MOSTER FET - Dual 500Amp 40 Volt MOSFET 3D Printer Heated Bed Drivers: 7 Step (with Pictures)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

احتمالاً شما روی این گاو مقدس متفکر ، 500 AMPS کلیک کرده اید !!!!!. صادقانه بگویم ، برد MOSFET که طراحی کرده ام قادر به انجام ایمن 500 آمپر نخواهد بود. ممکن است برای مدت کوتاهی ، درست قبل از اینکه با هیجان شعله ور شود.

این یک ترفند هوشمندانه طراحی نشده است. این برنامه شیطانی من نبود که شما را به دستورالعمل مورد علاقه خود بکشاند (اینجا دانشمند دیوانه را بخندید). می خواستم نکته ای را عرض کنم. تبلیغات چاپگرهای سه بعدی و اجزای آنها می تواند بسیار گمراه کننده باشد. به خصوص در بازار DIY ارزان قیمت.

من فقط یک مورد از این موارد را بررسی می کنم. یک برد رایج MOSFET که برای محافظت از برد اصلی چاپگر سه بعدی در برابر آسیب استفاده می شود. آنها همچنین برای ارتقاء پینتر به یک تخت سر قوی تر استفاده می شوند. به طور کلی با سطح چاپ بیشتر.

نیمی از طرح های مختلف در بازار موجود است. اکثر آنها دارای این گرمکن های غول پیکر هستند و بسیار چشمگیر به نظر می رسند. اما بیشتر آن یک حقه است.

در حالی که ما یکی از این تابلوها را تجزیه و تحلیل می کنیم. من قصد دارم طراحی خودم را انجام دهم. پس از مشاهده آنچه در بازار وجود دارد ، تصمیم گرفتم که می توانم بهتر عمل کنم. بنابراین ، من قصد دارم یک تخته منبع باز ، قابلیت های باز طراحی کنم که این کار را بسیار خوب انجام می دهد.

طراحی مورد نظر من یک برد MOSFET دوگانه 40 ولت 60 آمپر است. نه 1 کانال بلکه 2. یکی برای تخت گرم و دیگری برای گرمکن. پشت طراحی یک داستان وجود دارد. برای کسانی از شما که به داستان پشت تخته اهمیتی نمی دهند ، می توانید مستقیماً به فایلهای اصلی صفحه بروید.

فایلهای منبع Ki-Cad

تدارکات

تمام رد پای این طرح تخته با دست لحیم کاری شده است.

ابزارها:

• موچین
• آهن لحیم کاری
• لحیم کاری
• اسنپ برای الکترونیک

BOM:

منابع	شماره تامین کننده	تامین کننده	ارزش	تعداد
C11 ، C21	CL21B103KBANNND-ND	دیجی کلید	10000pF	2
R11 ، R21	311-1.00KFRCT-ND	دیجی کلید	1.0K	2
R15 ، R25	311-3.60KFRCT-ND	دیجی کلید	3.6 هزار	2
R13 ، R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	دیجی کلید	1.99 هزار	2
D11 ، D21	BZX84C15LT3GOSTR-ND	دیجی کلید	15 ولت	2
U11 ، U21	TLP182 (BL-TPLECT-ND	دیجی کلید	TLP182	2
CN11 ، CN21	277-1667-ND	دیجی کلید		2
Q11 ، Q21	AUIRFSA8409-7P-ND	دیجی کلید	AUIRFSA8409-7P	2
J11 ، J21	PRT-10474	سرگرم کننده جرقه	XT-60-M	2
J12 ، J22	PRT-10474	سرگرم کننده جرقه	XT-60-F	2
پرش کنندگان	10 سیم جامد AWG

مرحله 1: چگونه حقایق به شما داده می شود اما نشان دهنده چیزی نیست که خریداری می کنید

برد MOSFET در آن تصویر بسیار رایج است. می توانید آن را در eBay ، Ali Express ، آمازون و مکانهای دیگر پیدا کنید. همچنین بسیار ارزان است. برای 2 نفر می توانید مبلغ 5.00 دلار بپردازید.

عنوان اصلی "ماسفت 210 آمپر" است. این درست است که MOSFET یک ماسفت 210 آمپر است. با این حال ، کل محصول فقط می تواند 25 آمپر کار کند. عامل محدود کننده PCB و اتصال دهنده است.

