PCB圖如下：

成分

描述

HOWICO：USB供電的泡沫切割機(jī)/封口機(jī)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(jié) C 電池或兩節(jié) AA 電池。

由 USB PD 移動(dòng)電源或充電器供電，無(wú)需一次性電池

帶三個(gè) LED 的一鍵式加熱器電源控制和指示燈

初始狀態(tài)為最低功耗模式（相當(dāng)于 C/AA 電池）。每次單擊該按鈕時(shí)，加熱器功率模式都會(huì)升高（直至最高功率模式）。當(dāng)您按下按鈕至少 3 秒鐘時(shí)，電源模式將變?yōu)樽畹汀?/p>

PIC16F1503 MCU 將加熱器功率控制在編程范圍內(nèi)。

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(jī)。

熱絲泡沫切割機(jī)

帶一節(jié) 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(jī)。

方便的熱封機(jī)

帶兩節(jié) AA 電池

與豪威

讓我們做 HOWICO

如何設(shè)計(jì)和工作 HOWICO

構(gòu)成因素

45 毫米 x 25 毫米板尺寸使 HOWICO 適合用于一節(jié) C 或兩節(jié) 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(dòng)電源或充電器，我們可以消耗高達(dá) 5V 3A：15W 的功率。它對(duì)于 C 電池供電的泡沫切割機(jī)或 AA 電池供電的封口機(jī)來(lái)說(shuō)足夠強(qiáng)大。（我們的目標(biāo)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(jī)或封口機(jī)的加熱器上，電流和功率會(huì)太大。所以我們用脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)控制功率。

確定電源控制電路

我們使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 作為 PWM 的主要開(kāi)關(guān)器件。?

當(dāng) FET 開(kāi)啟時(shí)，來(lái)自電源的電流會(huì)流過(guò)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(guò)大。

通過(guò)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(guò)在 FET 的漏極和加熱器的高邊之間添加一個(gè)二極管，當(dāng) FET 關(guān)閉時(shí)，電流通過(guò)電感器和加熱器旁路進(jìn)入二極管路徑并繼續(xù)。這種運(yùn)動(dòng)有助于減少電氣和聲學(xué)噪音。在沒(méi)有旁路器件的情況下，電感會(huì)導(dǎo)致 FET 漏極電壓升高得非常高，從而損壞 FET。

零件及其規(guī)格選擇

微控制器單元 (MCU)

支持 5 V 電源：無(wú)需穩(wěn)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(shè)備）

一個(gè)開(kāi)關(guān)輸入

LED 指示燈的輸出

我們選擇PIC16F1503。

場(chǎng)效應(yīng)管

持續(xù)漏極電流：ID：>3 A

柵極至源極電壓：VGS 至柵極導(dǎo)通：< 4 V

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

最大功耗（PD）：它需要遠(yuǎn)高于實(shí)際功耗（電流和導(dǎo)通電阻的乘積）。

我們選擇 IRLML6344TRPbF。

FET柵極的串行電阻

這是柵極驅(qū)動(dòng)器電流和開(kāi)關(guān)速度之間的權(quán)衡。

FET 柵極是柵極驅(qū)動(dòng)器（MCU 的 PWM 輸出）的容性負(fù)載。因此，需要一個(gè)串聯(lián)電阻來(lái)限制電流。

另一方面，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間與時(shí)間常數(shù)（串聯(lián)電阻和柵極電容的乘積）成正比，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)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(qū)動(dòng)端口的輸出電流對(duì)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(yīng)該拉低 PWM 輸出端口（FET 門(mén)）以避免在配置端口之前打開(kāi) FET。

我們選擇 1 k ohms，使下拉電阻和端口內(nèi)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(yuǎn)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?yàn)槎O管電流在 FET 關(guān)斷期間流動(dòng)，它的平均電流會(huì)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(shì)壘二極管 CMS01。

確定 PWM 頻率

較高的 PWM 頻率通過(guò)電感使電流平滑。另一方面，它增加了開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間與周期的比率，則開(kāi)關(guān)損耗（發(fā)熱）增加，功率控制精度降低。在當(dāng)前的 HOWICO 設(shè)計(jì)中，80 kHz 是一個(gè)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(shuō)明PWM占空比控制了加熱器功率正常。

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

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