3,0 V sau 24 V? Poate placa de bază a imprimantei 3D să conducă cu adevărat această pompă? - Un ghid complet de potrivire tensiune/curent

Recomandări cheie

Eticheta oferă două numere independente: tensiunea decide ce șină utilizați, iar curentul decide dacă șina și șoferul ei pot transporta sarcina.

O placă de imprimantă oferă o șină DC de curent ridicat (12 V sau 24 V, comutată ca VBB pentru încălzitoare, ventilatoare și motoare) și un domeniu logic de curent scăzut (5 V, 3,3 V). MCU este un controler, niciodată o sursă de energie.

MCU-urile de imprimantă sunt limitate la aproximativ 25-40 mA per pin și 150-200 mA pe pinii lor de alimentare, în timp ce pompele mici consumă 100-500 mA. Unitatea MCU directă nu este o opțiune.

Convertoarele rezolvă o nepotrivire a tensiunii (placă de 24 V la pompă de 12 V: buck; șină de 5 V la pompă de 12 V: boost), dar niciun convertor nu creează curent. Măriți-l pentru apariție, nu pentru silueta de alergare.

Porturile pentru ventilatoare sunt cele mai convenabile ieșiri comutate de pe o placă, dar sunt proiectate pentru ventilatoare axiale mici. Confirmați mai întâi portul MOSFET, siguranța și spațiul șină.

Răspunsul direct: tensiunea este simplă, curentul decide totul

Potriviți pompa cu o șină pe care placa dvs. o oferă deja, apoi confirmați bugetul curent al șinei respective. Potrivirea tensiunii este o decizie de cablare; potrivirea curentului este o decizie termică, de conducere și de protecție. Odată ce curentul nominal al unei pompe crește peste câteva sute de miliamperi, placa de bază trebuie să o comute printr-o etapă de driver, mai degrabă decât printr-un pin MCU.

Motivul este structural: o placă de bază a imprimantei nu este o singură sursă de alimentare, ci mai multe și doar șina grea de curent continuu care alimentează patul, ventilatoarele și driverele pas cu pas pot mișca fluidul sau pot absorbi vârfurile de curent pe care le produce un motor atunci când pornește sau se oprește.

Prin urmare, două pompe cu același debit pot necesita o muncă de integrare complet diferită, ceea ce este reprezentat în tabelul de mai jos pentru cele patru clase de tensiune din titlu.

Modelul din coloana curentă merită citit de două ori. Cu cât tensiunea pompei este mai mică, cu atât este mai mare curentul de care are nevoie pentru același lucru mecanic, deoarece puterea este tensiune înmulțită cu curent. O pompă peristaltică de 5-6 V care furnizează până la 100 ml/min atrage aproximativ 500 mA, în timp ce o pompă de 12 V din aceeași clasă de debit atrage doar 200-300 mA. Alegerea pompei de tensiune joasă pentru a fi „mai sigură” pentru electronică îngreunează, de obicei, problema electrică, nu mai ușoară.

Ce înseamnă de fapt 3,0 V, 6,0 V, 12 V și 24 V într-o imprimantă 3D

Aceste cifre descriu domeniile de alimentare pe care o placă le poate oferi deja undeva în arborele său de putere: șina de intrare DC care alimentează încălzitoare, ventilatoare și motoare și șinele logice reglementate care o urmează. Fiecare domeniu are propriul plafon curent, iar o pompă funcționează doar atunci când este plasată în domeniul care se potrivește sarcinii sale.

Cele patru domenii de tensiune de pe o placă tipică

Domeniile de mai jos sunt cele cu care trebuie să lucreze un integrator de pompe. Numerele provin din două familii de plăci utilizate pe scară largă: o stivă RAMPS 1.4 de 12 V și o placă modernă de 32 de biți, BIGTREETECH SKR 2, a cărei documentație precizează o intrare de 12-24 V, logica de 3,3 V, trei porturi de ventilator PWM, două porturi de ventilator permanent pornite și o rată de reglare externă de 1 la 2 V4 A4 la o rată de reglare externă V2. dispozitive.

Pe o stivă RAMPS 1.4, partea de intrare este împărțită în mod deliberat: un grup de terminale evaluat cu aproximativ 11 A pentru patul încălzit și un al doilea evaluat cu aproximativ 5 A pentru placa de bază, drivere pas cu pas, hot end și ventilatoare. Conectorul său de ventilator auxiliar este permanent sub tensiune la tensiunea de intrare, ceea ce este convenabil și neiertător, deoarece firmware-ul nu îl poate opri.