همانطور که بعداً خواهیم دید ، PCB احتمالاً طراحی را بیشتر محدود می کند. آثار مسی ضخیم به نظر نمی رسند.

بنابراین آنها حقیقت را در مورد MOSFET به شما گفتند اما در مورد کل محصول.

در اینجا بازاریابی زیادی نیز در حال انجام است. آن هیت سینک غول پیکر را ببینید. اکثر مردم فکر می کنند عجب قسمت مهمی باید باشد. حقیقت این است که اگر آن قسمت که به ماسفت گرمکن احتیاج دارد انرژی زیادی را هدر می دهد. این انرژی می توانست برای گرم کردن بستر چاپ استفاده شود. هیت سینک بزرگ نشانه خوبی نیست. اما این چیزی است که ما انتظار داریم در دستگاه های قدرتمند شاهد آن باشیم. بهترین چیزی که می توانم بگویم این بخش فقط برای بازاریابی است ، حداقل در 25 آمپر.

من می خواهم محصولی را طراحی کنم که کار خود را به خوبی انجام دهد ، کیفیت خوبی داشته باشد ، هزینه کمی داشته باشد و در مورد قابلیت های آن بسیار مستقیم صحبت کند.

مرحله 2: هسته مدار: MOSFET

من می خواهم طراحی بسیار کارآمد باشد. این بدان معناست که برق در دستگاه کم است. بنابراین مقاومت دشمن من است. MOSFET ها مانند یک مقاومت کنترل شده با ولتاژ عمل می کنند. بنابراین وقتی آنها خاموش هستند ، مقاومت آنها بسیار زیاد است. هنگامی که آنها روشن هستند ، مقاومت آنها بسیار پایین است. در واقع خیلی بیشتر از این اتفاق می افتد. با این حال ، برای بحث ما به اندازه کافی خوب خواهد بود.

پارامتری که باید در برگه اطلاعات MOSFET به آن توجه کنیم "RDS on" است.

MOSFET I انتخاب شده AUIRFSA8409-7P ساخته شده توسط Infineon Technologies بود. بدترین حالت RDSon 690u اهم است. بله ، این میکرو اهم صحیح بود. اما قطعه گران است. حدود 6.00 دلار برای یکی. بقیه طراحی اجزای بسیار ارزان خواهد بود. داشتن یک طراحی خوب به معنای انتخاب یک ماسفت خوب است. بنابراین ، اگر بخواهیم چشمک بزنیم ، این منطقه ای است که می توان در آن رخنه کرد.

در اینجا پیوندی به برگه داده وجود دارد

توجه کنید این قسمت 523Amp MOSFET است. با این حال ، جریان Id محدود به 360 آمپر است. دلیل آن دو چیز است.

1. بسته بندی قطعات نمی تواند گرمای کافی را برای حفظ 523 آمپر پخش کند.
2. آنها سیم اتصال کافی برای قالب 625 آمپر بر روی قالب ندارند. بنابراین "پیوند محدود"

من قصد دارم طراحی را به 60 آمپر محدود کنم. مقاومت پایین است ، بنابراین من کارایی بسیار خوبی را در یک منطقه کوچک به دست خواهم آورد.

این قطعه در حداکثر جریان کشیده شده در حدود 1.8 وات اتلاف می شود. (R x I^2) مقاومت حرارتی این قسمت 40 درجه سانتی گراد بر وات است. (برای درک محاسبات انجام شده اینجا را کلیک کنید). بنابراین در حداکثر کشش فعلی 72 درجه بالاتر از محیط خواهیم بود. برگه اطلاعات حداکثر دمای دستگاه را 175 درجه سانتیگراد مشخص می کند. ما در آن لیست قرار داریم. با این حال ، اگر دمای محیط 25 درجه سانتیگراد را در نظر بگیریم ، ما فقط زیر 100 درجه سانتیگراد هستیم. ما نیاز به یک هیت سینک کوچک و یک فن در بار کامل داریم.

همه اینها فرض می کند که ما 15 ولت در دروازه داریم. هنگامی که از زیر 10 ولت پایین بیاییم ، واقعاً با مشکلات گرمایش مواجه می شویم.

