28-10-2013, 11:33 PM
Hoy contestando a otro post me ha dado por reflexionar un poco sobre un tema que, inocente de mi, pensaba que no era problemático en el diseño de la RAMPS. Uno tiende a pensar que la gente piensa cuando diseña electrónica y aparte a veces está vago como para usar la mente aunque algo le suene raro.
Resulta que las salidas de la RAMPS controladas por mosfet no llevan ninguna diodos de flyback en antiparalelo para absorber los picos de tensión que aparecen al conmutar cargas inductivas. ¿Dónde hay bobinas en la impresora 3D? Pues la cama es bastante inductiva (aunque no exageradamente) por el hecho de ser una pista larga, los propios cables tienen inductancia parástita y la resistencia que calienta al hotend es una resistencia bobinada. Meter pulsos de gran corriente a cargas inductivas sin protección es muy mala idea. Pensaba que la inductancia no sería muy grande y, aunque no deba hacerse, habían dejado los mosfet sin protección para ahorrar costes.
Pues bien, me ha dado por mirar si alguien había medido las inductancias parásitas de los elementos calefactores y efectivamente en reprap hay alguien al que le dio por medirlo e incluso simular los transitorios al conmutar:
http://www.reprap.org/wiki/Basics_about_...th_MOSFETs
Resumen: se provocan picos de tensión en el MOSFET de cerca de 70V. Más de 400 veces por segundo. Los MOSFET de la ramps de la conjunta aguantan máximo 60V. Encima en las simulaciones aparece un ringing (oscilaciones) horribles. Eso significa que la cama está radiando interferencias bastante potentes a través de los cables. No pasaría ningún test de certificación u homologación de la CE y podría interferir con equipos electrónicos adyacentes. De hecho como tampoco hay el más mínimo aislamiento entre la parte de potencia y la parte de control (otro fallo de diseño de la RAMPS importante pero que requeriría un rediseño completo) resulta que es más que probable que toda esa mierda y esas interferencias se acoplen por masa a otras zonas del circuito. Todo muy guay vamos.
Creo que es una explicación bastante razonable sobre por qué se iban a tomar por culo los MOSFET. Sinceramente me parece bastante lamentable cuando un puto diodo vale céntimos. Y unos optoacopladores tampoco valen mucho más. Creo que visto lo visto voy a revisar el diseño entero de la RAMPS a ver qué más sorpresas tiene...
En fin, para solucionar el problema vais a una tienda de electrónica y os pilláis un par de diodos de cierta potencia. Los 1N4001 o 1N4007 deberían valer (ojimétricamente) aunque si podéis encontrar un FR107, un UF4007, un 1N4937 o algún diodo rápido parecido mejor. Los cogéis y los conectáis uno en antiparalelo con la cama caliente y otro en antiparalelo con el calentador del hotend, tal que asín:
Muchísimo cuidado con la polaridad de los diodos. Tienen que ir en antiparalelo con las cargas, es decir, la pata del diodo con la banda blanca al positivo y la otra al negativo. Si los ponéis al revés el diodo y el MOSFET van a explotar y a la fuente se le va a fundir un fusible. No me hago responsable.
Con eso quedan razonablemente protegidos los MOSFET.
Resulta que las salidas de la RAMPS controladas por mosfet no llevan ninguna diodos de flyback en antiparalelo para absorber los picos de tensión que aparecen al conmutar cargas inductivas. ¿Dónde hay bobinas en la impresora 3D? Pues la cama es bastante inductiva (aunque no exageradamente) por el hecho de ser una pista larga, los propios cables tienen inductancia parástita y la resistencia que calienta al hotend es una resistencia bobinada. Meter pulsos de gran corriente a cargas inductivas sin protección es muy mala idea. Pensaba que la inductancia no sería muy grande y, aunque no deba hacerse, habían dejado los mosfet sin protección para ahorrar costes.
Pues bien, me ha dado por mirar si alguien había medido las inductancias parásitas de los elementos calefactores y efectivamente en reprap hay alguien al que le dio por medirlo e incluso simular los transitorios al conmutar:
http://www.reprap.org/wiki/Basics_about_...th_MOSFETs
Resumen: se provocan picos de tensión en el MOSFET de cerca de 70V. Más de 400 veces por segundo. Los MOSFET de la ramps de la conjunta aguantan máximo 60V. Encima en las simulaciones aparece un ringing (oscilaciones) horribles. Eso significa que la cama está radiando interferencias bastante potentes a través de los cables. No pasaría ningún test de certificación u homologación de la CE y podría interferir con equipos electrónicos adyacentes. De hecho como tampoco hay el más mínimo aislamiento entre la parte de potencia y la parte de control (otro fallo de diseño de la RAMPS importante pero que requeriría un rediseño completo) resulta que es más que probable que toda esa mierda y esas interferencias se acoplen por masa a otras zonas del circuito. Todo muy guay vamos.
Creo que es una explicación bastante razonable sobre por qué se iban a tomar por culo los MOSFET. Sinceramente me parece bastante lamentable cuando un puto diodo vale céntimos. Y unos optoacopladores tampoco valen mucho más. Creo que visto lo visto voy a revisar el diseño entero de la RAMPS a ver qué más sorpresas tiene...
En fin, para solucionar el problema vais a una tienda de electrónica y os pilláis un par de diodos de cierta potencia. Los 1N4001 o 1N4007 deberían valer (ojimétricamente) aunque si podéis encontrar un FR107, un UF4007, un 1N4937 o algún diodo rápido parecido mejor. Los cogéis y los conectáis uno en antiparalelo con la cama caliente y otro en antiparalelo con el calentador del hotend, tal que asín:
Muchísimo cuidado con la polaridad de los diodos. Tienen que ir en antiparalelo con las cargas, es decir, la pata del diodo con la banda blanca al positivo y la otra al negativo. Si los ponéis al revés el diodo y el MOSFET van a explotar y a la fuente se le va a fundir un fusible. No me hago responsable.
Con eso quedan razonablemente protegidos los MOSFET.