MOSTER FET - Pemacu Tempat Tidur Dipanaskan Printer Dual 500Amp 40 Volt MOSFET 3d: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Anda mungkin mengklik lembu suci pemikiran ini, 500 AMPS !!!!!. Sejujurnya, papan MOSFET yang saya reka tidak akan dapat melakukan 500Amps dengan selamat. Mungkin sebentar, tepat sebelum api terbakar.

Ini tidak dirancang untuk menjadi tipu muslihat. BUKAN rancangan jahat saya untuk memikat anda ke dalam pengajaran saya (masukkan saintis gila ketawa di sini). Saya mahu menyatakan. Iklan untuk pencetak 3D dan komponennya sangat mengelirukan. Terutama di pasaran DIY kos rendah.

Saya akan meneroka satu kes sahaja. Papan MOSFET biasa yang digunakan untuk melindungi papan utama pencetak 3d dari kerosakan. Mereka juga digunakan untuk menaikkan pinter ke tempat tidur berkepala yang lebih kuat. Secara amnya dengan lebih banyak kawasan cetak.

Terdapat setengah lusin reka bentuk berbeza di pasaran. Sebilangan besar mempunyai heatsink raksasa ini dan kelihatan sangat mengagumkan. Tetapi kebanyakannya adalah gimik.

Semasa kami menganalisis salah satu papan ini; Saya akan merancang sendiri. Setelah melihat apa yang ada di pasaran, saya memutuskan untuk melakukan yang lebih baik. Oleh itu, saya akan merancang Open Source, Open Capabilities board yang dan menjalankan tugas dengan sangat baik.

Reka bentuk yang saya sasarkan ialah papan MOSFET berkembar 40v 60Amp. Bukan 1 saluran tetapi 2. Satu untuk tempat tidur yang dipanaskan dan satu untuk tempat panas. Ada kisah di sebalik rancangan itu. Bagi anda yang tidak kisah dengan cerita di belakang papan, anda boleh terus ke fail sumber untuk papan iklan.

Fail Sumber Ki-Cad

Bekalan

Semua tapak kaki untuk reka bentuk papan ini disolder dengan tangan.

Alat:

• Pinset
• Besi pematerian
• Pateri
• Snips untuk Elektronik

BOM:

Rujukan	Bahagian Pembekal No.	Pembekal	Nilai	Kuantiti
C11, C21	CL21B103KBANNND-ND	Kunci Digi	10000pF	2
R11, R21	311-1.00KFRCT-ND	Kunci Digi	1.0K	2
R15, R25	311-3.60KFRCT-ND	Kunci Digi	3.6K	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Kunci Digi	1.99K	2
D11, D21	BZX84C15LT3GOSTR-ND	Kunci Digi	15V	2
U11, U21	TLP182 (BL-TPLECT-ND	Kunci Digi	TLP182	2
CN11, CN21	277-1667-ND	Kunci Digi		2
Q11, Q21	AUIRFSA8409-7P-ND	Kunci Digi	AUIRFSA8409-7P	2
J11, J21	PRT-10474	Keseronokan Spark	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	Keseronokan Spark	XT-60-F	2
JUMPER	10 wayar teras pepejal AWG

Langkah 1: Bagaimana Anda Diberikan Fakta Tetapi Tidak Menunjukkan Apa Yang Anda Beli

Papan MOSFET dalam gambar itu sangat biasa. Anda boleh menemuinya di eBay, Ali Express, Amazon dan banyak tempat lain. Ia juga sangat murah. Untuk 2 orang anda boleh membayar hanya $ 5.00.

Tajuknya biasanya ialah "210 Amp MOSFET". Memang betul bahawa MOSFET adalah MOSFET 210 amp. Walau bagaimanapun, keseluruhan produk hanya mampu menghasilkan 25 Amps. Faktor pengehad adalah PCB dan penyambungnya.

Seperti yang akan kita lihat kemudian, PCB mungkin membataskan reka bentuknya. Jejak tembaga tidak kelihatan sangat tebal.

Oleh itu, mereka memberitahu anda kebenaran mengenai MOSFET tetapi tidak mengenai keseluruhan produk.

Terdapat juga banyak pemasaran yang berlaku di sini. Lihat heatsink gergasi itu. Sebilangan besar orang menganggap wow itu mesti menjadi bahagian yang cukup kuat. Yang benar adalah, jika bahagian itu MEMERLUKAN bahawa MOSFET memanas membuang banyak tenaga. Tenaga itu boleh digunakan untuk memanaskan cetakan. Singki haba yang besar bukanlah petanda yang baik. Tetapi itulah yang kami harapkan dapat dilihat pada peranti berkuasa tinggi. Yang terbaik yang saya dapat tahu bahagian ini hanya untuk pemasaran, sekurang-kurangnya 25 Amps.

