MOSTER FET - Drivere cu pat încălzit pentru imprimantă duală 500Amp 40 Volți MOSFET 3d: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Probabil ai făcut clic pe această vacă sfântă gânditoare, 500 AMPS !!!!!. Pentru a fi sincer, placa MOSFET pe care am proiectat-o nu va putea face în siguranță 500Amp. S-ar putea pentru scurt timp, chiar înainte de a izbucni în flăcări.

Acest lucru nu a fost conceput pentru a fi un truc inteligent. NU a fost planul meu rău să te ademenesc în instructabilul meu (introduceți un om de știință nebun râde aici). Am vrut să fac un punct. Publicitatea pentru imprimantele 3D și componentele acestora poate fi foarte înșelătoare. Mai ales pe piața DIY cu costuri reduse.

Voi explora doar un caz din acest caz. O placă MOSFET obișnuită care este utilizată pentru a proteja placa principală a imprimantei 3d de daune. Ele sunt, de asemenea, utilizate pentru a îmbunătăți un pinter la un pat cu cap mai puternic. În general, cu mai multe zone de imprimare.

Există o jumătate de duzină de modele diferite pe piață. Majoritatea au aceste radiatoare gigantice și arată foarte impresionant. Dar cea mai mare parte este un truc.

În timp ce analizăm una dintre aceste plăci; Am de gând să-mi proiectez propria mea. După ce am analizat ce este pe piață, am decis că pot face mai bine. Deci, am de gând să proiectez o sursă deschisă, o placă Open Capabilities care să facă treaba extrem de bine.

Designul pe care îl vizez este o placă MOSFET dublă de 40v 60Amp. Nu 1 canal ci 2. Unul pentru patul încălzit și unul pentru hotend. Există o poveste în spatele designului. Pentru aceia dintre voi cărora nu le pasă de povestea din spatele forumului, puteți merge direct la fișierele sursă pentru forum.

Fișiere sursă Ki-Cad

Provizii

Toate amprentele pentru acest design de bord sunt lipite manual.

Instrumente:

• Pensetă
• Ciocan de lipit
• Solder
• Snips-uri pentru electronică

BOM:

Referințe	Furnizor nr	Furnizor	Valoare	Cantitate
C11, C21	CL21B103KBANNND-ND	Digi-Key	10000pF	2
R11, R21	311-1.00KFRCT-ND	Digi-Key	1,0K	2
R15, R25	311-3.60KFRCT-ND	Digi-Key	3,6K	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Digi-Key	1,99K	2
D11, D21	BZX84C15LT3GOSTR-ND	Digi-Key	15V	2
U11, U21	TLP182 (BL-TPLECT-ND	Digi-Key	TLP182	2
CN11, CN21	277-1667-ND	Digi-Key		2
Q11, Q21	AUIRFSA8409-7P-ND	Digi-Key	AUIRFSA8409-7P	2
J11, J21	PRT-10474	Spark Fun	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	Spark Fun	XT-60-F	2
JUMPERS	Sârmă cu miez solid de 10 AWG

Pasul 1: Cum vă sunt date faptele, dar nu reprezintă ceea ce achiziționați

Placa MOSFET din acea imagine este foarte comună. Îl puteți găsi pe eBay, Ali Express, Amazon și multe alte locuri. De asemenea, este foarte ieftin. Pentru 2, puteți plăti doar 5,00 USD.

Titlul este de obicei „MOSFET 210 Amp”. Este adevărat că MOSFET este un MOSFET de 210 amp. Cu toate acestea, întregul produs poate face doar 25 Amperi. Factorul limitativ este PCB-ul și conectorul.

După cum vom vedea mai târziu, PCB-ul limitează probabil și mai mult designul. Urmele de cupru nu par foarte groase.

Așa că v-au spus adevărul despre MOSFET, dar nu despre întregul produs.

Există, de asemenea, o mulțime de marketing aici. Vezi radiatorul gigant. Majoritatea oamenilor cred că wow că trebuie să fie o parte destul de puternică. Adevărul este că, dacă acea parte NEVOIE care radiază MOSFET-ul risipește multă energie. Această energie ar fi putut merge în încălzirea patului tipărit. Un radiator mare nu este un semn bun. Dar este ceea ce ne așteptăm să vedem pe dispozitivele de mare putere. Cel mai bun lucru pe care îl pot spune această parte este doar pentru marketing, cel puțin la 25 Amperi.

