DC/DC電源模塊在繡花機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　摘要：

　　工業(yè)繡花機(jī)俗稱(chēng)電腦繡花機(jī)，是當(dāng)代最先進(jìn)的繡花機(jī)械，是隨著微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密機(jī)械的發(fā)展和應(yīng)用而逐漸發(fā)展、成熟起來(lái)的一種高自動(dòng)化、高生產(chǎn)效率的光、機(jī)、電技術(shù)相結(jié)合的刺繡設(shè)備。繡花機(jī)是通過(guò)控制主軸電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)協(xié)同配合工作，在布料上按照花樣數(shù)據(jù)形成針跡完成刺繡。控制系統(tǒng)作為電腦繡花機(jī)工作的核心部件，需要配備穩(wěn)定可靠的供電方案，以保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。金升陽(yáng)為客戶提供高可靠、高性能的電源產(chǎn)品，幫助客戶解決控制系統(tǒng)中的供電設(shè)計(jì)難題，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活、簡(jiǎn)便。

　　關(guān)鍵詞：電腦繡花機(jī)、控制系統(tǒng)、隔離電源模塊、隔離系統(tǒng)、啟動(dòng)時(shí)序

　　0.引言

　　我國(guó)的紡織業(yè)歷史悠久，加入世貿(mào)組織后更是成為世界第一紡織品生產(chǎn)大國(guó)，這給刺繡業(yè)帶來(lái)了寬闊的發(fā)展空間。繡花機(jī)是隨著電子技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來(lái)的刺繡設(shè)備，它使傳統(tǒng)的手工繡花實(shí)現(xiàn)高速度、高效率，并且還滿足手工繡花無(wú)法達(dá)到的“多層次、多功能、統(tǒng)一性和完美性”的要求。

　　本文主要介紹了廣州金升陽(yáng)科技有限公司的一種DC/DC電源模塊在繡花機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用解決方案，同時(shí)簡(jiǎn)單描述金升陽(yáng)DC/DC電源模塊的特性。

　　1. 電腦繡花機(jī)的工作原理

　　電腦繡花機(jī)的基本功能就是通過(guò)控制各電機(jī)協(xié)同配合工作，在布料上按照花樣數(shù)據(jù)形成針跡完成刺繡過(guò)程。花樣文件可以通過(guò)如軟盤(pán)、U盤(pán)等存儲(chǔ)介質(zhì)拷貝到控制系統(tǒng)內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，控制系統(tǒng)根據(jù)花樣的要求來(lái)控制電機(jī)及其檢測(cè)機(jī)構(gòu)，使其協(xié)同工作，完成繡花功能。繡花機(jī)工作時(shí)，主軸電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)輪帶動(dòng)針桿上下運(yùn)動(dòng)，而X軸和Y軸的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)著繡框在X、Y軸方向運(yùn)動(dòng)，刺繡品隨繡框運(yùn)動(dòng)，從而刺繡出圖案。當(dāng)需要換色時(shí)，主控制器通過(guò)控制換色電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)換色機(jī)構(gòu)帶動(dòng)換色桿移動(dòng)，將穿有其它顏色線的針換上，繼續(xù)刺繡。電腦繡花機(jī)控制系統(tǒng)由主控電路和外部設(shè)備構(gòu)成，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下。

　　2.DC/DC電源模塊在繡花機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　圖二為繡花機(jī)控制系統(tǒng)供電原理框圖，系統(tǒng)工作情況如下：

　　系統(tǒng)供電說(shuō)明：AC/DC電源輸出36V電壓，分別給DC/DC模塊、主軸電機(jī)、XY步進(jìn)電機(jī)和電壓轉(zhuǎn)換芯片供電，DC/DC模塊輸出5V給顯示屏、主軸電機(jī)中的編碼器供電，同時(shí)通過(guò)LDO芯片轉(zhuǎn)換成3.3V、1.8V電壓給主板CPU供電。

　　工作過(guò)程：系統(tǒng)上電時(shí)，顯示屏、編碼器、主軸電機(jī)、主軸驅(qū)動(dòng)板通過(guò)主板CPU的初始化后正常工作。當(dāng)人按鍵操作顯示屏按鈕，顯示屏將信號(hào)反饋給主板CPU ,CPU將接受的指令內(nèi)部處理，然后將處理后的信號(hào)傳給主軸驅(qū)動(dòng)板，通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)去控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)(方向、轉(zhuǎn)速)，電機(jī)將轉(zhuǎn)軸信息傳給編碼器，編碼器將接受的反饋信號(hào)傳給電機(jī)，并且同時(shí)將信號(hào)傳給CPU、主軸電機(jī)控制板，實(shí)現(xiàn)控制、編碼、顯示等一系列閉環(huán)控制的過(guò)程。

