MOSTER FET - Dual 500Amp 40 voltos MOSFET 3d nyomtató fűtött ágy meghajtók: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Valószínűleg erre a gondolkodó szent tehénre kattintott, 500 AMPS !!!!!. Hogy őszinte legyek, az általam tervezett MOSFET tábla nem képes biztonságosan 500Amp -re. Lehet, hogy egy rövid ideig, mielőtt izgatottan lángra lobbant.

Ezt nem okos trükknek tervezték. NEM az volt a gonosz tervem, hogy az oktathatómba csábítsam (ide illessze be az őrült tudós nevetést). Pontot akartam tenni. A 3D nyomtatók és alkatrészeik hirdetése nagyon félrevezető lehet. Különösen az olcsó DIY piacon.

Ennek egyetlen esetét fogom feltárni. Egy közös MOSFET kártya, amely a 3D nyomtató alaplapjának védelmét szolgálja a sérülésektől. Ezeket arra is használják, hogy a pintert erősebb fejű ágyra frissítsék. Általában több nyomtatási területtel.

Fél tucat különböző kivitel van a piacon. A legtöbb ilyen óriás hűtőbordával rendelkezik, és nagyon lenyűgözően néznek ki. De ennek nagy része trükk.

Miközben az egyik ilyen táblát elemezzük; Megtervezem a sajátomat. Miután megnéztem, mi van a piacon, úgy döntöttem, hogy jobbat tudok csinálni. Tehát tervezek egy nyílt forráskódú, nyílt képességekből álló táblát, amely rendkívül jól végzi a munkát.

Az általam megcélzott dizájn egy 40v -os 60Amp kettős MOSFET kártya. Nem 1 csatorna, hanem 2. Egy a fűtött ágyhoz és egy a melegítőhöz. A tervezés mögött egy történet áll. Azok számára, akiket nem érdekel a tábla mögötti történet, egyenesen a tábla forrásfájljaihoz léphet.

Ki-Cad forrásfájlok

Kellékek

Ennek a táblának minden lábnyomát kézzel forrasztják.

Eszközök:

• Csipesz
• Forrasztópáka
• Forrasztó
• Snips for Electronics

BOM:

Hivatkozások	Szállítói cikkszám	Támogató	Érték	Mennyiség
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	3,6 ezer	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Digi-Key	1,99 ezer	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
UGRÓZÓK	10 AWG tömör huzal

1. lépés: Hogyan kapja meg a tényeket, de nem azt jelenti, amit vásárol

A képen látható MOSFET tábla nagyon gyakori. Megtalálható az eBay -n, az Ali Express -en, az Amazon -on és rengeteg más helyen. Ez is nagyon olcsó. 2 -ért akár 5,00 dollárt is fizethet.

A címsor általában "210 Amp MOSFET". Igaz, hogy a MOSFET egy 210 amperes MOSFET. A teljes termék azonban csak 25 A -t képes teljesíteni. A korlátozó tényező a NYÁK és a csatlakozó.

Mint később látni fogjuk, a NYÁK valószínűleg még inkább korlátozza a tervezést. A réznyomok nem tűnnek túl vastagnak.

Tehát elmondták az igazat a MOSFET -ről, de nem a teljes termékről.

Itt is sok marketing folyik. Lásd azt az óriási hűtőbordát. A legtöbb ember azt hiszi, hogy ez nagyon erős rész lehet. Az igazság az, hogy ha ez a rész SZÜKSÉGET igényel a MOSFET hűtőbordájára, akkor sok energiát veszteget. Ez az energia mehetett a nyomtatóágy fűtésére. A nagy hűtőborda nem jó jel. De ezt várjuk a nagy teljesítményű eszközökön. A legjobb, amit elmondhatok erről a részről, csak marketing célra szolgál, legalább 25 A -nál.

Olyan terméket szeretnék tervezni, amely jól végzi a dolgát, jó minőségű, alacsony költségű, és nagyon egyenes a képességeivel.