Saya ingin merancang produk yang berfungsi dengan baik, berkualiti, kos rendah, dan sangat jelas mengenai kemampuannya.

Langkah 2: Inti Litar: MOSFET

Saya mahu reka bentuknya sangat cekap. Ini bermaksud kehilangan kuasa rendah di seluruh peranti. Jadi perlawanan adalah musuh saya. MOSFET bertindak seperti perintang terkawal voltan. Oleh itu, semasa mereka berhenti, daya tahan mereka sangat besar. Semasa mereka aktif, daya tahan mereka sangat rendah. Sebenarnya ada banyak lagi yang berlaku daripada itu. Walau bagaimanapun, untuk perbincangan kami akan cukup baik.

Parameter yang harus kita perhatikan pada lembaran data MOSFET adalah "RDS on".

MOSFET yang saya pilih adalah AUIRFSA8409-7P yang dibuat oleh Infineon Technologies. Perkara terburuk RDSon ialah 690u Ohms. Ya, itu betul ohm mikro. Tetapi bahagiannya mahal. Sekitar $ 6.00. untuk satu. Reka bentuk selebihnya akan menjadi komponen yang sangat murah. Mempunyai reka bentuk yang baik bermaksud memilih MOSFET yang baik. Jadi, jika kita hendak berbelanja secara besar-besaran inilah kawasan yang perlu kita tinggalkan.

Berikut adalah pautan ke Lembaran Data

Perhatikan bahagian ini adalah 523Amp MOSFET. Walau bagaimanapun, arus Id terhad kepada 360Amps. Sebabnya dua kali ganda.

1. Pakej bahagian tidak dapat menghilangkan haba yang cukup untuk menahan 523 amp.
2. Mereka tidak mempunyai wayar ikatan yang mencukupi pada mati selama 625Amps. Oleh itu "Ikatan terhad"

Saya akan menghadkan reka bentuk hingga 60Amps. Rintangannya rendah sehingga saya akan mendapat kecekapan yang sangat hebat di kawasan kecil.

Bahagian itu akan mengeluarkan sekitar 1.8Watt pada arus maksimum yang diambil. (R x I ^ 2) Rintangan terma untuk bahagian ini ialah 40 deg C / Watt. (klik di sini untuk memahami pengiraan apa yang sedang dilakukan). Jadi semasa undian maksimum kita akan berada pada 72 darjah di atas ambien. Lembar data menyatakan suhu maksimum untuk peranti ialah 175 darjah C. Kami berada di bawah senarai itu. Walau bagaimanapun, jika kita menyumbang suhu persekitaran 25deg C. Maka kita berada di bawah 100 darjah C. Kita akan memerlukan pendingin kecil dan kipas pada beban penuh.

Semua ini mengandaikan kita mempunyai 15v di pintu pagar. Setelah turun di bawah 10v, kita benar-benar mula mengalami masalah pemanasan.

Kecekapan akan (dengan andaian 40v) 2400 watt dihantar, 1.8 Watt terbuang. Lebih kurang 99.92%.

Bekalan Kuasa	Dihantar	Kalah	Kecekapan
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Jadi produk contoh kami mempunyai MOSFET 220Amp. Saya mempunyai MOSFET 523Amp dan perkara bodoh masih menjadi panas. Maksud saya di sini adalah bahawa arus yang ditentukan bukanlah petunjuk prestasi yang hebat. Spesifikasi yang lebih baik adalah jumlah rintangan papan dan MOSFET. Spesifikasi yang satu ini memberi anda hampir semua perkara yang perlu anda ketahui.

Langkah 3: Komponen Utama Lain

Biasanya, papan MOSFET menggunakan output katil yang dipanaskan pencetak sebagai isyarat kawalannya. U11 adalah optocoupler dua arah. Bahagian ini mempunyai beberapa tujuan.

1) Anda tidak boleh memasukkan input secara salah. Ini adalah sedikit bukti palsu. Papan utama akan tenggelam semasa atau tidak. Oleh itu, pencetus input berdasarkan pada apakah kita mempunyai aliran semasa antara pin tempat tidur yang dipanaskan papan kawalan.

2) Pisahkan sisi kuasa tinggi dari papan kawalan kuasa rendah. Ini akan membolehkan anda menggunakan voltan yang lebih tinggi di atas katil yang dipanaskan. Contohnya, anda boleh mempunyai papan kawalan 12 volt dan tempat tidur yang dipanaskan 24 volt. Tanah tidak perlu dihubungkan (terpencil sepenuhnya). Anda mempunyai pengasingan 3750 Vrms.