Ce familii de pompe se află în fiecare clasă de tensiune

Clasele de tensiune nu sunt etichete de marketing; se cartografiază îndeaproape cu familiile de pompe vândute în manipularea fluidelor.

3,0 V și 3,7 V: pompe cu micro diafragmă și piezo pentru dozarea reactivilor, analizoare portabile și dispozitive portabile. Mic, silențios și, de obicei, consumă 100-500 mA la funcționare maximă.

5 V și 6 V: pompa peristaltică mică clasică, utilizată pentru circulația cernelii, dozare și transfer de probe. O pompă de clasă de 100 ml/min în acest interval consumă aproximativ 500 mA.

12 V: clasa calului de lucru pentru pompe peristaltice și cu diafragmă în serviciu de cerneală, șlam și reactiv, de obicei 200-300 mA pentru același debit de 100 ml/min și tensiunea standard pentru ventilator și șinele accesorii pe imprimantele de 12 V.

24 V: pompe industriale cu diafragmă, pompe peristaltice cu furtun mai mari și motoare cu pompe cu angrenaje, potrivite șinei de 24 V care a devenit standard la imprimantele moderne, deoarece reduce la jumătate curentul pentru aceeași putere a încălzitorului.

O familie are nevoie de o notă separată: o pompă de viteze care extruda pastă ceramică este în mod normal condusă de un stepper sau servo prin propriul driver, astfel încât integrarea sa electrică este o problemă de control al mișcării, mai degrabă decât o modernizare a portului ventilatorului.

Pinul MCU poate conduce pompa? Limitele MCU Direct Drive

Nu. Un pin logic este o linie de semnal, nu o sursă. Pe o placă din clasa ATmega2560, fiecare pin I/O este limitat la 40 mA și întregul cip la 200 mA prin pinii săi de alimentare; un pin STM32F103 are 25 mA. O pompă mică consumă câteva sute de miliamperi, așa că are întotdeauna nevoie de o treaptă separată de driver.

Limitele fișei de date sunt clare. ATmega2560 utilizat pe hardware-ul din clasa RAMPS specifică 40 mA DC per pin I/O și 200 mA prin pinii VCC și GND în total, cu o tensiune maximă de funcționare de 6,0 V. STM32F103 specifică 25 mA per pin și 150 mA prin liniile de masă și de alimentare. Acestea sunt evaluări maxime absolute, mai degrabă decât bugete de lucru, iar o imprimantă cheltuiește deja o parte din ele pe opritoare, termistori, ventilatoare și semnale de activare a driverului.

O interfață corectă este simplă: pinul MCU conduce poarta unui MOSFET cu canal N cu partea joasă printr-un rezistor de serie mică, iar curentul pompei curge din șina VBB, prin pompă și MOSFET, înapoi la pământ. Poarta este un condensator, astfel încât pinul furnizează doar sarcină de comutare, nu curent de sarcină - același model pe care imprimanta îl folosește deja pe prizele driverului pas cu pas.

Nivelurile logice contează atunci când alegeți dispozitivul de comutare: SKR 2 rulează logica de 3,3 V, iar plăcile din clasa RAMPS rulează logica de 5 V, așa că specificați un MOSFET la nivel logic sau un modul driver al cărui prag de intrare se află confortabil sub 3,3 V. Un dispozitiv mai vechi cu prag standard poate îmbunătăți doar parțial, în schimb, un comutator de încălzire.

Potrivire curentă: curent nominal, blocat și curent de pornire

Citiți trei numere în loc de unul: curent de funcționare, curent cu rotor blocat sau blocat și pornire. Dimensionați driverul, convertorul și siguranța pentru cel mai mare și amintiți-vă că un motor blocat consumă de mai multe ori curentul său de funcționare, fără a produce un flux util.

Curentul de funcționare este cifra publicată, măsurată la tensiunea nominală cu pompa făcând lucru normal. Este numărul potrivit pentru calculele termice la starea de echilibru și numărul greșit pentru alegerea unui convertor, deoarece un motor de curent continuu cu perii care pornește din repaus nu are EMF înapoi și înfășurarea arată pentru scurt timp ca un rezistor.

