3D打印机供电系统和3D打印机的制作方法

本实用新型涉及设备供电领域，特别是涉及3D打印机供电系统和3D打印机。

背景技术：

3D打印机是一种根据数字模型文件，运用粘合材料一层一层堆叠粘合制造三维物体的设备。运用3D打印机打印一个完整的物品，往往需要很长时间。若在打印期间出现断电，则会使打印数据丢失，造成打印失败，浪费材料。

目前的3D打印机供电系统，外接电源断电后，通过切换储能单元来对3D打印机进行断电保护，使3D打印机做断电续打准备工作，待外接电源恢复供电再继续打印。但是，现有技术中对储能单元的电容量要求很高，增加了设备的成本。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的3D打印机后备供电技术中对储能单元的电容量要求很高的问题，提供一种3D打印机供电系统和3D打印机。

一方面，本实用新型实施例提供一种3D打印机供电系统，其中包括：储能单元、隔离二极管、降压单元以及升压单元；

储能单元分别连接降压单元的输出端和升压单元的输入端；降压单元的输入端用于连接外接直流电源；升压单元的输出端连接隔离二极管的负极，并用于分别连接3D打印机的电机驱动单元和3D打印机的主控制单元；隔离二极管的正极连接降压单元的输入端，并用于连接3D打印机的加热单元。

在其中一个实施例中，储能单元包括超级电容；

超级电容的正极分别连接降压单元的输出端和升压单元的输入端，超级电容的负极接地。

在其中一个实施例中，降压单元包括降压稳压DC-DC变换电路。

在其中一个实施例中，升压单元包括升压稳压DC-DC变换电路。

在其中一个实施例中，降压稳压DC-DC变换电路包括MC34063芯片。

在其中一个实施例中，升压稳压DC-DC变换电路包括LM3478芯片。

在其中一个实施例中，还包括断电检测单元；

断电检测单元的供电端分别连接隔离二极管的负极和升压单元的输出端，断电检测单元的检测输入端用于连接外接直流电源，断电检测单元的检测输出端用于连接3D打印机的主控制单元。

在其中一个实施例中，断电检测单元包括：分压电阻和电压比较器；

电压比较器的同相输入端连接分压电阻的一端；分压电阻的另一端用于连接外接直流电源；电压比较器的反相输入端连接参考电压，电压比较器的输出端用于连接3D打印机的主控制单元，电压比较器的供电端分别连接隔离二极管的负极和升压单元的输出端。

在其中一个实施例中，电压比较器为LM393型电压比较器。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种3D打印机，包括：加热单元、电机驱动单元、主控制单元，还包括上述的3D打印机供电系统。

本实施例提供的3D打印机供电系统，在外接直流电源正常时，使外接直流电源通过降压单元为储能单元充电；当储能单元供电时，运用升压单元将储能单元的输出电压升高，并通过隔离二极管隔离3D打印机的加热单元，使储能单元不再对功耗很大的3D打印机的加热单元供电，而仅为3D打印机的电机驱动单元和3D打印机的主控制单元供电，从而使3D打印机供电系统对储能单元的电容量的要求更低。

附图说明

图1为一实施例的3D打印机供电系统结构示意图；

图2为另一实施例的3D打印机供电系统结构示意图；

图3为另一实施例的3D打印机供电系统结构示意图；

图4为另一实施例的3D打印机供电系统结构示意图；

图5为另一实施例的3D打印机供电系统结构示意图；

图6为一实施例的3D打印机的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例提供一种3D打印机供电系统，如图1所示，其中包括：降压单元110、储能单元120、升压单元130以及隔离二极管140。

储能单元120分别连接降压单元110的输出端和升压单元130的输入端；降压单元110的输入端用于连接外接直流电源；升压单元130的输出端连接隔离二极管140的负极，并用于分别连接3D打印机的电机驱动单元和3D打印机的主控制单元；隔离二极管140的正极连接降压单元110的输入端，并用于分别连接3D打印机的加热单元、外接直流电源。

其中，升压单元130的输出电压低于外接直流电源的电压且能够使3D打印机的主控制单元和3D打印机的电机驱动单元正常工作。当升压单元130的输出端的端电压高于它的输出电压时，升压单元130不工作。

