电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统，包括电源本体，所述电源本体包括微控制器系统模块、整流模块、电能转换模块和高频脉冲模块，所述微控制器系统模块的一端外接有辅助电源输入接口和若干输入输出接口，所述输入输出接口包括脉冲输出使能输入接口、丝速控制接口、组态号接口和通信接口，所述微控制器系统模块的另一端分别与电能转换模块、高频脉冲模块相连，所述电能转换模块与高频脉冲模块之间相互连接；所述整流模块的一端外接有电源输入接口，所述整流模块的另一端分别与脉冲输出接口、高频脉冲模块相互连接，所述高频脉冲模块的另一端外接有脉冲输出接口。本发明专利技术电压、电流稳定，输出单个脉冲能量小，工件切割表面光洁度好。

Nanosecond pulse power supply system and control method for WEDM

The invention discloses a nanosecond pulse power system for WEDM, including power supply body, the power supply comprises a micro controller module, rectifier module, power module and high frequency pulse module, microcontroller module end of the system is connected to the auxiliary power supply input interface and a number of input and output interface the input and output interfaces, including pulse output enable input interface, wire speed control, interface configuration, interface and communication interface module, the other end of the micro controller system with power conversion module, high-frequency pulse block is connected, the mutual connection between the power conversion module and high frequency pulse module; one end the rectification module is connected with an external power input interface, the other end of the rectifier module is respectively connected with the pulse output interface, high frequency pulse module which are connected with each other, the high A pulse output interface is connected to the other end of the frequency pulse module. The voltage and current are stable, the output single pulse energy is small, and the workpiece cutting surface has good finish.

