[發明專利]微細高頻分組脈沖電源

有效

• 申請號: 202010066380.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111193428B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 楊飛;覃徳凡;汪志鵬;史順飛;吳鵬程;邵佳鈺;李宏良;李磊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04;H02M3/335;H03K3/57
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

1.一種微細高頻分組脈沖電源，其特征在于，包括直流電源、脈沖電源主電路、間隙電壓電流采樣電路、FPGA控制電路、驅動電路，脈沖電源主電路用于為間隙負載提供能量，間隙電壓電流采樣電路用于采樣間隙兩端的電壓和間隙電流，FPGA控制模塊根據采樣電壓和電流產生PWM信號，經過驅動電路的濾波、放大后，驅動脈沖電源主電路開關管的通斷，其中：所述脈沖電源主電路包括反激變壓器，以及原邊開關管(Q₁)、微細放電開關管(Q₂)、消電離開關管(Q₃)、第一至第n開關管(Q_{d_1}至Q_{d_n})、第一電阻(R₁)、鉗位電容(C₁)、第一二極管(D₁)、第二電阻(R_L)、第三電阻(R_d)、第二二極管(D₂)、第三二極管(D₃)、第一至第n電容(C_{d_1}至C_{d_n})；所述反激變壓器包括原邊第一電感(L₁)、副邊第二電感(L₂)，其中原邊第一電感(L₁)一端接電源正極，另一端接原邊開關管(Q₁)的漏極，原邊開關管(Q₁)的源極接電源的負極；第一電阻(R₁)與鉗位電容(C₁)并聯，一端接電源正極，另一端與第一二極管(D₁)的陰極相連，第一二極管(D₁)的陽極接在原邊開關管(Q₁)的漏極，構成RCD鉗位電路；副邊第二電感(L₂)一端接第二二極管(D₂)的陽極，另一端接第二電阻(R_L)，第二電阻(R_L)的另一端接第二二極管(D₂)的陰極；第一至第n電容(C_{d_1}至C_{d_n})分別與第一至第n開關管(Q_{d_1}至Q_{d_n})串聯，再并聯在第二電阻(R_L)兩端；微細放電開關管(Q₂)的漏極接與第一至第n開關管(Q_{d_1}至Q_{d_n})的漏極相連，源極接第三二極管(D₃)的陽極，第三二極管(D₃)的陰極接工具電極；第三電阻(R_d)的一端接放電電容的正極，另一端接加工工件；消電離開關管(Q₃)并聯在間隙兩端，其中漏極接加工工件，源極接工具電極。

2.根據權利要求1所述的微細高頻分組脈沖電源，其特征在于，所述電路包括原邊開關管(Q₁)、微細放電開關管(Q₂)、消電離開關管(Q₃)、第一至第n開關管(Q_{d_1}至Q_{d_n})選用型號為IRFR4620PbF的N溝道MOSFET。

3.根據權利要求1所述的微細高頻分組脈沖電源，其特征在于，所述第一二極管(D₁)、第二二極管(D₂)、第三二極管(D₃)選用型號為MBRF20200CTG的肖特基二極管。

4.根據權利要求1所述的微細高頻分組脈沖電源，其特征在于，所述反激變壓器型號選用EE型高頻鐵氧體磁芯。

5.根據權利要求1所述的微細高頻分組脈沖電源，其特征在于，所述間隙電壓電流采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路，其中電壓采樣電路采用電阻分壓電路，電流采樣電路采用霍爾傳感器。

6.根據權利要求1所述的微細高頻分組脈沖電源，其特征在于，所述驅動電路選擇具有隔離式高低側雙通道輸出的柵極驅動芯片UCC21521。

7.根據權利要求1-6任一項所述電源的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：在間隙開路階段，由FPGA產生多路PWM信號，經過驅動電路的放大后，控制原邊開關管(Q₁)以及第一至第n開關管(Q_{d_1}至Q_{d_n})開始導通，微細放電開關管(Q₂)與消電離開關管(Q₃)關斷，原邊第一電感(L₁)開始儲能，由于此時副邊第二二極管(D₂)處于斷態，副邊無電流通過；步驟二：當儲能時間達到預設值后，FPGA發出信號控制原邊開關管(Q₁)關斷，同時微細放電開關管(Q₂)與消電離開關管(Q₃)繼續關斷，第一至第n開關管(Q_{d_1}至Q_{d_n})繼續導通，此時副邊第二二極管(D₂)處于通態，反激變壓器中的磁場能量通過第二電感(L₂)和第二二極管(D₂)向放電電容充電；步驟三：當電容充電時間達到預設值后，FPGA控制微細放電開關管(Q₂)及第一開關管(Q_{d_1})導通，原邊開關管(Q₁)、微細放電開關管(Q₂)導通、消電離開關管(Q₃)及第二至n開關管(Q_{d_2}至Q_{d_n})關斷，此時第一電容(C_{d_1})接入間隙，間隙迅電壓迅速上升；步驟四：當間隙擊穿后時，進入間隙放電階段，在一個加工周期內，FPGA控制第一字至第n開關管(Q_{d_1}至Q_{d_n})按一定頻率依次導通，實現高頻且脈寬可控的放電加工；步驟五：在進入下一個加工周期前FPGA控制消電離開關管(Q₃)導通，其他開關管均關斷，使間隙兩端電壓降為零，使消電離完成徹底，保證下一次放電穩定可靠；步驟六：重復上述五步驟，實現加工周期的循環。