[发明专利]微细电火花脉冲电源及基于该电源的分段控制方法

说明书

本发明公开一种微细电火花脉冲电源，包括功率因数校正变换器、直流‑直流变换器、功率回路、驱动电路、脉冲发生器、检测电路，其中功率回路包括6个开关管Q_p、Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q_off和1个电感L_limit，4个开关管Q₁‑Q₄以桥式结构相连接，开关管Q_p连接直流‑直流变换器的输出侧和全桥变换器的输入侧，开关管Q_off与间隙并联后，一端通过电感L_limit连接到其中一个桥臂的中点，另一端直接连接到另外一个桥臂的中点。本发明还公开了基于该电源的分段控制方法。本发明的电源只包括一个功率回路，系统构成简单、体积小，对应的分段控制方法在一套功率回路中进行电压控制和电流控制的切换，电压控制和电流控制互相独立、迅速切换且控制精确稳定。

技术领域

本发明属于电火花加工用脉冲电源领域，特别是涉及一种微细电火花脉冲电源及基于该电源的分段控制方法。

背景技术

连续的正负极性加工能够改善加工的质量，在放电凹坑的整形方面有一定的效果。为了适应多种加工场合、加工条件的要求，电火花加工脉冲电源必须具备正负极性加工的能力。为了实现正负极性加工，现有电火花加工脉冲电源使用全桥变换器作为功率回路主拓扑，功率回路中还需要一个或多个限流电阻。由于限流电阻的存在，使得脉冲电源的加工效率不高，无法满足微细电火花加工中高效节能的要求。

此外，在电火花加工过程中，引弧阶段需要脉冲电源在工具和工件电极两端施加高电压，以达到快速击穿间隙的目的；而间隙被击穿后的放电阶段，则需要脉冲电源提供稳定的可控加工电流，以避免过电流现象，达到满意的加工效果，因此微细电火花加工对放电间隙击穿前后的电压和电流的分段控制要求很高。

专利CN102114559B公开了一种交变极性脉冲电源，其功率回路包括第一功率回路和第二功率回路，分别对电压和电流进行分段控制，具体是通过第一功率回路为放电间隙提供先导击穿电压，通过第二功率回路实现了间隙击穿后放电阶段的放电电流控制。这种复合型结构需要两套功率回路，结构复杂，并且还存在检测电路和控制器响应速度，切换控制精度不高慢的问题。

发明内容：

本发明所解决的技术问题在于提供一种微细电火花脉冲电源及基于该电源的分段控制方法，在正负极性加工过程中都能够对间隙电压和电流进行分段控制，且间隙电压和电流的控制互相独立、切换迅速、控制效果精确稳定。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微细电火花脉冲电源，包括功率因数校正变换器、直流-直流变换器、功率回路、驱动电路、脉冲发生器、检测电路，交流电压经过功率因数校正变换器和直流-直流变换器输出可调直流电压给功率回路供电，功率回路给间隙提供正负极性电压，检测电路检测间隙的电压和电流送入脉冲发生器，脉冲发生器输出控制信号，控制信号经过驱动电路放大后产生驱动信号驱动功率回路中开关管的通断，所述功率回路包括6个开关管Q_p、Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q_off和1个电感L_limit，其中4个开关管Q₁-Q₄以桥式结构相连接，开关管Q_p连接直流-直流变换器的输出侧和全桥变换器的输入侧，开关管Q_off与间隙并联后，一端通过电感L_limit连接到其中一个桥臂的中点，另一端直接连接到另外一个桥臂的中点。

所述脉冲发生器采用DSP和FPFA共同构成的控制架构。

所述功率回路中开关管选择Si、SiC或GaN三种不同材料的功率MOS管，分别应用于粗加工、半精加工和微细加工三种电火花加工场合。

基于该微细电火花脉冲电源的加工方法，包括如下步骤：