【技术实现步骤摘要】
电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统及控制方法
本专利技术属于电火花切割用电源
，具体涉及一种电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统及控制方法。
技术介绍
电火花线切割技术是一种利用连续移动的细金属丝(多用钼丝)作电极，对导电工件进行脉冲电火花放电蚀除工件、切割成型的技术。钼丝电极与导电工件两端施加电压，当电压达到一定阈值后，空气间隙被击穿，处于低阻状态，此时需要一定的技术限制电流的急剧上升，否则将烧毁电子器件和钼丝，烧伤工件。在现有的技术中，通常的解决方案是在放电主回路中串联大功率的电阻限流或者串联电感抑制电流的上升速度，使得电流在放电脉冲期间上升不超过安全值。这些方案简单易行但缺点显而易见，串联进电路的大功率电阻将消耗大部分能量用来发热，造成能源的极大浪费，同时产生的大量热量恶化了机床工作环境，也限制加工效率。串联电感的工作方式，仅仅是抑制了电流的上升速度，使得放电的电流波形类似于三角波，尖峰电流的存在不仅加速了钼丝的损耗，切割表面光洁度的下降，而且还会限制放电脉冲平均电流的提升，影响加工效率。目前也有部分公司及科研机构对现有的脉冲电源做出了改进，在采用高性能处理器、增加额外的控制电路等研究方向上取得了一定的进展。但是电路规模变大变复杂，容易出现一系列的稳定性问题，并且成本显著提高，难以用于实际生产。目前市面上的脉冲电源在加工大厚度工件时均存在一定程度的困难，多数脉冲电源不能对大厚度工件进行加工，部分脉冲电源可以对大厚度工件进行加工，但加工效率极其低下，加工成本过高，实用价值不大。鉴于输出的单个脉冲能量越小，切割的表面光洁度就越好。现有的线切割脉冲电源输出的脉宽为us级，这使切割的表面光洁度受到了限制。因此减小放电脉冲宽度，是提高切割表面光洁度的一个重要方向。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统及控制方法。电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统，包括电源本体，所述电源本体包括微控制器系统模块、整流模块、电能转换模块和高频脉冲模块，所述微控制器系统模块的一端外接有辅助电源输入接口和若干输入输出接口，所述输入输出接口包括脉冲输出使能输入接口、丝速控制接口、组态号接口和通信接口，所述微控制器系统模块的另一端分别与电能转换模块、高频脉冲模块相连，所述电能转换模块与高频脉冲模块之间相互连接；所述整流模块的一端外接有电源输入接口，所述整流模块的另一端分别与脉冲输出接口、高频脉冲模块相互连接，所述高频脉冲模块的另一端外接有脉冲输出接口。优选的，所述微控制器系统模块采用ARM架构微控制芯片。进一步，所述电能转化模块包括若干电感和MOS管I，所述电感包括电感A、电感B和电感C，所述MOS管I包括MOS管A、MOS管B、MOS管C、MOS管D、MOS管E和MOS管F，所述MOS管I上设有漏极、源极和栅极，所述MOS管A、MOS管B、MOS管C、MOS管D、MOS管E以及MOS管F的栅极均与微控制器系统模块相连；所述MOS管A、MOS管B以及MOS管C的漏极一侧连接在一起并与整流模块相连，所述MOS管D、MOS管E以及MOS管F的源极一侧连接在一起也与整流模块相连；所述MOS管A的源极与MOS管D的漏极相串联并与电感A的一端相连，所述MOS管B的源极与MOS管E的漏极相串联并与电感B一端相连；所述MOS管C的源极与MOS管F的漏极相串联并与电感C一端相连，所述电感A、电感B、电感C的另一端均与高频脉冲模块相连。进一步，所述高频脉冲模块包括电容A、若干个焊接端子、MOS管II和二极管；所述焊接端子包括接线端子A、接线端子B、接线端子C和接线端子D，所述接线端子A和接线端子B连接在一起后与电容A的前端相连，所述线端子C和接线端子D连接在一起后与电容A的后端相连，所述电容A的前端和后端均与脉冲输出接口相连；所述MOS管II包括相并联的MOS管G和MOS管H，所述MOS管II上设有漏极、源极和栅极，所述MOS管G的栅极、MOS管H的栅极均与微控制器系统模块相连；所述二极管包括二极管C以及并联在一起的二极管A、二极管B、二极管D，所述二极管A、二极管B和二极管D的阴极连接在一起并与电容A的前端相连，所述二极管A、二极管B和二极管D的阳极连接在一起并分别与MOS管G的漏极、MOS管H的漏极、二极管C的阳极相连，所述MOS管G的源极和MOS管H的源极与电容A的后端相连，所述二极管C的阴极与整流模块相连。进一步，本专利技术还提供了一种电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统的控制方法：所述微控制器系统模块通过外接的辅助电源输入接口和若干输入输出接口与外界进行通信，所述整流模块通过不控整流电路把从电源输入接口输入的交流电整流转化为电压源，电能转换模块接收整流模块输出的电压源后，在微控制器系统模块的控制下，通过三相交错BUCK电路调整各个MOS管I的开通和关断，经电感滤波后，输出设定值附近的恒定电流；微控制器系统模块负责产生高频信号并将其传递给高频脉冲模块，高频脉冲模块根据该高频信号，通过控制高频MOS管II的开通和关断将电能转换模块输出的恒定电流转化为脉冲能量，该脉冲能量通过脉冲数输出接口输出。进一步，所述微控制器系统模块分别通过控制与其连接的各个MOS管I的栅极电压，从而控制相应的MOS管I的开通和关断；并且，通过MOS管A与MOS管D的交替开通和关断，控制电感A的电流大小，通过MOS管B与MOS管E的交替开通和关断，控制电感B的电流大小，通过MOS管C与MOS管F的交替开通关断，控制电感C的电流大小，电感A、电感B和电感C的电流叠加在一起后，输出给高频脉冲模块。优选的，MOS管A、MOS管B、MOS管C的开通相位依次相差120°。进一步，所述微控制器系统模块通过分别控制与其连接的MOS管G和MOS管H的栅极电压，从而分别控制MOS管G和MOS管H的开通与关断；当MOS管G和MOS管H均开通时，电能转换模块输出的电流通过MOS管G和MOS管H流回电能转换模块；当MOS管G和MOS管H均关断时，电能转换模块输出的电流通过并联在一起的二极管A、二极管B、二极管D给电容A充电，使电容A的端电压快速升高，当电容A电压高于整流模块输出电压，并且，钼丝与工件之间空气未击穿时，电流通过二极管C流回整流模块，当钼丝与工件之间空气击穿后，电流通过所述并联在一起的三个二极管，流经需要加工的工件，实现对工件的加工。与现有技术相比，本专利技术方法具有如下优点：1、采用数字控制的恒流源进行功率的输出，本专利技术采用ARM架构微控制芯片，控制电流保持在设定电流附近，避免了出现三角波电流尖峰，使得每个放电脉冲能量尽可能一致，有利于提升工件加工表面的表面光洁度。通过数字控制器进行过流保护，防止在恶劣情况下，发生过流，烧毁电子元件和工件。2、本专利技术的输入电源为三相交流电，采用不控整流将交流电整流为直流电，采用三相交错BUCK拓扑，实现电压源到恒流源的转换，即省去了传统的大功率电阻，避免了在放电主回路串联电阻方案中的能量损失，提高了电能转换效率,3、本专利技术采用三相交错BUCK拓扑，增加了输出功率，可以实现对大厚度工件的加工，同时极大提高了加工效率。4、本专利技术采用多个并联的高频MOS管，通过快速切换恒流源输出短路与对外输出功率两种状态，实现纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统，包括电源本体，其特征在于：所述电源本体包括微控制器系统模块、整流模块、电能转换模块和高频脉冲模块，所述微控制器系统模块的一端外接有辅助电源输入接口和若干输入输出接口，所述输入输出接口包括脉冲输出使能输入接口、丝速控制接口、组态号接口和通信接口，所述微控制器系统模块的另一端分别与电能转换模块、高频脉冲模块相连，所述电能转换模块与高频脉冲模块之间相互连接；所述整流模块的一端外接有电源输入接口，所述整流模块的另一端分别与脉冲输出接口、高频脉冲模块相互连接，所述高频脉冲模块的另一端外接有脉冲输出接口。

