MOSTER FET - Двоен 500Amp 40 Volt MOSFET 3D принтер Отопляеми драйвери за легло: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Вероятно сте кликнали върху тази мислеща свята крава, 500 AMPS !!!!!. Честно казано, проектираната от мен MOSFET платка няма да може безопасно да направи 500Ампера. Може за кратко, точно преди развълнувано да избухне в пламъци.

Това не е проектирано да бъде умен трик. НЕ беше моят зъл план да ви примамвам в моите инструкции (вмъкнете луд учен смях тук). Исках да отбележа нещо. Рекламата за 3D принтери и техните компоненти може да бъде много подвеждаща. Особено на пазара на евтини DIY.

Ще проуча само един такъв случай. Обща MOSFET платка, която се използва за защита на основната платка на 3D принтера от повреда. Те се използват и за надграждане на пинтер до по -мощно легло с глава. Обикновено с повече площ за печат.

На пазара има половин дузина различни дизайни. Повечето имат тези гигантски радиатори и изглеждат много впечатляващи. Но по -голямата част от това е трик.

Докато анализираме една от тези дъски; Ще проектирам свой собствен. След като разгледах какво има на пазара, реших, че мога да се справя по -добре. Така че, аз ще проектирам платка с отворен код, Open Capabilities, която ще върши работата изключително добре.

Дизайнът, към който се стремя, е 40V 60Amp двойна MOSFET платка. Не 1 канал, а 2. Един за отопляемо легло и един за хотел. Зад дизайна има история. За тези от вас, които не се интересуват от историята зад дъската, можете да отидете направо към изходните файлове за дъската.

Източници на Ki-Cad

Консумативи

Всички отпечатъци за този дизайн на дъската са споени ръчно.

Инструменти:

• Пинсети
• Поялник
• Припой
• Снимки за електроника

Спецификация:

Препратки	Доставчик Част №	Доставчик	Стойност	Количество
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 хиляди	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Digi-Key	1,99 хиляди	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
ДЖУМПЪРС	10 AWG жила с твърдо жило

Стъпка 1: Как сте запознати с фактите, но не представлява това, което купувате

MOSFET платката на тази снимка е много често срещана. Можете да го намерите в eBay, Ali Express, Amazon и много други места. Освен това е много евтин. За 2 можете да платите само $ 5,00.

Заглавието обикновено е "210 Amp MOSFET". Вярно е, че MOSFET е 210 amp MOSFET. Целият продукт обаче може да работи само с 25 ампера. Ограничаващият фактор е платката и конекторът.

Както ще видим по -късно, печатната платка вероятно ограничава дизайна още повече. Медните следи не изглеждат много дебели.

Така че те ви казаха истината за MOSFET, но не и за целия продукт.

Тук също се случва много маркетинг. Вижте този гигантски радиатор. Повечето хора мислят, че това трябва да е доста мощна част. Истината е, че ако тази НУЖДА, която охлажда MOSFET, губи много енергия. Тази енергия можеше да отиде в отоплението на печатното легло. Голям радиатор не е добър знак. Но това е, което очакваме да видим на устройства с висока мощност. Най -доброто, което мога да кажа, е само за маркетинг, поне при 25 ампера.

Искам да проектирам продукт, който се справя добре с работата си, е с добро качество, ниска цена и е много прав за възможностите си.

Стъпка 2: Ядрото на веригата: MOSFET

Искам дизайнът да бъде много ефективен. Това би означавало ниска загуба на мощност в устройството. Така че съпротивата е мой враг. MOSFET -тата действат като резистор, управляван от напрежение. Така че, когато са на път, съпротивата им е много голяма. Когато са включени, съпротивлението им е много ниско. Всъщност става много повече от това. За нашата дискусия обаче това ще бъде достатъчно добро.

Параметърът, на който трябва да обърнем внимание в листа с данни на MOSFET, е "RDS включен".

Избраният от мен MOSFET беше AUIRFSA8409-7P, направен от Infineon Technologies. В най -лошия случай RDSon е 690u Ohms. Да, това бяха правилните микрооми. Но частта е скъпа. Около $ 6.00. за един. Останалата част от дизайна ще бъдат много евтини компоненти. Да имаш добър дизайн означава да избереш добър MOSFET. Така че, ако искаме да се хвърляме, това е зоната, в която да се хвърлим.

Ето линк към информационния лист

Забележете, че тази част е 523Amp MOSFET. Токът на Id обаче е ограничен до 360Amps. Причината е двойна.

