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Comparativa Mosfet para cama Caliente RAMPS
#1
Hola a todos,

Después de quemar varios STB55NF06L de mi Ramps 1.4 me puse investigar porque se me estaban quemando. Por lo que he podido entender, el problema es la corriente continua que soportan sin disipador ni ventilación forzada.

Lo primero que revisé si no estaba pasando por la zona ohmnica porque la Vgs era baja y no estaba bien formado el canal (en ningún lugar de la Hoja de datos dice que es logic level). Revisando bien la hoja de datos con 5V Vgs el canal debería estar bien formado. Por lo que esa teoría la descarté.

Lo siguiente que fue revisar que el código no este haciendo un PWM de alta frecuencia, por lo que esté demasiado tiempo en la zona ohmnica. Ya que el circuito de drive del gate de la RAMPS no está preparando para alta frecuencia.

Revisando el código de Marlin, salvo que especifique lo contrario la cama caliente tiene un control tipo "Bang-Bang" o "On-Off". Y en el caso de hacerlo por PID el PWM es de 7Hz aproximadamente. Por lo vi en el osciloscopio no hay ruido de alta frecuencia que haga conmutar el mosfet.

Después de ver la salida del osciloscopio me di cuenta que el mosfet esta siempre encendido hasta que llega a la temperatura de referencia, y eso puede llegar desde 5 a 20 minutos según el caso. En ese caso el escenario de uso del mosfet es en corriente continua.

Ya que no le puse ningún disipador, y en las ultimas pruebas el mosfet no estaba bien ventilado (estaba más preocupado por que no se me quemaran los drivers de los paso a paso), pienso que se destruyó al superar la temperatura máxima de Juntura

Por eso hice el siguiente estudio:

   

Se puede ver claramente que STB55NF06L no soporta 10.25A de continua por lo que, si no me equivocado en los cálculos o tengo algún concepto erróneo, sin disipador o ventilación forzada. Llegando a destruirse por superar la temperatura máxima de Juntura.

La RAMPS 1.4SB que tiene unos toshiba TK72E12N1 con una RDon muy baja. Creo que esta hoja de datos es bastante conservadora. 

Me puse a realizar los mismos calculos  para ese mosfet y por lo parece si soportan 10.25A de manera continua.

Buscando en Digikey encontré unos cuantos MOSFET Logic Level de NXP  que son bastante baratos y tienen una RdSon muy baja.

Adjunto los links las hojas de datos y la hoja de excel donde hice los cálculos


MTP3055VL
PSMN3R4-30PL
PSMN2R7-30PL
PSMN2R0-30PL
PSMN1R8-30PL
TK72E12N1
STB55NF06L

Otra consideración es que el TO-220 no se destruya sin disipador no significa que los conectores "molex" azules de la cama no se derritan si la temperatura del encapsulado es alta.

En resumen: si vas a usar la RAMPS como viene de fabrica ponle disipador y/o ventilación forzada al mosfet de la cama caliente. Sino cambia el mosfet por otro más adecuado.

Espero que le sirva a alguien esta comparación.

Saludos


Archivos adjuntos
.xlsx   comparativa de mosfet.xlsx (Tamaño: 18 KB / Descargas: 51)
.pdf   comparativa de mosfet.pdf (Tamaño: 195.91 KB / Descargas: 112)
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#2
Muy buen análisis, yo tengo cambiados los mosfet por unos de Texas Instrument, Logic Level, y cero problemas aparte que la cama calienta antes. El tema de los mosfet, aunque la RDSon y los calculos salgan que no son aptos. Otro de los factores a tener en cuenta, es que los mosfet tienen una disipacion bastante elevada en la conmutacion, cuando la tension y la corriente se extrecruzan. Es complejo de ver con el osciloscopio sin sondas de corriente, pero es muy interesante ver como se produce, al tener que P=I*V se producen perdidas considerables, dependientes de las capacidades del MOSFET que hacen o causan estos retardos.

Un Saludo

Carlos
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#3
Hola,

Soy javier loureiro, el autor de la RAMPS 1.4SB Sonrisa

A la hora de buscar los mosfets para la cama caliente, pues decidí usar los toshiba precisamente por la resistencia interna que tienen. Es bajisima, y soportan sin problema los 10A.

Por ejemplo, para 12A, por poner un poco de margen

Power = Current^2 * Resistance , 12^2 * (4.5/1000) = 0.65 W

como cada watt disipa 83.3 grados sin disipador, segun el datasheet, mas unos 25 grados ambiente, tenemos que 0.65W * 83.3º/W + 25º = 79º

Esto es el rato que calienta la cama. En cuanto comienza el pwm, ya disipa normalmente. Midiendo con el fluke, suelo tener unos 50grados tras horas de uso, sin disipador.

otro tema sobre los mosfets quemados es el problema de los diodos. La cama almacena carga eléctica, que cuando se corta la corriente, vuelve de golpe y sin regular al mosfet. He podido medir hasta 130V de voltaje pico de vuelta. Esto es continuo, constante. Dia a dia, va acabando con el transistor.

Por eso la RAMPS 1.4SB tiene esos pequeños diodos para que la corriente, se desvíe y no dañe la electronica. Es un fallo de la ramps original.

https://www.staticboards.es/productos/ramps14sb/

Cualquier cosa, aqui estamos!

