Druk 3D - obudowa elektroniki

[MasterYoda95]

Cześć,

Chciałem pokazać, jak modelowanie w CAD i druk 3D pozwala uporządkować nawet dość zabałaganione projekty. Idealnie nadaje się do tego mój przykład bardzo prostego układu czasowego załączania przekaźnika. Można kupić do tego gotowy moduł na Aliexpress, który ma pewnie 1/8 objętości tego co stworzyłem, ale w DIY chodzi o bardziej o doświadczenie niż efekt końcowy. Założeniem projektu, było wykorzystanie komponentów, które już posiadam.

Zagmatwanie projektu wynika z tego, że układ ewoluował - najpierw zasilany był napięciem 12V DC i załączał przetwornicę boost, która zasilała wentylator napięciem 24V.

Jako że nie byłem zadowolony z wydajności tego wentylatora, zastosowałem inny, zasilany 230V AC. Zostawiłem więc układ NE555 na płytce prototypowej, ale musiałem dołożyć do niego zasilacz przekształcający napięcie sieciowe do niskiego napięcia stałego w zakresie tolerowanym przez NE555. Użyłem elektroniki ze starego zasilacza 5V do telefonu. Zastąpiłem przetwornicę przekaźnikiem z cewką na 5V. Zdecydowałem się nie usuwać MOSFETa, chociaż NE555 mógłby bez problemu wysterować cewkę przekaźnika:

Dodałem też diodę w celu ochrony przeciwprzepięciowej na cewce przekaźnika. Układ po modyfikacji wyglądał tak:

 

Nie miałem już miejsca na małej płytce prototypowej, więc przekaźnik i dioda są zlutowane w "pająku" co wprowadziło sporą plątaninę kabelków. Zadbałem o zaizolowanie przewodów, aby nie doszło do zwarcia, szczególnie między przewodami z napięciem sieciowym, a częścią niskonapięciową.

Zaprojektowałem obudowę, która zawiera przegródki dokładnie zwymiarowane pod płytki poszczególnych sekcji oraz MOSFETa i przekaźnik

a także z wycięciami na przycisk i kable:

W efekcie wszystko ładnie się zmieściło i mimo iż kable stanowią plątaninę, to płytki i inne składowe układu spoczywają na wyznaczonych miejscach, co uniemożliwia powstanie zwarcia w wyniku zetknięcia się punktów lutowniczych.

Chciałem pokazać ten projekt elektronikom-hobbystom, którzy wahają się, czy drukarka 3D przyda się w ich warsztacie. Moim zdaniem odpowiedź, to jednoznaczne TAK.

EDIT: co prawda to obudowa jest głównym tematem, a układ pobocznym, ale mam pewien problem. Układ przed modyfikacją działał poprawnie, to znaczy załączał wyjście na określony czas po czym się wyłączał. Teraz, gdy elementem wykonawczym jest przekaźnik, dochodzi do jakiegoś samowzbudzenia, bo po naciśnięciu przycisku nie przestaje działać. Słychać co jakiś czas "cyknięcie" przekaźnika, ale widocznie wyłącza się on na chwilę i ponownie załącza.

Macie jakieś wskazówki? Nie mam doświadczenia z przekaźnikami, a podejrzewam, że to ten element jest źródłem problemu. zastosowałem diodę, ale nie wiem czy są jeszcze jakieś inne zjawiska, które powinienem uwzględnić.

Edytowano Kwiecień 11, 2025 przez MasterYoda95

[Christophorus]

Odnośnie nieprawidłowości w działaniu urządzenia powodem może być wzajemne ułożenie przewodów i elementów w obudowie. Przewody mogą działać jak antena i wychwytywać zakłócenia na przykład z zasilacza. Na zdjęciu widać również, że płytka zasilacza znajduje się blisko modułu z układem NE555 co również może mieć wpływ na nieprawidłowe działanie urządzenia.

W kwestii obudowy zastanawiam się, dlaczego pod przycisk wyzwalający wydrukowane jest prostokątne wycięcie zamiast okrągłego otworu. W ten sposób po zamontowaniu przycisku w obudowie mamy zbędną "szczelinę". Podobnie jest z otworami na przewody.

[MasterYoda95]

Sposób w jaki ułożone są wycięcia miał na celu przyspieszenie montażu - gdyby okazało się, że projekt obudowy zawiera jakiś błąd i muszę zrobić kolejną iterację, mogę przełożyć zawartość bez odlutowywania/rozłączania przewodów. Po założeniu pokrywy większość tej szczeliny zostaje zakryta.

Pomyślę nad ewentualnym dodaniem jakichś kondensatorów filtrujących na zasilaniu.

[Christophorus]

Zauważ, że cewka przekaźnika poprzez rezystor R2 łączy się z wejściem wyzwalania układu NE555. Już niewielkie przepięcie z cewki przekaźnika może pojawiać się na tym wejściu i ponownie wyzwalać odmierzanie czasu. Dioda D2 chroni tranzystor Q3, ale nie eliminuje całkowicie zakłóceń w obwodzie przekaźnika. Zamiast cewki przekaźnika podłącz diodę LED wraz z rezystorem ograniczającym prąd tej diody. Jeśli układ będzie dział poprawnie to przyczyną są zakłócenia z cewki przekaźnika.

