[發(fā)明專利]一種基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源

在審

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• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111431432A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設計）人: 楊飛;邵佳鈺;汪志鵬;史順飛;吳鵬程;覃德凡;王一娉;李宏良;方斌
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04;H02M3/158;H02M3/157;B23H1/02;H03K3/57
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

1.一種基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源，其特征在于，包括主功率回路、驅動電路、輔助直流電壓源、FPGA控制器，所述主功率回路包括升壓充電電路和放電回路，其中升壓充電電路采用Boost電路，用于調節(jié)輔助直流電壓源提供的電壓，給放電回路中充電；所述放電回路采用RC電路用于給間隙提供擊穿電壓和擊穿后的放電能量；輔助直流電壓源用于給主功率回路以及驅動電路供電；FPGA控制器用于根據(jù)給定的目標參數(shù)來輸出PWM控制信號給驅動電路；驅動電路對PWM控制信號進行數(shù)字隔離和放大，產(chǎn)生驅動信號驅動主功率回路中開關管的導通和關斷。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源，其特征在于，所述升壓充電電路包括第一開關管(Q₁)、第二開關管(Q₂)、第一電感(L₁)、輸入電容(C_in)、第一二極管(D₁)，輸出電容(C_out)，輸入電容(C_in)并聯(lián)于輔助直流電壓源的正負兩端，輔助直流電壓源一段接地，另一端與第一電感(L₁)相接，第一電感(L₁)另一端與第一開關管(Q₁)相連，第一防逆流二極管(D₁)的陽極與第一電感(L₁)和第一開關管(Q₁)的連接點相接，陰極與第二開關管(Q₂)相接，第二開關管(Q₂)的另一端與輸出電容(C_out)連接，電容(C_out)另一端接地。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源，其特征在于，所述放電回路包括第三開關管(Q₃)、第四開關管(Q₄)、消電離開關管(Q₅)、充電電阻(R_ch)、充電電容(C_ch)、第二二極管(D₂)，充電電阻(R_ch)與Boost電路輸出端相接，另一端與第三開關管(Q₃)連接，第三開關管(Q₃)的另一端與充電電容(C_ch)相接，充電電容(C_ch)的另一端接地，第四開關管(Q₄)和第三開關管(Q₃)與充電電容(C_ch)的連接點相連，另一端連接第二防逆流二極管(D₂)的陽極，二極管的陰極連接間隙，消電離開關管(Q₅)并聯(lián)于間隙兩端。

4.根據(jù)權利要求2所述的基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源，其特征在于，所述第一開關管(Q₁)、第二開關管(Q₂)選用infineon公司的型號為IPP60R74C6的N溝道型MOSFET。

5.根據(jù)權利要求3所述的基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源，其特征在于，所述第三開關管(Q₃)、第四開關管(Q₄)、消電離開關管(Q₅)選用ON Semiconductor公司的型號為FCP165N65S3的N溝道MOSFET。

6.根據(jù)權利要求2所述的基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源，其特征在于，所述第一電感(L₁)選用Sunlord公司的型號為MPH201206S1R0MT。

7.根據(jù)權利要求2或3所述的基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源，其特征在于，所述二極管選用型號為FFP30S60S。

8.根據(jù)權利要求1所述的基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源，其特征在于，所述FPGA選取型號為EP4CE15F23C8。

9.一種基于Boost和RC電路的微細電火花脈沖電源的間隙加工方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一：由FPGA控制器產(chǎn)生多路PWM信號，經(jīng)過驅動電路的放大后，驅動主功率回路的第一開關管(Q₁)導通，第四開關管(Q₄)導通，第二開關管(Q₂)關斷，第三開關管(Q₃)關斷，第五開關管(Q₅)關斷，此時Boost電路中，直流電壓向第一電感(L₁)充電，Boost電路升壓，同時RC電路放電，當間隙電壓達到間隙擊穿電壓，間隙擊穿放電；

步驟二：當Boost電路輸出電壓到達設定閾值后，切換至RC充電模態(tài)，由控制器FPGA產(chǎn)生對應的多路PWM信號，經(jīng)過驅動電路的放大后，驅動主功率回路的第一開關管(Q₁)關斷，第四開關管(Q₄)關斷，第二開關管(Q₂)導通，第三開關管(Q₃)導通，第五開關管(Q₅)關斷，此時RC充電回路導通，由Boost電路的輸出電壓(V_out)給RC電路中的充電電容(C_ch)充電，當RC充電完成后，切換至Boost電路升壓和RC電路放電模態(tài)；

步驟三：RC放電結束后，在進入下一個放電周期前對間隙進行消電離，控制器FPGA產(chǎn)生相應的PWM信號，經(jīng)過驅動電路的放大后，驅動主功率回路的第一開關管(Q₁)、第二開關管(Q₂)、第三開關管(Q₃)和第四開關管(Q₄)關斷，第五開關管(Q₅)導通，使得間隙兩端電壓為零，進入消電離階段，為下一周期的放電做準備；

步驟四：重復上述三步驟，實現(xiàn)加工周期的循環(huán)。