本發(fā)明涉及電源技術領域，具體來說，涉及一種電火花脈沖電源。

背景技術：

一般來說，傳統(tǒng)電火花加工脈沖電源能耗非常高，電源效率都非常低，很少超過30％，因其輸出的電流很多被限流電阻消耗了。在電火花加工技術應用的早期，因為當時的基礎技術較為落后并且人們更加追求工藝性能，所以傳統(tǒng)電源被大量應用，雖然如此，此類電源至今依然還是使用的主流。然而，隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保日益受到人們的關注，降低能耗的受到了重視，所以，傳統(tǒng)電火花加工電源電能源利用低問題得到了重視。為解決這一問題，在滿足加工工藝要求的同時，應進一步提高電能的利用率。

近年來，國內外一些機構已經研發(fā)了具有電流閉環(huán)控制能力的節(jié)能型脈沖電源，以解決傳統(tǒng)電源的能源利用率低的問題。但是，現(xiàn)有節(jié)能型電源大部分采用高低壓復合的方式，電源的高壓部分與低壓部分是獨立，高壓部分負責引弧擊穿，低壓部分負責在放電間隙擊穿后向間隙提供蝕除所用的電流。這種方式要求電源有專門的時序控制器去控制兩者之間的協(xié)同關系，使控制變得更復雜。

電火花加工時，脈沖電源輸出近似方波的電流，可適用于大部分應用場合。因受到不同因素的作用，電極損耗、加工效率、表面粗糙度、加工精度等工藝指標受到了影響，需要輸出特殊波形的電流以獲得期望的加工指標。比如在進行鋼材料的低損耗加工時，需要電流的前沿斜率較??；在進行熔點、導熱系數(shù)、比熱容較大的難加工材料加工時，需要電流具有初始階段前沿較高的特點。為了解決這些問題，就要求電源具有多種波形控制技術并可以在不同場合下進行相應的應用。

目前，現(xiàn)有的節(jié)能型電源只具有單一或很少的輸出電流波形，很難兼顧加 工不同材料的特殊工藝需求。雖然，傳統(tǒng)電源雖然較容易實現(xiàn)多種輸出電流波形控制，但是能耗較大，此類電源將會被逐漸淘汰。因此，解決節(jié)能型電源輸出電流的波形控制問題是電火花加工領域重要研究方向之一。

針對相關技術中的問題，目前該領域尚未公布提出有效的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種電火花脈沖電源，以克服現(xiàn)有相關技術所存在的上述問題。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種電火花脈沖電源。

該電火花脈沖電源包括擊穿電路回路以及與所述擊穿電路回路相連接的恒流源回路，其中，

所述擊穿電路回路由串聯(lián)的直流源一、電阻、功率開關管一、二極管一及放電間隙構成，所述功率開關管一上連接有時序控制器；

所述恒流源回路包括充電支路和續(xù)流支路，其中，所述充電支路由串聯(lián)的直流源二、功率開關管二、電感、二極管二構成，所述續(xù)流支路由串聯(lián)的所述電感、二極管二、所述直流源一、二極管三構成；且所述充電支路中還串聯(lián)有電流傳感器，所述電流傳感器與所述功率開關管二之間連接有電流閉環(huán)控制器，所述二極管三連接于所述電流傳感器與所述功率開關管二之間；

在所述放電間隙被擊穿時，所述擊穿電路回路與所述恒流源回路構成放電電流回路，其中，

所述放電電流回路的充電支路由串聯(lián)的所述直流源一、所述直流源二、所述功率開關管二、所述電感、所述功率開關管一、所述二極管一和所述放電間隙構成，所述放電電流回路的續(xù)流支路由串聯(lián)的所述電感、所述功率開關管一、所述二極管一、所述放電間隙和所述二極管三構成。

其中，所述電流傳感器串聯(lián)于所述功率開關管二與所述電感之間。

其中，所述電流傳感器串聯(lián)于所述電感與所述二極管而之間。

優(yōu)選的，所述電流閉環(huán)控制器的控制方式為PWM控制方式。

優(yōu)選的，所述功率開關管一包括以下任意一種：場效應管、三極管或IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)。