Dodatkowo problem zakłóceń mogą pogłębiać tak, a nie inaczej ułożone przewody i moduły wewnątrz obudowy.

[MasterYoda95]

2 godziny temu, Christophorus napisał:

Zauważ, że cewka przekaźnika poprzez rezystor R2 łączy się z wejściem wyzwalania układu NE555. Już niewielkie przepięcie z cewki przekaźnika może pojawiać się na tym wejściu i ponownie wyzwalać odmierzanie czasu.

Tylko że wejście TRIGGER wyzwalane jest zboczem opadającym. No ale poza tym cewka na pewno wprowadza zakłócenia do obwodu zasilania, muszę wykombinować, jak je zminimalizować.

[mozdzons]

Spróbuj dać rezystor na bramce tranzystora do masy dajmy na to 22k. Żeby ściągać zakłócenia do masy.

[miro88]

Dnia 11.04.2025 o 18:59, MasterYoda95 napisał:

Pomyślę nad ewentualnym dodaniem jakichś kondensatorów filtrujących na zasilaniu.

To jest zasilacz 230/5V?
Nie ma w nim kondensatorów wygładzających?

[MasterYoda95]

Są, widać je na zdjęciu z wnętrza - brązowe płytki po lewej to zasilacz właśnie. Ale może przyda się dołożyć na PCB z timerem.

[Christophorus]

Można dodać kondensatory filtrujące napięcie zasilania 100µF i 100nF jak najbliżej wyprowadzeń układu NE555. Diodę przy cewce przekaźnika można zmienić na szybką diodę Schottkyego. Niektórzy stosują również oprócz diody kondensator np. 100nF/100V lub na większe napięcie dołączony również równolegle do cewki przekaźnika. Również może pomóc odpowiednio włączony kondensator na przykład 100nF na wejściu TRIGGER układu NE555.

W tym linku możesz poczytać o zakłóceniach generowanych przez cewkę przekaźnika podczas jej wyłączania. Mogą wówczas pojawić się na cewce przekaźnika krótkotrwałe napięcia wynoszące nawet kilkaset woltów! Napięcia te mają przeciwną biegunowość do napięcia zasilania co tłumaczy wyzwalanie wejścia TRIGGER zboczem opadającym.

[MasterYoda95]

Moje dalsze próby:

• Dodałem kondensator 100uF blisko nóżek zasilania kostki NE555
• Zamieniłem część wykonawczą (MOSFET + przekaźnik) na gotowy moduł przekaźnika zawierający również transoptor

Obydwa działania dały te same rezultaty: układ działał poprawnie bez podłączonego obciążenia, ale z podłączonym wentylatorem nadal występowało samowzbudzenie. Wnioskuję więc, że to nie cewka przekaźnika, ale zakłócenia w obwodzie zasilania sieciowego, albo EMI są winne sytuacji.

Z braku czasu muszę niestety porzucić projekt - na razie założyłem zwykły przełącznik.

[Christophorus]

Już wcześniej pisałem, że powodem takiego zachowania może być bliskie ułożenie podzespołów i przewodów w obudowie urządzenia. Można spróbować całość wymontować z obudowy i złożyć na stole odsuwając przekaźnik i zasilacz od timera na układzie NE555 na odległość kilkunastu lub więcej centymetrów od siebie. 

Kolejna sprawa to ten zasilacz impulsowy z demontażu. Na próbę można go zastąpić zasilaczem zbudowanym na tradycyjnym transformatorze i stabilizatorze LM7805/LM7812.

Można też spróbować zastąpić przekaźnik triakiem, wyzwanym za pośrednictwem optotriaka z tak zwanym wyzwalaniem w zerze, co może zmniejszyć ilość zakłóceń.

Przy silniku wentylatora można też zamontować gotowe filtry stosowane w sprzęcie AGD eliminujące zakłócenia pochodzące od silników.
 

[MasterYoda95]

Dziękuję za wsparcie. Nie twierdzę że te problemy są nie do rozwiązania. Gdyby to był projekt edukacyjny, gdzie zasadę umiaru technologicznego stosuje się w małym stopniu, to pewnie wprowadziłbym któreś z wymienionych przez Ciebie ulepszeń. Jednak dla mnie był to projekt użytkowy, poboczny, a więc nie ma uzasadnienia dla kontynuowania go kosztem dalszego zwiększenia rozmiarów urządzenia, zakupu elementów, których nie posiadam i dodatkowego czasu na przeprojektowanie i wykonanie wszystkiego, jeśli tymczasowo zwykły przełącznik spełnia swoją rolę, a wyzwalanie czasowe będę mógł zrealizować modułem za 10 zł z Aliexpress.

Podsumowując - w duchu DIY powinienem rozwiązać te problemy, ale że chwilowo priorytetem są dla mnie inne projekty, to ze względu na niepraktyczność bardziej rozbudowanego rozwiązania odpuszczam.

Mam nadzieję, że wskazane przez Ciebie rozwiązania będą przydatne dla innych użytkowników Forum, którzy napotkali na podobne problemy.

Edytowano Kwiecień 30, 2025 przez MasterYoda95