Diseño modular final
Las muchas horas de trabajo dedicadas a la puesta a punto del software, me han permitido también evaluar los puntos mejorables del diseño hardware. Enseguida me di cuenta de que quería un diseño que ocupara aún menos espacio. El desafío es que este hardware, junto con la fuente de alimentación de potencia, y el conversor USB-paralelo, quepan en una caja de unos 75mm de altura. La superfice es de 250x270mm
Siempre es difícil decidirse por una caja para almacenar nuestro equipamiento. En general, las que están específicamente diseñadas para albergar equipos hardware, son caras.
El modelo seleccionado es un diseño del fabricante Vero, y es un producto de gran calidad.
Para lograrlo, necesitaba reducir al máximo la altura de mi diseño hardware. Finalmente, esto ha sido posible substituyendo los Mosfet en encapsulado DPAK o D2PAK, por otros mucho más miniaturizados y caros, destinados al exigente sector del automóvil.
El encapsulado ahora empleado se denomina PowerFLAT. Está diseñado para que el compnente quede soldado a la placa PCB por toda su parte inferior, de forma que ésta actúe como disipador térmico. Además, y gracias a sus excelentes características eléctricas (mínima carga de disparo y resistencia en conducción), sus dimensiones son especialmente pequeñas.
A pesar de esta miniaturización, el sistema sigue estando diseñado para una corriente máxima de 5 Amperios, con un margen de seguridad en la mayoría de los valores empelados, que me asegura la supervivencia del equipo, hasta unos 8 Amperios.
En la imagen se puede observar la diferencia de tamaño entre los diferentes encapsulados.
De izquierda a derecha: D2PAK, DPAK, PowerFLAT.
En las imágenes que se muestran a continuación, se observa el resultado final. Ahora:
- Todas las placas PCB tienen la misma altura. Esto se ha logrado reduciendo mucho la altura de las placas de potencia.
- Las placas de potencia son mucho más estrechas, lo que ha permitido reducir el tamaño de la placa base.
- Se han añadido agujeros en las esquinas de las placas, para poder utilizar separadores y tornillos, con el fin de crear un equipo más robusto.
- Se ha añadido un agujero en el centro de la base, para para un quinto tornillo de base, que impida que la placa PCB se combe.
En números, podemos decir, que:
- La placa base es un 30% más corta.
- La altura de las placas de potencia es un 21% menor.
- La anchura de las placas de potencia es un 28% menor.
Es decir, que a grosso modo, el diseño hardware ocupa un 25-30% menos.
Diseño final, montado.
Una vez recibido el panel con las placas que conforman el proyecto, he tardado un par de tardes en montarlas y probar todo.
He preferido montarlas manualmente, estañando todos los componentes con un soldador tradicional de 14 Vatios, sin usar la pasta de estaño y el horno para componentes SMD, ya que me interesa controlar todo el proceso, e ir revisando las placas a media que las voy montando.
El uso de componentes destinados al sector del automóvil ha encarecido ligeramente la lista de componentes de las placas de potencia, pero a cambio se ha conseguido una gran reducción de su tamaño, lo que las abarata y mejora la usabilidad del conjunto.
En las imágenes se puede apreciar que la longitud del producto ya montado no es mayor que la de un cutter. En dichas imágenes se puede ver la placa base, con el módulo de control y uno de los cuatro módulos de potencia que llevará el equipo completo.
Pruebas del diseño final, en la caja de montaje.
Con el producto ya en su versión definitiva, podemos ver si las medidas son compatibles con la caja que vamos a emplear para montar el sistema CNC destinado a controlar completamente una máquina de hasta 4 ejes, y un motor de hasta 850 vatios de potencia.
La otra placa que se ve en las imágenes es el "Proyecto II. Placa de control para motores de C.C." explicado también en esta Web.
Como curiosidad, en las imágenes se ven multitud de pequeñas cajas etiquetadas, que contienen los componentes electrónicos en formato SMD empleados para montar las placas.
También se ve una hoja impresa en A4, con el módulo de potencia a gran escala. En esta hoja no se han representado pistas de conexión, solo los componentes electrónicos y sus valores. Es lo que se conoce como una "hoja de montaje" u "hoja de fabricación".
