DSECT_步进管驱动板

DSECT

(Dekatron Spinner for ECT 100)

　　本项目是一款针对瑞士 Elesta 产双向双脉冲冷阴极十进制步进计数管 ECT 100 的可变速变向旋转驱动板。考虑到该步进管存世稀少，本作品仅作学习交流使用，不考虑成本控制。

　　关于 Dekatron 的相关知识，欢迎阅读我的博客：关于 Dekatron 的前世今生。

电路介绍

　　本项目原理图包括三个主要部分。左上是 12 V 升 460 V 的 Boost 升压电路，设计来自国外 Threeneurons 的 Variable Dekatron Spinner Kit 项目，介绍详见本站对该项目的复刻作品 DS02L。Elesta 技术手册建议对 ETC 100 阳极的供给电压应为保持电压的两倍（580 V）以确保稳定电流输出，但有稳压措施的情况下，可以降至 400 V。该电源输出能够驱动 ECT 100 正常工作。

　　ECT 100 需要一对互补的 60 V 方波信号驱动其步进。原理图右上的驱动部分是一个可调速的互补方波发生器，核心是一颗 IRS21531 半桥 MOSFET 驱动芯片。这原是一款为镇流器等器件设计的专业芯片，常被硬件 DIY 爱好者用于制作逆变器。该芯片高端和低端输出刚好是两个占空比 50％的互补的方波信号，且自带 0.6 μs 死区保护以防止上下管同时导通短路。其内部还有有类似于 NE555 芯片内置定时器的集成电路，可以通过外围电容和电阻轻松控制信号频率。IRS21531 通过单端控制两颗 IRF840 功率 MOS 管以获得所需的 60 V 互补方波输出。这两对信号直接驱动管子 K1、K2 引脚，同时还通过一对 RC 电路耦合到 30 V 用于驱动 G1 和 G2。

　　原理图右下部分为换向电路，本质上是一个单键双稳态开关。原理图来自 bilibili 的视频《几个元件构成的单按键开关，电路简单设计巧妙，画图看下是如何工作的》。该电路控制两颗 LCC110（1-From-C，单刀双置转换）固态继电器（整个板子上最贵的元件），用于交换控制 G1 和 G2 的信号。需要提醒注意的是该款固态继电器不具备先断后通的特性，不能在其它项目中用它简单地替代常规机械双置开关。

制作说明

关于换向电路贴片元件的焊接：出于焊接和复古因素考量，本项目设计时尽可能地使用插件元件。由于换向控制部分最后加入设计，绘制 PCB 时电路板上已经没有足够大的空间能放下这些插件元件，因此最后改用贴片封装 ~~（挑战一下一把刀头走天下的感觉）~~。建议优先焊接此部分，然后第一时间使用万用表测量该部分是否能正常工作（使用电路板做供电测试需要焊接 D5）。
关于管座的焊接：ECT 100 引脚封装为 Elesta 内部设计的 EZ13，生产的配套管座在市面上很难买到，且并不适合用在 PCB 上，因此本项目采用单独焊盘设计搭配 1.0 mm 通用端子的方案。端子自淘宝购买，不包含在 BOM 中（我的购买连接）。由于引脚多且密，焊接时建议采用如下方案：先将端子依次插入 PCB 管座位置（生产差异可能导致插入困难，轻轻晃动端子，用点巧劲，多点耐心，实在不行就换一根 awa），然后在上方插入管子。用镊子小心地将端子由内向外与管体引脚对齐后再将管体按紧，切不可大力出奇迹，以防将个别引脚弄歪，引脚与管体的连接处非常脆弱！！！ 最后在保持管子接入的情况下从 PCB 背面对端子进行焊接，以保证焊接后端子的排布与管子引脚完美契合。
关于 R21-R24 电阻的发热问题：这些电阻用于从 230 V 上分出阴极所需的 60 V 和 30 V 偏压。为保证足够的电流驱动能力，这些电阻无法设置的太大，流过它们的电流足以使它们发热，不过功率和温度均处在电阻可承受范围内。实测工作 1 小时没有任何问题（你真的会盯着一根玻璃管子看 1 个小时吗）。
关于元件替代：本项目除了 ECT 100 管体和管座端子需要额外购买，其它元件均可从立创商城采购。若部分元件缺货，可以根据电气特性和封装方式自行寻找替代品。大部分元件均为通用元件，不过个别元件不能轻易替换，不要在这些元件上节省成本。关键的元件包括电感 L1、场效应晶体管 Q1、开关二极管 D1-D3 和电容 C5。电感的额定峰值电流不能小于 500 mA；场效应晶体管的额定电压至少应为 250 V，导通电阻不得超过 3 Ω；开关二极管的开关速度不大于 100 ns；C5 的容值必须严格限定在 18-30 nF 之间。
关于 LED 进位指示灯 D6 的选择：该指示灯输出进位信号，仅建议选择红色 LED 指示灯。ECT 100 结构设计特殊，输出阳极的输出电流必须非常微弱，否则辉光会转移到输出阳极上，进而影响管子步进。只有红色 LED 才能在如此微弱的电流下发出相对明亮的光芒，而其它颜色指示灯发出的光芒在白天几乎不可见。毕竟这些输出信号本身也不是为点亮 LED 设计的。