3,0 V ali 24 V? Ali lahko matična plošča vašega 3D tiskalnika dejansko poganja to črpalko? - Popoln vodnik za ujemanje napetosti/toka

Ključni povzetki

Oznaka podaja dve neodvisni številki: napetost odloča, katero tirnico boste uporabili, in tok odloča, ali lahko tirnica in njen gonilnik preneseta breme.

Tiskalniška plošča ponuja visokotokovno enosmerno tirnico (12 V ali 24 V, preklopljeno kot VBB za grelnike, ventilatorje in motorje) in nizkotokovno logično domeno (5 V, 3,3 V). MCU je krmilnik, nikoli vir energije.

MCU-ji tiskalnikov so omejeni na približno 25–40 mA na zatič in 150–200 mA prek njihovih napajalnih zatičev, medtem ko majhne črpalke črpajo 100–500 mA. Neposredni pogon MCU ni možnost.

Pretvorniki rešujejo napetostno neusklajenost (24 V plošča na 12 V črpalko: denar; 5 V tračnica na 12 V črpalko: povečanje), vendar noben pretvornik ne ustvarja toka. Določite velikost za nalet, ne za tekaško postavo.

Priključki za ventilatorje so najbolj priročni preklopni izhodi na plošči, vendar so zasnovani za majhne aksialne ventilatorje. Najprej potrdite vrata MOSFET, varovalko in višino tirnice.

Neposredni odgovor: Napetost je preprosta, tok odloča o vsem

Povežite črpalko z vodilom, ki ga vaša plošča že ponuja, nato potrdite trenutni proračun tega vodila. Ujemanje napetosti je odločitev o ožičenju; ujemanje toka je odločitev o toploti, pogonu in zaščiti. Ko nazivni tok črpalke naraste nad nekaj sto miliamperov, jo mora matična plošča preklopiti prek gonilne stopnje in ne prek zatiča MCU.

Razlog je konstrukcijski: matična plošča tiskalnika ni en napajalnik, ampak jih je več, in le težka tirnica za enosmerni tok, ki napaja posteljo, ventilatorje in koračne gonilnike, lahko premika tekočino ali absorbira tokovne konice, ki jih proizvaja motor, ko se zažene ali ustavi.

Dve črpalki z enakim pretokom lahko zato zahtevata popolnoma različno integracijsko delo, kar prikazuje spodnja tabela za štiri napetostne razrede v naslovu.

Vzorec v trenutnem stolpcu je vredno prebrati dvakrat. Nižja kot je napetost črpalke, večji tok potrebuje za enako mehansko delo, ker je moč napetost, pomnožena s tokom. 5–6 V peristaltična črpalka, ki zagotavlja do 100 ml/min, črpa približno 500 mA, medtem ko 12 V črpalka istega razreda pretoka črpa le 200–300 mA. Izbira črpalke z nižjo napetostjo, ki je "varnejša" za elektroniko, običajno oteži, ne olajša električni problem.

Kaj 3,0 V, 6,0 V, 12 V in 24 V dejansko pomenijo znotraj 3D tiskalnika

Te številke opisujejo domene oskrbe, ki jih lahko plošča že ponudi nekje v svojem drevesu moči: vhodna tirnica DC, ki napaja grelnike, ventilatorje in motorje, ter regulirana logična tirnica, ki ji sledi. Vsaka domena ima svojo trenutno zgornjo mejo in črpalka deluje le, če je postavljena v domeno, ki ustreza njeni obremenitvi.

Štiri napetostne domene na tipični plošči

Spodnje domene so tisto, s čimer mora integrator črpalk dejansko delati. Številke prihajajo iz dveh široko uporabljenih družin plošč: sklada 12 V-era RAMPS 1.4 in moderne 32-bitne plošče, BIGTREETECH SKR 2, katere dokumentacija navaja vhod 12-24 V, logiko 3,3 V, tri priključke za ventilatorje PWM, dva vedno vključena priključka za ventilatorje in regulator na plošči z oceno 4 A pri vhodu 12-24 V za zunanje naprave.

Na skladu RAMPS 1.4 je vhodna stran namenoma razdeljena: ena skupina priključkov je ocenjena na približno 11 A za ogrevano posteljo, druga pa je ocenjena na približno 5 A za glavno ploščo, gonilnike steperja, vroči konec in ventilatorje. Njegov priključek pomožnega ventilatorja je stalno pod napetostjo pri vhodni napetosti, kar je priročno in neprizanesljivo, saj ga vdelana programska oprema ne more izklopiti.

