一种电火花脉冲电源及该电源输出电流的波形控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电火花脉冲电源，包括击穿电路回路以及恒流源回路，击穿电路回路由串联的直流源一、电阻、功率开关管一、二极管一及放电间隙构成，功率开关管一上连接有时序控制器；恒流源回路包括充电支路和续流支路，充电支路由串联的直流源二、功率开关管二、电感、二极管二构成，续流支路由串联的电感、二极管二、直流源一、二极管三构成；并且充电支路中还串联有电流传感器，电流传感器与功率开关管二之间连接有电流闭环控制器，二极管三连接于电流传感器与功率开关管二之间。本发明专利技术所设计的脉冲电源比传统电源更加节能，效率更高，同时比现有节能型电源降低了系统的复杂性和减少了因此带来的不稳定因素，提升了可靠性。

An electric spark pulse power supply and waveform control method for output current of the power supply

The invention discloses an electric spark pulse power supply, which comprises a breakdown circuit circuit circuit and a constant current source circuit. The breakdown circuit is composed of a series DC source, a resistor, a power switch tube, a diode and a discharge gap, and the power switch tube is connected with a timing controller; the constant current source circuit includes a charging branch and a continuous current source. The charging branch is composed of two DC sources in series, two power switches, two inductors and two diodes. The relay branch is composed of three inductors in series, two diodes, one DC source and one diode. The diode three is connected between the current sensor and the power switch tube two. The pulse power supply designed by the invention is more energy-saving and more efficient than the traditional power supply, and at the same time reduces the complexity of the system, reduces the unstable factors resulting from the energy-saving power supply, and improves the reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种电火花脉冲电源及该电源输出电流的波形控制方法
本专利技术涉及电源
，具体来说，涉及一种电火花脉冲电源及该电源输出电流的波形控制方法。
技术介绍
一般来说，传统电火花加工脉冲电源能耗非常高，电源效率都非常低，很少超过30％，因其输出的电流很多被限流电阻消耗了。在电火花加工技术应用的早期，因为当时的基础技术较为落后并且人们更加追求工艺性能，所以传统电源被大量应用，虽然如此，此类电源至今依然还是使用的主流。然而，随着现代社会的发展，节能环保日益受到人们的关注，降低能耗的受到了重视，所以，传统电火花加工电源电能源利用低问题得到了重视。为解决这一问题，在满足加工工艺要求的同时，应进一步提高电能的利用率。近年来，国内外一些机构已经研发了具有电流闭环控制能力的节能型脉冲电源，以解决传统电源的能源利用率低的问题。但是，现有节能型电源大部分采用高低压复合的方式，电源的高压部分与低压部分是独立，高压部分负责引弧击穿，低压部分负责在放电间隙击穿后向间隙提供蚀除所用的电流。这种方式要求电源有专门的时序控制器去控制两者之间的协同关系，使控制变得更复杂。电火花加工时，脉冲电源输出近似方波的电流，可适用于大部分应用场合。因受到不同因素的作用，电极损耗、加工效率、表面粗糙度、加工精度等工艺指标受到了影响，需要输出特殊波形的电流以获得期望的加工指标。比如在进行钢材料的低损耗加工时，需要电流的前沿斜率较小；在进行熔点、导热系数、比热容较大的难加工材料加工时，需要电流具有初始阶段前沿较高的特点。为了解决这些问题，就要求电源具有多种波形控制技术并可以在不同场合下进行相应的应用。目前，现有的节能型电源只具有单一或很少的输出电流波形，很难兼顾加工不同材料的特殊工艺需求。虽然，传统电源虽然较容易实现多种输出电流波形控制，但是能耗较大，此类电源将会被逐渐淘汰。因此，解决节能型电源输出电流的波形控制问题是电火花加工领域重要研究方向之一。针对相关技术中的问题，目前该领域尚未公布提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种电火花脉冲电源及该电源输出电流的波形控制方法，以克服现有相关技术所存在的上述问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：根据本专利技术的一个方面，提供了一种电火花脉冲电源。该电火花脉冲电源包括击穿电路回路以及与所述击穿电路回路相连接的恒流源回路，其中，所述击穿电路回路由串联的直流源一、电阻、功率开关管一、二极管一及放电间隙构成，所述功率开关管一上连接有时序控制器；所述恒流源回路包括充电支路和续流支路，其中，所述充电支路由串联的直流源二、功率开关管二、电感、二极管二构成，所述续流支路由串联的所述电感、二极管二、所述直流源一、二极管三构成；且所述充电支路中还串联有电流传感器，所述电流传感器与所述功率开关管二之间连接有电流闭环控制器，所述二极管三连接于所述电流传感器与所述功率开关管二之间；在所述放电间隙被击穿时，所述击穿电路回路与所述恒流源回路构成放电电流回路，其中，所述放电电流回路的充电支路由串联的所述直流源一、所述直流源二、所述功率开关管二、所述电感、所述功率开关管一、所述二极管一和所述放电间隙构成，所述放电电流回路的续流支路由串联的所述电感、所述功率开关管一、所述二极管一、所述放电间隙和所述二极管三构成。其中，所述电流传感器串联于所述功率开关管二与所述电感之间。其中，所述电流传感器串联于所述电感与所述二极管而之间。优选的，所述电流闭环控制器的控制方式为PWM控制方式。优选的，所述功率开关管一包括以下任意一种：场效应管、三极管或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。优选的，所述功率开关管二包括以下任意一种：场效应管、三极管或IGBT。优选的，所述电流传感器包括以下任意一种：电流互感器、霍尔传感器或精密电阻。根据本专利技术的另一方面，提供了一种电火花脉冲电源输出电流的波形控制方法，用于上述的电火花脉冲电源。该波形控制方法包括以下步骤：预先对电流闭环控制器设定目标电流值，并促使电感上的电流值为所述目标电流值；击穿放电间隙，并在所述放电间隙被击穿后，将所述电感上的电流输出至所述放电间隙；预先配置检测单元对放电间隙进行检测，并在检测结果为所述放电间隙被击穿的情况下，生产触发信号，并将该触发信号发送给电流控制器；所述电流控制器接收到所述触发信号后，设定新的目标电流值，促使电感中的电流以一定斜率上升或下降到所述新的目标电流值，形成波形。本专利技术的有益效果：本专利技术所设计的脉冲电源比传统电源更加节能，效率更高，电能利用率到达70％以上，电源去掉了传统电源的大功率限流电阻，降低了电源的发热量和因此带来的散热问题。本专利技术所设计的电源还具有比现有节能型电源在结构和控制上更加简化的特点，降低了系统的复杂性和减少了因此带来的不稳定因素，提升了可靠性。本专利技术涉及的输出电流波形控制方法，可作为以电感作为输出电流滤波元件的节能型脉冲电源的普遍使用的控制方法，此方法可以增加输出电流波形的种类，进而提升加工性能，更好地满足使用需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术实施例的电火花脉冲电源的拓扑电路图；图2是根据本专利技术实施例的电火花脉冲电源输出电流的波形控制方法的控制流程框图；图3是根据本专利技术实施例的电火花脉冲电源输出电流的波形控制方法的控制原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的实施例，提供了一种电火花脉冲电源。如图1所示，根据本专利技术实施例的电火花脉冲电源的高低压电路实际为同一电源的两个部分。电源的高压部分将间隙击穿后，电源的高低压部分作为整体一起对间隙输出电流进行加工，高压部分与电源整体切换不需要额外的时序电路进行控制。另外，电源的主回路属于复合型回路，由串联型开关稳流电路与续流电路构成。具体的，继续参考图1所示，在间隙未击穿时，功率开关管一G1关断，有两个功能回路：高压击穿电路回路(恒压源，也被称之为高压回路)，包括直流源一E1、电阻R、功率开关管一G1、二极管一D1、放电间隙。这部分与传统的电源高压回路相同。恒流源回路，包括直流源二E2、功率开关管二G2、电感L、二极管二D2组成的充电支路和电感L、直流源一E1、二极管三D3组成的续流支路。具体工作时，首先，由直流源二E2对电感L充电，电流流经二极管二D2。当电感L中的电流达到目标值后，电流闭环控制器将功率开关管二G2关断，此时电感L中的电流经二极管二D2、二极管三D3回馈到直流源一E1中。在间隙击穿后，功率开关管一G1闭合时，回路由一个功能回路组成：放电电流回路(恒流源电路)，包括直流源一E1与直流源二E2、功率开关管二G2、电感L、功率开关管一G1、二极管一D1、放电间隙组成的充电支路；电感L、功率开关管一G1、二极管一D1、放电间隙、二极管三D3组成的续流支本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电火花脉冲电源，其特征在于，包括击穿电路回路以及与所述击穿电路回路相连接的恒流源回路，其中，所述击穿电路回路由串联的直流源一、电阻、功率开关管一、二极管一及放电间隙构成，所述功率开关管一上连接有时序控制器；所述恒流源回路包括充电支路和续流支路，其中，所述充电支路由串联的直流源二、功率开关管二、电感、二极管二构成，所述续流支路由串联的所述电感、二极管二、所述直流源一、二极管三构成；并且所述充电支路中还串联有电流传感器，所述电流传感器与所述功率开关管二之间连接有电流闭环控制器，所述二极管三连接于所述电流传感器与所述功率开关管二之间；在所述放电间隙被击穿时，所述击穿电路回路与所述恒流源回路构成放电电流回路，其中，所述放电电流回路的充电支路由串联的所述直流源一、所述直流源二、所述功率开关管二、所述电感、所述功率开关管一、所述二极管一和所述放电间隙构成，所述放电电流回路的续流支路由串联的所述电感、所述功率开关管一、所述二极管一、所述放电间隙和所述二极管三构成。

