HOWICO USB供電的泡沫切割機/封口機控制器

PCB圖如下：

成分

描述

HOWICO：USB供電的泡沫切割機/封口機控制器

特征

用 HOWICO 替換 C/AA 電池可以讓 Hot Wire Foam Cutters 更快地切割泡沫或切割其他材料（例如聚丙烯）。同樣，Handy Heat Sealers 可以快速密封或焊接更厚的薄膜。

HOWICO 的尺寸可兼容一節 C 電池或兩節 AA 電池。

由 USB PD 移動電源或充電器供電，無需一次性電池

帶三個 LED 的一鍵式加熱器電源控制和指示燈

初始狀態為最低功耗模式（相當于 C/AA 電池）。每次單擊該按鈕時，加熱器功率模式都會升高（直至最高功率模式）。當您按下按鈕至少 3 秒鐘時，電源模式將變為最低。

PIC16F1503 MCU 將加熱器功率控制在編程范圍內。

您可以修改程序：電源控制范圍、按鈕命令、指示燈模式等。

您還可以使用 HOWICO 在家中制作熱線切割機。

熱絲泡沫切割機

帶一節 C 電池

更換豪威科

您還可以使用 HOWICO 在家中制作熱線切割機。

方便的熱封機

帶兩節 AA 電池

與豪威

讓我們做 HOWICO

如何設計和工作 HOWICO

構成因素

45 毫米 x 25 毫米板尺寸使 HOWICO 適合用于一節 C 或兩節 AA 電池的電池座。

帶有額外彎曲功能的直角排針與電池座端子匹配。

板的挖出形狀允許 USB 電纜的尖端裝入電池座。

電力及其控制

使用 USB Type-C 連接器和合適的 USB PD 移動電源或充電器，我們可以消耗高達 5V 3A：15W 的功率。它對于 C 電池供電的泡沫切割機或 AA 電池供電的封口機來說足夠強大。（我們的目標不需要更多的電力，雖然許多 USB PD 電源可以提供 9V 3A：27W 或更多）

如果我們將5V電源直接連接到切割機或封口機的加熱器上，電流和功率會太大。所以我們用脈寬調制（PWM）來控制功率。

確定電源控制電路

我們使用場效應晶體管 (FET) 作為 PWM 的主要開關器件。?

當 FET 開啟時，來自電源的電流會流過加熱器和 FET。在這種情況下，由于加熱器的低電阻，電流迅速上升并變得過大。

通過在電流路徑中插入電感器，可以抑制電流上升速度。

此外，通過在 FET 的漏極和加熱器的高邊之間添加一個二極管，當 FET 關閉時，電流通過電感器和加熱器旁路進入二極管路徑并繼續。這種運動有助于減少電氣和聲學噪音。在沒有旁路器件的情況下，電感會導致 FET 漏極電壓升高得非常高，從而損壞 FET。

零件及其規格選擇

微控制器單元 (MCU)

支持 5 V 電源：無需穩壓器，輸出電壓高于 3.3 V 操作之一。

使用 PWM（作為硬件外圍設備）

一個開關輸入

LED 指示燈的輸出

我們選擇PIC16F1503。

場效應管

持續漏極電流：ID：>3 A

柵極至源極電壓：VGS 至柵極導通：< 4 V

靜態漏源導通電阻：RDS(ON)：<100 mOhms：它需要遠低于加熱器的電阻（約 1 Ohm）

最大功耗（PD）：它需要遠高于實際功耗（電流和導通電阻的乘積）。

我們選擇 IRLML6344TRPbF。

FET柵極的串行電阻

這是柵極驅動器電流和開關速度之間的權衡。

FET 柵極是柵極驅動器（MCU 的 PWM 輸出）的容性負載。因此，需要一個串聯電阻來限制電流。

另一方面，開關轉換時間與時間常數（串聯電阻和柵極電容的乘積）成正比，轉換時間越長，開關損耗越大。

MCU 端口的輸出電流需要滿足推薦值和額定值。

我們選擇270歐姆：柵極驅動端口的輸出電流對于推薦值25mA有余量，包括后面介紹的下拉電阻。

FET 柵極的下拉電阻

我們應該拉低 PWM 輸出端口（FET 門）以避免在配置端口之前打開 FET。

我們選擇 1 k ohms，使下拉電阻和端口內部上拉電阻之間的分壓低于 FET 柵極的柵極閾值電壓。

電感器

額定電流-飽和電流：>3 A

額定電流-溫升電流：>3 A

直流電阻：< 100 mA：它需要遠低于加熱器的電阻（約 1 歐姆）

電感：滿足以上條件后電感越大越好

我們選擇NR10050T150M：15 uH

二極管

平均正向電流：IF(AV)：>2 A

（因為二極管電流在 FET 關斷期間流動，它的平均電流會低于 FET 的）

峰值正向電壓：VFM：< 0.5 V：VFM 越低越好：我們選擇肖特基勢壘二極管 CMS01。

確定 PWM 頻率

較高的 PWM 頻率通過電感使電流平滑。另一方面，它增加了開關轉換時間與周期的比率，則開關損耗（發熱）增加，功率控制精度降低。在當前的 HOWICO 設計中，80 kHz 是一個很好的折衷方案。

HOWICO的電路工作波形

PWM 占空比 (30%) 越低，加熱器的峰值電壓降就越低。這表明電感正確地抑制了電流上升率。

PWM占空比越高（80%），加熱器的壓降越高。說明PWM占空比控制了加熱器功率正常。

當PWM占空比高時，電源電壓的波動變大。這是由于移動電源的跟隨性和USB線的電壓降。

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