3,0 V vai 24 V? Voiko 3D-tulostimesi emolevy todella käyttää tätä pumppua? - Täydellinen jännitteen/virran täsmäysopas

Keskeiset takeawayt

Tarrassa on kaksi riippumatonta numeroa: jännite määrittää, mitä kiskoa käytät, ja virta päättää, voivatko kisko ja sen kuljettaja kantaa kuorman.

Tulostinkortti tarjoaa suurvirtaisen tasavirtakiskon (12 V tai 24 V, kytketty VBB:ksi lämmittimille, puhaltimille ja moottoreille) ja pienvirtalogiikkaalueen (5 V, 3,3 V). MCU on ohjain, ei koskaan virtalähde.

Tulostimen MCU:t on rajoitettu noin 25-40 mA:iin nastaa kohti ja 150-200 mA:iin niiden syöttönastoissa, kun taas pienet pumput kuluttavat 100-500 mA. Suora MCU-asema ei ole vaihtoehto.

Muuntimet ratkaisevat jännitteen yhteensopimattomuuden (24 V kortti 12 V pumppuun: buck; 5 V kisko 12 V pumppuun: tehostus), mutta mikään muunnin ei tuota virtaa. Kokoa se syöksyä varten, ei juoksuhahmoa varten.

Tuuletinportit ovat kortin kätevimmät kytketyt lähdöt, mutta ne on kuitenkin suunniteltu pienille aksiaalipuhaltimille. Vahvista ensin MOSFET-portti, sulake ja kiskon ylätila.

Suora vastaus: Jännite on yksinkertainen, virta ratkaisee kaiken

Yhdistä pumppu korttisi jo tarjoamaan kiskoon ja vahvista sitten kiskon nykyinen budjetti. Jännitteen sovitus on johdotuspäätös; virransovitus on lämpö-, ohjain- ja suojauspäätös. Kun pumpun nimellisvirta nousee yli muutaman sadan milliampeerin, emolevyn on kytkettävä se ohjainvaiheen kautta MCU-nastan sijaan.

Syy on rakenteellinen: tulostimen emolevy ei ole yksi virtalähde, vaan useita, ja vain raskas tasavirtakisko, joka syöttää sänkyä, tuulettimet ja askelohjaimet voivat siirtää nestettä tai absorboida virtapiikkejä, joita moottori tuottaa käynnistyessään tai pysähtyessään.

Kaksi pumppua, joilla on sama virtaus, voivat siis vaatia täysin eri integrointityötä, mikä on mitä alla oleva taulukko kuvaa otsikon neljälle jänniteluokalle.

Nykyisen sarakkeen kaava kannattaa lukea kahdesti. Mitä pienempi pumpun jännite on, sitä suuremman virran se tarvitsee samaan mekaaniseen työhön, koska teho on jännite kerrottuna virralla. 5-6 V:n peristalttinen pumppu, joka tuottaa jopa 100 ml/min, kuluttaa noin 500 mA, kun taas saman virtausluokan 12 V pumppu vain 200-300 mA. Alemman jännitteen pumpun valitseminen elektroniikkaan "turvallisemmaksi" tekee sähköongelmasta yleensä vaikeamman, ei helpomman.

Mitä 3,0 V, 6,0 V, 12 V ja 24 V todellisuudessa tarkoittavat 3D-tulostimen sisällä

Nämä luvut kuvaavat syöttöalueita, joita kortti voi jo tarjota jossain tehopuussaan: DC-tulokisko, joka syöttää lämmittimiä, puhaltimia ja moottoreita, ja sitä seuraavat säädellyt logiikkakiskot. Jokaisella toimialueella on oma nykyinen kattonsa, ja pumppu toimii vain, kun se sijoitetaan sen kuormitukseen sopivaan verkkotunnukseen.

