[发明专利]用于电化学加工的纳秒级脉宽脉冲电源

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲电源，尤其是涉及用于电化学加工的纳秒级脉宽脉冲电源。

背景技术

作为电化学加工机床的主要组成部分———脉冲电源提供发生电化学反应所需要的电 压，用以产生电解腐蚀以去除金属。它是影响加工工艺指标关键的设备之一，其性能的优劣 直接影响电化学加工的速度、精度、稳定性、工件表面粗糙度以及电极耐加工性，同时也是 产品升级换代的标志。

相关研究表明，电化学脉冲电解加工能够显著改进电解加工过程，是实现微细电解加工 的重要措施之一。在电化学脉冲电解加工中，电解液的周期性的更新及间断，使得间隙中的 电解产物如溶解的金属、析出的氢气及产生的焦耳热等能够被及时排除，因此可以在比传统 直流更小的加工间隙和更高的电流密度下进行加工。高的电流密度能够提高表面加工质量， 同时小间隙可以显著改善加工精度。

传统形式的电化学加工脉冲电源虽然在某些场合有应用，但是已经不能完全满足加工的 一些要求。随着电力电子技术、计算机控制技术的发展以及现代控制理论的不断丰富，电化 学加工脉冲电源技术也得到了很大的发展。出现了许多新型的脉冲电源和新的发展趋势。目 前针对电化学加工脉冲电源主要有以下两个研究趋势：一类是基于阴极沉积的增材制造技术 的电铸脉冲电源，另一类是基于阳极溶解的减材制造技术的电解加工脉冲电源。

电化学脉冲电源一般使用高频器件(如CPLD，FPGA)发出需要的脉冲，在经过放大以驱 动后级的开关管，从而得到电化学加工所需纳秒级的脉冲。

本申请人在中国专利CN103990871B中公开一种用于电火花加工的纳秒级脉宽脉冲电源， 设有单片机、上路数字电位器控制总线、上路电容多路选通模块控制总线、阶跃信号传输线、 下路数字电位器控制总线、下路电容多路选通模块控制总线、上路数字电位器、下路数字电 位器、上路电容多路选通模块、下路电容多路选通模块、上路光电隔离器件、下路光电隔离 器件、上路开关管驱动器、下路开关管驱动器、限流电阻、上路开关管、下路开关管、放电 间隙、直流电源。单片机对数字电位器和多路选通器进行控制，以达到需要的脉冲和脉间宽 度。脉冲宽度由RC充电电路延时控制，脉间则由单片机产生阶跃信号的间隔时间决定，间隔 时间越长，脉间越长。

发明内容

本发明的目的在于提供可产生脉宽可控的纳秒级脉冲的一种用于电化学加工的纳秒级脉 宽脉冲电源。

本发明设有单片机、可编程正弦波发生器、数字电位器、比较器、光耦、限流电阻、加 工正极、加工负极、三极管和直流电源；

所述单片机的输出端口分别接可编程正弦波发生器的输入端和数字电位器的输入端，可 编程正弦波发生器的输出端和数字电位器的输出端分别接比较器的输入端，比较器的输出端 接光耦的输入端，光耦的输出端接三极管的输入端，三极管的输出端接直流电源，直流电源 接限流电阻的一端，限流电阻的另一端接加工正极，加工正极经加工负极与三极管连接。

所述单片机控制数字电位器，为高速比较器提供稳定的参考电压，单片机以控制可编程 正弦波发生器产生所需频率的正弦波信号，该信号经过高速比较器之后，被截取成为脉冲信 号，经过高速光耦隔离之后，控制三极管的导通和关闭，直流电源提供电压，经过限流电阻 的限流之后，便会在加工正极和加工负极之间产生纳秒级的加工脉冲。

本发明使用正弦波发生器、数字电位器以及高速比较器的组合，获得高频的脉冲。通过 对单片机编程或上位机可以通过串行通信向单片机发送指令，单片机对可编程正弦波发生器 和数字电位器进行控制，以获得需要的频率和脉冲宽度。

本发明输出的脉冲频率由正弦波发生器发出的正弦波频率决定，脉冲宽度由数字电位器 提供给高速比较器的参考电压决定。

本发明的组成相当简单，各种元器件在市面上也很容易买到，故具有低成本、易获得、 易控制、应用范围广等优点。

本发明中数字电位器通过单片机的控制产生不同的电阻值，经过分压后获得不同的电压 值，为高速比较器提供参考电压，可编程正弦波发生器通过单片机的控制产生不同频率的正 弦波信号，经过高速比较器将信号截取成为脉冲信号，经过高速光耦隔离之后，驱动高速三 极管，从而产生纳秒级脉宽的脉冲。

本发明的创新点在于应用高速比较器对正弦波进行截取，以此种新颖的方式获得电化学 加工用的纳秒级的脉冲。

附图说明