CN110932731B - 一种数模转换装置及变频器调速系统 - Google Patents

一种数模转换装置及变频器调速系统 Download PDF

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Abstract

本申请适用于数模转换技术领域,提供了一种数模转换装置及变频器调速系统,数模转换装置包括光耦转换模块、数字量转换模拟量模块和电压输出调节模块,光耦转换模块的输出端连接数字量转换模拟量模块的数字量输入端,数字量转换模拟量模块的模拟量输出端连接电压输出调节模块的输入端。光耦转换模块对输入的数字量进行光耦转换,输出稳定的数字量信号,数字量转换模拟量模块将数字量信号转换成模拟量信号,电压输出调节模块对模拟量信号进行调节,使得模拟量信号处于所需范围内。因此,该数模转换装置能够对数字量信号进行转换,转换成稳定的、满足所需范围的模拟量信号,实现数字量和模拟量的可靠转换,满足变频器的需求。

Description

一种数模转换装置及变频器调速系统
技术领域
本申请属于数模转换技术领域,尤其涉及一种数模转换装置及变频器调速系统。
背景技术
近年来,随着电子产品的微型化、精密化,电路板上的孔径越来越小,导致印刷电路板钻头的直径也相应减小。如果沿用传统的低速钻削方式,根据切削加工理论,单位时间内材料的切除率将会很低,造成切削加工时间增加、加工效率降低、加工成本升高等弊端,所以对于微小孔的加工应当采用高速钻削的方式。目前用于多层印刷电路板钻削的高速钻孔机的转速都在16万转以上。为满足多层高密度印刷电路板的超微细孔加工的需求,已有主轴转速为350Krpm、250Krpm和270Krpm,且具有良好动态特性的高精度钻床产品面市。
印制电路板钻孔机和成型机设备中,变频器主要控制主轴的转速。与传统主轴不一样,印制电路板钻孔机和成型机的主轴对于转速要求较高,意味着对变频器的转速调节控制的要求较高。但是,目前的数模转换装置无法实现满足变频器,尤其是对于转速要求较高的变频器的需求。
发明内容
有鉴于此,本申请提供了一种数模转换装置及变频器调速系统,以解决现有的数模转换装置无法满足变频器需求的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种数模转换装置,包括:
光耦转换模块;
数字量转换模拟量模块;以及
电压输出调节模块;
所述光耦转换模块的输入端用于输入数字量信号,所述光耦转换模块的输出端连接所述数字量转换模拟量模块的数字量输入端,所述数字量转换模拟量模块的模拟量输出端连接所述电压输出调节模块的输入端,所述电压输出调节模块的输出端用于输出模拟量信号。
在一个实施例中,所述光耦转换模块的输入端输入N位数字量信号,所述光耦转换模块包括N个光电耦合器,各光电耦合器的发光源用于对应输入所述N位数字量信号中的各位数字量信号,所述各光电耦合器的受光器输出连接所述数字量转换模拟量模块的数字量输入端。
在一个实施例中,所述光电耦合器的发光源的输出端用于对应输入所述N位数字量信号中的各位数字量信号,所述光电耦合器的发光源的输入端通过第一电阻连接第一电源,所述各光电耦合器的受光器的输入端通过第二电阻连接第二电源,所述各光电耦合器的受光器的输出端通过第三电阻连接0V电压,所述各光电耦合器的受光器的输出端连接所述数字量转换模拟量模块的数字量输入端。
在一个实施例中,所述电压输出调节模块包括第一运算放大器和第二运算放大器,所述数字量转换模拟量模块的模拟量输出端包括第一模拟量输出端和第二模拟量输出端,所述第一模拟量输出端连接所述第二运算放大器的反相输入端,所述第二模拟量输出端连接所述第二运算放大器的同相输入端,所述第二运算放大器的同相输入端连接0V电压,所述第一运算放大器的同相输入端连接0V电压,所述第一运算放大器的反相输入端通过第一可变电阻器连接所述第一运算放大器的输出端,所述第一运算放大器的输出端通过第一电容连接0V电压,所述第一运算放大器的反相输入端通过第四电阻连接所述第二运算放大器的输出端,所述第二运算放大器的输出端通过第二可变电阻器连接所述第二运算放大器的反相输入端,所述第二运算放大器的输出端通过第三可变电阻器连接所述数字量转换模拟量模块的反馈信号输入端;所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端为所述电压输出调节模块的输出端。
在一个实施例中,所述数模转换装置还包括电源模块,所述电源模块的输入端用于接入运动控制卡的电源电压,所述电源模块连接所述光耦转换模块、数字量转换模拟量模块和电压输出调节模块。
