MOSTER FET - Dual 500Amp 40 Volt MOSFET 3d printer verwarmde bedbestuurders: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

U het waarskynlik op hierdie denkende heilige koei, 500 AMPS !!!!!. Om eerlik te wees, die MOSFET -bord wat ek ontwerp het, kan nie 500 Amps veilig doen nie. Dit kan 'n rukkie duur, net voordat dit opgewonde in vlamme uitbars.

Dit was nie bedoel om 'n slim truuk te wees nie. Dit was NIE my bose plan om u in my instruksies te lok nie (sit 'n mal wetenskaplike hier in die lag). Ek wou 'n punt maak. Die advertensies vir 3D -drukkers en hul komponente kan baie misleidend wees. Veral in die lae -prys selfdoenmark.

Ek gaan net een geval hiervan ondersoek. 'N Algemene MOSFET -bord wat gebruik word om die hoofbord van die 3D -drukker te beskerm teen skade. Hulle word ook gebruik om 'n pinter na 'n kragtiger kopbed op te gradeer. Oor die algemeen met meer drukarea.

Daar is 'n halfdosyn verskillende ontwerpe op die mark. Die meeste het hierdie reuse heatsinks en lyk baie indrukwekkend. Maar die meeste daarvan is 'n foefie.

Terwyl ons een van hierdie borde ontleed; Ek gaan my eie ontwerp. Nadat ek gekyk het na wat op die mark is, het ek besluit ek kan beter doen. Dus, ek gaan 'n Open source, Open Capabilities -bord ontwerp wat dit baie goed doen.

Die ontwerp waarop ek mik, is 'n 40V 60Amp dubbele MOSFET -bord. Nie 1 kanaal nie, maar 2. Een vir die verhitte bed en een vir die hotend. Daar is 'n storie agter die ontwerp. Vir diegene wat nie omgee vir die storie agter die bord nie, kan u direk na die bronlêers van die bord gaan.

Ki-Cad-bronlêers

Voorrade

Al die voetspore vir hierdie bordontwerp is met die hand gesoldeer.

Gereedskap:

• Pincet
• Soldeerbout
• Soldeer
• Snips vir elektronika

BOM:

Verwysings	Verskaffer onderdeelnr	Verskaffer	Waarde	Hoeveelheid
C11, C21	CL21B103KBANNND-ND	Digi-sleutel	10000pF	2
R11, R21	311-1.00KFRCT-ND	Digi-sleutel	1.0K	2
R15, R25	311-3.60KFRCT-ND	Digi-sleutel	3,6K	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Digi-sleutel	1,99K	2
D11, D21	BZX84C15LT3GOSTR-ND	Digi-sleutel	15V	2
U11, U21	TLP182 (BL-TPLECT-ND	Digi-sleutel	TLP182	2
CN11, CN21	277-1667-ND	Digi-sleutel		2
Q11, Q21	AUIRFSA8409-7P-ND	Digi-sleutel	AUIRFSA8409-7P	2
J11, J21	PRT-10474	Vonk pret	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	Vonk pret	XT-60-F	2
SPRINGERS	10 AWG soliede kerndraad

Stap 1: Hoe u die feite ontvang, maar dit verteenwoordig nie wat u koop nie

Die MOSFET -bord in die prentjie is baie algemeen. U kan dit vind op eBay, Ali Express, Amazon en vele ander plekke. Dit is ook baie goedkoop. Vir 2 kan u tot $ 5,00 betaal.

Die opskrif is gewoonlik '210 Amp MOSFET'. Dit is waar dat die MOSFET 'n 210 amp MOSFET is. Die hele produk kan egter net 25 Ampère doen. Die beperkende faktor is die PCB en die aansluiting.

Soos ons later sal sien, beperk die PCB die ontwerp waarskynlik nog meer. Die koper spore lyk nie baie dik nie.

Hulle vertel u dus die waarheid oor die MOSFET, maar nie oor die hele produk nie.

Hier is ook baie bemarking aan die gang. Sien die reuse koellichaam. Die meeste mense dink wow, dit moet 'n baie kragtige deel wees. Die waarheid is, as die deel BEHOEFTES wat die koellichaam van die MOSFET benodig, baie energie mors. Die energie kon gegaan het om die drukbed te verhit. 'N Groot hittebak is nie 'n goeie teken nie. Maar dit is wat ons verwag om te sien op toestelle met hoë krag. Die beste wat ek hierdie deel kan vertel, is slegs vir bemarking, ten minste 25 Amps.

