HOWICO USB供电的泡沫切割机/封口机控制器

PCB图如下：

成分

描述

HOWICO：USB供电的泡沫切割机/封口机控制器

特征

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

HOWICO 的尺寸可兼容一节 C 电池或两节 AA 电池。

由 USB PD 移动电源或充电器供电，无需一次性电池

带三个 LED 的一键式加热器电源控制和指示灯

初始状态为最低功耗模式（相当于 C/AA 电池）。每次单击该按钮时，加热器功率模式都会升高（直至最高功率模式）。当您按下按钮至少 3 秒钟时，电源模式将变为最低。

PIC16F1503 MCU 将加热器功率控制在编程范围内。

您可以修改程序：电源控制范围、按钮命令、指示灯模式等。

您还可以使用 HOWICO 在家中制作热线切割机。

热丝泡沫切割机

带一节 C 电池

更换豪威科

您还可以使用 HOWICO 在家中制作热线切割机。

方便的热封机

带两节 AA 电池

与豪威

让我们做 HOWICO

如何设计和工作 HOWICO

构成因素

45 毫米 x 25 毫米板尺寸使 HOWICO 适合用于一节 C 或两节 AA 电池的电池座。

带有额外弯曲功能的直角排针与电池座端子匹配。

板的挖出形状允许 USB 电缆的尖端装入电池座。

电力及其控制

使用 USB Type-C 连接器和合适的 USB PD 移动电源或充电器，我们可以消耗高达 5V 3A：15W 的功率。它对于 C 电池供电的泡沫切割机或 AA 电池供电的封口机来说足够强大。（我们的目标不需要更多的电力，虽然许多 USB PD 电源可以提供 9V 3A：27W 或更多）

如果我们将5V电源直接连接到切割机或封口机的加热器上，电流和功率会太大。所以我们用脉宽调制（PWM）来控制功率。

确定电源控制电路

我们使用场效应晶体管 (FET) 作为 PWM 的主要开关器件。 

当 FET 开启时，来自电源的电流会流过加热器和 FET。在这种情况下，由于加热器的低电阻，电流迅速上升并变得过大。

通过在电流路径中插入电感器，可以抑制电流上升速度。

此外，通过在 FET 的漏极和加热器的高边之间添加一个二极管，当 FET 关闭时，电流通过电感器和加热器旁路进入二极管路径并继续。这种运动有助于减少电气和声学噪音。在没有旁路器件的情况下，电感会导致 FET 漏极电压升高得非常高，从而损坏 FET。

零件及其规格选择

微控制器单元 (MCU)

支持 5 V 电源：无需稳压器，输出电压高于 3.3 V 操作之一。

使用 PWM（作为硬件外围设备）

一个开关输入

LED 指示灯的输出

我们选择PIC16F1503。

场效应管

持续漏极电流：ID：>3 A

栅极至源极电压：VGS 至栅极导通：< 4 V

静态漏源导通电阻：RDS(ON)：<100 mOhms：它需要远低于加热器的电阻（约 1 Ohm）

最大功耗（PD）：它需要远高于实际功耗（电流和导通电阻的乘积）。

我们选择 IRLML6344TRPbF。

FET栅极的串行电阻

这是栅极驱动器电流和开关速度之间的权衡。

FET 栅极是栅极驱动器（MCU 的 PWM 输出）的容性负载。因此，需要一个串联电阻来限制电流。

另一方面，开关转换时间与时间常数（串联电阻和栅极电容的乘积）成正比，转换时间越长，开关损耗越大。

MCU 端口的输出电流需要满足推荐值和额定值。

我们选择270欧姆：栅极驱动端口的输出电流对于推荐值25mA有余量，包括后面介绍的下拉电阻。

FET 栅极的下拉电阻

我们应该拉低 PWM 输出端口（FET 门）以避免在配置端口之前打开 FET。

我们选择 1 k ohms，使下拉电阻和端口内部上拉电阻之间的分压低于 FET 栅极的栅极阈值电压。

电感器

额定电流-饱和电流：>3 A

额定电流-温升电流：>3 A

直流电阻：< 100 mA：它需要远低于加热器的电阻（约 1 欧姆）

电感：满足以上条件后电感越大越好

我们选择NR10050T150M：15 uH

二极管

平均正向电流：IF(AV)：>2 A

（因为二极管电流在 FET 关断期间流动，它的平均电流会低于 FET 的）

峰值正向电压：VFM：< 0.5 V：VFM 越低越好：我们选择肖特基势垒二极管 CMS01。

确定 PWM 频率

较高的 PWM 频率通过电感使电流平滑。另一方面，它增加了开关转换时间与周期的比率，则开关损耗（发热）增加，功率控制精度降低。在当前的 HOWICO 设计中，80 kHz 是一个很好的折衷方案。

HOWICO的电路工作波形

PWM 占空比 (30%) 越低，加热器的峰值电压降就越低。这表明电感正确地抑制了电流上升率。

PWM占空比越高（80%），加热器的压降越高。说明PWM占空比控制了加热器功率正常。

当PWM占空比高时，电源电压的波动变大。这是由于移动电源的跟随性和USB线的电压降。