我们的雕刻机电源板 (热转印最终版) 带原理图

armok · 发表于 2009-4-7 13:26:12

先列一下我们的雕刻机的电源版本：

1. 第一版本：开关电源。由于市场上没有我们需要的参数销售，需要到厂家订做。不利于成本、质量控制。
更重要的原因是：我们试订过一只，厂家提供的部件不错，但真正交货时就使用了劣质部件。所以，对国内的开关电源暂时我没有信心。

2. 第二版本：市场上的变压器。5V的输出是1A的。

3. 第三版本：在广州老牌变压器生产厂：白云订做的端子干式变压器（见下面的图片）。5V的输出根据网友的建议，改成3A。

从理论上来说，开关电源是以后的方向。但由于电机供电上的特殊性，与国内的开关电源厂的偷工减料问题，导致我们目前最终的选型是传统变压器。有兴趣的网友以后可以自行升级成开关电源。

以下是我们经过数月严格测试通过的雕刻电源：

(原文件名:SNAG-0009.jpg)

升级过程列表如下：

1. 7805 升级成 LM2575（1A).
2. LM2575 升级成级成 LM2576（3A）。
3. 测试时发现，步进电机供电的整流全桥会有一定的热量发出。
如果不加散热片全桥会过热。但市场上采购到的散热片质量不好。如果我们自行生产散热片成本又会过高并且占用时间。
所以最终改成10A的分立二极管，散热情况大为改善。
4. 电源板没有放置LED发光指示灯，因为其它的板上已经有。
5. 迟些我们将公布批量生产的正规PCB产品。正规产品中，LM2575的空间会增加，方便用户以后加装散热片扩展。
6. 早期的设计是使用方便插拨的插头的。但实际测试时发现容易松脱。国内很难采购到价格合理并且质量过关的插头。
所以，换成下图的拧螺线的端子接线方式。

重要声明：我们的雕刻机全100%使用优质电子零件。本电源板的LM2576，我们会使用价值13元一片的原装进口件，假一罚十。

(原文件名:01.jpg)

(原文件名:01b.jpg)

(原文件名:02.jpg)

(原文件名:03.jpg)

(原文件名:04.jpg)

(原文件名:05.jpg)

(原文件名:06.jpg)

(原文件名:07.jpg)

(原文件名:08.jpg)

(原文件名:09.jpg)

(原文件名:10 花絮－我们的超国际1平方线的解剖效果图.jpg)

附：广州白云厂的端子干式变压器外形参考下图。

(注：此图只有一组输出电压。我们的雕刻机使用的是三组输出的变压器.jpg)

变压器输入220V交流，输出三以下三组交流（总功率145W）：

1. 7.2V 交流，功率15W。供应给接口板、限位开关输入处理电路、手控线路及以后开源活动将加入扩展板等。它也会提供给激光对刀器，LED照明设备。
2. 18V 交流，功率60W。供应给主轴电机
3. 22.7V交流，功率70W，供应给三只步进驱动器与三只步进电机。

引言

我们之前已经讨论通过了：开源雕刻机的供电方案与光电隔离方案.

我们的雕刻机需要三种独立的电源（独立指地线各不相同，并且使用光电隔离达到地线分开的目的）

(原文件名:SNAG-0015.jpg)

上图中主板供电电压是5V，主轴电机目前已经定下是使用24V直流电机，步进驱动芯片定为A3977将使用最高35V供电。

电源功率的选择

电源功率不用盲目加大，电压也要计算准确以适应160V-230V的电网波动。本帖子我试图从数学计算中，找出合理的电源方案。

先提一个计算的数据参考：变压器输出的交流电压，当负载为空时，出来的直流是1.414倍。当负载正常工作经验值是1.33倍。

先讨论5V(后记：我们的早期版本是使用7805，现在改成LM2575)：

5V最简单，5V是供应给接口板、限位开关输入处理电路、手控线路及以后开源活动将加入的MCU扩展板等。它也会提供给激光对刀器，LED照明设备。

上面列出的功率都不大。电流在300mA 就没有问题。即1.5W。  将这个数值提高3倍，即5V的功率5W已经够用。但考虑到以后开源活动的需要，故将这个功率提高至15W，以满足扩展的需要。