بازدهی (با فرض 40 ولت) 2400 وات تحویل داده شده ، 1.8 وات هدر می رود. حدود 99.92.

منبع تغذیه	تحویل داده شده	کم شده	بهره وری
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

بنابراین محصول نمونه ما MOSFET 220 آمپر داشت. من ماسفت 523 آمپر دارم و چیز احمقانه ای هنوز داغ می شود. نکته من در اینجا این است که جریان مشخص شده شاخص خوبی برای عملکرد نیست. مشخصات بهتر می تواند مقاومت در برابر برد و MOSFET باشد. این مشخصات تقریباً همه آنچه را که باید بدانید به شما ارائه می دهد.

مرحله 3: سایر اجزای کلیدی

به طور معمول ، برد MOSFET از خروجی تخت گرم شده چاپگر به عنوان سیگنال کنترل خود استفاده می کند. U11 یک نوری دو طرفه است. این قسمت چندین هدف دارد.

1) نمی توانید ورودی را اشتباه سیم کشی کنید. این کمی تصحیح ساختگی است. برد اصلی یا جریان را غرق می کند یا خیر. بنابراین ماشه ورودی بر اساس این است که آیا بین سنجاق های تخت گرم شده برد کنترل جریان جریان داریم یا نه.

2) طرف قدرت بالا را از برد کنترل قدرت کم جدا کنید. این به شما امکان می دهد از ولتاژ بالاتری در تخت گرم استفاده کنید. به عنوان مثال می توانید یک برد کنترل 12 ولت و یک تخت گرم شونده 24 ولت داشته باشید. زمین ها نیازی به اتصال ندارند (کاملاً جدا شده). شما 3750 Vrms عظیم عایق دارید.

3) تخت گرم شده را از راه دور کنترل کنید. منبع تغذیه ، تخت گرم شونده و برد MOSFET می توانند در قسمت کاملاً متفاوتی از چاپگر با برد کنترل قرار بگیرند. خطوط کنترل بر اساس جریان جاری است بنابراین سر و صدا مشکلی نیست. برد می تواند تا حدودی از برد کنترل فاصله داشته باشد. سیمهای برق سنگین گران هستند. داشتن همه مواد با قدرت بالا در یک نقطه بسیار منطقی است.

4) من می توانم دروازه MOSFET را رانده و مقاومت RDSon را حتی بیشتر کاهش دهم. اما من نمی توانم از 20 ولت فراتر بروم یا MOSFET می میرد. این همان چیزی است که Ziner (D11) برای آن است. برای بستن دروازه به 15 ولت

آخرین جزء مهم R12 است. این یک مقاومت خونی است. دروازه FET دارای یک خازن است. همه ماسفت ها این کار را می کنند. هرچه MOSFET قوی تر باشد ، ظرفیت آن بیشتر است. به عنوان یک قاعده کلی. بنابراین وقتی U11 خاموش می شود ، باید آن capisistor دروازه را تخلیه کنیم. در غیر اینصورت زمان خاموش شدن بسیار کندی خواهیم داشت. علاوه بر همه این موارد ، U11 کمی نشتی دارد. اگر R12 وجود نداشت ، درب دروازه شارژ می شد و دروازه از Vgsth فراتر می رفت و MOSFET روشن می شد. این باعث می شود که دروازه به پایین کشیده شود.

مرحله 4: طراحی تخته - یکی از مهمترین نکات طراحی است

خوب ، اکنون به طراحی PCB بروید.

بیایید با برخی از تصمیمات ساده شروع کنیم. اسمش را چه بگذارم و چه رنگی باشد. بله ، بازاریابی مردم چیزهایی را دوست دارند که زیبا به نظر برسند. موارد فنی باید دارای خطوط تمیز و ظاهری خوب و فنی باشند. نکته دیگر این است که رنگ مهم است. به نظر می رسد مردم مواد خطرناک قدرتمند را با رنگ سیاه مرتبط می دانند. به فکر پلیس محلی باشید. هر دو اقتدار دارند. اما به صراحت می گویم من ترجیح می دهم توسط پلیس محلی من کشانده شود تا یک تیم سوات. بنابراین رنگ آن سیاه است.