Urmează două consecințe: un convertor evaluat exact la curentul de funcționare va sta la marginea învelișului său termic și se poate opri la fiecare pornire, iar o siguranță dimensionată la curentul de funcționare se va deschide la pornire legitimă, cu excepția cazului în care este un tip cu suflare lentă sau resetabil. O siguranță cu ardere lentă sau polifuzibil cu o valoare de aproximativ 1,5 până la 2 ori curentul de funcționare este compromisul obișnuit.

Clasa sub 200 mA merită un comentariu, deoarece este cifra citată de ingineri atunci când speră să ruleze o pompă din partea logică a plăcii. O pompă al cărei consum de curent rămâne sub aproximativ 200 mA poate împărtăși adesea o șină auxiliară, cu condiția ca regulatorul care o alimentează să aibă încă spațiu după afișaj, placa gazdă și senzori. Aceasta este o afirmație despre șină, nu despre pin: o pompă de 150 mA mai are nevoie de un dispozitiv de comutare și o diodă de tip flyback.

Profile curente după tipul de pompă

Familiile de pompe se comportă diferit la terminale, motiv pentru care un singur număr de „curent tipic” nu este suficient pentru selecție.

Ultimul rând este cel care surprinde echipele venite din fluide tip inkjet. Extrudarea unei paste ceramice cu conținut ridicat de solide este un proces cu deplasare pozitivă, condus de presiune, iar motorul pompei este de obicei dimensionat în funcție de cuplu și nu de debit. Acesta este motivul pentru care aceste sisteme sunt proiectate ca axe de mișcare cu propriile lor drivere și propria lor sursă și de ce limita de selecție a fluidului dintre pompele dințate și peristaltice merită.un cadru decizional separatmai degrabă decât o modernizare a portului de ventilator.

Verificare șine de alimentare: sursa dvs. mai are spațiu liber?

Adunați ceea ce consumă deja aparatul și scădeți-l din valoarea nominală a sursei de alimentare. Pe o mașină de 24 V, 350 W un pat de 220 W, un hot end de 40 W, patru motoare pas cu pas și ventilatoarele pot lăsa doar 40-60 W - aproximativ 2 A la 24 V - pentru pompă și convertorul acesteia.

Verificarea bugetului este pasul sărit cel mai des, deoarece o pompă de 300 mA sună banal lângă un pat încălzit de 10 A. Diferența este ciclul de funcționare: ciclul de pat și ciclul fierbinte, în timp ce pompa funcționează continuu. O mașină care se află la 80 la sută din valoarea PSU în timpul încălzirii se va lăsa când pompa este adăugată, iar simptomul este, de obicei, o temperatură a patului în derivă sau un stepper care sare peste pași.

Pierderile din convertizor aparțin aceluiași buget: un convertor de comutare este de obicei eficient cu 85-95%, deci o sarcină a pompei de 12 V, 300 mA costă doar aproximativ 4 W la intrare, în timp ce un regulator liniar care scădea de la 24 V la 5 V la 500 mA ar disipa aproximativ 9,5 W sub formă de căldură. Reglarea liniară este acceptabilă pentru un senzor și greșită pentru un motor.

În cele din urmă, măsurați mai degrabă decât să presupuneți: puneți un contor de curent în ramura pompei, porniți mașina cu patul și capătul fierbinte pornite și urmăriți tensiunea șinei în timp ce pompa pornește și se blochează pe o supapă închisă. O șină care scade cu mai mult de câteva sute de milivolți are nevoie de propria sa sursă sau de o sursă de alimentare mai mare, nu de un condensator mai mare.

Conversie de tensiune: Buck, Boost și problema 3,0 V

Convertiți numai atunci când placa nu poate furniza direct tensiunea pompei. Coborâți cu un convertor buck sincron pentru o pompă de 12 V pe o șină de 24 V, creșteți cu un convertor de amplificare pentru o pompă de 12 V pe o șină de 5 V și tratați 3,0 V ca un caz special.

Conversia Buck este cazul obișnuit, deoarece imprimantele moderne rulează o șină de intrare de 24 V, în timp ce majoritatea pompelor mici sunt evaluate la 12 V. O familie de module care acceptă 5,3-36 V în și furnizează 12 V la 2,5 A acoperă lucrarea cu marjă și funcționează la rece la o sarcină de 300 mA. Verificați trei specificații: domeniul de intrare, curentul de ieșire care acoperă pornirea și comutarea mai degrabă decât reglarea liniară.

