[发明专利]一种多路并联交叉循环驱动的高频微能电加工脉冲电源

说明书

本发明提供一种多路并联交叉循环驱动的高频微能电加工脉冲电源，所述的电源中的功率控制单元包括多路放电通路，每一路放电通路由金属‑氧化物半导体场效应晶体管与限流电阻模块串联，所述限流电阻模块由多个限流电阻分别与开关串联后并联构成，所述功率控制单元的金属‑氧化物半导体场效应晶体管的漏极并联端接供电单元正极，所述功率控制单元的另一端各路分别对应接限流通道单元的一端和泄流通道单元的一端；所述控制驱动单元中的所述现场可编程门阵列输出多路分别接功率控制单元的多个金属‑氧化物半导体场效应晶体管的栅极和泄流通道单元的各个控制端。本发明能够实现高频脉冲放电。

技术领域

本发明涉及脉冲电源，尤其是涉及用于微细电加工的高频微能脉冲电源，具体地说是一种多路并联交叉循环驱动控制输出的高频微能脉冲电源。

背景技术

随着制造业的发展，特别是在航空制造和电子领域，微型机械的需求越来越大，促使了微细电火花加工技术的产生和发展。脉冲电源作为微细电火花加工机床的重要组成部分，作用是在工具电极和工件之间产生脉冲放电，供给放电间隙所需的能量，产生高温、高压融化和气化金属。

相关研究表明，每次放电的金属去除量与单个脉冲放电的能量有关，单脉冲能量一般约在10^-7~10^-6J量级。同时采用小而可控的单个脉冲放电能量，更容易获得好的加工效果。研究表明，要减少单个脉冲放电的能量有3种途径：降低放电电压，减少放电电流，减小脉冲宽度。在微细电火花加工领域，独立式脉冲电源因具有脉冲参数容易调节、脉冲波形好和易于实现自适应控制等优点而得到广泛应用。应用独立式脉冲电源进行电火花加工时需要有一定的维持电压，因此放电电压不能过低，比较理想的办法就是减小脉冲宽度。另外，微能脉冲电源由于其单脉冲能量较小，为了保证良好的加工效率，需要提高其脉冲放电频率。因此，理想的用于微细电加工的脉冲电源应能够产生微能且高频的放电脉冲。

金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）常被用作电加工脉冲电源中的开关器件，但是受到电子元器件开关速度性能和设计原理的束缚，在提高脉冲电源频率上受到限制。发明专利CN103433577B公开了一种应用于电火花放电加工的脉冲电源，该脉冲电源的在两组功率管的开通速度较慢的情况，可以得到间隙很窄的放电脉宽，但是该发明未有提及可以实现多窄的放电脉宽，同时对放电脉冲频率也未提及。发明专利CN101579761B公开了一种两级限脉宽的精密放电加工脉冲电源，通过高频反相驱动两级场效应管，分别控制输出放电脉冲的上升沿和下降沿，实现两级限脉宽，限制输出脉宽最小达到60ns，从而输出微能放电脉冲，但是该发明同样未提及可以实现多大的放电脉冲频率。因此，提升微能脉冲电源的放电频率是非常有必要的，要设计具有更高频率的微能脉冲电源，采用新的设计理念是关键。

发明内容

为了克服现有电加工微能脉冲电源放电频率不高的问题，本发明提供了一种多路并联交叉循环驱动控制输出的高频微能脉冲电源。该高频微能脉冲电源不仅能产生窄脉宽微能脉冲，而且可以实现高频的脉冲放电。

本发明的多路并联交叉循环驱动控制输出的高频微能脉冲电源设有供电单元、控制驱动单元、功率控制单元、限流通道单元、泄流通道单元、检测单元、加工正极、加工负极：所述功率控制单元包括多路放电通路，每一路放电通路由金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）与限流电阻模块串联，所述限流电阻模块由多个限流电阻分别与开关串联后并联构成，所述功率控制单元的MOSFET漏极（D极）并联端接供电单元正极，所述功率控制单元的另一端各路分别对应接限流通道单元中的三路限流通道的一端和泄流通道单元的一端；所述控制驱动单元包括工控机、单片机、现场可编程门阵列（FPGA），所述FPGA输出多路分别接功率控制单元的多个MOSFET栅极（G极）和泄流通道单元的各个控制端；所述限流通道单元中的三路限流通道的另一端并联后接加工正极；所述泄流通道单元另一端接供电单元负极；所述检测单元接在加工正极和加工负极的两端，输出端接单片机；所述加工负极接供电单元负极。