2. lépés: Az áramkör magja: a MOSFET

Szeretném, ha a tervezés nagyon hatékony lenne. Ez alacsony energiaveszteséget jelentene az eszközön. Tehát az ellenállás az ellenségem. A MOSFET -ek feszültségvezérelt ellenállásként működnek. Tehát amikor le vannak kapcsolva, az ellenállásuk nagyon nagy. Amikor be vannak kapcsolva, ellenállásuk nagyon alacsony. Valójában ennél sokkal több történik. A vitánkhoz azonban elég jó lesz.

A paraméter, amire figyelnünk kell a MOSFET adatlapján, az "RDS on".

Az általam kiválasztott MOSFET az Infineon Technologies által gyártott AUIRFSA8409-7P volt. A legrosszabb esetben az RDSon 690u ohm. Igen, ez volt a helyes mikro ohm. De az alkatrész drága. 6,00 dollár körül. egyért. A tervezés többi része nagyon olcsó alkatrész lesz. A jó tervezés azt jelenti, hogy jó MOSFET -et választunk. Tehát, ha fröcsögni akarunk, akkor ez az a terület, ahol töprengni kell.

Itt egy link az adatlapra

Figyelje meg, hogy ez a rész 523Amp MOSFET. Az Id áram azonban 360Amp -re korlátozódik. Az ok kettős.

1. Az alkatrészcsomag nem képes elegendő hőt elvezetni az 523 amper fenntartásához.
2. Nincs elegendő kötőhuzal a szerszámon 625Amp -re. Így a „kötés korlátozott”

A tervezést 60Amp -re korlátozom. Az ellenállás alacsony, így nagyon nagy hatékonyságot fogok elérni egy kis területen.

Az alkatrész körülbelül 1,8 Wattot veszít a maximális áramerősség mellett. (R x I^2) Ennek a résznek a hőállósága 40 ° C/Watt. (Kattintson ide, hogy megértse, milyen számításokat végeznek). Tehát a maximális áramfelvételnél a környezeti hőmérséklet felett 72 ° -kal leszünk. Az adatlap a készülék maximális hőmérsékletét 175 ° C -ra írja. Ha azonban 25 ° C környezeti hőmérsékletet számolunk, akkor alig 100 ° C alatt vagyunk. Szükségünk lesz egy kis hűtőbordára és egy ventilátorra, teljes terhelés mellett.

Mindez feltételezi, hogy 15V van a kapuban. Ha 10V alá süllyedünk, valóban fűtési problémáink vannak.

A hatékonyság (40 V -ot feltételezve) 2400 watt lesz, 1,8 watt vesztegetés. Körülbelül 99,92%.

Tápegység	Kézbesítve	Elveszett	Hatékonyság
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Tehát példatermékünk 220 Amp MOSFET -el rendelkezett. Van egy 523Amp -os MOSFET -em, és az ostoba dolog még mindig forró. A lényeg itt az, hogy a megadott áram nem nagy mutatója a teljesítménynek. Jobb specifikáció lenne a kártya és a MOSFET teljes ellenállása. Ez az egy specifikáció szinte mindent megad, amit tudnia kell.

3. lépés: Egyéb kulcskomponensek

A MOSFET kártya általában a nyomtató fűtött ágy kimenetét használja vezérlőjelként. Az U11 kétirányú optocsatoló. Ennek a résznek több célja van.

1) Nem vezetheti be rosszul a bemenetet. Ez egy kis dummy proofing. Az alaplap vagy lemeríti az áramot, vagy nem. Tehát a bemeneti trigger azon alapul, hogy van -e áram a vezérlőpanel fűtött ágycsapjai között.

2) Válassza le a nagy teljesítményű oldalt a kis teljesítményű vezérlőpaneltől. Ez lehetővé teszi, hogy magasabb feszültséget használjon a fűtött ágyon. Például rendelkezhet 12 voltos vezérlőpanellel és 24 voltos fűtött ággyal. Az alapokat nem kell összekötni (teljesen el kell különíteni). Óriási 3750 Vrm -es szigeteléssel rendelkezik.

3) A fűtött ágy távvezérlése. A tápegység, a fűtött ágy és a MOSFET kártya a nyomtató teljesen más részén lehet, mint a vezérlőkártya. A vezérlővonalak az áramláson alapulnak, így a zaj nem jelent problémát. A tábla meglehetősen távol lehet a vezérlőpaneltől. A nehéz elektromos vezetékek drágák. Sok értelme van annak, ha az összes nagy teljesítményű cucc egy helyen van.

