电火花电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电路领域，尤其涉及一种电火花电源。
【背景技术】
[0002]目前，电火花加工是利用火花放电腐蚀金属以实现金属切削的加工方法。这种加工的工艺方法弥补了机械加工的某些不足，已成为模具工业、国防工业和精微制造中的重要手段。电火花电源作为电火花加工系统中重要组成部件，用以提供脉冲电流，形成火花放电，其性能对电火花加工的加工精度、生产效率、工具电极损耗、电能利用率等技术经济指标有较大的影响。
[0003]电火花电源的类型有多种，如弛张式RC电源、脉冲发动机式电火花电源、电阻限流式电火花电源等。弛张式RC电源是最早使用的电火花电源，其结构简单，但存在电参数不稳、加工速度低、电能利用率低等缺点。目前电火花加工普遍采用的是电阻限流式电火花电源，其采用工频变压器隔离变压，整流滤波后得到80至100伏左右的直流电压，并以电阻进行限流，按照一定规律控制功率开关管的导通和关断，实现电火花加工击穿延迟、击穿放电、消电离三个状态的循环往复，完成电能的转化，达到加工的目的。电阻限流式电火花电源存在的缺点主要包括:(1)电能利用率低，一般小于25%，且通风散热条件要求高；(2)输出短路时加工电流大，容易烧伤加工工件表面；(3)工频变压器体积重量大。
[0004]随着电力电子技术的进步，人们已经开始采用DC/DC变换技术来研制无限流电阻电火花电源。目前，无限流电阻高频开关型电火花电源主要采用单级式结构，其主电路为高频DC/DC变换器，利用电感限流。单级式高频开关电火花电源效率可超过85 %，远高于电阻限流式电火花电源效率。但其仍存在加工效率低和加工精度不高等缺点。这是因为击穿放电时电流存在着上升和下降阶段，且上升时间和下降时间随着电流设定值和滤波电感值的增大而增大，为了保证加工电流上升到设定值和下降到零，加工脉宽和消电离时间必须足够长。再者电源的滤波电感始终与加工间隙构成回路，当开关管关断时滤波电感储存的能量向加工间隙释放，加工电流拖尾，故加工精度不高。
[0005]另外对于目前市场上常见的无限流电阻高频开关型电火花电源，还存在一个问题:在需要三相交流电压输入及大功率的应用场合，高耐压及低导通电阻的开关管难以获得。这是因为三相交流输入电压整流后的直流电压最高可达645伏(按有效值=380V+20%计算)，而市场上MOSFET开关管的耐压值一般多为400V或500V，且MOSFET开关管的导通电阻随其耐压值的增加而变大；而对于IGBT开关管，其耐压值常见的有600V和1200V，虽然1200V的IGBT开关管可承受整流后的直流电压，但其导通压降大、开关频率不高(与MOSFET相比)、存在电流拖尾。
[0006]综上所述，目前使用的电火花电源存在电能利用率低、短路电流大、易烧伤加工工件表面、工频变压器体积重量大、加工效率低、加工精度不高或者存在电流拖尾等缺点，特别是在高电压输入及大功率应用场合更少有好的性能表现。
[0007]有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研宄创新，以期创设一种新型结构的电火花电源，使其更具有产业上的利用价值。
【发明内容】
[0008]为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种电火花电源。
[0009]本发明的电火花电源，包括:直流输入电压连接由第一电容和第二电容串联组成的分压电路，分压电路与输入串联输出交错并联正激变换电路连接，输入串联输出交错并联正激变换电路与电流脉冲输出形成电路连接，其中，第一原边开关管、第二原边开关管、第一原边续流二极管、第二原边续流二极管、第一高频变压器和第一副边整流二极管共同组成输入串联输出交错并联正激变换电路的第一路；第三原边开关管、第四原边开关管、第三原边续流二极管、第四原边续流二极管、第二高频变压器和第二副边整流二极管共同组成输入串联输出交错并联正激变换电路的第二路；所述输入串联输出交错并联正激变换电路的第一路和输入串联输出交错并联正激变换电路的第二路的输出分别并联在副边续流二极管的两端，所述输入串联输出交错并联正激变换电路的第一路、所述输入串联输出交错并联正激变换电路的第二路、所述副边续流二极管以及滤波电感共同组成输入串联输出交错并联正激变换电路；副边开关管、输出二极管、电流脉冲输出缓冲电容组成电流脉冲输出形成电路，然后电流脉冲输出形成电路连接在负载上。