Ek wil 'n produk ontwerp wat sy werk goed doen, van goeie gehalte is, goedkoop is en baie eenvoudig is oor die vermoëns daarvan.

Stap 2: Die kern van die kring: die MOSFET

Ek wil hê dat die ontwerp baie doeltreffend moet wees. Dit sou 'n lae kragverlies oor die hele toestel beteken. Weerstand is dus my vyand. MOSFETs werk soos 'n spanningsbeheerde weerstand. As hulle dus weg is, is hul weerstand baie groot. As hulle aan is, is hul weerstand baie laag. Daar is eintlik baie meer aan die gang as dit. Vir ons bespreking sal dit egter goed genoeg wees.

Die parameter waaraan ons op die MOSFET -gegewensblad moet let, is "RDS aan".

Die MOSFET wat ek gekies het, was die AUIRFSA8409-7P gemaak deur Infineon Technologies. Die ergste geval is dat RDSon 690u Ohms is. Ja, dit was die korrekte mikro -ohm. Maar die deel is duur. Ongeveer $ 6,00. vir een. Die res van die ontwerp sal baie goedkoop komponente wees. Met 'n goeie ontwerp beteken dit om 'n goeie MOSFET te kies. Dus, as ons gaan uitbrei, is dit die gebied om in te spandeer.

Hier is 'n skakel na die datablad

Let op dat hierdie deel 523Amp MOSFET is. Die ID -stroom is egter beperk tot 360Amps. Die rede is tweeledig.

1. Die onderdeelpakket kan nie genoeg hitte afvoer om 523 ampère te onderhou nie.
2. Hulle het nie genoeg verbindingsdrade op die matriks vir 625 ampère nie. Dus is 'binding beperk'

Ek gaan die ontwerp tot 60 Amp beperk. Die weerstand is laag, so ek sal 'n baie goeie doeltreffendheid in 'n klein gebied kry.

Die deel gaan ongeveer 1,8 Watt verdwyn by die maksimum stroom wat getrek word. (R x I^2) Die termiese weerstand van hierdie onderdeel is 40 ° C/Watt. (klik hier om te verstaan watter berekeninge gedoen word). Dus, by maksimum stroomopname, sal ons 72 grade bo die omgewing wees. Die gegewensblad spesifiseer die maksimum temperatuur vir die toestel 175 ° C. Ons is goed onder die lys. As ons egter 'n omgewingstemperatuur van 25 grade Celsius in ag neem, dan is ons net minder as 100 grade C. Ons benodig 'n klein koellichaam en 'n waaier met volle lading.

Dit alles veronderstel dat ons 15v by die hek het. As ons laer as 10v val, begin ons regtig met verwarmingsprobleme.

Die doeltreffendheid is (as 40v aanvaar word) 2400 watt gelewer, 1,8 Watt vermors. Ongeveer 99,92%.

Kragtoevoer	Afgelewer	Verlore	Doeltreffendheid
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Ons voorbeeldproduk het dus 'n 220Amp MOSFET. Ek het 'n 523Amp MOSFET en die simpel ding word steeds warm. My punt hier is dat die gespesifiseerde stroom nie 'n goeie aanduiding is van die prestasie nie. 'N Beter spesifikasie is die totale weerstand van die bord en die MOSFET. Hierdie een spesifikasie gee u byna alles wat u moet weet.

Stap 3: Ander sleutelkomponente

Gewoonlik gebruik die MOSFET -bord die verwarmde beduitvoer van die drukker as sy stuursein. U11 is 'n tweerigting -optokoppelaar. Hierdie deel het verskeie doeleindes.

1) U kan nie die invoer verkeerd lei nie. Dit is 'n bietjie dummy proofing. Die hoofbord sal óf stroom sink al dan nie. Die insetsneller is dus gebaseer op die vraag of ons 'n stroom het tussen die verhitte bedpenne van die stuurbord of nie.

