3,0 V ili 24 V? Može li matična ploča vašeg 3D pisača zapravo pokretati ovu pumpu? - Kompletan vodič za usklađivanje napona i struje

Ključni podaci za van

Oznaka daje dva neovisna broja: napon odlučuje koju tračnicu ćete koristiti, a struja odlučuje mogu li ta tračnica i njen pokretač nositi opterećenje.

Ispisna ploča nudi DC tračnicu velike struje (12 V ili 24 V, uključena kao VBB za grijače, ventilatore i motore) i logičku domenu niske struje (5 V, 3,3 V). MCU je kontroler, nikad izvor napajanja.

MCU-ovi pisača ograničeni su na otprilike 25-40 mA po pinu i 150-200 mA preko njihovih opskrbnih pinova, dok male pumpe troše 100-500 mA. Izravni MCU pogon nije opcija.

Pretvarači rješavaju neusklađenost napona (24 V ploča na 12 V crpku: novac; 5 V tračnica na 12 V pumpu: pojačanje), ali nijedan pretvarač ne stvara struju. Odredite veličinu za trčanje, a ne za trčanje.

Ventilatorski priključci su najprikladniji preklopni izlazi na ploči, a ipak su dizajnirani za male aksijalne ventilatore. Najprije provjerite priključak MOSFET, osigurač i visinu tračnice.

Izravan odgovor: napon je jednostavan, struja odlučuje o svemu

Uskladite pumpu sa tračnicom koju vaša ploča već nudi, zatim potvrdite trenutni proračun te tračnice. Usklađivanje napona je odluka o ožičenju; usklađivanje struje je odluka o toplini, pogonu i zaštiti. Jednom kada nazivna struja pumpe poraste iznad nekoliko stotina miliampera, matična ploča je mora prebaciti kroz stupanj pogona, a ne kroz MCU pin.

Razlog je strukturni: matična ploča pisača nije jedan izvor napajanja, već nekoliko njih, i samo teška DC tračnica koja napaja postolje, ventilatore i koračne pogone može pokretati tekućinu ili apsorbirati strujne skokove koje motor proizvodi kada se pokrene ili zaustavi.

Dvije crpke s istim protokom mogu stoga zahtijevati potpuno različit rad integracije, što je ono što donja tablica prikazuje za četiri klase napona u naslovu.

Uzorak u trenutnoj koloni vrijedi pročitati dvaput. Što je niži napon crpke, to je veća struja potrebna za isti mehanički rad, jer je snaga napon pomnožen sa strujom. Peristaltička pumpa od 5-6 V koja daje do 100 ml/min troši oko 500 mA, dok pumpa od 12 V iste klase protoka troši samo 200-300 mA. Odabir crpke nižeg napona da bude "sigurnija" za elektroniku obično otežava, a ne olakšava električni problem.

Što 3,0 V, 6,0 V, 12 V i 24 V zapravo znače unutar 3D pisača

Te brojke opisuju domene napajanja koje ploča već može ponuditi negdje u svom stablu napajanja: DC ulazna tračnica koja napaja grijače, ventilatore i motore, te regulirane logičke tračnice koje slijede. Svaka domena ima svoju trenutnu gornju granicu, a pumpa radi samo kada je postavljena u domenu koja odgovara njenom opterećenju.

Četiri naponske domene na tipičnoj ploči

Donje domene su ono s čime integrator pumpe zapravo mora raditi. Brojevi dolaze iz dvije široko korištene obitelji ploča: 12 V-era RAMPS 1.4 stack i moderne 32-bitne ploče, BIGTREETECH SKR 2, čija dokumentacija navodi 12-24 V ulaz, 3.3 V logiku, tri PWM priključka za ventilatore, dva uvijek uključena priključka za ventilatore i ugrađeni regulator ocijenjen na 4 A na 12-24 V ulaz za vanjske uređaje.

Na RAMPS 1.4 skupu ulazna strana je namjerno podijeljena: jedna grupa terminala ocijenjena oko 11 A za grijani krevet, a druga ocijenjena oko 5 A za glavnu ploču, koračne drajvere, vrući kraj i ventilatore. Njegov konektor pomoćnog ventilatora stalno je pod naponom na ulaznom naponu, što je zgodno i neumoljivo jer ga firmware ne može isključiti.

Koje obitelji crpki pripadaju svakoj naponskoj klasi

Klase napona nisu marketinške oznake; blisko su povezani s obiteljima pumpi koje se prodaju za rukovanje tekućinama.

