[发明专利]微细高频分组脉冲电源有效

专利信息
申请号: 202010066380.4 申请日: 2020-01-20
公开(公告)号: CN111193428B 公开(公告)日: 2022-09-20
发明(设计)人: 杨飞;覃徳凡;汪志鹏;史顺飞;吴鹏程;邵佳钰;李宏良;李磊 申请(专利权)人: 南京理工大学
主分类号: H02M9/04 分类号: H02M9/04;H02M3/335;H03K3/57
代理公司: 南京理工大学专利中心 32203 代理人: 封睿
地址: 210094 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 微细 高频 分组 脉冲 电源
【说明书】:

发明公开了一种微细高频分组脉冲电源,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,电路脉冲电源主电路包括反激变压器,以及原边开关管、微细放电开关管、消电离开关管、第一至第n开关管、第一电阻、钳位电容、第一二极管、第二电阻、第三电阻、第二二极管、第三二极管、第一至第n电容。脉冲电源主电路为间隙负载提供能量,间隙电压电流采样电路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。本发明采用反激电路为放电电容充电,将输入与输出隔离,能够使放电不受输入电压影响,在一定范围内实现多等级能量加工。

技术领域

本发明涉及微细高频脉冲电源,特别是涉及一种微细高频分组脉冲电源。

背景技术

近几年,我国电火花加工技术发展迅猛,目前已是世界电加工机床产量和拥有量最多的国家,但同时也是电加工机床最大进口国,且在国际电加工机床贸易中呈现逆差。这主要是因为在高端精密电加工机床的研制和生产方面,我国与国际先进水平还有一定差距。因此,高端精密电加工机床相关技术,特别是微细电火花加工用脉冲电源技术的研究已迫在眉睫。

对微细电火花加工来讲,采用小而可控的单个脉冲放电能量,可以更好的提高加工精度和表面质量。目前,普遍认为微细电火花加工适合的最小单个脉冲放电能量应不超过10-6J。同时,为了提高加工速度和材料去除率,在单次材料去除量较低的情况下,又需要提高火花放电的频率。这就使得微细电火花加工脉冲电源要具备不同于普通电火花加工电源的特殊能力,对微细电火花加工所使用的脉冲电源有着更高要求。

现有微细电火花脉冲电源多为RC式脉冲电源,其基本思想为直流源通过电阻为电容充电,再利用电容向间隙进行放电加工,虽然可以实现微能脉冲放电加工,但由于电容充电时间远大于放电时间,其放电脉冲间隔系数太大,加工效率很低;直流源与放电间隙无开关元件隔离,影响放电稳定性;同时由于电路中电阻消耗大部分能量,电能利用率很低,往往不超过36%。为克服现有微细电火花脉冲电源的缺点,解决加工效率和降低表面粗糙度的矛盾,开展新型微细电火花脉冲电源研究具有重要的科学意义和实际价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既具有RC电源单个脉冲放电能量小的特点,又能精确地对放电电压、能量进行控制的微细高频分组脉冲电源,以生成高频并且放电脉宽可调的电火花加工脉冲波形。

实现本发明目的的技术解决方案为:一种微细高频分组脉冲电源,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:

所述电路脉冲电源主电路包括反激变压器,以及原边开关管、微细放电开关管、消电离开关管、第一至第n开关管、第一电阻、钳位电容、第一二极管、第二电阻、第三电阻、第二二极管、第三二极管、第一至第n电容;所述反激变压器包括原边第一电感、副边第二电感,其中原边第一电感一端接电源正极,另一端接原边开关管的漏极,原边开关管的源极接电源的负极;第一电阻与钳位电容并联,一端接电源正极,另一端与第一二极管的阴极相连,第一二极管的阳极接在原边开关管的漏极,构成RCD钳位电路;副边第二电感一端接第二二极管的阳极,另一端接第二电阻,第二电阻的另一端接第二二极管的阴极;第一至第n电容分别与第一至第n开关管串联,再并联在第二电阻两端;微细放电开关管的漏极接与第一至第n开关管的漏极相连,源极接第三二极管的阳极,第三二极管的阴极接工具电极;第三电阻的一端接放电电容的正极,另一端接加工工件;消电离开关管并联在间隙两端,其中漏极接加工工件,源极接工具电极。

所述电路包括原边充电开关管、微细放电开关管、消电离开关管、第一至第n开关管选用Infineon公司的型号为IRFR4620PbF的N沟道MOSFET。

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