[发明专利]一种中走丝脉冲电源的新型脉宽补偿均流控制方法

权利要求书

1.一种中走丝脉冲电源的新型脉宽补偿均流方法，其特征在于包括主功率电路、电压检测电路、电流检测电路、FPGA数字控制电路；其中主功率电路用于直接控制加工电流；电流检测电路和电压检测电路用于实时检测一刀加工过程中间隙的电流和电压信号；FPGA数字控制电路用于间接控制加工电流，用于设定电流阈值，接收实时间隙电压电流信号进行数模转换，与给定阈值比较，输出PWM信号控制开关管导通关断。

2.根据权利要求1所述的一种中走丝脉冲电源的新型脉宽补偿均流方法，其特征在于，所述脉冲电源主电路包括输入直流源(V_in)，第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)、第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)、电感(L₁、L₂、L₃、L₄)，二极管(D₁、D₂、D₃、D₄)，切断管(Q_off)，线缆寄生电感(L_p)，所述开关管(Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆、Q₇、Q₈)，电感(L₁、L₂、L₃、L₄)构成四路并联同步整流Buck电路，所述二极管(D1、D2、D3、D4)阳极接在靠近电感(L1、L2、L3、L4)的一端，阴极接在靠近输出侧的一端，所述开关管(Q_off)串联在四路Buck电路与工件正极间，连接主功率电路和工件正极，所述电感(Lp)为四路Buck并联电路输出端与机床加工间隙相连接电缆所对应的寄生电感。

3.根据权利要求1所述的一种中走丝脉冲电源的新型脉宽补偿均流方法，其特征在于，所述开关管(Q₁)、采用Infineon公司的型号为IPP6R074C6的MOSFET，二极管D选用F1515S，电感L采用扁平铜导线电感。

4.根据权利要求1所述的一种中走丝脉冲电源的新型脉宽补偿均流方法，其特征在于，所述电流检测电路采用电流检测芯片ACS732和两级运算放大器AD4084组合，电流检测芯片ACS732接收间隙电流信号转换为电压信号，经过两级运算放大器AD4084转换为模数转换模块可接受电压范围。

5.根据权利要求1所述的一种中走丝脉冲电源的新型脉宽补偿均流方法，其特征在于，所述电压检测电路采用差分采样电路，转换为模数转换模块可接受电压范围。

6.根据权利要求1所述的一种中走丝脉冲电源的新型脉宽补偿均流方法，其特征在于，所述FPGA数字控制电路采用AX515，模数转换模块选用ALINX9226；模数转换模块ALINX9226接收间隙电压电流模拟信号，转换为数字信号传输给FPGA，FPGA计算生成相应的PWM信号经驱动芯片到MOSFET开关管。

7.根据权利要求1至6中任一项所述一种中走丝脉冲电源的均流方法及其控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：根据第一刀加工需要，设置好脉冲电源的开关频率f_s、输入电压V₁、电压采样频率k_v、电流采样频率k_i，单个四路交错周期为t_j，单路开通时间t_s，单路补偿的占空比为d'，单个交错周期内，相邻开通两路，前一路关断时刻和后一路导通时刻的间隔为t₀；其中补偿占空比d'为：

步骤二：以单个加工周期为例，第一刀加工开始时，FPGA数字控制电路输出PWM，控制第一开关管(Q₁)、第三开关管(Q₃)，第二开关管(Q₂)，第四开关管(Q₄)同时开通，切断管Q_off开通，控制第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)，第七开关管(Q₇)，第八开关管(Q₈)关断，输入电压V₁加在间隙两端，向间隙提供能量，以便间隙击穿；

步骤三：间隙击穿后放电电流开始快速上升，当电流值上升至FPGA设置的电流阈值后，FPGA计数器1和计数器2从零开始计数，第一开关管(Q₁)继续开通，第五开关管(Q₅)关断，第一路电流继续上升，第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)关断，第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)导通，第二、三、四路电流续流并下降；

步骤四：当FPGA计数器2计到t_s时，第一开关管(Q₁)关断，第五开关管(Q₅)导通，第一路电流同样续流，四路电流同时下降；

步骤五：当FPGA计数器2计到t_s+t₀时，第二开关管(Q₂)开始开通，第六开关管(Q₆)关断，第二路电流开始上升，第一开关管(Q₁)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)关断，第五开关管(Q₅)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)导通，第一、三、四路电流续流并继续下降；

步骤六：当FPGA计数器2计到2t_s+t₀+d'ts时，第二开关管(Q2)关断，第六开关管(Q6)导通，第二路电流开始同样续流，四路电流同时下降，FPGA继续计数；

步骤七：当FPGA计数器2计到2t_s+2t₀+d'ts时，第三开关管(Q₃)开始开通，第七开关管(Q₇)关断，第三路电流开始上升，第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第四开关管(Q₄)关断，第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第八开关管(Q₈)导通，第一、二、四路电流续流并继续下降；

步骤八：当FPGA计数器2计到3t_s+2t₀+2d'ts时，第三开关管(Q₃)关断，第七开关管(Q₇)导通，第三路电流开始同样续流，四路电流同时下降，FPGA继续计数；

步骤九：当FPGA计数器2计到3t_s+3t₀+2d'ts时，第四开关管(Q₄)开始开通，第八开关管(Q₈)关断，第四路电流开始上升，第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)关断，第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)导通，第一、二、三路电流续流并继续下降；

步骤十：当FPGA计数器2计到4t_s+3t₀+3d'ts时，第四开关管(Q₄)关断，第八开关管(Q₈)导通，第四路电流开始同样续流，四路电流同时下降，FPGA继续计数；

步骤十一：当FPGA计数器1计到t_j时，计数器1继续计数、计数器2清零并开始重新计数；重复步骤三到步骤十，在计数器2时间分配相同的条件下，对上开关管和下开关管进行开通关断控制，顺序分别为：前四个开关管对应第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)、第一开关管(Q₁)；后四个开关管对应第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)、第五开关管(Q₅)；

步骤十二：当FPGA计数器1计到2t_j时，计数器1继续计数、计数器2清零并开始重新计数；重复上述步骤，在计数器2时间分配相同的条件下，对上开关管和下开关管进行开通关断控制，顺序依次左移一位，分别为：前四个开关管对应第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)、第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)；后四个开关管对应第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)、第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)；

步骤十三：当FPGA计数器1计到nt_j(n＝3、4、5、6......)时，计数器1继续计数、计数器2清零并开始重新计数；重复上述步骤，在计数器2时间分配相同的条件下，对上开关管和下开关管进行开通关断控制，顺序依次左移一位；通过对开关管的开通和关断顺序进行循环往复控制，使得每路电路所对应电流在单个放电周期内的平均值相等，从而达到均流的目的；

步骤十四：当FPGA计数器1计到T_on时，第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)关断；第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)导通；电流下降，当检测到电流下降到零时，第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)关断；第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)关断；切断管Q_off同样关断，直至计数器1计到T_s，至此单个加工周期完成，然后计数器1清零，重复上述步骤二至步骤十四；直至完成第一刀加工。