MOSTER FET - Dual 500Amp 40 voltin MOSFET 3d -tulostimen lämmitetyt sänkyohjaimet: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Olet luultavasti napsauttanut tätä ajattelevaa pyhää lehmää, 500 AMPS !!!!!. Ollakseni rehellinen, suunnittelemani MOSFET -levy ei kykene turvallisesti tekemään 500 ampeeria. Se saattaa hetkeksi, juuri ennen kuin se syttyi innoissaan liekkeihin.

Tätä ei ole suunniteltu fiksuksi temppuksi. Se ei ollut minun paha suunnitelmani houkutella sinut opetettavaksi (lisää hullu tiedemies nauraa tähän). Halusin tehdä pointin. 3D -tulostimien ja niiden osien mainonta voi olla hyvin harhaanjohtavaa. Varsinkin edullisilla DIY -markkinoilla.

Aion tutkia vain yhtä tapausta tästä. Yleinen MOSFET -kortti, jota käytetään suojaamaan 3D -tulostimen emolevy vaurioilta. Niitä käytetään myös pinterin päivittämiseen tehokkaammaksi sängyksi. Yleensä enemmän tulostusaluetta.

Erilaisia malleja on markkinoilla puoli tusinaa. Useimmilla on nämä jättiläiset jäähdytyselementit ja ne näyttävät erittäin vaikuttavilta. Mutta suurin osa siitä on temppu.

Kun analysoimme yhtä näistä taulukoista; Aion suunnitella oman. Tutkittuani mitä markkinoilla on, päätin, että voisin tehdä paremmin. Aion siis suunnitella avoimen lähdekoodin avoimen kyvyn levyn, joka tekee työnsä erittäin hyvin.

Suunnitteluni, johon olen kohdistanut, on 40 V 60 Amp kaksois MOSFET -levy. Ei 1 kanavaa vaan 2. Yksi lämmitetylle sängylle ja yksi hotendille. Suunnittelun takana on tarina. Niille teistä, jotka eivät välitä taulun takana olevasta tarinasta, voit siirtyä suoraan taulun lähdetiedostoihin.

Ki-Cad-lähdetiedostot

Tarvikkeet

Kaikki tämän levyn suunnittelun jalanjäljet ovat käsin juotettuja.

Työkalut:

• Pinsetit
• Juotin
• Juottaa
• Katkelmia elektroniikalle

BOM:

Viitteet	Toimittajan osanumero	Toimittaja	Arvo	Määrä
C11, C21	CL21B103KBANNND-ND	Digi-avain	10000pF	2
R11, R21	311-1,00KFRCT-ND	Digi-avain	1,0 kt	2
R15, R25	311-3,60KFRCT-ND	Digi-avain	3,6 kt	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Digi-avain	1,99 kt	2
D11, D21	BZX84C15LT3GOSTR-ND	Digi-avain	15V	2
U11, U21	TLP182 (BL-TPLECT-ND	Digi-avain	TLP182	2
CN11, CN21	277-1667-ND	Digi-avain		2
Q11, Q21	AUIRFSA8409-7P-ND	Digi-avain	AUIRFSA8409-7P	2
J11, J21	PRT-10474	Spark Fun	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	Spark Fun	XT-60-F	2
JUMPERIT	10 AWG -johdinlanka

Vaihe 1: Kuinka sinulle annetaan tosiasiat, mutta se ei edusta sitä, mitä olet ostamassa

Kuvan MOSFET -levy on hyvin yleinen. Löydät sen eBayssa, Ali Expressissä, Amazonissa ja monissa muissa paikoissa. Se on myös erittäin halpaa. Kahdesta voit maksaa jopa 5,00 dollaria.

Otsikko on yleensä "210 Amp MOSFET". On totta, että MOSFET on 210 ampeerin MOSFET. Koko tuote voi kuitenkin tuottaa vain 25 ampeeria. Rajoittava tekijä on piirilevy ja liitin.

Kuten näemme myöhemmin, PCB todennäköisesti rajoittaa suunnittelua entisestään. Kuparijäljet eivät näytä kovin paksuilta.

Joten he kertoivat sinulle totuuden MOSFETista, mutta eivät koko tuotteesta.

Täällä on myös paljon markkinointia. Katso tuo jättiläinen jäähdytyselementti. Useimmat ihmiset ajattelevat, että vau, sen on oltava melko voimakas osa. Totuus on, että jos tämä osa tarvitsee MOSFETin jäähdytyselementtiä, se tuhlaa paljon energiaa. Tämä energia olisi voinut mennä tulostusalustan lämmitykseen. Suuri jäähdytyselementti ei ole hyvä merkki. Mutta sen odotamme näkevän suuritehoisissa laitteissa. Parasta, mitä voin kertoa tästä osasta, on vain markkinointi, vähintään 25 ampeeria.

