[发明专利]微细高频分组脉冲电源

权利要求书

1.一种微细高频分组脉冲电源，其特征在于，包括直流电源、脉冲电源主电路、间隙电压电流采样电路、FPGA控制电路、驱动电路，脉冲电源主电路用于为间隙负载提供能量，间隙电压电流采样电路用于采样间隙两端的电压和间隙电流，FPGA控制模块根据采样电压和电流产生PWM信号，经过驱动电路的滤波、放大后，驱动脉冲电源主电路开关管的通断，其中：所述脉冲电源主电路包括反激变压器，以及原边开关管(Q₁)、微细放电开关管(Q₂)、消电离开关管(Q₃)、第一至第n开关管(Q_{d_1}至Q_{d_n})、第一电阻(R₁)、钳位电容(C₁)、第一二极管(D₁)、第二电阻(R_L)、第三电阻(R_d)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)、第一至第n电容(C_{d_1}至C_{d_n})；所述反激变压器包括原边第一电感(L₁)、副边第二电感(L₂)，其中原边第一电感(L₁)一端接电源正极，另一端接原边开关管(Q₁)的漏极，原边开关管(Q₁)的源极接电源的负极；第一电阻(R₁)与钳位电容(C₁)并联，一端接电源正极，另一端与第一二极管(D₁)的阴极相连，第一二极管(D₁)的阳极接在原边开关管(Q₁)的漏极，构成RCD钳位电路；副边第二电感(L₂)一端接第二二极管(D₂)的阳极，另一端接第二电阻(R_L)，第二电阻(R_L)的另一端接第二二极管(D₂)的阴极；第一至第n电容(C_{d_1}至C_{d_n})分别与第一至第n开关管(Q_{d_1}至Q_{d_n})串联，再并联在第二电阻(R_L)两端；微细放电开关管(Q₂)的漏极接与第一至第n开关管(Q_{d_1}至Q_{d_n})的漏极相连，源极接第三二极管(D₃)的阳极，第三二极管(D₃)的阴极接工具电极；第三电阻(R_d)的一端接放电电容的正极，另一端接加工工件；消电离开关管(Q₃)并联在间隙两端，其中漏极接加工工件，源极接工具电极。

2.根据权利要求1所述的微细高频分组脉冲电源，其特征在于，所述电路包括原边开关管(Q₁)、微细放电开关管(Q₂)、消电离开关管(Q₃)、第一至第n开关管(Q_{d_1}至Q_{d_n})选用型号为IRFR4620PbF的N沟道MOSFET。

3.根据权利要求1所述的微细高频分组脉冲电源，其特征在于，所述第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)选用型号为MBRF20200CTG的肖特基二极管。

4.根据权利要求1所述的微细高频分组脉冲电源，其特征在于，所述反激变压器型号选用EE型高频铁氧体磁芯。

5.根据权利要求1所述的微细高频分组脉冲电源，其特征在于，所述间隙电压电流采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，其中电压采样电路采用电阻分压电路，电流采样电路采用霍尔传感器。

6.根据权利要求1所述的微细高频分组脉冲电源，其特征在于，所述驱动电路选择具有隔离式高低侧双通道输出的栅极驱动芯片UCC21521。

7.根据权利要求1-6任一项所述电源的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在间隙开路阶段，由FPGA产生多路PWM信号，经过驱动电路的放大后，控制原边开关管(Q₁)以及第一至第n开关管(Q_{d_1}至Q_{d_n})开始导通，微细放电开关管(Q₂)与消电离开关管(Q₃)关断，原边第一电感(L₁)开始储能，由于此时副边第二二极管(D₂)处于断态，副边无电流通过；步骤二：当储能时间达到预设值后，FPGA发出信号控制原边开关管(Q₁)关断，同时微细放电开关管(Q₂)与消电离开关管(Q₃)继续关断，第一至第n开关管(Q_{d_1}至Q_{d_n})继续导通，此时副边第二二极管(D₂)处于通态，反激变压器中的磁场能量通过第二电感(L₂)和第二二极管(D₂)向放电电容充电；步骤三：当电容充电时间达到预设值后，FPGA控制微细放电开关管(Q₂)及第一开关管(Q_{d_1})导通，原边开关管(Q₁)、微细放电开关管(Q₂)导通、消电离开关管(Q₃)及第二至n开关管(Q_{d_2}至Q_{d_n})关断，此时第一电容(C_{d_1})接入间隙，间隙迅电压迅速上升；步骤四：当间隙击穿后时，进入间隙放电阶段，在一个加工周期内，FPGA控制第一字至第n开关管(Q_{d_1}至Q_{d_n})按一定频率依次导通，实现高频且脉宽可控的放电加工；步骤五：在进入下一个加工周期前FPGA控制消电离开关管(Q₃)导通，其他开关管均关断，使间隙两端电压降为零，使消电离完成彻底，保证下一次放电稳定可靠；步骤六：重复上述五步骤，实现加工周期的循环。