Neljä jännitealuetta tyypillisellä kortilla

Alla olevat toimialueet ovat se, minkä kanssa pumppuintegraattorin on itse asiassa toimittava. Numerot tulevat kahdesta laajalti käytetystä korttiperheestä: 12 V:n aikakauden RAMPS 1.4 -pino ja moderni 32-bittinen BIGTREETECH SKR 2, jonka dokumentaatiossa mainitaan 12-24 V tulo, 3,3 V logiikka, kolme PWM-tuuletinporttia, kaksi aina päällä olevaa tuuletinporttia ja sisäinen 1-2-2 A4-säädin ulkoisille laitteille.

RAMPS 1.4 -pinossa tulopuoli on tarkoituksella jaettu: yksi liitinryhmä on nimellisarvoltaan noin 11 A lämmitetylle sängylle ja toinen noin 5 A emolevylle, askelohjainajureille, kuumapäälle ja tuulettimille. Sen aputuulettimen liitin on jatkuvasti jännitteinen tulojännitteellä, mikä on kätevää ja anteeksiantamatonta, koska laiteohjelmisto ei voi sammuttaa sitä.

Mitkä pumppuperheet kuuluvat kussakin jänniteluokassa

Jänniteluokat eivät ole markkinointimerkintöjä; ne liittyvät läheisesti nesteenkäsittelyyn myytäviin pumppuperheisiin.

3,0 V ja 3,7 V: mikrokalvo- ja pietsopumput reagenssien annosteluun, kannettavat analysaattorit ja puettavat laitteet. Pieni, hiljainen ja tyypillisesti kuluttaa 100-500 mA täydellä teholla.

5 V ja 6 V: klassinen pieni peristalttinen pumppu, jota käytetään musteen kierrätykseen, annosteluun ja näytteen siirtoon. Tämän alueen 100 ml/min luokan pumppu kuluttaa noin 500 mA.

12 V: Peristalttisten ja kalvopumppujen luokka muste-, liete- ja reagenssihuollossa, tyypillisesti 200-300 mA samalle 100 ml/min virtaukselle ja vakiojännite 12 V tulostimien tuulettimelle ja lisävarustekiskoille.

24 V: teollisuuskalvopumput, isommat peristalttiset letkupumput ja hammaspyöräpumppumoottorit, sovitettu 24 V:n kiskoon, josta on tullut nykyaikaisten tulostimien vakio, koska se puolittaa virran samalla lämmitysteholla.

Eräs perhe tarvitsee erillisen huomautuksen: keraamista tahnaa pursottavaa hammasrataspumppua ohjaa tavallisesti stepper tai servo oman ohjaimensa kautta, joten sen sähköinen integrointi on liikkeenohjausongelma eikä tuuletinportin jälkiasennus.

Voiko MCU:n tappi käyttää pumppua? MCU Direct Driven rajat

Ei. Logiikkanasta on signaalilinja, ei syöttö. ATmega2560-luokan kortilla jokainen I/O-nasta on rajoitettu 40 mA:iin ja koko siru 200 mA:iin syöttönastojensa kautta; STM32F103-nasta on 25 mA. Pieni pumppu kuluttaa useita satoja milliampeeria, joten se tarvitsee aina erillisen ohjausvaiheen.

Datalehden rajat ovat yksiselitteiset. RAMPS-luokan laitteistoissa käytetty ATmega2560 määrittää 40 mA DC per I/O-nasta ja 200 mA VCC- ja GND-nastoista yhteensä, maksimikäyttöjännitteen ollessa 6,0 V. STM32F103 määrittää 25 mA nastaa kohti ja 150 mA maadoitus- ja syöttölinjoissaan. Nämä ovat ehdottomia maksimiarvoja työbudjettien sijaan, ja tulostin käyttää jo osan niistä päätepysäyksiin, termistoreihin, tuulettimiin ja ohjainsignaaleihin.

Oikea käyttöliittymä on yksinkertainen: MCU-nasta ohjaa alemman puolen N-kanavaisen MOSFETin hilan piensarjavastuksen läpi, ja pumpun virta kulkee VBB-kiskosta pumpun ja MOSFETin kautta takaisin maahan. Portti on kondensaattori, joten nasta syöttää vain kytkentävarausta, ei latausvirtaa - samaa kuviota, jota tulostin jo käyttää stepper-ohjainpistorasioissa.