在一个实施例中,所述电源模块包括第一直流转换器和第二直流转换器,所述第一直流转换器的输出端连接所述第二直流转换器的输入端;所述第一直流转换器的输入端用于接入所述运动控制卡的电源电压,所述第一直流转换器的输出端连接所述数字量转换模拟量模块和电压输出调节模块,所述第二直流转换器的输出端连接所述光耦转换模块和数字量转换模拟量模块。
在一个实施例中,所述第二直流转换器包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二电容、第一稳压管和第二稳压管;
所述第一开关管、第五电阻、第六电阻和第七电阻串联设置,所述第一开关管的输入端为所述第二直流转换器的正极输入端,所述第一开关管的输出端为所述第二直流转换器的输出端,所述第七电阻的另一端为所述第二直流转换器的负极输入端,所述第一开关管的输出端通过第八电阻连接第二开关管的控制端,所述第一开关管的控制端连接所述第二开关管的输入端,所述第一开关管的控制端通过所述第九电阻连接所述第二开关管的控制端,所述第二开关管的控制端通过第十电阻和第一稳压管连接所述第一开关管的输入端,所述第二开关管的输出端通过第十一电阻连接所述第五电阻和第六电阻的连接点,所述第一开关管的输入端连接所述第三开关管的输入端,所述第三开关管的输出端连接所述第一开关管的控制端;
所述第四开关管、第十二电阻、第十三电阻和第五开关管串联设置,所述第五开关管的输出端连接所述第二直流转换器的负极输入端,所述第四开关管的输入端连接所述第一开关管的输入端,所述第十二电阻和第十三电阻的连接点通过第六开关管连接所述第五开关管的输出端,所述第五开关管的输入端连接所述第六开关管的控制端,所述第六开关管的控制端连接所述第七开关管的输入端和所述第二电容的一端,所述第七开关管的输出端连接所述第八开关管的输入端、所述第八开关管的控制端和所述第五开关管的控制端,所述第八开关管的输出端通过第十四电阻连接所述第五开关管的输出端;
所述第六电阻和第七电阻的连接点连接所述第九开关管的控制端,所述第九开关管的输入端连接所述第一开关管的控制端,所述第九开关管的输出端通过第十五电阻连接所述第二电容的另一端和所述第七开关管的控制端,所述第九开关管的输出端连接第十开关管的输入端、第十一开关管的输入端和第七开关管的控制端,所述第十开关管的输出端连接所述第十一开关管的控制端,所述第十一开关管的输出端通过第十六电阻连接第五开关管的输出端,所述第十开关管的控制端连接所述第十二开关管的输入端,所述第十二开关管的输出端连接所述第五开关管的输出端,所述第十二开关管的输入端通过第十七电阻连接所述第十三开关管的控制端,所述第十二开关管的控制端通过第十九电阻连接所述第十二开关管的输出端,所述第十三开关管的控制端通过所述第十八电阻连接所述第十四开关管的输出端,所述第十四开关管的输入端连接所述第十五开关管的输出端,所述第十四开关管的控制端连接所述第九开关管的控制端,所述第十二开关管的控制端连接所述第十三开关管的输出端,所述第十三开关管的输入端通过第二十电阻连接所述第十七开关管的输出端,所述第十五开关管的输入端和所述第十七开关管的输入端相连接,所述第十五开关管的输入端连接所述第十六开关管的控制端和所述第十六开关管的输出端,所述第十六开关管的输入端连接所述第一开关管的输入端,所述第四开关管的控制端连接所述第十六开关管的控制端;
所述第十九开关管、第二十一电阻、第二十二电阻和第二十三电阻串联设置,所述第十九开关管的输入端连接所述第一开关管的输入端,所述第二十三电阻的另一端连接所述第五开关管的输出端;所述第十九开关管的输出端连接所述第十五开关管的控制端,所述第二十一电阻和第二十二电阻的连接点连接所述第十七开关管的控制端,所述第二十二电阻和第二十三电阻的连接点连接所述第十八开关管的控制端,所述第十八开关管的输入端连接所述第三开关管的控制端,所述第十八开关管的输出端连接第五开关管的输出端;
所述第二十四电阻的一端连接所述第一开关管的输入端,所述第二十四电阻的另一端连接第十九开关管的控制端,所述第十九开关管的控制端通过所述第二稳压管连接所述第五开关管的输出端。
在一个实施例中,所述数模转换装置还包括用于连接外部设备以接收数字量信号的数字量输入接口,所述数字量输入端口连接所述光耦转换模块的输入端。
在一个实施例中,所述数模转换装置还包括用于输出模拟量信号的模拟量输出接口,所述电压输出调节模块的输出端连接所述模拟量输出接口。
本申请实施例的第二方面提供了一种变频器调速系统,包括:
变频器;以及
如上述本申请实施例的第一方面提供的一种数模转换装置;
