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Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen

geschrieben von Peter1956 
Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
25. January 2018 06:45
Für den Umbau ist folgendes zu beachten/berücksichtigen:

- Arduino MEGA muss eigens versorgt werden
- RAMPS muss modifiziert werden

Zunächst zum Arduino MEGA (im Folgenden immer MEGA genannt).
Welche Möglichkeiten für die MEGA-Versorgung gibt es, wo liegen die Vor- und Nachteile und was ist zu beachten.

1. MEGA-Versorgung mit einem eigenen 9-12V Netzgerät über die schwarze Buchse
Vorteile:
- Die 24V Leistung kann vom MEGA ein- bzw. ausgeschaltet werden (PS-ON)
- Die Logik-Spannung bleibt nach dem Abschalten der 24V Leistung weiter vorhanden

Nachteile:
- Zweites Netzgerät wird benötigt
- Etwas unzuverlässige, nicht verrastende Steckverbindung
- Alle am MEGA angeschlossenen Komponenten wie Display, WLAN SD-Karte, etc. belasten den 5V Längsregler des MEGA


2. MEGA-Versorgung über die USB-Schnittstelle mit einem PC / Notebook / USB-Netzteil
Vorteile:
- Die 24V Leistung kann vom MEGA ein- bzw. ausgeschaltet werden (PS-ON)
- Die Logik-Spannung bleibt nach dem Abschalten der 24V Leistung weiter vorhanden
-

Nachteile:
- Es wird immer ein PC / Notebook / USB-Netzgerät benötigt
- Alle am MEGA angeschlossenen Komponenten wie Display, WLAN SD-Karte, etc. belasten die USB-Schnittstelle

Zu Beachten:
Eine USB 2.0 Schnittstelle stellt maximal 500mA zur Verfügung.
Die theoretisch möglichen 800mA einer USB 3.0 Schnittstelle oder die noch höhere Leistung eines USB-Netzteils
können nicht ausgenutzt werden, da die USB-Schnittstelle auf dem MEGA mit 500mA abgesichert ist.


3. Indirekte MEGA-Versorgung mit einem DC/DC-Wandler auf dem RAMPS
Vorteile:
- Nur ein Netzgerät
- RAMPS für 24V mit integriertem DC/DC Wandler ist bereits erhältlich
- Funktioniert genauso, wie mit einem Standard RAMPS mit 12V Versorgung

Nachteile:
- DC/DC-Wandler auf dem RAMPS oder modifiziertes RAMPS wird benötigt
- DC/DC-Wandler muss die Leistung für MEGA und angeschlossene Komponenten wie Display, WLAN SD-Karte, etc. liefern können
- Der 5V Längsregler auf dem MEGA wird weiterhin belastet
- Abschalten der 24V-Versorgung schaltet auch den MEGA (Logik) ab



Mein Ziel ist es, die 24V Leistung des Druckers mit dem MEGA Ein- und Ausschalten zu können. Daher scheidet die Möglichkeit 3 bereits aus.

Meine Realisierung

Offiziell kann der Arduino nur über die USB-Schnittstelle oder über den VIN-Eingang (schwarze Buchse oder VIN-Pin auf der Shield-Schnittstelle) versorgt werden.
Wird die Versorgung über VIN gewählt, so ist zu beachten, dass die minimale Spannung an VIN 7V DC beträgt.
Bei geringerer Spannung wird der MEGA nicht einwandfrei oder sogar überhaupt nicht arbeiten.
Weiterhin ist zu beachten, dass die VIN-Spannung über den internen Spannungsregler des Arduino auf 5V geregelt wird.
Dies ist insofern relevant, da dieser Spannungsregler Leistungsmäßig sehr begrenzt ist. Er ist primär nur für die Versorgung des MEGA ausgelegt.
Kommen jetzt noch zusätzliche Verbraucher (Display, insbesondere das Full Graphic Display, WLAN SD-Karte, etc.) hinzu,
so ist der Regler schnell überlastet. Er wird sehr heiß und die 5V-Versorgung kann temporär zusammenbrechen (MEGA bootet neu) oder der Regler wird sogar zerstört.
Clones sind da oft sogar noch anfälliger.

Eine Lösung dieses Problems wäre, den internen 5V Regler gegen einen guten DC-DC Wandler zu ersetzen.
Das ist aber mit etwas Aufwand und Kosten verbunden und damit nicht jedermanns Sache.

