MOSTER FET - Dvostruki 500Amp 40 V MOSFET 3D pisač, upravljački programi s grijanim krevetima: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Vjerojatno ste kliknuli na ovu misleću svetu kravu, 500 AMPS !!!!!. Da budem iskren, MOSFET ploča koju sam dizajnirao neće moći sigurno raditi 500Apera. Mogao bi nakratko, neposredno prije nego što je uzbuđeno izbio plamen.

Ovo nije zamišljeno kao pametan trik. NIJE bio moj zao plan da vas namamim u svoje instrukcije (ubacite smijeh ludog znanstvenika ovdje). Htio sam naglasiti. Oglašavanje 3D pisača i njihovih komponenti može biti vrlo pogrešno. Pogotovo na jeftinom DIY tržištu.

Istražit ću samo jedan takav slučaj. Uobičajena MOSFET ploča koja se koristi za zaštitu glavne ploče 3d pisača od oštećenja. Također se koriste za nadogradnju pintera u snažniji krevet s glavom. Općenito s većom površinom ispisa.

Na tržištu postoji pola tuceta različitih dizajna. Većina ima ove ogromne hladnjake i izgledaju vrlo impresivno. Ali većina toga je trik.

Dok analiziramo jednu od ovih ploča; Idem dizajnirati vlastiti. Nakon što sam pogledao što je na tržištu, odlučio sam da bih mogao bolje. Dakle, dizajnirat ću Open Source Open Capabilities ploču koja će posao obaviti izuzetno dobro.

Dizajn na koji ciljam je dvostruka MOSFET ploča od 40V 60Amp. Ne 1 kanal nego 2. Jedan za grijani krevet i jedan za hotend. Iza dizajna stoji priča. Za one od vas kojima nije stalo do priče iza ploče, možete prijeći izravno na izvorne datoteke ploče.

Ki-Cad izvorne datoteke

Pribor

Svi otisci za ovaj dizajn ploče ručno su lemljeni.

Alati:

• Pinceta
• Lemilica
• Lem
• Isječci za elektroniku

BOM:

Reference	Dobavljač br	Dobavljač	Vrijednost	Količina
C11, C21	CL21B103KBANNND-ND	Digi-ključ	10000pF	2
R11, R21	311-1,00KFRCT-ND	Digi-ključ	1,0K	2
R15, R25	311-3,60KFRCT-ND	Digi-ključ	3,6 tisuća	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Digi-ključ	1,99 tisuća	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
P11, P21	AUIRFSA8409-7P-ND	Digi-ključ	AUIRFSA8409-7P	2
J11, J21	PRT-10474	Iskra Fun	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	Iskra Fun	XT-60-F	2
JUMPERS	10 AWG žica s punom jezgrom

Korak 1: Kako ste upoznati s činjenicama, ali ne predstavlja ono što kupujete

MOSFET ploča na toj slici vrlo je česta. Možete ga pronaći na eBayu, Ali Expressu, Amazonu i hrpi drugih mjesta. Također je vrlo jeftin. Za 2 možete platiti već 5,00 USD.

Naslov je obično "210 Amp MOSFET". Istina je da je MOSFET MOSFET od 210 amp. Međutim, cijeli proizvod može raditi samo 25 Ampera. Ograničavajući faktor su PCB i konektor.

Kao što ćemo vidjeti kasnije, PCB vjerojatno još više ograničava dizajn. Bakreni tragovi ne izgledaju jako debeli.

Rekli su vam istinu o MOSFET -u, ali ne i o cijelom proizvodu.

Ovdje se događa i dosta marketinga. Pogledajte taj ogromni hladnjak. Većina ljudi misli da bi to trebao biti prilično snažan dio. Istina je, ako taj POTREBNI dio koji hladi MOSFET troši puno energije. Ta je energija mogla otići u zagrijavanje ležišta za ispis. Veliki hladnjak nije dobar znak. Ali to je ono što očekujemo vidjeti na uređajima velike snage. Najbolje što mogu reći je ovaj dio samo za marketing, barem na 25 Ampera.

