[实用新型]一种两级限脉宽的精密放电加工脉冲电源

说明书

技术领域

本实用新型属于精密放电加工脉冲电源，具体涉及一种两级限脉宽的精密放电加工脉冲电源。采用本实用新型可以获得脉冲脉宽窄、放电能量微小的电源。

背景技术

在精密电火花加工、精密电解加工等精密制造领域，通常需要一种微能脉冲电源，它是实现精密电加工的一个关键单元。它能够在正、负电极之间高频释放电能，从而产生瞬间的高温、高压，可熔化甚至气化零件的微小局部材料，达到对零件进行精密微细去除加工的目的。材料最小去除量与单脉冲的能量有关，单脉冲能量越小，其放电去除材料的量就越少，即放电痕越小，热影响区域也越小。无数单脉冲放电痕的累加就形成了零件被加工去除的表面。在一定的脉冲电压下，脉宽越窄，则单脉冲的能量越小，单脉冲放电的时间越短，在零件表面产生的放电痕就会更小。这样，缩短脉宽，就可降低脉冲能量，实现表面粗糙度值更低、变质层更薄、显微裂纹更少、表面质量更高的电加工。

现有的脉冲电加工电源中，主要分为RC驰张式脉冲电源和晶体管独立式脉冲电源。前者虽然可获得几十纳秒脉宽的窄脉冲，但由于其放电回路向电容器充电需要时间而不能得到很高的放电频率，这严重地影响着电加工的效率；另外，RC驰张式脉冲电源输出的能量不易控制，因为放电回路无法控制脉冲间隙的时间，当相继两次脉冲的间隙时间特别短时，前次放电的电弧没有完全消电离即发生下次放电，就会导致向电容器充电的电流直接流向正负电极之间，形成异常放电而使正常放电无法进行下去，不利于加工出高质量的零件表面。晶体管独立式脉冲电源是通过开通和关闭开关元件来实现脉冲放电的。由于晶体管独立式脉冲电源无需向电容器充电而花费时间，所以它能实现高频放电从而达到很高的加工效率，且由于其放电可通过控制开关元件来实现，所以可通过对极间放电状态的检测，实现对放电过程的自适应控制。然而，由于开关元件的开关速度以及控制电路元件的延时，传统的晶体管独立式脉冲电源还很难实现微细电加工所需的脉宽为数十纳秒的脉冲，电压脉宽通常在0.1μs以上，为了实现更精密、更高质量的电加工，甚至纳米级尺寸精度的电加工，需要脉宽更窄、能量更小的脉冲电源。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种两级限脉宽的精密放电加工脉冲电源，使单脉

宽缩小到纳秒级，以减小单脉冲能量。

一种两级限脉宽的精密放电加工脉冲电源，包括直流可调恒压源E1，电阻阵列选择开关SR1～SRn，电容阵列选择开关SC1～SCn，高功率并联电阻阵列R1～Rn，并联加工电容阵列C1～Cn，测量电阻R22，测量电容C22，前级场效应管Q1，后级场效应管Q2，二极管D1，放电电极正极P+，放电电极负极P-，驱动电路I，驱动电路II，可编程逻辑器件，下位单片机，上位计算机，AD电路；直流可调恒压源E1经过电阻阵列选择开关SR1～SRn与高功率电阻R1～Rn一一对应电连接，再依次经过前级场效应管Q1，二极管D1，放电电极正极P+，放电电极负极P-，形成脉冲上升沿限制电路；二极管D1第一路接后级场效应管Q2，形成脉冲下降沿限制电路；前级场效应管Q1接电容阵列选择开关SC1～SCn与加工电容阵列C1～Cn，形成放电能量辅助电路；二极管D1第二路接电阻R22，C22及AD电路，形成放电状态检测电路；上位计算机依次与下位单片机、可编程逻辑器件、驱动电路I及场效应管Q1电连接，形成脉冲上升沿控制电路；上位计算机依次与下位单片机、可编程逻辑器件、驱动电路II及场效应管Q2电连接，形成脉冲下降沿控制电路；下位单片机再分别与电阻阵列选择开关SR1～SRn和电容阵列选择开关SC1～SCn电连接，分别形成电阻阻值选择电路和电容容值选择电路.

本实用新型的特点是：前级场效应管Q1和后级场效应管Q2串联，且后级场效应管Q2与放电正极P+和放电负极P-并联，构成对脉宽的两级限制，当脉冲电源处于工作状态时，前后两级场效应管Q1和Q2被反相驱动，前级场效应管Q1导通时，后级场效应管Q2关断，恒压源E1输出的电能经过高功率并联电阻阵列R1～Rn被直接送到正负放电电极P+和P-之间，开路时引发脉冲的上升沿，前级场效应管Q1关断时，后级场效应管Q2导通，正负放电电极P+和P-之间的电能被直接释放到负极P-，开路时引发脉冲的下降沿。

所述下位单片机采用单片机或DSP，可编程逻辑器件采用CPLD或FPGA芯片。

所述下位单片机为C8051F单片机，可编程逻辑器件采用MAX7000A芯片。