【技术特征摘要】
1.一种电火花脉冲电源，其特征在于，包括击穿电路回路以及与所述击穿电路回路相连接的恒流源回路，其中，所述击穿电路回路由串联的直流源一、电阻、功率开关管一、二极管一及放电间隙构成，所述功率开关管一上连接有时序控制器；所述恒流源回路包括充电支路和续流支路，其中，所述充电支路由串联的直流源二、功率开关管二、电感、二极管二构成，所述续流支路由串联的所述电感、二极管二、所述直流源一、二极管三构成；并且所述充电支路中还串联有电流传感器，所述电流传感器与所述功率开关管二之间连接有电流闭环控制器，所述二极管三连接于所述电流传感器与所述功率开关管二之间；在所述放电间隙被击穿时，所述击穿电路回路与所述恒流源回路构成放电电流回路，其中，所述放电电流回路的充电支路由串联的所述直流源一、所述直流源二、所述功率开关管二、所述电感、所述功率开关管一、所述二极管一和所述放电间隙构成，所述放电电流回路的续流支路由串联的所述电感、所述功率开关管一、所述二极管一、所述放电间隙和所述二极管三构成。2.根据权利要求1所述的电火花脉冲电源，其特征在于，所述电流传感器串联于所述功率开关管二与所述电感之间。3.根据权利要求1所述的电火花脉冲电源，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王培德，孙式玮，胡苏，胡倩，
申请(专利权)人：北京机床所精密机电有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11