4) Túl tudom hajtani a MOSFET kapuját, és még jobban csökkenteni az RDSon ellenállást. De nem léphetem túl a 20 voltot, különben a MOSFET meghal. Erre szolgál a Ziner (D11); hogy a kaput 15V -ra szorítsa.

Az utolsó fontos összetevő az R12. Ez egy légtelenítő ellenállás. A FET kapuján kondenzátor található. Minden MOSFET képes erre. Minél erősebb a MOSFET, annál nagyobb a kapacitás. Mint egy ökölszabály. Tehát amikor az U11 kikapcsol, ki kell ürítenünk azt a kapufeltöltőt. Ellenkező esetben nagyon lassú kikapcsolási időt kapunk. Mindezek mellett az U11 -nek van egy kis szivárgása. Ha az R12 hiányzik, a kapufedél feltöltődik, és a kapu meghaladja a Vgsth értéket, és a MOSFET bekapcsol. Ez tartja a kaput lehúzva.

4. lépés: A tábla kialakítása - ez az egyik legfontosabb tervezési pont

Oké, most térjünk rá a NYÁK -tervezésre.

Kezdjük néhány egyszerű döntéssel. Hogy hívják és milyen színű legyen? Igen, marketing. Az emberek szeretik a szépnek tűnő dolgokat. A műszaki dolgoknak tiszta vonalakkal kell rendelkezniük, és jól kell nézniük. A másik dolog, hogy a szín fontos. Úgy tűnik, hogy az emberek erős veszélyes dolgokat társítanak a fekete színhez. Gondoljunk csak a swat team verseire a helyi rendőrségre. Mindkettőnek van tekintélye. De őszintén szólva engem inkább a helyi zsaru vonz, mint egy swat csapat. Tehát a színe fekete.

Most minek nevezzem. Mivel a 60 Amper szörnyen nagy MOSFET, gondoltam, hogy MOSTER FET -nek fogom hívni. Oké, tudom, hogy szar. De, a fenébe is, Jim, mérnök vagyok, nem marketingszakember. Még egy jó logót is készítettem. Ismétlem, nem vagyok marketingszakember.

Az áramköri lap következő legfontosabb döntése a réz vastagsága. Az áramköri lapoknak 60 A teljes terhelést kell viselniük. Tehát számos dolgot tehetünk annak érdekében, hogy ez megtörténjen. Rövid nyomok, széles szélesség és vastag réz. Mindezek csökkentik a nyomokkal szembeni ellenállást.

A nyomtatott áramköri lap rézvastagsága unciában van megadva. Tehát 1 uncia réz súlya 1 uncia 1 négyzetméterenként. Tehát 4 uncia réz 4 -szer vastagabb lenne. Az áram négyszeresét is hordozná. Némi elemzés után rájöttem, hogy a költségek nem emelkednek lineárisan a réz vastagságával. A PCBWAY (itt) gyors árajánlatát használom az alaplap költségének meghatározásához. (ez egyike azoknak a visszarúgási linkeknek, amelyek segítenek a táblák készítésében) Ha több ezer táblát építenék, a költséggörbe lapulna. De én nem.

Réz vastagsága	Költség 10 -ért	NYÁK mérete
1 uncia	$23.00	50 x 60 mm
2oz	$50.00
3 oz	$205.00
4oz	$207.00
5oz	$208.00
6oz	$306.00
7 oz	$347.00
8oz	$422.00

Probléma van a Think réz táblákkal is. Minél vastagabb a réz, annál tovább tart a maratás, és annál több részletet veszít. Ez alapvetően azt jelenti, hogy a nyomvonalaknak nagyon széleseknek kell lenniük. Ez azt is jelenti, hogy a minimális nyomszélesség meglehetősen nagy. Ebben a kialakításban megengedhetem magamnak. Két csatornát szeretnék elhelyezni ugyanabban a térben, ahol korábban az egyik volt. Tehát 1oz réz.

Ez azonban egy másik problémát fog okozni. 1 uncia réz nem viseli a terhet. A táblám látványosan drága biztosíték lesz.

