3,0 V või 24 V? Kas teie 3D-printeri emaplaat saab seda pumpa tegelikult juhtida? - Täielik pinge/voolu sobitamise juhend

Võtmed kaasavõtmiseks

Silt annab kaks sõltumatut numbrit: pinge määrab, millist rööpa kasutate, ja vool otsustab, kas see rööp ja selle juht suudavad koormust kanda.

Printeriplaat pakub kõrge vooluga alalisvoolu siini (12 V või 24 V, lülitatakse VBB-ks kütteseadmete, ventilaatorite ja mootorite jaoks) ja nõrkvoolu loogikadomeeni (5 V, 3,3 V). MCU on kontroller, mitte kunagi toiteallikas.

Printeri MCU-d on piiratud ligikaudu 25–40 mA kontakti kohta ja 150–200 mA nende toitetihvtide vahel, samas kui väikesed pumbad tarbivad 100–500 mA. Otsene MCU-draiv pole valik.

Konverterid lahendavad pinge mittevastavuse (24 V plaat 12 V pumbale: buck; 5 V rööp 12 V pumbale: võimendus), kuid ükski muundur ei tekita voolu. Määrake see sissetungi, mitte jooksva figuuri jaoks.

Ventilaatori pordid on plaadi kõige mugavamad lülitatavad väljundid, kuid need on mõeldud väikeste aksiaalventilaatorite jaoks. Esmalt kinnitage pordi MOSFET, kaitse ja rööpa kõrgus.

Otsene vastus: pinge on lihtne, vool otsustab kõik

Sobitage pump rööpaga, mida teie plaat juba pakub, seejärel kinnitage selle rööpa praegune eelarve. Pinge sobitamine on juhtmestiku otsus; voolu sobitamine on termiline, draiveri ja kaitse otsus. Kui pumba nimivool tõuseb üle mõnesaja milliampri, peab emaplaat selle lülitama läbi draiveri astme, mitte läbi MCU viigu.

Põhjus on struktuurne: printeri emaplaat ei ole üks toiteallikas, vaid mitu ja ainult raske alalisvoolu rööp, mis toidab voodit, ventilaatorid ja astmedraiverid, saavad vedelikku liigutada või neelata voolupiike, mida mootor tekitab, kui see käivitub või seiskub.

Kaks sama vooluhulgaga pumpa võivad seetõttu nõuda täiesti erinevat integreerimistööd, mida alltoodud tabel pealkirjas toodud nelja pingeklassi jaoks kaardistab.

Praeguse veeru mustrit tasub kaks korda lugeda. Mida madalam on pumba pinge, seda suuremat voolu see sama mehaanilise töö jaoks vajab, sest võimsus on pinge korrutatud vooluga. 5-6 V peristaltiline pump, mis annab kuni 100 ml/min, võtab voolu umbes 500 mA, samas kui sama vooluklassi 12 V pump ainult 200-300 mA. Madalama pinge pumba valimine elektroonika jaoks "ohutumaks" muudab elektriprobleemi tavaliselt raskemaks, mitte lihtsamaks.

Mida 3,0 V, 6,0 V, 12 V ja 24 V 3D-printeris tegelikult tähendavad

Need arvud kirjeldavad toitevaldkondi, mida plaat võib juba kuskil oma jõupuus pakkuda: alalisvoolu sisendsiin, mis toidab kütteseadmeid, ventilaatoreid ja mootoreid, ning sellele järgnevad reguleeritud loogikasiinid. Igal domeenil on oma praegune lagi ja pump töötab ainult siis, kui see on paigutatud selle koormusega domeeni.

Neli pingedomeeni tüüpilisel plaadil

Allolevad domeenid on need, millega pumba integraator tegelikult töötama peab. Numbrid pärinevad kahest laialdaselt kasutatavast plaadiperekonnast: 12 V-ajastu RAMPS 1.4 pinu ja kaasaegne 32-bitine plaat BIGTREETECH SKR 2, mille dokumentatsioonis on kirjas 12–24 V sisend, 3,3 V loogika, kolm PWM-i ventilaatoriporti, kaks alati sisse lülitatud ventilaatoriporti ja 1 V-24 sisend-24 A4-sisend-24 välise regulaator.

RAMPS 1.4 pinu puhul on sisendpool sihilikult jagatud: üks klemmide grupp on soojendusega voodi jaoks umbes 11 A ja teine ​​​​emaplaadi, samm-draiverite, kuuma otsa ja ventilaatorite jaoks mõeldud umbes 5 A. Selle lisaventilaatori pistik on sisendpingel püsivalt pinge all, mis on mugav ja andestamatu, kuna püsivara ei saa seda välja lülitada.

