MOSTER FET - Dvostruki 500Amp 40 V MOSFET 3d štampač, grijani krevet Upravljački programi: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

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

Ovo nije zamišljeno da bude pametan trik. NIJE bio moj zao plan da vas namamim u svoje instrukcije (umetnite smijeh ludog naučnika ovdje). Hteo sam da ukažem na to. Oglašavanje 3D štampača 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 štampača od oštećenja. Također se koriste za nadogradnju pintera u snažniji krevet s glavom. Općenito s većom površinom za ispis.

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; Dizajniraću svoju. Nakon što sam pogledao šta 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 hotele. Iza dizajna stoji priča. Za one od vas kojima nije stalo do priče iza ploče, možete prijeći direktno na izvorne datoteke ploče.

Ki-Cad izvorne datoteke

Supplies

Svi otisci za ovaj dizajn ploče ručno su lemljeni.

Alati:

• Pinceta
• Lemilica
• Solder
• Odlomci za elektroniku

BOM:

Reference	Dobavljač br	Dobavljač	Vrijednost	Quantity
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	10 AWG puna žica

Korak 1: Kako vam se daju činjenice, ali ne predstavlja ono što kupujete

MOSFET ploča na toj slici je vrlo česta. Možete ga pronaći na eBayu, Ali Expressu, Amazonu i hrpi drugih mjesta. Takođe je veoma jeftin. Za 2 možete platiti samo 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 vjerovatno još više ograničava dizajn. Bakarni 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 energija je mogla otići u zagrijavanje ležišta za štampanje. 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 kola: MOSFET

Želim da dizajn bude vrlo efikasan. 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. Kada su uključeni, njihov otpor je vrlo nizak. Zapravo se dešava mnogo više od toga. Međutim, za našu raspravu to će biti dovoljno dobro.

Parametar na koji treba obratiti pažnju u MOSFET tehničkom listu je "RDS uključen".

MOSFET koji sam odabrao bio je AUIRFSA8409-7P kompanije Infineon Technologies. U najgorem slučaju RDSon je 690u Ohma. Da, to su bili tačni mikroomi. Ali deo je skup. Oko 6,00 USD. za jedan. 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 do podatkovnog lista

Primijetite da je ovaj dio MOSFET od 523Amp. 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. Dakle, "Vezivanje ograničeno"

Ograničit ću dizajn na 60 ampera. Otpor je nizak pa ću postići vrlo veliku efikasnost na malom području.

Dio će trošiti oko 1,8W pri maksimalnoj potrošnji struje. (R x I^2) Toplinska otpornost ovog dijela je 40 stepeni C/Watt. (kliknite ovdje da biste razumjeli koja se izračunavanja rade). Tako ćemo pri maksimalnom izvlačenju struje biti na 72 ° iznad ambijenta. Tehnički list navodi da je maksimalna temperatura uređaja 175 stepeni C. Dobro smo pod tom listom. 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 kapiji. Kad padnemo ispod 10V, zaista imamo problema s grijanjem.

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

Napajanje	Isporučeno	Izgubljeno	Efikasnost
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 odličan pokazatelj performansi. Bolja specifikacija bila bi ukupna otpornost ploče i MOSFET -a. Ova jedna specifikacija daje vam gotovo sve što trebate znati.

Korak 3: Ostale ključne komponente

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

1) Ne možete pogrešno spojiti ulaz. Ovo je malo lažne provjere. Glavna ploča će ili potonuti ili neće. Dakle, ulazni okidač se temelji na tome imamo li ili nemamo protok struje između upravljačkih ploča s grijanim ležajevima.

2) Izolirajte stranu velike snage od upravljačke ploče male snage. To će vam omogućiti da koristite veći napon 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 Vrms izolacije.

3) Daljinski upravljajte grijanim krevetom. Napajanje, grijani sloj i MOSFET ploča mogu biti u potpuno drugom dijelu štampača od kontrolne ploče. Kontrolne linije temelje se na protoku struje pa 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 će MOSFET umrijeti. Za to služi Ziner (D11); za pričvršćivanje kapije na 15v.

Posljednja važna komponenta je R12. Ovo je otpornik za odzračivanje. Kapija FET -a ima kondenzator. Svi MOSFET -ovi rade. Što je MOSFET snažniji, kapacitet je veći. Po pravilu. Dakle, kada se U11 isključi, moramo isprazniti taj kapisistor kapije. U suprotnom ćemo dobiti vrlo sporo vrijeme isključivanja. Uz sve to, U11 ima i malo curenja. Ako je nedostajao R12, kapa kapije bi se napunila, a kapija bi premašila Vgsth i uključio bi se MOSFET. Ovo održava kapiju spuštenom.

Korak 4: Dizajn ploče - to je jedna od najvažnijih tačaka dizajna

U redu, sada 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 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 super logo. Opet, nisam profesionalac u marketingu.