3,0 V i 3,7 V: mikro dijafragme i piezo pumpe za doziranje reagensa, prijenosni analizatori i nosivi uređaji. Malen, tih i obično troši 100-500 mA pri punom radu.

5 V i 6 V: klasična mala peristaltička pumpa, koja se koristi za cirkulaciju tinte, doziranje i prijenos uzorka. Crpka klase od 100 ml/min u ovom rasponu troši otprilike 500 mA.

12 V: radna klasa za peristaltičke i membranske pumpe u servisu tinte, kaše i reagensa, obično 200-300 mA za isti protok od 100 mL/min, i standardni napon za ventilator i tračnice za dodatke na 12 V pisačima.

24 V: industrijske membranske pumpe, veće peristaltičke crpke i motori pumpi s zupčanicima, usklađeni s tračnicom od 24 V koja je postala standard na modernim pisačima jer prepolovljuje struju za istu snagu grijača.

Jednoj obitelji treba posebna napomena: zupčastu pumpu koja ekstrudira keramičku pastu obično pokreće koračni ili servo preko vlastitog pogonskog sklopa, tako da je njezina električna integracija problem upravljanja pokretom, a ne retrofit ulaza ventilatora.

Može li MCU igla pokretati pumpu? Ograničenja MCU izravnog pogona

Ne. Logički pin je signalna linija, a ne napajanje. Na ploči klase ATmega2560 svaki I/O pin je ograničen na 40 mA, a cijeli čip na 200 mA kroz svoje napojne pinove; pin STM32F103 je ocijenjen na 25 mA. Mala pumpa troši nekoliko stotina miliampera, tako da uvijek treba zaseban pogonski stupanj.

Ograničenja podatkovne tablice su nedvosmislena. ATmega2560 koji se koristi na hardveru klase RAMPS navodi 40 mA DC po I/O pinu i 200 mA kroz VCC i GND pinove ukupno, s maksimalnim radnim naponom od 6,0 ​​V. STM32F103 navodi 25 mA po pinu i 150 mA kroz uzemljenje i napojne linije. To su apsolutne maksimalne ocjene, a ne radni proračuni, a pisač već dio njih troši na krajnje graničnike, termistore, ventilatore i signale za uključivanje upravljačkog programa.

Ispravno sučelje je jednostavno: MCU pin pokreće vrata MOSFET-a s niskom stranom N-kanala kroz mali serijski otpornik, a struja pumpe teče iz VBB tračnice, kroz pumpu i MOSFET, natrag na masu. Vrata su kondenzator, tako da pin daje samo sklopni naboj, a ne struju opterećenja - isti uzorak koji pisač već koristi na svojim utičnicama koračnog drajvera.

Logičke razine bitne su kada odaberete prekidački uređaj: SKR 2 pokreće logiku od 3,3 V, a ploče klase RAMPS pokreću logiku od 5 V, pa odredite MOSFET na logičkoj razini ili upravljački modul čiji je ulazni prag udobno ispod 3,3 V. Stariji uređaj sa standardnim pragom može samo djelomično poboljšati taj napon vrata, što ga pretvara u grijač umjesto prekidača.

Usklađivanje struje: nazivna struja, struja zastoja i udarna struja

Čitajte tri broja umjesto jednog: radnu struju, struju zastoja ili blokiranog rotora i udar pri pokretanju. Odredite pogon, pretvarač i osigurač za najveći i zapamtite da zaustavljeni motor troši struju nekoliko puta veću od svoje radne struje, a ne proizvodi koristan protok.

Radna struja je objavljena vrijednost, izmjerena pri nazivnom naponu dok crpka normalno radi. To je pravi broj za toplinske izračune u stacionarnom stanju i pogrešan broj za odabir pretvarača, jer brušeni DC motor koji se pokreće iz mirovanja nema povratnu EMF i namot nakratko izgleda kao otpornik.

Slijede dvije posljedice: pretvarač koji je naznačen točno na radnu struju nalazit će se na rubu svoje toplinske ovojnice i mogao bi ispasti pri svakom pokretanju, a osigurač veličine na radnu struju otvorit će se pri legitimnom udaru, osim ako nije sporog tipa ili tipa koji se može ponovno postaviti. Spori osigurač ili poliosigurač nazivne snage oko 1,5 do 2 puta veće od tekuće struje uobičajeni je kompromis.

