MOSTER FET - כפול 500 אמפר 40 וולט MOSFET מדפסות תלת מימד מחוממות למיטה: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

כנראה שלחצת על הפרה הקדושה החושבת הזו, 500 אמפר !!!!! למען האמת, לוח MOSFET שעיצבתי לא יוכל לבצע בבטחה 500 אמפר. זה יכול לקרות קצת, רגע לפני שזה פרץ בלהבות.

זה לא נועד להיות טריק חכם. זו לא הייתה התוכנית הרעה שלי לפתות אותך למדריכים שלי (הכנס כאן צחוק של מדען מטורף). רציתי להעיר נקודה. הפרסום של מדפסות תלת מימד ומרכיביו עלול להטעות מאוד. במיוחד בשוק ה- DIY בעלות נמוכה.

אני הולך לחקור רק מקרה אחד של זה. לוח MOSFET נפוץ המשמש להגנה על הלוח הראשי של מדפסת תלת מימד מפני נזקים. הם משמשים גם לשדרוג פינטר למיטת ראש חזקה יותר. בדרך כלל עם יותר שטח הדפסה.

ישנם חצי תריסר עיצובים שונים בשוק. לרובם יש את גוף הקירור הענק הזה ונראים מרשימים מאוד. אבל רוב זה גימיק.

בעוד אנו מנתחים את אחד הלוחות הללו; אני הולך לעצב לבד. לאחר שבדקתי מה יש בשוק, החלטתי שאני יכול לעשות טוב יותר. לכן, אני הולך לעצב לוח קוד פתוח, פתוח יכולות ועושה את העבודה בצורה מעולה.

העיצוב שאליו אני מכוון הוא לוח MOSFET כפול 40V 60Amp. לא ערוץ אחד אלא 2. אחד למיטה המחוממת ואחד לחם. יש סיפור מאחורי העיצוב. לאלו מכם שלא אכפת להם מהסיפור מאחורי הלוח, אתם יכולים ללכת ישר לקבצי המקור של הלוח.

קבצי מקור של קי-קאד

אספקה

כל טביעות הרגל לעיצוב לוח זה מולחמות ביד.

כלים:

• מַלְקֶטֶת
• מלחם
• לְרַתֵך
• צלפים לאלקטרוניקה

BOM:

הפניות	ספק חלק	ספק	ערך	כַּמוּת
C11, C21	CL21B103KBANNND-ND	Digi-Key	10000pF	2
R11, R21	311-1.00KFRCT-ND	Digi-Key	1.0K	2
R15, R25	311-3.60KFRCT-ND	Digi-Key	3.6K	2
R13, R23	RMCF1210JT2K00TR-ND	Digi-Key	1.99 אלף	2
D11, D21	BZX84C15LT3GOSTR-ND	Digi-Key	15V	2
U11, U21	TLP182 (BL-TPLECT-ND	Digi-Key	TLP182	2
CN11, CN21	277-1667-ND	Digi-Key		2
Q11, Q21	AUIRFSA8409-7P-ND	Digi-Key	AUIRFSA8409-7P	2
J11, J21	PRT-10474	כיף ספארק	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	כיף ניצוץ	XT-60-F	2
קופצים	10 חוט ליבה מוצקה של AWG

שלב 1: איך נותנים לך את העובדות אך לא מייצגים את מה שאתה קונה

לוח MOSFET בתמונה זו נפוץ מאוד. אתה יכול למצוא אותו ב- eBay, עלי אקספרס, אמזון והמון מקומות אחרים. זה גם מאוד לא יקר. עבור 2 אתה יכול לשלם עד $ 5.00.

הכותרת בדרך כלל היא "210 אמפר MOSFET". נכון שה- MOSFET הוא MOSFET של 210 אמפר. עם זאת, המוצר כולו יכול לבצע 25 אמפר בלבד. הגורם המגביל הוא ה- PCB והמחבר.

