文档介绍：
根据喷射电解射流加工的试验结果分析,对脉冲电源的设计提出的性能指标有:
①输出电压可调:调节范围为0-300V;
②输出占空比可调:调节范围:0-80%;
③输出频率可调:调节范围:0-50KHz;
设计脉冲电源的原理
独立式脉冲电源,是相对RC脉冲电源的放电脉冲不是独立形成而得名。它依靠开关的导通和截止实现脉宽放电和脉间消电离。还具有脉冲频率高、脉冲参数容易调节、脉冲波形好等优点。实现原理如下图所示:
独立式脉冲电源可分为等脉宽模式和等脉冲模式的独立式脉冲电源。本次设计选用的是等脉宽模式的独立式脉冲电源。
在电解射流时,由于放电间隙极小,脉冲频率高,同时,由于MOSFET的驱动电源为浮地电源,驱动电源的参考地和脉冲电源的系统地没有任何关系,因而MOSFET的源极相对于脉冲电源系统地电位是不确定的,从而导致脉冲电源正极电位的不确定性。另外由于极间寄生电容的影响,也可能导致脉间阶段正极电位的不确定性。为了减小间隙状态对电路关断过程的影响,哈尔滨工业大学的研究人员深入研究了并发现,间隙电阻在采用加速电路后的电路中的作用并不大,因此直接用一个开关管代替间隙电阻,使电路得到简化,也能达到同样的效果。改进的等脉宽模式的独立式脉冲电源原理如下图所示:
图1-1 改进的等脉宽独立式脉冲电源
脉冲电源的总体设计
设计的脉冲电源包括以下几个部分:主振电路、驱动放大电路、功率转换电路、检测电路和主电源电路等。总体结构框图如图 1-2 所示:
图1-2 脉冲电源的总体结构框图
各模块功能为:
(1)主振电路:作用是根据加工的要求产生相应的脉冲信号来控制功率开关管的导通和关断,主振回路产生的波形质量的好坏对整个脉冲电源性能有着至关重要的作用;
(2)驱动放大电路:主振回路产生的脉冲信号的驱动能力弱,不能够直接驱动功率元器件工作,因此需要将脉冲信号放大,同时为了防止后面功率转换电路中的高频信号对主振电路产生干扰,需要设计隔离电路使其进行电气隔离,保证主振电路能够稳定地工作;
(3)功率转换电路:主振电路产生的脉冲信号控制功率开关器件的导通与关断,将直流电压转化成间隙两端的高频脉冲电压,功率开关器件的开关性能直接影响产生高频脉冲信号的质量。整体电路图已在上图中给出。
(4)检测电路:实时检测加工中各种放电状态并反馈给主振电路,控制脉冲信号的产生和变频进给,使加工处于稳定状态.
(5)主电源电路:提供放电所需要的能量,同时还为主振电路、驱动放大电路、功率转换电路等提供电源。
脉冲电源主振模块的整体设计
主振模块是喷射电解脉冲电源的核心部分,它的功能是产生脉宽与脉间可调的矩形脉冲,快速准确地进行间隙放电状态的识别和快速响应相应的放电脉冲控制。主振模块中脉冲发生信号质量、放电状态识别和放电脉冲控制处理性能直接决定了整个脉冲电源性能的好坏。
针对电解射流加工的特点初步设计了基于CPLD的脉冲电源主振模块。设计的功能包括能够在线设置脉冲信号参数;脉宽脉间在一定范围内可以连续调节;能够对放电状态检测信号进行及时的处理。
主振模块电路总体设计
单片机的信息处理、逻辑分析、决策判断能力强且体积小、性价比高、功能灵活,但是单片机的速度慢和可靠性低;而CPLD信号传输效率高,适合高速采样场合,抗干