CN115091018A - 一种用于焊线机的集成驱动系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业控制技术领域，提供了一种用于焊线机的集成驱动系统及方法，所述系统包括：四阶滤波电路，用于接收控制电路输出的差分指令，差分指令经差分转单端、四阶滤波以及限波后，输出处理后的电流或电压指令至跟随产生电路；驱动电路，与所述跟随产生电路连接，并驱动音圈电机、压电线夹和压电换能器动作，同时将音圈电机、压电线夹和压电换能器的实际输出电流或电压反馈到控制电路，形成电流或电压闭环控制。本发明可使在焊线过程中，增强各模块驱动动作的实时性，避免了通讯时延，还提高了产品的质量。

Description

一种用于焊线机的集成驱动系统及方法
技术领域
本发明属于工业控制领域，尤其涉及到半导体封装行业自动化设备，特别是涉及一种用于焊线机的集成驱动系统及方法。
背景技术
焊线机又称热压超声焊线机，通过利用热、压力和超声三者的结合来实现芯片电极与支架引脚间的金属引线的焊接，焊接的品质与热、压力和超声三者紧密相关，其压力大小与音圈电机的驱动相关，超声大小与压电换能器的控制相关，压电线夹在焊线过程中的开关动作时间与音圈电机动作时间的时序配合，对焊线品质线弧的一致性有着很大的影响。
目前，国内音圈电机驱动器、压电换能器和压电线夹的开关控制器，均主要靠进口或者是自制的单独模块，其中，进口模块价格高，且采购周期不可控，自制的单独模块在焊线过程中各模块的动作需要通过两两间的通讯来决定下一步的动作，因此，实时性不好，并且存在一定的通讯延时，且在恶劣的电磁环境下通讯易受到干扰(如图6所示)，因此，对焊接的品质、线弧的一致性和生产速度有着非常大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于焊线机的集成驱动系统及方法，可以解决采用单独模块在焊线过程中各模块的驱动动作实时性不强，存在通讯时延，且相互间的通讯在恶劣的电磁环境下易受到干扰，导致对焊接线弧的一致性和生产速度有着非常大影响的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供的用于焊线机的集成驱动系统的技术方案具体如下：
第一方面，本发明公开了一种用于焊线机的集成驱动系统，包括：
RJ45接口；
PHY网络单元电路，用于通过所述RJ45接口接收HJMC_NET发送来的音圈电机控制指令；
FPGA，用于与PHY网络单元电路连接，并产生与音圈电机控制指令对应的输出指令；
控制电路，用于接收FPGA产生的电流或电压指令，并输出差分指令；
四阶滤波电路，用于接收控制电路输出的差分指令，差分指令经差分转单端、四阶滤波以及限波后，输出处理后的电流或电压指令至跟随产生电路；
驱动电路，与所述跟随产生电路连接，并驱动音圈电机、压电线夹和压电换能器动作，同时将音圈电机、压电线夹和压电换能器的实际输出电流或电压反馈到控制电路，形成电流或电压闭环控制。
在上述任一方案中优选的，所述控制电路，包括：
DAC转换芯片U4，用于接收所述FPGA产生的电流信号，并产生与所述电流信号对应的模拟量电压信号网表，通过运放电路U2-B输出正负2.5V电压，并经过运放电路U3-B和运放电路U3-C产生正负5V控制电压，输出到四阶滤波电路。
在上述任一方案中优选的，所述四阶滤波电路，包括：
差分电路U5-C，与所述运放电路U3-B和运放电路U3-C电连接，所述运放电路U3-B和运放电路U3-C产生的正负5V电压DAC+/DAC-经差分电路U5-C转换成单端电压；
限波电路U7-B，与所述差分电路U5-C电连接；
限波电路U7-C，与所述限波电路U7-B电连接，其中，所述单端电压经限波电路U7-B和限波电路U7-C抑制相应的振动频率后，产生VOUT_1信号输出到跟随产生电路。
在上述任一方案中优选的，所述跟随产生电路，包括：
