Мосфет мне в принтер или как я делал pid-регулировку для стола

Доброго времени суток, обитатели и гости сего портала. Опять я к вам со своими экспериментами. На этот раз я предлагаю к рассмотрению небольшой опять долгий и нудный фотоотчёт по сборке своего внешнего мосфетного модуля для нагревательного стола 3D-принтера. Аж с двумя транзисторами, оптической развязкой, красиво мигающим светодиодом активности и несколькими местами для подключения нагрузки.

В общем, для начала небольшой экскурс в ситуацию, для которой всё это я затеял. Есть у меня ¾ от 3D-принтера. Я его делаю уже очень давно, но неторопливо и старательно. Столь же старательно я пытаюсь наступить на все возможные и невозможные грабли принтеростроения, так как больше меня в жизни уже ничего не радует, да и только так можно чему-то научиться. У этого принтера с недавних пор есть нагревательный стол. Он самодельный, и об этом я даже писал отдельную статейку, срач в которой в течение 4 дней загаживал мне почтовый ящик уведомлениями о комментариях и заставлял меня нервно хихикать. Данный стол после написания статьи довольно благополучно был имплантирован в принтер в том же виде, в котором и был описан в статье, включая то же самое реле от Тойоты. Я даже смоделировал и распечатал просто прекрасное крепление-защёлку для этого реле и был готов мочиться кипятком от счастья, когда это всё завелось.Распечатанное крепление реле я не сфотографировал, оно провисело на раме два дня, и вместе с самими реле было удалено.

Когда я запустил первую печать на принтере, вылез целый скоп проблем:

Первая с нынешней статьёй не связана напрямую, но имеет большое влияние. Вентилятор блока питания снизу дует прямо на стол, и последний от этого с большим удивлением едва держит градусов 90, да и то под настроение уходя в «температуру убегания». Сверху на стол дует постоянный обдув хотэнда (в целях экономии места у меня один вентилятор и на обдув радиатора и на обдув модели — как результат постоянный поток холодного воздуха вниз). С этой проблемой я ещё разберусь, хотя что делать с переохлаждением печатаемой модели, это вопрос открытый.

Вторая же проблема — как раз более по теме. Это скачки температуры. Причём, благодаря сильному обдуву модели, она очень быстро остывает, когда выключается стол, и как результат — по Z идут явные волны и модель трескается (блин, я раньше об этом только читал в ФАКах по решению проблем печати, а тут 1-3 трещины на распечатку).

Третья проблема — не такая уж и страшная проблема, конечно, но реле, зараза, грелось. Нет, конечно, не обжигающе, а так — просто тёпленькое на ощупь, да и оно исправно щёлкало и прекрасно работало, но мне всё равно было его жалко.

Всё это вместе даёт ужасную вертикальную волну по всем стенкам, что для меня вообще неприемлемо. Так как Z-вобблинг конструктивно исключён (ну, ладно, это на 100% невозможно, но принтер маленький, а Z-консоль большая и жёсткость выходит такая, что он максимум мог бы быть едва заметен, а не бросаться в глаза), остаётся только нагрев стола. Об этом я тоже читал на 3D today пару раз, хотя сам и не сталкивался ни разу до сего момента. Для проверки я в середине печати просто выключил нагрев и чудо таки случилось — стенки стали ровнее, только всё загнулось по углам. Значит, будем из «банг-банг» делать «пид»!

Реализация.

Итак, учитывая, что почта России уже месяца 2 или 3 не может мне доставить заказы с Али, то заказывать там твердотельное реле или модуль мосфета я точно не решусь. В магазинах (да ещё и в воскресенье) я ничего не нашёл через интернет, а уж вылезать из дома на рынок за такой, казалось бы, элементарной вещью, я тоже счёл нецелесообразным сжиганием бензина и своего драгоценнейшего времени.

Поискав немного информацию во Всемирной Паутине, нашёл схему выносного мосфета, которую я после примерно 2 или 4 секунд раздумий счёл простой к повторению и уже начал нервно ходить по кухне, проклиная себя, что выкинул нужную плату от старого блока питания от японского факса (я не помню, зачем я это сделал, но сам факт отлично помню), и размышлял, откуда же мне теперь выдёргивать транзисторы.

В итоге разобрал на запчасти старый бесперебойник (всё равно надо аккумулятор от него в переработку сдавать), откуда выпаял себе несколько оптронов и полевых транзисторов вместе с радиаторами и парой других деталек на другие цели.Любой более-мене мощный источник питания — хороший источник мосфетов и оптронов.