Želim dizajnirati proizvod koji dobro radi svoj posao, dobre je kvalitete, niske cijene i vrlo je jasan u svojim mogućnostima.

Korak 2: Jezgra kruga: MOSFET

Želim da dizajn bude vrlo učinkovit. To bi značilo mali gubitak energije na čitavom uređaju. Dakle, otpor je moj neprijatelj. MOSFET -ovi se ponašaju kao otpornik kontroliran naponom. Dakle, kad odu, njihov otpor je vrlo velik. Kad su uključeni, njihov otpor je vrlo nizak. Zapravo se događa mnogo više od toga. Međutim, za našu raspravu to će biti dovoljno dobro.

Parametar na koji bismo trebali obratiti pozornost u MOSFET podatkovnom listu je "RDS uključen".

MOSFET koji sam odabrao bio je AUIRFSA8409-7P tvrtke Infineon Technologies. U najgorem slučaju RDSon je 690u Ohma. Da, to su bili točni mikro ohmi. Ali dio je skup. Oko 6,00 USD. za jednog. Ostatak dizajna bit će vrlo jeftine komponente. Imati dobar dizajn znači odabrati dobar MOSFET. Dakle, ako ćemo se razmetati, ovo je područje za razmetanje.

Ovdje je veza na podatkovni list

Primijetite da je ovaj dio 523Amp MOSFET. Međutim, Id struja je ograničena na 360 Ampera. Razlog je dvojak.

1. Paket dijelova ne može odvesti dovoljno topline za održavanje 523 ampera.
2. Nemaju dovoljno žica za spajanje na matrici za 625Amps. Tako je "Bonding limited"

Ograničit ću dizajn na 60 ampera. Otpor je nizak pa ću postići jako veliku učinkovitost na malom području.

Dio će trošiti oko 1,8 W pri maksimalnoj potrošnji struje. (R x I^2) Toplinski otpor za ovaj dio je 40 ° C/Watt. (kliknite ovdje da biste razumjeli koji se izračuni rade). Tako ćemo pri maksimalnoj struji biti na 72 stupnja iznad ambijenta. U podatkovnom listu navodi se da je maksimalna temperatura uređaja 175 stupnjeva C. Dobro smo pod tim popisom. Međutim, ako uzmemo u obzir temperaturu okoline od 25 ° C, tada smo nešto ispod 100 ° C. Trebat će nam mali hladnjak i ventilator pri punom opterećenju.

Sve ovo pretpostavlja da imamo 15V na vratima. Kad padnemo ispod 10V, zaista imamo problema s grijanjem.

Učinkovitost će (pod pretpostavkom 40 V) biti isporučena 2400 vati, uzalud potrošeno 1,8 vata. Oko 99,92%.

Napajanje	Isporučeno	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 primjer proizvoda imao MOSFET od 220Amp. Imam MOSFET od 523Amp i blesava stvar se i dalje zagrijava. Ovdje želim reći da navedena struja nije sjajan pokazatelj izvedbe. Bolja specifikacija bila bi ukupna otpornost ploče i MOSFET -a. Ova vam specifikacija daje gotovo sve što trebate znati.

Korak 3: Ostale ključne komponente

MOSFET ploča obično koristi izlaz grijanog sloja pisača kao svoj upravljački signal. U11 je dvosmjerni optički sprežnik. Ovaj dio ima nekoliko namjena.

1) Ne možete pogrešno spojiti ulaz. Ovo je malo lažna provjera. Glavna ploča će ili potonuti ili neće. Dakle, ulazni okidač temelji se na tome imamo li ili nemamo protok struje između upravljačkih ploča grijanih ležajeva.

2) Izolirajte stranu velike snage od upravljačke ploče male snage. To će vam omogućiti korištenje većeg napona na grijanom krevetu. Na primjer, možete imati upravljačku ploču od 12 volti i grijani ležaj od 24 volta. Uzemljenje ne mora biti povezano (potpuno izolirano). Imate ogromnih 3750 Vrma izolacije.