Es gibt aber noch eine weitere, eine 4. Möglichkeit.
Man kann den MEGA auch direkt mit 5V versorgen. Der interne Regler wird so umgangen.
Dieses Vorgehen wird aber offiziell aus gutem Grund wegen möglicher Zerstörung nicht empfohlen.
Werden die 5V direkt mit einem externen Netzgerät eingespeist funktioniert nämlich die automatische Umschaltung zwischen USB- und VIN-Versorgung nicht mehr.
Wegen der fehlenden VIN-Spannung ist T1 permanent leitend und die USB-Verbindung des MEGA wird dann rückwärts mit der 5V-Versorgung des externen Netzgerätes gespeist.
Das ist insofern kritisch, wenn zusätzlich ein Rechner über USB mit dem MEGA verbunden wird. Dann nämlich arbeiten die beiden 5V-Potentiale gegeneinander.
Selbst bei einem Spannungsunterschied von nur wenigen mV können so relativ hohe Ströme fließen und zur Zerstörung des MEGAs und/oder der USB-Schnittstelle des Rechners führen.

Nun gibt es die verbreitete Meinung, dass es dann doch genügt, die 5V-Leitung des USB-Kabels zu unterbrechen.
Ja, mal abgesehen von der Fummelarbeit an einem USB-Kabel wird das funktionieren.
Irgendwann aber wird unglücklicherweise doch einmal ein nicht modifiziertes USB-Kabel verwendet und schon ist es passiert, der Arduino und/oder der Rechner sind beschädigt.

Aber hier gibt es eine, meiner Meinung nach einfache und effiziente, Lösung. Die funktioniert zumindest bei einem Arduino MEGA 2560 R3 einwandfrei.
Abhilfe schafft hier das Auslöten der Sicherung F1 auf dem MEGA.
Der Arduino MEGA ist dann zwar immer auf die externen 5V angewiesen (USB-Kabel alleine reicht nicht mehr) aber die USB-Funktionalität ist vollständig gegeben, auch ohne modifiziertes Kabel.
Einen Nachteil hat diese Vorgehensweise aber doch.
Soll der MEGA eventuell wieder nur mit einem 9-12V-Netzeil (VIN) versorgt werden, wird ein über USB angeschlossener Rechner den MEGA nicht mehr erkennen,
da bei vorhandenem VIN-Potential > 6,6V der Transistor T1 sperrt und der ATMEGA16U2 damit nicht mehr versorgt wird.
Das funktioniert also nur noch mit der direkten 5V-Versorgung korrekt.

Unbedingt beachten!
Niemals den MEGA mit beiden Stromversorgungen (externes 12V-Netzteil über die schwarze Buchse oder VIN-Pin des MEGA und der externen 5V Direktversorgung) gleichzeitig betreiben.
Auf dem Board würden dann wieder zwei unterschiedliche 5V-Potentiale gegeneinander arbeiten.

Ich habe mich für diese Möglichkeit entschieden. Dafür brauche ich ein zusätzliches 5V Netzteil mit ausreichender Leistung.

Das folgende Bild zeigt die ausgelötete Sicherung F1,





Kommen wir zum RAMPS

Die Modifikation eines RAMPS für den Betrieb mit 24V setzt folgendes voraus:

- Die Elkos auf dem RAMPS müssen für mindestens 35V ausgelegt sein.

Erfüllen die Elkos die Spannungsanforderung nicht, besorgt man sich besser ein neues RAMPS, welches die Voraussetzungen erfüllt.
Ein Umbau ist schwierig und lohnt den Aufwand nicht.

Es sind mittlerweile zwei RAMPS Versionen im Umlauf. RAMPS 1.4 und RAMPS 1.5.
Meinen ersten Umbau habe ich auf der am weitesten verbreiteten Version 1.4 gemacht.
Bei der Version 1.5 lassen sich die Modifikationen aber leichter bewerkstelligen.
Ich versuche, den Umbau für beide Versionen zu beschreiben.

Meine Realisierung(en)

Diode D1 entfernen:
Der MEGA wird im Normalfall über die Diode D1 auf VIN mit der Versorgungsspannung des RAMPS versorgt.
Daher muss diese Diode bei einer Versorgungsspannung >12V entfernt werden.
Beim RAMPS 1.5 ist die Diode D1 ein SMD-Bauteil und lässt sich daher sehr einfach entfernen.

ACHTUNG!
Wird dies nicht korrekt gemacht oder vergessen, so hat das beim Einschalten der RAMPS-MEGA Kombination den sofortigen Tod des MEGAs zur Folge!

Foliensicherungen F1 und F2 ersetzen:
Hat das RAMPS Foliensicherungen (Polyfuses) so müsse auch die entfernt und gegen geeignete Sicherungen (z.B. KFZ-Sicherungen) ausgetauscht werden
da die Foliensicherungen nicht für die höhere Spannung geeignet sind.
Will man das Board extern absichern, so können die Foliensicherungen auch durch einen Draht geeigneten Querschnitts ersetzt werden.