所述数模转换装置连接所述变频器,用于输出模拟量信号到所述变频器。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是:光耦转换模块对输入的数字量进行光耦转换,在光耦隔离的作用下输出稳定的数字量信号,数字量转换模拟量模块将数字量信号转换成模拟量信号,然后由电压输出调节模块对模拟量信号进行处理,对数字量转换模拟量模块的输出电压中的超出所需范围内的电压进行调节,使得模拟量信号处于所需范围内。因此,该数模转换装置能够对数字量信号进行转换,转换成稳定的、满足要求的模拟量信号,实现数字量和模拟量的可靠转换,满足变频器的需求,尤其满足对于转速要求较高的变频器的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案,下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例一提供的数模转换装置的第一种整体结构示意图;
图2是本申请实施例一提供的数模转换装置的第二种整体结构示意图;
图3是本申请实施例一提供的数模转换装置的一种具体电路图;
图4是本申请实施例一提供的数模转换装置的第一直流转换器的电路图;
图5是本申请实施例一提供的数模转换装置的第二直流转换器的电路图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本申请实施方式。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本申请。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解,在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样,除非上下文清楚地指明其它情况,否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
为了说明本申请所述的技术方案,下面通过具体实施方式来进行说明。
参见图1,是本申请实施例一提供的数模转换装置的第一种整体结构示意图。为了便于说明,仅示出了与本申请实施例相关的部分。
如图1所示,数模转换装置包括数字量输入接口101、光耦转换模块102、数字量转换模拟量模块103、电压输出调节模块104和模拟量输出接口105,数字量输入接口101连接光耦转换模块102的输入端,光耦转换模块102的输出端连接数字量转换模拟量模块103的数字量输入端,数字量转换模拟量模块103的模拟量输出端连接电压输出调节模块104的输入端,电压输出调节模块104的输出端连接模拟量输出接口105。
数字量输入接口101用于连接外部的数字量输出设备,就变频器控制而言,数字量输入接口101连接运动控制卡,根据运动控制卡数字量输出较多的特点,本数模转换装置中,运动控制卡根据印制电路板钻孔机和成型机系统按照主轴转速要求输出连续的8位数字量,输出到数字量输入接口101。数字量输入接口101用于接收外部输入的数字量,为本数模转换装置的输入接口,比如RS485通信接口。
光耦转换模块102的输入端是接收运动控制卡的数字量输出,控制光耦的信号转换。通过光耦的信号转换,光耦转换模块102的输出端能够输出比较稳定的数字量信号,本实施例中,还可以在光耦转换模块102的输出端设置一个三端稳压芯片,能够有效地稳定光耦转换模块102的输出端电压,比如将数字量信号对应的电压降成5V。
数字量转换模拟量模块103是一款DAC芯片,比如DAC0832芯片,是一款8位的D/A转换集成芯片,具有8位数据输入线。数字量转换模拟量模块103接收光耦转换模块102的输出,将8位数字量转换出一定电压范围内的模拟量信号,比如0-10V的电压信号。
数字量转换模拟量模块103输出的模拟量信号的电压可能会超出预定的电压范围,即可能超过10V也可能低于10V,那么,电压输出调节模块104将数字量转换模拟量模块103输出的模拟量信号调节到10V的电压,使其稳定在0-10V电压范围。
电压输出调节模块104输出的模拟量信号经由模拟量输出接口105输出。模拟量输出接口105可以为本数模转换装置的输出接口,用于与外部设备相连接,比如与变频器106的电压输入端口相连接。模拟量输出接口可以为RS485通信接口,或者与变频器106的电压输入端口相适配的接口。模拟量输出接口105将模拟量信号输出给变频器106,通过电压来控制变频器106,从而调节转速。
数字量输入接口101和模拟量输出接口105设置的目的在于便于与外部设备相连接,作为其他的实施方式,数字量输入接口101和模拟量输出接口105均可以不设置,那么,光耦转换模块102的输入端就成为了本数模转换装置的输入端,电压输出调节模块104的输出端就成为了本数模转换装置的输出端。
参见图2,是本申请实施例一提供的数模转换装置的第二种整体结构示意图。为了便于说明,仅示出了与本申请实施例相关的部分。
