Питание драйверов A4988 3D принтера от линейного трансформаторного блока питания напряжением 27VDC

01.12.2016 Сайт https://anteh.ru

Продолжение статьи "Напряжение питания шаговых двигателей 3D принтера. Особенности разрешения на минимальном шаге" описываются результаты и способ увеличения напряжения на A4988 драйверах.

Ниже приведена тестовая принципиальная схема использовавшаяся для питания 3D принтера. Часть схемы в последствии не была задействована, в частности канал с линейным стабилизатором, содержащим мощный транзистор.

Ссылка на схему ОтладочнаяПринципиальная СхемаБлокаПитания3DFDMДельтаПринтера.pdf

При питании драйверов шаговых двигателей повышенным напряжением 27VDC, вместо 12VDC, и использование линейного трансформаторного блока питания даёт самые положительные результаты по снижению шумности, небольшому увеличению точности(в пределах 10микрон), A4988 практически перестают греться при Vref=500mV, при Vref=700mV на радиаторе драйвераможно держать палец, можно существенно уменьшить ток драйверов, совместно с небольшой скоростью печати это существенно снижает шумность, устраняет пропуски, увеличивает скорость печати. На максимальном токе при Vref=1.2V драйвера греются меньше, чем при питании 12VDC и Vref=0.8V. Т.е. можно работать и на максимальном токе. Чем больше напряжение питания шагового двигателя, тем большую скорость без пропусков с него можно получить, при соответствующей частоте STEP импульсов.

Для питания драйверов шаговых двигателей использовался тороидальный трансформатор ТТП-120 18VAC 6A, после выпрямления и сглаживания напряжения, по факту получилось напряжение 27VDC. Слабо нагруженный трансформатор даёт немного больше напряжения. В качестве выпрямительных диодов используются диоды шоттки с 60V обратным напряжением и 5A прямого постоянного тока. Обязательно использование плёночного или керамического конденсатора совместно с батареей из электролитов, пускай 1мкФ. В текущем случае суммарная ёмкость электролитов составляет около 30000мкФ измерялось RLC. Так же желателен мощный резистор, шунтирующий электролиты. Он и заряд сбросит и немного нагрузит шаговые двигатели, если они начнут работать как генераторы(когда рукой каретку двигаем), при этом драйвера гарантированно не выйдут из строя, амплитуда генерируемого напряжения на 300000мкФ будет слишком малой. Ко всему не нужна стабилизация напряжения.

Подобная схема была использована прежде всего из-за наличия под рукой ТН-55-127/220-50 накального трансформатора. У него 4 ре вторичные обмотки по 6.3VAC, 2 с током 0.7A и 2 с током 7A. Из 4х было сделано 2 вторичные обмотки. 7A пошло на питание хотэнда/дов, питание вентиляторов и питание подсветки, 0.7A пошло на питание Arduino Mega2560 платы, стол запитывался от другого источника. Что обязательно, так это разделение каналов питания через индивидуальные выпрямительные мосты со своими элементами сглаживания и стабилизации. Обязательны только 2 канала, нестабилизированный канал нагревателя стола, хотэнда/дов(электролиты не ставить) и стабилизированный для всего остального. В текущем случае канал подсветки был упразднён из-за необходимости рассеивания слишком большой мощности и питание подсветки реализовано от импульсного блока питания. На всякий случай, вентиляторы, которых пока не известно сколько будет, заведены на отдельный канал.

В идеале должно быт 2 трансформатора 18VAC вторички ток одного подбираем по мощности стола и хотэнда/дов. Один для питания драйверов, второй для питания всего остального. Всё остальное разделено отдельными каналами со своими выпрямительными мостами, схемами сглаживания и стабилизации. Нагреватели хотэндов и стол должны быть на 24вольта.

Фото отладочной реализации описываемого блока питания.

Подключение 27VDC к драйверам выполнено без переделки RAMPS платы. Отпаяны 5 штырей с нижней стороны платы драйвера и запаяно 6 с верхней. На +27VDC дополнительно напаян 0.1u 0805 и 100u 50V электролит, на +5V линию питания драйвера напаян 10u 16V 1206 и 0.1u 0805. 4ре вертикальных МГТФ 1мм провода идут к шаговому двигателю, горизонтальные коричневый плюс, белый минус.

Замена кабелей питания шаговых двигателей

Сопротивление каждого из 4х проводов штатного кабеля шагового двигателя + печатные дорожки RAMPS 1.4 платы составляет 0.086-0.96 Ом на частоте 1kHz и 10kHz при последовательной схеме измерения RLC метром MS5308. Получается в районе 0.1 Ом. Не раз замечал, ряд китайских кабелей славится толстой изоляцией кабельной жилы и очень тонкой центральной жилой. Ко всему используются PLS-2мм штыревые разъёмы ток 1ADC. Получается 3 разъёма от обмотки шагового двигателя до микросхемы драйвера. Чтобы избежать возможных проблем с разъёмами(прецеденты были) и быть уверенным в "эталонном питании" шаговых двигателей, штатные жгуты заменены на МГТФ-1мм. Причём разъёмы не использовались, МГТФ паялся напрямую от штырей шагового двигателя до платы драйвера AD4988, 4ре пина платы AD4988 идущие на разъём RAMPS платы откусывались.

Принтер желательно питать не напрямую от розетки, а через стабилизатор напряжения и бесперебойный блок питания.