目前的控制板使用7805芯片。优点是：噪音低、成熟、外围零件简单。（它的最大输出电流也才1A，所以，以后超过5W的部分，需要另外的电源芯片扩展。以后的电源芯片输入电压可以直接从滤波后获得）。

从7805的数据手册上（ourdev_556903.pdf(文件大小:121K) 点击查看）查得，它的Dropout Voltage(Io=1.0A,Tj=+25°C)，即我们要保证输入7805的直流电压不能低于7V。

我们就将电网电压低至160V时，让输入到7805的电压定为7V。（由于是最低电压计算，保险起见，取1.33计算交直流换算）

电网电压(交流) 设计最低输入直流7V时的电压（直流）设计最低输入直流7V时的电压（交流）
240                      10.5                            7.894736842
220                      9.625                         7.236842105
200                      8.75                            6.578947368
180                      7.875                         5.921052632
160                      7                               5.263157895

结论：5V供电，变压器设计功率是15W，220V交流输出交流是7.2V。它在160-240V交流时能产生 7.25-10.88V的直流，满足7805的使用条件。

主轴电机供电使用24V，11000转直流电机。在我们的测试中，得出的数据是：

空载工作电流是0.4A，即10W。

正常负载是1A，即24W。

电机严重堵转时，不会超过2.5A，即60W。

当电机被堵停时，电流会很大（直流电机的特点）。这时越大的电源功率，会导致电机越容易损坏，应使用保险丝切断电力。

所以，主轴电机正常功率是24W，预算多50%余量，是36W。就算是发生较严重的堵死，也不会超过60W。（发生堵死的时候，刀具肯定已经折断，又立即回到空载状态）。所以，60W的功率已经足够。

主轴电机，就按厂家推荐的24V（24V时是11000转）计算。24 / 1.33 = 18V. 当电网波动时，计算出以下的数值：

电网电压(交流) 设计220V交流输入时，得到24V直流的对应电压（直流）
   240                            26.18181818
   220                            24
   200                            21.81818182
   180                            19.63636364
   160                            17.45454545

在17.45V到26.18V的直流输入下，主轴电机均能正常工作（只是速度有些降低，但不会影响使用）。使用变压器时，可以有效的缓冲启动时的过流问题（变压器相对于开关电源的优势）。

结论：主轴供电，变压器设计功率是60W，220V交流输出交流是18。它在160-240V交流时能产生 17.455-26.18V的直流，满足直流主轴电机的使用条件。

三只步进电机，目前确定是使用1.2A的步进电机（原2.5A步进电机测试不能通过，并且性能没有我们目前选用的1.2A强悍）。在我们的测试中，每只电机的高速电流是0.33A，每只电机的最大电流是0.63A（重要说明：这个电流不是指步进电机的内部电流，是我们从24V电源量得的电流，这样方便功率计算）。

步进电机与主轴直流电机不同，步进电机启动时，电流不会突然增大。步进电机堵转时，电流也不会变大。

所以，我们很容易计算出三只步进电机的最大功率是：0.63*3*24 = 45W。注意，这是三只电机同时达到最大电流时的功率，正常使用这种情况基本很少发生。再增加50%的功率余量，变压器功率定在45*1.5=67.5，取整70W。

我们就将电网电压高至240V时，让输入到A3977的电压定为极限的35V。（由于是最高电压计算，保险起见，取1.414计算交直流换算）

电网电压(交流) 设计240V交流输入时，得到35V直流的对应电压（直流）    对应的交流输出电压（用1.414计算）
240             35                                                 24.75247525
220             32.08333333                                        22.68976898
200             29.16666667                                        20.62706271
180             26.25                                              18.56435644
160             23.33333333                                        16.50165017
结论：三只步进电机及驱动器供电，变压器设计功率是70W，220V交流输出交流是22.7V。它在160-240V交流时能产生 23.33-35V的直流，满足A3977的使用条件。

fsclub · 发表于 2009-4-7 13:30:30

沙发~

h2feo4 · 发表于 2009-4-7 13:32:04

从照片上看，armok用的焊锡质量真不错

fsclub · 发表于 2009-4-7 13:32:30

楼主，你这图要是HIFIDIY的人看到了，会不管三七二十一拿去做集成功放电源的。（5V，前级后级的电压都正好！！！）

bluemidi · 发表于 2009-4-7 13:39:54

不错，又多了一份急切的感觉，呵呵

armok · 发表于 2009-4-7 13:50:11

【2楼】 h2feo4 无机酸
从照片上看，armok用的焊锡质量真不错
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使用的是邮购部有供应的进口锡丝。我们网站的所有样品，均是使用这种锡丝的 :)