Millised pumbapered asuvad igas pingeklassis

Pingeklassid ei ole turundusmärgised; need vastavad täpselt vedelike käitlemiseks müüdud pumbaperekondadele.

3,0 V ja 3,7 V: mikrodiafragma ja piesopumbad reaktiivi doseerimiseks, kaasaskantavad analüsaatorid ja kantavad seadmed. Väike, vaikne ja tavaliselt tarbib täiskoormusel 100–500 mA.

5 V ja 6 V: klassikaline väike peristaltiline pump, mida kasutatakse tindi ringluseks, doseerimiseks ja proovi ülekandmiseks. Selles vahemikus olev 100 ml/min klassi pump võtab umbes 500 mA.

12 V: tööjõuklass peristaltiliste ja membraanpumpade jaoks tindi-, suspensiooni- ja reaktiivihoolduses, tavaliselt 200–300 mA sama 100 ml/min voolu jaoks ning standardpinge ventilaatorite ja tarvikute siinide jaoks 12 V printeritel.

24 V: tööstuslikud membraanpumbad, suuremad peristaltilised voolikupumbad ja hammasrataspumpade mootorid, mis on sobitatud 24 V siiniga, mis on saanud tänapäevaste printerite standardseks, kuna see vähendab sama kütteseadme võimsuse voolu poole võrra.

Üks perekond vajab eraldi märkust: keraamilist pasta ekstrudeerivat hammasrattapumpa juhib tavaliselt samm või servo läbi oma draiveri, nii et selle elektriline integreerimine on pigem liikumisjuhtimise probleem kui ventilaatori pordi moderniseerimine.

Kas MCU tihvt saab pumpa juhtida? MCU otseajami piirangud

Ei. Loogikaviik on signaaliliin, mitte toiteallikas. ATmega2560-klassi plaadil on iga I/O kontakti toitetihvtide kaudu piiratud 40 mA ja kogu kiibil 200 mA; STM32F103 kontakti nimivõimsus on 25 mA. Väike pump tõmbab mitusada milliamprit, nii et see vajab alati eraldi draiveri etappi.

Andmelehe piirangud on üheselt mõistetavad. RAMPS-klassi riistvaras kasutatav ATmega2560 määrab 40 mA alalisvoolu I/O viigu kohta ja 200 mA VCC ja GND kontaktide kaudu kokku maksimaalse tööpingega 6,0 V. STM32F103 määrab 25 mA kontakti kohta ja 150 mA läbi selle maanduse ja toiteliinide. Need on pigem absoluutsed maksimumhinnangud kui tööeelarved ning osa neist kulutab printer juba lõpp-peatuste, termistoride, ventilaatorite ja draiveri lubamise signaalidele.

Õige liides on lihtne: MCU viik juhib madala külje N-kanaliga MOSFET-i väravat läbi väikeseeria takisti ja pumba vool voolab VBB-rööpast läbi pumba ja MOSFET-i tagasi maapinnale. Värav on kondensaator, nii et tihvt annab ainult lülituslaengu, mitte laadimisvoolu – sama mustrit, mida printer juba kasutab oma samm-draiveri pesades.

Loogikatasemed on lülitusseadme valimisel olulised: SKR 2 töötab 3,3 V loogikaga ja RAMPS-klassi plaadid 5 V loogikaga, seega määrake loogikataseme MOSFET või draiveri moodul, mille sisendi lävi on mugavalt alla 3,3 V. Vanem standardläviseade võib ainult osaliselt suurendada pinget, mis muudab selle väravast lülitiks.

Voolu sobivus: nimivool, seiskumine ja sisselülitusvool

Lugege ühe asemel kolme numbrit: töövool, seiskumis- või lukustatud rootori vool ja käivitussünd. Mõõtke draiveri, muunduri ja kaitsme suurus suurimaks ning pidage meeles, et seiskunud mootor võtab mitu korda oma töövoolu, kuid ei tekita kasulikku voolu.

Töövool on avaldatud arv, mõõdetuna nimipingel, kui pump töötab normaalselt. See on õige arv statsionaarsete soojusarvutuste jaoks ja vale arv muunduri valimiseks, sest puhkeseisundist käivitataval harjatud alalisvoolumootoril pole tagasi-EMF-i ja mähis näeb hetkeks välja nagu takisti.