Klasa ispod 200 mA zaslužuje komentar jer je to brojka koju inženjeri navode kada se nadaju pokretanju pumpe s logičke strane ploče. Crpka čija trenutna potrošnja ostaje ispod oko 200 mA često može dijeliti pomoćnu tračnicu, pod uvjetom da regulator koji je napaja još uvijek ima prostora za glavu nakon zaslona, ​​glavne ploče i senzora. To je izjava o tračnici, a ne o pinu: pumpa od 150 mA još uvijek treba sklopni uređaj i povratnu diodu.

Strujni profili prema vrsti pumpe

Obitelji crpki ponašaju se različito na stezaljkama, zbog čega jedan broj "tipične struje" nije dovoljan za odabir.

Posljednji red je onaj koji iznenađuje timove koji dolaze iz inkjet fluida. Ekstrudiranje keramičke paste s visokim udjelom krutine je proces s pozitivnim pomakom i pritiskom, a motor pumpe obično se dimenzionira prema okretnom momentu, a ne prema brzini protoka. Zato su ti sustavi projektirani kao osi gibanja s vlastitim pokretačima i vlastitom opskrbom i zašto granica odabira na strani tekućine između zupčastih i peristaltičkih pumpi zaslužujeposeban okvir za odlučivanjea ne retrofit ulaza za ventilator.

Provjera razvodnika napajanja: Ima li vaša opskrba još uvijek dovoljno prostora?

Zbrojite koliko stroj već troši i oduzmite to od snage napajanja. Na stroju od 24 V, 350 W krevet od 220 W, vrući kraj od 40 W, četiri koračna motora i ventilatori mogu ostaviti samo 40-60 W - oko 2 A pri 24 V - za pumpu i njen pretvarač.

Provjera proračuna je korak koji se najčešće preskače, jer pumpa od 300 mA zvuči trivijalno pored grijanog kreveta od 10 A. Razlika je u radnom ciklusu: osnovni i vrući ciklus, dok pumpa radi neprekidno. Stroj koji radi na 80 posto svoje PSU snage tijekom zagrijavanja će popustiti kada se doda pumpa, a simptom je obično pomicanje temperature sloja ili steper koji preskače korake.

Gubici pretvarača spadaju u isti proračun: preklopni dopunski pretvarač obično je 85-95 posto učinkovit, tako da opterećenje pumpe od 12 V, 300 mA košta samo oko 4 W na ulazu, dok bi linearni regulator koji pada s 24 V na 5 V pri 500 mA raspršio otprilike 9,5 W kao toplinu. Linearna regulacija je prihvatljiva za senzor, a pogrešna za motor.

Konačno, mjerite radije nego pretpostavljajte: stavite mjerač struje u ogranak pumpe, pokrenite stroj s uključenim ležajem i vrućim dijelom i promatrajte napon tračnice dok se pumpa pokreće i zaustavlja uz zatvoreni ventil. Tračnica koja pada za više od nekoliko stotina milivolti treba vlastito napajanje ili veći PSU, a ne veći kondenzator.

Pretvorba napona: Buck, Boost i problem s 3,0 V

Pretvorite samo ako ploča ne može izravno opskrbiti napon pumpe. Spustite se sa sinkronim pretvaračem dolara za pumpu od 12 V na tračnici od 24 V, pojačajte pretvarač za pojačanje za pumpu od 12 V na tračnici od 5 V, a 3,0 V tretirajte kao poseban slučaj.

Buck pretvorba je uobičajeni slučaj, jer moderni pisači pokreću ulaznu tračnicu od 24 V, dok većina malih pumpi ima nazivni napon od 12 V. Obitelj modula koja prihvaća 5,3-36 V i isporučuje 12 V pri 2,5 A pokriva posao s rezervom i radi hladna pri opterećenju od 300 mA. Provjerite tri specifikacije: ulazni raspon, izlazna struja koja pokriva udar i prebacivanje umjesto linearne regulacije.

Pojačana pretvorba pojavljuje se kada je jedina pogodna tračnica 5 V, a crpka treba 12 V. Aritmetika je važnija od topologije: izlazna snaga ne može premašiti ulaznu snagu, tako da 12 V, 300 mA opterećenje od 3,6 W treba oko 0,9 A od 5 V tračnice uz učinkovitost od 85 posto. Moduli za pojačanje u ovoj klasi prihvaćaju ulaze od samo 0,5 V, prebacuju se do 1,2 A i dodaju toplinsko isključivanje, što ih čini upotrebljivima iz jedne ćelije ili šine od 5 V.