Ich betreibe Hotend und Heizbett über SSRs bzw. PWM-taugliche FET-Schaltungen.
Damit muss ich mir über die Onboard FETs, insbesondere über deren Kühlung, und über die Stromtragfähigkeit der RAMPS Leiterbahnen und Steck- und Klemmverbindungen keine Gedanken machen.
Beim RAMPS 1.5 sind F1 und F2 als SMD-Sicherungenausgeführt. Diese sind auch für 24V geeignet müssen nicht zwangsläufig ausgetauscht werden.
Auch hier kann man bei externer Absicherung Brücken löten.
Die Stromtragfähigkeit der Leiterbahnen soll bei der Version 1.5 höher sein. Diese Aussage gilt aber leider nicht für die FETs und die Klemm- und Steckverbindungen.

RAMPS 1.4 Vorwiderstände R23, R24 und R25 anpassen:
Die Vorwiderstände für die LEDs 2, 3 und 4 sind mit 1,8 kOhm für 12V ausgelegt.
Bei 24V fließt gut der doppelte Strom durch diese LEDs, was deren Lebensdauer verkürzen kann/wird. Daher sollten streng genommen auch diese Vorwiderstände angepasst werden.
Ich habe die Vorwiderstände auf 3,6 kOhm vergrößert (besser sind hier 4,7kOhm).
Das kann für den ungeübten eine kniffelige Angelegenheit werden da der Zugang durch große Bauteile erschwert ist.
Entsprechend meiner noch nicht vorhandenen SMD-Löterfahrung ist auch das Ergebnis ausgefallen. Aber es funktioniert.

RAMPS 1.5 Vorwiderstände R12, R16 und R18 anpassen:
Hier gelten die gleichen Aussagen wie beim RAMPS 1.4. Die Widerstände und LED haben aber eine andere Nummerierung.
Ich habe die Vorwiderstände für die Dioden D3,D4 und D6 hier durch 4,7kOhm Widerstände ersetzt. Die LEDs leuchten damit auch bei Betrieb mit 12V ausreichend hell.
Bei der Modifikation des RAMPS 1.5 stand mir besseres Lötequipment (Heißluft Entlöter, SMD-Lötkolben und Mikroskop) zur Verfügung. Entsprechend besser ist das Ergebnis ausgefallen.

Bilder des RAMPS 1.4 Umbaus












Bilder des RAMPS 1.5 Umbaus







Der Beitrag ist hier schon etwas groß geraten.
Daher werde ich bei Interesse den weiteren Aufbau und die Verdrahtung, insbesondere mit dem RAMPS Fan-Extenter, in einem weiteren Beitrag beschreiben

Edit: Doppelte Einträge beseitigt

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 25.01.18 13:56.


Gruß
Peter

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Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
25. January 2018 11:05
Sehr schön gemacht.thumbs up

Nachtrag:
Falls Viktor mit leist. Das wäre ein Link zum Anpinnen ganz oben im Startbeitrag.

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 25.01.18 11:54.


Liebe Grüße aus Henstedt-Ulzburg.
Frithjof
Meine Seite
[www.facebook.com]
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
25. January 2018 12:50
Hallo,

schöner Beitrag, aber kann es sein das Du das erste Stück von deinem Beitrag (Punkt 1-3) dreimal hintereinander gepostet hast, oder bin ich gerade nur zu müde zum lesen?!

Ansonsten gerne weiter schreiben. grinning smiley


Gruß
Gregor
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
25. January 2018 13:52
@ The Hidden
Du hast recht, aber das Forum ist zur Zeit so langsam, das mir das entgangen ist.


Gruß
Peter

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Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
06. February 2018 05:53
Hey super Beitrag,

hab ich das recht verstanden, dass ich auch so mein Problem mit dem überhitzten Spannungsregler am Arduino lösen kann?

1) Sicherung auf Arduino entfernen
2) D1 auf Ramps entfernen
3) Externe 5V Spannungsregler mit mehr Power auf Ramps 5V Anschluss legen (+ evtl. gleich die Servo Anschlüsse mitversorgen)

Damit sollte nun auch kein Problem mit Standalone Betrieb (mit überhitzten Regler) oder mit standard USB Kabeln auftauchen.
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
06. February 2018 13:57
@Rossini

Ja,
aber vergiss nicht, dass RAMPS extern abzusichern.
Außerdem solltest Du auch die USB-Sicherung auf dem MEGA entfernen oder ein modifiziertes USB-Kabel verwenden.


Gruß
Peter

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Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
12. February 2018 14:05
Danke das erklärt die Rauchzeichen an meinem Mega
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
13. May 2018 22:05
1 Viel zu aufwendig und teuer
2 Keine dauerhafte Verbesserung

Warum nicht einfach unseren schon vor 6 Jahren entwickelten
Taurino Power verwenden
Einfach anstecken und nie mehr Probleme


1 Echte kurzschlussfeste 800mA Power durch Schaltnetzteil mit LT1933 auf dem Taurino Power
2 Eingangspannung maximal 35V
3 Echter Atmega 16U2 USB Treiber keine China Firlefanz gelumpe
4 3 facher Daten durchsatz über usbport gegenüber Original mit bis zu 2 MBit !!!
Kein kurzer stillstand des Druckers ( wie ab und an beim Orginal ) wenn über USB angesteuert !
Taurino Power Wiki


Hardwarekiller

3-mal bearbeitet. Zuletzt am 13.05.18 22:11.