Vreau să proiectez un produs care să-și facă treaba bine, să fie de bună calitate, cu costuri reduse și să fie foarte direct în ceea ce privește capacitățile sale.

Pasul 2: Nucleul circuitului: MOSFET

Vreau ca designul să fie foarte eficient. Asta ar însemna pierderi reduse de energie pe dispozitiv. Deci rezistența este dușmanul meu. MOSFET-urile acționează ca un rezistor controlat de tensiune. Deci, când sunt plecați, rezistența lor este foarte mare. Când sunt în funcțiune, rezistența lor este foarte mică. De fapt, se întâmplă mult mai mult decât atât. Cu toate acestea, pentru discuția noastră va fi suficient de bun.

Parametrul la care ar trebui să fim atenți pe foaia de date MOSFET este „RDS activat”.

MOSFET-ul pe care l-am selectat a fost AUIRFSA8409-7P realizat de Infineon Technologies. Cel mai rău caz este că RDSon este de 690u ohmi. Da, a fost corect microohmii. Dar partea este scumpă. În jur de 6,00 USD. pentru un. Restul designului va fi componente foarte ieftine. A avea un design bun înseamnă a alege un MOSFET bun. Deci, dacă vrem să ne spulberăm, aceasta este zona în care să ne spulberăm.

Iată un link către Fișa tehnică

Observați că această parte este MOSFET de 523Amp. Cu toate acestea, curentul ID este limitat la 360Amps. Motivul este de două ori.

1. Pachetul de piese nu poate disipa suficientă căldură pentru a susține 523 amperi.
2. Nu au suficiente fire de legătură pe matriță pentru 625Amp. Astfel, „Limitare obligatorie”

Voi limita designul la 60Amps. Rezistența este scăzută, așa că voi obține o eficiență foarte mare într-o zonă mică.

Piesa va disipa aproximativ 1,8 W la curentul maxim extras. (R x I ^ 2) Rezistența termică pentru această piesă este de 40 grade C / Watt. (faceți clic aici pentru a înțelege ce calcule se fac). Deci, la extragerea maximă a curentului, vom fi la 72 grade deasupra mediului ambiant. Fișa tehnică specifică temperatura maximă pentru dispozitiv este de 175 grade C. Suntem bine în lista respectivă. Cu toate acestea, dacă avem în vedere o temperatură ambientală de 25 grade Celsius, atunci suntem puțin sub 100 grade Celsius. Vom avea nevoie de un mic radiator și un ventilator la încărcare maximă.

Toate acestea presupun că avem 15V la poartă. Odată ce scădem sub 10v, începem să avem probleme cu încălzirea.

Eficiența va fi (presupunând 40v) 2400 wați livrați, 1,8 wați irosiți. Aproximativ 99,92%.

Alimentare electrică	Livrat	Pierdut	Eficienţă
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Deci, produsul nostru de exemplu avea un MOSFET de 220Amp. Am un MOSFET de 523Amp și prostia încă se încălzește. Ideea mea este că curentul specificat nu este un indicator excelent al performanței. O specificație mai bună ar fi rezistența totală a plăcii și a MOSFET. Această specificație vă oferă aproape tot ce trebuie să știți.

Pasul 3: Alte componente cheie

De obicei, placa MOSFET folosește ieșirea cu pat încălzit a imprimantei ca semnal de control. U11 este un optocuplator bidirecțional. Această parte are mai multe scopuri.

1) Nu puteți conecta greșit intrarea. Acesta este un pic de dummy proofing. Placa principală va scădea curent sau nu. Deci, declanșatorul de intrare se bazează pe faptul dacă avem sau nu curent de curent între pinii patului încălzit de pe placa de control.

2) Izolați partea de mare putere de pe placa de control a puterii reduse. Acest lucru vă va permite să utilizați o tensiune mai mare pe patul încălzit. De exemplu, puteți avea o placă de control de 12 volți și un pat încălzit de 24 de volți. Terenurile nu trebuie conectate (complet izolate). Aveți 3750 Vrms de izolare.