Haluan suunnitella tuotteen, joka tekee tehtävänsä hyvin, on hyvälaatuinen, edullinen ja on erittäin suoraviivainen sen ominaisuuksista.

Vaihe 2: Piirin ydin: MOSFET

Haluan, että muotoilu on erittäin tehokas. Tämä tarkoittaisi pientä virranhukkaa koko laitteessa. Vastarinta on siis viholliseni. MOSFETit toimivat kuin jänniteohjattu vastus. Joten kun he ovat pois päältä, niiden vastus on erittäin suuri. Kun ne ovat päällä, niiden vastus on erittäin alhainen. Itse asiassa on paljon enemmän meneillään. Keskustelumme kannalta se kuitenkin riittää.

Parametri, johon meidän tulee kiinnittää huomiota MOSFET -tietolomakkeessa, on "RDS päällä".

Valitsemani MOSFET oli Infineon Technologiesin valmistama AUIRFSA8409-7P. Pahimmassa tapauksessa RDSon on 690u ohmia. Joo, se oli oikea mikro -ohmi. Mutta osa on kallis. Noin 6,00 dollaria. yhdelle. Loput suunnittelusta ovat erittäin edullisia komponentteja. Hyvä muotoilu tarkoittaa hyvän MOSFETin valitsemista. Joten jos aiomme räjähtää, tämä on alue, jossa räjähtää.

Tässä linkki tietolomakkeeseen

Huomaa, että tämä osa on 523 ampeerin MOSFET. Id -virta on kuitenkin rajoitettu 360 ampeeriin. Syy on kaksiosainen.

1. Osapaketti ei voi hajottaa tarpeeksi lämpöä 523 ampeerin ylläpitämiseen.
2. Heillä ei ole tarpeeksi liitosjohtoja suuttimessa 625 ampeeria kohti. Siten "Sidonta rajoitettu"

Aion rajoittaa suunnittelun 60 ampeeriin. Vastus on alhainen, joten saan todella suuren tehokkuuden pienellä alueella.

Osa hajottaa noin 1,8 wattia maksimivirralla. (R x I^2) Tämän osan lämmönkestävyys on 40 astetta C/W. (napsauta tästä ymmärtääksesi mitä laskelmia tehdään). Joten suurimmalla virrankulutuksella olemme 72 astetta ympäristön yläpuolella. Tietolomakkeessa ilmoitetaan, että laitteen maksimilämpötila on 175 astetta. Jos ympäristön lämpötila on kuitenkin 25 astetta, olemme alle 100 astetta. Tarvitsemme pienen jäähdytyselementin ja tuulettimen täydellä kuormalla.

Kaikki tämä olettaa, että portilla on 15v. Kun pudotamme alle 10 voltin, meillä alkaa todella olla lämmitysongelmia.

Tehokkuus on (olettaen 40 V) 2400 wattia, 1,8 wattia hukkaan. Noin 99,92%.

Virtalähde	Toimitettu	Kadonnut	Tehokkuus
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Esimerkkituotteessamme oli siis 220 ampeerin MOSFET. Minulla on 523 ampeerin MOSFET ja typerä asia kuumenee edelleen. Pointtini tässä on se, että määritetty virta ei ole hyvä suorituskyvyn indikaattori. Parempi eritelmä olisi levyn ja MOSFETin kokonaisvastus. Tämä yksi eritelmä antaa sinulle lähes kaiken mitä sinun tarvitsee tietää.

Vaihe 3: Muut keskeiset komponentit

Yleensä MOSFET -kortti käyttää ohjaussignaalina tulostimen lämmitettyä sänkyä. U11 on kaksisuuntainen optinen liitin. Tällä osalla on useita tarkoituksia.

1) Tuloa ei voi kytkeä väärin. Tämä on vähän nuken todistus. Emolevy joko upottaa virran tai ei. Tulon liipaisin perustuu siis siihen, onko meillä virtaa ohjauskortin lämmitettyjen sängyn nastojen välillä.

2) Eristä suuritehoinen puoli pienitehoisesta ohjauskortista. Näin voit käyttää korkeampaa jännitettä lämmitetyssä sängyssä. Esimerkiksi sinulla voi olla 12 voltin ohjauskortti ja 24 voltin lämmitetty sänky. Tontteja ei tarvitse yhdistää (täysin eristetty). Sinulla on mahtava 3750 Vrms eristys.