Sellele järgneb kaks tagajärge: täpselt jooksva vooluga arvestatud muundur istub oma termilise mähisjoone serval ja võib igal käivitamisel välja kukkuda ning jooksva vooluga kaitsme avaneb seaduslikul sisselülitamisel, välja arvatud juhul, kui see on aeglaselt puhuv või lähtestatav. Tavaline kompromiss on aeglaselt põlev kaitsme või polüsulavkaitse, mille voolutugevus on ligikaudu 1,5–2 korda suurem.

Alla 200 mA klass väärib kommentaari, sest just seda tsiteerivad insenerid, kui nad loodavad pumba käivitada tahvli loogika poolelt. Pump, mille voolutarve jääb alla umbes 200 mA, võib sageli jagada abirööpast, eeldusel, et seda toitel regulaatoril on pärast kuvarit, hostplaati ja andureid veel ruumi. See on väide siini, mitte tihvti kohta: 150 mA pump vajab ikkagi lülitusseadet ja tagasilöögidioodi.

Praegused profiilid pumba tüübi järgi

Pumbapered käituvad klemmides erinevalt, mistõttu valikuks ei piisa ühest "tüüpvoolu" numbrist.

Viimane rida on see, mis üllatab tindiprinteri tüüpi vedelikest pärit meeskondi. Kõrge kuivainesisaldusega keraamilise pasta ekstrudeerimine on positiivse nihkega, rõhupõhine protsess ja pumba mootori suurus määratakse tavaliselt pöördemomendi, mitte voolukiiruse järgi. Seetõttu on need süsteemid konstrueeritud liikumistelgedena, millel on oma draiverid ja oma toiteallikas, ning miks vedelikupoolne valikupiir käigukasti ja peristaltiliste pumpade vahel vääriberaldi otsustusraamistikmitte ventilaatoriporti moderniseerimine.

Toitetoru kontroll: kas teie toiteallikal on veel ruumi?

Liitke kokku, mida masin juba tarbib, ja lahutage see toiteallika reitingust. 24 V, 350 W masinal 220 W voodi, 40 W kuum ots, neli samm-mootorit ja ventilaatorid võivad pumbale ja selle muundurile jätta ainult 40-60 W - umbes 2 A 24 V juures.

Eelarvekontroll on kõige sagedamini vahele jäetud samm, sest 300 mA pump kõlab 10 A soojendusega voodi kõrval triviaalselt. Erinevus seisneb töötsüklis: voodi ja kuuma lõpu tsükkel, samal ajal kui pump töötab pidevalt. Masin, mis töötab soojendamise ajal 80 protsendil oma toiteallikast, vajub pumba lisamisel alla ja sümptomiks on tavaliselt kihi triiviv temperatuur või samm, mis jätab samme vahele.

Konverteri kaod kuuluvad samasse eelarvesse: ümberlülituskonverteri efektiivsus on tavaliselt 85–95 protsenti, nii et 12 V, 300 mA pumba koormus maksab sisendis vaid umbes 4 W, samas kui lineaarne regulaator, mis langetab 500 mA juures 24 V 5 V peale, hajutab soojusena ligikaudu 9,5 W. Lineaarne reguleerimine on anduri jaoks vastuvõetav ja mootori jaoks vale.

Lõpuks pigem mõõtke kui eeldage: pange pumba harusse voolumõõtur, käivitage masin nii, et alus ja kuum ots on sisse lülitatud, ning jälgige siini pinget, kui pump käivitub ja seiskub vastu suletud klapi. Rööp, mis langeb rohkem kui paarsada millivolti, vajab oma toiteallikat või suuremat toiteallikat, mitte suuremat kondensaatorit.

Pinge teisendamine: Buck, Boost ja 3,0 V probleem

Teisendage ainult siis, kui plaat ei saa pumba pinget otse toita. Astuge alla sünkroonmuunduriga 12 V pumba jaoks 24 V siinil, suurendage 5 V siinil oleva 12 V pumba võimendusmuundurit ja käsitlege 3,0 V erijuhtumina.

Buck-konverteerimine on tavaline juhtum, kuna kaasaegsed printerid töötavad 24 V sisendsiiniga, samas kui enamik väikeseid pumpasid on 12 V. Moodulipere, mis võtab vastu 5,3–36 V ja annab 12 V pingega 2,5 A, katab töö marginaaliga ja töötab jahedalt 300 mA koormusel. Kontrollige kolme spetsifikatsiooni: sisendvahemik, väljundvool, mis hõlmab sisselülitamist, ja lülitus, mitte lineaarne reguleerimine.