如图2所示,数模转换装置包括数字量输入接口201、光耦转换模块202、数字量转换模拟量模块203、电压输出调节模块204、模拟量输出接口205以及电源模块206。数字量输入接口201连接光耦转换模块202的输入端,光耦转换模块202的输出端连接数字量转换模拟量模块203的数字量输入端,数字量转换模拟量模块203的模拟量输出端连接电压输出调节模块204的输入端,电压输出调节模块204的输出端连接模拟量输出接口205,电源模块206连接光耦转换模块202、数字量转换模拟量模块203和电压输出调节模块204。
数字量输入接口201用于连接外部的数字量输出设备,就变频器控制而言,数字量输入接口201连接运动控制卡,根据运动控制卡数字量输出较多的特点,本数模转换装置中,运动控制卡根据印制电路板钻孔机和成型机系统按照主轴转速要求输出连续的8位数字量,输出到数字量输入接口201。数字量输入接口201用于接收外部输入的数字量,为本数模转换装置的输入接口,比如RS485通信接口。
光耦转换模块202的输入端是接收运动控制卡的数字量输出,控制光耦的信号转换。通过光耦的信号转换,光耦转换模块202的输出端能够输出比较稳定的数字量信号。本实施例中,还可以在光耦转换模块202的输出端设置一个三端稳压芯片,能够有效地稳定光耦转换模块202的输出端电压,比如将数字量信号对应的电压降成5V。
数字量转换模拟量模块203是一款DAC芯片,比如DAC0832芯片,是一款8位的D/A转换集成芯片,具有8位数据输入线。数字量转换模拟量模块203接收光耦转换模块202的输出,将8位数字量转换出一定电压范围内的模拟量信号,比如0-10V的电压信号。
数字量转换模拟量模块203输出的模拟量信号的电压可能会超出预定的电压范围,即可能超过10V也可能低于10V,那么,电压输出调节模块204将数字量转换模拟量模块203输出的模拟量信号调节到10V的电压,使其稳定在0-10V电压范围。
电压输出调节模块204输出的模拟量信号经由模拟量输出接口205输出。模拟量输出接口205可以为本数模转换装置的输出接口,用于与外部设备相连接,比如与变频器207的电压输入端口相连接。模拟量输出接口205可以为RS485通信接口,或者与变频器207的电压输入端口相适配的接口。模拟量输出接口205将模拟量信号输出给变频器207,通过电压来控制变频器207,从而调节转速。
电源模块206可以为电源转换模块,用于将外部的直流电或者交流电转换为所需的直流电,也可以是蓄电池等储能设备。为了避免出现数字量输出没有电压对比的问题,电源模块206的输入端必须与运动控制卡的电源电压相连,以接入运动控制卡的电源电压。
以下给出上述相关模块的具体电路结构。
运动控制卡由24V供电,并且,运动控制卡设置有运行指示灯,通过与电阻串联后并在运动控制卡的两端,运动控制卡的两端还并联设置有电容。
设定数字量输入接口201输入N位数字量信号(N≥2),则光耦转换模块202就包括N个光电耦合器2022,本实施例中,为了满足变频器需要,N为8,即数字量输入接口201输入8位数字量信号,数字量输入接口201具有8个数字量信号输出端,光耦转换模块202包括8个光电耦合器2022,数字量输入接口201的8个数字量信号输出端与8个光电耦合器2022一一对应,如图3所示。光电耦合器2022包括发光源和受光器,发光源具体为发光二极管,受光器具体为光敏三极管。数字量输入接口201的各数字量信号输出端连接对应的光电耦合器2022的发光源的输出端,光电耦合器2022的发光源的输入端通过第一电阻2021连接第一电源(具体为+24V),光电耦合器2022的受光器的输入端通过第二电阻2023连接第二电源(具体是+5V),光电耦合器2022的受光器的输出端通过第三电阻2024连接0V电压。
数字量转换模拟量模块203包括DAC芯片2031,DAC芯片2031具体为DAC0832芯片,DAC芯片2031具有8个数字量信号输入端,分别是DI0-DI7;具有两路模拟量信号输出端,分别是第一模拟量输出端和第二模拟量输出端,第一模拟量输出端为Iout1,第二模拟量输出端为Iout2,当输入全为1时Iout1最大,且Iout2与Iout1之和为一常数。DAC芯片2031的其他端口,比如:GND为接地端,GND连接0V电压;Rfb为集成在片内的外接运放的反馈电阻对应的端口,即反馈信号输入端;Vref为基准电压输入端;VCC为电源输入端;WR1为输入寄存器的写选通信号端;WR2为DAC寄存器写选通输入端,WR1和WR2低电平有效;CS为片选信号端,低电平有效;ILE为数据锁存允许控制信号输入端,ILE通过电容2032连接+5V;XFER为数据传送控制信号输入端,低电平有效。图3中给出了相关引脚的连接方式。由于DAC芯片2031为现有芯片,其工作原理属于常规技术,不再赘述。
各光电耦合器2022的受光器的输出端对应连接DAC芯片2031的DI0-DI7。