Un saludo a todos!
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#4
y que bien funciona!!!

yo la compre hace algo mas de un año y es una maravilla! 0 problemas...
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#5
Hola StaticBoards,

Gracias por tu respuesta. En efecto compré una Ramps 1.4SB y se nota la calidad de los componentes. De momento no he tenido ningún problema.

Mi anterior Ramps china se quemaban los Mosfet.

Como ya he tenido problemas con otras placas, a la RAMPS 1.4SB le he puesto un pequeño disipador al mosfet de la cama, y apenas entibia, así me quedo más tranquilo.

Viendo el estudio que hice, y teniendo en cuenta que tienen la Ramps 1.4SB tiene los diodos de flyback, los Toshiba son perfectamente válidos para uso sin disipador.

Aunque cualquiera de los de NXP que propongo en el estudio también lo son. Con los diodos de flyback se evitan los picos de hasta 130V que se pueden llegar a producir en al conmutación, así que los 30V que soportan son aptos para esta aplicación. Además el más barato cuesta casi la mitad que los Toshiba y soporta más corriente que los Toshiba (por lo que se calentaría aun menos)

No obstante para aquellos que no quieran cambiar a la ramps que tienen les recomiendo:
- Sustituir los mosfet por uno de los de NXP o Toshiba
- Añadir los diodos de Flyback.
- Sustiuir los conectores por unos Molex originales o otros que soporten las corrientes

Espero que les sirva todo esto.

Ya que Staticboard se sumó al hilo y han diseñado hardware, les dejo una observación que les pasa a todas las ramps:
- La masa digital y analógica no está separadas, si hacen una revisión de la placa, estaría genial poder separarlas para evitar que la potencia afecte a la señal. Que vengan de un solo punto y después se separen. Supongo que no es una tarea trivial.

Saludos
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#6
muy bien, veo que te has fijado en el tema analógico :Sonrisa hay muchas cosas que deberían de cambiar. Solo el hecho de que es una shield que hay que conectar al arduino hace que las trazas con señales cambien de impedancia, y se genere un rebote...


yo no diseñé la RAMP 1.4... solo seleccioné los componentes adecuados, e incorporé el tema de los diodos de protección.

pero si diseñase esta placa desde cero, desde luego que tendría bastantes cambios.

Si no lo hago, es más bien por un tema de comunidad. Sacar una placa nueva, que requiere nuevo software, manuales, etc, no es una tarea sencilla.

Nos guste o no, la RAMPS es un estándard ahora mismo.
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#7
Hola.

Viendo que los mosfet petan cosa mala, he comprado 3 unidades del TK72E12N1. ¿llevan el mismo patillaje que los de la ramps, o hay que ponerlos en otra posicion?.
Por si a alguien le interesa me han salido los 3 puestos en casa por 9,67 euros en aliexpress.

http://es.aliexpress.com/item/Free-Shipp...34705.html
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#8
(08-06-2016, 10:26 PM)decker escribió: Hola.

Viendo que los mosfet petan cosa mala, he comprado 3 unidades del TK72E12N1. ¿llevan el mismo patillaje que los de la ramps, o hay que ponerlos en otra posicion?.
Por si a alguien le interesa me han salido los 3 puestos en casa por 9,67 euros en aliexpress.

http://es.aliexpress.com/item/Free-Shipp...34705.html


Pues si, puedes cambiarlos y soldarlos en el mismo sitio.
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#9
(13-06-2016, 10:31 AM)staticboards escribió:
(08-06-2016, 10:26 PM)decker escribió: Hola.

Viendo que los mosfet petan cosa mala, he comprado 3 unidades del TK72E12N1. ¿llevan el mismo patillaje que los de la ramps, o hay que ponerlos en otra posicion?.
Por si a alguien le interesa me han salido los 3 puestos en casa por 9,67 euros en aliexpress.

http://es.aliexpress.com/item/Free-Shipp...34705.html


Pues si, puedes cambiarlos y soldarlos en el mismo sitio.

Gracias por tu respuesta. Estuve mirando el datasheet y los esquema y ya he visto que tienen el mismo patillaje.
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#10
Buenas, otro por aquí con problemas con un mosfet ( creo )


resim

upload picture online and get url

Tengo una melzi 2 y la cama ha dejado de calentar, según me comentan se trata de un mosfet que se haya ido, y conforme leo, tiene sentido. Ahora van las preguntas.....

Cómo sé cual es ?, es decir, cómo he de medir para ver el estropeado?

Alguna recomendación para cambiarlo?

GRACIAS!
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#11
(06-02-2017, 04:10 PM)cegavantes escribió: Buenas, otro por aquí con problemas con un mosfet ( creo )


resim

upload picture online and get url

Tengo una melzi 2 y la cama ha dejado de calentar, según me comentan se trata de un mosfet que se haya ido, y conforme leo, tiene sentido. Ahora van las preguntas.....

Cómo sé cual es ?, es decir, cómo he de medir para ver el estropeado?

Alguna recomendación para cambiarlo?

GRACIAS!

Mucho sentido no tiene, pues los mosfet, cuando se queman se suelen quedar en estado de corto... es decir, conduciendo continuamente, lo que ocasionaria que calentase de seguido, aunque puede ser, no te digo que no.

resim

La placa de la imagen no es exactamente el mismo modelo que el tuyo, pues parece que cambian algunos conectores, pero el esquema electrico parece ser el mismo, el mosfet de la cama seria el que te he resaltado, deberias retirarle el disipador y cambiaselo.

Por cierto, cuidado con los necropost... que este tema es de mediados del 2016
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