Conversia boost apare atunci când singura șină convenabilă este de 5 V și pompa are nevoie de 12 V. Aritmetica contează mai mult decât topologia: puterea de ieșire nu poate depăși puterea de intrare, așa că o sarcină de 12 V, 300 mA de 3,6 W are nevoie de aproximativ 0,9 A dintr-o șină de 5 V la o eficiență de 85 la sută. Modulele Boost din această clasă acceptă intrări de până la 0,5 V, comută până la 1,2 A și adaugă oprire termică, ceea ce le face utilizabile dintr-o singură celulă sau o șină de 5 V.

Trei obiceiuri previn majoritatea eșecurilor de conversie. Nu scădea niciodată tensiunea cu un rezistor în serie, deoarece căderea depinde de curent și rezistorul transformă diferența în căldură. Nu rulați niciodată o pompă de 12 V între șina de 24 V și un nod de 12 V în încercarea de a împărți diferența. Nu alimentați niciodată o pompă de 3,0 V de pe șina logică de 3,3 V, deoarece o oprire acolo coboară microcontrolerul împreună cu pompa.

Două detalii merită verificate pe bancă: un convertor boost pornit într-un motor blocat ar putea să nu-și atingă niciodată tensiunea de ieșire, iar un convertor plasat în aval de siguranța principală a imprimantei se conectează cu încălzitoarele.

Ghid de cablare: etapa șoferului și părțile de protecție

Puneți un MOSFET cu canal N cu partea joasă sau un modul de driver gata făcut între șină și pompă, montați o diodă flyback peste bornele motorului, asigurați siguranța ramificației la șină și păstrați curentul de retur al pompei departe de împământarea senzorului.

Un motor de pompă este un inductor, iar un inductor rezistă la o schimbare bruscă a curentului. Când un MOSFET întrerupe curentul de înfășurare, energia stocată apare ca un vârf de tensiune care poate depăși șina cu un factor mare și poate distruge dispozitivul de comutare. O diodă peste bornele pompei, catodul la șina pozitivă, oferă curentului o buclă în care să circule și prinde vârful. Omiterea acestuia este cel mai frecvent motiv pentru care un port de ventilator moare în prima zi a modernizării pompei.

Semnalele de control merită aceeași grijă ca și calea de alimentare. Ieșirea ventilatorului lui Marlin este un canal PWM care poate fi comandat direct, iar secțiunile ventilator și output_pin ale lui Klipper expun un pin cu un capac max_power, un cycle_time și un kick_start_time care ajută un motor să depășească frecarea statică la sarcină redusă. Un timp de ciclu între 0,01 și 0,1 secunde se potrivește unui motor DC mic, iar un prag off_below împiedică o comandă foarte scăzută să lase pompa blocată și fierbinte.

Lista de verificare a punerii în funcțiune: de la etichetă la prima rulare

Efectuați opt verificări în ordine: etichetă, șină, spațiu liber, conversie, comutare, protecție, cablare și calibrare. Fiecare durează câteva minute și, împreună, previn cele două defecțiuni care ucid modernizarea pompei - un driver subestimat și un motor blocat care trag curent de oprire printr-o ramură care nu a fost niciodată fuzionată.

Citiți eticheta pompei și înregistrați tensiunea și curentul nominal. Dacă este afișată doar puterea, împărțiți wați cu volți pentru a obține amperi și tratați rezultatul ca minim.

Identificați șina care se potrivește deja: o pompă de 24 V se conectează la șina de intrare sigură a unei imprimante de 24 V, în timp ce o pompă de 12 V are nevoie de un convertor.

Verificați bugetul PSU cu patul și capătul cald la putere maximă și păstrați cel puțin 20% în rezervă pentru pompă și convertor.

Dimensiunea convertorului pentru pornire mai degrabă decât pentru cifra de funcționare; o marjă de 2x peste curentul de rulare este un punct de plecare rezonabil.

Alegeți un MOSFET la nivel logic sau un modul driver evaluat deasupra curentului de blocare, montat acolo unde aerul poate ajunge la el.

Adăugați dioda flyback și siguranța de ramificare, apoi verificați orientarea diodei înainte de a aplica alimentarea.

Conectați cu o masă în stea, țineți cablurile pompei departe de semnalele de temperatură și oprire și montați condensatorul în vrac aproape de pompă.

Calibrați debitul: porniți la sarcină scăzută, găsiți valoarea de pornire, măsurați sau cântăriți fluidul livrat și înregistrați curentul în punctul de lucru.