כפי שנראה מאוחר יותר, ה- PCB כנראה מגביל את העיצוב עוד יותר. עקבות הנחושת לא נראים עבים במיוחד.

אז הם אמרו לך את האמת על ה- MOSFET אבל לא על המוצר כולו.

יש כאן גם הרבה שיווק. ראו את גוף הקירור הענק הזה. רוב האנשים חושבים וואו זה בטח חלק די חזק. האמת היא שאם החלק הזה צריך כי גוף הקירור של ה- MOSFET מבזבז הרבה אנרגיה. אנרגיה זו יכלה להיכנס לחימום המיטה המודפסת. גוף קירור גדול אינו סימן טוב. אבל זה מה שאנחנו מצפים לראות במכשירי הספק גבוה. הדבר הטוב ביותר שאני יכול להגיד לחלק הזה הוא רק לשיווק, לפחות ב -25 אמפר.

אני רוצה לעצב מוצר שעושה את העבודה שלו היטב, הוא באיכות טובה, בעלות נמוכה והוא מאוד ישר לגבי היכולות שלו.

שלב 2: ליבת המעגל: ה- MOSFET

אני רוצה שהעיצוב יהיה יעיל מאוד. המשמעות היא אובדן הספק נמוך בכל המכשיר. אז ההתנגדות היא האויב שלי. MOSFET פועלים כמו נגד נשלט על מתח. אז כשהם לא נמצאים, ההתנגדות שלהם גדולה מאוד. כשהם דולקים, ההתנגדות שלהם נמוכה מאוד. למעשה יש הרבה יותר מזה. עם זאת, לדיון שלנו זה יהיה מספיק טוב.

הפרמטר שעלינו לשים לב אליו בגיליון הנתונים של MOSFET הוא "RDS on".

ה- MOSFET שבחרתי היה ה- AUIRFSA8409-7P מתוצרת Infineon Technologies. במקרה הגרוע ביותר RDSon הוא 690u אוהם. כן, זה היה מיקרו אוהם נכון. אבל החלק יקר. בסביבות 6.00 $. לאחד. שאר העיצוב יהיה רכיבים זולים מאוד. בעל עיצוב טוב פירושו בחירת MOSFET טוב. אז, אם אנחנו הולכים להתרפק זה האזור להתפזר בו.

להלן קישור לגיליון הנתונים

שימו לב שחלק זה הוא 523Amp MOSFET. עם זאת, הזרם המזהה מוגבל ל- 360 אמפר. הסיבה היא כפולה.

1. חבילת החלקים לא יכולה לפזר מספיק חום בכדי לקיים 523 אמפר.
2. אין להם מספיק חוטי חיבור על הקוביה ל -625 אמפר. כך "התקשרות מוגבלת"

אני עומד להגביל את העיצוב ל -60 אמפר. ההתנגדות נמוכה, כך שאקבל יעילות ממש גדולה באזור קטן.

החלק עומד להתפוגג בערך 1.8 וואט בזרם המרבי הנמשך. (R x I^2) ההתנגדות התרמית לחלק זה היא 40 מעלות צלזיוס/וואט. (לחץ כאן כדי להבין אילו חישובים מתבצעים). אז בהגרלה מקסימלית הנוכחית נהיה ב 72 מעלות מעל הסביבה. גליון הנתונים מציין את הטמפרטורה המרבית של המכשיר 175 מעלות צלזיוס. אנחנו מתחת לרשימה הזו. עם זאת, אם אנו מתייחסים לטמפרטורת הסביבה של 25 מעלות צלזיוס אז אנחנו נמצאים פחות מ -100 מעלות צלזיוס. אנו נזדקק לכיור קירור קטן ומאוורר בעומס מלא.

כל זה מניח שיש לנו 15V בשער. ברגע שאנו יורדים מתחת ל -10 וולט, אנו באמת מתחילים בבעיות חימום.