Võimenduskonversioon ilmub siis, kui ainsaks mugavaks siiniks on 5 V ja pump vajab 12 V. Aritmeetika loeb rohkem kui topoloogia: väljundvõimsus ei tohi ületada sisendvõimsust, seega vajab 12 V, 300 mA koormus 3,6 W 5 V siinilt umbes 0,9 A 85-protsendilise efektiivsusega. Selle klassi võimendusmoodulid võtavad vastu nii madalaid sisendeid kui 0,5 V, lülitavad kuni 1,2 A ja lisavad termilise väljalülituse, mis muudab need kasutatavaks ühest elemendist või 5 V rööpast.

Kolm harjumust hoiavad ära enamiku konversioonitõrgetest. Ärge kunagi langetage pinget jadatakistiga, sest langus sõltub voolust ja takisti muudab erinevuse soojuseks. Ärge kunagi käivitage 12 V pumpa 24 V siini ja 12 V sõlme vahel, et püüda vahet jagada. Ärge kunagi andke 3,0 V pumpa toidet 3,3 V loogikasiinist, sest sealne seiskumine viib mikrokontrolleri koos pumbaga alla.

Pingil tasub üle kontrollida kahte detaili: seiskunud mootoriks käivitatud võimendusmuundur ei pruugi kunagi oma väljundpinget saavutada ning printeri peakaitsmest allavoolu paigutatud muundur jagab endas kaitset kütteseadmetega.

Juhtmete juhend: juhi aste ja kaitseosad

Asetage madala küljega N-kanaliga MOSFET või valmis draiveri moodul siini ja pumba vahele, paigaldage tagasilöögidiood üle mootori klemmide, kaitske siini juures olev haru ja hoidke pumba tagasivoolu anduri maandusest eemal.

Pumba mootor on induktiivpool ja induktiivpool peab vastu äkilistele voolumuutustele. Kui MOSFET katkestab mähise voolu, ilmub salvestatud energia pingena, mis võib rööpast suure teguri võrra ületada ja lülitusseadme hävitada. Diood üle pumba klemmide, katood positiivsele siinile, annab sellele voolule ahela, mis ringleb, ja kinnitab naela. Selle vahelejätmine on kõige levinum põhjus, miks ventilaatoriport pumba moderniseerimise esimesel päeval sureb.

Juhtsignaalid väärivad sama hoolt kui voolutee. Marlini ventilaatori väljund on PWM-kanal, mida saab otse käsutada, ning Klipperi ventilaatori ja output_pin sektsioonid paljastavad kontakti, millel on max_power cap, cycle_time ja kick_start_time, mis aitavad mootoril ületada staatilist hõõrdumist madalal töötamisel. Tsükliaeg vahemikus 0,01 kuni 0,1 sekundit sobib väikesele alalisvoolumootorile ja lävi väljas_alla hoiab ära väga madala käsu, et pump ei jääks seiskuma ja kuumaks.

Kasutuselevõtu kontroll-loend: alates märgisest kuni esimese käitamiseni

Järjekorras läbige kaheksa kontrolli: silt, rööp, kõrgus, muundamine, lülitus, kaitse, juhtmestik ja kalibreerimine. Igaüks neist võtab minuteid ja üheskoos hoiavad need ära kaks riket, mis põhjustavad pumba moderniseerimise – alahinnatud draiveri ja seiskunud mootori, mis tõmbab seiskumisvoolu läbi haru, mida pole kunagi kaitstud.

Lugege pumba etiketti ja registreerige nimipinge ja -vool. Kui kuvatakse ainult võimsus, jagage vatid voltidega, et saada ampreid ja käsitlege tulemust miinimumina.

Tuvastage juba sobiv siin: 24 V pump ühendatakse 24 V printeri kaitstud sisendsiiniga, 12 V pump vajab aga muundurit.

Kontrollige toiteallika eelarvet voodi ja kuuma otsaga täisvõimsusel ning hoidke pumba ja muunduri jaoks vähemalt 20 protsenti varuks.

Määrake muunduri suurus pigem sissevoolu kui jooksva näitaja jaoks; 2x varu üle jooksva voolu on mõistlik lähtepunkt.

Valige loogikatasemel MOSFET või draiverimoodul, mille nimiväärtus on suurem kui katkestusvool ja mis on paigaldatud kohta, kus õhk selleni jõuab.

Lisage tagasilöögidiood ja harukaitse, seejärel kontrollige enne toite sisselülitamist dioodi orientatsiooni.

Juhtige tähtmaandusega, hoidke pumba juhtmed temperatuuri- ja lõpp-seiskamissignaalidest eemal ning paigaldage mahtkondensaator pumba lähedale.

Kalibreerige vooluhulk: käivitage madalal võimsusel, leidke käivitusväärtus, mõõtke või kaaluge tarnitud vedelikku ja logige vool tööpunktis.