1. Пакетът с части не може да разсейва достатъчно топлина, за да поддържа 523 ампера.
2. Те нямат достатъчно свързващи проводници на матрицата за 625Ампера. По този начин "Bonding limited"

Ще огранича дизайна до 60 ампера. Съпротивлението е ниско, така че ще постигна наистина голяма ефективност в малка област.

Частта ще се разсейва около 1,8 вата при максималния изтеглен ток. (R x I^2) Термичното съпротивление за тази част е 40 ° C/Watt. (щракнете тук, за да разберете какви изчисления се правят). Така че при максимален ток ще бъдем на 72 градуса над околната среда. Информационният лист посочва, че максималната температура за устройството е 175 градуса С. Ние сме добре под този списък. Ако обаче отчитаме температура на околната среда от 25 градуса С. Тогава сме малко под 100 градуса С. Ще се нуждаем от малък радиатор и вентилатор при пълно натоварване.

Всичко това предполага, че имаме 15v на портата. След като паднем под 10v, наистина започваме да имаме проблеми с отоплението.

Ефективността ще бъде (ако приемем 40v) 2400 вата доставени, 1.8Watts напразно. Около 99,92%.

Захранване	Доставено	Изгубени	Ефективност
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Така че нашият примерен продукт имаше 220Amp MOSFET. Имам 523Amp MOSFET и глупавото нещо все още се нагрява. Моята точка тук е, че посоченият ток не е голям показател за производителността. По -добра спецификация би била общата стойност на съпротивлението на платката и MOSFET. Тази спецификация ви дава почти всичко, което трябва да знаете.

Стъпка 3: Други ключови компоненти

Обикновено MOSFET платката използва изхода на отопляемия слой на принтера като свой управляващ сигнал. U11 е двупосочен оптрон. Тази част има няколко цели.

1) Не можете да свържете погрешно кабела на входа. Това е малко сляпо доказателство. Основната платка или ще потъне ток или не. Така че входният тригер се основава на това дали имаме или не текущ поток между щифтовете с нагрето легло на таблото за управление.

2) Изолирайте страната с висока мощност от платката за управление с ниска мощност. Това ще ви позволи да използвате по -високо напрежение на отопляемото легло. Например можете да имате 12 -волтова платка за управление и 24 -волтово отопляемо легло. Основанията не трябва да бъдат свързани (напълно изолирани). Имате огромни 3750 Vrms изолация.

3) Дистанционно управление на отопляемото легло. Захранването, отопляемото легло и MOSFET платката могат да бъдат в напълно различна секция на принтера от контролната платка. Контролните линии се основават на текущия поток, така че шумът не е проблем. Таблото може да е на доста голямо разстояние от контролната платка. Тежките проводници са скъпи. Да имаш всички мощни неща на едно място има много смисъл.

4) Мога да задвижвам портата на MOSFET и да намаля още повече съпротивлението на RDSon. Но не мога да надвиша 20 волта или MOSFET умира. За това е Ziner (D11); за затягане на портата до 15v.

Последният важен компонент е R12. Това е резистор за обезвъздушаване. Вратата на FET има кондензатор. Всички MOSFETS правят. Колкото по -мощен е MOSFET, толкова по -голям е капацитетът. Като общо правило. Така че, когато U11 се изключи, трябва да разредим този капистор на портата. В противен случай ще получим много бавно време за изключване. В допълнение към всичко това, U11 има малко изтичане. Ако R12 липсваше, капачката на портата ще се зареди и портата ще надхвърли Vgsth и MOSFET ще се включи. Това поддържа портата спусната.

Стъпка 4: Дизайнът на дъската - Това е една от най -важните точки за проектиране

Добре, сега към дизайна на печатни платки.

Нека започнем с някои от простите решения. Как да го наречем и какъв цвят трябва да бъде. Да, маркетинг. Хората харесват нещата, които изглеждат добре. Техническите неща трябва да имат чисти линии и да изглеждат, добре, технически. Другото е, че цветът е важен. Изглежда хората свързват мощни опасни неща с черния цвят. Помислете за спец. Екип стихове на местната полиция. И двамата имат авторитет. Но честно казано бих предпочел да бъда изтеглен от местното полицай, отколкото от спец екип. Така че цветът е черен.

Сега как да го наречем. Тъй като 60 ампера е чудовищно голям MOSFET, мислех, че ще го нарека MOSTER FET. Добре знам, че е банално. По дяволите, Джим, аз съм инженер, а не специалист по маркетинг. Направих дори страхотно лого. Отново не съм специалист по маркетинг.