היעילות תהיה (בהנחה של 40 וולט) 2400 וואט נמסר, 1.8 וואט מבוזבז. בערך 99.92%.

ספק כוח	נמסר	אָבֵד	יְעִילוּת
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

אז למוצר לדוגמא שלנו היה MOSFET 220Amp. יש לי MOSFET 523Amp והדבר המטופש עדיין מתחמם. הנקודה שלי כאן היא שהזרם שצוין אינו אינדיקטור נהדר לביצועים. מפרט טוב יותר יהיה סך ההתנגדות של הלוח וה- MOSFET. מפרט אחד זה נותן לך כמעט כל מה שאתה צריך לדעת.

שלב 3: רכיבי מפתח אחרים

בדרך כלל, לוח MOSFET משתמש בפלט המיטה המחומם של המדפסת כאות הבקרה שלו. U11 הוא מחבר אופטי דו כיווני. לחלק זה מספר מטרות.

1) אינך יכול להעביר את הכניסה לא נכון. זהו מעט הוכחת דמה. הלוח הראשי יטביע זרם או לא. אז טריגר הקלט מבוסס על האם יש לנו זרימה שוטפת בין סיכות המיטה המחוממות בלוח הבקרה.

2) לבודד את הצד בעל ההספק הגבוה מלוח הבקרה של הספק נמוך. זה יאפשר לך להשתמש במתח גבוה יותר על המיטה המחוממת. לדוגמה, תוכל לקבל לוח בקרה של 12 וולט ומיטה מחוממת 24 וולט. אין צורך לחבר את השטח (מבודד לחלוטין). יש לך 3750 Vrms עצום של בידוד.

3) שלוט מרחוק על המיטה המחוממת. ספק הכוח, המיטה המחוממת ולוח MOSFET יכולים להיות בחלק אחר לגמרי של המדפסת מלוח הבקרה. קווי הבקרה מבוססים על הזרימה הנוכחית ולכן רעש אינו מהווה בעיה. הלוח יכול להיות די רחוק מלוח הבקרה. חוטי חשמל כבדים יקרים. יש הרבה היגיון שיש את כל החומרים העוצמתיים במקום אחד.

4) אני יכול להניע את השער של ה- MOSFET ולהוריד את התנגדות ה- RDSon עוד יותר. אבל אני לא יכול לעלות על 20 וולט או שה- MOSFET מת. לשם כך נועד ה- Ziner (D11); כדי להדק את השער ל -15 וולט.

מרכיב חשוב אחרון הוא R12. זהו נגד דימום. בשער ה- FET יש קבלים. כל MOSFETS עושים זאת. ככל שה- MOSFET חזק יותר כך הקיבול גדול יותר. ככלל אצבע. אז כאשר U11 נכבה עלינו לפרוק את הכף השער הזה. אחרת נקבל זמן כיבוי איטי מאוד. בנוסף לכל זה, ל- U11 יש מעט דליפה. אם חסר R12, מכסה השער יטען והשער יעלה על Vgsth ו- MOSFET יופעל. זה מונע את השער כלפי מטה.

שלב 4: עיצוב הלוח - זוהי אחת מנקודות העיצוב החשובות ביותר

אוקיי, עכשיו לעיצוב PCB.

נתחיל עם כמה מההחלטות הפשוטות. איך לקרוא לזה ואיזה צבע זה צריך להיות. כן, שיווק. אנשים אוהבים דברים שנראים נחמדים. דברים טכניים צריכים להיות בעלי קווים נקיים ונראים, ובכן, טכניים. הדבר השני הוא שצבע חשוב. נראה שאנשים מקשרים דברים מסוכנים רבי עוצמה עם הצבע השחור. תחשוב על צוות הצוות הפשוט על המשטרה המקומית. לשניהם יש סמכות. אבל למען האמת, אני מעדיף שיגרור אותי השוטר המקומי מאשר צוות סוחט. אז הצבע הוא שחור.