Katere družine črpalk spadajo v posamezni napetostni razred

Napetostni razredi niso tržne oznake; so tesno povezani z družinami črpalk, ki se prodajajo za ravnanje s tekočinami.

3,0 V in 3,7 V: mikro membranske in piezo črpalke za doziranje reagenta, prenosni analizatorji in nosljive naprave. Majhna, tiha in običajno porabi 100–500 mA pri polni uporabi.

5 V in 6 V: klasična majhna peristaltična črpalka, ki se uporablja za kroženje črnila, doziranje in prenos vzorca. Črpalka razreda 100 ml/min v tem območju črpa približno 500 mA.

12 V: najučinkovitejši razred za peristaltične in membranske črpalke pri črnilu, brozgi in reagentih, običajno 200–300 mA za enak pretok 100 ml/min in standardna napetost za ventilator in vodila za dodatno opremo na 12 V tiskalnikih.

24 V: industrijske membranske črpalke, večje peristaltične cevne črpalke in motorji zobniških črpalk, prilagojeni 24 V tračnici, ki je postala standardna za sodobne tiskalnike, ker prepolovi tok za enako moč grelnika.

Ena družina potrebuje ločeno opombo: zobniško črpalko, ki ekstrudira keramično pasto, običajno poganja koračna ali servo naprava prek lastnega gonilnika, zato je njena električna integracija težava pri nadzoru gibanja in ne naknadna vgradnja ventilatorskih vrat.

Ali lahko zatič MCU poganja črpalko? Omejitve neposrednega pogona MCU

Ne. Logični zatič je signalna linija, ne napajanje. Na plošči razreda ATmega2560 je vsak V/I zatič omejen na 40 mA, celoten čip pa na 200 mA prek svojih napajalnih zatičev; zatič STM32F103 je ocenjen na 25 mA. Majhna črpalka porabi več sto miliamperov, zato vedno potrebuje ločeno pogonsko stopnjo.

Omejitve podatkovnega lista so nedvoumne. ATmega2560, ki se uporablja na strojni opremi razreda RAMPS, določa 40 mA DC na I/O pin in 200 mA prek VCC in GND pin skupaj, z največjo delovno napetostjo 6,0 V. STM32F103 določa 25 mA na pin in 150 mA skozi ozemljitvene in napajalne linije. To so absolutne največje ocene in ne delovni proračuni, tiskalnik pa jih del že porabi za končne zapore, termistorje, ventilatorje in signale za omogočanje gonilnikov.

Pravilen vmesnik je preprost: zatič MCU poganja vrata N-kanalnega MOSFET-a z nizko stranjo skozi majhen serijski upor, tok črpalke pa teče iz tirnice VBB skozi črpalko in MOSFET nazaj na maso. Vrata so kondenzator, tako da zatič dovaja samo preklopni naboj, ne pa toka obremenitve - enak vzorec tiskalnik že uporablja na svojih vtičnicah koračnih gonilnikov.

Logične ravni so pomembne, ko izberete preklopno napravo: SKR 2 poganja logiko 3,3 V, plošče razreda RAMPS pa logiko 5 V, zato določite MOSFET na logični ravni ali gonilniški modul, katerega vhodni prag je udobno pod 3,3 V. Starejša naprava s standardnim pragom lahko le delno izboljša to napetost vrat, ki jo spremeni v grelec namesto v stikalo.

Ujemanje toka: nazivni, zastojni in zagonski tok

Preberite tri številke namesto ene: tekoči tok, tok zastoja ali zaklenjenega rotorja in zagonski udar. Povečajte gonilnik, pretvornik in varovalko za največje in ne pozabite, da zastal motor črpa večkratnik svojega tekočega toka, medtem ko ne proizvaja koristnega pretoka.

Obratovalni tok je objavljena vrednost, izmerjena pri nazivni napetosti, ko črpalka normalno deluje. To je prava številka za termične izračune v stanju dinamičnega ravnovesja in napačna številka za izbiro pretvornika, ker brušeni enosmerni motor, ki se zažene iz mirovanja, nima povratnega EMF in je navitje za kratek čas videti kot upor.

Sledita dve posledici: pretvornik, ki je ocenjen točno na tekoči tok, bo sedel na robu svojega toplotnega ovoja in lahko izpade ob vsakem zagonu, varovalka velikosti na tekoči tok pa se bo odprla ob zakonitem vklopu, razen če je varovalka s počasnim udarcem ali ponastavljivo. Običajni kompromis je počasna varovalka ali večfuzivna varovalka, ocenjena na približno 1,5 do 2-kratnik tekočega toka.