Tri navike sprječavaju većinu neuspjeha konverzije. Nikada ne padajte napon sa serijskim otpornikom, jer pad ovisi o struji i otpornik pretvara razliku u toplinu. Nikada nemojte pokretati pumpu od 12 V između 24 V tračnice i čvora od 12 V u pokušaju da podijelite razliku. Nikada ne napajajte pumpu od 3,0 V s 3,3 V logičke tračnice, jer zastoj tamo odvodi mikrokontroler zajedno s pumpom.

Dvije pojedinosti vrijedi provjeriti na stolu: pretvarač pojačanja pokrenut u zaustavljenom motoru možda nikada neće dosegnuti svoj izlazni napon, a pretvarač postavljen nizvodno od glavnog osigurača pisača dijeli taj osigurač s grijačima.

Vodič za ožičenje: Pogonski stupanj i zaštitni dijelovi

Stavite MOSFET s niskom stranom N-kanala ili gotov pogonski modul između tračnice i crpke, postavite povratnu diodu preko terminala motora, spojite granu na tračnici i držite povratnu struju crpke dalje od uzemljenja senzora.

Motor pumpe je induktor, a induktor se odupire nagloj promjeni struje. Kada MOSFET prekine struju namota, pohranjena energija pojavljuje se kao skok napona koji može u velikoj mjeri premašiti tračnicu i uništiti sklopni uređaj. Dioda na terminalima pumpe, katoda na pozitivnoj tračnici, daje toj struji petlju u kojoj cirkulira i steže šiljak. Preskakanje je najčešći razlog zašto priključak ventilatora crkne prvog dana rekonstrukcije pumpe.

Kontrolni signali zaslužuju istu brigu kao i put napajanja. Marlinov izlaz ventilatora je PWM kanal kojim se može izravno upravljati, a Klipperov ventilator i output_pin sekcije otkrivaju pin s max_power capom, cycle_time i kick_start_time koji pomažu motoru da prevlada statičko trenje pri niskom radnom vremenu. Vrijeme ciklusa između 0,01 i 0,1 sekunde odgovara malom istosmjernom motoru, a off_below prag sprječava vrlo nisku naredbu da pumpa ne ostane zaustavljena i vruća.

Kontrolni popis za puštanje u rad: od naljepnice do prve izvedbe

Prođite kroz osam provjera redom: oznaka, tračnica, prostor za glavu, konverzija, prebacivanje, zaštita, ožičenje i kalibracija. Svaki traje nekoliko minuta, a zajedno sprječavaju dva kvara koji ubijaju naknadne ugradnje crpke - podcijenjeni pokretač i zaustavljeni motor koji crpi struju zastoja kroz granu koja nikada nije bila spojena.

Pročitajte naljepnicu crpke i zabilježite nazivni napon i struju. Ako je prikazana samo snaga, podijelite vate s voltima da biste dobili ampere i tretirajte rezultat kao minimum.

Identificirajte tračnicu koja već odgovara: pumpa od 24 V spaja se na osiguranu ulaznu tračnicu na pisaču od 24 V, dok pumpa od 12 V treba pretvarač.

Provjerite proračun PSU-a s krevetom i vrućim krajem na punoj snazi ​​i ostavite najmanje 20 posto rezerve za pumpu i pretvarač.

Odredite veličinu pretvarača za udar radije nego za radnu brojku; 2x marža u odnosu na trenutnu struju je razumna početna točka.

Odaberite MOSFET na logičkoj razini ili upravljački modul čija je vrijednost veća od struje zaustavljanja, montiran na mjestu gdje zrak može doprijeti do njega.

Dodajte povratnu diodu i razgranati osigurač, zatim provjerite orijentaciju diode prije uključivanja napajanja.

Spojite žicu s uzemljenjem u zvjezdici, držite vodove crpke podalje od signala temperature i krajnjeg zaustavljanja, a kondenzator postavite blizu crpke.

Kalibrirajte protok: započnite s malim opterećenjem, pronađite početnu vrijednost, izmjerite ili izvažite isporučenu tekućinu i zabilježite struju na radnoj točki.

