MOSTER FET - Çift 500Amp 40 Volt MOSFET 3d Yazıcı Isıtmalı Yatak Sürücüleri: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Muhtemelen bu düşünen kutsal ineğe tıkladınız, 500 AMPS!!!!!. Dürüst olmak gerekirse, tasarladığım MOSFET kartı güvenli bir şekilde 500 Amper yapamayacak. Kısa bir süreliğine, heyecanla alevler içinde patlamadan hemen önce olabilir.

Bu akıllıca bir numara olarak tasarlanmamıştı. Sizi ders kitabıma çekmek benim şeytani planım DEĞİLDİ (buraya çılgın bilim adamı gülüşü ekleyin). Bir noktaya değinmek istedim. 3D yazıcılar ve bileşenleri için yapılan reklamlar çok yanıltıcı olabilir. Özellikle düşük maliyetli DIY pazarında.

Bunun sadece bir vakasını araştıracağım. 3d yazıcı ana kartını hasardan korumak için kullanılan yaygın bir MOSFET kartı. Ayrıca bir pinter'ı daha güçlü başlı bir yatağa yükseltmek için kullanılırlar. Genellikle daha fazla baskı alanı ile.

Piyasada yarım düzine farklı tasarım var. Çoğunda bu dev soğutucular bulunur ve çok etkileyici görünürler. Ama bunların çoğu bir hile.

Bu panolardan birini incelerken; Kendi tasarımımı yapacağım. Piyasada ne olduğuna baktıktan sonra daha iyisini yapabileceğime karar verdim. Bu yüzden, işi fazlasıyla iyi yapan bir Açık kaynak, Açık Yetenekler panosu tasarlayacağım.

Hedeflediğim tasarım 40v 60Amp çift MOSFET kartı. 1 kanal değil, 2. Biri ısıtmalı yatak için, diğeri sıcak uç için. Tasarımın arkasında bir hikaye var. Panonun arkasındaki hikayeyi umursamayanlarınız için doğrudan panonun kaynak dosyalarına gidebilirsiniz.

Ki-Cad Kaynak Dosyaları

Gereçler

Bu pano tasarımının tüm ayak izleri elle lehimlenmiştir.

Aletler:

• Cımbız
• Havya
• Lehim
• Elektronik için Snips

Malzeme Listesi:

Referanslar	Tedarikçi Parça No	Tedarikçi	Değer	Miktar
C11, C21	CL21B103KBANNND-ND	Dijital Anahtar	10000pF	2
R11, R21	311-1.00KFRCT-ND	Dijital Anahtar	1.0K	2
R15, R25	311-3.60KFRCT-ND	Dijital Anahtar	3.6K	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Dijital Anahtar	1.99K	2
D11, D21	BZX84C15LT3GOSTR-ND	Dijital Anahtar	15V	2
U11, U21	TLP182(BL-TPLECT-ND	Dijital Anahtar	TLP182	2
CN11, CN21	277-1667-ND	Dijital Anahtar		2
S11, S21	AUIRFSA8409-7P-ND	Dijital Anahtar	AUIRFSA8409-7P	2
J11, J21	PRT-10474	Kıvılcım Eğlencesi	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	Kıvılcım Eğlencesi	XT-60-F	2
Jumper'lar	10 AWG tek damarlı tel

Adım 1: Gerçekler Size Nasıl Veriliyor Ama Satın Aldığınız Şeyi Temsil Etmiyor

Bu resimdeki MOSFET kartı çok yaygındır. eBay, Ali Express, Amazon ve daha birçok yerde bulabilirsiniz. Ayrıca çok ucuz. 2 için 5,00 $ kadar az ödeyebilirsiniz.

Başlık genellikle "210 Amp MOSFET" şeklindedir. MOSFET'in 210 amperlik bir MOSFET olduğu doğrudur. Ancak, tüm ürün sadece 25 Amper yapabilir. Sınırlayıcı faktör PCB ve konektördür.

Daha sonra göreceğimiz gibi, PCB muhtemelen tasarımı daha da kısıtlıyor. Bakır izleri çok kalın görünmüyor.

Bu yüzden size MOSFET hakkındaki gerçeği söylediler ama ürünün tamamı hakkında değil.

Ayrıca burada çok fazla pazarlama yapılıyor. Şu dev soğutucuya bakın. Çoğu insan, bunun oldukça güçlü bir parça olması gerektiğini düşünüyor. Gerçek şu ki, eğer bu parçanın MOSFET'in soğutucuya ihtiyacı varsa, çok fazla enerji harcıyor demektir. Bu enerji, baskı yatağını ısıtmaya gitmiş olabilir. Büyük bir ısı emici iyi bir işaret değildir. Ancak yüksek güçlü cihazlarda görmeyi beklediğimiz şey bu. Bu kısmı söyleyebileceğim en iyi şey sadece pazarlama için, en az 25 Amperde.