嵌位保护电路，所述嵌位保护电路用于接收所述VOUT_1信号，所述嵌位保护电路，包括电阻R1和二极管D3，所述电阻R1与所述二极管D3电连接；
电流运算放大电路U8，与所述电阻R1电连接，VOUT_1信号经电阻R1、二极管D3组成的嵌位保护电路后，由所述电流运算放大电路U8，输出指令电压VOUT1+/VOUT1-到后级驱动电路。
与现有技术相比，本发明的用于焊线机的集成驱动系统，采用单独模块在焊线过程中各模块的驱动动作实时性不强，存在通讯时延且相互间的通讯在恶劣的电磁环境下易受到干扰，导致对焊接线弧的一致性和生产速度影响非常大的问题。
第二方面，一种用于焊线机的集成驱动方法，应用了所述的用于焊线机的集成驱动系统，所述集成驱动方法，包括以下步骤：
在焊线时序控制过程中，压电线夹动作时，PHY网络单元电路通过RJ45接口接收HJMC_NET发送来的压电线夹控制指令；
所述FPGA产生与所述压电线夹控制指令对应的电压输出指令，所述电压输出指令经控制电路、四阶滤波电路合成对应的电压指令；
根据所述电压指令，所述驱动电路驱动压电线夹动作，并同时将压电线夹的实际输出电压反馈到控制电路形成电压闭环控制。
第三方面，一种用于焊线机的集成驱动方法，应用了所述的用于焊线机的集成驱动系统，所述集成驱动方法，包括以下步骤：
在焊线时序控制过程中，压电换能器超声输出时，PHY网络单元电路通过RJ45接口接收HJMC_NET发送来的压电换能器控制指令；
所述FPGA产生与所述压电换能器控制指令对应的电压输出指令，所述电压输出指令经控制电路、四阶滤波电路合成对应的电压指令；
根据所述电压指令，所述驱动电路驱动压电换能器动作，并同时将压电换能器的实际输出电压反馈到控制电路形成电压闭环控制。
第四方面，一种用于焊线机的集成驱动方法，应用了所述的用于焊线机的集成驱动系统，所述集成驱动方法，包括以下步骤：
焊线时序控制过程中，需音圈电机动作时；
PHY网络单元电路通过RJ45接口接收HJMC_NET发送来的音圈电机控制指令，然后传递至FPGA；
所述FPGA产生与所述音圈电机控制指令对应的电流输出指令，再经控制电路、四阶滤波电路合成对应的电流指令；
根据所述电流指令，驱动电路驱动音圈电机、压电线夹和压电换能器动作，并同时将音圈电机的实际输出电流反馈到控制电路，形成电流闭环控制。
与现有技术相比，本发明的用于焊线机的集成驱动方法，可以解决采用单独模块在焊线过程中各模块的驱动动作实时性不强，存在通讯时延，且相互间的通讯在恶劣的电磁环境下易受到干扰，导致对焊接线弧的一致性和生产速度有着非常大影响的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一组件分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的组件件或组件分，本领域技术人员应该理解的是，这些附图未必是按比例绘制的，在附图中：
图1为本发明一种用于焊线机的集成驱动系统原理示意图。
图2为本发明一种用于焊线机的集成驱动系统的控制电路示意图。
图3为本发明一种用于焊线机的集成驱动系统的四阶滤波电路上部分示意图。
图4为本发明一种用于焊线机的集成驱动系统的四阶滤波电路下部分示意图。
图5为本发明一种用于焊线机的集成驱动系统的跟随产生电路示意图。
图6为传统的单独模块控制驱动系统示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明下述实施例以用于焊线机的集成驱动系统为例进行详细说明本发明的方案，但是此实施例并不能限制本发明保护范围。
实施例
如图1至图5所示，本发明提供了一种用于焊线机的集成驱动系统，包括：
RJ45接口；
PHY网络单元电路，用于通过所述RJ45接口接收HJMC_NET发送来的音圈电机控制指令；
FPGA，用于与PHY网络单元电路连接，并产生与音圈电机控制指令对应的输出指令；
控制电路，用于接收FPGA产生的电流或电压指令，并输出差分指令；