　　3.DC/DC電源在系統(tǒng)應(yīng)用中的工作要求

　　首先，繡花機(jī)在工作過(guò)程中涉及到多個(gè)電機(jī)的控制以及供電，一方面為了防止電源電壓受到其他負(fù)載設(shè)備影響，需要選擇隔離的供電電源;另一方面電機(jī)啟動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的電壓尖峰，需要在電機(jī)前端加大電容抑制尖峰電壓，防止對(duì)同母線其他電路供電有影響;同時(shí)，因電機(jī)內(nèi)部是線圈，瞬間啟動(dòng)需要很大的啟動(dòng)電流，需要供電電源提供足夠的啟動(dòng)功率。

　　其次，在刺繡過(guò)程中，電機(jī)負(fù)載是不斷變化的，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速必須實(shí)行閉環(huán)控制，對(duì)電源功率要求不僅僅保證穩(wěn)態(tài)性能，在瞬間負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)也需要電源能穩(wěn)定、可靠工作， DC/DC模塊應(yīng)當(dāng)在大動(dòng)態(tài)的變化下都保證系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。

　　再次，供電時(shí)主板控制系統(tǒng)正常啟動(dòng)工作后，也是CPU內(nèi)部進(jìn)行初始化的過(guò)程，這時(shí)初始化時(shí)間必須要保證其他系統(tǒng)已經(jīng)正常啟動(dòng)，否則初始化時(shí)讀取的數(shù)據(jù)可能是電源未完全啟動(dòng)的非正常數(shù)據(jù)，從而使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

　　4.DC/DC電源模塊在繡花機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用中的選型方案

　　控制繡花機(jī)動(dòng)作的相關(guān)信號(hào)都通過(guò)主板CPU的端口進(jìn)行傳輸。為了加強(qiáng)控制的抗干擾能力，整個(gè)控制系統(tǒng)各電路板之間都采用12V電壓來(lái)傳輸通信信號(hào)，所有的主控板上輸出控制信號(hào)或輸入到主控板上信號(hào)都通過(guò)光耦進(jìn)行光電隔離。為了保證主控板和其他電路的可靠隔離，DC/DC主電源供電一般要有1500VDC的隔離電壓。

　　電機(jī)和模塊同一母線電壓36V，DC/DC模塊選擇寬輸入電壓范圍18-75V，可與其他型號(hào)的電機(jī)同母線電壓供電(如36V、48V等電壓)，只要AC/DC的輸出電壓和功率滿足要求即可。

　　顯示屏和主軸電機(jī)中的編碼器都是5V供電，而主板CPU的供電電壓是3.3V、1.8V，選擇5V輸出電壓經(jīng)過(guò)LDO進(jìn)行轉(zhuǎn)換，LDO輸入與輸出的低壓差可提高轉(zhuǎn)換效率。DC/DC電源模塊的功率與負(fù)載(顯示屏、編碼器、主板CPU)有關(guān)，相同封裝體積下我們可供選擇電源功率范圍在10W～20W之間。

　　繡花機(jī)的工作環(huán)境溫度一般是常溫，最高溫度可能會(huì)達(dá)到40-50度，低溫下一般在-25度以上，但是在設(shè)備啟動(dòng)、溫度還沒(méi)上升時(shí)可能會(huì)更低。因此推薦選擇-40～85℃的工作溫度。

　　根據(jù)上面的應(yīng)用描述，我們推薦選用金升陽(yáng)URB4805LD-15WR2電源模塊，它具備1500VDC隔離電壓，18-75V輸入電壓范圍，5V穩(wěn)定電壓輸出，15W電源輸出功率，40～85℃的工作溫度范圍，加上模塊的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%，完全不需要在模塊上安裝散熱片就可以可靠工作。

　　5.小結(jié)：

　　隨著我國(guó)紡織行業(yè)的不斷發(fā)展，電腦繡花機(jī)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，人們對(duì)繡花機(jī)的功能和性能也會(huì)越來(lái)越高，控制系統(tǒng)是核心工作器件，對(duì)電源的要求也越來(lái)越高，電源必須具備高性能、高可靠性才能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。