MOSTER FET - Dvojni gonilniki z ogrevano posteljo za 3D tiskalnik s 500Amp 40 voltov MOSFET: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Verjetno ste kliknili na to mislečo sveto kravo, 500 AMPS !!!!!. Če sem iskren, plošča MOSFET, ki sem jo oblikoval, ne bo mogla varno delati 500Amps. Morda bo za kratek čas, tik preden je navdušeno zagorelo.

To ni bil zasnovan kot pameten trik. NI bil moj zlobni načrt, da bi te zvabil v moj pouk (tukaj vstavi nor znanstvenik). Hotel sem opozoriti. Oglaševanje 3D tiskalnikov in njihovih sestavnih delov je lahko zelo zavajajoče. Še posebej na poceni trgu DIY.

Raziskal bom le en primer tega. Skupna MOSFET plošča, ki se uporablja za zaščito glavne plošče 3D tiskalnika pred poškodbami. Uporabljajo se tudi za nadgradnjo pinterja na močnejšo posteljo z glavo. Na splošno z večjo površino tiskanja.

Na trgu je pol ducata različnih modelov. Večina ima te velikanske hladilnike in izgleda zelo impresivno. Toda večina tega je trik.

Medtem ko analiziramo eno od teh plošč; Oblikoval bom svojega. Ko sem pogledal, kaj je na trgu, sem se odločil, da bi lahko bil boljši. Tako bom oblikoval odprtokodno ploščo z odprtimi zmogljivostmi, ki bo delo opravljalo zelo dobro.

Zasnova, na katero ciljam, je dvojna MOSFET plošča 40v 60Amp. Ne 1 kanal, ampak 2. Eden za ogrevano posteljo in eden za hotend. Za zasnovo se skriva zgodba. Za tiste, ki jim zgodba za tablo ni mar, lahko greste naravnost do izvornih datotek za tablo.

Izvorne datoteke Ki-Cad

Zaloge

Vsi odtisi za to obliko plošče so ročno spajkani.

Orodja:

• Pinceta
• Spajkalnik
• Spajkanje
• Odlomki za elektroniko

BOM:

Reference	Dobaviteljska št	Dobavitelj	Vrednost	Količina
C11, C21	CL21B103KBANNND-ND	Digi-ključ	10000pF	2
R11, R21	311-1,00KFRCT-ND	Digi-ključ	1,0 tis	2
R15, R25	311-3,60KFRCT-ND	Digi-ključ	3,6 tisoč	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Digi-ključ	1,99 tisoč	2
D11, D21	BZX84C15LT3GOSTR-ND	Digi-ključ	15V	2
U11, U21	TLP182 (BL-TPLECT-ND	Digi-ključ	TLP182	2
CN11, CN21	277-1667-ND	Digi-ključ		2
Q11, Q21	AUIRFSA8409-7P-ND	Digi-ključ	AUIRFSA8409-7P	2
J11, J21	PRT-10474	Iskra zabave	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	Iskra zabave	XT-60-F	2
JUMPERS	10 AWG polnovredna žica

1. korak: Kako ste seznanjeni z dejstvi, vendar ne predstavljajo, kaj kupujete

MOSFET plošča na tej sliki je zelo pogosta. Najdete ga na eBayu, Ali Expressu, Amazonu in na številnih drugih mestih. Je tudi zelo poceni. Za 2 bi lahko plačali že 5,00 USD.

Naslov je običajno "210 Amp MOSFET". Res je, da je MOSFET 210 amp MOSFET. Vendar pa lahko celoten izdelek deluje le pri 25 amperih. Omejevalni dejavnik sta tiskana vezja in priključek.

Kot bomo videli kasneje, PCB verjetno še bolj omejuje zasnovo. Bakrene sledi niso videti zelo debele.

Tako so vam povedali resnico o MOSFET -u, ne pa o celotnem izdelku.

