MOSTER FET - Dual 500Amp 40 Volt MOSFET 3d -printer Opvarmede senge: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Du har sandsynligvis klikket på denne tænkende hellige ko, 500 AMPS !!!!!. For at være ærlig vil MOSFET -kortet, jeg designede, ikke sikkert kunne udføre 500 ampere. Det kan godt være en kort stund, lige før det ophidset brød i brand.

Dette var ikke designet til at være et smart trick. Det var IKKE min onde plan at lokke dig ind i min instruktive (indsæt gal forskergrin her). Jeg ville gøre en pointe. Reklamen for 3D -printere og deres komponenter kan være meget vildledende. Især på lavpris DIY -markedet.

Jeg vil undersøge kun et tilfælde af dette. Et almindeligt MOSFET -kort, der bruges til at beskytte 3d -printerens hovedkort mod skader. De bruges også til at opgradere en pinter til en mere kraftfuld seng. Generelt med mere udskriftsområde.

Der er et halvt dusin forskellige designs ude på markedet. De fleste har disse kæmpe køleplader og ser meget imponerende ud. Men det meste af det er en gimmick.

Mens vi analyserer et af disse bestyrelser; Jeg vil designe mit eget. Efter at have set på, hvad der er på markedet, besluttede jeg, at jeg kunne gøre det bedre. Så jeg vil designe et Open source, Open Capabilities -bord, der gør jobbet yderst godt.

Det design, jeg er målrettet mod, er et 40v 60Amp dobbelt MOSFET -kort. Ikke 1 kanal men 2. En til den opvarmede seng og en til hotend. Der er en historie bag designet. For dem af jer, der er ligeglade med historien bag tavlen, kan I gå direkte til kildefilerne til tavlen.

Ki-Cad-kildefiler

Forbrugsvarer

Alle fodspor til dette borddesign er håndloddet.

Værktøjer:

• Pincet
• Loddekolbe
• Lodde
• Snips til elektronik

BOM:

Referencer	Leverandørens varenr	Leverandør	Værdi	Antal
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	1,99K	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	Gnist sjovt	XT-60-M	2
J12, J22	PRT-10474	Gnist sjov	XT-60-F	2
HOPPERE	10 AWG solid kernetråd

Trin 1: Sådan får du fakta, men repræsenterer ikke, hvad du køber

MOSFET -kortet i det billede er meget almindeligt. Du kan finde det på eBay, Ali Express, Amazon og masser af andre steder. Det er også meget billigt. For 2 kan du betale så lidt som $ 5,00.

Overskriften er normalt "210 Amp MOSFET". Det er rigtigt, at MOSFET er en 210 amp MOSFET. Hele produktet kan dog kun klare 25 ampere. Den begrænsende faktor er printkortet og stikket.

Som vi vil se senere, begrænser printet sandsynligvis designet endnu mere. Kobbersporene ser ikke særlig tykke ud.

Så de fortalte dig sandheden om MOSFET, men ikke om hele produktet.

Der foregår også meget markedsføring her. Se den kæmpe kølelegeme. De fleste mennesker tror wow, det må være en temmelig stærk del. Sandheden er, hvis den del BEHØVER, at heatsink MOSFET spilder en masse energi. Den energi kunne være gået til opvarmning af printsengen. En stor køleplade er ikke et godt tegn. Men det er, hvad vi forventer at se på enheder med høj effekt. Det bedste, jeg kan fortælle, er denne del kun til markedsføring, mindst 25 ampere.

Jeg vil designe et produkt, der gør sit arbejde godt, er af god kvalitet, lave omkostninger og er meget ligetil om dets muligheder.

Trin 2: Kredsløbets kerne: MOSFET

Jeg vil have designet til at være meget effektivt. Det ville betyde lavt strømtab på tværs af enheden. Så modstand er min fjende. MOSFET'er fungerer som en spændingsstyret modstand. Så når de er væk, er deres modstand meget stor. Når de er tændt, er deres modstand meget lav. Der sker faktisk meget mere end det. Men for vores diskussion vil det være godt nok.

Parameteren, vi skal være opmærksom på på MOSFET -databladet, er "RDS on".

MOSFET jeg valgte var AUIRFSA8409-7P fremstillet af Infineon Technologies. Det er i værste fald RDSon 690u Ohms. Yep, det var korrekte mikro ohm. Men delen er dyr. Omkring $ 6,00. For en. Resten af designet vil være meget billige komponenter. At have et godt design betyder at vælge en god MOSFET. Så hvis vi skal splurge, er dette området at splurge i.

Her er et link til databladet

Bemærk, at denne del er 523Amp MOSFET. Id -strømmen er imidlertid begrænset til 360Amps. Årsagen er todelt.