İşini iyi yapan, kaliteli, düşük maliyetli ve yetenekleri konusunda çok açık sözlü bir ürün tasarlamak istiyorum.

Adım 2: Devrenin Çekirdeği: MOSFET

Tasarımın çok verimli olmasını istiyorum. Bu, cihaz genelinde düşük güç kaybı anlamına gelir. Yani direniş benim düşmanım. MOSFET'ler voltaj kontrollü bir direnç gibi davranır. Yani kapalı olduklarında dirençleri çok büyük. Açık olduklarında dirençleri çok düşüktür. Aslında bundan çok daha fazlası oluyor. Ancak, tartışmamız için yeterince iyi olacak.

MOSFET bilgi föyünde dikkat etmemiz gereken parametre "RDS on" dur.

Seçtiğim MOSFET, Infineon Technologies tarafından yapılan AUIRFSA8409-7P idi. En kötü durum RDSon'un 690u Ohm olmasıdır. Evet, bu doğru mikro ohm'du. Ama parçası pahalı. 6,00 dolar civarında. bir kişi için. Tasarımın geri kalanı çok ucuz bileşenler olacak. İyi bir tasarıma sahip olmak, iyi bir MOSFET seçmek demektir. Yani, eğer savurganlık yapacaksak, burası savurganlık alanımız.

İşte Veri Sayfasına bir bağlantı

Bu parçanın 523Amp MOSFET olduğuna dikkat edin. Ancak, Id akımı 360Amps ile sınırlıdır. Nedeni iki katlıdır.

1. Parça paketi, 523 amperi sürdürmek için yeterli ısıyı dağıtamaz.
2. 625Amps için kalıp üzerinde yeterli bağlama telleri yok. Böylece "Yapışma sınırlı"

Tasarımı 60Amps ile sınırlayacağım. Direnç düşük, bu yüzden küçük bir alanda gerçekten harika bir verim elde edeceğim.

Parça, çekilen maksimum akımda yaklaşık 1.8 Watt dağıtacak. (R x I^2) Bu parçanın termal direnci 40 derece C/Watt'tır. (hangi hesaplamaların yapıldığını anlamak için buraya tıklayın). Yani maksimum akım çekişinde ortamın 72 derece üzerinde olacağız. Veri sayfası, cihaz için maksimum sıcaklığın 175 derece C olduğunu belirtir. Bu listenin oldukça altındayız. Ancak, 25°C'lik bir ortam sıcaklığını hesaba katarsak, 100°C'nin hemen altındayız. Küçük bir soğutucuya ve tam yükte bir fana ihtiyacımız olacak.

Bütün bunlar kapıda 15v olduğunu varsayar. 10v'nin altına düştüğümüzde, gerçekten ısınma sorunları yaşamaya başlıyoruz.

Verimlilik (40v varsayılarak) teslim edilen 2400 watt, boşa harcanan 1.8 Watt olacaktır. Yaklaşık %99.92.

Güç kaynağı	Teslim edilmiş	Kayıp	Yeterlik
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Yani örnek ürünümüzde 220Amp MOSFET vardı. 523Amp MOSFET'im var ve aptal şey hala ısınıyor. Buradaki amacım, belirtilen akımın performansın büyük bir göstergesi olmadığıdır. Daha iyi bir spesifikasyon, kartın ve MOSFET'in toplam direnci olacaktır. Bu spesifikasyon, bilmeniz gereken hemen hemen her şeyi size verir.

3. Adım: Diğer Anahtar Bileşenler

Tipik olarak, MOSFET kartı, kontrol sinyali olarak yazıcının ısıtılmış yatak çıkışını kullanır. U11, çift yönlü bir optokuplördür. Bu bölümün birkaç amacı vardır.

1) Girişi yanlış bağlayamazsınız. Bu biraz sahte prova. Ana kart ya akımı batırır ya da batmaz. Dolayısıyla giriş tetikleyicisi, kontrol panosu ısıtmalı yatak pimleri arasında akım akışı olup olmadığına bağlıdır.

2) Yüksek güç tarafını düşük güç kontrol kartından ayırın. Bu, ısıtılmış yatakta daha yüksek bir voltaj kullanmanıza izin verecektir. Örneğin 12 voltluk bir kontrol panosuna ve 24 voltluk ısıtmalı bir yatağa sahip olabilirsiniz. Toprakların bağlanmasına gerek yoktur (tamamen izole edilmiştir). 3750 Vrm'lik muazzam bir izolasyona sahipsiniz.