【3楼】 fsclub
楼主，你这图要是HIFIDIY的人看到了，会不管三七二十一拿去做集成功放电源的。（5V，前级后级的电压都正好！！！）
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HIFIDIY的人，是看不上我们的电解电容的。功放的电解比较讲究。我们限于成本，是使用普通的电解。

【4楼】 bluemidi
不错，又多了一份急切的感觉，呵呵
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谢谢支持。我一直说：我们会用心工作，会让大家等待得有价值。

gzhunter · 发表于 2009-4-7 14:09:01

看样子是有铅的... ^-^

armok · 发表于 2009-4-7 14:12:42

【6楼】 gzhunter
看样子是有铅的... ^-^
-----------------------
是的。我们这台雕刻机，并不是ROHS无铅产品。对是否含铅没有要求。

fsclub · 发表于 2009-4-7 14:23:01

【3楼】 fsclub
楼主，你这图要是HIFIDIY的人看到了，会不管三七二十一拿去做集成功放电源的。（5V，前级后级的电压都正好！！！）
---------------------------------------
HIFIDIY的人，是看不上我们的电解电容的。功放的电解比较讲究。我们限于成本，是使用普通的电解。
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我说的是牛啊。
其它电解的要求他们也有一会儿东一会儿西，80年代的老电解，照理说里面电解液估计都干了，他们还当极品呢~

armok · 发表于 2009-4-7 14:38:40

【8楼】 fsclub
电解的要求他们也有一会儿东一会儿西，80年代的老电解，照理说里面电解液估计都干了，他们还当极品呢~
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开个玩笑先：按北大孙东东老师的说法，玩HIFI的人，99%是有精神病的。哈哈。。。。

说回正经：玩HIFI的人的确是比较可爱的。到处寻找灵丹妙药。比如有人说用网线做音箱线不错，害得我也做了几条 :)

bluemidi · 发表于 2009-4-7 15:08:01

网线做音箱线还是有些道理的，绕法比较科学，高频损耗应该小些的吧

luangzc · 发表于 2009-4-7 15:52:48

看到的东西越多越迫切啊，呵呵

dland7455 · 发表于 2009-4-7 15:58:44

【10楼】 bluemidi

网线做音箱线还是有些道理的，绕法比较科学，高频损耗应该小些的吧
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网线做音箱线应该是误区吧，网线是用于百兆以上脉冲信号的和几十KHz音频信号差的太远，双绞线分布电感也较大，做音频线也不好，因为音箱线要流过比较大的电流，线材的电阻大小更重要一些，所以就有了什么含银线、镀金插头的所谓“HIFI极品”。

shunba · 发表于 2009-4-7 17:28:21

z这个变压器做功放的DIY,也很牛

h572 · 发表于 2009-4-7 18:15:25

没想到ARMOK用线性电源！！

ilovezeno · 发表于 2009-4-7 20:30:03

我们这电压常年250v...有啥问题不....自己单位里面自带一个变电站....从来没低过230v的....

armok · 发表于 2009-4-7 20:32:35

【14楼】 h572
没想到ARMOK用线性电源！！
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哈，你以为我会用什么？

【15楼】 ilovezeno 鸣
我们这电压常年250v
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我们的设计是160－240V 。 250V只是超一点点，应该没有什么问题吧 :)

sctwp · 发表于 2009-4-7 20:49:31

变压器的纹波小，虽然效率低了一些，如果对空间没有很大限制的话还是不换的好。

armok · 发表于 2009-4-7 20:53:09

【17楼】 sctwp
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这个变压器的性能很好，尤其是电机发生堵死时，大电流也不会出问题。我们暂时没有考虑过要更换啊 :)

1123345 · 发表于 2009-4-7 23:45:36

貌似电机用工频变压确实要好些，开关电源的瞬态响应受反馈延迟影响

我也认为这么合适的变压器会被烧友打劫，阿莫干脆把这个提供单卖吧

LM2576靠电解太近了，会爆吧，我曾经过热点燃过一个钽电容

armok · 发表于 2009-4-7 23:50:10

【19楼】 1123345
也认为这么合适的变压器会被烧友打劫，阿莫干脆把这个提供单卖吧
LM2576靠电解太近了，会爆吧，我曾经过热点燃过一个钽电容
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1.我们的雕刻机每一个配件，甚至一个螺丝也可单独购买。