具体的，当外接直流电源开启时，外接直流电源直接为3D打印机的加热单元供电；外接直流电源通过降压单元110降压后为储能单元120充电；由于升压单元130的输出电压低于外接直流电源的电压，隔离二极管140正极的端电压大于负极的端电压，此时隔离二极管140导通，之后升压单元130的输出端端电压大于它的输出电压，升压单元130不再工作，从而外接直流电源通过隔离二极管140为3D打印机的主控制单元和3D打印机的电机驱动单元供电。

当外接直流电源断电时，升压单元130正常工作，将储能单元120的输出电压升高，储能单元120为3D打印机的电机驱动单元和3D打印机的主控制单元供电；隔离二极管140正极的端电压为零，隔离二极管140负极的端电压为升压单元130的输出电压，隔离二极管140负极的端电压大于正极的端电压，隔离二极管140截止，将3D打印机的加热单元隔离。

本实施例提供的3D打印机供电系统，一方面，在外接直流电源正常时，使外接直流电源通过降压单元110为储能单元120充电；当储能单元120供电时，再运用升压单元130将储能单元120的输出电压升高来为设备供电，通过设置升压单元130和降压单元110降低了供电系统对储能单元120的储备电量的要求。另一方面，当储能单元120供电时通过隔离二极管140隔离3D打印机的加热单元，使储能单元120不再对功耗最大的3D打印机的加热单元供电，而仅为3D打印机的电机驱动单元和3D打印机的主控制单元供电，也使3D打印机供电系统对储能单元120的电容量的要求更低。

在其中一个实施例中，如图2所示，储能单元120包括超级电容。超级电容的正极分别连接降压单元110的输出端和升压单元130的输入端，超级电容的负极接地。超级电容几乎没有因充放电次数的增加而产生损耗的问题，使用时间长，而且不用考虑以后需要更换的问题。在其中一个实施例中，储能单元120采用一个额定电压为2.7V，电容为100F的超级电容。

在其中一个实施例中，如图3所示，储能单元120包括第一超级电容和第二超级电容，第一超级电容与第二超级电容串联，第一超级电容的正极分别连接降压单元110的输出端和升压单元130的输入端，第一超级电容的负极连接第二超级电容的正极；第二超级电容的负极接地。

在其中一个实施例中，第一超级电容和第二超级电容均为额定电压为2.7V，电容为50F的超级电容。

在其中一个实施例中，如图3所示，降压单元110包括降压稳压DC-DC变换电路111。

具体的，降压稳压DC-DC变换电路111输出稳压电压，稳压电压稳定在比储能单元120的额定电压稍小的电压值，这样能够对储能单元120起到保护作用。例如，储能单元120为额定电压为2.7V的超级电容，降压稳压DC-DC变换电路111输出的稳压电压可以设定为2.6V；或者，储能单元120为串联的两个额定电压为2.7V的超级电容，降压稳压DC-DC变换电路111输出的稳压电压可以设定为5.2V。

在其中一个实施例中，如图5所示，降压单元110包括降压稳压限流DC-DC变换电路112。降压稳压限流DC-DC变换电路112的输出的稳压电压，决定超级电容充满时的电压；降压稳压限流DC-DC变换电路112的限流值即其输出的电流，决定超级电容的充电电流。

在其中一个实施例中，如图3所示，升压单元130包括升压稳压DC-DC变换电路131。

具体的，升压稳压DC-DC变换电路131的输出电压为一个稳定值，稳定在比外接直流电源的供电电压小0.5V到1V之间的某个值上，这样能够保证外接直流电源正常供电时，隔离二极管140能够导通，使外接直流电源为3D打印机的主控制单元和3D打印机的电机驱动单元供电。例如，当外接直流电源电压为12V，可以设定升压稳压DC-DC变换电路131的稳定输出电压为11V。而且，外接直流电源断电时，储能单元120经过升压稳压DC-DC变换电路131后，为3D打印机的主控制单元和3D打印机的电机驱动单元供电，储能单元120的电压可以一直放电到很低的电压值，它所储存的电能可被充分利用。

在其中一个实施例中，升压稳压DC-DC变换电路131包括DC-DC芯片和常规外围电路，当外界直流电源正常供电时，隔离二极管140导通，升压稳压DC-DC变换电路131输出端的端电压等于外接直流电源电压，升压稳压DC-DC变换电路131输出端的端电压大于其输出稳压电压，这时DC-DC芯片内部的误差放大电路会关断开关管，使升压稳压DC-DC变换电路131停止工作。