【技术特征摘要】
1.电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统，包括电源本体，其特征在于：所述电源本体包括微控制器系统模块、整流模块、电能转换模块和高频脉冲模块，所述微控制器系统模块的一端外接有辅助电源输入接口和若干输入输出接口，所述输入输出接口包括脉冲输出使能输入接口、丝速控制接口、组态号接口和通信接口，所述微控制器系统模块的另一端分别与电能转换模块、高频脉冲模块相连，所述电能转换模块与高频脉冲模块之间相互连接；所述整流模块的一端外接有电源输入接口，所述整流模块的另一端分别与脉冲输出接口、高频脉冲模块相互连接，所述高频脉冲模块的另一端外接有脉冲输出接口。2.根据权利要求1所述的电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统，其特征在于：所述微控制器系统模块采用ARM架构微控制芯片。3.根据权利要求2所述的电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统，其特征在于：所述电能转化模块包括若干电感和MOS管I，所述电感包括电感A、电感B和电感C，所述MOS管I包括MOS管A、MOS管B、MOS管C、MOS管D、MOS管E和MOS管F，所述MOS管I上设有漏极、源极和栅极，所述MOS管A、MOS管B、MOS管C、MOS管D、MOS管E以及MOS管F的栅极均与微控制器系统模块相连；所述MOS管A、MOS管B以及MOS管C的漏极一侧连接在一起并与整流模块相连，所述MOS管D、MOS管E以及MOS管F的源极一侧连接在一起也与整流模块相连；所述MOS管A的源极与MOS管D的漏极相串联并与电感A的一端相连，所述MOS管B的源极与MOS管E的漏极相串联并与电感B一端相连；所述MOS管C的源极与MOS管F的漏极相串联并与电感C一端相连，所述电感A、电感B、电感C的另一端均与高频脉冲模块相连。4.根据权利要求3所述的电火花线切割的纳秒级脉冲电源系统，其特征在于：所述高频脉冲模块包括电容A、若干个焊接端子、MOS管II和二极管；所述焊接端子包括接线端子A、接线端子B、接线端子C和接线端子D，所述接线端子A和接线端子B连接在一起后与电容A的前端相连，所述线端子C和接线端子D连接在一起后与电容A的后端相连，所述电容A的前端和后端均与脉冲输出接口相连；所述MOS管II包括相并联的MOS管G和MOS管H，所述MOS管II上设有漏极、源极和栅极，所述MOS管G的栅极、MOS管H的栅极均与微控制器系统模块相连；所述二极管包括二极管C以及并联在一起的二极管A、二极管B、二极管D，所述二极管A、二极管B和二极管D的阴极连接在一...

【专利技术属性】
技术研发人员：于寿鹏，方恒阳，刘永钦，万江华，
申请(专利权)人：万江华，
类型：发明
国别省市：湖北,42