DC/DC電源模塊在繡花機控制系統(tǒng)中的應用

　　摘要：

　　工業(yè)繡花機俗稱電腦繡花機，是當代最先進的繡花機械，是隨著微電子、計算機技術、精密機械的發(fā)展和應用而逐漸發(fā)展、成熟起來的一種高自動化、高生產效率的光、機、電技術相結合的刺繡設備。繡花機是通過控制主軸電機和步進電機協(xié)同配合工作，在布料上按照花樣數據形成針跡完成刺繡。控制系統(tǒng)作為電腦繡花機工作的核心部件，需要配備穩(wěn)定可靠的供電方案，以保證控制系統(tǒng)的正常運行。金升陽為客戶提供高可靠、高性能的電源產品，幫助客戶解決控制系統(tǒng)中的供電設計難題，使系統(tǒng)設計更加靈活、簡便。

　　關鍵詞：電腦繡花機、控制系統(tǒng)、隔離電源模塊、隔離系統(tǒng)、啟動時序

　　0.引言

　　我國的紡織業(yè)歷史悠久，加入世貿組織后更是成為世界第一紡織品生產大國，這給刺繡業(yè)帶來了寬闊的發(fā)展空間。繡花機是隨著電子技術和機電一體化技術的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的刺繡設備，它使傳統(tǒng)的手工繡花實現(xiàn)高速度、高效率，并且還滿足手工繡花無法達到的“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科技有限公司的一種DC/DC電源模塊在繡花機控制系統(tǒng)中的應用解決方案，同時簡單描述金升陽DC/DC電源模塊的特性。

　　1. 電腦繡花機的工作原理

　　電腦繡花機的基本功能就是通過控制各電機協(xié)同配合工作，在布料上按照花樣數據形成針跡完成刺繡過程?；游募梢酝ㄟ^如軟盤、U盤等存儲介質拷貝到控制系統(tǒng)內部的存儲器中，控制系統(tǒng)根據花樣的要求來控制電機及其檢測機構，使其協(xié)同工作，完成繡花功能。繡花機工作時，主軸電機通過傳動輪帶動針桿上下運動，而X軸和Y軸的步進電機帶動著繡框在X、Y軸方向運動，刺繡品隨繡框運動，從而刺繡出圖案。當需要換色時，主控制器通過控制換色電機轉動，通過換色機構帶動換色桿移動，將穿有其它顏色線的針換上，繼續(xù)刺繡。電腦繡花機控制系統(tǒng)由主控電路和外部設備構成，控制系統(tǒng)的結構框圖如下。

　　2.DC/DC電源模塊在繡花機控制系統(tǒng)中的應用

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

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

　　工作過程：系統(tǒng)上電時，顯示屏、編碼器、主軸電機、主軸驅動板通過主板CPU的初始化后正常工作。當人按鍵操作顯示屏按鈕，顯示屏將信號反饋給主板CPU ,CPU將接受的指令內部處理，然后將處理后的信號傳給主軸驅動板，通過驅動信號去控制電機的轉動(方向、轉速)，電機將轉軸信息傳給編碼器，編碼器將接受的反饋信號傳給電機，并且同時將信號傳給CPU、主軸電機控制板，實現(xiàn)控制、編碼、顯示等一系列閉環(huán)控制的過程。

　　3.DC/DC電源在系統(tǒng)應用中的工作要求

　　首先，繡花機在工作過程中涉及到多個電機的控制以及供電，一方面為了防止電源電壓受到其他負載設備影響，需要選擇隔離的供電電源;另一方面電機啟動瞬間會產生很高的電壓尖峰，需要在電機前端加大電容抑制尖峰電壓，防止對同母線其他電路供電有影響;同時，因電機內部是線圈，瞬間啟動需要很大的啟動電流，需要供電電源提供足夠的啟動功率。

　　其次，在刺繡過程中，電機負載是不斷變化的，因此電機轉速必須實行閉環(huán)控制，對電源功率要求不僅僅保證穩(wěn)態(tài)性能，在瞬間負載動態(tài)變化時也需要電源能穩(wěn)定、可靠工作， DC/DC模塊應當在大動態(tài)的變化下都保證系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。

　　再次，供電時主板控制系統(tǒng)正常啟動工作后，也是CPU內部進行初始化的過程，這時初始化時間必須要保證其他系統(tǒng)已經正常啟動，否則初始化時讀取的數據可能是電源未完全啟動的非正常數據，從而使系統(tǒng)產生誤動作。

　　4.DC/DC電源模塊在繡花機控制系統(tǒng)應用中的選型方案

　　控制繡花機動作的相關信號都通過主板CPU的端口進行傳輸。為了加強控制的抗干擾能力，整個控制系統(tǒng)各電路板之間都采用12V電壓來傳輸通信信號，所有的主控板上輸出控制信號或輸入到主控板上信號都通過光耦進行光電隔離。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，可與其他型號的電機同母線電壓供電(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輸出電壓經過LDO進行轉換，LDO輸入與輸出的低壓差可提高轉換效率。DC/DC電源模塊的功率與負載(顯示屏、編碼器、主板CPU)有關，相同封裝體積下我們可供選擇電源功率范圍在10W～20W之間。

　　繡花機的工作環(huán)境溫度一般是常溫，最高溫度可能會達到40-50度，低溫下一般在-25度以上，但是在設備啟動、溫度還沒上升時可能會更低。因此推薦選擇-40～85℃的工作溫度。

　　根據上面的應用描述，我們推薦選用金升陽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，加上模塊的轉換效率高達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：

　　隨著我國紡織行業(yè)的不斷發(fā)展，電腦繡花機也得到了越來越廣泛的應用，人們對繡花機的功能和性能也會越來越高，控制系統(tǒng)是核心工作器件，對電源的要求也越來越高，電源必須具備高性能、高可靠性才能滿足系統(tǒng)設計的要求。