עכשיו איך לקרוא לזה. מכיוון ש -60 אמפר הוא MOSFET גדול להפליא, חשבתי שאקרא לזה MOSTER FET. אוקיי אני יודע שזה נדוש. אבל, לעזאזל ג'ים אני מהנדס לא איש מקצוע בתחום השיווק. אפילו הכנתי לוגו מגניב. שוב, אני לא איש מקצוע בתחום השיווק.

ההחלטה החשובה הבאה ללוח המעגלים היא עובי נחושת. עקבות הלוח חייבות לשאת את העומס המלא של 60 אמפר. אז יש כמה דברים שאנחנו יכולים לעשות כדי שזה יקרה. אורכי עקבות קצרים, רוחבים רחבים ונחושת עבה. כל הדברים האלה מפחיתים את עמידות עקבות.

עובי נחושת של מעגלים מודפסים מצוין באונקיות. אז נחושת אחת גרם שוקלת 1 גרם לכל רגל מרובע. אז, 4 גרם נחושת יהיה עבה פי 4. זה גם ישא פי 4 מהזרם. לאחר ניתוח כלשהו גיליתי שהעלות אינה עולה באופן לינארי עם עובי הנחושת. אני משתמש בהצעת המחיר המהירה (כאן) של PCBWAY כדי לקבוע את עלות הלוח. (זהו אחד הקישורים החוזרים, עוזר להמשיך ולייצר לוחות) אם הייתי בונה אלפי לוחות, עקומת העלות הייתה משתטחת. אבל אני לא.

עובי נחושת	עלות ל 10	גודל PCB
1 גר	$23.00	50 מ"מ על 60 מ"מ
2 עוז	$50.00
3 עוז	$205.00
4 עוז	$207.00
5 עוז	$208.00
6 עוז	$306.00
7oz	$347.00
8 אונקיות	$422.00

יש גם בעיה בלוחות נחושת חושבים. ככל שהנחושת עבה יותר, כך לוקח יותר זמן לחרוט ולפרק יותר פרטים. ביסודו של דבר, פירוש הדבר שמרווח העקבות חייב להיות ממש רחב. זה גם אומר שרוחב עקבות המיניום גדול למדי. בעיצוב זה, אני יכול להרשות לעצמי את זה. אני רוצה להתאים שני ערוצים באותו חלל שהחזיק בעבר אחד. אז זה 1oz נחושת.

עם זאת זה יגרום לבעיה נוספת. 1 גרם נחושת לא תישא את העומס. הלוח שלי יהיה נתיך יקר להפליא.

יש רק שלוש עקבות לכל ערוץ שצריך עומס זרם כבד. כפי שאתה יכול לראות בתמונה, הסרתי את מסכת ההלחמה על שש עקבות. התוכנית שלי היא חוט ליבה מוצק 12AWG מוצק מדי על עקבות אלה. בדרך כלל זו לא תהיה תוכנית מצוינת. עם זאת, עלות הלוח אינה שוקלת את עלות הרכיבים הנוספים. שלא לדבר על כך שחוט הנחושת יצטרך לחתוך וליצור בהתאמה אישית; מה שמקשה על ייצור המוני. בקיצור, לא אהיה מפורסם או עשיר.

כאן עשויה להיות בעיה אחרת בלוח הדוגמאות שלנו. עובי הנחושת בלוח זה דק מאוד. העקבות רחבות. אבל בשלב זה זה כבר לא עוזר. כל הזרם מגיע מסיכה אחת לסיכה אחת. העקבות הרחבות יותר מאפשרות קירור טוב יותר אך עדיין יהיו לך כמה נקודות חמות.