3) Kauko -ohjata lämmitettyä vuodetta. Virtalähde, lämmitetty sänky ja MOSFET -kortti voivat olla tulostimen täysin eri osassa kuin ohjauskortti. Ohjauslinjat perustuvat nykyiseen virtaukseen, joten melu ei ole ongelma. Taulu voi olla melko kaukana ohjauspaneelista. Raskaat virtajohdot ovat kalliita. Kaikkien suuritehoisten tavaroiden pitäminen yhdessä paikassa on järkevää.

4) Voin yli ajaa MOSFETin porttia ja alentaa RDSonin vastusta entisestään. Mutta en voi ylittää 20 volttia tai MOSFET kuolee. Tätä varten Ziner (D11) on tarkoitettu; kiinnittää portin 15v jännitteeseen.

Viimeinen tärkeä komponentti on R12. Tämä on tyhjennysvastus. FET: n portissa on kondensaattori. Kaikki MOSFETit tekevät. Mitä tehokkaampi MOSFET, sitä suurempi kapasitanssi on. Peukalosääntönä. Joten kun U11 sammuu, meidän on purettava se portin kapisisti. Muussa tapauksessa katkaisuaika on hyvin hidas. Kaiken tämän lisäksi U11: ssä on pieni vuoto. Jos R12 puuttuu, portin korkki latautuu ja portti ylittää Vgsth ja MOSFET käynnistyy. Tämä pitää portin alhaalla.

Vaihe 4: Levyn suunnittelu - Se on yksi tärkeimmistä suunnittelupisteistä

Ok, nyt PCB -suunnitteluun.

Aloitetaan joistakin yksinkertaisista päätöksistä. Miten sitä kutsutaan ja minkä värinen sen pitäisi olla? Kyllä, markkinointi. Ihmiset pitävät asioista, jotka näyttävät hyviltä. Teknisten asioiden pitäisi olla puhtaita ja näyttää tekniseltä. Toinen asia on, että väri on tärkeä. Ihmiset näyttävät yhdistävän voimakkaita vaarallisia aineita mustaan väriin. Ajattele, että swat -tiimi jae paikallisen poliisin. Molemmilla on auktoriteetti. Mutta suoraan sanottuna minua miellyttää enemmän paikallinen poliisi kuin swat -tiimi. Väri on siis musta.

Miten sitä nyt kutsuttaisiin. Koska 60 ampeeria on hirvittävän suuri MOSFET, ajattelin kutsua sitä MOSTER FETiksi. Ok, tiedän, että se on karmeaa. Mutta hemmetti Jim, olen insinööri, en markkinoinnin ammattilainen. Tein jopa hienon logon. Jälleen kerran, en ole markkinoinnin ammattilainen.

Seuraava tärkein piirilevyn päätös on kuparin paksuus. Piirilevyn jälkien on kestettävä täysi 60 ampeerin kuorma. Joten voimme tehdä useita asioita sen eteen. Lyhyet jäljet, leveät leveät ja paksu kupari. Kaikki nämä asiat vähentävät jälkien vastustuskykyä.

Piirilevyn kuparin paksuus on ilmoitettu unssina. Joten 1 unssia kuparia painaa 1 unssia 1 neliöjalkaa kohti. Joten 4 unssia kuparia olisi 4 kertaa paksumpi. Se kantaisi myös 4 kertaa nykyisen. Analyysin jälkeen huomasin, että kustannukset eivät nouse lineaarisesti kuparin paksuuden kanssa. Käytän PCBWAY: n (tässä) pikalainausta kartongin hinnan määrittämiseen. (Tämä on yksi niistä takapotkuista, jotka auttavat jatkamaan levyjen tekemistä.) Jos rakentaisin tuhansia levyjä, kustannuskäyrä tasoittuisi. Mutta en ole.

Kuparin paksuus	Hinta 10	PCB -koko
1 oz	$23.00	50 x 60 mm
2 oz	$50.00
3 oz	$205.00
4 unssia	$207.00
5 oz	$208.00
6 oz	$306.00
7 oz	$347.00
8 unssia	$422.00

On myös ongelma ajatella kuparilevyjä. Mitä paksumpi kupari, sitä kauemmin syövytys kestää ja mitä enemmän yksityiskohtia menetät. Pohjimmiltaan tämä tarkoittaa, että jälkien välin on oltava todella leveä. Se tarkoittaa myös sitä, että vähimmäisjäljen leveys on melko suuri. Tässä suunnittelussa minulla on siihen varaa. Haluan sovittaa kaksi kanavaa samaan tilaan, johon aiemmin kuului yksi. Joten se on 1oz kuparia.