在其中一个实施例中，降压稳压DC-DC变换电路包括MC34063芯片。具体的，降压稳压DC-DC变换电路111包括MC34063芯片和一些常规外围电路。

在其中一个实施例中，升压稳压DC-DC变换电路包括LM3478芯片。具体的，升压稳压DC-DC变换电路131包括LM3478芯片和一些常规外围电路。

在其中一个实施例中，如图3所示，3D打印机供电系统还包括断电检测单元150，断电检测单元150的供电端分别连接隔离二极管140的负极和升压单元130的输出端，断电检测单元150的检测输入端用于连接外接直流电源，断电检测单元150的检测输出端用于连接3D打印机的主控制单元。

具体的，在外接直流电源正常供电时，外接直流电源通过隔离二极管140向断电检测单元150供电，在外接直流电源断电时，储能单元120通过升压单元130向断电检测单元150供电。断电检测单元150用于检测外接直流电源供电是否正常，并将供电检测结果传输为3D打印机的主控制单元。

断电检测单元150在外接直流电源断电前后始终保持供电，确保外接直流电源断电后能够为3D打印机的主控制单元持续提供供电检测结果，使3D打印机的主控制单元能够根据供电检测结果控制3D打印机的电机驱动单元进行断电续打的准备工作，例如将打印头从打印物上移开并打印中断点坐标存入非易失存储器中。

在其中一个实施例中，如图4所示，断电检测单元150包括：分压电阻151和电压比较器152。

电压比较器152的同相输入端连接分压电阻151的一端；分压电阻151的另一端用于连接外接直流电源；电压比较器152的反相输入端连接参考电压，电压比较器152的输出端用于连接3D打印机的主控制单元，电压比较器152的供电端分别连接隔离二极管140的负极和升压单元130的输出端。

在其中一个实施例中，断电检测单元150包括的电压比较器152为LM393型电压比较器。

在其中一个实施例中，如图5所示，3D打印机供电系统包括：降压稳压限流DC-DC变换电路112、超级电容、升压稳压DC-DC变换电路131、隔离二极管以及断电检测单元150。外接直流电源的电压为12V，超级电容的额定电压为2.7V、电容为100F，降压稳压限流DC-DC变换电路112的稳压值为2.6V，限流值可以为从0.5A到1A之间的任一值，升压稳压DC-DC变换电路131的稳压值为11V。

外接直流电源正常时，降压稳压限流DC-DC变换电路112将外接直流电源的电信号变换为，电压值为稳压值且电流值为限流值的电信号，为超级电容充电。升压稳压DC-DC变换电路131的输出稳压电压为11V，比外接直流电源电压小，因此隔离二极管导通，之后升压稳压DC-DC变换电路131的输出端端电压为外接直流电源电压12V，大于它的输出稳压电压11V，因此升压稳压DC-DC变换电路131停止工作，外接直流电源通过隔离二极管为3D打印机的主控制单元、3D打印机的电机驱动单元和断电检测单元150供电。断电检测单元150持续检测外接直流电源的电源电压，并传输检测结果到3D打印机的主控制单元。

外接直流电源断电时，降压稳压限流DC-DC变换电路112因为没有输入电信号而停止工作，超级电容通过升压稳压DC-DC变换电路131升压为电压为11V的电信号，为3D打印机的主控制单元、3D打印机的电机驱动单元和断电检测单元供电150。此时，隔离二极管的正极没有电压，负极电压为11V，因此隔离二极管截止，将3D打印机的加热单元隔离不为它供电。断电检测单元150持续检测外接直流电源的电源电压，并传输检测结果到3D打印机的主控制单元。需要说明的是，3D打印机的主控制单元、3D打印机的电机驱动单元和断电检测单元150在11V电压的供电下依然能够正常工作。

本实用新型还提供一种3D打印机，如图6所示，包括：加热单元200、电机驱动单元300、主控制单元400以及上述的3D打印机供电系统100。

其中，主控制单元400分别连接加热单元200和电机驱动单元300，用于控制加热单元200加热打印喷头和打印平台，并通过电机驱动单元300控制打印喷头移动和出料，完成3D打印任务。加热单元200是3D打印机中负责加热的电路，包括但不限于打印喷嘴加热电路和打印平台加热电路。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。