一种用于3D打印机中带防反接及大电流驱动的主控电路的制作方法

本实用新型属于3D打印机技术领域，具体是涉及一种用于3D打印机中带防反接及大电流驱动的主控电路。

背景技术：

随着3D打印机技术的不断迭代、新材料的涌现以及电机驱动种类的增加，当前FDM模式的3D打印机面临了越来越多的挑战。3D打印机的主控电路外接电源适配器由于接口规格不统一，存在电源正负极反接的隐患，而主控电路普遍缺乏电源反接保护，反接电源会烧毁主控电路中的器件，严重时导致主控电路板报废；有些主控电路简单采用正极串联二极管的方式来防止电源反接，虽然有效，但是二极管的正向压降在大电流时会产生极大的功耗，导致发热严重，即造成了功耗的浪费又降低了主控电路的性能。再就是现有步进电机驱动电路的核心器件大多选用A4988芯片，驱动电流小，驱动能力弱，细分模式最大仅支持1/16，在一些大型3D物品的打印环境下无法有效驱动大电流步进电机，或者勉强驱动，但发热严重，损耗增大，针对这些问题，有必要对3D打印机的主控电路加以改进。

技术实现要素：

本实用新型主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供了一种用于3D打印机中带防反接及大电流驱动的主控电路。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种用于3D打印机中带防反接及大电流驱动的主控电路，包括输入电源和主控单元MCU，所述输入电源连接到防反接保护电路，防反接保护电路分别连接到LDO降压电路和继电器切换单元，LDO降压电路连接到主控单元MCU，继电器切换单元分三路连接到三个步进电机驱动电路，三个步进电机驱动电路也分别连接到主控单元MCU，主控单元MCU上还设有温度检测单元、PWM风扇、按键、LCD显示屏和USB模块。所述防反接保护电路中，N沟道MOS管Q2选用irf8736场效应管，其电源输入端子中的输入端正极与输出端正极直接相连，电源输入端子中的输入端负极连接到N沟道MOS管Q2的漏极，输出端负极连接到N沟道MOS管Q2的源极，分压电阻R25和R26为N沟道MOS管Q2提供偏置电压，稳压二极管D7防止栅源电压VGS过高击穿N沟道MOS管Q2，电容C36、C37、C38和C39为输入电源的滤波电容：当输入电源正接时，即电源输入端子中的输入端正极连接输入电源的正极，电源输入端子中的输入端负极连接输入电源的负极，正向电压通过电阻R25和R26分压，电阻R26两端的正向压降VGS落在N沟道MOS管Q2的栅极，稳压二极管D7将电阻R26的两端电压嵌位在4.7V，N沟道MOS管Q2的漏极与源极饱和导通，此时电源输入端子中的输入端正极和输入端负极正常输出至输出端正极和输出端负极；当输入电源反接时，即电源输入端子中的输入端正极连接输入电源的负极，电源输入端子中的输入端负极连接输入电源的正极，电阻R25和R26的两端电压为0，N沟道MOS管Q2的漏极与源极未导通，此时电源输入端子中的输入端正极和输入端负极未输出至输出端正极和输出端负极，起到防反接保护的作用。所述步进电机驱动电路中，核心器件集成电路U1选用DRV8825芯片，DRV8825芯片的1脚与2脚串联电容C2为其内部充电蓄能，3脚通过电容C3为4脚和11脚的相位驱动器电源提供栅极驱动电压，6脚和9脚分别串接电阻R1和R2用来检测输出电流，5脚与7脚连接到步进电机M的正向输入端，8脚与10脚连接到步进电机M的反向输入端，12脚与13脚为DRV8825芯片提供基准电压源，15脚为3.3VLDO电压输出，16脚为reset复位信号输入，17脚为休眠/工作模式输入，18脚为故障状态指示输出，通过上拉电阻R6在正常工作时保持为高电平，当芯片因过热或过流保护时18脚会输出一个低电平，19脚为衰减模式控制输入，20脚为方向控制输入，21脚为使能控制输入，22脚为脉冲步进信号输入，27脚为默认状态指示输出，14、28脚接地，24、25、26脚为细分模式选择输入，通过上拉电阻R4、R5将MODE0、MODE2管脚拉高，MODE1直接接地，细分模式设置为1/32细分，当其接点CB1短接即MODE0也接地时，则为1/16细分模式，RESET、SLEEP、DIR、ENABLE、STEP这五个管脚交由主控单元MCU的I/O口控制，决定步进电机的转速、方向、使能与停止，12与13脚的输入基准电压源VREF结合6脚与9脚的检测电阻R1、R2则决定驱动电路的最大输出电流，其计算公式为I＝VREF/(5×0.25)，本实用新型中，当基准电压VREF＝3V时，最大驱动电流为2.4A，可轻松驱动57步进电机。