Logiikkatasoilla on merkitystä valittaessa kytkinlaitetta: SKR 2 käyttää 3,3 V:n logiikkaa ja RAMPS-luokan kortissa 5 V:n logiikka, joten määritä logiikkatason MOSFET tai ajurimoduuli, jonka tulokynnys on mukavasti alle 3,3 V. Vanhempi standardikynnyslaite voi vain osittain lisätä jännitteen tuossa portissa.

Nykyinen vastaavuus: nimellis-, jumi- ja käynnistysvirta

Lue kolme numeroa yhden sijasta: käyttövirta, jumi tai lukitun roottorin virta ja käynnistyssyöttö. Kokoa ohjain, muuntaja ja sulake isoimmaksi ja muista, että pysähtynyt moottori kuluttaa useita kertoja käyttövirtaansa, mutta ei tuota hyödyllistä virtausta.

Käyntivirta on julkaistu luku mitattuna nimellisjännitteellä, kun pumppu toimii normaalisti. Se on oikea luku vakaan tilan lämpölaskennassa ja väärä luku muuntimen valinnassa, koska levosta lähtevällä harjatulla tasavirtamoottorilla ei ole taka-EMF:ää ja käämitys näyttää hetken vastukselta.

Tästä seuraa kaksi seurausta: täsmälleen käyttövirralla mitoitettu muuntaja istuu lämpöverhokäyränsä reunalla ja voi pudota pois joka käynnistettäessä, ja käyttövirran kokoinen sulake aukeaa laillisen sisäänsyötön yhteydessä, ellei se ole hitaasti puhaltavaa tai nollattavaa tyyppiä. Hitaasti palava sulake tai monisulake, jonka nimellisarvo on noin 1,5–2 kertaa käyttövirta, on tavallinen kompromissi.

Alle 200 mA:n luokka ansaitsee kommentin, koska se on kuva-insinöörit lainaamaan, kun he toivovat pumppaavansa ohjaustaulun logiikkapuolelta. Pumppu, jonka virrankulutus jää alle 200 mA, voi usein jakaa apukiskon, mikäli sitä syöttävällä säätimellä on vielä tilaa näytön, isäntäkortin ja antureiden jälkeen. Tämä on väite kiskosta, ei nastasta: 150 mA:n pumppu tarvitsee edelleen kytkinlaitteen ja flyback-diodin.

Nykyiset profiilit pumpputyypin mukaan

Pumppuperheet käyttäytyvät eri tavalla liittimissä, minkä vuoksi yksi "tyypillinen virran" numero ei riitä valintaan.

Viimeinen rivi on se, joka yllättää mustesuihkutyyppisistä nesteistä tulevat joukkueet. Korkean kiintoainepitoisuuden omaavan keraamisen tahnan suulakepuristaminen on syrjäytys-, paineohjattu prosessi, ja pumpun moottori on yleensä mitoitettu vääntömomentin eikä virtausnopeuden mukaan. Tästä syystä nämä järjestelmät on suunniteltu liikeakseleiksi, joissa on omat ohjaimet ja oma syöttö, ja miksi nestepuolen valintaraja hammaspyörien ja peristalttisten pumppujen välillä ansaitseeerillinen päätöskehystuuletinportin jälkiasennuksen sijaan.

Power Rail Check: Onko toimituksissasi vielä tilaa?

Laske yhteen, mitä kone jo kuluttaa, ja vähennä se virtalähteen arvosta. 24 V, 350 W koneessa 220 W sänky, 40 W hot end, neljä askelmoottoria ja puhaltimet voivat jättää vain 40-60 W - noin 2 A 24 V jännitteellä - pumppuun ja sen muuntimeen.

Budjettitarkistus on useimmiten ohitettu vaihe, koska 300 mA:n pumppu kuulostaa triviaalilta 10 A lämmitetyn sängyn rinnalla. Ero on käyttöjaksossa: pohja- ja kuumapääjakso, kun pumppu käy jatkuvasti. Kone, joka istuu 80 prosentissa virtalähteestä lämmityksen aikana, painuu, kun pumppu lisätään, ja oireena on yleensä kerroksen ajelehtiminen tai askelmat ohittava askel.