Следващото най -важно решение за платката е дебелината на медта. Следите на печатната платка трябва да носят пълно натоварване от 60 ампера. Така че има няколко неща, които можем да направим, за да се случи това. Къса дължина на следите, широки ширини и дебела мед. Всички тези неща намаляват устойчивостта на следи.

Дебелината на медта на печатната платка е посочена в унции. Така че 1 унция мед тежи 1 унция на 1 квадратен фут. Така че 4 унции мед биха били 4 пъти по -дебели. Той също така би носил 4 пъти тока. След като направих анализ, открих, че цената не се увеличава линейно с дебелината на медта. Използвам бързата оферта на PCBWAY (тук), за да определя цената на борда. (това е една от връзките за връщане назад, помага да се правят дъски) Ако изграждах хиляди дъски, кривата на разходите би се изгладила. Но аз не съм.

Дебелина на медта	Цена за 10	Размер на печатни платки
1 унция	$23.00	50 мм х 60 мм
2 унции	$50.00
3 унции	$205.00
4 унции	$207.00
5 унции	$208.00
6 унции	$306.00
7 унции	$347.00
8 унции	$422.00

Съществува и проблем с мисленето на медни дъски. Колкото по -дебела е медта, толкова по -дълго е необходимо за ецване и толкова повече детайли губите. По принцип това означава, че разстоянието между следите трябва да бъде наистина широко. Това също означава, че минималната ширина на следите е доста голяма. В този дизайн мога да си позволя това. Искам да поставя два канала в едно и също пространство, което преди е държало един. Така че 1oz мед е.

Това обаче ще доведе до друг проблем. 1 унция мед няма да понесе товара. Моят борд ще бъде невероятно скъп предпазител.

Има само три следи на канал, които трябва да имат голямо текущо натоварване. Както можете да видите на снимката, махнах спояващата маска на шест следи. Моят план е твърде спойка 12AWG твърда жица на тези следи. Обикновено това не би бил страхотен план. Въпреки това, цената на таблото не надвишава цената на допълнителните компоненти. Да не говорим, че медната жица ще трябва да бъде изрязана и оформена по поръчка; затруднява масовото производство. Накратко, нито ще стана известен, нито богат.

Тук нашата примерна дъска може да има друг проблем. Дебелината на медта на тази дъска е много тънка. Следите са широки. Но в един момент това вече не помага. Целият ток идва от един щифт към един щифт. По -широките следи позволяват по -добро охлаждане, но все пак ще имате някои горещи точки.

Моят план е да използвам всички части за повърхностно монтиране, освен конекторите. Съединителите за повърхностно монтиране се откъсват твърде лесно от платката. Също така ще използвам конектори TX60 за захранване и отопляемо легло. Те се използват в света на RC. Те са евтини и носят товара. Те обаче са съединители за спойка. Чашите ще трябва да бъдат пълни с спойка, за да отговарят на спецификациите. Принтерите от серията ender използват тези конектори за своите отопляеми легла. Така че това е наистина добър избор.

Другите съединители, които ще използвам, са 5 мм винтови клеми. Те са евтини и работят добре в този вид приложения.

Малкият радиатор, необходим за MOSFET, е интегриран в платката. Това е както добра идея, така и лоша. Това е добре за цена; обаче, ако детайлът стане твърде горещ, дъската ще се разслои. Наистина трябва да сте много горещи дълго време, за да се случи това. За екстремни температури алуминиевият радиатор би бил много по -добър. Най -вероятно, ако платката работи с 60 ампера, ще трябва да се използва вентилатор. Ето защо отворите за радиатора са малко по -големи. За да пропуснете въздуха през дъската. Правил съм това преди и работи невероятно добре. Но това увеличава разходите на борда малко. Но това все още е по -ниска цена от алуминиевия радиатор.

И накрая, всеки канал е независим. Земята и електропроводите не са свързани, въпреки че в схемата те имат същото име на мрежата. По този начин контролната ви дъска може да бъде на 12v, отопляемото легло на 24v, а на хотенд на 12v. Той ви дава възможности.

Стъпка 5: Изграждане на борда

Използвам KiCad. За него има приставка, която създава интерактивна спецификация. Просто маркирайте линия в спецификацията и тя осветява местата, където отива. Това е любимата ми приставка за KiCad Плъгинът генерира самостоятелен HTML файл. (ТУК). Така че файлът е преносим. Използвам го на таблетното си устройство (или телефон), когато изграждам дъски.