2.楼主位的已经说明：正式版的PCB，LM2576会有较多的空间，方便客户增加散热片。与电解的距离自然会加宽了。另：LM2576的热量不大。虽然这样，我们也会尽量让它远离电解。正式版的PCCB我刚才计算了一下，是有1.5cm的距离的。

lhyj7080 · 发表于 2009-4-7 23:56:00

LM2576不加散热器没问题吗？

1123345 · 发表于 2009-4-8 00:00:06

我觉的开关电源厂商脑袋被门夹过，东西好点在这里还可以免费打广告，而且这里大多都是潜在用户

armok · 发表于 2009-4-8 00:02:36

【21楼】 lhyj7080 天之黑
LM2576不加散热器没问题吗？
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我的使用经验是1A以内不用加。如果是较大电流比如3A 就要加。

我们的雕刻机正常使用5v时，不会超过1A。所以没有加。

具体的电池与温升，迟些正式版时我们会作一个测试。

szxw2 · 发表于 2009-4-8 09:16:19

13元一片的2567?
3A的降压型DC-DC芯片太多了...

gongnn · 发表于 2009-4-8 09:28:28

建议：端子的焊盘小了些，不牢固。

全桥的质量是不好，但10A的二极管有点过了

armok · 发表于 2009-4-8 09:49:36

【24楼】 szxw2
13元一片的2567?
3A的降压型DC-DC芯片太多了...
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正品货就是这么贵的。如果是国产的仿冒品，便宜的只需要2元。不过我们绝不会使用仿冒的在我们的产品上。

【25楼】 gongnn 魔法师
建议：端子的焊盘小了些，不牢固。
全桥的质量是不好，但10A的二极管有点过了
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焊盘的建议正确。事实上，正式的PCB已经不会搪锡，因为这样会导致生产效率低下而且质量不稳定。所以，正式的PCB无论在焊盘上，或是布线上，均大为加粗了。

“全桥的质量是不好，但10A的二极管有点过了” 。 10A的二极管是没有过份的。原因：

1. 我们测试过，主轴电机的启动瞬间，电流突然会升到8A。（用指针表测试会突然冲到10A的量程）。然后就会降到1A左右。
如果用外力测试将主轴电机堵转，电流也会增加。。
所以，主轴电机上的二极管，应该是需要10A。

2. 步进电机的电流，我们的测试是有3A就够了，给点余量，6A比较标准。

3. 同样的2576的输出电流3A，给点余量，也要4A左右。

所以，需要使用10A，6A，4A的二极管。由于二极管的价格不贵，所以，索性统一使用10A 。又美观，又方便生产与采购。

gongnn · 发表于 2009-4-8 10:22:04

好的，严重支持

armok · 发表于 2009-4-8 11:51:11

【30楼】 wonderboy
阿莫用的热转印铜板邮购部有卖的吗？
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有的。我们制作的样品，全部是使用邮购部的零件的。

goink · 发表于 2009-4-16 12:30:29

.mark

xiaolei0428 · 发表于 2009-7-16 20:58:43

阿莫用的板子可以覆这么锡也没有翘边，看来板子质量真好

2iso · 发表于 2009-10-24 08:54:03

>> 变压器输入220V交流，输出三以下三组交流（总功率145W）：

变压器可以输入110V 吗? 台湾也可以用

armok · 发表于 2009-10-24 09:40:15

【34楼】 2iso
变压器可以输入110V 吗? 台湾也可以用
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目前的版本160V－240V 范围，不支持110V。

qlb1234 · 发表于 2009-12-16 21:48:24

阿莫这个变压器好像很高档啊。多少钱买的？

zhanggli · 发表于 2009-12-17 05:53:46

还是简单实用的好

gougouccnu · 发表于 2010-2-23 22:47:31

标记下，以后再看

zhuanzhuan · 发表于 2010-3-11 12:31:11

回复【9楼】armok 阿莫
【8楼】 fsclub
电解的要求他们也有一会儿东一会儿西，80年代的老电解，照理说里面电解液估计都干了，他们还当极品呢~
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开个玩笑先：按北大孙东东老师的说法，玩HIFI的人，99%是有精神病的。哈哈。。。。
说回正经：玩HIFI的人的确是比较可爱的。到处寻找灵丹妙药。比如有人说用网线做音箱线不错，害得我也做了几条 :)

