[发明专利]无阻式电火花脉冲电源及其加工和间隙放电状态识别方法

说明书

本发明公开了一种无阻式中走丝脉冲电源及其加工和间隙放电状态识别方法，电路包括功率回路、驱动电路、FPGA控制器、电压检测电路和电流检测电路，从第一开关管导通到最大等待击穿时间阈值时，检测该时间段内的间隙电压计算平均电压，若平均电压为空载电压时，识别间隙为空载状态；否则等第一开关管断开，且死区时间后，第二开关管导通时，检测间隙电流计算电流下降斜率的变化，如果斜率变化率超过下降斜率变化率阈值，则识别间隙为短路，若果该斜率几乎不变或变化小，则识别间隙为正常放电；根据识别的间隙状态为伺服系统的进给方向和速度提供必要依据。本发明提高了电源间隙放电状态的识别精度，进而提高了电源加工效率和放电率。

技术领域

本发明涉及脉冲电源技术，具体涉及一种无阻式电火花脉冲电源及其加工和间隙放电状态识别方法。

背景技术

脉冲电源作为电火花加工机床的一个核心部分，决定着加工表面的粗糙度、电极丝损耗、加工精度、加工效率以及电能的利用率等，因此零件加工对脉冲电源的效率等提出了非常高的要求。在中走丝线切割电火花工业领域有相当一部分商用机床的脉冲电源采用电阻式晶体管电源，通过调节功率回路的串联电阻阻值大小来调节输出电流，但是这样的脉冲电源损耗很大，效率低。

此外，电源间隙放电状态是机床伺服跟踪的唯一依据，精准识别脉冲电源的间隙放电状态有利于提高加工效率和放电率。传统的间隙放电状态识别，根据滤波后的间隙平均电压进行状态识别，其检测时间在毫秒级，而每个加工周期一般在微秒级，因此采用传统方法不能知道每个加工周期的间隙放电状况，及时处理有害脉冲（比如排屑不好引起的瞬时短路）。其次，实际加工时，根据不同的加工需求，脉宽脉间比会进行相应调整，导致三种间隙放电状态的平均电压阈值的相对大小也会变化，因此间隙平均电压的状态识别方法不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无阻式中走丝脉冲电源的间隙放电状态识别方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种无阻式中走丝脉冲电源，包括功率回路、驱动电路、FPGA控制器、电压检测电路和电流检测电路，其中功率回路用于给间隙提供击穿电压和击穿后的放电能量；所述电压检测电路和电流检测电路用于实时检测间隙的电压和电流信号，进行滤波和调理后得到模拟信号，再进行模数转换得到数字信号给FPGA控制器；所述FPGA控制器用于根据电流、电压以及给定的目标参数输出PWM控制信号给驱动电路，同时对电流和电压信号进行分析，识别每个加工周期的间隙放电状态，为伺服系统的进给方向和速度提供依据；所述驱动电路对PWM控制信号进行数字隔离和放大，产生驱动信号驱动功率回路中MOS管的通断。

所述功率回路采用无输出电容的降压型同步整流Buck型电路为主拓扑，包括输入稳压电解电容，第一开关管、第二开关管，电感和二极管，其中第一开关管和第二开关管一端连接，第一开关管和第二开关管另一端分别与输入稳压电解电容的两端连接，第一开关管和第二开关管的连接点和电感连接，电感的另一端连接二极管的阳极，二极管的阴极和第二开关管与输入稳压电解电容的连接点分别连接间隙两端。

所述第一开关管和第二开关管选用infineon公司的型号为IPP200N25NFD的N沟道MOSFET，所述电感采用功率扁平导线电感，所述二极管选用型号为SBR60A300CT。

所述FPGA控制器选取型号为EP4CE15F23C8。

所述驱动电路采用数字隔离器加不隔离的半桥驱动芯片结构，数字隔离器选用型号为ADUM1100的芯片，半桥驱动芯片选用型号为UCC27714的驱动芯片，ADUM1100接受FPGA的PWM输出信号，然后输出隔离的信号给UCC27714的原边，经驱动芯片放大，再去驱动功率回路中的MOS管。

所述电压检测电路采用仪用运放电路。

所述电流检测电路包括霍尔电流传感器以及运算放大器构成后级的调理电路。

一种基于无阻式中走丝脉冲电源的加工方法，包括如下步骤：