Уже прикидывая, подойдёт мне мой улов на реализацию задумки или нет, я обратил внимание на многообещающий комментарий автора о том, что эту схему лучше не собирать, так как он её не тестировал, да и вообще всё это проделки шпионов. Однако, в комментариях ниже была приведена другая схема, которую я уже счёл адекватной, перерисовал на листочек как курица лапой и начал сопоставлять то, что есть у меня и то, что нужно иметь по-хорошему. Схему я решил взять в неизменном виде, несмотря на то, что можно было бы прекрасно обойтись без интегрального стабилизатора (заменив, например, гасящим резистором, да и вообще я не до конца понимаю его цель здесь) и даже без оптической развязки (у меня всё равно один блок питания, и нет смысла его развязывать от него же самого). Тем не менее, мне было интересно спаять что-нибудь посложнее, чем 4 провода, которые подключали реле к столу, да и магию оптической развязки надо было ощутить самому. По сути, отличий между схемами-то и не оказалось, но я всё равно взялся за вторую.В таком виде схема была представлена в комментарии. В принципе, её можно сразу собирать и всё работает.

В использованной мной плате было три хороших транзистора IRF2807 с просто прекрасными радиаторами (сдвоенными и строенными с винтовым креплением на плату), а также россыпь оптронов Cosmo 1010 (817). Транзисторы N-канальные, вполне подходящие по току даже по штуке, но на всякий случай я взял два разом впараллель (а чего на радиаторе место терять), хотя боялся, будут ли они нормально в паре работать (например, стабилизаторы это дело не любят и один перетягивает одеяло на себя), но вроде всё ок, да и в бесперебойнике они параллельны были. В остальных характеристиках я не разбираюсь (ну, не понимаю я электронику), но всё похоже на те, что должны быть в схеме. А вот оптопары по характеристикам практически идентичны желанным. С той же платы я взял один обычный выпрямительный диод (ума не хватает понять, зачем он, но пусть будет) и «торчащие» вверх клеммы, выудил из запасов три резистора по 1 кОм, светодиод, стабилизатор 7805 и пару клеммников.Выносной мосфет: стартовый комплект.Нарезка крепления вывода на стол.

Сборку я производил на обычной китайской макетке, просверлив два отверстия под крепление радиатора. В самом радиаторе я просверлил отверстие 3,8 мм (это было ближайшее к резьбовому сверло) и нарезал резьбу М4. Затем расставил клеммники, клеммы и начал «от балды» по-старинке собирать без какой-то разводки, доверяясь своей (сомнительной) интуиции. Силовые линии проводились куском какой-то медной проволоки, скрученной с ферритового трансформатора и ободранной от лака. Собственно, фото сборки делать смысла никакого я не увидел, так что таймлапса, как деталька за деталькой появляются на плате, не будет, увы.После быстрой проверки, что диод смотрит в нужную сторону, и отмывания от канифоли, плата готова к первой проверке. «Презерватив» на стабилизаторе для защиты от кривых рук — ибо, если его случайно загнуть и прислонить к радиатору, то может случиться что-то нехорошее. А может, и не случиться, но лучше перестраховаться. Чёрные следы - размазанный от спирта маркер, где я помечал себе минус.

Я, хоть и делал плату под конкретную задачу, и немного не разбираясь в ней, но всё же в неё была заложена пара интересных вещей. Про оптическую развязку я уже писал — этот модуль можно будет потом использовать для коммутации не только 12 вольт, но и, к примеру, 24 (управляющее напряжение должно быть 12, но это решаемо довольно быстро). А вот про то, что у меня предусмотрено три варианта подключения нагрузки, я напишу. Если точнее, то слабую нагрузку можно вешать на клеммник справа (у светодиода), умеренную нагрузку можно вешать на правые две торчащие из платы клеммы — туда уже подведена толстая проволока, и ток выдержит в разы больший. А для совсем хороших токов предусмотрено крепление выходного провода (минус) напрямую на радиатор (а плюс — уже логично кидать на блок питания), так как у используемых транзисторов корпус соединён с истоком. Думаю, не стоит и говорить, что я для себя использовал именно последний вариант, хотя и проверил остальные на всякий случай.Проверял я вначале работу на малой нагрузке от слабого блока питания. От греха подальше.

Первый запуск начался с фальстарта. Я забыл к маломощному клеммнику припаять проводник, и ничего не работало. Я даже успел загрустить, пока не увидел свою ошибку, и оживившись припаял кусочек проволоки, и повторил запуск.