2) Isoleer die hoëkragkant van die laerkragbeheerbord. Dit sal u toelaat om 'n hoër spanning op die verhitte bed te gebruik. U kan byvoorbeeld 'n 12 volt -beheerbord en 'n verhitte bed van 24 volt hê. Die terrein hoef nie verbind te word nie (heeltemal geïsoleer). U het 'n enorme isolasie van 3750 Vrms.

3) Beheer die verhitte bed op afstand. Die kragtoevoer, verhitte bed en MOSFET -bord kan in 'n heel ander gedeelte van die drukker as die bedieningsbord wees. Die kontrolelyne is gebaseer op die huidige vloei, so geraas is nie 'n probleem nie. Die bord kan redelik ver van die bedieningsbord af wees. Swaar kragdrade is duur. Dit is baie sinvol om al die dinge met 'n hoë krag op een plek te hê.

4) Ek kan die hek van die MOSFET oordryf en die RDSon -weerstand nog meer verlaag. Maar ek kan nie 20 volt oorskry nie, anders sterf die MOSFET. Dit is waarvoor die Ziner (D11) bedoel is; om die hek vas te hou tot 15v.

'N Laaste belangrike komponent is R12. Dit is 'n afblaasweerstand. Die hek van die VOO het 'n kapasitor. Alle MOSFETS doen. Hoe kragtiger die MOSFET, hoe groter is die kapasitansie. As 'n reël. Dus, as U11 afskakel, moet ons die hekkapisistor aflaai. Anders kry ons 'n baie stadige afskakeltyd. Benewens dit alles, het U11 'n bietjie lekkasie. As R12 ontbreek, laai die hekdop op en die hek oorskry Vgsth en die MOSFET sal aanskakel. Dit hou die hek afgetrek.

Stap 4: Die bordontwerp - dit is een van die belangrikste ontwerppunte

Ok, nou oor na die PCB -ontwerp.

Kom ons begin met 'n paar eenvoudige besluite. Wat om dit te noem en watter kleur dit moet hê. Ja, bemarking. Mense hou van dinge wat mooi lyk. Tegniese goed moet skoon lyne hê en goed, tegnies. Die ander ding is dat kleur belangrik is. Dit lyk asof mense kragtige gevaarlike dinge met die kleur swart assosieer. Dink swat span vers die plaaslike polisie. Albei het gesag. Maar eerlik gesê, ek sou eerder deur my plaaslike polisieman getrek word as deur 'n swatspan. Die kleur is dus swart.

Nou wat om dit te noem. Omdat 60 Amps 'n monsteragtige groot MOSFET is, het ek gedink ek sou dit MOSTER FET noem. Ok ek weet dit is maerig. Maar jammer, ek is 'n ingenieur en nie 'n bemarkingsberoep nie. Ek het selfs 'n oulike logo gemaak. Weereens, ek is nie 'n bemarkingsberoep nie.

Die volgende belangrikste besluit vir die bord is koperdikte. Die printplate moet die volle las van 60 ampère dra. Daar is dus verskeie dinge wat ons kan doen om dit te laat gebeur. Kort spoorlengtes, wye breedtes en dik koper. Al hierdie dinge verminder spoorweerstand.

Die koperdikte van die printplaat word in onse gespesifiseer. Dus weeg 1 gram koper 1 gram per 1 vierkante voet. Dus, 4 gram koper sou 4 keer dikker wees. Dit sal ook vier keer die stroom dra. Nadat ek 'n bietjie ontleed het, het ek agtergekom dat die koste nie lineêr styg met koperdikte nie. Ek gebruik die vinnige kwotasie van PCBWAY (hier) om die koste van die bord te bepaal. (dit is een van die terugskakels wat help om planke te maak) As ek duisende borde bou, sou die kostekurwe platval. Maar ek is nie.

Koper dikte	Koste vir 10	PCB Grootte
1 oz	$23.00	50 mm x 60 mm
2oz	$50.00
3 oz	$205.00
4 oz	$207.00
5 oz	$208.00
6 oz	$306.00
7 oz	$347.00
8 oz	$422.00

Daar is ook 'n probleem met dink koperborde. Hoe dikker die koper, hoe langer dit neem om te ets en hoe meer besonderhede u verloor. Eintlik beteken dit dat die spoorafstand baie groot moet wees. Dit beteken ook dat die miniumspoorwydte redelik groot is. In hierdie ontwerp kan ek dit bekostig. Ek wil twee kanale in dieselfde ruimte pas wat voorheen een gehad het. Dit is dus 1 oz koper.