Protseduuri kuuluvad kaks tähelepanekut. Peristaltilise pumba vool sõltub toru ja mootori kiirusest, nii et kalibreeritud töötsükli uuesti läbivaatamine pärast toru vahetamist hoiab doseerimise täpsena. Hammasratta- või membraanpumba käsitsemispastat võib blokeerida üks kuivanud osake, seega käsitlege äkilist voolutõusu ummistusena, mitte kulunud pumbana.

Kui soovite, et vedeliku tee ja ajami elektroonika kvalifitseeritaks koos, koostab Superior oma pasta ja tindi sadestuskatse osad.3D printimise teenus, jaressursside raamatukoguhoiab pumba valimise ja vedeliku käitlemise juhikuid.

Korduma kippuvad küsimused

Peaaegu iga pumba ümberehitamise korral kerkib esile kuus küsimust ja alltoodud vastused hõlmavad põhjendusi, mis on olulised esimese ehitamise puhul.

Kas ma saan 12 V pumpa 24 V printerist ilma muundurita käivitada?

Ei, mitte otseselt. 12 V mootor, mis toidab 24 V pinget, töötab ligikaudu kahekordse nimikiirusega, võtab rohkem voolu, kui selle mähised suudavad hajutada, ja võib pumba mõne minuti jooksul hävitada. Seda ei paranda ka PWM-i piiramine, sest mootor näeb ikka iga impulsi ajal 24 V täispinget. Kasutage buck-muundurit, mille nimiväärtus on vähemalt kaks korda suurem kui pumba töövool.

Kas ventilaatoripordist piisab peristaltilise pumba käivitamiseks?

Mõnikord, kuid see vajab pigem kontrollimist kui eeldamist. Ventilaatori pordid on MOSFET-lülitusega väljundid toiterelsil, seega põhimõte on õige; limiidiks on sadama enda reiting. 0,1–0,3 A aksiaalventilaatori jaoks mõeldud port ei pruugi olla 0,5 A pumba jaoks ette nähtud. Kui pump tarbib rohkem kui port on ette nähtud, andke sellele spetsiaalne haru, mida juhib tema enda MOSFET, millest plaat lihtsalt signaali annab.

Millist voolu vajab 3,0 V pump?

Väikesed 3,0 V membraan- ja piesopumbad tarbivad tavaliselt täiskoormusel 100–500 mA, mis ületab loogikapistikut ja tavaliselt 3,3 V loogika siini vaba võimsust. Praktiline paigutus on 5 V siini väike buck-muundur ja lülitusseade. Pump, mis on määratud alla umbes 200 mA, võib sobida lisarööpaga, kuid alles pärast seda, kui olete veendunud, et siini regulaatoril on nii palju ruumi.

Kuidas ma tean, kas mu emaplaat suudab toita pumba voolu?

Alustage regulaatorist ja juhtmestikust, mitte pistikust. Tahvli dokumentatsioon annab pardaregulaatori sisendvahemiku ja välise seadme reitingu - SKR 2 aktsepteerib 12-24 V ja selle regulaator on hinnatud 4 A - ning PSU reiting annab kogueelarve. Lahutage voodi, kuum ots, mootorid, ventilaatorid ja elektroonika, hoidke reservi, seejärel kinnitage voolumõõtjaga, kuni pump töötab.

Kuidas PWM pumpa juhib ja kas see on mootorile ohutu?

PWM lülitab rööpa pinge kindla sagedusega sisse ja välja ning muudab sisselülitamise aja osakaalu, nii et mootor näeb iga impulsi ajal täispinget. Harjatud alalisvoolumootorile, mille nimipinge on vastuvõetav ja standardne. See on ebaturvaline, kui rööbas ületab mootori nimiväärtust, ja ei ole kasulik väga kõrgetel sagedustel: hoidke tsükli kestust millisekundite vahemikus ja määrake minimaalne töö- või käivitusväärtus, et pump ei saaks madalate käskude korral seiskuda.

Kas ma vajan pumba jaoks teist toiteallikat?

Ainult siis, kui kehtib üks kolmest tingimusest: masina siinidel puudub voolukõrgus, pumba pinget ei saa olemasolevatelt siinidelt tõhusalt toota või pumba sisselülitus- või seiskumisvool häirib küttekehasid ja astmete draivereid. Kui eelarvekontroll läbib ja pumba haru sulatatakse ja filtreeritakse eraldi, on printeri toite jagamine mõistlik ja lihtsam kui teise toiteühenduse lisamine.

Saatke pumba andmeleht koos omakohene hinnapäringja me kinnitame pinge ja praeguse eelarve enne ehitamise algust.