Tu se dogaja tudi veliko trženja. Poglejte tisti velikanski hladilnik. Večina ljudi misli, da mora biti to zelo močan del. Resnica je, da če tisti del POTREB, ki hladi MOSFET, zapravlja veliko energije. Ta energija bi lahko šla v ogrevanje tiskalne postelje. Velik hladilnik ni dober znak. To pa pričakujemo pri napravah z visoko močjo. Najboljše, kar lahko povem, je samo za trženje, vsaj pri 25 amperih.

Želim oblikovati izdelek, ki dobro opravlja svoje delo, je dobre kakovosti, poceni in je zelo odkrit glede svojih zmogljivosti.

2. korak: Jedro vezja: MOSFET

Želim, da bi bilo oblikovanje zelo učinkovito. To bi pomenilo nizko izgubo energije v napravi. Odpor je torej moj sovražnik. MOSFET -i delujejo kot napetostno krmiljen upor. Torej, ko odidejo, je njihov odpor zelo velik. Ko so vključeni, je njihov odpor zelo nizek. Pravzaprav se dogaja veliko več kot to. Vendar bo za našo razpravo to dovolj dobro.

Parameter, na katerega moramo biti pozorni na podatkovnem listu MOSFET, je "RDS vklopljen".

Izbran sem bil MOSFET AUIRFSA8409-7P podjetja Infineon Technologies. V najslabšem primeru je RDSon 690u ohmov. Ja, to so bili pravilni mikro ohmi. Toda del je drag. Približno 6,00 USD. za enega. Preostanek zasnove bodo zelo poceni komponente. Imeti dober dizajn pomeni izbrati dober MOSFET. Torej, če se želimo razmetavati, je to področje, v katerega se moramo razvajati.

Tukaj je povezava do podatkovnega lista

Upoštevajte, da je ta del 523Amp MOSFET. Vendar je tok Id omejen na 360Amps. Razlog je dvojen.

1. Paket delov ne more odvajati dovolj toplote za vzdrževanje 523 amperov.
2. Nimajo dovolj veznih žic na matri za 625Amps. Tako "Lepljenje omejeno"

Obliko bom omejil na 60 amperov. Odpornost je nizka, zato bom na majhnem območju dosegel resnično velik izkoristek.

Del bo porabil približno 1,8 vatov pri največjem porabljenem toku. (R x I^2) Toplotna upornost tega dela je 40 stopinj C/vatov. (kliknite tukaj, če želite razumeti, kateri izračuni se izvajajo). Tako bomo pri največjem trenutnem žrebanju 72 stopinj nad okolico. V podatkovnem listu je navedena najvišja temperatura za napravo 175 stopinj C. Dobro smo na tem seznamu. Če pa upoštevamo temperaturo okolice 25 stopinj C. Potem smo slabih 100 stopinj C. Potrebovali bomo majhen hladilnik in ventilator pri polni obremenitvi.

Vse to predpostavlja, da imamo na vratih 15V. Ko pademo pod 10V, imamo res težave z ogrevanjem.

Učinkovitost bo (ob predpostavki 40 V) dostavljenih 2400 vatov, zapravljenih 1,8 vatov. Približno 99,92%.

Napajanje	Dostavljeno	Izgubljeno	Učinkovitost
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Tako je naš primer izdelka imel 220Amp MOSFET. Imam 523Amp MOSFET in neumnost se še vedno segreje. Pri tem mislim, da navedeni tok ni odličen pokazatelj uspešnosti. Boljša specifikacija bi bila skupna odpornost plošče in MOSFET -a. Ta specifikacija vam daje skoraj vse, kar morate vedeti.

3. korak: Druge ključne komponente

Običajno plošča MOSFET uporablja krmilni signal izhoda ogrevane postelje tiskalnika. U11 je dvosmerni optični sklopnik. Ta del ima več namenov.

1) Vhoda ne morete napačno povezati. To je malo lažne zaščite. Glavna plošča bo potopila tok ali ne. Torej vhodni sprožilec temelji na tem, ali imamo tok med ogrevanimi nožicami krmilne plošče ali ne.

2) Izolirajte stran z visoko močjo od nadzorne plošče z nizko porabo energije. To vam bo omogočilo uporabo višje napetosti na ogrevanem ležišču. Na primer, lahko imate 12 -voltno krmilno ploščo in 24 -voltno ogrevano posteljo. Razlogov ni treba povezati (popolnoma ločeno). Imate ogromnih 3750 Vrmov izolacije.