Dva zapažanja pripadaju postupku. Protok peristaltičke pumpe je funkcija cijevi i brzine motora, tako da ponovno pregledavanje kalibriranog radnog ciklusa nakon promjene cijevi održava doziranje točnim. Pasta za rukovanje zupčastom ili membranskom pumpom može se blokirati jednom osušenom česticom, stoga nagli porast struje tretirajte kao blokadu, a ne kao istrošenu pumpu.

Ako biste radije kvalificirali putanju tekućine i elektroniku pogona zajedno, Superior izrađuje dijelove za ispitivanje taloženja paste i tinte putem svojihUsluga 3D printanja, ibiblioteka resursadrži popratne vodilice za odabir pumpe i rukovanje tekućinom.

Često postavljana pitanja

Šest pitanja pojavljuje se kod gotovo svake naknadne ugradnje pumpe, a odgovori u nastavku pokrivaju razloge koji su važni za prvu izgradnju.

Mogu li pokrenuti pumpu od 12 V iz pisača od 24 V bez pretvarača?

Ne, ne izravno. Motor od 12 V koji se napaja iz 24 V radi otprilike dvaput brzinom od nazivne, troši više struje nego što njegovi namoti mogu raspršiti i može uništiti pumpu u roku od nekoliko minuta. PWM ograničenje također ne rješava ovo, jer motor i dalje vidi punih 24 V tijekom svakog impulsa. Upotrijebite buck pretvarač nazivne snage koja je najmanje dva puta veća od struje rada crpke.

Je li priključak za ventilator dovoljan za pogon peristaltičke pumpe?

Ponekad, ali treba provjeriti, a ne pretpostaviti. Priključci ventilatora su MOSFET-switched izlazi na opskrbnoj tračnici, tako da je princip ispravan; granica je vlastita ocjena luke. Priključak dizajniran za aksijalni ventilator od 0,1-0,3 A možda neće biti ocijenjen za pumpu od 0,5 A. Ako crpka crpi više od navedenog porta, dajte joj namjensku granu koju pokreće vlastiti MOSFET koji ploča jednostavno signalizira.

Koju struju treba pumpa od 3,0 V?

Male 3,0 V membranske i piezo crpke obično povlače 100-500 mA pri punom radu, daleko iznad bilo kojeg logičkog pina i obično iznad slobodnog kapaciteta 3,3 V logičke tračnice. Praktičan raspored je mali pretvarač dolara iz 5 V tračnice plus sklopni uređaj. Crpka navedena ispod oko 200 mA može stati na pomoćnu tračnicu, ali tek nakon što provjerite ima li regulator tračnice toliko prostora za glavu.

Kako mogu znati može li moja matična ploča opskrbljivati ​​struju pumpe?

Počnite od regulatora i ožičenja, ne od konektora. Dokumentacija ploče daje ulazni raspon i ocjenu vanjskog uređaja regulatora na ploči - SKR 2 prihvaća 12-24 V i njegov regulator je ocijenjen na 4 A - a ocjena PSU daje ukupni proračun. Oduzmite krevet, vrući dio, motore, ventilatore i elektroniku, zadržite rezervu, zatim potvrdite mjeračem struje dok pumpa radi.

Kako PWM upravlja pumpom i je li siguran za motor?

PWM uključuje i isključuje napon tračnice na fiksnoj frekvenciji i mijenja udio vremena uključivanja, tako da motor vidi puni napon tijekom svakog impulsa. Za brušeni DC motor unutar nazivnog napona koji je prihvatljiv i standardan. Nije sigurno kada tračnica premašuje nazivnu vrijednost motora i beskorisno je pri vrlo visokim frekvencijama: držite vrijeme ciklusa u rasponu milisekundi i postavite minimalnu vrijednost rada ili pokretanja tako da crpka ne može stati pri niskim naredbama.

Trebam li drugo napajanje za pumpu?

Samo kada se primjenjuje jedan od tri uvjeta: tračnice stroja nemaju trenutnog prostora za visinu, napon pumpe ne može se učinkovito proizvesti iz dostupnih tračnica ili bi udarna ili zastojna struja pumpe ometala grijače i koračne pogone. Ako provjera proračuna prođe i ogranak crpke je spojen i zasebno filtriran, dijeljenje napajanja pisača je razumno i jednostavnije od dodavanja drugog mrežnog priključka.

Pošaljite podatkovnu tablicu pumpe sa svojimtrenutni zahtjev za ponudui potvrdit ćemo proračun napona i struje prije početka izgradnje.