3) Controlați de la distanță patul încălzit. Sursa de alimentare, patul încălzit și placa MOSFET pot fi într-o secțiune complet diferită a imprimantei față de placa de control. Liniile de control se bazează pe fluxul curent, astfel încât zgomotul nu este o problemă. Placa ar putea fi la o anumită distanță de placa de control. Sârmele de putere grea sunt scumpe. A avea toate lucrurile de mare putere într-un singur loc are mult sens.

4) Pot conduce peste poarta MOSFET și pot reduce chiar mai mult rezistența RDSon. Dar nu pot depăși 20 de volți sau MOSFET moare. Pentru asta este Ziner (D11); pentru a prinde poarta la 15v.

O ultimă componentă importantă este R12. Acesta este un rezistor de sângerare. Poarta FET are un condensator pe ea. Toate MOSFET-urile fac. Cu cât MOSFET este mai puternic, cu atât este mai mare capacitatea. De regulă. Deci, când U11 se oprește, trebuie să descărcăm acel capisistor de poartă. În caz contrar, vom obține un timp de oprire foarte lent. În plus față de toate acestea, U11 are un pic de scurgere. Dacă lipsea R12, capacul porții ar fi încărcat și poarta ar depăși Vgsth și MOSFET-ul ar porni. Acest lucru menține poarta trasă în jos.

Pasul 4: Proiectarea plăcii - Este unul dintre cele mai importante puncte de proiectare

Ok, acum trecem la designul PCB.

Să începem cu unele dintre deciziile simple. Cum să-l numim și ce culoare ar trebui să aibă. Da, marketing. Oamenilor le plac lucrurile care arată frumos. Lucrurile tehnice ar trebui să aibă linii curate și să arate, ei bine, tehnic. Celălalt lucru este că culoarea este importantă. Oamenii par să asocieze lucruri periculoase puternice cu culoarea neagră. Gândiți-vă că echipa SWAT versează poliția locală. Ambii au autoritate. Dar, sincer, aș prefera să fiu tras de polițistul meu local decât de o echipă swat. Deci culoarea este neagră.

Acum ce să-i spun. Deoarece 60 Amperi este un MOSFET monstruos de mare, m-am gândit să-l numesc MOSTER FET. Ok, știu că e ciudat. Dar, la naiba Jim, sunt inginer, nu profesionist în marketing. Am făcut chiar și un logo grozav. Din nou, nu sunt un profesionist în marketing.

Următoarea decizie cea mai importantă pentru placa de circuit este grosimea cuprului. Urmele plăcii de circuit trebuie să poarte sarcina maximă de 60 Amperi. Așadar, există mai multe lucruri pe care le putem face pentru ca acest lucru să se întâmple. Lungimi de urme scurte, lățimi largi și cupru gros. Toate aceste lucruri reduc rezistența la urme.

Grosimea cuprului plăcii cu circuite imprimate este specificată în uncii. Deci, 1 uncie de cupru cântărește 1 uncie pe 1 picior pătrat. Deci, 4 uncii de cupru ar fi de 4 ori mai groase. De asemenea, ar transporta de 4 ori curentul. După ce am făcut unele analize, am descoperit că costul nu crește liniar cu grosimea cuprului. Folosesc cotația rapidă PCBWAY (aici) pentru a determina costul plăcii. (acesta este unul dintre acele link-uri de retragere, ajută în continuare la realizarea plăcilor) Dacă aș construi mii de plăci, curba costurilor s-ar aplatiza. Dar nu sunt.

Grosimea cuprului	Cost pentru 10	Dimensiune PCB
1 oz	$23.00	50mm x 60mm
2 oz	$50.00
3 oz	$205.00
4 uncii	$207.00
5 oz	$208.00
6 oz	$306.00
7 oz	$347.00
8 oz	$422.00

Există, de asemenea, o problemă cu panourile din cupru. Cu cât cuprul este mai gros, cu atât durează mai mult pentru gravat și cu atât mai multe detalii pierzi. Practic, aceasta înseamnă că distanța dintre urme trebuie să fie foarte largă. De asemenea, înseamnă că lățimea minimă a urmelor este destul de mare. În acest design, îmi permit asta. Vreau să încadrez două canale în același spațiu pe care anterior îl deținea unul. Deci 1 oz cupru este.