3) Daljinsko upravljajte ogrevano posteljo. Napajanje, ogrevana postelja in MOSFET plošča so lahko v popolnoma drugačnem delu tiskalnika od nadzorne plošče. Krmilni vodi temeljijo na trenutnem toku, zato hrup ni problem. Plošča je lahko precej oddaljena od nadzorne plošče. Močne žice so drage. Imeti vse zmogljive stvari na enem mestu je zelo smiselno.

4) Lahko premostim vrata MOSFET -a in še bolj znižam upor RDSon. Ne morem pa preseči 20 voltov ali pa MOSFET umre. Za to služi Ziner (D11); za vpenjanje vrat na 15v.

Zadnja pomembna komponenta je R12. To je odporni upor. Na vratih FET je kondenzator. Vsi MOSFET -i. Močnejši kot je MOSFET, večja je kapacitivnost. Kot pravilo. Torej, ko se U11 izklopi, moramo izprazniti ta kapisistor vrat. V nasprotnem primeru bomo dobili zelo počasen čas izklopa. Poleg vsega tega ima U11 še malo uhajanja. Če bi manjkalo R12, bi se pokrov vrat napolnil in vrata bi presegla Vgsth in MOSFET bi se vklopil. To ohranja vrata potegnjena navzdol.

4. korak: Oblikovanje plošče - to je ena najpomembnejših točk oblikovanja

V redu, zdaj pa k oblikovanju PCB.

Začnimo z nekaj preprostimi odločitvami. Kako ga imenovati in katere barve naj bo. Da, trženje. Ljudje imajo radi stvari, ki izgledajo lepo. Tehnične stvari bi morale imeti čiste linije in videti, no, tehnične. Druga stvar je, da je barva pomembna. Zdi se, da ljudje povezujejo močne nevarne stvari s črno barvo. Pomislite, da je ekipa policije povedala lokalno policijo. Oba imata avtoriteto. Odkrito povedano, raje bi me potegnil moj lokalni policist, kot pa specialna ekipa. Barva je torej črna.

Sedaj pa kako temu reči. Ker je 60 amperov pošastno velik MOSFET, sem mislil, da ga bom imenoval MOSTER FET. Ok, vem, da je kurba. Prekleto Jim, jaz sem inženir in ne tržni delavec. Naredil sem celo kul logotip. Spet nisem strokovnjak za trženje.

Naslednja najpomembnejša odločitev za vezje je debelina bakra. Sledi tiskanega vezja morajo nositi polno obremenitev 60 amperov. Zato lahko nekaj stvari storimo, da se to zgodi. Kratke dolžine sledi, široke širine in debel baker. Vse te stvari zmanjšujejo odpornost na sledi.

Debelina bakra na tiskanem vezju je navedena v unčah. Tako 1 unča bakra tehta 1 unčo na 1 kvadratni čevelj. Tako bi bil 4 unč bakra 4 -krat debelejši. Nosil bi tudi 4 -kratni tok. Po nekaj analizah sem odkril, da se stroški ne povečujejo linearno glede na debelino bakra. Za določitev stroškov plošče uporabljam hitro ponudbo PCBWAY (tukaj). (to je ena tistih povratnih povezav, pomaga pri izdelavi desk) Če bi gradil na tisoče plošč, bi se krivulja stroškov izravnala. Ampak nisem.

Debelina bakra	Cena za 10	Velikost tiskanega vezja
1 oz	$23.00	50 x 60 mm
2 oz	$50.00
3 oz	$205.00
4 oz	$207.00
5 oz	$208.00
6 oz	$306.00
7 oz	$347.00
8 oz	$422.00

Problem je tudi z bakrenimi ploščami think. Debelejši kot je baker, dlje traja rezkanje in več podrobnosti se izgubi. V bistvu to pomeni, da mora biti razmik med sledmi res širok. To tudi pomeni, da je minimalna širina sledi precej velika. Pri tej zasnovi si to lahko privoščim. Želim namestiti dva kanala v isti prostor, ki je imel prej enega. Tako je 1oz bakra.

