Step-up för ökad effekt i reprap-printbed (3D-skrivare)

[LHelge]

Fick lite inspiration idag att sätta ihop en printbed till en Prusa Mendel RepRap som jag håller på att bygga. Mycket av den är byggt av saker jag har hemma eller kommit över billigt, så istället för att köpa en färdig PCB heated bed tänkte jag bygga en av aluplåt och effektresistorer jag köpte billigt av en forummedlem.

3 st 10 ohm 100 W effektresistorer är paralellkopplade och fastskruvade på en 200x220x5 mm aluplåt. På denna kommer jag sätta en 220x220 mm glasskiva att skriva på. Ska försöka kleta mellan lite kiselfett mellan resistorer, plåt och glas så småningom också. Denna ska ha en temperatur mellan 50 -110 grader beroende på vilken plast man använder att skriva ut med.

DSC_2976.JPG

DSC_2979.JPG

Allt annat på RepRap:en är gjort för 12 V, och jag inte vill ha massa olika nätagg så jag har tänkt skaffa ett sånt här: Meanwell 12 V 29 A, alternativt använda nåt gammalt ATX-nätagg.

De tre resistorerna paralellt ger en resistans på 3,3 ohm och vid 12 V kommer detta inte ge mer än ca 45 W vilket inte är tillräckligt om man inte vill vänta en halv evighet på att den ska komma upp i temperatur. Jag prövade nyss med den kraftigaste väggvårta jag hittade, vilken lyckades ge ca 10 W, plattan var knappt kännbart varmare efter en kvart.

För att lösa detta och få till temperaturregleringen funderar jag på om man kan göra en step-up. Jag skissade ihop detta, tror ni det skulle kunna funka?

step-up.jpg

Q1 och D1 är TO-220 kapslar skruvade direkt på aluplåten, så förluster där gör absolut ingenting, därför borde det gå att köra relativt låg switchfrekvens så inga exotiska MOSFET-drivare eller aktiv likriktning behövs. C1 behövs väl egentligen inte eftersom det bara är en resistiv last som knappast bryr sig om ren spänning, men den kanske kan se till att den inte stör ut stegmotordrivare och sånt. PWM-styrs mellan 0%-50% eller något sådant, av en PID-snurra i en PIC med återkoppling från en termistor.

Jag vet inte exakt hur mycket effekt som behövs, men kan jag trycka 6-7 A genom resistorerna ska det nog vara tillräckligt.

[LHelge]

Inga åsikter alls?

Om jag hinner/orkar tänkte jag smäcka ihop en test på veroboard ikväll.

[bearing]

Vad använder du för induktor och switchfrekvens?

Gatedrivningen ser långsam ut, kommer inte klara så hög frekvens. Dessutom är drivningen alltid aktiv, så om processorn inte driver T1 kommer strömmen genom T2 stiga tills någon komponent ger sig. Sätt ett motstånd från 12V till basen på T1. Jag skulle tagit bort R2 och satt dit PNP samt NPN i totempåle mellan R1 och gaten, ev. med gatemotstånd.

[Norpan]

Ett problem med att köra en boostswitcher på låg switchfrekvens är att drosseln blir löjligt stor.

[MicaelKarlsson]

Jag knåpade ihop en sådan här för en LED-belysning som egentligen aldrig blev av med spänningsmatningen fungerade. R1, R2 och R3 är återkoppling (och inställning av utspänning) men det ser du säkert.
Dock behöver du säkert en betydligt maffigare spole än den på 150 uH jag använde.

step-up.png

Lycka till och berätta gärna hur det går. Har fått för mig att bygga ett nätaggregat med något liknande men med mycket mer "pulver" i än denna.

JP1 är som du säkert ser för att stänga av 555-an.

[bearing]

Med 7A ut och 50% duty behöver induktorn klara 14A + rippel.

Jag får det till att induktorn behöver ha ca 1mH vid 1kHz, 100uH vid 10kHz, osv. (12V in, 24V 7A ut, +-20% rippel på 14A).

[PF013]

Jag antar att du tänkt på att du inte kan slå av utgången med kopplingen som du ritat? Du kommer alltid ha minst 12 V (minus diodfallet) över ditt värmeelement.

[LHelge]

Helt rätt, slarvigt tänkt av mig. Ska klottra ihop ett nytt.

[LHelge]

Nytt försök:

step-up.jpg

Vi kan utgå från att lastens resistans (3,3 ohm) och diodens framspänningsfall (0,5 V) är kända för microcontrollern.

Vid en önskad effekt upp till:
P = (12 - 0.5)^2 / 3.3 = 40W
kan Q1 vara stängd och Q2 switcha.

Önskas en högre effekt än 40W får Q2 vara öppen och Q1 börjar switcha istället, effekten blir då
P = ((12 - 0.5)/(1 - D))^2 / 3.3
Då D är dutycycle för Q1 förutsatt att switchfrekvensen är tillräckligt hög att strömmen genom drosseln aldrig ska bli noll. En dutycycle mellan 0%-37% borde då motsvara en effekt mellan 40W och 100W vilket kunde bli lagom.

Inga problem att göra en outputfunktion som linjäriserar detta för att ta emot output från temperaturregulatorn.

Egentligen är väl detta lite overkill, det hade nog varit fullt tillräckligt med 100W av/på-reglering, men eftersom jag ändå behöver ha både Q1 och Q2 som PF013 sa så kan man ju utnyttja dem.

[bearing]

Vet inte vilka FET du använder, men du behöver antagligen konvertera nivån in till totempålen från logiknivå till 12V.

[Norpan]

Gatemotstånd på 10-100 Ohm kan vara bra.

[LHelge]

Hittade några TC4428A i en låda, tror jag kör på dem istället, blir mer kompakt och lika gratis som att bygga drivare med diskreta komponenter.

[gkar]

Det är inte det du frågar efter men jag hade löst det med en eller flera effektmosfetar som du driver linjärt istället för effektmotstånd. Effekten reglerar du med gatespänningen och återkopplar med en op mot en tempsensor, om du inte vill ha det uC styrt.

Fördelen är att du får 100% av effekten där du vill ha den. Ingen förlusteffekt i stepupnätdel, som du inte behöver, inga störningar.

Vill du istället reglera på en viss ström eller dyl genom mosfeten lägg opåterkoppling mot ett känt 0.1 ohm istället.

[Korken]

Om du reglerar linjärt så får du massa förluster i MOSFETen.
Switchade lösningar brukar ge mycket bättre effektivitet.

[LHelge]

Inte i det här fallet, jag vill ju värma upp plåtbiten så jag vill ha "förluster". Som jag skrev förut kommer jag skruva MOSFET:arna och dioden i plåten så det gör inget om det blir lite förluster där.