3) Kawal katil yang dipanaskan dari jauh. Bekalan kuasa, tempat tidur yang dipanaskan, dan papan MOSFET boleh berada di bahagian pencetak yang sama sekali berbeza dari papan kawalan. Garis kawalan berdasarkan aliran semasa sehingga bunyi tidak menjadi masalah. Papan boleh berada agak jauh dari papan kawalan. Wayar kuasa berat mahal. Memiliki semua kekuatan tinggi di satu tempat masuk akal.

4) Saya boleh menggerakkan pintu masuk MOSFET dan menurunkan rintangan RDSon lebih banyak lagi. Tetapi saya tidak boleh melebihi 20 volt atau MOSFET mati. Itulah tujuan Ziner (D11); untuk mengepit pintu ke 15v.

Satu komponen penting terakhir ialah R12. Ini adalah perintang pelupusan. Pintu FET mempunyai kapasitor di atasnya. Semua MOSFET lakukan. Semakin kuat MOSFET, semakin besar kapasitansinya. Sebagai peraturan. Oleh itu, apabila U11 dimatikan, kita perlu melepaskan capisistor gerbang itu. Jika tidak, kita akan mendapat masa mematikan yang sangat perlahan. Sebagai tambahan kepada semua itu, U11 mempunyai sedikit kebocoran. Sekiranya R12 hilang, penutup pintu akan diisi dan pintu akan melebihi Vgsth dan MOSFET akan dihidupkan. Ini membuatkan pintu pagar ditarik ke bawah.

Langkah 4: Reka Bentuk Papan - Merupakan Salah Satu Titik Reka Bentuk Paling Penting

Ok, sekarang untuk reka bentuk PCB.

Mari kita mulakan dengan beberapa keputusan mudah. Apa namanya dan warna apa yang sepatutnya. Ya, pemasaran. Orang suka perkara yang kelihatan baik. Bahan teknikal harus mempunyai garis yang bersih dan kelihatan baik, teknikal. Perkara lain ialah warna itu penting. Orang nampaknya mengaitkan barang berbahaya yang kuat dengan warna hitam. Fikirkan pasukan swat ayat polis tempatan. Kedua-duanya mempunyai kewibawaan. Tetapi secara terus terang saya lebih suka ditarik oleh polis tempatan saya daripada pasukan swat. Jadi warnanya hitam.

Sekarang apa namanya. Kerana 60 Amps adalah MOSFET yang sangat besar, saya fikir saya akan memanggilnya MOSTER FET. Ok saya tahu ia sangat sedap. Tapi, sialan Jim saya seorang jurutera bukan profesional pemasaran. Saya juga membuat logo yang hebat. Sekali lagi, saya bukan profesional pemasaran.

Keputusan terpenting seterusnya untuk papan litar adalah ketebalan tembaga. Jejak papan litar mesti membawa muatan penuh 60 Amps. Jadi ada beberapa perkara yang boleh kita lakukan untuk mewujudkannya. Panjang jejak pendek, lebar lebar, dan tembaga tebal. Semua perkara ini mengurangkan ketahanan jejak.

Ketebalan tembaga papan litar bercetak dinyatakan dalam auns. Jadi 1 ons tembaga beratnya 1 auns per 1 kaki persegi. Jadi, 4 ons tembaga akan menjadi 4 kali lebih tebal. Ia juga membawa arus 4 kali ganda. Setelah membuat beberapa analisis, saya mendapati bahawa kosnya tidak naik secara linear dengan ketebalan tembaga. Saya menggunakan petikan ringkas PCBWAY (di sini) untuk menentukan kos papan. (itu adalah salah satu pautan balik, membantu membuat papan) Sekiranya saya membina ribuan papan, keluk kos akan mereda. Tetapi saya tidak.

Ketebalan tembaga	Kos untuk 10 orang	Saiz PCB
1oz	$23.00	50mm x 60mm
2oz	$50.00
3oz	$205.00
4oz	$207.00
5oz	$208.00
6oz	$306.00
7oz	$347.00
8oz	$422.00

Terdapat juga masalah dengan papan tembaga berfikir. Semakin tebal tembaga, semakin lama masa yang diperlukan untuk mengukir dan semakin terperinci anda kehilangan. Pada dasarnya ini bermaksud jarak jejak mestilah sangat luas. Ini juga bermaksud bahawa lebar jejak minium cukup besar. Dalam reka bentuk ini, saya mampu. Saya mahu memuatkan dua saluran di ruang yang sama dengan yang sebelumnya. Jadi 1oz tembaga itu.