如图3所示,电压输出调节模块204包括第一运算放大器2041和第二运算放大器2042,DAC芯片2031的Iout1连接第二运算放大器2042的反相输入端,DAC芯片2031的Iout2连接第二运算放大器2042的同相输入端,第二运算放大器2042的同相输入端连接0V电压,第一运算放大器2041的同相输入端连接0V电压,第一运算放大器2041的反相输入端通过第一可变电阻器2043连接第一运算放大器2041的输出端,第一运算放大器2041的输出端通过第一电容2063连接0V电压,第一运算放大器2041的反相输入端通过第四电阻2044连接第二运算放大器2042的输出端,第二运算放大器2042的输出端通过第二可变电阻器2044连接第二运算放大器2042的反相输入端,第二运算放大器2042的输出端通过第三可变电阻器2045连接DAC芯片2031的Rfb。第一运算放大器2041的反相输入端与第一运算放大器2041的输出端为电压输出调节模块204的输出端。本实施例中,第一可变电阻器2043的调节范围为20kΩ,第二可变电阻器2044的调节范围为100kΩ,第三可变电阻器2045的调节范围为1kΩ,第四电阻2044的电阻为10kΩ。
在一个实施例中,为了提供三种电压,电源模块206包括第一直流转换器2061和第二直流转换器2062,第一直流转换器2061的输入端接入运动控制卡的电源电压,为24V,即第一电源,第一直流转换器2061的输出端连接第二直流转换器2062的输入端,第二直流转换器2062的输出端用于输出第二电源。因此,第一直流转换器2061输入的直流电压为24V,第一直流转换器2061的输出端输出的电压为12V,第二直流转换器2062的输出端输出的电压为5V,即第一直流转换器2061为24V转12V模块,第二直流转换器2062为12V转5V模块。±12V电压为第一运算放大器2041和第二运算放大器2062的供电电压。就整体供电而言,第一直流转换器2061的输出端连接数字量转换模拟量模块203和电压输出调节模块204,第二直流转换器2062的输出端连接光耦转换模块202和数字量转换模拟量模块203。
如图3所示,电容2046和电容2047并联设置,一端与DAC芯片2031的GND连接,另一端连接DAC芯片2031的VCC以及第一运算放大器2041和第二运算放大器2062的电源端的正极;电容2048和电容2049并联设置,一端连接0V电压,另一端连接第一运算放大器2041和第二运算放大器2062的电源端的负极,第一运算放大器2041和第二运算放大器2062的电源端的负极连接第一直流转换器2061的-12V。其中,电容2047和电容2049为电解电容。
如图4所示,给出了第一直流转换器2061的一种具体电路,包括DC/DC变换器20611、电感20612、电感20613、电容20614、电感20615、电感20616、电容20617和电容20618,电感20612的一端连接电容20614的一端,电感20613的一端连接电容20614的另一端,电感20612的另一端和电感20613的另一端连接DC/DC变换器20611的高压侧,电感20612和电感20613输入24V直流电压。DC/DC变换器20611的-12V输出端连接电感20615的一端,电感20615的另一端连接电容20617的一端,电容20617的另一端连接DC/DC变换器20611的0V输出端,DC/DC变换器20611的0V输出端连接电容20618的一端,电容20618的另一端连接电感20616的一端,电感20616的另一端连接DC/DC变换器20611的+12V输出端。
如图5所示,给出第二直流转换器2062的一种具体电路结构,包括第一开关管1、第二开关管2、第三开关管3、第四开关管4、第五开关管5、第六开关管6、第七开关管7、第八开关管8、第九开关管9、第十开关管10、第十一开关管11、第十二开关管12、第十三开关管13、第十四开关管14、第十五开关管15、第十六开关管16、第十七开关管17、第十八开关管18、第十九开关管19、第五电阻20、第六电阻21、第七电阻22、第八电阻23、第九电阻24、第十电阻25、第十一电阻26、第十二电阻27、第十三电阻28、第十四电阻29、第十五电阻30、第十六电阻31、第十七电阻32、第十八电阻33、第十九电阻34、第二十电阻35、第二十一电阻36、第二十二电阻37、第二十三电阻38、第二十四电阻39、第二电容40、第一稳压管41和第二稳压管42。本实施例中,第一开关管1、第二开关管2、第三开关管3、第五开关管5、第六开关管6、第七开关管7、第八开关管8、第九开关管9、第十开关管10、第十一开关管11、第十二开关管12、第十三开关管13、第十四开关管14、第十五开关管15、第十七开关管17、第十八开关管18和第十九开关管19为NPN型三极管,第四开关管4和第十六开关管16为PNP型三极管。NPN型三极管而言,输入端为集电极,输出端为发射极,控制端为基极;PNP型三极管而言,输入端为发射极,输出端为集电极,控制端为基极。