Vendar bo to povzročilo še eno težavo. 1 unča bakra ne bo nosila bremena. Moja plošča bo spektakularno draga varovalka.

Obstajajo le tri sledi na kanal, ki morajo imeti veliko trenutno obremenitev. Kot lahko vidite na sliki, sem odstranil spajkalno masko na šestih sledovih. Moj načrt je preveč spajkanje 12AWG trdne žice na te sledi. Običajno to ne bi bil dober načrt. Stroški plošče pa presegajo stroške dodatnih komponent. Da ne omenjam, da bo treba bakreno žico po meri odrezati in oblikovati; kar otežuje proizvodnjo množične proizvodnje. Skratka, niti ne bom postal slaven ali bogat.

Tu bi lahko naš vzorčni odbor imel še eno težavo. Debelina bakra na tej plošči je zelo tanka. Sledi so široke. Toda na neki točki to ne pomaga več. Ves tok prihaja z enega samega na en sam. Širše sledi omogočajo boljše hlajenje, vendar boste še vedno imeli nekaj vročih točk.

Moj načrt je, da uporabim vse dele za površinsko montažo, razen priključkov. Priključki za površinsko montažo se z lahkoto odtrgajo s plošče. Za napajanje in ogrevano posteljo bom uporabil tudi priključke TX60. Uporabljajo se v svetu RC. So poceni in nosijo tovor. Vendar so priključki za spajkanje. Skodelice bo treba napolniti s spajkanjem, da ustrezajo specifikacijam. Tiskalniki serije ender uporabljajo te priključke za ogrevane postelje. Torej je to res dobra izbira.

Drugi priključki, ki jih bom uporabil, so 5 mm vijačni sponki. So poceni in dobro delujejo pri tovrstni uporabi.

Majhen hladilnik, potreben za MOSFET, je vgrajen v vezje. To je dobra in slaba ideja. To je dobro za stroške; če pa se del preveč segreje, se plošča odlepi. Resnično moraš biti dolgo vroč, da se to zgodi. Za ekstremne temperature bi bil aluminijasti hladilnik veliko boljši. Najverjetneje, če na plošči deluje 60 amperov, bo treba uporabiti ventilator. Zato so odprtine hladilnika nekoliko večje. Za prehod zraka skozi desko. To sem že počel in deluje neverjetno dobro. Toda to nekoliko dvigne stroške krova. Vendar je še vedno manj stroškov kot aluminijasti hladilnik.

Nazadnje je vsak kanal neodvisen. Ozemljitve in daljnovodi niso povezani, čeprav imajo v shemi enako neto ime. Na ta način je lahko vaša nadzorna plošča pri 12v, ogrevana postelja pri 24v in do hotend pri 12v. Ponuja vam možnosti.

5. korak: Izdelava odbora

Uporabljam KiCad. Za to obstaja vtičnik, ki ustvari interaktivno specifikacijo. Samo označite črto v BOM in osvetli mesta, kamor gre. To je moj najljubši vtičnik za KiCad Vtičnik ustvarja samostojno datoteko HTML. (TUKAJ). Torej je datoteka prenosna. Uporabljam ga v tablični napravi (ali telefonu), ko gradim plošče.

Plošče sem dobil pred kratkim. Kot lahko vidite, je ta različica nekoliko drugačna od drugih razdelkov. Plošče, ki sem jih zgradil tam, kjer so prototipi (na sliki spodaj). Vse povratne informacije o oblikovanju, ki sem jih dobil med testiranjem, so se vrnile v zasnovo. Če opazite tudi, da manjkata R12 in R22. Pozabil sem dodati odzračevalni upor. Velika napaka. Nekaj časa sem imel neko čudno operacijo, dokler nisem videl, kaj manjka. Potem sem jih moral "namočiti".

Datoteka za oblikovanje plošče v skladišču git je najnovejša različica in vsebuje vse popravke napak.