Csatornánként csak három nyom van, amelynek nagy áramterhelésre van szüksége. Amint az a képen is látható, hat nyomon eltávolítottam a forrasztómaszkot. A tervem túl forrasztani a 12AWG tömör huzalt ezeken a nyomokon. Általában ez nem lenne nagy terv. Az alaplap költsége azonban nem mérlegeli az extra alkatrészek költségeit. Arról nem is beszélve, hogy a rézhuzalt egyedi vágásra és formázásra lesz szükség; megnehezíti a tömegtermelés gyártását. Röviden: nem leszek híres vagy gazdag.

A példatáblánknak itt lehet egy másik problémája. A réz vastagsága ezen a táblán nagyon vékony. A nyomok szélesek. De valamikor ez már nem segít. Az összes áram egyetlen csapból egyetlen csapba érkezik. A szélesebb nyomok jobb hűtést tesznek lehetővé, de még mindig lesz néhány forró pont.

A tervem az, hogy a felületre szerelhető összes alkatrészt használom, kivéve a csatlakozókat. A felületre szerelhető csatlakozók túl könnyen letéphetők a tábláról. TX60 csatlakozókat is fogok használni az áramellátáshoz és a fűtött ágyhoz. Az RC világában használják őket. Olcsók és viselik a terhet. Ezek azonban forrasztópohár -csatlakozók. A poharakat meg kell tölteni forrasztással, hogy megfeleljenek a specifikációknak. Az ender sorozatú nyomtatók ezeket a csatlakozókat használják fűtött ágyaikhoz. Szóval ez egy nagyon jó választás.

A többi csatlakozó, amelyet használni fogok, 5 mm -es csavaros csatlakozók. Olcsók és jól működnek az ilyen típusú alkalmazásokban.

A MOSFET -hez szükséges kis hűtőborda beépítve van az áramköri lapba. Ez egyszerre jó és rossz ötlet. Költségnek jó; azonban, ha az alkatrész túl forró lesz, a tábla leválik. Valóban sokáig nagyon forrónak kell lenned ahhoz, hogy ez megtörténjen. Szélsőséges hőmérsékletek esetén az alumínium hűtőborda jó lenne. Valószínűleg, ha a tábla 60 amper teljesítményű, akkor ventilátort kell használni. Ezért a hűtőborda lyukak valamivel nagyobbak. Hogy a levegő áthaladjon a táblán. Én már csináltam ilyet, és hihetetlenül jól működik. De emeli a tábla költségeit egy kicsit. De még mindig olcsóbb, mint egy alumínium hűtőborda.

Végül minden csatorna független. A földelők és az elektromos vezetékek nincsenek összekötve, annak ellenére, hogy a sematikus ábrán azonos hálózati névvel rendelkeznek. Ily módon a vezérlőpanel 12, a fűtött ágy 24, és a melegvíz 12 V feszültségű lehet. Lehetőségeket ad.

5. lépés: A tábla felépítése

KiCad -ot használok. Van egy bővítmény, amely interaktív BOM -ot hoz létre. Csak jelölje ki a vonalat a BOM -ban, és világít a helyeken, ahová megy. Ez a kedvenc plug-inem a KiCad számára A plugin önálló HTML-fájlt hoz létre. (ITT). Tehát a fájl hordozható. Táblagépemen (vagy telefonon) használom, amikor táblákat építek.

Röviddel ezelőtt megkaptam a táblákat. Mint látható, ez a verzió kissé eltér a többi résztől. A táblákat én építettem, ahol prototípusok (az alábbi képen). A tervezési visszajelzések, amelyeket tesztelés közben kaptam, visszatértek a tervezéshez. Ha azt is észreveszi, hogy az R12 és az R22 hiányzik. Elfelejtettem hozzáadni egy légtelenítő ellenállást. Nagy hiba. Furcsa műveletem volt egy darabig, amíg meg nem láttam, mi hiányzik. Aztán "halott bogarat" kellett adnom nekik.

A git adattárban található táblaterv fájl a legújabb verzió, és minden hibajavítást tartalmaz.