Muuntimen häviöt kuuluvat samaan budjettiin: vaihtovirtamuuntimen hyötysuhde on tyypillisesti 85-95 prosenttia, joten 12 V:n, 300 mA:n pumppukuorma maksaa vain noin 4 W sisääntulossa, kun taas lineaarinen säädin, joka laskee 24 V:sta 5 V:iin 500 mA:lla, haittaisi lämpönä noin 9,5 W. Lineaarinen säätö on hyväksyttävää anturille ja väärä moottorille.

Lopuksi mittaa mieluummin kuin oleta: laita virtamittari pumpun haaraan, käytä konetta alusta ja kuuma pää päällä ja tarkkaile kiskon jännitettä, kun pumppu käynnistyy ja pysähtyy suljettua venttiiliä vasten. Yli muutama sata millivolttia laskeva kisko tarvitsee oman syöttönsä tai suuremman virtalähteen, ei isompaa kondensaattoria.

Jännitteen muuntaminen: Buck, Boost ja 3,0 V -ongelma

Muunna vain, kun kortti ei pysty syöttämään pumpun jännitettä suoraan. Astu alas synkronisella buck-muuntimella 12 V:n pumpulle 24 V:n kiskolla, nosta tehostinmuunnin 12 V:n pumpulle 5 V:n kiskossa ja käsittele 3,0 V:tä erikoistapauksena.

Buck-muunnos on yleinen tapaus, koska nykyaikaiset tulostimet käyttävät 24 V:n tulokiskoa, kun taas useimmat pienet pumput ovat 12 V. Moduuliperhe, joka hyväksyy 5,3–36 V tuumaa ja toimittaa 12 V 2,5 A:lla, kattaa työn marginaalilla ja toimii viileänä 300 mA:n kuormalla. Tarkista kolme spesifikaatiota: tuloalue, lähtövirta, joka kattaa käynnistyksen, ja kytkentä lineaarisen säädön sijaan.

Tehostusmuunnos tulee näkyviin, kun ainoa sopiva kisko on 5 V ja pumppu tarvitsee 12 V. Aritmetiikka on tärkeämpää kuin topologia: lähtöteho ei voi ylittää syöttötehoa, joten 12 V:n 300 mA:n 3,6 W:n kuorma tarvitsee noin 0,9 A 5 V:n kiskosta 85 prosentin hyötysuhteella. Tämän luokan Boost-moduulit hyväksyvät jopa 0,5 V:n tulot, kytkevät 1,2 A:iin ja lisäävät lämpösammutustoiminnon, mikä tekee niistä käyttökelpoisia yhdestä kennosta tai 5 V:n kiskosta.

Kolme tapaa estää useimmat muunnosvirheet. Älä koskaan pudota jännitettä sarjavastuksen kanssa, koska pudotus riippuu virrasta ja vastus muuttaa eron lämmöksi. Älä koskaan käytä 12 V pumppua 24 V kiskon ja 12 V solmun välillä eron jakamiseksi. Älä koskaan anna virtaa 3,0 V:n pumppuun 3,3 V:n logiikkakiskosta, koska siellä oleva pysähdys vie mikro-ohjaimen alas pumpun mukana.

Kaksi yksityiskohtaa kannattaa tarkastaa pöydällä: jumiutuneeksi moottoriksi käynnistetty tehostin ei välttämättä koskaan saavuta lähtöjännitettä, ja tulostimen pääsulakkeen jälkeen sijoitettu muuntaja jakaa lämmittimien kanssa sulavan.

Kytkentäopas: Ohjaintaso ja suojaosat

Aseta matalan puolen N-kanavainen MOSFET tai valmis ajurimoduuli kiskon ja pumpun väliin, asenna flyback-diodi moottorin liittimiin, sulake kiskon haara ja pidä pumpun paluuvirta poissa anturin maadoista.