Dit gaan egter 'n ander probleem veroorsaak. 1 gram koper dra nie die vrag nie. My bord sal 'n skouspelagtige duur lont wees.

Daar is slegs drie spore per kanaal wat 'n swaar stroomlading moet hê. Soos u op die foto kan sien, het ek die soldeermasker op ses spore verwyder. My plan is te soldeer 12AWG soliede kerndraad op die spore. Normaalweg sou dit nie 'n goeie plan wees nie. Bordkoste weeg egter die koste van die ekstra komponente. Om nie te praat dat die koperdraad op maat gesny en gevorm moet word nie; wat die vervaardiging van massaproduksie bemoeilik. Kortom, ek sal nie beroemd of ryk word nie.

Dit is waar ons voorbeeldbord 'n ander probleem kan hê. Die koperdikte op die bord is baie dun. Die spore is wyd. Maar op 'n stadium help dit nie meer nie. Al die stroom kom van 'n enkele pen tot 'n enkele pen. Die breër spore sorg vir beter afkoeling, maar u het nog steeds 'n paar hot spots.

My plan is om alle onderdele op die oppervlak, behalwe die verbindings, te gebruik. Verbindings op die oppervlak word te maklik van die bord verwyder. Ek gaan ook TX60 -aansluitings gebruik vir krag en die verhitte bed. Hulle word gebruik in die RC -wêreld. Hulle is goedkoop en dra die vrag. Dit is egter soldeerkoppe. Die koppies moet met soldeersel gevul word om aan die spesifikasies te voldoen. Die ender -reeks drukkers gebruik hierdie verbindings vir hul verhitte beddens. Dit is dus 'n baie goeie keuse.

Die ander verbindings wat ek gaan gebruik, is 5 mm skroefaansluitings. Hulle is goedkoop en werk goed in hierdie soort toepassings.

Die klein heatsink wat vir die MOSFET benodig word, is geïntegreer in die printplaat. Dit is beide 'n goeie en 'n slegte idee. Dit is goed vir die koste; As die onderdeel egter te warm word, sal die bord delamineer. U moet regtig baie lank warm wees om dit te kan gebeur. Vir uiterste temperature is 'n aluminium koellichaam baie beter. Waarskynlik, as die bord 60 Amps werk, moet 'n waaier gebruik word. Daarom is die heatsink -gate 'n bietjie groter. Om lug deur die bord te laat beweeg. Ek het dit al voorheen gedoen en dit werk ongelooflik goed. Maar dit verhoog die kostekoste 'n bietjie. Maar dit is steeds goedkoper as 'n aluminiumverwarmer.

Laastens is elke kanaal onafhanklik. Die gronde en die kraglyne is nie verbind nie, alhoewel hulle dieselfde skets in die skema het. Op hierdie manier kan u bedieningsbord teen 12v wees, die verwarmde bed op 24v en die na hotend op 12v. Dit gee u opsies.

Stap 5: Bou die bord

Ek gebruik KiCad. Daar is 'n inprop daarvoor wat 'n interaktiewe stuklijst skep. Merk net die reël in die stempel en dit lig die plekke op waarheen dit gaan. Dit is my gunsteling inprop vir KiCad Die inprop genereer 'n selfstandige HTML-lêer. (HIER). Die lêer is dus draagbaar. Ek gebruik dit op my tablet (of telefoon) wanneer ek borde bou.

Ek het die borde net 'n kort rukkie gelede gekry. Soos u kan sien, lyk hierdie weergawe 'n bietjie anders as die ander afdelings. Die planke wat ek gebou het, was prototipes (foto hieronder). Al die ontwerpterugvoer wat ek tydens die toets gekry het, het teruggegaan na die ontwerp. As u ook agterkom dat R12 en R22 ontbreek. Ek het vergeet om 'n afblaasweerstand by te voeg. Groot fout. Het 'n bietjie vreemde operasie gehad totdat ek sien wat daar ontbreek. Toe moes ek hulle 'doodgog'.

Die bordontwerplêer in die git -bewaarplek is die nuutste weergawe en het al die foutoplossings.

