[发明专利]基于线性非线性控制的交错并联磁集成电火花脉冲电源

说明书

本发明公开了一种基于线性非线性控制的交错并联磁集成电火花脉冲电源，包括直流输入电源、脉冲电源主电路、间隙电压检测电路、间隙电流检测电路、驱动电路、FPGA控制器，直流电源用于给脉冲电源主电路供电；脉冲电源主电路用于提供放电能量；电压检测电路和电流检测电路用于对间隙电压和间隙放电电流进行采样；FPGA控制器根据电压和电流采样信号产生多路PWM信号；驱动电路用于对PWM信号进行滤波、放大，控制脉冲电源主电路中开关管的导通和关断，具体采用线性非线性的控制方法，线性控制部分采用传统的平均电流法，非线性控制部分采用饱和占空比输出。本发明提高了电源的动态响应能力，减小了输出电流纹波，实现了放电能量的可控。

技术领域

本发明涉及电火花成形加工脉冲电源，特别是涉及基于线性非线性控制的交错并联磁集成电火花脉冲电源。

背景技术

电火花成形加工是一种用可控电能在工具电极和工件间形成火花放电来移除被加工材料的非传统加工技术。常用于模具生产中的型孔、型腔加工，在微精加工领域有着不可或缺的作用。现有的脉冲电源大多为电阻式脉冲电源，主要通过控制电阻大小和放电频率来控制放电能量，可控参数太少，电流波形变化局限。存在着电流可控性差，加工效率低，电能利用率低，动态响应性能差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线性非线性控制的交错并联磁集成电火花脉冲电源及其工作方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于线性非线性控制的交错并联磁集成电火花脉冲电源，包括直流输入电源、脉冲电源主电路、间隙电压检测电路、间隙电流检测电路、驱动电路、FPGA控制器，直流电源用于给脉冲电源主电路供电；脉冲电源主电路用于提供放电能量；电压检测电路和电流检测电路用于对间隙电压和间隙放电电流进行采样；FPGA控制器根据电压和电流采样信号产生多路PWM信号；驱动电路用于对PWM信号进行滤波、放大，控制脉冲电源主电路中开关管的导通和关断。

进一步的，所述脉冲电源主电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一电容、第一输出二极管、第二输出二极管、第三输出二极管、第四输出二极管，其中第一开关管、第二开关管、第一电感、第一输出二极管组成第一路同步整流Buck电路；第三开关管、第四开关管、第二电感、第二输出二极管组成第二路同步整流Buck电路；第五开关管、第六开关管、第三电感、第三输出二极管组成第三路同步整流Buck电路；第七开关管、第八开关管、第四电感、第四输出二极管组成第四路同步整流Buck电路；四路同步整流Buck电路的上管的一端连接到输入直流电源的正极，另一端和电感串联；四路同步整流Buck电路的下管的一端连接到电感与上管之间的串联点，另一端接到输入直流电源的负极，即为接地；四路同步整流Buck电路的输出二极管的正极连接电感的另一端，负极连接间隙的正极；四个电感的一端接在上下管的公共点，另一端连接在一起接到输出二极管的正极，其中第一电感和第二电感反向耦合，第三电感和第四电感反向耦合；第一电容和输入直流电源并联连接。

更进一步的，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管采用金属-氧化物半导体场效应晶体管。

更进一步的，所述第一输出二极管、第二输出二极管、第三输出二极管、第四输出二极管均采用肖特基二极管。

进一步的，所述间隙电压检测电路选择电阻分压电路。

进一步的，所述间隙电流检测电路选择电流霍尔传感器。

进一步的，所述FPGA控制器选用AX4010系列开发板。

进一步的，所述驱动电路选用自带隔离的高低侧双路输出的驱动芯片。

一种基于上述电火花脉冲电源的工作方法，包括如下步骤：