所述步进电机驱动电路采用4层板工艺设计，走线少，散热面积大，结合地层上排放的过孔，其散热性能大大增强。本实用新型具有电源反接保护功能，同时降低了主控电路的发热损耗，也有利于提高主控电路对步进电机的驱动能力，具有结构简单、设计合理等特点。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本实用新型防反接保护电路的一种结构示意图；

图3是本实用新型步进电机驱动电路的一种结构示意图。

图中，1-输入端正极，2-输入端负极，3-输出端正极，4-输出端负极，P6-电源输入端子。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：参看图1-图3，一种用于3D打印机中带防反接及大电流驱动的主控电路，包括输入电源和主控单元MCU，所述输入电源连接到防反接保护电路，防反接保护电路分别连接到LDO降压电路和继电器切换单元，LDO降压电路连接到主控单元MCU，继电器切换单元分三路连接到三个步进电机驱动电路，三个步进电机驱动电路也分别连接到主控单元MCU，主控单元MCU上还设有温度检测单元、PWM风扇、按键、LCD显示屏和USB模块。所述防反接保护电路中，N沟道MOS管Q2选用irf8736场效应管，其电源输入端子中的输入端正极与输出端正极直接相连，电源输入端子中的输入端负极连接到N沟道MOS管Q2的漏极，输出端负极连接到N沟道MOS管Q2的源极，分压电阻R25和R26为N沟道MOS管Q2提供偏置电压，稳压二极管D7防止栅源电压VGS过高击穿N沟道MOS管Q2，电容C36、C37、C38和C39为输入电源的滤波电容：当输入电源正接时，即电源输入端子中的输入端正极连接输入电源的正极，电源输入端子中的输入端负极连接输入电源的负极，正向电压通过电阻R25和R26分压，电阻R26两端的正向压降VGS落在N沟道MOS管Q2的栅极，稳压二极管D7将电阻R26的两端电压嵌位在4.7V，N沟道MOS管Q2的漏极与源极饱和导通，此时电源输入端子中的输入端正极和输入端负极正常输出至输出端正极和输出端负极；当输入电源反接时，即电源输入端子中的输入端正极连接输入电源的负极，电源输入端子中的输入端负极连接输入电源的正极，电阻R25和R26的两端电压为0，N沟道MOS管Q2的漏极与源极未导通，此时电源输入端子中的输入端正极和输入端负极未输出至输出端正极和输出端负极，起到防反接保护的作用。所述步进电机驱动电路中，核心器件集成电路U1选用DRV8825芯片，DRV8825芯片的1脚与2脚串联电容C2为其内部充电蓄能，3脚通过电容C3为4脚和11脚的相位驱动器电源提供栅极驱动电压，6脚和9脚分别串接电阻R1和R2用来检测输出电流，5脚与7脚连接到步进电机M的正向输入端，8脚与10脚连接到步进电机M的反向输入端，12脚与13脚为DRV8825芯片提供基准电压源，15脚为3.3VLDO电压输出，16脚为reset复位信号输入，17脚为休眠/工作模式输入，18脚为故障状态指示输出，通过上拉电阻R6在正常工作时保持为高电平，当芯片因过热或过流保护时18脚会输出一个低电平，19脚为衰减模式控制输入，20脚为方向控制输入，21脚为使能控制输入，22脚为脉冲步进信号输入，27脚为默认状态指示输出，14、28脚接地，24、25、26脚为细分模式选择输入，通过上拉电阻R4、R5将MODE0、MODE2管脚拉高，MODE1直接接地，细分模式设置为1/32细分，当其接点CB1短接即MODE0也接地时，则为1/16细分模式，RESET、SLEEP、DIR、ENABLE、STEP这五个管脚交由主控单元MCU的I/O口控制，决定步进电机的转速、方向、使能与停止，12与13脚的输入基准电压源VREF结合6脚与9脚的检测电阻R1、R2则决定驱动电路的最大输出电流，其计算公式为I＝VREF/(5×0.25)，本实用新型中，当基准电压VREF＝3V时，最大驱动电流为2.4A，可轻松驱动57步进电机。

所述步进电机驱动电路采用4层板工艺设计，走线少，散热面积大，结合地层上排放的过孔，其散热性能大大增强。本实用新型具有电源反接保护功能，同时降低了主控电路的发热损耗，也有利于提高主控电路对步进电机的驱动能力，具有结构简单、设计合理等特点。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。