優(yōu)選的，所述功率開關管二包括以下任意一種：場效應管、三極管或IGBT。

優(yōu)選的，所述電流傳感器包括以下任意一種：電流互感器、霍爾傳感器或精密電阻。

根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種電火花脈沖電源輸出電流的波形控制方法，用于上述的電火花脈沖電源。

該波形控制方法包括以下步驟：

預先對電流閉環(huán)控制器設定目標電流值，并促使電感上的電流值為所述目標電流值；

擊穿放電間隙，并在所述放電間隙被擊穿后，將所述電感上的電流輸出至所述放電間隙；

預先配置檢測單元對放電間隙進行檢測，并在檢測結果為所述放電間隙被擊穿的情況下，生產觸發(fā)信號，并將該觸發(fā)信號發(fā)送給電流控制器；

所述電流控制器接收到所述觸發(fā)信號后，設定新的目標電流值，促使電感中的電流以一定斜率上升或下降到所述新的目標電流值，形成波形。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所設計的脈沖電源比傳統(tǒng)電源更加節(jié)能，效率更高，電能利用率到達70％以上，電源去掉了傳統(tǒng)電源的大功率限流電阻，降低了電源的發(fā)熱量和因此帶來的散熱問題。本發(fā)明所設計的電源還具有比現(xiàn)有節(jié)能型電源在結構和控制上更加簡化的特點，降低了系統(tǒng)的復雜性和減少了因此帶來的不穩(wěn)定因素，提升了可靠性。

本發(fā)明涉及的輸出電流波形控制方法，可作為以電感作為輸出電流濾波元件的節(jié)能型脈沖電源的普遍使用的控制方法，此方法可以增加輸出電流波形的種類，進而提升加工性能，更好地滿足使用需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據本發(fā)明實施例的電火花脈沖電源的拓撲電路圖；

圖2是根據本發(fā)明實施例的電火花脈沖電源輸出電流的波形控制方法的控制流程框圖；

圖3是根據本發(fā)明實施例的電火花脈沖電源輸出電流的波形控制方法的控制原理圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

根據本發(fā)明的實施例，提供了一種電火花脈沖電源。

如圖1所示，根據本發(fā)明實施例的電火花脈沖電源的高低壓電路實際為同一電源的兩個部分。電源的高壓部分將間隙擊穿后，電源的高低壓部分作為整體一起對間隙輸出電流進行加工，高壓部分與電源整體切換不需要額外的時序電路進行控制。另外，電源的主回路屬于復合型回路，由串聯(lián)型開關穩(wěn)流電路與續(xù)流電路構成。

具體的，繼續(xù)參考圖1所示，在間隙未擊穿時，功率開關管一G1關斷，有兩個功能回路：

高壓擊穿電路回路(恒壓源，也被稱之為高壓回路)，包括直流源一E1、電阻R、功率開關管一G1、二極管一D1、放電間隙。這部分與傳統(tǒng)的電源高壓回路相同。

恒流源回路，包括直流源二E2、功率開關管二G2、電感L、二極管二D2組成的充電支路和電感L、直流源一E1、二極管三D3組成的續(xù)流支路。

具體工作時，首先，由直流源二E2對電感L充電，電流流經二極管二D2。當電感L中的電流達到目標值后，電流閉環(huán)控制器將功率開關管二G2關斷，此時電感L中的電流經二極管二D2、二極管三D3回饋到直流源一E1中。

在間隙擊穿后，功率開關管一G1閉合時，回路由一個功能回路組成：

放電電流回路(恒流源電路)，包括直流源一E1與直流源二E2、功率開關管二G2、電感L、功率開關管一G1、二極管一D1、放電間隙組成的充電支路；電感L、功率開關管一G1、二極管一D1、放電間隙、二極管三D3組成的續(xù)流支路。

具體工作時，由當功率開關管二G2開通時，由直流源一E1與直流源二E2共同對電感L充電，電流流經電感L、二極管一D1與放電間隙，對間隙進行放電。當功率開關管二G2關斷后，電感L存儲的能量繼續(xù)對間隙放電，電流流經二極管一D1、放電間隙與二極管三D3。

在具體使用時，電流閉環(huán)控制器的控制方式為PWM控制方式，功率開關管一G1功率開關管二和G2包括以下任意一種：場效應管、三極管或IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)。而電流傳感器則可包括以下任意一種：電流互感器、霍爾傳感器或精密電阻。