Pumpun moottori on kela, ja kela vastustaa äkillistä virran muutosta. Kun MOSFET katkaisee käämivirran, varastoitu energia näkyy jännitepiikinä, joka voi ylittää kiskon suurella kertoimella ja tuhota kytkinlaitteen. Diodi pumpun napojen poikki, katodi positiiviseen kiskoon, antaa tälle virralle silmukan kiertääkseen sisään ja puristaa piikin. Sen ohittaminen on yleisin syy, miksi tuuletinportti kuolee pumpun jälkiasennuksen ensimmäisenä päivänä.

Ohjaussignaalit ansaitsevat saman huolenpidon kuin virtatie. Marlinin tuulettimen lähtö on PWM-kanava, jota voidaan ohjata suoraan, ja Klipperin tuuletin- ja output_pin-osat paljastavat nastan, jossa on max_power cap, cycle_time ja kick_start_time, jotka auttavat moottoria voittamaan staattisen kitkan alhaisella kuormituksella. Jaksoaika 0,01 - 0,1 sekuntia sopii pienelle tasavirtamoottorille, ja off_below -kynnys estää erittäin alhaisen komennon jättämästä pumppua jumiin ja kuumaksi.

Käyttöönoton tarkistuslista: etiketistä ensimmäiseen ajoon

Suorita kahdeksan tarkistusta järjestyksessä: etiketti, kisko, korkeustila, muunnos, kytkentä, suojaus, johdotus ja kalibrointi. Kumpikin kestää minuutteja, ja yhdessä ne estävät kaksi vikaa, jotka tappavat pumpun jälkiasennukset - aliarvostetun ohjaimen ja pysähtyneen moottorin, joka vetää jumivirtaa haaran läpi, jota ei koskaan sulatettu.

Lue pumpun tarra ja kirjaa ylös nimellisjännite ja -virta. Jos näytetään vain teho, jaa watit voltteilla saadaksesi ampeerit ja pidä tulosta miniminä.

Tunnista jo vastaava kisko: 24 V:n pumppu liitetään 24 V:n tulostimen sulakkeella varustettuun tulokiskoon, kun taas 12 V:n pumppu tarvitsee muuntimen.

Tarkista PSU-budjetti alustalla ja kuumalla päällä täydellä teholla ja pidä vähintään 20 prosenttia reservissä pumppua ja muuntajaa varten.

Kokoa muuntimen rysähdyksen sijaan juoksevan luvun mukaan; 2x marginaali yli juoksevan virran on kohtuullinen lähtökohta.

Valitse logiikkatason MOSFET tai ajurimoduuli, joka on mitoitettu jumivirran yläpuolelle ja asennettu paikkaan, jossa ilma pääsee siihen.

Lisää flyback-diodi ja haarasulake ja tarkista sitten diodin suunta ennen virran kytkemistä.

Johda tähtimaadolla, pidä pumpun johdot poissa lämpötila- ja päätepysäytyssignaaleista ja asenna bulkkikondensaattori lähelle pumppua.

Kalibroi virtaus: aloita alhaisella teholla, etsi käynnistysarvo, mittaa tai punnita toimitettu neste ja kirjaa virta työpisteessä.

Kaksi huomautusta kuuluu menettelyyn. Peristalttisen pumpun virtaus riippuu putken ja moottorin nopeudesta, joten kalibroidun käyttöjakson tarkistaminen putken vaihdon jälkeen pitää annostuksen tarkana. Yksi kuivunut hiukkanen voi tukkia hammaspyörän tai kalvopumpun käsittelytahnan, joten pidä äkillistä virran nousua tukoksena eikä kuluneena pumpuna.

Jos haluat mieluummin, että nestereitti ja käyttöelektroniikka hyväksytään yhdessä, Superior rakentaa tahnan ja musteen saostumisen testiosat3D-tulostuspalvelu, jaresurssikirjastopitää mukana pumpun valinta- ja nesteenkäsittelyohjaimet.

Usein kysytyt kysymykset

Kuusi kysymystä tulee esiin melkein jokaisessa pumpun jälkiasennuksessa, ja alla olevat vastaukset kattavat perustelut, joilla on merkitystä ensimmäisessä asennuksessa.