Cu toate acestea, asta va cauza o altă problemă. 1 uncie de cupru nu va suporta sarcina. Tabloul meu va fi o siguranță spectaculos de scumpă.

Există doar trei urme pe canal care trebuie să aibă o sarcină de curent mare. După cum puteți vedea în imagine, am eliminat masca de lipit pe șase urme. Planul meu este să lipiți sârmele cu nucleu solid de 12AWG pe acele urme. În mod normal, acesta nu ar fi un plan grozav. Cu toate acestea, costul plăcii este în afara cântăririi costului componentelor suplimentare. Ca să nu mai vorbim că firul de cupru va trebui să fie tăiat și format personalizat; îngreunând producția în serie. Pe scurt, nu voi deveni nici celebru, nici bogat.

Acesta este locul unde tabloul nostru de exemplu poate avea o altă problemă. Grosimea cuprului de pe această placă este foarte subțire. Urmele sunt largi. Dar la un moment dat asta nu mai ajută. Tot curentul vine de la un singur pin la un singur pin. Urmele mai largi permit o răcire mai bună, dar veți avea în continuare câteva puncte fierbinți.

Planul meu este să folosesc toate piesele de montare la suprafață, cu excepția conectorilor. Conectorii de montare la suprafață sunt smulși de pe placă prea ușor. De asemenea, voi folosi conectori TX60 pentru alimentare și patul încălzit. Sunt folosite în lumea RC. Sunt ieftine și transportă sarcina. Cu toate acestea, acestea sunt conectori de cupă de lipit. Cupele vor trebui să fie umplute cu lipit pentru a îndeplini specificațiile. Imprimantele din seria Ender folosesc acești conectori pentru paturile lor încălzite. Deci, aceasta este o alegere foarte bună.

Ceilalți conectori pe care îi voi folosi sunt terminale cu șurub de 5 mm. Acestea sunt ieftine și funcționează bine în acest tip de aplicație.

Micul radiator necesar pentru MOSFET este integrat în placa de circuit. Aceasta este atât o idee bună, cât și una proastă. Este bun pentru cost; totuși, dacă piesa se încălzește prea mult, placa se va delamina. Trebuie să fii foarte fierbinte mult timp pentru ca acest lucru să se întâmple. Pentru temperaturi extreme, un radiator din aluminiu ar fi mult mai bun. Cel mai probabil, dacă placa rulează 60 Amperi, va trebui utilizat un ventilator. De aceea, găurile radiatorului sunt puțin mai mari. Pentru a lăsa aerul să treacă prin tablă. Am mai făcut asta înainte și funcționează incredibil de bine. Dar este o creștere costă puțin. Dar costul este mai mic decât un radiator de aluminiu.

În cele din urmă, fiecare canal este independent. Terenurile și liniile de alimentare nu sunt conectate, chiar dacă în schemă au același nume net. În acest fel, placa de control ar putea fi la 12v, patul încălzit la 24v, iar la hotend la 12v. Vă oferă opțiuni.

Pasul 5: Construirea consiliului

Folosesc KiCad. Există un plugin pentru acesta care creează o listă interactivă. Evidențiați doar linia din BOM și luminează locurile pe care merge. Este pluginul meu preferat pentru KiCad. Pluginul generează un fișier HTML autonom. (AICI). Deci, fișierul este portabil. Îl folosesc pe tableta mea (sau pe telefon) când construiesc plăci.

Am primit panourile cu puțin timp în urmă. După cum puteți vedea, această versiune arată puțin diferită de celelalte secțiuni. Plăcile pe care le-am construit acolo unde prototipuri (în imaginea de mai jos). Toate feedback-urile de proiectare pe care le-am primit în urma testării au revenit la proiectare. Dacă observați, de asemenea, lipsesc R12 și R22. Am uitat să adaug un rezistor de purjare. Mare greșeală. Am avut o operație ciudată un pic până când am văzut ce lipsește. Apoi, a trebuit să-i „înșel mort”.

Fișierul de proiectare a plăcii din depozitul git este cea mai recentă versiune și are toate remedierile de erori.