De itt van; minden dicsőségében. (illessze be az angyalok énekhanghatását)

6. lépés: Működés közben - a puding bizonyítéka az evésben

Elkezdtem tesztelni a táblákat. Tehát az első dolog, amit észrevettem, hogy a LED úgy ragyog, mint a nap. Igen, értem, hogy a LED -nek nem kell olyan fényesnek lennie. De ha mélyen a nyomtató belsejében lesz, megköszönni fogja. Hacsak nem rendelkezik Anet A8 -mal. Ha ez a helyzet, akkor készítsen néhány napszemüveget, mint én.

Valószínűleg csak az R15 -öt és az R25 -öt cserélhetném. De a tápfeszültség (10v-40v) széles tartománya tétovázik.

Van egy 29V -os 25A -es tápegységem. A 24 V -os Meanwell tápegységet 29 V -ra állítottam. Van egy 400 mm -es kerek fűtött ágyam is, ami 400 Watt 24 V -on. 29 voltnál pontosan 20 AMPS -t húzunk. Tehát a 20 amper a legjobb, amit kapok.

A mérést a J11 és J12 negatív oldaláról vettük. Alapvetően a MOSFET -en keresztül. De ez a csatlakozóknál történt. Ahol a vezetékek csatlakoznak. A tábla 23mVoltot esett 20Amp -en. Ez az eszköz teljes ellenállását 1,15mOhm -ra tenné. Ez a MOSFET, a kártya és a csatlakozók. Ez nagyon jó, ha magam is ezt mondom. (és sok volt az öröm)

7. lépés: Egymás mellett

Rendben, a végén azt szeretném mondani, hogy a testületem nyer. Minden benne van, amit csak akarhat. Itt az összehasonlítás. Ennek a fickónak az építési költsége azonban túl magas.

Spec	Gyakori MOSFET	MOSTER FET
Max feszültség	Ismeretlen	40V
Max Curent	25 amper	60 amper
Megfordítható trigger	Igen	Igen
Opto elszigetelt	Talán	Igen
Költség (2 csatorna)	$12.99	$14.99
Csatornák	1	2

Úgy teszek, mintha több ezer ilyet építhetnék.

Ha 3D nyomtató alkatrészek értékesítésével kíván foglalkozni, akkor 40% -os vagy annál nagyobb haszonkulccsal kell rendelkeznie. Jobb lenne, ha sokkal magasabb lenne, de ez a minimum, amire szüksége van a talpon maradáshoz. 3,50 USD BOM költséget és 3,76 USD gyártási költséget feltételeztem. A táblát néhány helyi helyen idéztem. Ha az Amazonon vagy az E-bay-en értékesít, akkor 30% -os hitelkártya-, PayPal- és értékesítési díjat számítanak fel. Hidd el, ez 30%-ig beválik. Ők mást fognak mondani, de mindenki azt mondta, hogy megkapom az eladott termékek 70% -át.

Ennek a táblának 15,99 dollárnál kell lennie ahhoz, hogy valóban életképes legyen. A barkácspiac azonban nagyon érzékeny az árra. Tehát állítsa 14,99 dollárra. A szerelőkonzolokon vagy a vezetékkészleteken bármikor értékesíthet.

A másik dolog, amit itt lát, az, hogy a közös táblát erősen forgalmazzák. Rengeteg DIY videó, amelyeket bárhol megtalálhat. A barkácspiac szeretné tudni, hogy működik és hogyan kell használni. A piacnak csak mintegy 10% -a próbál ki valami újat, vagy első alkalmazók. Ezeknek csak körülbelül 3% -a tesz közzé bármilyen adatot, vagy csinál egy "HOGYAN" videót. Röviden, annak valószínűsége, hogy évente 10 ezer darabot értékesítenek, nagyon kicsi.

Ez a legtöbb, amit évente körülbelül 100 eladna, ha jó. Az ár ezen a szinten 24,99. A BOM önmagában 13,00 USD.

Röviden, nem életképes termék. Ha a MOSFET -et le tudnám csökkenteni 0,75–1,00 dolláros árkategóriában, akkor működhet.

De szórakoztató volt elkészíteni. Szerintem ez jobb dizájn, de aztán megcsináltam.

Élvezze a táblát !!! (ITT)

Frissítés:

Találtam egy MOSFET-et, amely 1,00 dollár alatti áron képes. Ha teljesen felépített táblát szeretne, az e-bay-en van. (ITT) vagy a Sigle csatorna verziója (ITT)