[发明专利]一种电火花脉冲电源的新型单周期控制方法

权利要求书

1.一种电火花加工脉冲电源的单周期控制方法，其特征在于，所述电火花加工脉冲电源包括大功率加工电路、检测电路、控制电路和驱动电路，所述的大功率加工电路用于电火花线切割、成形电火花加工的粗加工过程；所述的检测电路用于检测与采集间隙电压和间隙电流；所述的控制电路基于FPGA芯片实现全范围单周期电流控制算法，通过调整占空比控制电源输出电流值等于参考电流基准值；所述驱动电路用于对FPGA输出的控制信号进行放大，产生驱动信号驱动电路中的开关管的导通和关断；

所述大功率加工电路包括第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管Q₃、第四开关管Q₄、大功率加工切换开关管Q_H、第一续流二极管D₁、第二续流二极管D₂、第三续流二极管D₃、第四续流二极管D₄、第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄、第一防回流二极管D_L1、第二防回流二极管D_L2、第三防回流二极管D_L3、第四防回流二极管D_L4，其中第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管Q₃、第四开关管Q₄的漏极与输入电压源相连，源极分别与第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄相连，电感的另一端分别与第一防回流二极管D_L1、第二防回流二极管D_L2、第三防回流二极管D_L3、第四防回流二极管D_L4的正极相连，第一防回流二极管D_L1、第二防回流二极管D_L2、第三防回流二极管D_L3、第四防回流二极管D_L4的负极与大功率加工切换开关管Q_H的漏极相连，大功率加工切换开关管Q_H源极接工件，第一开关管Q₁与第一电感L₁，第二开关管Q₂与第二电感L₂，第三开关管Q₃与第三电感L₃，第四开关管Q₄与第四电感L₄的连接点分别与第一续流二极管D₁、第二续流二极管D₂、第三续流二极管D₃、第四续流二极管D₄的负极相连，第一续流二极管D₁、第二续流二极管D₂、第三续流二极管D₃、第四续流二极管D₄的正极接地；

所述单周期控制方法，根据间隙电压与间隙电流进行反馈闭环控制，通过控制开关管的占空比使得每一个开关频率内的间隙电流的平均值等于参考电流基准值，具体步骤如下：

步骤1：根据加工场合和加工状态，设置好脉冲电源的开关频率f_s、输入电压V_in、电压采样频率k_v、电流采样频率k_i；

步骤2：根据加工质量需求选择合适的电流波形，在大功率加工时选择矩形波，低电极损耗时选择阶梯波，高效率材料蚀除时选择梳状波；

步骤3：根据开关频率f_s和电流波形，确定施加脉冲的时间T_on和消电离时间T_off，设置参考电流基准值i_ref；

步骤4：在施加脉冲阶段，控制第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管Q₃、第四开关管Q₄导通，使得间隙电压以最快的速率上升；

步骤5：实时采样间隙的电压信号和电流信号，分别进行AD转换得到间隙电压和间隙电流的数字信号，当检测到间隙电压发生陡降并且小于击穿电压阈值V_gap大于短路电压阈值V_short，并且间隙电流大于击穿电流阈值I_gap时，说明间隙已经被击穿，此时引入全范围的单周期电流闭环控制策略，先由FPGA根据采样周期起始的间隙电压V_d、间隙电流i_{d_v}以及选择的输入电压V_in与开关频率f_s调整每个开关周期内的占空比大小：

D＝V_d/(2V_in)+f_sL(i_ref-i_{d_v})/(V_in-V_d)

然后通过驱动电路将生成的PWM信号送给第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第三开关管Q₃、第四开关管Q₄，使得输出电流在每个开关周期内的平均值等于参考电流基准值i_ref；

步骤6：电流放电完成后，进行消电离；

步骤7：重复步骤3～6，进行下一个加工周期。