Запуск версии 1.1 был абсолютно успешен — подача 12 вольт на вход заставляла загораться светодиод индикации и успешно включать нагрузку в виде половины бобины светодиодной ленты.

После я хирургически извлёк реле из принтера, на весу подключил свою новую самоделку и с дрожащими руками нажал в Repetier’е кнопку включения нагрева стола. На удивление ничего не щёлкнуло, не хрустнуло, не задымилось, только сильнее завыл блок питания от возросшей нагрузки, а стол пошёл бодро (но всё ещё борясь с обдувом) набирать температуру. Это был успех, да. Через пару минут тестов я потрогал радиатор — тёплый, но не более. Когда стол догрелся до заданной температуры, он включался и выключался (видно по светодиоду) в режиме bang-bang как обычно, только без щелчков реле.

Настал черёд включения PID-режима для стола. Раскомментируем #define PIDTEMPBED, заливаем прошивку, и вбиваем в терминал команду «M303 E-1 C8 S95».Такие значения мне выдал принтер через минут 8 самонастройки

Сразу после я включил нагрев для проверки — температура стоит ровно.Стабильность.

Собственно, сразу же отправился в печать тестовый кубик. После печати (минут 15) радиатор тёплый, но руку держать очень даже комфортно. На ощупь температура такая же, как и при холостом прогреве в первый раз.Всю дорогу, пока печатался кубик, всё окей. Стабильность, да! Стол держится даже стабильнее экструдера, судя по графику.

Ну, собственно, температура держится как вкопанная, колеблясь там себе на какие-то доли градуса. Моя цель главная цель достигнута!Разница в печати кубика очень заметна. Слева До, справа После (настройки одинаковые).

Куда же без демонстрации? Да, кубик «после» тоже неидеален (но принтер-то ещё не закончен), но он уже лишён напрочь этой дурацкой равномерной полосатости, которая подобно годовым кольцам деревьев, отражала в себе все переключения реле питания стола. Тестирование при подключении к принтеру на весу.Если я правильно вставил изображение, оно должно мигать PID-ом.

И чего я достиг? Ну, собственно, затратив абсолютно ноль рублей (ну, затраты на питание паяльника, расход припоя и прочее я бы приравнял к стоимости бензина на поездку в магазин или к тратам времени на поход на почту за заказами с Китая, так что это неизбежные сопутствующие траты), я получил универсальный мощный мосфетный модуль для стола, да ещё и немного экспы в категории «электроника». Не знаю, конечно, сколько моя поделка проживёт в режиме суровой повседневной эксплуатации и полностью ли открываются транзисторы, но пока я доволен аки слон. К сожалению (или надо говорить «к счастью»?) ничего не задымилось и не взорвалось, как у меня обычно случается. Это всё-таки добавляет ложку дёгтя к моей радости — у меня уже много лет ничего сложнее пайки двух проводов не работало с первого раза, порой дымясь, сгорая или даже взрываясь.Плата после обрезанияНе очень красиво, но работает пока нормально.

Пока стол не грелся ещё на полную катушку (только до 90-95°), но у меня нет оснований полагать, что 110-120° вызовут какие-то проблемы, но время покажет.

А вот чего мне ещё только предстоит сделать, так это корпус для этого безобразия, ибо торчащий наружу мощный минус на радиаторе и питания на клеммах есть опасно. Чем реле было хорошо, так это изоляцией всего и вся, — сделал «клипсу», привинтил на профиль и забыл. С сегодняшней игрушкой нужно делать полноценный корпус из двух частей, крепежом, вентиляционными отверстиями и местами для ввода и вывода проводки. Думаю, что-нибудь да придумаю. Утеплю стол и буду дальше тестить.

Ну, на этом (к счастью читателя) наконец-то всё. Время откланяться и пойти обратно к себе в нору – экспериментировать. До новых встреч в записках сумасшедшего и всего хорошего всем осилившим!

P.S.: Я не знаю, понравится ли кому мои труды по нажиманию букв на клавиатуре и то, насколько завален горизонт на фотографиях, или же это вызовет внутреннее негодование у профессионалов, я всё же попрошу не обсуждать то, насколько я прав или не прав. Мне полторы сотни уведомлений о непонятных комментариях с темы про самодельный стол ещё долго в кошмарах сниться будут. Достаточно проговорить всё мысленно про себя и, если будет желание, нажать палец, смотрящий вверх или вниз.