如图5所示,第一开关管1、第五电阻20、第六电阻21和第七电阻22串联设置,第一开关管1的输入端为第二直流转换器的正极输入端,用于输入+12V电压;第一开关管1的输出端为第二直流转换器的输出端,用于输出+5V电压;第七电阻22的另一端为第二直流转换器的负极输入端,用于输入0V电压。
第一开关管1的输出端通过第八电阻23连接第二开关管2的控制端,第一开关管1的控制端连接第二开关管2的输入端,第一开关管1的控制端通过第九电阻24连接第二开关管2的控制端,第二开关管2的控制端通过第十电阻25和第一稳压管41连接第一开关管1的输入端(即正极输入端)。第二开关管2的输出端通过第十一电阻26连接第五电阻20和第六电阻21的连接点,第一开关管1的输入端连接第三开关管3的输入端,第三开关管3的输出端连接第一开关管1的控制端。
第四开关管4、第十二电阻27、第十三电阻28和第五开关管5串联设置,第五开关管5的输出端连接第二直流转换器的负极输入端,第四开关管4的输出端连接第一开关管的输入端,第十二电阻27和第十三电阻28的连接点通过第六开关管6连接第五开关管5的输出端,第五开关管5的输入端连接第六开关管6的控制端,第六开关管6的控制端连接第七开关管7的输入端和第二电容40的一端,第七开关管7的输出端连接第八开关管8的输入端、第八开关管8的控制端和第五开关管5的控制端,第八开关管8的输出端通过第十四电阻29连接第五开关管5的输出端。
第六电阻21和第七电阻22的连接点连接第九开关管9的控制端,第九开关管9的输入端连接第一开关管1的控制端,第九开关管9的输出端通过第十五电阻30连接第二电容40的另一端和第七开关管7的控制端,第九开关管9的输出端连接第十开关管10的输入端、第十一开关管11的输入端和第七开关管7的控制端,第十开关管10的输出端连接第十一开关管11的控制端,第十一开关管11的输出端通过第十六电阻31连接第五开关管5的输出端,第十开关管10的控制端连接第十二开关管12的输入端,第十二开关管12的输出端连接第五开关管5的输出端,第十二开关管12的输入端通过第十七电阻32连接第十三开关管13的控制端,第十二开关管12的控制端通过第十九电阻34连接第十二开关管12的输出端,第十三开关管13的控制端通过第十八电阻33连接第十四开关管14的输出端,第十四开关管14的输入端连接第十五开关管15的输出端,第十四开关管14的控制端连接第九开关管9的控制端,第十二开关管12的控制端连接第十三开关管13的输出端,第十三开关管13的输入端通过第二十电阻35连接第十七开关管17的输出端,第十五开关管15的输入端和第十七开关管17的输入端相连接,第十五开关管15的输入端连接第十六开关管16的控制端和第十六开关管16的输出端,第十六开关管16的输入端连接第一开关管1的输入端,第四开关管4的控制端连接第十六开关管16的控制端。
第十九开关管19、第二十一电阻36、第二十二电阻37和第二十三电阻38串联设置,第十九开关管19的输入端连接第一开关管1的输入端,第二十三电阻38的另一端连接第五开关管5的输出端。第十九开关管19的输出端连接第十五开关管15的控制端,第二十一电阻36和第二十二电阻37的连接点连接第十七开关管17的控制端,第二十二电阻37和第二十三电阻38的连接点连接第十八开关管18的控制端,第十八开关管18的输入端连接第三开关管3的控制端,第十八开关管18的输出端连接第五开关管5的输出端。
第二十四电阻39的一端连接第一开关管1的输入端,第二十四电阻39的另一端连接第十九开关管19的控制端,第十九开关管19的控制端通过第二稳压管42连接第五开关管5的输出端。
本实施例提供的第二直流转换器2062的具体电路中的各个电阻、第二电容40、第一稳压管41和第二稳压管42的具体电气参数由实际需要确定。该第二直流转换器2062能够实现12V转5V的可靠转换。
电源模块206给光耦转换模块202和数字量转换模拟量模块203供电,在整个电路中的电源电压与运动控制卡的电源电压相连,否则会出现数字量输出没有电压对比的问题。根据运动控制卡数字量输出较多的特点,取其中连续的8位数字量,接入到数字量输入接口201。数字量输入接口201根据印刷电路板钻孔机和成型机按照主轴转速要求输出数字量。光耦转换模块202的输入端接收运动控制卡的数字量输出,控制光耦的信号转换。数字量转换模拟量模块203包括一款DAC芯片,其接收光耦转换模块202的输出,将8位数字量转换成一个0-10V的电压。数字量转换模拟量模块203的输出电压是根据电源模块206电压的一个对比量,可能超过10V也可能低于10V,所以电压输出调节模块204将输出调节到10V的电压。模拟量输出接口205直接接入变频器207的电压输入端口,通过电压来控制变频器207,从而调节主轴转速,使得主轴的转速满足要求。
