Кремень FMZ Реклама
Kremen FMHM Реклама

Мощная плата коммутации подогревного стола на замену реле.

Cheap3D
Идет загрузка
Загрузка
23.06.2016
24313
156
Техничка

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

43
Статья относится к принтерам:
Cheap3D V300
Проектируем мощную плату коммутации стола на замену реле.

Приветствуем глубокоуважаемое сообщество 3D-печатников :)

Хотим рассказать про нашу новую небольшую разработку: транзисторную плату коммутации стола.Изначально она задумана как дополнение к нашему принтеру Cheap3D V300 для работы с двумя экструдерами (силовых выходов на плате RAMPS маловато), но мы постарались сделать плату более универсальной и удобной.

Итак, задача: Коммутировать мощную нагрузку (подогревной стол на 30 Ампер).
Анализируем, что есть.
  • Штатные силовые выходы на платах электроники 3D-принтеров.

    Хуже всего обстоит дело с самой популярной платой RAMPS 1.4.
    Мощная плата коммутации подогревного стола на замену реле.
    Силовых выхода всего три (две головы + вентилятор, а на стол уже не осталось), они очень слабенькие (18мОм), без защитных диодов, да еще и затворы полевиков управляются напрямую Ардуиной от 5В. При потреблении больше 5-7А транзисторам уже требуется радиатор.

    Geeetech GT2560 - полностью аналогична RAMPSу, но есть защитные диоды.

    RAMBO, RUMBA - то же самое, дохлые каналы на 6.8мОм, управление напрямую от контроллера, выжигающие AVRку резисторы в 10 Ом в цепи затвора, нет защитных диодов. Ну хоть каналов больше.

    Чуть лучше дело обстоит с менее популярной MKS Gen:
    Мощная плата коммутации подогревного стола на замену реле.
    Силовых выхода 4, но они странные.

    Три верхних - с хорошими полевиками на 3.3мОм, но с напряжением пробоя 30В, критично близким к верхнему напряжению платы (24В), а нижний - с большим напряжением пробоя 60В, но при этом и более греющийся - 18мОм, как на RAMPS, т.е. снова не годится.

    И опять-таки нет защитных диодов (что в паре с низким напряжением пробоя верхних транзисторов - преступная халтура), управление напрямую от контроллера.
  • Внешние твердотельные реле (SSR)

    Обычно, когда не хватает мощности силовых выходов, ставят корпусные твердотельные реле, например, от FOTEK (а чаще - никуда не годные подделки под FOTEK, которыми завален рынок).
    Мощная плата коммутации подогревного стола на замену реле.
    Проблема даже с оригинальными SSR в том, что они годятся для коммутации только переменного тока. На постоянном же токе при слабеньких 15А даже модели, рассчитанное на ток 40А, плавятся (в прямом смысле) за минуту.

    Плюсы - гальваническая развязка внутри реле, возможность коммутировать 'плюс', а не 'землю', и сомнительная возможность коммутировать переменный ток. В остальном - никаких преимуществ перед первым вариантом.
  • Электромагнитные реле

    Это то, что у нас до сей поры стоит в качестве коммутатора в Cheap3D V300.
    Мощная плата коммутации подогревного стола на замену реле.
    Электромагнитные реле вполне можно найти на 30А, они умеренно греются, есть гальваническая равязка.

    Минуса три: невозможно управлять логическим уровнем от Ардуины - приходится задействовать один из силовыхканалов платы, никакое быстродействие - нельзя подключить в прошивке ШИМ PID-регулятором, и они неимоверно бесят тем, что звонко щелкают :(

Вывод: коммутацией больших токов пока никто не занимался. Делаем сами.
В чем же 'фишки' нашей платы?
Мощная плата коммутации подогревного стола на замену реле.
  • Сразу два силовых канала.

    Штатно к плате можно подключить две зоны нашего двухзонного подогревного стола.

    Но можно объединить каналы между собой джампером и коммутировать одну, более мощную, нагрузку.

    Либо можно подключить стол + еще один нагреватель экструдера. Или шпиндель фрезерной головки с ЧПУ.

    В общем, любую сильноточную нагрузку.
  • Мощные и дорогие транзисторы с сопротивлением 1.4мОм

    Огромный запас по мощности. Штатный ток на один канал - 30А. На два канала (при объединении зон или суммарно) - 60А.

    При этом плата почти холодная, никаких радиаторов или обдува не требуется.

    В принципе, сами транзисторы вполне переваривают и по 100А (вообще они на 180А), но клеммная колодка потребуется намного более 'жирная' и нужны будут радиаторы.

    Падение напряжения на плате минимально (21мВ при 15А+15А), так что стол будет прогреваться намного быстрее.
  • Гальваническая развязка управляющей и силовой частей.

    Оба канала защищены оптопарами, ток между логической и силовой частями не течет.

    Соответственно, можно без опаски поставить второй блок питания и коммутировать платой его нагрузку.

    Например, электроника принтера может работать от одного БП на 12В, а стол - от другого на 24В.

    Бонусом получаем развязку затвора транзистора и ноги контроллера, дикие токи заряда затвора через ноги бедного AVR уже не текут, фронты на транзисторе намного лучше.
  • Встречные защитные диоды в цепи нагрузки.

    Подавляющее большинство плат электроники 3D-принтеров этого лишены, но мы решили защитить транзисторы от бросков тока при отключении индуктивной нагрузки. Таким образом продлевается срок службы транзисторов и они защищаются от пробоя. Можно смело подключать мощные моторы.
  • Широкий диапазон напряжений питания

    Плата штатно умеет работать и от 12В, и от 24В без каких-либо переделок.

    При этом управляющая часть тоже предназначена как для работы от слабеньких портов Arduino (), ее можно зацепить напрямую на свободные AUX-выходы RAMPS или другой электроники, так и от силовых каналов (до 12В).

    С небольшой переделкой (перепайка резистора) можно управлять платой и от 24В, а если заменить оптопары на более чувствительные - и напрямую от 3.3-вольтовых 32-битных ARM.
  • Возможность управления ШИМом.

    Вы можете включить в прошивке принтера ШИМ-управление каналами от PID-регулятора. Плата поддерживаетШИМ (проектно с частотой до 1КГц, но может быть и в 2-3 раза выше, по результатам испытаний скажем точнее).

    Т.е. обычные частоты ШИМ-выходов Arduino (500 и 1000Гц) прошивки Marlin поддерживаются.
  • Дополнительные 'вкусности'.

    Мы подумали, что будет полезным поставить пару разъемов постоянного питания. Например, для подключения вентиляторов хотэндов или светодиодной подсветки. Питание на них идет напрямую с колодки V+/V-.

    Также есть три (очень тусклых :) светодиода индикации: один на наличие питания, и по одному на каждую зону.

    Если установить джампер J1 - можно управлять по одному проводу одновременно обоими каналами.

    Клеммные колодки - мощные винтовые, штатно рассчитаны под 30А на клемму.
  • Плата - Open Hardware.

    Чтобы больше людей и компаний могли поставить плату в свои принтеры и самоделки, она разработана под лицензией Open Hardware. Схемы, BOM, Герберы - всё будет в открытом доступе, как только мы всё отладим. Плата - простая двухслойка, все компоненты - доставаемые в России, без экзотики. Спаять вполне можно руками.
  • По цене в розницу - планируется в районе 700 рублей.

    Но плату можно будет собрать и самостоятельно немного дешевле :)

    Запускаем в производство. Разработано и изготовлено в России.



Комментарии, вопросы, предложения, запись в очередь - Welcome! :)

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

43
Комментарии к статье