 높은소자가 스폿용으로 좋은것이라고 보시면 될것 같습니다.

아래표에서 보면, IRFP2907 과 IRFP3703이 특성이 가장좋은것으로 보입니다. 향후에 스폿기를 만들게되면 2907로 만들어 보고싶습니다.

높은전압방식으로..  성능이 좋은만큼 가격은 후덜덜~ (세상사 그렇죠..ㅎ)    가성비좋은 1404 10개정도면 좋습니다.