Namun itu akan menimbulkan masalah lain. 1 ons tembaga tidak akan membawa muatan. Papan saya akan menjadi sekering yang sangat mahal.

Hanya ada tiga jejak setiap saluran yang perlu mempunyai beban arus yang berat. Seperti yang anda lihat dalam gambar, saya telah melepaskan topeng solder pada enam jejak. Rancangan saya adalah wayar teras pepejal 12AWG yang terlalu kuat pada jejak tersebut. Biasanya ini bukan rancangan yang bagus. Walau bagaimanapun, kos papan lebih tinggi daripada kos komponen tambahan. Belum lagi bahawa wayar tembaga perlu dipotong dan dibentuk secara khusus; menyukarkan pembuatan pengeluaran besar-besaran. Pendek kata, saya tidak akan menjadi terkenal atau kaya.

Di sinilah papan contoh kita mungkin mempunyai masalah lain. Ketebalan tembaga di papan itu sangat nipis. Jejaknya lebar. Tetapi pada tahap tertentu yang tidak membantu lagi. Semua arus datang dari satu pin ke satu pin. Jejak yang lebih luas memungkinkan penyejukan yang lebih baik tetapi anda masih akan mempunyai beberapa tempat panas.

Rancangan saya adalah menggunakan semua bahagian pelekap permukaan kecuali untuk penyambungnya. Penyambung pemasangan permukaan terlalu mudah dilepaskan dari papan. Saya juga akan menggunakan penyambung TX60 untuk kuasa dan tempat tidur yang dipanaskan. Mereka digunakan dalam dunia RC. Mereka murah dan menanggung beban. Walau bagaimanapun, mereka adalah penyambung cawan pateri. Cawan mesti diisi dengan pateri untuk memenuhi spesifikasi. Pencetak siri akhir menggunakan penyambung ini untuk katil yang dipanaskan. Jadi ini adalah pilihan yang sangat baik.

Penyambung lain yang akan saya gunakan ialah terminal skru 5mm. Mereka murah dan berfungsi dengan baik dalam aplikasi seperti ini.

Heatsink kecil yang diperlukan untuk MOSFET disatukan ke dalam papan litar. Ini adalah idea baik dan buruk. Ia baik untuk kos; namun, jika bahagiannya menjadi terlalu panas, papan akan dilepaskan. Anda mesti sangat panas dalam jangka masa yang lama agar perkara ini berlaku. Untuk suhu yang melampau, heatsink aluminium akan jauh lebih baik. Kemungkinan besar, jika papan menggunakan 60 Amps, kipas perlu digunakan. Itulah sebabnya lubang heatsink sedikit lebih besar. Untuk membiarkan udara melalui papan. Saya telah melakukan ini sebelum ini dan ia berfungsi dengan sangat baik. Tetapi menaikkan kos papan sedikit. Tetapi ia masih lebih murah daripada pendingin aluminium.

Akhir sekali, setiap saluran adalah bebas. Alasan dan talian kuasa tidak bersambung, walaupun dalam skema mereka mempunyai nama bersih yang sama. Dengan cara ini papan kawalan anda boleh berada pada 12v, tempat tidur yang dipanaskan pada 24v, dan yang panas pada 12v. Ini memberi anda pilihan.

Langkah 5: Membina Papan

Saya menggunakan KiCad. Terdapat plugin untuk itu yang mewujudkan BOM interaktif. Cukup sorot garis di BOM dan hi menyala tempat yang dilaluinya. Ini adalah plug-in kegemaran saya untuk KiCad Plugin menghasilkan fail HTML mandiri. (DI SINI). Jadi failnya mudah alih. Saya menggunakannya pada peranti tablet (atau telefon) semasa membina papan.

Saya mendapat papan sebentar tadi. Seperti yang anda lihat versi ini kelihatan sedikit berbeza dari bahagian lain. Papan yang saya bina di mana prototaip (gambar di bawah). Semua maklum balas reka bentuk yang saya perolehi dari ujian semula masuk ke dalam reka bentuk. Sekiranya anda juga perhatikan R12 dan R22 hilang. Saya terlupa menambah perintang peluntur. Kesilapan besar. Telah menjalani sedikit operasi sehingga saya melihat apa yang hilang. Kemudian saya terpaksa "mati bug" mereka.

Fail reka bentuk papan di git repository adalah versi terbaru dan mempunyai semua perbaikan bug.