[0010]借由上述方案，本发明至少具有以下优点:
[0011]本发明的电火花电源，由直流输入电压(或交流电压整流后的电压)连接于分压电容，连接于2个输入侧串联的双管正激变换电路(前级电路)，再连接于电流脉冲形成电路(后级电路)。
[0012]本发明与现有技术相比，其具有的优点包括:
[0013]1、采用高频开关电力电子变换技术，用高频变压器取代工频变压器，减小了体积重量；其直流输入侧串联使得原边开关管电压应力减半，可采用低耐压及低导通电阻的开关管，降低成本及增大电源变换效率；变压器副边交错并联可自动实现输入侧串联电容的均压，减小输出电感电流的纹波，提高加工精度。
[0014]2、采用两级电流控制，一是前级电路恒流控制输出电感中的电流，以提供较为稳定的脉冲电流幅值，二是后级电路控制旁路开关管来确定火花放电和消电离的时间长短。这样使得短路电流不大于受控的脉冲电流幅值，且确保间隙电流的回零不存在拖尾现象。提高了加工精度和加工效率，同时大大提高了电能的利用率。
[0015]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的电火花电源的组成框图；
[0017]图2为本发明的电火花电源原理图；
[0018]图3为本发明的前级电路主要波形示意图；
[0019]图4为本发明的后级电路主要波形示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0021]针对高压输入及大功率场合下难以获得高耐压及低导通电阻开关管的情况，提供一种电火花电源，其直流输入侧串联使得原边开关管的电压应力减半，因此原边可采用低耐压及低导通电阻的开关管，降低成本及增大电源变换效率；副边采用交错并联可自动实现直流输入侧串联电容的均压，同时可减小输出电感电流的纹波，提高电火花加工精度；电火花加工电流由两部分加以控制，一是对输出电感中的电流进行恒流控制(以提供较为稳定的电流幅值，其大小由幅值电流参考值确定)，二是控制旁路开关管来确定火花放电和消电离的时间长短，且确保间隙电流的回零不存在拖尾现象。
[0022]参见图1，一种电火花电源的组成框图，包括直流输入电压1，分压电路2，输入串联输出交错并联正激变换电路3和电流脉冲形成电路4，而图2为上述电火花电源原理图，由图1和图2所公开的内容可以获知，直流输入电压UUiM或交流电压整流后的直流电压)连接由第一电容C1和第二电容C2串联组成的分压电路2，分压电路2与输入串联输出交错并联正激变换电路3连接，输入串联输出交错并联正激变换电路3与电流脉冲输出形成电路4连接。其中第一原边开关管S1、第二原边开关管S2，第一原边续流二极管D1、第二原边续流二极管D2，第一高频变压器1\和第一副边整流二极管D 5共同组成输入串联输出交错并联正激变换电路3的一路(简称第一路)；第三原边开关管S3、第四原边开关管S4，第三原边续流二极管D3、第四原边续流二极管D4、第二高频变压器TjP第二副边整流二极管D 6共同组成输入串联输出交错并联正激变换电路3的另外一路(简称第二路)。第一路和第二路的输出分别并联在副边续流二极管叫的两端，即如图2的A点和B点，第一路、第二路、副边续流二极管D7以及滤波电感L共同组成输入串联输出交错并联正激变换电路3。副边开关管S5、输出二极管D8、电流脉冲输出缓冲电容C3组成电流脉冲输出形成电路4，然后电流脉冲输出形成电路4接在负载上。输入串联输出交错并联正激变换电路3采用输入侧串联是为了降低原边开关管的电压应力，采用输出交错并联是为了解决串联分压电路电容的偏压问题。输入串联输出交错并联正激变换电路3是对滤波电感L中的电流进行恒流控制，是为脉冲输出电流提供一个可控的恒定幅值。控制副边开关管S5的关断与导通，可以控制电火花的放电时间和消电离时间。
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