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Seit 2011 nun im 3D Druck-Treffen jeden Mitw 19.00 Uhr - openend
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Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
22. May 2018 16:54
Mal ne Frage: Warum wird eigentlich dieser Thread immer oben angezeigt, obwohl er keine Markierung als wichtiger Thread hat?

Ich schaue schon mal rein, und dann sehe ich immer diesen Artikel oben und denke, na, da hat wohl niemand was neues geschrieben. ist echt verwirrend.


liebe Grüße

Minihawk

*** In Wirklichkeit ist die Realität ganz anders ***
VDX
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
22. May 2018 17:49
... siehst du die "Glocke" vor dem Beitrag? - laut Edit-Liste habe ich den Startbeitrag am 25. Januar bereinigt und "angepinnt" ... ab dann ist's der erste Beitrag in diesem Subforum ...


Viktor
--------
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Call for the project "garbage-free seas" - [reprap.org]
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
23. May 2018 04:02
Gestern war noch die Fahne, heute das Glöckchen. Danke!


liebe Grüße

Minihawk

*** In Wirklichkeit ist die Realität ganz anders ***
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
23. May 2018 11:42
Quote
Minihawk
Mal ne Frage: Warum wird eigentlich dieser Thread immer oben angezeigt, obwohl er keine Markierung als wichtiger Thread hat?

Ich schaue schon mal rein, und dann sehe ich immer diesen Artikel oben und denke, na, da hat wohl niemand was neues geschrieben. ist echt verwirrend.
thumbs down
1 Ist das hier nicht Thema im Tread !

2 gehört solch eine Frage auch nicht in diesen Treadthumbs down
sondern DA wo er hingehört
und zwar in
Internes zu Forum & Wiki

Und noch was du must NICHT immer einfach mal was Posten was
a.
absolut nicht in diesen Tread gehört und
b. nur um Seitenlang immer als "ich hab das letzte Wort im Tread" im Tread zu stehen


Hardwarekiller



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Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
23. May 2018 11:59
@Hardwarekiller: Es gehörte hier in den Thread, da dieser Thread bis gestern oder vorgestern mit einem Fähnchen markiert war, also nicht mit einem Glöckchen. Wird nichgt nur bei mir so gewesen sein.
Es ist glaube ich nicht Deine Aufgabe, hier den Moderator zu spielen, wenn dem doch so ist, so sollte eine passende Markierung bei Dir sichtbar sein.
VDX wird das garantiert bereinigen, wenn er der Meinung ist, dass meine Posts (und Deiner) hier nichts zu suchen haben.


liebe Grüße

Minihawk

*** In Wirklichkeit ist die Realität ganz anders ***
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
23. May 2018 21:45
Quote
Minihawk
Es gehörte hier in den Thread, .


Fragen zu Forumfunktionen gehören nicht in den Tread direkt sondern
als Frage in den Bereich

Internes zu Forum & Wiki
(Fragen über das Forum, Probleme mit der Technik und Diskussionen zur Strukturierung des Forums und möglichen Verbesserungen)

Damit alle was davon haben und nicht nur einer der es nicht verstehen will oder kann und irgendwo was reinpostet

Und der Restmüll der hier auch nicht hingehört kannst du behalten


Hardwarekiller



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Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
11. October 2018 01:17
Hallo allen

Während der Suchen bin ich auf diesem post gefallen, kann man dieselben Änderungen auf einem ramps 1.6 machen ? Um in 24 v zu gehen

Für meine deutsche Sprache betrübt, benutze ich einen translator

Viele danke

Budi67
Re: Arduino MEGA-RAMPS-Kombi für den Betrieb mit 24V umbauen
11. October 2018 03:44
Hallo Budi67,

Radio Eriwan: Im Prinzip ja, aber ...
Ich habe den Umbau mit einem RAMPS 1.5 erfolgreich absolviert. Ein RAMPS 1.6 habe ich noch nicht in den Händen gehabt.
Es gibt aber zu den Versionen 1.5 und 1.6 leider sehr wenig bis gar keine Dokumentation.
Der Schaltplan der V1.4 ist aber weitgehend identisch mit der von der V1.5. Lediglich das Lyaout ist etwas verändert.
Wie es bei der V1.6 aussieht, weiß ich aber leider nicht.



Bild von meiner Modifikation auf 24V.


Gruß
Peter

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