3) Daljinski upravljajte grijanim ležajem. Napajanje, grijani ležaj i MOSFET ploča mogu biti u potpuno drugom odjeljku pisača od upravljačke ploče. Upravljačke linije temelje se na strujnom toku tako da buka nije problem. Ploča bi mogla biti prilično udaljena od upravljačke ploče. Žice velike snage su skupe. Imati sve stvari velike snage na jednom mjestu ima smisla.

4) Mogu prebroditi vrata MOSFET -a i još više smanjiti otpor RDSon -a. Ali ne mogu preći 20 volti ili MOSFET umire. Tome služi Ziner (D11); za stezanje vrata na 15v.

Posljednja važna komponenta je R12. Ovo je otpornik za odzračivanje. Na vratima FET -a je kondenzator. Svi MOSFET -i rade. Što je MOSFET snažniji, kapacitet je veći. Kao opće pravilo. Dakle, kad se U11 isključi, moramo isprazniti taj kapisistor vrata. U suprotnom ćemo dobiti vrlo sporo vrijeme isključivanja. Uz sve to, U11 ima i malo curenja. Ako je nedostajao R12, kapa vrata bi se napunila, a vrata bi premašila Vgsth i uključio bi se MOSFET. Ovo održava vrata spuštenima.

Korak 4: Dizajn ploče - jedna je od najvažnijih točaka dizajna

U redu, sad idemo na dizajn PCB -a.

Počnimo s nekim od jednostavnih odluka. Kako ga nazvati i koje boje bi trebao biti. Da, marketing. Ljudi vole stvari koje izgledaju lijepo. Tehničke stvari trebaju imati čiste linije i izgledati, pa, tehnički. Druga stvar je da je boja važna. Čini se da ljudi povezuju moćne opasne stvari s crnom bojom. Razmislite o timu policije o lokalnoj policiji. Oboje imaju autoritet. Ali iskreno rečeno, radije bih da me povuče moj lokalni policajac nego specijalci. Dakle, boja je crna.

E sad kako to nazvati. Budući da je 60 Ampera monstruozno veliki MOSFET, mislio sam da ću ga nazvati MOSTER FET. Ok znam da je otrcano. Ali, dovraga Jim, ja sam inženjer, a ne marketinški profesionalac. Čak sam napravio i cool logo. Opet, nisam marketinški profesionalac.

Sljedeća najvažnija odluka za pločicu je debljina bakra. Tragovi tiskane ploče moraju podnijeti puno opterećenje od 60 Ampera. Dakle, postoji nekoliko stvari koje možemo učiniti da se to dogodi. Kratke duljine tragova, široke širine i debeli bakar. Sve ove stvari smanjuju otpornost na tragove.

Debljina bakra na tiskanoj ploči navedena je u uncama. Dakle, 1 unca bakra teži 1 uncu po 1 kvadratnom metru. Dakle, bakar od 4 unce bio bi 4 puta deblji. Također bi nosio 4 puta veću struju. Nakon neke analize otkrio sam da se cijena ne povećava linearno s debljinom bakra. Koristim (ovdje) brzu ponudu PCBWAY -a za određivanje cijene ploče. (to je jedna od onih povratnih veza, pomaže u izradi ploča) Da sam gradio tisuće ploča, krivulja troškova bi se izravnala. Ali ja nisam.

Debljina bakra	Cijena 10	Veličina PCB -a
1oz	$23.00	50 mm x 60 mm
2 oz	$50.00
3 oz	$205.00
4oz	$207.00
5 oz	$208.00
6oz	$306.00
7oz	$347.00
8oz	$422.00

Postoji i problem s think bakarnim pločama. Što je bakar deblji, potrebno je duže vrijeme za jetkanje i gubite više detalja. U osnovi to znači da razmak tragova mora biti doista širok. To također znači da je minimalna širina traga prilično velika. U ovom dizajnu to si mogu priuštiti. Želim postaviti dva kanala u isti prostor u kojem je prethodno bio jedan. Dakle, to je bakar od 1 oz.