1. Delpakken kan ikke sprede nok varme til at opretholde 523 ampere.
2. De har ikke nok bindeledninger på matricen til 625 ampere. Således er "limning begrænset"

Jeg vil begrænse designet til 60 ampere. Modstanden er lav, så jeg får en virkelig stor effektivitet på et lille område.

Delen vil blive spredt omkring 1,8Watt ved den maksimale strøm, der trækkes. (R x I^2) Den termiske modstand for denne del er 40 grader C/Watt. (klik her for at forstå, hvilke beregninger der foretages). Så ved maksimal strømtrækning vil vi være 72 grader over omgivelsestemperaturen. Databladet angiver maks temperatur for enheden er 175 grader C. Vi er godt under denne liste. Men hvis vi tegner os for en omgivelsestemperatur på 25 grader C. Så er vi lige under 100 grader C. Vi får brug for et lille kølelegeme og en blæser ved fuld belastning.

Alt dette forudsætter, at vi har 15v ved porten. Når vi falder til under 10v, begynder vi virkelig at have varmeproblemer.

Effektiviteten vil være (forudsat 40v) 2400 watt leveret, 1,8 Watt spildt. Cirka 99,92%.

Strømforsyning	Leveret	Faret vild	Effektivitet
40	2400	1.8	99.92%
24	1440	1.8	99.87%
12	720	1.8	99.75%
10	600	1.8	99.40%

Så vores eksempelprodukt havde en 220Amp MOSFET. Jeg har en 523Amp MOSFET, og den fjollede ting bliver stadig varm. Min pointe her er, at den angivne strøm ikke er en god indikator for ydelsen. En bedre specifikation ville være den samlede om modstand i brættet og MOSFET. Denne specifikation giver dig næsten alt hvad du behøver at vide.

Trin 3: Andre nøglekomponenter

Typisk bruger MOSFET -kortet printerens opvarmede seng output som sit styresignal. U11 er en tovejs optokobler. Denne del har flere formål.

1) Du kan ikke forkaste indgangen. Dette er en lille smule dummy proofing. Hovedkortet vil enten synke strøm eller ej. Så inputtriggeren er baseret på, om vi har en strøm mellem kontrolpanelets opvarmede sengestifter eller ej.

2) Isoler højeffekt -siden fra kontrolpanelet med lav effekt. Dette giver dig mulighed for at bruge en højere spænding på den opvarmede seng. For eksempel kan du have et 12 volt kontrolkort og en 24 volt opvarmet seng. Grunden behøver ikke at være forbundet (helt isoleret). Du har hele 3750 Vrms isolation.

3) Fjernbetjen den opvarmede seng. Strømforsyningen, den opvarmede seng og MOSFET -kortet kan være i en helt anden del af printeren end kontrolkortet. Kontrollinjerne er baseret på strømmen, så støj er ikke et problem. Brættet kunne være ganske langt fra kontrolkortet. Tunge strømledninger er dyre. At have alle tingene med høj effekt på ét sted giver meget mening.

4) Jeg kan overdrive porten til MOSFET og sænke RDSon -modstanden endnu mere. Men jeg kan ikke overstige 20 volt, eller MOSFET dør. Det er hvad Ziner (D11) er til; at spænde porten til 15v.

En sidste vigtig komponent er R12. Dette er en afblødningsmodstand. Porten til FET har en kondensator på den. Det gør alle MOSFETS. Jo mere kraftfuld MOSFET er, desto større er kapacitansen. Som en tommelfingerregel. Så når U11 slukker, er vi nødt til at aflade portens kapisistor. Ellers får vi en meget langsom slukningstid. Ud over alt det, har U11 en lille smule lækage. Hvis der mangler R12, oplades portdækslet, og porten overstiger Vgsth, og MOSFET'en tændes. Dette holder porten trukket ned.

Trin 4: Board Design - Det er et af de vigtigste designpunkter

Ok, nu til PCB -design.

Lad os starte med nogle af de enkle beslutninger. Hvad skal man kalde det, og hvilken farve skal det have. Ja, marketing. Folk kan lide ting, der ser pæne ud. Tekniske ting skal have rene linjer og se godt ud, tekniske. Den anden ting er, at farve er vigtig. Folk synes at forbinde stærke farlige ting med farven sort. Tænk swat team vers det lokale politi. Begge har autoritet. Men helt ærligt vil jeg hellere blive trukket tilbage af min lokale betjent end et swat -hold. Så farven er sort.

Hvad skal man nu kalde det. Fordi 60 Amps er en uhyre stor MOSFET, tænkte jeg, at jeg ville kalde det MOSTER FET. Ok, jeg ved, at det er corny. Men jamen jeg er ingeniør og ikke marketingmedarbejder. Jeg lavede endda et fedt logo. Igen, jeg er ikke marketingmedarbejder.