Dar iată-l; în toate este glorie. (inserați efectul de sunet Angels cântând)

Pasul 6: În funcțiune - Dovada budincii este în masă

Am început să testez plăcile. Deci, primul lucru pe care l-am observat este că LED-ul strălucește ca soarele. Înțeleg, LED-ul nu trebuie să fie atât de luminos. Dar când va fi adânc în imprimanta dvs., îmi veți mulțumi. Cu excepția cazului în care aveți un Anet A8. Dacă acesta este cazul, păstrează doar niște ochelari de soare ca și mine.

Aș putea schimba probabil R15 și R25. Dar gama largă de tensiuni de alimentare (10v-40v) mă face să ezit.

Am o sursă de 29V 25Amp. Mi-am reglat sursa de alimentare Meanwell de 24v la 29v. Am și un pat rotund încălzit de 400 mm, care are 400 de wați la 24v. La 29 de volți vom extrage exact 20 de AMP. Deci, 20 Amperi este cel mai bun pe care îl voi obține.

Măsurarea a fost luată din partea negativă a J11 și J12. Practic peste MOSFET. Dar s-a făcut la conectori. Unde se conectează firele. Placa a scăzut 23mVolți la 20Amps. Acest lucru ar pune rezistența totală a dispozitivului la 1,15 mOhms. Acesta este MOSFET, placa și conectorii. Asta este foarte bine dacă o spun și eu. (și a existat multă jubilare)

Pasul 7: Alăturat

OK, până la urmă aș vrea să spun că Consiliul meu câștigă. Are tot ce ți-ai putea dori. Iată comparația. Cu toate acestea, costul pentru construirea acestui tip este prea mare.

Spec	MOSFET comun	MOSTER FET
Tensiunea maximă	Necunoscut	40V
Max Curent	25 Amperi	60 Amperi
Declanșator reversibil	da	da
Opto izolat	Poate	da
Cost (2 canale)	$12.99	$14.99
Canale	1	2

Voi pretinde că pot construi mii din acestea.

Dacă aveți de gând să faceți o afacere de vânzare a pieselor de imprimantă 3D, trebuie să aveți o marjă de profit de 40% sau mai mult. Ar fi mai bine dacă ar fi mult mai mare, dar acesta este minimul de care aveți nevoie pentru a rămâne pe linia de plutire. Am presupus un cost de 3,50 USD pentru BOM și 3,76 $ pentru costul de fabricație. Am avut citatul în câteva locuri locale. Dacă vindeți pe Amazon sau E-bay, acestea vă vor atrage cu 30% comisioane de card de credit, taxe PayPal și taxe de vânzare. Crede-mă, funcționează până la 30%. Îți vor spune diferit, dar toate cele spuse și gata, obțin 70% din tot ce a fost vândut.

Această placă trebuie să fie de 15,99 USD pentru a fi cu adevărat viabilă. Cu toate acestea, piața DIY este foarte sensibilă la preț. Deci, setați-l la 14,99 USD. Puteți revinde întotdeauna pe suporturi de montare sau kituri de cabluri.

Celălalt lucru pe care îl vedeți aici este că placa comună este puternic comercializată. O mulțime de videoclipuri DIY pe care le puteți găsi oriunde. Piața DIY vrea să știe că funcționează și cum să o folosească. Doar aproximativ 10% din acea piață încearcă ceva nou sau sunt primii adoptatori. Doar aproximativ 3% dintre aceștia publică date sau fac un videoclip „CUM SE”. Pe scurt, probabilitatea de a vinde 10.000 de bucăți într-un an este foarte mică.

Cel mai mult acest lucru s-ar vinde este de aproximativ 100 pe an, dacă vă pricepeți la asta. Prețul la acest nivel este de 24,99. Numai BOM este de 13,00 USD.

Pe scurt, nu un produs viabil. Dacă aș putea reduce MOSFET-ul în intervalul de preț cuprins între 0,75 și 1,00 USD, s-ar putea să funcționeze.

Dar a fost distractiv de făcut. Cred că este un design mai bun, dar din nou am făcut-o.

Bucurați-vă de tablă !!! (AICI)

Actualizați:

Am găsit un MOSFET care este capabil de sub $ 1.00 Dacă doriți o placă complet construită, le am pe e-bay. (AICI) sau versiunea canalului Sigle (AICI)