而且,本数模转换装置采用两个运算放大器,实现两级调节输出电压。由于DAC芯片2031的Iout1和Iout2输出的是电流,所以须在输出后外接一个运算放大器转换成电压。第一运算放大器2041为二级运算放大器,第二运算放大器2042为一级运算放大器。Iout1接到一级运算放大器的反相输入端,Iout2接到一级运算放大器的同相输入端,那么就从一级运算放大器的输出端输出一个相应的电压。该输出电压分成三个路径,一是连接第二可调电阻器2044反馈到一级运算放大器的反相输入端,作为二级运算放大器的输入;二是连接第三可调电阻器2045连接到DAC芯片2031的Rfb,即参考电压端,使得DAC芯片2031的电压可调并更精确和稳定;三是通过第四电阻2044连接到二级运算放大器的反相输入端。二级运算放大器的同相输入端连接到DAC芯片2031的GND。二级运算放大器的输出端通过第一可调电阻器2043反馈到二级运算放大器的反相输入端。则通过调节可调电阻器,根据可调电阻器/10kΩ电阻的比值,将最终的输出电压限定在0-10V之间,且与DAC芯片2031前的数字量精确对应。
本数模转换装置为结合印刷电路板钻孔机和成型机对于主轴转速要求较高以及运动控制卡有较多的数字量输出的特点而发明的一个数模转换装置。功能模块化,结构简洁,没有复杂的电气元件,各模块焊接方便,不易出错,各模块成本低,方便单独更换和维修,具有较高的经济性,在使用过程中,只需要调节电压输出调节模块204,就能得到一个准确的0-10V的电压,接线简单,调节方便。
本申请实施例二提供了第一种变频器调速系统,包括变频器以及数模转换装置,数模转换装置连接变频器,用于输出模拟量信号到变频器。由于上文中实施例一给出了第一种数模转换装置的具体结构,本实施例就不再赘述。
本申请实施例二提供了第二种变频器调速系统,包括变频器以及数模转换装置,数模转换装置连接变频器,用于输出模拟量信号到变频器。由于上文中实施例一给出了第二种数模转换装置的具体结构,本实施例就不再赘述。
以上所述实施方式仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数模转换装置,其特征在于,包括:
光耦转换模块;
数字量转换模拟量模块;以及
电压输出调节模块;
所述光耦转换模块的输入端用于输入数字量信号,所述光耦转换模块的输出端连接所述数字量转换模拟量模块的数字量输入端,所述数字量转换模拟量模块的模拟量输出端连接所述电压输出调节模块的输入端,所述电压输出调节模块的输出端用于输出模拟量信号;
所述电压输出调节模块包括第一运算放大器和第二运算放大器,所述数字量转换模拟量模块的模拟量输出端包括第一模拟量输出端和第二模拟量输出端,所述第一模拟量输出端连接所述第二运算放大器的反相输入端,所述第二模拟量输出端连接所述第二运算放大器的同相输入端,所述第二运算放大器的同相输入端连接0V电压,所述第一运算放大器的同相输入端连接0V电压,所述第一运算放大器的反相输入端通过第一可变电阻器连接所述第一运算放大器的输出端,所述第一运算放大器的输出端通过第一电容连接0V电压,所述第一运算放大器的反相输入端通过第四电阻连接所述第二运算放大器的输出端,所述第二运算放大器的输出端通过第二可变电阻器连接所述第二运算放大器的反相输入端,所述第二运算放大器的输出端通过第三可变电阻器连接所述数字量转换模拟量模块的反馈信号输入端;所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端为所述电压输出调节模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的数模转换装置,其特征在于,所述光耦转换模块的输入端输入N位数字量信号,所述光耦转换模块包括N个光电耦合器,各光电耦合器的发光源用于对应输入所述N位数字量信号中的各位数字量信号,所述各光电耦合器的受光器输出连接所述数字量转换模拟量模块的数字量输入端。
3.根据权利要求2所述的数模转换装置,其特征在于,所述光电耦合器的发光源的输出端用于对应输入所述N位数字量信号中的各位数字量信号,所述光电耦合器的发光源的输入端通过第一电阻连接第一电源,所述各光电耦合器的受光器的输入端通过第二电阻连接第二电源,所述各光电耦合器的受光器的输出端通过第三电阻连接0V电压,所述各光电耦合器的受光器的输出端连接所述数字量转换模拟量模块的数字量输入端。
4.根据权利要求1所述的数模转换装置,其特征在于,所述数模转换装置还包括电源模块,所述电源模块的输入端用于接入运动控制卡的电源电压,所述电源模块连接所述光耦转换模块、数字量转换模拟量模块和电压输出调节模块。