3) Isıtmalı yatağı uzaktan kontrol edin. Güç kaynağı, ısıtmalı yatak ve MOSFET kartı, yazıcının kontrol panosundan tamamen farklı bir bölümünde olabilir. Kontrol hatları akım akışına dayalıdır, bu nedenle gürültü sorun olmaz. Pano, kontrol panosundan oldukça uzakta olabilir. Ağır güç kabloları pahalıdır. Tüm yüksek güçlü şeylere tek bir noktada sahip olmak çok mantıklı.

4) MOSFET'in kapısını aşırı kullanabilir ve RDSon direncini daha da düşürebilirim. Ama 20 voltu geçemem yoksa MOSFET ölür. Ziner (D11) bunun içindir; kapıyı 15v'ye sabitlemek için.

Son bir önemli bileşen R12'dir. Bu bir boşaltma direncidir. FET'in kapısının üzerinde bir kapasitör vardır. Tüm MOSFET'ler yapar. MOSFET ne kadar güçlü olursa, kapasitans o kadar büyük olur. Kural olarak. Bu yüzden U11 kapandığında o kapı kapistörünü boşaltmamız gerekiyor. Aksi takdirde çok yavaş bir kapanma süresi alırız. Tüm bunlara ek olarak, U11'de biraz sızıntı var. R12 eksikse, kapı kapağı şarj olur ve kapı Vgsth'i geçer ve MOSFET açılır. Bu, kapının aşağı çekilmesini sağlar.

Adım 4: Pano Tasarımı - En Önemli Tasarım Noktalarından Biri

Tamam, şimdi PCB tasarımına.

Bazı basit kararlarla başlayalım. Adı ne ve ne renk olmalı. Evet, pazarlama. İnsanlar güzel görünen şeyleri severler. Teknik şeyler temiz çizgilere sahip olmalı ve teknik bir görünüme sahip olmalıdır. Diğer bir şey de rengin önemli olmasıdır. İnsanlar güçlü ve tehlikeli şeyleri siyah renkle ilişkilendiriyor gibi görünüyor. Swat ekibinin yerel polise karşı olduğunu düşünün. Her ikisinin de yetkisi var. Ama açıkçası yerel polisim tarafından bir swat ekibi tarafından çekilmeyi tercih ederim. Yani renk siyah.

Şimdi buna ne denir. 60 Amper canavarca büyük bir MOSFET olduğundan, buna MOSTER FET diyeceğimi düşündüm. Tamam, bayat olduğunu biliyorum. Ama, kahretsin Jim, ben bir mühendisim, pazarlama uzmanı değil. Hatta harika bir logo bile yaptım. Yine, ben bir pazarlama uzmanı değilim.

Devre kartı için bir sonraki en önemli karar bakır kalınlığıdır. Devre kartı izleri 60 Amperlik tam yükü taşımalıdır. Yani bunun gerçekleşmesi için yapabileceğimiz birkaç şey var. Kısa iz uzunlukları, geniş genişlikler ve kalın bakır. Bütün bunlar iz direncini azaltır.

Baskılı devre kartı bakır kalınlığı ons olarak belirtilmiştir. Yani 1 ons bakır, 1 fit kare başına 1 ons ağırlığındadır. Yani 4 ons bakır 4 kat daha kalın olacaktır. Ayrıca akımın 4 katını da taşıyacaktır. Biraz analiz yaptıktan sonra, maliyetin bakır kalınlığı ile doğrusal olarak artmadığını keşfettim. Kart maliyetini belirlemek için PCBWAY'in (burada) hızlı teklifini kullanıyorum. (bu geri tepme bağlantılarından biridir, pano yapmaya devam etmeye yardımcı olur) Binlerce pano yapıyor olsaydım, maliyet eğrisi düzleşirdi. Ama ben değilim.

Bakır kalınlığı	10 kişilik maliyet	PCB Boyutu
1 oz	$23.00	50mm x 60mm
2 oz	$50.00
3oz	$205.00
115 gram	$207.00
5oz	$208.00
6 oz	$306.00
7oz	$347.00
8 oz	$422.00

Ayrıca bakır panolarda da bir sorun var. Bakır ne kadar kalınsa, dağlama o kadar uzun sürer ve o kadar fazla ayrıntı kaybedersiniz. Temel olarak bu, iz aralığının gerçekten geniş olması gerektiği anlamına gelir. Ayrıca, minimum iz genişliğinin oldukça büyük olduğu anlamına gelir. Bu tasarımda, bunu karşılayabilirim. Daha önce birini tutan aynı alana iki kanalı sığdırmak istiyorum. Yani 1oz bakır öyle.