حالا اسمش رو چی بذارم از آنجا که 60 آمپر یک ماسفت فوق العاده بزرگ است ، من فکر کردم که آن را MOSTER FET می نامم. باشه میدونم خنده داره اما ، لعنت به جیم ، من یک مهندس هستم و نه یک متخصص بازاریابی. من حتی یک لوگوی زیبا ساختم. باز هم می گویم ، من حرفه ای بازاریابی نیستم.

مهمترین تصمیم بعدی برای برد مدار ضخامت مس است. مدارهای مدار باید بار کامل 60 آمپر را حمل کنند. بنابراین چندین کار وجود دارد که می توانیم انجام دهیم تا این اتفاق بیفتد. طول ردیابی کوتاه ، عرض وسیع و مس ضخیم. همه این موارد مقاومت ردیابی را کاهش می دهد.

ضخامت مس مدار چاپی در اونس مشخص شده است. بنابراین 1 اونس مس وزن 1 اونس در هر فوت مربع دارد. بنابراین ، 4 اونس مس 4 برابر ضخیم تر خواهد بود. همچنین 4 برابر جریان را حمل می کند. پس از انجام تجزیه و تحلیل ، متوجه شدم که هزینه به طور خطی با ضخامت مس افزایش نمی یابد. من از نقل قول سریع PCBWAY (اینجا) برای تعیین هزینه برد استفاده می کنم. (این یکی از آن پیوندهای برگشت است ، به ساخت تخته کمک می کند) اگر من هزاران تخته می ساختم ، منحنی هزینه صاف می شد. اما من نه.

ضخامت مس	هزینه برای 10	اندازه PCB
1 اونس	$23.00	50 میلی متر در 60 میلی متر
2 اونس	$50.00
3oz	$205.00
4 اونس	$207.00
5 اونس	$208.00
6 اونس	$306.00
7 اونس	$347.00
8 اونس	$422.00

مشکل تخته های مسی Think نیز وجود دارد. هرچه مس ضخیم تر باشد ، مدت زمان بیشتری طول می کشد تا از بین برود و جزئیات بیشتری از بین می رود. اساساً این بدان معناست که فاصله ردیابی باید واقعاً وسیع باشد. همچنین به این معنی است که عرض رد مینیوم نسبتاً زیاد است. در این طرح ، من می توانم آن را تحمل کنم. من می خواهم دو کانال را در همان فضایی که قبلاً یکی را در خود جای داده بود ، قرار دهم. بنابراین 1oz مس است.

با این حال ، این مشکل دیگری ایجاد می کند. 1 اونس مس بار را حمل نمی کند. تخته من یک فیوز فوق العاده گران قیمت خواهد بود.

فقط سه ردیابی در هر کانال وجود دارد که باید بار جریانی زیادی داشته باشند. همانطور که در تصویر می بینید ، من ماسک لحیم را روی شش اثر برداشته ام. برنامه من بیش از حد سیم جامد 12AWG روی آن آثار است. به طور معمول این یک برنامه عالی نخواهد بود. با این حال ، هزینه هیئت مدیره با توجه به هزینه اجزای اضافی بیشتر است. ناگفته نماند که سیم مسی نیاز به برش سفارشی و شکل گیری دارد. تولید انبوه را با مشکل مواجه می کند. به طور خلاصه ، من نه معروف می شوم و نه ثروتمند.

اینجاست که ممکن است هیئت مدیره نمونه ما مشکل دیگری داشته باشد. ضخامت مس روی آن تخته بسیار نازک است. آثار گسترده است. اما در مقطعی دیگر فایده ای ندارد. تمام جریان از یک پین به یک پین واحد می رسد. آثار گسترده تر باعث خنک شدن بهتر می شود ، اما هنوز نقاط داغی خواهید داشت.

برنامه من این است که از تمام قطعات نصب سطح به جز اتصالات استفاده کنم. اتصال دهنده های سطحی به راحتی از روی برد جدا می شوند. من همچنین از اتصالات TX60 برای تغذیه و تخت گرم استفاده می کنم. آنها در دنیای RC استفاده می شوند. آنها ارزان هستند و بار را حمل می کنند. با این حال ، آنها اتصالات فنجان لحیم هستند. برای برآوردن مشخصات ، فنجان ها باید با لحیم پر شوند. چاپگرهای سری ender از این اتصالات برای تخت گرمایشان استفاده می کنند. بنابراین این واقعا یک انتخاب خوب است.