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

Debljina bakra na štampanoj 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 troškovi ne povećavaju linearno s debljinom bakra. Koristim PCBWAY -ovu (ovdje) brzu ponudu za određivanje cijene ploče. (to je jedna od onih povratnih veza, pomaže u pravljenju ploča) Da sam gradio hiljade ploča, kriva troškova bi se izravnala. Ali ja nisam.

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

Postoji i problem sa think bakarnim pločama. Što je bakar deblji, potrebno je duže vremena za graviranje i gubite više detalja. U osnovi to znači da razmak tragova mora biti zaista širok. To takođe znači da je minimalna širina traga prilično velika. U ovom dizajnu to si mogu priuštiti. Želim smjestiti 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 ploča će 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 da previše lemim žicu sa čvrstim jezgrom 12AWG na te tragove. Obično ovo ne bi bio sjajan plan. Međutim, troškovi ploča premašuju troškove dodatnih komponenti. Da ne spominjemo da će bakrenu žicu morati prilagođeno rezati i oblikovati; što otežava masovnu proizvodnju. Ukratko, neću postati ni poznat ni bogat.

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

Moj plan je koristiti sve dijelove za površinsko montiranje osim konektora. Konektori za površinsko montiranje se previše lako otkidaju s ploče. Također ću koristiti TX60 konektore za napajanje i grijani krevet. Koriste se u RC svijetu. Oni su jeftini i nose teret. Međutim, to su konektori za lemljenje. Čaše će se morati napuniti lemljenjem kako bi zadovoljile specifikacije. Pisači serije ender koriste ove konektore za svoje grijane krevete. Dakle, ovo je zaista dobar izbor.

Ostali 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 troškove; međutim, ako se dio previše zagrije, ploča će se odložiti. Zaista morate dugo biti jako vrući da se ovo dogodi. Za ekstremne temperature aluminijski hladnjak bio bi mnogo bolji. Najvjerojatnije, ako ploča radi na 60 Ampera, morat će se koristiti ventilator. Zato su rupe hladnjaka nešto veće. Za propuštanje zraka kroz ploču. Ovo sam već radio i radi nevjerovatno dobro. No, to malo povećava troškove pansiona. No, i dalje je jeftiniji od aluminijskog hladnjaka.

Na kraju, svaki kanal je nezavisan. Uzemljenje i električni vodovi nisu povezani, iako u shemi imaju isti neto naziv. Na ovaj način vaša kontrolna ploča može biti na 12v, grijani krevet na 24v, a na hotend na 12v. Daje vam opcije.

Korak 5: Izgradnja odbora

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. (OVDE). Dakle, datoteka je prenosiva. Koristim ga na svom tablet uređaju (ili telefonu) kada gradim ploče.

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

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

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

Korak 6: U radu - dokaz o pudingu je u jelu

Počeo sam testirati ploče. Dakle, prvo što sam primijetio je da LED svijetli poput sunca. Da, shvatio sam da LED ne mora biti tako svijetao. Ali kad bude duboko u vašem štampaču, zahvalićete mi. Osim ako naravno nemate Anet A8. Ako je to slučaj, samo posudite naočare za sunce kao ja.

Vjerovatno bih mogao promijeniti samo R15 i R25. Ali širok raspon napona napajanja (10v-40v) tjera me da oklijevam.

Imam napajanje od 29V i 25A. Prilagodio sam napajanje Meanwell napajanja od 24v na 29v. Takođe imam okrugli grijani krevet od 400 mm koji ima 400Watta pri 24v. Na 29 Volti izvući ćemo tačno 20 AMPS. 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 su žice uključene. Ploča je pala na 23mV Volta pri 20A. Time bi ukupna otpornost uređaja bila 1,15mOhms. To su MOSFET, ploča i konektori. To je zaista dobro ako ja to kažem. (i bilo je mnogo veselja)

Korak 7: Rame uz rame

OK, na kraju bih želio reći da moj odbor pobjeđuje. Ima sve što možete poželjeti. Evo poređenja. Međutim, troškovi izgradnje ovog tipa su previsoki.

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

Pretvarat ću se da mogu izgraditi hiljade ovih.

Ako ćete se baviti prodajom dijelova za 3D pisače, morate imati maržu od 40% ili više. Bilo bi bolje da je mnogo veće, ali to je minimum koji vam je potreban da ostanete na površini. Pretpostavio sam da je cijena 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 na 30%. Reći će vam drugačije, ali sve rečeno i učinjeno dobijem 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, vjerovatnoća prodaje 10.000 komada godišnje je vrlo mala.

Najviše što biste prodali je oko 100 godišnje, ako ste dobri u tome. Cijena na tom nivou je 24,99. Samo BOM je 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 !!! (OVDE)

Ažuriranje:

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