由此可見，上述電源中的電感電流為被控量，在電流閉環(huán)PWM控制機制作用下，電感儲存能量不斷存儲和釋放，使電感電流呈現(xiàn)高頻鋸狀齒波形，此電流輸出到間隙當中，產生蝕除作用。此電源的主回路結構既可以可以輸出較大的電流以適應大去除量加工的需要，也可以通過調整電感等元件的參數(shù)輸出較小的電流適應精加工的需要。其在檢測電路與電流閉環(huán)控制器的共同作用下，可提供不同加工電流，輸出多種波形。

根據本發(fā)明的實施例，還提供了一種電火花脈沖電源輸出電流的波形控制方法，用于上述的電火花脈沖電源。

如圖2所示，該波形控制方法包括以下步驟：

步驟S101，預先對電流閉環(huán)控制器設定目標電流值，并促使電感上的電流值為所述目標電流值；

步驟S103，擊穿放電間隙，并在所述放電間隙被擊穿后，將所述電感上的電流輸出至所述放電間隙；

步驟S105，預先配置檢測單元對放電間隙進行檢測，并在檢測結果為所述放電間隙被擊穿的情況下，生產觸發(fā)信號，并將該觸發(fā)信號發(fā)送給電流控制器；

步驟S107，所述電流控制器接收到所述觸發(fā)信號后，設定新的目標電流 值，促使電感中的電流以一定斜率上升或下降到所述新的目標電流值，形成波形。

為了方便理解本發(fā)明的上述技術方案，以下通過實例的方式對上述技術方案進行詳細說明。

如圖3所示，不同波形的過程如下：

在t0時刻，此時放電間隙并未擊穿，電源內部電流設定值為r1，恒流源內部的電感上電流循環(huán)保持為r1，t1時刻放電間隙被擊穿，間隙電壓u迅速下降出現(xiàn)高頻振蕩。檢測電路檢測到間隙被擊穿后發(fā)送一個觸發(fā)信號給電流控制器，電流控制器立即設定新的目標電流值r2，此時電感上的電流不會突變，還是r1。間隙擊穿后電感以及與放電間隙構成一個新的回路，因此，t1時刻流經放電間隙的間隙電流與輸出電流濾波電感上的電流基本相同(此處，分布參數(shù)的影響非常小)，并且隨著時間以一定斜率上升至新的目標值r2，輸出的電流就形成了帶有一定傾角近似梯形的波形。

在t2時刻，電源將輸出到放電間隙的電流回路關斷，間隙電壓為零，濾波電感上的電流又重新在電源的內部進行循環(huán)流動。此時，電感上的電流以r3為目標進行內部循環(huán)。在t3時刻，放電間隙再次被擊穿并被檢測電路檢測到，觸發(fā)信號再一次發(fā)給電流控制器，電流控制器立即設定新的目標電流值r2。此時，濾波電感上的電流不會突變，還是r3，經過一段時間下降到目標值r2后保持穩(wěn)定，放電間隙也同濾波電感上的電流一樣，輸出一個具有前沿較高的電流波形，到在t4時刻放電電流的回路被關斷，間隙電流為零，濾波電感重新切換至電源內部回路，并以r2為目標繼續(xù)保持。

在t5時刻放電間隙再一次被擊穿，而此時，電流控制器目標值未變還是r2，此時放電間隙上的電流以r2為目標輸出，輸出的波形近似為方波。

綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術方案，本發(fā)明所設計的脈沖電源比傳統(tǒng)電源更加節(jié)能，效率更高，電能利用率到達70％以上，電源去掉了傳統(tǒng)電源的大功率限流電阻，降低了電源的發(fā)熱量和因此帶來的散熱問題。本發(fā)明所設計的電源還具有比現(xiàn)有節(jié)能型電源在結構和控制上更加簡化的特點，降低了系統(tǒng)的復雜性和減少了因此帶來的不穩(wěn)定因素，提升了可靠性。

本發(fā)明涉及的輸出電流波形控制方法，可作為以電感作為輸出電流濾波元 件的節(jié)能型脈沖電源的普遍使用的控制方法，此方法可以增加輸出電流波形的種類，進而提升加工性能，更好地滿足使用需求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。