دیگر اتصالات مورد استفاده من ترمینال های پیچ 5 میلی متری هستند. آنها ارزان هستند و در این نوع برنامه ها به خوبی کار می کنند.

هیت سینک کوچک مورد نیاز MOSFET در برد مدار مجتمع شده است. این هم ایده خوبی است و هم ایده بدی. از نظر هزینه خوب است ؛ با این حال ، اگر قسمت بیش از حد داغ شود ، تخته رسوب می کند. شما واقعاً برای مدت طولانی باید خیلی داغ باشید تا این اتفاق بیفتد. برای دمای شدید ، گرمکن آلومینیومی بسیار بهتر خواهد بود. به احتمال زیاد ، اگر برد 60 آمپر کار کند ، باید از فن استفاده شود. به همین دلیل سوراخ های گرمکن کمی بزرگتر هستند. اجازه دهید هوا از تخته عبور کند. من قبلاً این کار را انجام داده ام و فوق العاده خوب کار می کند. اما افزایش هزینه های هیئت مدیره کمی. اما هنوز هزینه کمتری نسبت به هیت سینک آلومینیومی دارد.

در نهایت ، هر کانال مستقل است. زمین و خطوط برق به هم متصل نیستند ، هرچند که در شماتیک آنها نام خالص یکسانی دارند. به این ترتیب صفحه کنترل شما می تواند در 12 ولت ، تخت گرم شونده در 24 ولت و در حالت گرم در 12 ولت باشد. به شما گزینه هایی می دهد.

مرحله 5: ایجاد هیئت مدیره

من از KiCad استفاده می کنم. افزونه ای برای آن وجود دارد که یک BOM تعاملی ایجاد می کند. فقط خط BOM را برجسته کنید و مکانهایی که می رود را روشن می کند. این افزونه مورد علاقه من برای KiCad است. این افزونه یک فایل HTML مستقل ایجاد می کند. (اینجا). بنابراین فایل قابل حمل است. وقتی در حال ساخت تخته هستم از آن در دستگاه تبلت (یا تلفن) خود استفاده می کنم.

تخته ها را همین چند وقت پیش گرفتم. همانطور که می بینید این نسخه کمی متفاوت از سایر بخش ها به نظر می رسد. تخته هایی که من در آن نمونه های اولیه را ساختم (تصویر زیر). تمام بازخوردهای طراحی که در آزمایشات آزمایشگاهی دریافت کردم به طرح بازگشت. اگر شما همچنین متوجه R12 و R22 گم شده است. فراموش کردم که مقاومت خونی را اضافه کنم. اشتباه بزرگ. کمی عمل عجیب داشتم تا دیدم چه چیزی گم شده است. سپس مجبور شدم آنها را "مرده اشکال" بر روی.

فایل طراحی برد در مخزن git جدیدترین نسخه است و تمام رفع اشکال را دارد.

اما اینجاست ؛ در همه شکوه آن (قرار دادن جلوه های صوتی آواز خواندن فرشتگان)

مرحله 6: در عملیات - اثبات پودینگ در حال غذا خوردن است

شروع به آزمایش تخته کردم. بنابراین اولین چیزی که به آن توجه کردم این است که LED مانند خورشید می درخشد. بله ، متوجه شدم که LED لازم نیست آنقدر روشن باشد. اما وقتی در اعماق چاپگر شما قرار گرفت از من تشکر خواهید کرد. البته اگر Anet A8 ندارید. اگر چنین است ، فقط مانند من از عینک آفتابی استفاده کنید.

احتمالاً می توانم R15 و R25 را تغییر دهم. اما طیف گسترده ای از ولتاژهای تغذیه (10v-40v) من را دچار تردید می کند.