四阶滤波电路，用于接收控制电路输出的差分指令，差分指令经差分转单端、四阶滤波以及限波后，输出处理后的电流或电压指令至跟随产生电路；
驱动电路，与所述跟随产生电路连接，并驱动音圈电机、压电线夹和压电换能器动作，同时将音圈电机、压电线夹和压电换能器的实际输出电流或电压反馈到控制电路，形成电流或电压闭环控制,其中，为了方便显示所述PHY网络单元电路、控制电路、四阶滤波电路和驱动电路的工作状态，将所述驱动电路与状态指示灯电连接，可以方便查看各自的工作状况。
在本发明实施例所述的用于焊线机的集成驱动系统中，采用单独模块在焊线过程中各模块的驱动动作实时性不强，存在通讯时延且相互间的通讯在恶劣的电磁环境下易受到干扰，导致对焊接线弧的一致性和生产速度影响非常大的问题。
在本发明实施例所述的用于焊线机的集成驱动系统中，焊线机又称热压超声焊线机，通过利用热、压力和超声三者的结合来实现芯片电极与支架引脚间的金属引线的焊接，焊接的品质与热、压力和超声三者紧密相关，其压力大小与音圈电机的驱动相关，超声大小与压电换能器的控制相关，压电线夹在焊线过程中的开关动作时间与音圈电机动作时间的时序配合，对焊线品质线弧的一致性和生产速度有着很大的影响。目前，国内音圈电机驱动器、压电换能器和压电线夹的开关控制器，均主要靠进口或者是自制的单独模块，进口模块价格高且采购周期不可控，自制的单独模块在焊线过程中各模块的动作需要通过两两间的通讯来决定下一步的动作，实时性不好，并且存在一定的通讯延时，且在恶劣的电磁环境下通讯易受到干扰(如图6所示)，因此，对焊接的品质、线弧的一致性和生产速度有着非常大的影响。
如图1至图5所示，所述控制电路，包括：
DAC转换芯片U4，用于接收所述FPGA产生的电流信号，并产生与所述电流信号对应的模拟量电压信号网表，通过运放电路U2-B输出正负2.5V电压，并经过运放电路U3-B和运放电路U3-C产生正负5V控制电压，输出到四阶滤波电路。
在本发明实施例所述的用于焊线机的集成驱动系统中，所述DAC转换芯片U4的引脚46与所述运放电路U2-B的第三引脚电连接，所述运放电路U2-B的第二引脚与所述电阻R2的第二端电连接，且所述电阻R2的第二端并与电阻R1的第一端电连接，所述电阻R1的第二端与所述运放电路U2-B的第一引脚电连接，所述运放电路U2-B的第一引脚与所述运放电路U3-B的第三引脚电连接，所述所述运放电路U3-B的第一引脚与电压DAC+连接，所述电阻R1与电阻R3的第一引脚电连接，所述电阻R3的第二引脚与运放电路U3-C的第六引脚、电阻R4的第一引脚电连接，所述电阻R4与电容C8并联，且所述电容C8连接在所述运放电路U3-C的第七引脚和第六引脚，所述电阻R4与所述电容C8并联，并且所述电阻R4的第一引脚和第二引脚分别与所述运放电路U3-C的第六引脚和第七引脚电连接，所述运放电路U3-C的第七引脚与DAC-连接，由FPGA产生对应电流的16位数字量给到DAC转换芯片U4，所述DAC转换芯片U4产生对应的模拟量电压信号网表0-2.5V，再通过运放电路U2-B输入偏置电流，电阻R2、电阻R1、参考电压组成的同相放大电路其信号输出增益为((1+电阻R1/电阻R2)*信号网表)-参考电压,输出正负2.5V电压，再经过运放电路U3-C产生DAC+电压、同时运放电路U3-C及电阻R4、电阻R3、电容C8组成反向比例电路，产生DAC-电压，从而得到正负5V控制电压，输出到下级电路，在本发明实施例中，优选的，所述DAC转换芯片U4的型号为DAC7664，所述运放电路U2-B的型号为ADA4001，所述运放电路U3-B和运放电路U3-C的型号为AD823A。
如图1至图5所示，所述四阶滤波电路，包括：
差分电路U5-C，与所述运放电路U3-B和运放电路U3-C电连接，所述运放电路U3-B和运放电路U3-C产生的正负5V电压DAC+/DAC-经差分电路U5-C转换成单端电压，其中，所述差分电路U5-C型号为ADA4000-4；