Ampak tukaj je; v vsem svojem sijaju. (vstavite zvok angelskega petja)

Korak 6: Med delovanjem - dokaz o pudingu je v prehrani

Začel sem testirati plošče. Zato sem najprej opazil, da LED sveti kot sonce. Ja, razumem, da LED ni nujno tako svetel. Ko pa bo globoko v vašem tiskalniku, se mi boste zahvalili. Če seveda nimate Anet A8. Če je temu tako, samo pospravite nekaj sončnih očal, kot sem jih jaz.

Verjetno bi lahko zamenjal samo R15 in R25. Zaradi širokega razpona napajalnih napetosti (10v-40v) pa me obotavlja.

Imam napajalnik 29V 25Amp. Napajalnik Meanwell 24v Meanwell sem prilagodil na 29v. Imam tudi 400 mm okroglo ogrevano posteljo, ki je 400W pri 24v. Pri 29 voltih bomo narisali natančno 20 AMPS. Torej 20 amperov je najboljše, kar bom dobil.

Meritev je bila izvedena z negativne strani J11 in J12. V bistvu čez MOSFET. Toda to je bilo storjeno pri priključkih. Kjer so priključene žice. Plošča je padla 23 mV pri 20A. Tako bi skupni upor naprave znašal 1,15 mOhms. To so MOSFET, plošča in priključki. To je res dobro, če tako rečem. (in bilo je veliko veselja)

7. korak: drug ob drugem

V redu, na koncu bi rad povedal, da je moj odbor zmagal. Ima vse, kar si lahko želiš. Tukaj je primerjava. Vendar so stroški gradnje tega fanta previsoki.

Spec	Skupni MOSFET	MOSTER FET
Največja napetost	Neznano	40V
Max Curent	25 amperov	60 amperov
Reverzibilni sprožilec	Da	Da
Opto izolirano	Mogoče	Da
Cena (2 kanala)	$12.99	$14.99
Kanali	1	2

Pretvarjal se bom, da jih lahko zgradim na tisoče.

Če se želite ukvarjati s prodajo delov za 3D tiskalnike, morate imeti stopnjo dobička 40% ali več. Bolje bi bilo, če bi bilo veliko višje, vendar je to minimum, ki ga potrebujete, da ostanete na površini. Predvideval sem, da bodo stroški BOM 3,50 USD in stroški izdelave 3,76 USD. Odbor sem dal citirati na nekaj lokalnih mestih. Če prodajate na Amazonu ali E-bayu, vam zaračunajo 30% provizij za kreditne kartice, provizij PayPal in prodajnih provizij. Verjemite mi, deluje 30%. Povedali vam bodo drugače, a vse povedano in storjeno dobim 70% vsega, kar je bilo prodanega.

Ta plošča mora biti za 15,99 USD, da bo resnično uspešna. Vendar je trg DIY zelo občutljiv na ceno. Zato nastavite na 14,99 USD. Vedno lahko prodate montažne nosilce ali komplete ožičenja.

Druga stvar, ki jo vidite tukaj, je, da se skupna plošča močno trži. Veliko video posnetkov, ki jih lahko najdete kjer koli. Trg DIY želi vedeti, kako deluje in kako ga uporabljati. Le približno 10% tega trga poskusi nekaj novega ali so prvi uporabniki. Le približno 3% teh objavlja podatke ali posname videoposnetek "KAKO". Skratka, verjetnost prodaje 10 tisoč kosov na leto je zelo majhna.

Največ, kar bi prodali, je približno 100 na leto, če ste dobri v tem. Cena na tej ravni je 24,99. Samo BOM je 13,00 USD.

Skratka, ni uspešen izdelek. Če bi lahko znižal MOSFET v cenovnem razredu od 0,75 do 1,00 USD, bi to morda delovalo.

Bilo pa je zabavno narediti. Mislim, da je to boljši dizajn, vendar sem to spet naredil.

Uživajte v deski !!! (TUKAJ)

Nadgradnja:

Našel sem MOSFET, ki je zmožen za manj kot 1,00 USD. Če želite popolnoma izdelano ploščo, jih imam na e-bayu. (TUKAJ) ali različico kanala Sigle (TUKAJ)