Ancak bu başka bir soruna yol açacaktır. 1 ons bakır yükü taşımayacaktır. Kartım olağanüstü pahalı bir sigorta olacak.

Ağır bir akım yüküne sahip olması gereken kanal başına yalnızca üç iz vardır. Resimde gördüğünüz gibi altı iz üzerinde lehim maskesini çıkardım. Planım, bu izler üzerinde 12AWG katı çekirdek teli lehimlemek. Normalde bu harika bir plan olmazdı. Bununla birlikte, kart maliyeti, ekstra bileşenlerin maliyetinden daha ağır basmaktadır. Bakır telin özel olarak kesilmesi ve şekillendirilmesi gerekeceğinden bahsetmiyorum bile; seri üretim üretimini zorlaştırıyor. Kısacası ne ünlü olacağım ne de zengin olacağım.

Örnek panomuzun başka bir sorunu olabileceği yer burasıdır. O tahtadaki bakır kalınlığı çok ince. İzler geniş. Ama bir noktada bu artık yardımcı olmuyor. Tüm akım tek bir pimden tek bir pime gelir. Daha geniş izler daha iyi soğutma sağlar, ancak yine de bazı sıcak noktalara sahip olacaksınız.

Planım, konektörler hariç tüm yüzeye montaj parçalarını kullanmak. Yüzeye monte konektörler karttan çok kolay sökülür. Ayrıca güç ve ısıtmalı yatak için TX60 konektörlerini kullanacağım. RC dünyasında kullanılırlar. Ucuzdurlar ve yükü taşırlar. Ancak bunlar lehim kabı konektörleridir. Bardaklar, spesifikasyonları karşılamak için lehimle doldurulmalıdır. Ender serisi yazıcılar, ısıtmalı yatakları için bu konektörleri kullanır. Yani bu gerçekten iyi bir seçim.

Kullanacağım diğer konektörler 5mm vidalı terminallerdir. Ucuzdurlar ve bu tür bir uygulamada iyi çalışırlar.

MOSFET için gerekli olan küçük soğutucu devre kartına entegre edilmiştir. Bu hem iyi bir fikir hem de kötü bir fikir. Maliyet açısından iyidir; ancak, parça çok ısınırsa, tahta ayrılır. Bunun olması için gerçekten uzun süre çok sıcak olmanız gerekiyor. Aşırı sıcaklıklar için bir alüminyum soğutucu çok daha iyi olurdu. Büyük olasılıkla, kart 60 Amper çalışıyorsa, bir fan kullanılması gerekecektir. Bu yüzden soğutucu delikleri biraz daha büyüktür. Havanın tahtadan geçmesine izin vermek için. Bunu daha önce yaptım ve inanılmaz derecede iyi çalışıyor. Ancak yönetim kurulu maliyetlerini biraz yükseltir. Ancak yine de bir alüminyum soğutucudan daha az maliyetlidir.

Son olarak, her kanal bağımsızdır. Şematikte aynı net isme sahip olmalarına rağmen topraklar ve güç hatları bağlı değildir. Bu şekilde kontrol panonuz 12v'de, Isıtmalı yatak 24v'de ve ısınmak için 12v'de olabilir. Size seçenekler sunar.

Adım 5: Tahtayı Oluşturma

KiCad'i kullanıyorum. Etkileşimli bir malzeme listesi oluşturan bir eklenti var. Malzeme Listesindeki satırı vurgulayın ve gittiği yerleri aydınlatsın. KiCad için en sevdiğim eklentidir Eklenti, bağımsız bir HTML dosyası oluşturur. (BURADA). Yani dosya taşınabilir. Pano oluştururken tablet cihazımda (veya telefonumda) kullanıyorum.

Kısa bir süre önce tahtaları aldım. Gördüğünüz gibi bu sürüm diğer bölümlerden biraz farklı görünüyor. Prototiplerin bulunduğu panolar (aşağıda resmedilmiştir). Test sırasında aldığım tüm tasarım geri bildirimleri tasarıma geri döndü. Ayrıca R12 ve R22'nin eksik olduğunu fark ederseniz. Bir boşaltma direnci eklemeyi unuttum. Büyük hata. Neyin eksik olduğunu görene kadar biraz garip bir operasyon geçirdim. Sonra onları "ölü böcek" yapmak zorunda kaldım.

Git deposundaki pano tasarım dosyası en son sürümdür ve tüm hata düzeltmelerine sahiptir.