Međutim, to će uzrokovati još jedan problem. 1 unca bakra neće nositi teret. Moja će ploča biti spektakularno skup osigurač.

Postoje samo tri traga po kanalu koji moraju imati veliko strujno opterećenje. Kao što možete vidjeti na slici, uklonio sam masku za lemljenje na šest tragova. Moj plan je previše lemiti žicu s čvrstom jezgrom 12AWG na te tragove. Obično ovo ne bi bio sjajan plan. Međutim, troškovi ploča premašuju troškove dodatnih komponenti. Da ne spominjem da će bakrenu žicu trebati prilagođavati i oblikovati; što otežava masovnu proizvodnju. Ukratko, niti ću postati slavan niti bogat.

Ovdje naša primjerna ploča može imati još jedan problem. Debljina bakra na toj ploči vrlo je tanka. Tragovi su široki. Ali u jednom trenutku to više ne pomaže. Sva struja dolazi s jednog na jedan pin. Širi tragovi omogućuju bolje hlađenje, ali i dalje ćete imati neke vruće točke.

Moj plan je koristiti sve dijelove za površinsko montiranje osim konektora. Priključci za površinsko montiranje prejednostavno se otkidaju s ploče. Također ću koristiti TX60 konektore za napajanje i grijani krevet. Koriste se u svijetu RC -a. Oni su jeftini i nose teret. Međutim, oni su konektori za čaše za lemljenje. Šalice će se morati napuniti lemljenjem kako bi zadovoljile specifikacije. Pisači serije ender koriste ove priključke za svoje grijane krevete. Dakle, ovo je stvarno dobar izbor.

Drugi konektori koje ću koristiti su 5 mm vijčani terminali. Oni su jeftini i dobro funkcioniraju u ovoj vrsti aplikacije.

Mali hladnjak potreban za MOSFET integriran je u ploču. Ovo je i dobra i loša ideja. Dobro je za trošak; međutim, ako se dio previše zagrije, ploča će se odložiti. Zaista morate dugo biti jako vrući da se to dogodi. Za ekstremne temperature aluminijski hladnjak bio bi mnogo bolji. Najvjerojatnije, ako ploča radi na 60 Ampera, trebat će se koristiti ventilator. Zato su rupe hladnjaka nešto veće. Za propuštanje zraka kroz ploču. To sam već radio i radi nevjerojatno dobro. No, to malo povećava troškove pansiona. No, i dalje je jeftiniji od aluminijskog hladnjaka.

Na kraju, svaki kanal je neovisan. Uzemljenje i dalekovodi nisu povezani, iako u shemi imaju isti neto naziv. Na ovaj način vaša upravljačka ploča može biti na 12v, grijani krevet na 24v, a na hotend na 12v. Daje vam mogućnosti.

Korak 5: Izgradnja ploče

Koristim KiCad. Za to postoji dodatak koji stvara interaktivnu BOM. Samo označite liniju u BOM -u i ona osvjetljava mjesta na koja ide. To je moj omiljeni dodatak za KiCad Dodatak generira samostalnu HTML datoteku. (OVDJE). Dakle, datoteka je prenosiva. Koristim ga na svom tabletnom uređaju (ili telefonu) kada gradim ploče.

Ploče sam dobio maloprije. Kao što vidite, ova verzija izgleda malo drugačije od ostalih odjeljaka. Ploče koje sam sagradio gdje su prototipovi (na slici ispod). Sve povratne informacije o dizajnu koje sam dobio tijekom testiranja vratile su se u dizajn. Ako primijetite i da nedostaju R12 i R22. Zaboravio sam dodati otpornik za odzračivanje. Velika pogreška. Imao sam neku čudnu operaciju neko vrijeme dok nisam vidio što nedostaje. Onda sam ih morao "mrtvo navući".

Datoteka za dizajn ploče u spremištu git najnovija je verzija i sadrži sve ispravke grešaka.

