[发明专利]可编程纳秒双脉冲集成电源

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域和微细加工技术领域，具体是一种适用于微细电化学加工的可编程纳秒双脉冲集成电源。

背景技术

利用纳秒及以下级持续时间的超短脉冲电流去除材料时，电化学加工能够将电化学蚀除的局限在电极顶尖部位的微-纳尺寸范围，极大限制蚀除中的杂散腐蚀，成功实现微米级尺寸的微细零件的加工，精度可达几百纳米。随着脉冲宽度的减小，精度明显提高。

相较于其他微细加工方法，微细电化学加工具有非接触、无切削力、无热熔除等特点，已经在某些特殊的微细加工场合获得较好效果，利用这种工艺，德国Friz_Haber研究所、美国的IBM以及国内的南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等机构先后制作了微米量级的微孔、槽、坑与其他微细结构。

电源及其品质是微细电化学加工的关键影响因素，高频、窄脉宽脉冲电源是微细电化学加工的重要研究内容。目前，微细电化学加工电源尚处在实验室阶段，尚存在参数调节范围有限，功能较为单一等问题。

发明内容

针对上述问题，结合微细电化学加工的发展，本发明采用大规模可编程逻辑器件，从调整方便性、易于系统集成等角度出发，提出一种可编程纳秒双脉冲集成电源，具体技术方案如下：

一种可编程纳秒双脉冲集成电源，包括调压与整流电路和斩波电路，所述调压与整流电路输入端连接工频交流电，调压与整流电路输出端连接斩波电路的输入端，斩波电路的输出端即为本电源输出端；

所述斩波电路的输出端分别连接工具电极和加工工件；斩波电路连接有高频控制电路，由高频控制电路输出控制信号控制斩波电路的输出，进而控制工具电极和加工工件中的电流方向，即在工具电极与工件之间得到要求的正负脉冲；

所述控制电路包括高频逻辑控制电路和放大电路，高频逻辑控制电路输出高频逻辑控制信号，该信号经放大电路放大后，得到控制斩波电路的控制信号。

所述高频控制电路是以MCU为核心的电路；MCU连接有串行通讯接口、人机接口；MCU输出逻辑控制参数给高频逻辑控制电路，高频逻辑控制电路响应MCU读写时序，接收脉冲参数；再完成逻辑运算，输出高频控制信号。这种设计使MCU可以用两种模式对电源输出的双脉冲信号进行设置与编程：通讯模式(通过串行通讯接口与上位计算机通信)与键盘模式(由人机接口的输入键盘来实现)。

所述斩波电路包括4只开关管Q₁、Q₂、Q₃和Q₄，它们分别接收来自控制电路的控制信号S₁、nS₂、S₂和nS₁；Q₁和Q₂连接，使Q₁、Q₄导通时，电流由调压与整流电路的正极依次经Q₁和Q₄流到调压与整流电路的负极；Q₃和Q₄连接，使Q₂、Q₃导通时，电流由调压与整流电路的正极依次经Q₃和Q₂流到调压与整流电路的负极；本电源的输出端中，工具电极连接在Q₁和Q₂之间，加工工件连接在Q₂和Q₄之间；

S₁、nS₁为高电压时，S₂、nS₂为零电压，Q₁、Q₄饱和导通，Q₂、Q₃截止，电流经Q₁由测试工具电极流向被测工件，而后经过Q₄到电源负极，工具电极接电源正极，工件接负极，形成正向脉冲电流；

S₂、nS₂为高电压时，S₁、nS₁为零电压，Q₂、Q₃饱和导通，Q₁、Q₄截止，电流经Q₃由工具流向工件，而后Q₂到电源负极，工具接电源负极，工件接电源正极，形成负向脉冲电流；