Razred pod 200 mA si zasluži komentar, ker je to številka, ki jo navajajo inženirji, ko upajo, da bodo črpalko poganjali z logične strani plošče. Črpalka, katere trenutna poraba ostaja pod približno 200 mA, si lahko pogosto deli pomožno vodilo, pod pogojem, da ima regulator, ki jo napaja, še vedno dovolj prostora za zaslonom, gostiteljsko ploščo in senzorji. To je izjava o tirnici, ne o zatiču: 150 mA črpalka še vedno potrebuje preklopno napravo in povratno diodo.

Trenutni profili glede na vrsto črpalke

Družine črpalk se na sponkah obnašajo različno, zato ena sama številka "tipičnega toka" ni dovolj za izbiro.

Zadnja vrsta je tista, ki preseneča ekipe, ki prihajajo iz tekočin v stilu brizgalnikov. Ekstrudiranje keramične paste z visoko vsebnostjo trdnih snovi je proces s pozitivnim izpodrivom, ki ga poganja tlak, velikost motorja črpalke pa se običajno določi glede na navor in ne glede na pretok. Zato so ti sistemi zasnovani kot osi gibanja z lastnimi pogoni in lastnim napajanjem in zakaj si izbirna meja na strani tekočine med zobniškimi in peristaltičnimi črpalkami zaslužiločen okvir odločanjanamesto nadgradnje vrat za ventilatorje.

Preverjanje električnega vodila: Ali ima vaša oskrba še dovolj prostora?

Seštejte, koliko stroj že porabi, in to odštejte od moči napajanja. Na 24 V, 350 W stroju lahko 220 W postelja, 40 W hot end, štirje koračni motorji in ventilatorji pustijo samo 40-60 W - približno 2 A pri 24 V - za črpalko in njen pretvornik.

Preverjanje proračuna je korak, ki ga najpogosteje preskočimo, saj se 300 mA črpalka sliši trivialno poleg 10 A ogrevane postelje. Razlika je v delovnem ciklu: cikel postelje in vročega konca, medtem ko črpalka deluje neprekinjeno. Stroj, ki med segrevanjem sedi pri 80 odstotkih svoje vrednosti PSU, bo popustil, ko se doda črpalka, simptom pa je običajno nihanje temperature postelje ali steper, ki preskakuje korake.

Izgube pretvornika sodijo v isti proračun: preklopni pretvornik je običajno 85-95-odstoten učinkovit, tako da obremenitev črpalke 12 V, 300 mA stane le približno 4 W na vhodu, medtem ko bi linearni regulator, ki zniža 24 V na 5 V pri 500 mA, odvedel približno 9,5 W kot toploto. Linearna regulacija je sprejemljiva za senzor in napačna za motor.

Nazadnje, raje merite kot domnevajte: postavite merilnik toka v vejo črpalke, zaženite stroj z vklopljeno posteljo in vročim koncem in opazujte napetost tirnice, medtem ko se črpalka zažene in ustavi ob zaprtem ventilu. Tirnica, ki pade za več kot nekaj sto milivoltov, potrebuje lastno napajanje ali večjo napajalno enoto, ne pa večjega kondenzatorja.

Pretvorba napetosti: Buck, Boost in problem 3,0 V

Pretvorite le, če plošča ne more neposredno napajati napetosti črpalke. Stopite navzdol s sinhronim znižljivim pretvornikom za 12 V črpalko na 24 V tirnici, povečajte z ojačevalnim pretvornikom za 12 V črpalko na 5 V tirnici in obravnavajte 3,0 V kot poseben primer.

Buck pretvorba je pogost primer, ker sodobni tiskalniki poganjajo 24 V vhodno tirnico, medtem ko ima večina majhnih črpalk nazivno napetost 12 V. Družina modulov, ki sprejema 5,3–36 V in zagotavlja 12 V pri 2,5 A, pokriva delo z rezervo in deluje hladno pri obremenitvi 300 mA. Preverite tri specifikacije: vhodno območje, izhodni tok, ki pokriva zagon, in preklapljanje namesto linearne regulacije.