5.根据权利要求4所述的数模转换装置,其特征在于,所述电源模块包括第一直流转换器和第二直流转换器,所述第一直流转换器的输出端连接所述第二直流转换器的输入端;所述第一直流转换器的输入端用于接入所述运动控制卡的电源电压,所述第一直流转换器的输出端连接所述数字量转换模拟量模块和电压输出调节模块,所述第二直流转换器的输出端连接所述光耦转换模块和数字量转换模拟量模块。
6.根据权利要求5所述的数模转换装置,其特征在于,所述第二直流转换器包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二电容、第一稳压管和第二稳压管;
所述第一开关管、第五电阻、第六电阻和第七电阻串联设置,所述第一开关管的输入端为所述第二直流转换器的正极输入端,所述第一开关管的输出端为所述第二直流转换器的输出端,所述第七电阻的另一端为所述第二直流转换器的负极输入端,所述第一开关管的输出端通过第八电阻连接第二开关管的控制端,所述第一开关管的控制端连接所述第二开关管的输入端,所述第一开关管的控制端通过所述第九电阻连接所述第二开关管的控制端,所述第二开关管的控制端通过第十电阻和第一稳压管连接所述第一开关管的输入端,所述第二开关管的输出端通过第十一电阻连接所述第五电阻和第六电阻的连接点,所述第一开关管的输入端连接所述第三开关管的输入端,所述第三开关管的输出端连接所述第一开关管的控制端;
所述第四开关管、第十二电阻、第十三电阻和第五开关管串联设置,所述第五开关管的输出端连接所述第二直流转换器的负极输入端,所述第四开关管的输入端连接所述第一开关管的输入端,所述第十二电阻和第十三电阻的连接点通过第六开关管连接所述第五开关管的输出端,所述第五开关管的输入端连接所述第六开关管的控制端,所述第六开关管的控制端连接所述第七开关管的输入端和所述第二电容的一端,所述第七开关管的输出端连接所述第八开关管的输入端、所述第八开关管的控制端和所述第五开关管的控制端,所述第八开关管的输出端通过第十四电阻连接所述第五开关管的输出端;
所述第六电阻和第七电阻的连接点连接所述第九开关管的控制端,所述第九开关管的输入端连接所述第一开关管的控制端,所述第九开关管的输出端通过第十五电阻连接所述第二电容的另一端和所述第七开关管的控制端,所述第九开关管的输出端连接第十开关管的输入端、第十一开关管的输入端和第七开关管的控制端,所述第十开关管的输出端连接所述第十一开关管的控制端,所述第十一开关管的输出端通过第十六电阻连接第五开关管的输出端,所述第十开关管的控制端连接所述第十二开关管的输入端,所述第十二开关管的输出端连接所述第五开关管的输出端,所述第十二开关管的输入端通过第十七电阻连接所述第十三开关管的控制端,所述第十二开关管的控制端通过第十九电阻连接所述第十二开关管的输出端,所述第十三开关管的控制端通过所述第十八电阻连接所述第十四开关管的输出端,所述第十四开关管的输入端连接所述第十五开关管的输出端,所述第十四开关管的控制端连接所述第九开关管的控制端,所述第十二开关管的控制端连接所述第十三开关管的输出端,所述第十三开关管的输入端通过第二十电阻连接所述第十七开关管的输出端,所述第十五开关管的输入端和所述第十七开关管的输入端相连接,所述第十五开关管的输入端连接所述第十六开关管的控制端和所述第十六开关管的输出端,所述第十六开关管的输入端连接所述第一开关管的输入端,所述第四开关管的控制端连接所述第十六开关管的控制端;
所述第十九开关管、第二十一电阻、第二十二电阻和第二十三电阻串联设置,所述第十九开关管的输入端连接所述第一开关管的输入端,所述第二十三电阻的另一端连接所述第五开关管的输出端;所述第十九开关管的输出端连接所述第十五开关管的控制端,所述第二十一电阻和第二十二电阻的连接点连接所述第十七开关管的控制端,所述第二十二电阻和第二十三电阻的连接点连接所述第十八开关管的控制端,所述第十八开关管的输入端连接所述第三开关管的控制端,所述第十八开关管的输出端连接第五开关管的输出端;
所述第二十四电阻的一端连接所述第一开关管的输入端,所述第二十四电阻的另一端连接第十九开关管的控制端,所述第十九开关管的控制端通过所述第二稳压管连接所述第五开关管的输出端。
7.根据权利要求1-6任一项所述的数模转换装置,其特征在于,所述数模转换装置还包括用于连接外部设备以接收数字量信号的数字量输入接口,所述数字量输入端口连接所述光耦转换模块的输入端。
8.根据权利要求1-6任一项所述的数模转换装置,其特征在于,所述数模转换装置还包括用于输出模拟量信号的模拟量输出接口,所述电压输出调节模块的输出端连接所述模拟量输出接口。
9.一种变频器调速系统,其特征在于,包括:
变频器;以及
如权利要求1-8任一项所述的数模转换装置;
所述数模转换装置连接所述变频器,用于输出模拟量信号到所述变频器。
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