Получих дъските преди малко. Както можете да видите, тази версия изглежда малко по -различна от другите раздели. Дъските, които построих, където прототипи (на снимката по -долу). Всички отзиви за дизайна, които получих по време на тестване, се върнаха в дизайна. Ако също забележите, че R12 и R22 липсват. Забравих да добавя резистор за обезвъздушаване. Голяма грешка. Имах малко странна операция за малко, докато видях какво липсва. След това трябваше да ги „убия“.

Файлът за дизайн на дъската в хранилището на git е най -новата версия и има всички корекции на грешки.

Но ето го; в цялата си слава. (вмъкнете ангелски пеещ звуков ефект)

Стъпка 6: В действие - Доказателството за пудинга е в храненето

Започнах да тествам дъските. Така че първото нещо, което забелязах, е, че светодиодът свети като слънцето. Да, разбрах, че светодиодът не трябва да е толкова ярък. Но когато е дълбоко във вашия принтер, ще ми благодарите. Освен ако, разбира се, нямате Anet A8. Ако случаят е такъв, просто пригответе няколко слънчеви очила, както направих аз.

Вероятно бих могъл просто да сменя R15 и R25. Но широкият диапазон на захранващи (10v-40v) напрежения ме кара да се колебая.

Имам захранване от 29V 25Amp. Настроих захранването си от 24v Meanwell на 29v. Имам и 400 мм кръгло отопляемо легло, което е 400 вата при 24v. При 29 волта ще изтеглим точно 20 AMPS. Така че 20 ампера е най -доброто, което ще получа.

Измерването е взето от отрицателната страна на J11 и J12. По принцип през MOSFET. Но това беше направено на конекторите. Където проводниците са включени. Платката спадна с 23mVolts при 20Amps. Това би поставило общото съпротивление на устройството на 1,15mOhms. Това е MOSFET, платка и конектори. Това е наистина добре, ако го кажа сам. (и имаше много ликуване)

Стъпка 7: Рамо до рамо

Добре, в крайна сметка бих искал да кажа, че моят съвет печели. Той има всичко, което може да искате. Ето сравнението. Разходите за изграждането на този човек обаче са твърде високи.

Спецификации	Общ MOSFET	МОСТЕР ФЕТ
Максимално напрежение	Неизвестно	40V
Макс Кюрент	25 ампера	60 ампера
Реверсивен тригер	Да	Да
Opto изолиран	Може би	Да
Цена (2 канала)	$12.99	$14.99
Канали	1	2

Ще се преструвам, че мога да създам хиляди такива.

Ако ще правите бизнес с продажба на части за 3D принтер, трябва да имате марж на печалба от 40% или повече. Би било по -добре, ако беше много по -високо, но това е минимумът, от който се нуждаете, за да останете на повърхността. Предполагах, че цената на спецификацията е 3,50 долара и производствената цена е 3,76 долара. Наредих таблото да бъде цитирано на няколко местни места. Ако продавате на Amazon или E-bay, те ви плащат 30% в такси за кредитни карти, такси PayPal и такси за продажби. Повярвайте ми, това работи до 30%. Те ще ви кажат различно, но всичко казано и направено получавам 70% от всичко, което е продадено.

Този борд трябва да бъде на цена от $ 15.99, за да бъде наистина жизнеспособен. Пазарът „направи си сам“е много чувствителен към цената. Така че задайте го на $ 14.99. Винаги можете да продавате допълнително монтажни скоби или комплекти за окабеляване.

Другото, което виждате тук, е, че общият борд е силно търгуван. Много DIY видеоклипове, които можете да намерите навсякъде. Пазарът „направи си сам“иска да знае как работи и как да го използва. Само около 10% от този пазар опитват нещо ново или са първи осиновители. Само около 3% от тях публикуват някакви данни или правят видеоклип „КАК ДА“. Накратко, вероятността за продажба на 10 000 броя на година е много малка.

Най -много това, което бихте продали, е около 100 на година, ако сте добри в това. Цената на това ниво е 24,99. Само спецификацията е $ 13.00.

Накратко, не е жизнеспособен продукт. Ако можех да сваля MOSFET в ценови диапазон от $ 0,75 - $ 1,00, може да работи.

Но беше забавно да се направи. Мисля, че е по -добър дизайн, но пак го направих.

Насладете се на дъската !!! (ТУК)

Актуализация:

Намерих MOSFET, който е способен за под $ 1,00. Ако искате напълно конструирана платка, имам ги на e-bay. (ТУК) или версията на канала Sigle (ТУК)