Ojačevalna pretvorba se pojavi, ko je edino priročno vodilo 5 V in črpalka potrebuje 12 V. Aritmetika je pomembnejša od topologije: izhodna moč ne sme preseči vhodne moči, zato obremenitev 12 V, 300 mA 3,6 W potrebuje približno 0,9 A iz 5 V tirnice pri 85-odstotni učinkovitosti. Ojačevalni moduli v tem razredu sprejemajo vhode tako nizke kot 0,5 V, preklopijo do 1,2 A in dodajo toplotno zaustavitev, zaradi česar so uporabni iz ene celice ali 5 V tračnice.

Tri navade preprečijo večino napak pri pretvorbi. Nikoli ne padajte napetosti s serijskim uporom, ker je padec odvisen od toka in upor spremeni razliko v toploto. Nikoli ne zaženite 12 V črpalke med 24 V tirnico in 12 V vozliščem, da bi poskušali razdeliti razliko. Nikoli ne napajajte 3,0 V črpalke iz 3,3 V logičnega vodila, ker zastoj odnese mikrokrmilnik skupaj s črpalko.

Dve podrobnosti je vredno preveriti na klopi: ojačevalni pretvornik, ki se zažene v zastalem motorju, morda nikoli ne bo dosegel svoje izhodne napetosti, pretvornik, nameščen za glavno varovalko tiskalnika, pa si deli varovalko z grelci.

Navodila za ožičenje: gonilnik in zaščitni deli

Namestite nizkostranski N-kanalni MOSFET ali že pripravljen pogonski modul med tirnico in črpalko, namestite povratno preletno diodo čez sponke motorja, zavarujte vejo na tirnici in ohranite povratni tok črpalke stran od ozemljitve senzorja.

Motor črpalke je induktor in induktor se upira nenadni spremembi toka. Ko MOSFET prekine tok navitja, se shranjena energija pojavi kot napetostni skok, ki lahko močno preseže tirnico in uniči preklopno napravo. Dioda na priključkih črpalke, katoda na pozitivni tirnici, daje temu toku zanko, po kateri kroži, in stisne konico. Preskok je najpogostejši razlog, da odprtina ventilatorja umre prvi dan po naknadni vgradnji črpalke.

Krmilni signali si zaslužijo enako skrb kot pot moči. Marlinov izhod ventilatorja je PWM kanal, ki mu je mogoče ukazovati neposredno, Klipperjev ventilator in odsek output_pin pa razkrijeta zatič s kapico max_power, cycle_time in kick_start_time, ki pomaga motorju premagati statično trenje pri nizki obremenitvi. Čas cikla med 0,01 in 0,1 sekunde ustreza majhnemu enosmernemu motorju, prag off_below pa preprečuje, da bi zelo nizek ukaz zapustil črpalko zaustavljeno in vročo.

Kontrolni seznam za zagon: od etikete do prve izvedbe

Opravite osem pregledov po vrstnem redu: nalepka, tirnica, višina, pretvorba, preklapljanje, zaščita, ožičenje in kalibracija. Vsaka traja nekaj minut, skupaj pa preprečita dve okvari, ki uničita naknadne vgradnje črpalk – prenizko ocenjen gonilnik in zastal motor, ki črpa zastojni tok skozi vejo, ki ni bila nikoli zvarjena.

Preberite oznako črpalke in zabeležite nazivno napetost in tok. Če je prikazana samo moč, delite vate z volti, da dobite ampere in rezultat obravnavajte kot najmanjši.

Identificirajte tirnico, ki se že ujema: 24 V črpalka se poveže z vhodno tirnico z varovalko na 24 V tiskalniku, medtem ko 12 V črpalka potrebuje pretvornik.

Preverite proračun PSU z ležiščem in vročim delom pri polni moči in imejte vsaj 20 odstotkov rezerve za črpalko in pretvornik.

Dimenzionirajte pretvornik za zagon in ne za tekočo sliko; 2x marža nad tekočim tokom je razumno izhodišče.

Izberite MOSFET na logičnem nivoju ali gonilniški modul z nazivno vrednostjo nad zastojnim tokom, nameščen tako, da ga lahko doseže zrak.

Dodajte povratno preletno diodo in odcepno varovalko, nato preverite usmerjenost diode, preden vključite napajanje.

Žico povežite z zvezdno ozemljitvijo, vodi črpalke ne približujte temperaturnim in končnim signalom, kondenzator za maso pa namestite blizu črpalke.

Umerite pretok: začnite pri nizkem delovanju, poiščite zagonsko vrednost, izmerite ali stehtajte dovedeno tekočino in zabeležite tok na delovni točki.