Două observații aparțin procedurii. Debitul unei pompe peristaltice este o funcție de turația tubului și a motorului, astfel încât revizuirea ciclului de lucru calibrat după o schimbare a tubului menține dozarea precisă. O pastă de manipulare a pompei cu angrenaje sau cu diafragmă poate fi blocată de o singură particulă uscată, deci tratați o creștere bruscă a curentului ca un blocaj, mai degrabă decât ca o pompă uzată.

Dacă preferați ca traseul fluidului și electronica de antrenare să fie calificate împreună, Superior construiește piese de testare a depunerii de pastă și de cerneală prin intermediul acestuia.Serviciu de imprimare 3D, șibiblioteca de resursedeține ghidajele însoțitoare de selecție a pompei și de manipulare a fluidelor.

Întrebări frecvente

În aproape fiecare modernizare a pompei apar șase întrebări, iar răspunsurile de mai jos acoperă raționamentul care contează pentru o primă construcție.

Pot rula o pompă de 12 V de la o imprimantă de 24 V fără un convertor?

Nu, nu direct. Un motor de 12 V alimentat de la 24 V funcționează la aproximativ dublul vitezei sale nominale, consumă mai mult curent decât poate disipa înfășurările sale și poate distruge pompa în câteva minute. Nici limitarea PWM nu rezolvă acest lucru, deoarece motorul vede încă 24 V complet în timpul fiecărui impuls. Folosiți un convertor buck cu cel puțin două ori curentul de funcționare al pompei.

Este suficient un port de ventilator pentru a conduce o pompă peristaltică?

Uneori, dar trebuie verificat mai degrabă decât presupune. Porturile ventilatorului sunt ieșiri cu comutare MOSFET pe șina de alimentare, deci principiul este corect; limita este ratingul propriu al portului. Este posibil ca un port proiectat pentru un ventilator axial de 0,1-0,3 A să nu fie evaluat pentru o pompă de 0,5 A. Dacă pompa atrage mai mult decât este specificat portul, dați-i o ramură dedicată condusă de propriul MOSFET pe care placa pur și simplu o semnalează.

De ce curent are nevoie o pompă de 3,0 V?

Pompele mici cu diafragmă de 3,0 V și piezo aduc de obicei 100-500 mA la funcționare maximă, cu mult peste orice pin logic și, de obicei, peste capacitatea de rezervă a șinei logice de 3,3 V. Aranjamentul practic este un convertor mic de pe șina de 5 V plus un dispozitiv de comutare. O pompă specificată sub aproximativ 200 mA poate fi montată într-o șină auxiliară, dar numai după ce verificați dacă regulatorul șinei are atât de mult spațiu.

Cum știu dacă placa mea de bază poate furniza curentul pompei?

Începeți de la regulator și cablaj, nu de la conector. Documentația plăcii oferă intervalul de intrare și ratingul dispozitivului extern al regulatorului de bord - SKR 2 acceptă 12-24 V și regulatorul său este evaluat la 4 A - iar ratingul PSU oferă bugetul total. Scădeți patul, hot end, motoare, ventilatoare și electronice, păstrați o rezervă, apoi confirmați cu un contor de curent în timp ce pompa funcționează.

Cum controlează PWM o pompă și este sigură pentru motor?

PWM pornește și oprește tensiunea șinei la o frecvență fixă ​​și variază proporția de timp de pornire, astfel încât motorul vede tensiunea maximă în timpul fiecărui impuls. Pentru un motor de curent continuu cu perii în cadrul tensiunii nominale, care este acceptabil și standard. Este nesigur atunci când șina depășește valoarea nominală a motorului și inutil la frecvențe foarte înalte: mențineți durata ciclului în intervalul de milisecunde și setați o valoare minimă de funcționare sau de pornire, astfel încât pompa să nu poată opri la comenzi joase.

Am nevoie de o a doua sursă de alimentare pentru pompă?

Doar atunci când se aplică una dintre cele trei condiții: șinele mașinii nu au spațiu de curent, tensiunea pompei nu poate fi produsă eficient din șinele disponibile sau curentul de pornire sau blocare al pompei ar perturba încălzitoarele și driverele pas cu pas. Dacă verificarea bugetului trece și ramura pompei este fuzionată și filtrată separat, partajarea alimentării imprimantei este rezonabilă și mai simplă decât adăugarea unei a doua conexiuni la rețea.

Trimiteți fișa tehnică a pompei cu dvscerere de ofertă instantaneeși vom confirma tensiunea și bugetul curent înainte de începerea construcției.