Ama işte burada; tüm ihtişamıyla. (Melekler şarkı söyleyen ses efektini ekleyin)

Adım 6: Operasyonda - Pudingin Kanıtı Yemekte

Panoları test etmeye başladım. Fark ettiğim ilk şey, LED'in güneş gibi parlaması. Ya anladım LED'in o kadar parlak olmasına gerek yok. Ama yazıcının derinliklerine indiğinde bana teşekkür edeceksin. Tabii bir Anet A8'iniz yoksa. Eğer durum buysa, benim yaptığım gibi birkaç güneş gözlüğü takın.

Muhtemelen R15 ve R25'i değiştirebilirim. Ancak çok çeşitli besleme (10v-40v) voltajları beni tereddüt ediyor.

29V 25Amp Kaynağım var. 24v Meanwell güç kaynağımı 29v olarak ayarladım. Ayrıca 24v'de 400 Watt olan 400mm Yuvarlak ısıtmalı yatağım var. 29 Voltta tam olarak 20 AMPS çekeceğiz. Yani 20 Amper alacağım en iyisi.

Ölçüm, J11 ve J12'nin negatif tarafından alınmıştır. Temelde MOSFET genelinde. Ama konektörlerde yapıldı. Kabloların takıldığı yer. Kart, 20Amp'de 23mVolt'u düşürdü. Bu, toplam cihaz direncini 1,15mOhms'a çıkarır. MOSFET, Board ve Konnektörler budur. Kendim söylersem bu gerçekten iyi olur. (ve çok fazla sevinç vardı)

7. Adım: Yan Yana

Tamam, sonunda Yönetim Kurulumun kazandığını söylemek istiyorum. İsteyebileceğiniz her şeye sahiptir. İşte karşılaştırma. Ancak, bu adamı inşa etmenin maliyeti çok yüksek.

Özellik	Ortak MOSFET	EN İYİ FET
Maksimum Gerilim	Bilinmeyen	40V
Maksimum Akım	25 Amper	60 Amper
Tersinir Tetik	Evet	Evet
izole opto	Belki	Evet
Maliyet (2 Kanal)	$12.99	$14.99
Kanallar	1	2

Bunlardan binlercesini inşa edebileceğimi farz edeceğim.

3d yazıcı parçaları satacak bir iş yapacaksanız, %40 veya daha fazla kar marjına sahip olmanız gerekir. Çok daha yüksek olsaydı daha iyi olurdu, ancak bu, ayakta kalmanız için gereken minimum miktardır. 3,50 ABD Doları ürün reçetesi maliyeti ve 3,76 ABD Doları üretim maliyeti varsaydım. Tahtadan birkaç yerel yerde alıntı yaptım. Amazon veya E-bay'de satış yaparsanız, kredi kartı ücretlerinde, PayPal ücretlerinde ve Satış ücretlerinde %30'luk bir pay bırakırlar. İnan bana, %30'a çıkıyor. Size farklı söyleyecekler ama tüm söylenenler ve yapılanlar, satılanların %70'ini alıyorum.

Bu kartın gerçekten uygulanabilir olması için 15,99 $ olması gerekiyor. Ancak DIY pazarı fiyata çok duyarlıdır. Yani 14,99 $ olarak ayarlayın. Montaj braketlerinde veya kablolama kitlerinde her zaman daha fazla satış yapabilirsiniz.

Burada gördüğünüz diğer şey, ortak tahtanın yoğun bir şekilde pazarlandığıdır. Her yerde bulabileceğiniz bir sürü kendin yap videosu. Kendin Yap pazarı, bunun işe yaradığını ve nasıl kullanılacağını bilmek istiyor. Bu pazarın sadece %10'u yeni bir şey deniyor veya ilk benimseyenler. Bunların sadece yaklaşık %3'ü herhangi bir veri yayınlıyor veya "NASIL YAPILIR" videosu yapıyor. Kısacası yılda 10 bin adet satma ihtimali çok düşük.

Bunda iyiysen, bunun satabileceği en fazla şey yılda yaklaşık 100'dür. Bu seviyedeki fiyat noktası 24.99'dur. Ürün reçetesi tek başına 13,00 ABD dolarıdır.

Kısacası, uygun bir ürün değil. MOSFET'i 0,75 - 1,00 $ fiyat aralığında indirebilirsem işe yarayabilir.

Ama yapması eğlenceliydi. Bence daha iyi bir tasarım ama sonra tekrar yaptım.

Tahtanın tadını çıkarın!!! (BURADA)

Güncelleme:

1,00 doların altında bir MOSFET buldum. Tamamen inşa edilmiş bir tahta istiyorsanız, onları e-bay'de buldum. (BURADA) veya Sigle kanal versiyonu (BURADA)