התוכנית שלי היא להשתמש בכל חלקי ההרכבה על פני השטח למעט המחברים. מחברי הרכבה על פני השטח מתנתקים מהלוח בקלות רבה מדי. אני גם הולך להשתמש במחברי TX60 עבור חשמל והמיטה המחוממת. הם משמשים בעולם RC. הם לא יקרים ונושאים את העומס. עם זאת, הם מחברי כוס הלחמה. הכוסות יצטרכו להיות מלאות בהלחמה כדי לעמוד במפרט. מדפסות סדרת האנדר משתמשות במחברים אלה למיטות המחוממות שלהן. אז זו בחירה ממש טובה.

המחברים האחרים שבהם אני הולך להשתמש הם מסופי בורג 5 מ מ. הם זולים ועובדים היטב ביישום מסוג זה.

גוף הקירור הקטן הדרוש ל- MOSFET משולב בלוח המעגלים. זה רעיון טוב וגם רע. זה טוב למחיר; עם זאת, אם החלק מתחמם מדי, הלוח יתמלא. אתה באמת צריך להיות חם מאוד במשך זמן רב כדי שזה יקרה. לטמפרטורות קיצוניות גוף קירור מאלומיניום יהיה הרבה יותר טוב. סביר להניח שאם הלוח מפעיל 60 אמפר, יהיה צורך להשתמש במאוורר. לכן החורים של גוף הקירור קצת יותר גדולים. לתת לאוויר לעבור דרך הלוח. עשיתי את זה בעבר וזה עובד מצוין. אבל הוא מעלה מעט את עלויות הלוח. אבל זה עדיין פחות יקר מאשר גוף קירור מאלומיניום.

לבסוף, כל ערוץ הוא עצמאי. השטח וקווי החשמל אינם מחוברים, למרות שבסכימה יש להם אותו שם נטו. בדרך זו לוח הבקרה שלך יכול להיות ב -12 וולט, המיטה המחוממת ב -24 וולט, והספק החם ב -12 וולט. זה נותן לך אפשרויות.

שלב 5: בניית הלוח

אני משתמש ב- KiCad. יש לו תוסף שיוצר BOM אינטראקטיבי. רק הדגש את השורה ב- BOM והיא מאירה את המקומות שבהם היא הולכת. הוא הפלאגין המועדף עלי עבור KiCad התוסף יוצר קובץ HTML עצמאי. (פה). אז הקובץ נייד. אני משתמש בו במכשיר הטאבלט שלי (או בטלפון) כשאני בונה לוחות.

קיבלתי את הלוחות רק לפני זמן קצר. כפי שאתה יכול לראות גרסה זו נראית קצת שונה משאר החלקים. הלוחות שבניתי היו בהם אב טיפוס (בתמונה למטה). כל משוב העיצוב שקיבלתי במהלך בדיקות חזר לעיצוב. אם אתה מבחין גם R12 ו- R22 חסרים. שכחתי להוסיף נגד דימום. טעות גדולה. עברתי קצת ניתוח מוזר עד שראיתי מה חסר. אחר כך נאלצתי "לחסל אותם".

קובץ עיצוב הלוח במאגר git הוא הגרסה העדכנית ביותר ויש בו את כל תיקוני הבאגים.

אבל הנה זה; במלוא תפארתו. (הכנס אפקט צליל מלאכים שר)

שלב 6: במבצע - הוכחת הפודינג נמצאת באכילה

התחלתי לבדוק את הלוחות. אז הדבר הראשון ששמתי לב אליו הוא ה- LED זורח כמו השמש. כן, הבנתי שהנורית לא צריכה להיות כל כך בהירה. אבל כשהוא יהיה עמוק בתוך המדפסת שלך אתה תודה לי. אלא אם כן יש לך כמובן Anet A8. אם זה המצב, פשוט תרכוש כמה משקפי שמש כמוני.

אני כנראה יכול פשוט לשנות R15 ו- R25. אבל הטווח הרחב של מתח (10v-40v) גורם לי להסס.