Den næste vigtigste beslutning for printkortet er kobbertykkelse. Kredsløbskortets spor skal bære hele belastningen på 60 ampere. Så der er flere ting, vi kan gøre for at få det til at ske. Korte sporlængder, brede bredder og tykt kobber. Alle disse ting reducerer sporresistens.

Trykt printkort kobbertykkelse er angivet i ounces. Så 1 ounce kobber vejer 1 ounce pr. 1 kvadratfod. Så 4 ounce kobber ville være 4 gange tykkere. Det ville også bære 4 gange strømmen. Efter at have foretaget nogle analyser opdagede jeg, at prisen ikke stiger lineært med kobbertykkelse. Jeg bruger PCBWAYs (her) hurtige tilbud til at bestemme boardomkostninger. (det er en af disse tilbagekoblingsforbindelser, hjælper med at blive ved med at lave brædder) Hvis jeg byggede tusindvis af brædder, ville omkostningskurven flade ud. Men jeg er ikke.

Kobber tykkelse	Pris for 10	PCB -størrelse
1oz	$23.00	50 mm x 60 mm
2oz	$50.00
3oz	$205.00
4oz	$207.00
5 oz	$208.00
6 oz	$306.00
7 oz	$347.00
8 oz	$422.00

Der er også et problem med tænk kobberplader. Jo tykkere kobber, jo længere tid tager det at ætse og jo flere detaljer taber du. Grundlæggende betyder det, at sporafstanden skal være virkelig bred. Det betyder også, at miniumsporbredden er ret stor. I dette design har jeg råd til det. Jeg vil passe to kanaler i det samme rum, som tidligere havde en. Så 1oz kobber er det.

Det kommer dog til at forårsage et andet problem. 1 ounce kobber vil ikke bære lasten. Mit bord bliver en spektakulært dyr sikring.

Der er kun tre spor pr. Kanal, der skal have en tung strømbelastning. Som du kan se på billedet, har jeg fjernet loddemasken på seks spor. Min plan er for loddet 12AWG solid kernetråd på disse spor. Normalt ville dette ikke være en god plan. Pladeomkostninger er dog ude af vejning af omkostningerne ved de ekstra komponenter. For ikke at nævne, at kobbertråden skal skræddersyes og formes; gør masseproduktion vanskelig. Kort sagt, jeg bliver hverken berømt eller rig.

Det er her, vores eksempelbræt kan have et andet problem. Kobbertykkelsen på dette bræt er meget tynd. Sporene er brede. Men på et tidspunkt hjælper det ikke længere. Al strømmen kommer fra en enkelt pin til en enkelt pin. De bredere spor giver bedre afkøling, men du vil stadig have nogle hot spots.

Min plan er at bruge alle overflademonterede dele undtagen stik. Overflademonterede stik bliver flået for let af kortet. Jeg vil også bruge TX60 -stik til strøm og den opvarmede seng. De bruges i RC -verdenen. De er billige og bærer belastningen. De er imidlertid loddekopstik. Kopperne skal fyldes med loddetin for at opfylde specifikationerne. Ender -seriens printere bruger disse stik til deres opvarmede senge. Så dette er et rigtig godt valg.

De andre stik, jeg skal bruge, er 5 mm skrueterminaler. De er billige og fungerer godt i denne form for applikationer.

Den lille køleplade, der er nødvendig til MOSFET, er integreret i printkortet. Dette er både en god og en dårlig idé. Det er godt for omkostningerne; men hvis delen bliver for varm, vil tavlen delaminere. Du skal virkelig være meget varm i lang tid for at dette kan ske. Ved ekstreme temperaturer ville en aluminiums kølelegeme være meget bedre. Mest sandsynligt, hvis brættet kører 60 ampere, skal der bruges en blæser. Derfor er kølelegemets huller en smule større. At lade luft passere gennem brættet. Jeg har gjort dette før, og det fungerer utrolig godt. Men det øger brætomkostningerne lidt. Men det er stadig billigere end en aluminiums kølelegeme.

Endelig er hver kanal uafhængig. Grundene og elledningerne er ikke forbundet, selvom de i skematikken har det samme netnavn. På denne måde kunne dit kontrolkort være ved 12v, opvarmet seng ved 24v og til hotend ved 12v. Det giver dig muligheder.

Trin 5: Opbygning af bestyrelsen

Jeg bruger KiCad. Der er et plugin til det, der skaber en interaktiv stykliste. Bare markér linjen i styklisten, og den lyser de steder, den går. Det er mit foretrukne plug-in til KiCad Plugin'et genererer en selvstændig HTML-fil. (HER). Så filen er bærbar. Jeg bruger det på min tablet (eller telefon), når jeg bygger tavler.