من منبع تغذیه 29 ولت 25 آمپر دارم. من منبع تغذیه 24 ولتی Meanwell خود را روی 29 ولت تنظیم کردم. من همچنین یک تخت گرم گرد 400 میلی متری دارم که 400 وات در 24 ولت است. با ولتاژ 29 ولت ما دقیقاً 20 AMPS ترسیم می کنیم. بنابراین 20 آمپر بهترین چیزی است که می خواهم دریافت کنم.

اندازه گیری از جنبه منفی J11 و J12 گرفته شد. اساساً در سراسر MOSFET. اما در اتصالات انجام شد. جایی که سیم ها به آن وصل می شوند. برد 23mVolts در 20 آمپر کاهش یافته است. این می تواند کل مقاومت دستگاه را در 1.15mOhms قرار دهد. این MOSFET ، برد و اتصالات است. اگر خودم این را بگویم واقعاً خوب است. (و شادی زیادی بود)

مرحله 7: ساید بای ساید

خوب ، در پایان می خواهم بگویم هیئت مدیره من برنده است. همه چیز را که می توانید بخواهید دارد. اینجا مقایسه است. با این حال ، هزینه ساخت این مرد بسیار زیاد است.

مشخصات	ماسفت متداول	MOSTER FET
حداکثر ولتاژ	ناشناس	40 ولت
مکس کورنت	25 آمپر	60 آمپر
محرک برگشت پذیر	آره	آره
Opto جدا شده	شاید	آره
هزینه (2 کانال)	$12.99	$14.99
کانال ها	1	2

من قصد دارم وانمود کنم که می توانم هزاران مورد از آنها را بسازم.

اگر قصد فروش قطعات چاپگر سه بعدی را دارید ، باید حاشیه سود 40 درصد یا بیشتر داشته باشید. اگر بسیار بالاتر بود بهتر بود ، اما این حداقل چیزی است که برای سرپا ماندن به آن نیاز دارید. من هزینه BOM 3.50 دلار و هزینه ساخت 3.76 دلار فرض کردم. من تابلوی اعلانات را در چند مکان محلی نقل کردم. اگر در آمازون یا E-bay می فروشید ، آنها 30 درصد هزینه کارت اعتباری ، هزینه PayPal و هزینه فروش را از شما دریافت می کنند. باور کنید تا 30 درصد کار می کند. آنها به شما چیزهای متفاوتی می گویند اما همه گفته ها و انجام ها من 70 درصد از هر چیزی که فروخته شده است را دریافت می کنم.

این هیئت مدیره باید 15.99 دلار قیمت داشته باشد تا واقعاً قابل اجرا باشد. با این حال بازار DIY نسبت به قیمت بسیار حساس است. بنابراین آن را روی 14.99 دلار تنظیم کنید. همیشه می توانید براکت های نصب یا کیت سیم کشی را افزایش دهید.

نکته دیگری که در اینجا مشاهده می کنید این است که تخته معمولی به شدت در بازار عرضه شده است. بسیاری از فیلم های DIY که می توانید در هر کجا پیدا کنید. بازار DIY می خواهد بداند که چگونه کار می کند و چگونه از آن استفاده کند. فقط حدود 10 درصد از آن بازار چیز جدیدی را امتحان می کنند یا اولین پذیرنده هستند. فقط حدود 3 درصد از این افراد هرگونه داده ای را منتشر می کنند یا ویدئوی "نحوه انجام" را انجام می دهند. به طور خلاصه احتمال فروش 10 هزار قطعه در سال بسیار اندک است.

اگر این کار را خوب انجام دهید ، حداکثر 100 مورد در سال است. نقطه قیمت در آن سطح 24.99 است. BOM به تنهایی 13.00 دلار است.

به طور خلاصه ، یک محصول قابل اجرا نیست. اگر بتوانم MOSFET را در محدوده قیمت 0.75 دلار - 1.00 دلار پایین بیاورم ، ممکن است کار کند.

اما درست کردنش جالب بود به نظر من طراحی بهتری است ، اما دوباره این کار را انجام دادم.

از تخته لذت ببرید !!! (اینجا)

به روز رسانی:

من یک MOSFET پیدا کردم که ارزش آن کمتر از 1.00 دلار است. اگر می خواهید یک تخته کامل ساخته شود ، آنها را در e-bay دارم. (اینجا) یا نسخه کانال Sigle (اینجا)