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这个应该是屏蔽网线吧？
但是怎么也比不上无氧单晶铜的专业线吧

cent · 发表于 2010-3-12 22:59:24

看上去就是艺术品啊

想到我也会有这样一台JJ,心里那个爽啊

307456762 · 发表于 2010-3-12 23:32:37

回复【8楼】fsclub 绿林好汉
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应该是有线电视线或者有线电视线吧网线现在也是掺铁掺铝了有线电视线中间也是铁蕊了当然也有铜蕊

307456762 · 发表于 2010-3-12 23:36:19

回复【20楼】armok 阿莫
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买散件自已组装不知道行不行便宜些主要是不会用等以后有教程了再买

FREEMIND · 发表于 2010-3-14 18:26:57

(原文件名:ourdev_495897.jpg)

阿莫请注意,这个变压器可能是次品

请看标注出来的部分,明显是人为插错片子了...

armok · 发表于 2010-3-14 18:34:34

回复【43楼】FREEMIND
阿莫请注意,这个变压器可能是次品
请看标注出来的部分,明显是人为插错片子了...
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1. 这不是次品。
2. 这些片是人工插入的，另一边是正常的。表明是开料时有些地方尺寸小了。估计是碰到材料的边缘部分，而工作人员舍不得扔掉。
3. 这个是不影响性能的。
4. 国产品大都是这个德性。如果你要100%完美，只有购买几倍价格的进口品，或是自行生产了。
5. 我敢说，广州白云厂变压器的质量，在国内，已经是属于最高水平之一。欢迎寄样品给我们评比。
6. 广州白云厂的做工是比较严谨的，每一片硅钢片均浸漆，而不是像一些小厂拼起来在外面再涂。小厂的产品看起来会整齐些也好看些，但性能不会好的。

armok · 发表于 2010-3-14 18:39:17

回复【42楼】307456762
回复【20楼】armok 阿莫
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买散件自已组装不知道行不行便宜些主要是不会用等以后有教程了再买
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自己买散件，如果在我们这里买，价格会是成品的3倍左右。
如果在外面买，能买到我们的十分一质量已经不错了 :)

warmonkey · 发表于 2010-3-14 18:55:20

这样应该是个别次品，不会出现大量这样的产品。
我自己买的EI变压器都没出现过这种现象。

但是这种问题增大了硅钢片间的间隙，从而增大噪音。这一点比较明显，注意一下就会发现
对性能有点点小影响，主要是会使发热增大，不过这是理论上的，实际上比较难观察到。

话说阿莫为什么不选环形变压器？

hubeilcsun · 发表于 2010-5-14 09:47:06

回复【35楼】armok 阿莫
【34楼】 2iso
变压器可以输入110v 吗? 台湾也可以用
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目前的版本160v－240v 范围，不支持110v。

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中间抽头即可支持110，
R变、C变做电源更好

chys01 · 发表于 2010-5-16 17:23:37

留个脚印

ha2011 · 发表于 2011-5-24 19:42:59

我也留个脚印 :)

zxf0124 · 发表于 2011-5-25 13:26:00

弱弱的问一下阿莫：
电源输入输出线白色的标识叫什么呢？
看起来十分舒服。

htmeicheng1 · 发表于 2011-8-18 15:46:58

做的真漂亮啊

爱上DIY的汤姆猫 · 发表于 2012-7-18 11:29:27

这些东西都很牛，我们这些手上没有多少人民币的工程师，只能望而观叹！！！

msfet · 发表于 2015-11-18 10:03:02

cool 学习一下莫大的开发思维

yufeistudio · 发表于 2015-11-18 11:32:35

漂亮，焊的太好了

智慧星 · 发表于 2015-11-20 12:29:23

学习了，用心做的艺术！哈哈。。。

zx962032 · 发表于 2015-11-20 14:17:37

这个帖子翻得有点深哦

MagicYang · 发表于 2015-11-20 15:04:12

看上去很漂亮
问个小白问题，PCB背面加粗导线用的焊锡是怎么焊上去的？

我们的雕刻机电源板 (热转印最终版) 带原理图

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