Jeg fik pladerne for kort tid siden. Som du kan se ser denne version lidt anderledes ud end de andre sektioner. Pladerne byggede jeg, hvor prototyper (billedet nedenfor). Al den designfeedback, jeg fik under testning, gik tilbage til designet. Hvis du også bemærker, mangler R12 og R22. Jeg glemte at tilføje en afblødningsmodstand. Stor fejltagelse. Havde en eller anden underlig operation lidt, indtil jeg så, hvad der manglede. Så måtte jeg "dead bug" dem på.

Board -designfilen i git -depotet er den nyeste version og har alle fejlrettelser.

Men her er det; i al sin herlighed. (indsæt engle syngende lydeffekt)

Trin 6: I drift - Beviset på budding er i spisningen

Jeg begyndte at teste tavlerne. Så det første, jeg lagde mærke til, er, at LED'en skinner som solen. Ja, jeg forstår det, LED'en behøver ikke at være så lys. Men når den er dybt inde i din printer, vil du takke mig. Medmindre du selvfølgelig har en Anet A8. Hvis det er tilfældet, skal du bare bruge nogle solbriller, som jeg gjorde.

Jeg kunne nok bare ændre R15 og R25. Men den brede vifte af forsyningsspændinger (10v-40v) får mig til at tøve.

Jeg har en 29V 25Amp forsyning. Jeg justerede min 24v Meanwell strømforsyning til 29v. Jeg har også en 400 mm rund opvarmet seng, der er 400Watt ved 24v. Ved 29 volt trækker vi præcis 20 ampere. Så 20 ampere er det bedste, jeg får.

Målingen blev taget fra den negative side af J11 og J12. Grundlæggende på tværs af MOSFET. Men det blev gjort ved stik. Hvor ledningerne tilsluttes. Brættet faldt 23mVolt ved 20Amps. Det ville sætte den samlede enhedsmodstand på 1,15 mOhms. Det er MOSFET, bord og stik. Det er virkelig godt, hvis jeg selv siger det. (og der var meget jubel)

Trin 7: Side om side

OK, til sidst vil jeg gerne sige, at mit bestyrelse vinder. Det har alt, hvad du kan ønske dig. Her er sammenligningen. Omkostningerne til at bygge denne fyr er dog bare for høje.

Spec	Almindelig MOSFET	MOSTER FET
Max spænding	Ukendt	40V
Max Curent	25 ampere	60 ampere
Vendbar udløser	Ja	Ja
Opto isoleret	måske	Ja
Omkostninger (2 kanaler)	$12.99	$14.99
Kanaler	1	2

Jeg vil foregive, at jeg kan bygge tusinder af disse.

Hvis du skal lave en forretning med at sælge 3D -printerdele, skal du have en fortjenstmargen på 40% eller mere. Det ville være bedre, hvis det var meget højere, men det er det minimum, du har brug for for at holde dig flydende. Jeg antog en stykomkostning på 3,50 dollar og fremstillingsomkostninger på 3,76 dollar. Jeg havde bestyrelsen citeret et par lokale steder. Hvis du sælger på Amazon eller E-bay, skæmmer de dig med 30% i kreditkortgebyrer, PayPal-gebyrer og salgsgebyrer. Tro mig, det virker til 30%. De vil fortælle dig anderledes, men alle sagt og gjort, jeg får 70% af det, der blev solgt.

Dette bord skal være på $ 15,99 for virkelig at være levedygtigt. DIY -markedet er imidlertid meget følsomt over for pris. Så sæt det til $ 14,99. Du kan altid sælge mere på monteringsbeslag eller ledningssæt.

Den anden ting, du ser her, er, at common board er stærkt markedsført. Masser af DIY -videoer, som du kan finde overalt. Gør -det -selv -markedet vil vide, at det fungerer, og hvordan det skal bruges. Kun omkring 10% af dette marked prøver noget nyt eller er de første adoptere. Kun omkring 3% af dem offentliggør data eller laver en "HVORDAN" video. Kort sagt er sandsynligheden for at sælge 10K stykker på et år meget lille.

Det mest, dette ville sælge, er cirka 100 om året, hvis du er god til det. Prispunktet på det niveau er 24,99. Styklisten alene er $ 13,00.

Kort sagt, ikke et levedygtigt produkt. Hvis jeg kunne få MOSFET ned i prisklasse på $ 0,75 - $ 1,00, kunne det fungere.

Men det var sjovt at lave. Jeg synes, det er et bedre design, men så gjorde jeg det igen.

Nyd bestyrelsen !!! (HER)

Opdatering:

Jeg fandt en MOSFET, der kan under $ 1,00. Hvis du vil have et fuldt konstrueret bræt, har jeg dem på e-bay. (HER) eller Sigle -kanalversionen (HER)