יש לי ספק כוח של 29V 25A. התאמתי את אספקת החשמל של Meanwell ל -24 וולט ל -29 וולט. יש לי גם מיטה מחוממת עגולה 400 מ מ שהיא 400 וואט ב 24 וולט. ב -29 וולט נצייר בדיוק 20 אמפר. אז 20 אמפר הוא הדבר הטוב ביותר שאני הולך להשיג.

המדידה נלקחה מהצד השלילי של J11 ו- J12. בעצם על פני ה- MOSFET. אבל זה נעשה במחברים. היכן שהחוטים מתחברים. הלוח ירד ב -23 מגה -וולט ב -20 אמפר. זה יציב את ההתנגדות הכוללת של המכשיר ל -1.15mOhms. זהו ה- MOSFET, הלוח והמחברים. זה ממש טוב אם אני אומר זאת בעצמי. (והיתה שמחה רבה)

שלב 7: זה לצד זה

בסדר, בסופו של דבר אני רוצה לומר שהמועצה שלי מנצחת. יש בו כל מה שאתה יכול לרצות. להלן ההשוואה. עם זאת, העלות לבניית הבחור הזה פשוט גבוהה מדי.

מפרט	MOSFET נפוץ	MOSTER FET
מקסימום מתח	לא ידוע	40V
מקס קורנט	25 אמפר	60 אמפר
טריגר הפיך	כן	כן
אוטו מבודד	אולי	כן
עלות (2 ערוצים)	$12.99	$14.99
ערוצים	1	2

אני עומד להעמיד פנים שאני יכול לבנות אלפים כאלה.

אם אתה עומד לעסוק במכירת חלקי מדפסות תלת מימד, עליך להיות בעל רווח של 40% או יותר. זה יהיה טוב יותר אם זה היה הרבה יותר גבוה, אבל זה המינימום שאתה צריך כדי להישאר צף. הנחתי עלות BOM של 3.50 $ ועלות ייצור של 3.76 $. קיבלתי את הלוח מצטט בכמה מקומות מקומיים. אם אתה מוכר באמזון או ב- E-bay, הם מפחיתים אותך ב -30% בדמי כרטיס האשראי, דמי PayPal ודמי מכירה. תאמין לי, זה מסתכם ב -30%. הם יגידו לך אחרת אבל כל מה שאמרתי ואני מקבל 70% מכל מה שנמכר.

הלוח הזה צריך להיות במחיר של 15.99 $ כדי להיות בר קיימא. עם זאת שוק ה- DIY רגיש מאוד למחיר. אז הגדר אותו ל 14.99 $. אתה תמיד יכול למכור יותר על סוגרי הרכבה או ערכות חיווט.

הדבר השני שאתה רואה כאן הוא שהלוח המשותף משווק בכבדות. הרבה סרטוני DIY שתוכלו למצוא בכל מקום. שוק ה- DIY רוצה לדעת שהוא פועל וכיצד להשתמש בו. רק כ -10% מהשוק הזה מנסים משהו חדש או שהם המאמצים הראשונים. רק כ -3% מאלה מפרסמים נתונים או עושים סרטון "כיצד". בקיצור הסבירות למכור 10K חתיכות בשנה היא קטנה מאוד.

הסכום הגבוה ביותר שימכור הוא כ -100 בשנה, אם אתה טוב בזה. נקודת המחיר ברמה זו היא 24.99. המחיר היחיד הוא 13.00 דולר.

בקיצור, לא מוצר בר קיימא. אם אוכל להוריד את ה- MOSFET בטווח מחירים של $ 0.75 - $ 1.00 זה עשוי לעבוד.

אבל היה כיף להכין. אני חושב שזה עיצוב טוב יותר, אבל שוב עשיתי את זה.

תהנה מהלוח !!! (פה)

עדכון:

מצאתי MOSFET שיכול מתחת ל -1 $ $ אם אתה רוצה לוח בנוי לגמרי יש לי אותם ב- e-bay. (כאן) או גירסת ערוץ סיגל (כאן)