Maar hier is dit; in al sy glorie. (voeg engels singende klankeffek in)

Stap 6: In werking - die bewys van die poeding is besig om te eet

Ek het die borde begin toets. Die eerste ding wat ek opgemerk het, is dat die LED soos die son skyn. Ek verstaan, die LED hoef nie so helder te wees nie. Maar as dit diep in u drukker is, sal u my bedank. Tensy u natuurlik 'n Anet A8 het. As dit die geval is, gebruik net 'n sonbril soos ek.

Ek kan waarskynlik net R15 en R25 verander. Maar die wye reeks voedingsspannings (10v-40v) laat my huiwer.

Ek het 'n 29V 25A amp toevoer. Ek het my Meanwell -kragtoevoer van 24v op 29v aangepas. Ek het ook 'n 400 mm ronde verhitte bed wat 400Watt by 24v is. Op 29 Volt trek ons presies 20 AMPS. Dus is 20 Amps die beste wat ek gaan kry.

Die meting is geneem van die negatiewe kant van J11 en J12. Basies oor die MOSFET. Maar dit is gedoen by die verbindings. Waar die drade aansluit. Die bord sak 23mVolts teen 20Amps. Dit sou die totale toestelweerstand op 1,15mOhms stel. Dit is die MOSFET, Board en Connectors. Dit is regtig goed as ek dit self sê. (en daar was baie gejuig)

Stap 7: Die langs mekaar

OK, uiteindelik wil ek sê dat my raad wen. Dit het alles wat u wil hê. Hier is die vergelyking. Die koste om hierdie man te bou is egter net te hoog.

Spes	Algemene MOSFET	MOSTER VOET
Maksimum spanning	Onbekend	40V
Max Curent	25 Ampere	60 ampère
Omkeerbare sneller	Ja	Ja
Opto geïsoleer	Kan wees	Ja
Koste (2 kanale)	$12.99	$14.99
Kanale	1	2

Ek gaan maak asof ek duisende hiervan kan bou.

As u 'n onderneming wil verkoop met die verkoop van onderdele vir 3D -drukkers, moet u 'n winsmarge van 40% of meer hê. Dit sou beter wees as dit baie hoër was, maar dit is die minimum wat u nodig het om kop bo water te hou. Ek het 'n BOM -koste van $ 3,50 en vervaardigingskoste van $ 3,76 aanvaar. Ek het die bord op 'n paar plaaslike plekke laat kwoteer. As u op Amazon of E-bay verkoop, belemmer dit u 30% in kredietkaartfooie, PayPal-fooie en verkoopkoste. Vertrou my, dit werk tot 30%. Hulle sal u anders vertel, maar ek het gesê dat ek 70% kry van alles wat verkoop is.

Hierdie bord moet $ 15,99 beloop om werklik lewensvatbaar te wees. Die selfdoenmark is egter baie gevoelig vir prys. Stel dit dus op $ 14,99. U kan altyd die verkoop van monteerhakies of bedradingstelle verkoop.

Die ander ding wat u hier sien, is dat die gewone bord baie bemark word. Baie selfdoenvideo's wat u oral kan vind. Die selfdoenmark wil weet dat dit werk en hoe dit gebruik kan word. Slegs ongeveer 10% van die mark probeer iets nuuts of is die eerste persone. Slegs ongeveer 3% van hulle publiseer enige data of maak 'n 'HOE' -video. Kortom, die waarskynlikheid om 10K stukke in 'n jaar te verkoop, is baie klein.

Die meeste wat u sou verkoop, is ongeveer 100 per jaar, as u dit goed doen. Die pryspunt op daardie vlak is 24,99. Die BOM alleen is $ 13,00.

Kortom, nie 'n lewensvatbare produk nie. As ek die MOSFET in die prysklas van $ 0,75 - $ 1,00 kan daal, kan dit werk.

Maar dit was lekker om te maak. Ek dink dit is 'n beter ontwerp, maar ek het dit weer gedoen.

Geniet die bord !!! (HIER)

Opdateer:

Ek het wel 'n MOSFET gevind wat onder $ 1,00 kan werk. As u 'n volledig gemaakte bord wil hê, het ek dit op e-bay. (HIER) of die Sigle -kanaalweergawe (HIER)