Se aiheuttaa kuitenkin toisen ongelman. 1 unssia kuparia ei kanna kuormaa. Kortistani tulee hämmästyttävän kallis sulake.

Kanavaa kohden on vain kolme jälkeä, joiden on kuormittava voimakkaasti. Kuten kuvasta näkyy, olen poistanut juotosmaskin kuudesta jäljestä. Suunnitelmani on liikaa juottaa 12AWG -ydinjohtoa näihin jälkiin. Yleensä tämä ei olisi hieno suunnitelma. Levykustannukset eivät kuitenkaan punnitse lisäkomponenttien kustannuksia. Puhumattakaan siitä, että kuparilanka on leikattava ja muotoiltava mittatilaustyönä; vaikeuttaa massatuotannon valmistusta. Lyhyesti sanottuna minusta ei tule kuuluisa tai rikas.

Tässä esimerkkitaulullamme voi olla toinen ongelma. Levyn kuparin paksuus on erittäin ohut. Jäljet ovat leveät. Mutta jossain vaiheessa se ei enää auta. Kaikki virta tulee yhdestä tapista yhteen napaan. Laajemmat jäljet mahdollistavat paremman jäähdytyksen, mutta sinulla on edelleen kuumia pisteitä.

Suunnitelmani on käyttää kaikkia pinta -asennusosia liittimiä lukuun ottamatta. Pinta -asennusliittimet irtoavat levyltä liian helposti. Käytän myös TX60 -liittimiä virtalähteeseen ja lämmitettävään sänkyyn. Niitä käytetään RC -maailmassa. Ne ovat edullisia ja kestävät taakkaa. Ne ovat kuitenkin juotoskuppiliittimiä. Kupit on täytettävä juotoksella, jotta ne täyttävät tekniset tiedot. Ender -sarjan tulostimet käyttävät näitä liittimiä lämmitettäviin vuoteisiinsa. Tämä on siis todella hyvä valinta.

Muut liittimet, joita aion käyttää, ovat 5 mm: n ruuviliittimet. Ne ovat edullisia ja toimivat hyvin tällaisessa sovelluksessa.

MOSFET -laitteeseen tarvittava pieni jäähdytyselementti on integroitu piirilevyyn. Tämä on sekä hyvä että huono idea. Se on hyvä kustannuksille; kuitenkin, jos osa kuumenee liikaa, levy hajoaa. Sinun on todella oltava erittäin kuuma pitkään, jotta tämä tapahtuisi. Äärimmäisissä lämpötiloissa alumiininen jäähdytyselementti olisi paljon parempi. Jos levyllä on 60 ampeeria, on todennäköisesti käytettävä tuuletinta. Siksi jäähdytyselementin reiät ovat hieman suurempia. Jotta ilma pääsee levyn läpi. Olen tehnyt tämän ennenkin ja se toimii uskomattoman hyvin. Mutta korottaa lautakustannuksia hieman. Mutta se on silti halvempaa kuin alumiininen jäähdytyselementti.

Lopuksi jokainen kanava on itsenäinen. Maaperää ja sähkölinjoja ei ole kytketty toisiinsa, vaikka kaaviossa niillä on sama netin nimi. Tällä tavalla ohjauskorttisi voi olla 12v, lämmitetty sänky 24v ja lämmityspiste 12v. Se antaa sinulle vaihtoehtoja.

Vaihe 5: Hallituksen rakentaminen

Käytän KiCadia. Siihen on liitännäinen, joka luo interaktiivisen luettelon. Korosta vain viiva BOM -tilassa ja se valaisee paikat, joihin se kulkee. Se on suosikki laajennukseni KiCadille. Laajennus luo itsenäisen HTML-tiedoston. (TÄSSÄ). Tiedosto on siis kannettava. Käytän sitä tablet -laitteessani (tai puhelimessa), kun rakennan levyjä.

Sain levyt vain vähän aikaa sitten. Kuten näette, tämä versio näyttää hieman erilaiselta kuin muut osat. Levyt rakensin prototyyppien kohdalle (kuvassa alla). Kaikki suunnittelupalaute, jonka sain polttamistestauksessa, palasivat suunnitteluun. Jos huomaat myös, että R12 ja R22 puuttuvat. Unohdin lisätä tyhjennysvastuksen. Iso virhe. Minulla oli outoa toimintaa jonkin aikaa, kunnes näin puuttuvan. Sitten minun piti "kuolla bug" niitä.

Git -arkiston piirustustiedosto on uusin versio ja sisältää kaikki virheenkorjaukset.