Dve ugotovitvi sodita v postopek. Pretok peristaltične črpalke je funkcija cevi in ​​hitrosti motorja, zato ponovni pregled kalibriranega delovnega cikla po zamenjavi cevi ohranja natančno odmerjanje. Pasto za ravnanje z zobniško ali membransko črpalko lahko blokira en sam posušen delček, zato nenaden dvig toka obravnavajte kot blokado in ne kot obrabljeno črpalko.

Če bi raje imeli pot tekočine in pogonsko elektroniko kvalificirani skupaj, Superior izdela preskusne dele paste in črnila s svojimStoritev 3D tiskanja, inknjižnica virovdrži spremljevalna vodila za izbiro črpalke in ravnanje s tekočino.

Pogosto zastavljena vprašanja

Šest vprašanj se pojavi pri skoraj vsaki naknadni vgradnji črpalke, spodnji odgovori pa pokrivajo razloge, ki so pomembni za prvo gradnjo.

Ali lahko poganjam 12 V črpalko iz 24 V tiskalnika brez pretvornika?

Ne, ne neposredno. 12-voltni motor, ki se napaja iz 24-voltne napetosti, teče s približno dvakratno nazivno hitrostjo, črpa več toka, kot ga lahko razpršijo njegova navitja, in lahko uniči črpalko v nekaj minutah. Omejitev PWM tudi tega ne popravi, ker motor med vsakim impulzom še vedno vidi polnih 24 V. Uporabite pretvornik vrednosti, ki je vsaj dvakrat večji od obratovalnega toka črpalke.

Ali je odprtina ventilatorja dovolj za pogon peristaltične črpalke?

Včasih, vendar je treba preveriti in ne domnevati. Ventilatorska vrata so MOSFET preklopni izhodi na napajalnem vodilu, tako da je načelo pravilno; omejitev je lastna ocena pristanišča. Vrata, zasnovana za aksialni ventilator 0,1–0,3 A, morda niso ocenjena za črpalko 0,5 A. Če črpalka črpa več, kot je določeno za vrata, ji dajte namensko vejo, ki jo poganja njen lastni MOSFET, ki ga plošča preprosto signalizira.

Kakšen tok potrebuje črpalka 3,0 V?

Majhne 3,0 V membranske in piezo črpalke običajno črpajo 100–500 mA pri polnem delovanju, kar je daleč več od katerega koli logičnega zatiča in običajno presega proste zmogljivosti 3,3 V logičnega vodila. Praktična ureditev je majhen pretvornik iz 5 V tirnice plus stikalna naprava. Črpalka, določena pod približno 200 mA, se lahko prilega pomožni tirnici, vendar šele potem, ko preverite, ali ima regulator tirnice toliko prostora za višino.

Kako vem, ali lahko moja matična plošča napaja tok črpalke?

Začnite pri regulatorju in ožičenju, ne pri konektorju. Dokumentacija plošče podaja vhodno območje in oceno zunanje naprave vgrajenega regulatorja - SKR 2 sprejema 12-24 V, njegov regulator pa je ocenjen na 4 A - in ocena napajalne enote daje skupni proračun. Odštejte posteljo, vročo stran, motorje, ventilatorje in elektroniko, ohranite rezervo, nato potrdite z merilnikom toka, medtem ko črpalka deluje.

Kako PWM krmili črpalko in ali je varen za motor?

PWM vklaplja in izklaplja napetost tirnice pri fiksni frekvenci in spreminja delež časa vklopa, tako da motor vidi polno napetost med vsakim impulzom. Za brušeni enosmerni motor znotraj nazivne napetosti, ki je sprejemljiva in standardna. Ni varno, če tirnica presega nazivno moč motorja, in neuporabno pri zelo visokih frekvencah: ohranite čas cikla v območju milisekund in nastavite najnižjo vrednost delovanja ali zagona, da se črpalka ne more zaustaviti pri nizkih ukazih.

Ali potrebujem drugo napajanje za črpalko?

Samo kadar velja eden od treh pogojev: tirnice stroja nimajo tokovne višine, napetosti črpalke ni mogoče učinkovito proizvesti iz razpoložljivih tirnic ali pa bi zagonski ali zastojni tok črpalke motil grelnike in koračne gonilnike. Če je preverjanje proračuna uspešno in je veja črpalke varovana in ločeno filtrirana, je souporaba napajanja tiskalnika razumna in enostavnejša kot dodajanje druge omrežne povezave.

Pošljite podatkovni list črpalke s svojimtakojšnja zahteva za ponudboin pred začetkom gradnje bomo potrdili proračun napetosti in toka.