Ali evo ga; u svoj svojoj slavi. (umetnite Anđeo pjevajući zvučni efekt)

Korak 6: U radu - dokaz pudinga je u jelu

Počeo sam testirati ploče. Dakle, prvo što sam primijetio je da LED svijetli poput sunca. Da, shvaćam da LED ne mora biti tako svijetla. Ali kad bude duboko u vašem pisaču, bit ćete mi zahvalni. Osim ako naravno nemate Anet A8. U tom je slučaju samo posuda za sunčanje poput mene.

Vjerojatno bih mogao promijeniti samo R15 i R25. No, zbog širokog raspona napona napajanja (10v-40v), oklijevam.

Imam napajanje od 29V 25A. Prilagodio sam napajanje Meanwell napajanja od 24v na 29v. Također imam okrugli grijani krevet od 400 mm koji ima 400Watta pri 24v. Na 29 volti izvući ćemo točno 20 AMPS -a. Dakle, 20 ampera je najbolje što ću dobiti.

Mjerenje je uzeto s negativne strane J11 i J12. U osnovi preko MOSFET -a. Ali to je učinjeno na konektorima. Tamo gdje se žice spajaju. Ploča je pala na 23mV Volta pri 20A. Time bi ukupni otpor uređaja bio 1,15mOhms. To su MOSFET, ploča i priključci. To je stvarno dobro ako ja to kažem. (i bilo je puno veselja)

Korak 7: Rame uz rame

OK, na kraju bih želio reći da moja Uprava pobjeđuje. Ima sve što možete poželjeti. Evo usporedbe. Međutim, troškovi izgradnje ovog tipa su previsoki.

Spec	Uobičajeni MOSFET	MOSTER FET
Maksimalni napon	Nepoznato	40V
Max Curent	25 ampera	60 ampera
Reverzibilni okidač	Da	Da
Opto izolirano	Može biti	Da
Cijena (2 kanala)	$12.99	$14.99
Kanali	1	2

Pretvarat ću se da mogu izgraditi tisuće takvih.

Ako ćete se baviti prodajom dijelova za 3D pisače, morate imati maržu od 40% ili više. Bilo bi bolje da je puno više, ali to je minimum koji vam je potreban da biste ostali na površini. Pretpostavio sam da je troškovnik BOM 3,50 i trošak proizvodnje 3,76 USD. Dao sam oglasnu ploču na nekoliko lokalnih mjesta. Ako prodajete na Amazonu ili E-bayu, zaračunat će vam 30% naknade za kreditne kartice, naknade za PayPal i naknade za prodaju. Vjerujte mi, radi do 30%. Reći će vam drugačije, ali sve rečeno i učinjeno dobivam 70% onoga što je prodano.

Ova ploča mora koštati 15,99 USD da bi zaista bila održiva. Međutim, DIY tržište je vrlo osjetljivo na cijenu. Postavite ga na 14,99 USD. Uvijek možete prodati montažne konzole ili komplete ožičenja.

Druga stvar koju vidite ovdje je da se zajednička ploča jako prodaje. Mnogo DIY video zapisa koje možete pronaći bilo gdje. Tržište "uradi sam" želi znati kako radi i kako ga koristiti. Samo oko 10% tog tržišta pokušava nešto novo ili su prvi korisnici. Samo oko 3% njih objavljuje podatke ili snima video "KAKO". Ukratko, vjerojatnost prodaje 10 tisuća komada godišnje vrlo je mala.

Najviše što biste prodali je oko 100 godišnje, ako ste dobri u tome. Cijena na toj razini je 24,99. Samo BOM iznosi 13,00 USD.

Ukratko, nije održiv proizvod. Kad bih uspio spustiti MOSFET u rasponu cijena od 0,75 do 1,00 USD, mogao bi uspjeti.

Ali bilo je zabavno napraviti. Mislim da je to bolji dizajn, ali opet sam to napravio.

Uživajte u ploči !!! (OVDJE)

Ažuriranje:

Našao sam MOSFET sposoban za manje od 1,00 USD. Ako želite potpuno izgrađenu ploču, imam ih na e-bayu. (OVDJE) ili verziju kanala Sigle (OVDJE)