[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

本發明公開了一種微細高頻分組脈沖電源，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，電路脈沖電源主電路包括反激變壓器，以及原邊開關管、微細放電開關管、消電離開關管、第一至第n開關管、第一電阻、鉗位電容、第一二極管、第二電阻、第三電阻、第二二極管、第三二極管、第一至第n電容。脈沖電源主電路為間隙負載提供能量，間隙電壓電流采樣電路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。本發明采用反激電路為放電電容充電，將輸入與輸出隔離，能夠使放電不受輸入電壓影響，在一定范圍內實現多等級能量加工。

技術領域

本發明涉及微細高頻脈沖電源，特別是涉及一種微細高頻分組脈沖電源。

背景技術

近幾年，我國電火花加工技術發展迅猛，目前已是世界電加工機床產量和擁有量最多的國家，但同時也是電加工機床最大進口國，且在國際電加工機床貿易中呈現逆差。這主要是因為在高端精密電加工機床的研制和生產方面，我國與國際先進水平還有一定差距。因此，高端精密電加工機床相關技術，特別是微細電火花加工用脈沖電源技術的研究已迫在眉睫。

對微細電火花加工來講，采用小而可控的單個脈沖放電能量，可以更好的提高加工精度和表面質量。目前，普遍認為微細電火花加工適合的最小單個脈沖放電能量應不超過10^-6J。同時，為了提高加工速度和材料去除率，在單次材料去除量較低的情況下，又需要提高火花放電的頻率。這就使得微細電火花加工脈沖電源要具備不同于普通電火花加工電源的特殊能力，對微細電火花加工所使用的脈沖電源有著更高要求。

現有微細電火花脈沖電源多為RC式脈沖電源，其基本思想為直流源通過電阻為電容充電，再利用電容向間隙進行放電加工，雖然可以實現微能脈沖放電加工，但由于電容充電時間遠大于放電時間，其放電脈沖間隔系數太大，加工效率很低；直流源與放電間隙無開關元件隔離，影響放電穩定性；同時由于電路中電阻消耗大部分能量，電能利用率很低，往往不超過36％。為克服現有微細電火花脈沖電源的缺點，解決加工效率和降低表面粗糙度的矛盾，開展新型微細電火花脈沖電源研究具有重要的科學意義和實際價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種既具有RC電源單個脈沖放電能量小的特點,又能精確地對放電電壓、能量進行控制的微細高頻分組脈沖電源，以生成高頻并且放電脈寬可調的電火花加工脈沖波形。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種微細高頻分組脈沖電源，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：

所述電路脈沖電源主電路包括反激變壓器，以及原邊開關管、微細放電開關管、消電離開關管、第一至第n開關管、第一電阻、鉗位電容、第一二極管、第二電阻、第三電阻、第二二極管、第三二極管、第一至第n電容；所述反激變壓器包括原邊第一電感、副邊第二電感，其中原邊第一電感一端接電源正極，另一端接原邊開關管的漏極，原邊開關管的源極接電源的負極；第一電阻與鉗位電容并聯，一端接電源正極，另一端與第一二極管的陰極相連，第一二極管的陽極接在原邊開關管的漏極，構成RCD鉗位電路；副邊第二電感一端接第二二極管的陽極，另一端接第二電阻，第二電阻的另一端接第二二極管的陰極；第一至第n電容分別與第一至第n開關管串聯，再并聯在第二電阻兩端；微細放電開關管的漏極接與第一至第n開關管的漏極相連，源極接第三二極管的陽極，第三二極管的陰極接工具電極；第三電阻的一端接放電電容的正極，另一端接加工工件；消電離開關管并聯在間隙兩端，其中漏極接加工工件，源極接工具電極。

所述電路包括原邊充電開關管、微細放電開關管、消電離開關管、第一至第n開關管選用Infineon公司的型號為IRFR4620PbF的N溝道MOSFET。