限波电路U7-B，与所述差分电路U5-C电连接；
限波电路U7-C，与所述限波电路U7-B电连接，其中，所述单端电压经限波电路U7-B和限波电路U7-C抑制相应的振动频率后，产生VOUT_1信号输出到跟随产生电路。
在本发明实施例所述的用于焊线机的集成驱动系统中，DAC+与电阻R2电连接，所述电阻R2与差分电路U5-C的第十三引脚电连接，所述差分电路U5-C的第十二引脚与电阻R34电连接，电阻R3与所述差分电路U5-C的第十四引脚电连接，电阻R5与所述差分电路U5-C的第十三引脚和第十二引脚电连接，所述电阻R34与电阻R27电连接，所述电阻R27与限波电路U7-B电连接，所述限波电路U7-B与电阻R8电连接，所述电阻R8与电阻R9电连接，其中，所述电阻R8与电阻R9串联，电容C2与电容C3串联，且所述电阻R8和电阻R9，与所述电容C2和电容C3并联，所述电阻R9与限波电路U7-C的第十四引脚电连接，所述限波电路U7-C的第十三引脚与电阻R6电连接，在本发明实施例中，优选的，所述差分电路U5-C型号为ADA4001，所述限波电路U7-B型号为AD8295。
如图1至图5所示，所述跟随产生电路，包括：
嵌位保护电路，所述嵌位保护电路用于接收所述VOUT_1信号，所述嵌位保护电路，包括电阻R1和二极管D3，所述电阻R1与所述二极管D3电连接；
电流运算放大电路U8，与所述电阻R1电连接，VOUT_1信号经电阻R1、二极管D3组成的嵌位保护电路后，由所述电流运算放大电路U8，输出指令电压VOUT1+/VOUT1-到后级驱动电路。
在本发明实施例所述的用于焊线机的集成驱动系统中，所述电阻R1与所述二极管D3的第三引脚电连接，所述电阻R1与所述电流运算放大电路U8的第三引脚电连接，所述电流运算放大电路U8的第七引脚与电容C94电连接，所述电流运算放大电路U8的第六引脚与电阻R32的第一引脚电连接，所述电阻R32的第二引脚与电容C30电连接，所述电容C30与电阻R33的第二引脚电连接；上级电路产生的正负5V电压(DAC+/DAC-)经差分电路U5-C输入偏置电流，电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5组成的差分电路转换成单端电压，然后经限波电路U7-B、电阻R34、电容C31、电阻R27、电容C29、电容C32、电阻R30、电阻R31组成四阶有源赛伦凯滤波电路抑制干扰和噪声衰减无用的频率信号,再经限波电路U7-C、电阻R8、电容C1、电阻R9、C2、电阻R10、电容C3、电阻R7、电阻R6组成的限波电路抑制相应的振动频率后产生VOUT_1信号输出到下级电路；VOUT1信号经电阻R1对电流运算放大电路U8进行嵌位保护后，再经电流运算放大电路U8使前后级信号进行有效隔离并降低输出阻抗、再经电阻R32、电容C30、电阻R33低通滤波后的输出指令电压VOUT1+/VOUT1-再到后级驱动电路。
第二方面，一种用于焊线机的集成驱动方法，应用了所述的用于焊线机的集成驱动系统，所述集成驱动方法，包括以下步骤：
在焊线时序控制过程中，压电线夹动作时，PHY网络单元电路通过RJ45接口接收HJMC_NET发送来的压电线夹控制指令，然后传递至FPGA；
所述FPGA产生与所述压电线夹控制指令对应的电压输出指令，所述电压输出指令经控制电路、四阶滤波电路合成对应的电压指令；
根据所述电压指令，所述驱动电路驱动压电线夹动作，并同时将压电线夹的实际输出电压反馈到控制电路，形成电压闭环控制。
第三方面，一种用于焊线机的集成驱动方法，应用了所述的用于焊线机的集成驱动系统，所述集成驱动方法，包括以下步骤：
在焊线时序控制过程中，压电换能器超声输出时，PHY网络单元电路通过RJ45接口接收HJMC_NET发送来的压电换能器控制指令，然后传递至FPGA；
所述FPGA产生与所述压电换能器控制指令对应的电压输出指令，所述电压输出指令经控制电路、四阶滤波电路，合成对应的电压指令；