Tetapi inilah; dalam semua itu kemuliaan. (masukkan kesan suara nyanyian Malaikat)

Langkah 6: Dalam Operasi - Bukti Puding Ada di Makan

Saya mula menguji papan. Jadi perkara pertama yang saya perhatikan ialah LED bersinar seperti matahari. Ya saya mendapatnya LED tidak semestinya terang. Tetapi apabila ia berada di dalam pencetak anda, anda akan berterima kasih kepada saya. Kecuali sudah tentu anda mempunyai Anet A8. Sekiranya itu berlaku, hanya pakai beberapa cermin mata seperti yang saya lakukan.

Saya mungkin hanya boleh menukar R15 dan R25. Tetapi pelbagai voltan bekalan (10v-40v) membuat saya ragu-ragu.

Saya mempunyai Bekalan 29V 25Amp. Saya menyesuaikan bekalan kuasa Meanwell 24v saya kepada 29v. Saya juga mempunyai katil dipanaskan Bulat 400mm iaitu 400Watt pada 24v. Pada 29 Volt, kita akan menarik tepat 20 AMPS. Oleh itu, 20 Amps adalah yang terbaik yang akan saya perolehi.

Pengukuran diambil dari sisi negatif J11 dan J12. Pada asasnya melintasi MOSFET. Tetapi ia dilakukan pada penyambung. Di mana wayar dipasang. Papan jatuh 23mVolt pada 20Amps. Ini menjadikan ketahanan keseluruhan peranti pada 1.15mOhms. Itulah MOSFET, Board, dan Connectors. Itu benar-benar baik jika saya mengatakannya sendiri. (dan ada banyak kegembiraan)

Langkah 7: Berdampingan

OK, pada akhirnya saya ingin mengatakan bahawa Lembaga Pengarah saya menang. Ia mempunyai semua yang anda mahukan. Inilah perbandingannya. Walau bagaimanapun, kos untuk membina lelaki ini terlalu tinggi.

Spesifikasi	MOSFET biasa	MOSTER FET
Voltan Maks	Tidak diketahui	40V
Max Curent	25 Amps	60 Amps
Pencetus Boleh Balik	Ya	Ya
Opto terpencil	Mungkin	Ya
Kos (2 Saluran)	$12.99	$14.99
Saluran	1	2

Saya akan berpura-pura bahawa saya dapat membina ribuan ini.

Sekiranya anda ingin membuat perniagaan menjual bahagian pencetak 3d, anda perlu mempunyai margin keuntungan 40% atau lebih. Akan lebih baik jika jauh lebih tinggi, tetapi itulah minimum yang anda perlukan untuk terus bertahan. Saya menanggung kos pembuatan $ 3.50 BOM dan kos pembuatan $ 3.76. Saya mempunyai papan kenyataan di beberapa tempat tempatan. Sekiranya anda menjual di Amazon atau E-bay maka mereka akan dikenakan 30% yuran kad kredit, yuran PayPal dan yuran Jualan. Percayalah, ia berjaya sehingga 30%. Mereka akan memberitahu anda berbeza tetapi semua yang dikatakan dan selesai saya mendapat 70% daripada apa sahaja yang dijual.

Papan ini semestinya berharga $ 15,99 untuk benar-benar dapat dilaksanakan. Walau bagaimanapun, pasaran DIY sangat sensitif terhadap harga. Jadi tetapkan pada $ 14,99. Anda sentiasa boleh menjual pada pendakap pemasangan atau kit pendawaian.

Perkara lain yang anda lihat di sini adalah bahawa papan umum sangat laris. Banyak video DIY yang boleh anda temui di mana sahaja. Pasar DIY ingin tahu ia berfungsi dan bagaimana menggunakannya. Hanya sekitar 10% pasaran yang mencuba sesuatu yang baru atau yang pertama kali menggunakan. Hanya sekitar 3% dari mereka yang menerbitkan data atau melakukan video "CARA". Ringkasnya kemungkinan menjual 10K keping dalam setahun sangat kecil.

Yang paling banyak dijual adalah sekitar 100 per tahun, jika anda mahir. Titik harga pada tahap itu ialah 24,99. BOM sahaja ialah $ 13.00.

Pendek kata, bukan produk yang berdaya maju. Sekiranya saya dapat menurunkan MOSFET dalam julat harga dari $ 0,75 - $ 1,00 mungkin berfungsi.

Tapi seronok dibuat. Saya fikir ia adalah reka bentuk yang lebih baik, tetapi sekali lagi saya melakukannya.

Nikmati papan !!! (DI SINI)

Kemas kini:

Saya menjumpai MOSFET yang berharga kurang dari $ 1,00. Sekiranya anda mahukan papan yang dibina sepenuhnya, saya mempunyai mereka di e-bay. (SINI) atau versi saluran Sigle (DI SINI)