Mutta tässä se on; kaikessa kunniassaan. (lisää Enkelit laulavat äänitehoste)

Vaihe 6: Käytössä - todiste vanukasta syömisestä

Aloin testata levyjä. Joten ensimmäinen asia, jonka huomasin, on LED -valo loistaa kuin aurinko. Ymmärrän kyllä, että ledin ei tarvitse olla niin kirkas. Mutta kun se on syvällä tulostimesi sisällä, kiität minua. Paitsi tietysti, jos sinulla on Anet A8. Jos näin on, käytä vain aurinkolaseja kuten minä.

Voisin luultavasti vaihtaa vain R15 ja R25. Mutta laaja syöttöjännite (10v-40v) saa minut epäröimään.

Minulla on 29V 25A virtalähde. Säädin 24v Meanwell -virtalähteeni 29v: ksi. Minulla on myös 400 mm pyöreä lämmitettävä sänky, joka on 400 wattia 24 voltilla. 29 voltin jännityksellä piirrämme täsmälleen 20 AMPS. Joten 20 ampeeria on paras mitä saan.

Mittaus tehtiin J11: n ja J12: n negatiiviselta puolelta. Pohjimmiltaan MOSFETin kautta. Mutta se tehtiin liittimissä. Jos johdot kytketään. Taulu putosi 23 mV volttia 20 ampeerilla. Tällöin laitteen kokonaisvastus olisi 1,15 mOhm. Se on MOSFET, kortti ja liittimet. Se on todella hyvä, jos itse sanon niin. (ja oli paljon riemua)

Vaihe 7: Vierekkäin

OK, lopuksi haluaisin sanoa, että hallitukseni voittaa. Siinä on kaikki mitä haluat. Tässä vertailu. Tämän kaverin rakentaminen on kuitenkin liian kallista.

Spec	Yleinen MOSFET	MOSTER FET
Max jännite	Tuntematon	40V
Max Curent	25 ampeeria	60 ampeeria
Käännettävä liipaisin	Joo	Joo
Opto eristetty	Voi olla	Joo
Hinta (2 kanavaa)	$12.99	$14.99
Kanavat	1	2

Aion teeskennellä, että voin rakentaa tuhansia näitä.

Jos aiot myydä 3D -tulostimen osia, sinun on oltava vähintään 40%: n voittomarginaali. Olisi parempi, jos se olisi paljon korkeampi, mutta se on minimi, jonka tarvitset pysyäksesi pinnalla. Oletin 3,50 dollarin BOM -kustannukset ja 3,76 USD valmistuskustannukset. Sain hallituksen lainauksen muutamasta paikallisesta paikasta. Jos myyt Amazonissa tai E-bayssä, he maksavat sinulle 30% luottokorttimaksut, PayPal-maksut ja myyntimaksut. Luota minuun, se onnistuu 30%. He kertovat sinulle eri, mutta kaikki sanottiin ja sain 70% kaikesta myydystä.

Tämän levyn on oltava 15,99 dollaria, jotta se olisi todella elinkelpoinen. DIY -markkinat ovat kuitenkin erittäin herkkiä hinnoille. Joten aseta se 14,99 dollariin. Voit aina myydä asennuskannattimia tai johdotussarjoja.

Toinen asia, jonka näet täällä, on se, että yhteistä levyä myydään voimakkaasti. Paljon DIY -videoita, joita voit löytää mistä tahansa. DIY -markkinat haluavat tietää, miten se toimii ja miten sitä käytetään. Vain noin 10% markkinoista kokeilee jotain uutta tai on ensimmäistä kertaa omaksunut. Vain noin 3% heistä julkaisee tietoja tai tekee HOW TO -videon. Lyhyesti sanottuna todennäköisyys myydä 10 000 kappaletta vuodessa on hyvin pieni.

Eniten tätä myydään noin 100 vuodessa, jos olet hyvä. Hinta tällä tasolla on 24,99. Pelkkä BOM on 13,00 dollaria.

Lyhyesti sanottuna, ei kannattava tuote. Jos saisin MOSFETin alas hintaluokassa 0,75–1,00 dollaria, se voisi toimia.

Mutta oli hauska tehdä. Mielestäni se on parempi muotoilu, mutta sitten tein sen.

Nauti laudasta !!! (TÄSSÄ)

Päivittää:

Löysin MOSFETin, joka pystyy maksamaan alle 1,00 dollaria. Jos haluat täysin rakennetun levyn, minulla on ne e-bayssä. (TÄSTÄ) tai Sigle -kanavaversio (TÄSTÄ)