根据所述电压指令，所述驱动电路驱动压电换能器动作，并同时将压电换能器的实际输出电压反馈到控制电路，形成电压闭环控制。
与现有技术相比，本发明的用于焊线机的集成驱动方法，采用单独模块在焊线过程中各模块的驱动动作实时性不强，存在通讯时延且相互间的通讯在恶劣的电磁环境下易受到干扰，导致对焊接线弧的一致性和生产速度影响非常大的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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例所记载的技术方案进行修改，或者对其中组件分或者全组件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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种用于焊线机的集成驱动系统，其特征在于，包括：
RJ45接口；
PHY网络单元电路，用于通过所述RJ45接口接收HJMC_NET发送来的音圈电机控制指令；
FPGA，用于与PHY网络单元电路连接，并产生与音圈电机控制指令对应的输出指令，所述输出指令为电流或电压指令；
控制电路，用于接收FPGA产生的电流或电压指令，并输出差分指令；
四阶滤波电路，用于接收控制电路输出的差分指令，差分指令经差分转单端、四阶滤波以及限波后，输出处理后的电流或电压指令至跟随产生电路；
驱动电路，与所述跟随产生电路连接，并驱动音圈电机、压电线夹和压电换能器动作，同时将音圈电机、压电线夹和压电换能器的实际输出电流或电压反馈到控制电路，形成电流或电压闭环控制。
2.根据权利要求1所述的用于焊线机的集成驱动系统，其特征在于，所述控制电路，包括：
DAC转换芯片U4，用于接收所述FPGA产生的电流信号，并产生与所述电流信号对应的模拟量电压信号网表，通过运放电路U2-B输出正负2.5V电压，并经过运放电路U3-B和运放电路U3-C产生正负5V控制电压，输出到四阶滤波电路。
3.一种用于焊线机的集成驱动方法，其特征在于，应用了如权利要求1至2中任一项所述的用于焊线机的集成驱动系统，所述集成驱动方法，包括以下步骤：
在焊线时序控制过程中，压电线夹动作时，PHY网络单元电路通过RJ45接口接收HJMC_NET发送来的压电线夹控制指令；
FPGA产生与压电线夹控制指令对应的电压输出指令，电压输出指令经控制电路、四阶滤波电路合成对应的电压指令；
根据所述电压指令，驱动电路驱动压电线夹动作，并同时将压电线夹的实际输出电压反馈到控制电路形成电压闭环控制。
4.一种用于焊线机的集成驱动方法，其特征在于，应用了如权利要求1至2中任一项所述的用于焊线机的集成驱动系统，所述集成驱动方法，包括以下步骤：
在焊线时序控制过程中，压电换能器超声输出时，PHY网络单元电路通过RJ45接口接收HJMC_NET发送来的压电换能器控制指令；
FPGA产生与压电换能器控制指令对应的电压输出指令，电压输出指令经控制电路、四阶滤波电路合成对应的电压指令；
根据所述电压指令，驱动电路驱动压电换能器动作，并同时将压电换能器的实际输出电压反馈到控制电路形成电压闭环控制。
5.一种用于焊线机的集成驱动方法，其特征在于，应用了如权利要求1至2中任一项所述的用于焊线机的集成驱动系统，所述集成驱动方法，包括以下步骤：
焊线时序控制过程中，需音圈电机动作时；
PHY网络单元电路通过RJ45接口接收HJMC_NET发送来的音圈电机控制指令；
FPGA产生与音圈电机控制指令对应的电流输出指令，再经控制电路、四阶滤波电路合成对应的电流指令；
根据所述电流指令，驱动电路驱动音圈电机、压电线夹和压电换能器动作，并同时将音圈电机的实际输出电流反馈到控制电路，形成电流闭环控制。
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