Voinko käyttää 12 V pumppua 24 V tulostimesta ilman muuntajaa?

Ei, ei suoraan. 12 V:n moottori, joka syötetään 24 V:stä, käy suunnilleen kaksinkertaisella nimellisnopeudella, kuluttaa enemmän virtaa kuin sen käämit voivat haihduttaa ja voi tuhota pumpun muutamassa minuutissa. PWM-rajoitus ei myöskään korjaa tätä, koska moottori näkee silti täyden 24 V:n jokaisen pulssin aikana. Käytä buck-muunninta, jonka nimellisarvo on vähintään kaksi kertaa pumpun käyttövirta.

Riittääkö tuuletinportti peristalttisen pumpun ohjaamiseen?

Joskus, mutta se vaatii tarkistamista oletuksen sijaan. Tuuletinportit ovat MOSFET-kytkettyjä lähtöjä syöttökiskossa, joten periaate on oikea; rajana on sataman oma luokitus. 0,1–0,3 A aksiaalipuhaltimelle suunniteltu portti ei välttämättä sovellu 0,5 A:n pumpulle. Jos pumppu kuluttaa enemmän kuin portille on määrätty, anna sille oma MOSFETinsä ohjaama haara, josta kortti yksinkertaisesti ilmoittaa.

Minkä virran 3,0 V pumppu tarvitsee?

Pienet 3,0 V kalvo- ja pietsopumput kuluttavat tyypillisesti 100–500 mA täydellä teholla, paljon enemmän kuin logiikkanastat ja yleensä yli 3,3 V:n logiikkakiskon varakapasiteetin. Käytännöllinen järjestely on pieni buck-muunnin 5 V kiskosta sekä kytkinlaite. Noin 200 mA:n alle määritetty pumppu voi sopia apukiskoon, mutta vasta sen jälkeen, kun olet varmistanut, että kiskon säätimessä on niin paljon tilaa.

Mistä tiedän, pystyykö emolevy syöttämään pumpun virtaa?

Aloita säätimestä ja johdoista, älä liittimestä. Kortin dokumentaatio kertoo sisäisen säätimen syöttöalueen ja ulkoisen laitteen luokitus - SKR 2 hyväksyy 12-24 V ja sen säädin on mitoitettu 4 A - ja PSU-luokitus antaa kokonaisbudjetin. Vähennä sänky, kuuma pää, moottorit, tuulettimet ja elektroniikka, pidä varaus ja vahvista virtamittarilla pumpun käydessä.

Miten PWM ohjaa pumppua ja onko se turvallista moottorille?

PWM kytkee kiskojännitteen päälle ja pois kiinteällä taajuudella ja muuttaa päällekytkentäajan osuutta, jotta moottori näkee täyden jännitteen jokaisen pulssin aikana. Harjatulle tasavirtamoottorille sen nimellisjännitteellä, joka on hyväksyttävä ja vakio. Se ei ole turvallista, kun kisko ylittää moottorin nimellisarvon, eikä hyödyllistä erittäin korkeilla taajuuksilla: pidä syklin aika millisekunnin alueella ja aseta minimikäyttö- tai käynnistysarvo, jotta pumppu ei voi pysähtyä alhaisilla komennoilla.

Tarvitsenko pumppuun toisen virtalähteen?

Vain jos jokin kolmesta ehdosta täyttyy: koneen kiskoilla ei ole virtatilaa, pumpun jännitettä ei voida tuottaa tehokkaasti käytettävissä olevista kiskoista tai pumpun syöttö- tai jumivirta häiritsisi lämmittimiä ja askelajureita. Jos budjettitarkistus läpäisee ja pumpun haara sulatetaan ja suodatetaan erikseen, tulostimen tarvikkeiden jakaminen on järkevää ja yksinkertaisempaa kuin toisen verkkoliitännän lisääminen.

Lähetä pumpun tietolomake mukanasivälitön tarjouspyyntöja vahvistamme jännitteen ja nykyisen budjetin ennen rakentamisen aloittamista.