一种具有超前保护特性的短路保护电路的制作方法

本实用新型涉及一种短路保护电路，尤其涉及一种具有超前保护特性的短路保护电路。

背景技术：

现有技术中，针对放电加工电路的短路保护，一般是当正、负电极之间发生短路时才引起短路反馈并停止一个脉冲周期输出，一个脉冲周期后才恢复供电，降低了加工效率。其次，现有技术中针对放电加工电路的短路保护电路只有在正、负电极之间发生真正的导电短路后才开始响应短路信号，进而做出切断放电的动作，但是当发生短路后，短路信号到切断动作的电路信号传递需要时间，因此短路切断动作相对短路发生时刻会有延迟，无法保证绝对性的杜绝电短路情况的发生。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种具有超前保护特性的短路保护电路，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种具有超前保护特性的短路保护电路，用于放电加工电路的短路保护，放电加工电路包括正电极、负电极、第一开关电路、开关驱动器及高频脉冲发生电路，通过第一开关电路的导通与截止控制正电极与负电极之间放电，高频脉冲发生电路经开关驱动器连接第一开关电路，通过高频脉冲发生电路产生的高频脉冲信号经开关驱动器控制第一开关电路的导通与截止；短路保护电路包括第一短路检测电源、第二开关电路，第一短路检测电源的输出分为两支路，一路经正向连接第一隔离二极管加压到正电极与负电极之间，另一路连接第二开关电路给第二开关电路提供电流和电压，第二开关电路的输出端连接高频脉冲发生电路并用于控制高频脉冲发生电路是否向开关驱动器发送高频脉冲信号；

当正电极与负电极之间发生短路时，第二开关电路截止并阻止高频脉冲发生电路向开关驱动器提供高频脉冲信号，使第一开关电路截止，正电极与负电极之间停止放电。

一实施例之中：所述短路保护电路还包括第一限流电阻，该第一限流电阻串接在所述两支路的输出共点与第一隔离二极管之间或串接在所述两支路的输出共点与第一短路检测电源的正输出端之间。

一实施例之中：所述短路保护电路还包括第二限流电阻，该第二限流电阻串接在所述两支路的输出共点与第二开关电路的输入端之间。

一实施例之中：所述高频脉冲发生电路包括高频脉冲发生器，所述第二开关电路的输出端串接在高频脉冲发生器与开关驱动器之间。

一实施例之中：所述高频脉冲发生电路包括脉冲发生器电源和高频脉冲发生器，所述第二开关电路的输出端串接在脉冲发生器电源与高频脉冲发生器之间，脉冲发生器电源通过该第二开关电路加压在高频脉冲发生器两端。

一实施例之中：所述短路保护电路还包括受控于高频脉冲发生电路输出的高频脉冲信号而进行输出的第二短路检测电源，该第二短路检测电源和第一短路检测电源的输出端均能电连接至所述两支路的共点，第一短路检测电源和第二短路检测电源之间设隔离电路，该第二短路检测电源的输出电压>正、负电极放电时的电极两端电压>第一短路检测电源的输出电压。

一实施例之中：所述第二短路检测电源的控制端连接高频脉冲发生电路的输出端并受控于该高频脉冲发生电路输出的高频脉冲信号，该第二短路检测电源的输出端连接所述两支路的输出共点，所述隔离电路包括第二隔离二极管，该第二隔离二极管正向串接在该第二短路检测电源的输出端与所述第一短路检测电源的输出端之间。

一实施例之中：所述隔离电路包括一受控电子开关，该受控电子开关的控制端连接高频脉冲发生电路的输出端并受控于该高频脉冲发生电路输出的高频脉冲信号，该第一短路检测电源和第二短路检测电源的输出端均连接至受控电子开关的输入端，该受控电子开关的输出端连接所述两支路的输出共点。

一实施例之中：所述第一短路检测电源的输出电压>正、负电极放电时的电极两端电压。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

一种具有超前保护特性的短路保护电路，用于放电加工电路的短路保护，放电加工电路包括正电极、负电极、第一开关电路、开关驱动器及高频脉冲发生电路，通过第一开关电路的导通与截止控制正电极与负电极之间放电，高频脉冲发生电路经开关驱动器连接第一开关电路，通过高频脉冲发生电路产生的高频脉冲信号经开关驱动器控制第一开关电路的导通与截止；短路保护电路包括第一短路检测电源、第二开关电路和比较电路，第一短路检测电源的输出分为两支路，一路经正向连接第一隔离二极管加压到正电极与负电极之间，另一路连接第二开关电路的正输入端给第二开关电路提供电流和电压，第二开关电路的输出端连接高频脉冲发生电路并用于控制高频脉冲发生电路是否向开关驱动器发送高频脉冲信号；比较电路的输出端连接第二开关电路的负输入端，所述第一隔离二极管的正输入端与负电极之间并接有一可调分压电路，所述第一短路检测电源的正负输出端之间并接有一固定分压电路，该可调分压电路的分压点和固定分压电路的分压点分别连接至比较电路的两比较输入端；

当正电极与负电极之间的距离达到设定距离时，比较电路输出翻转信号，第二开关电路截止并阻止高频脉冲发生电路向开关驱动器提供高频脉冲信号，使第一开关电路截止，正电极与负电极之间停止放电。

一实施例之中：所述可调分压电路包括串接的分压电阻和可调电阻电路，该可调电阻电路包括可调电阻。

一实施例之中：所述比较电路采用施密特比较器电路。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.短路保护电路包括第一短路检测电源、第二开关电路，第一短路检测电源的输出分为两支路，一路经正向连接第一隔离二极管加压到正电极与负电极之间，另一路连接第二开关电路给第二开关电路提供电流和电压，第二开关电路的输出端用于控制高频脉冲电路能否向开关驱动器提供高频脉冲信号；当正电极与负电极之间发生短路时，第二开关电路截止并阻止高频脉冲发生器向开关驱动器提供高频脉冲信号，使第一开关电路截止，正电极与负电极之间停止放电；即当脉冲波处于低电平且第一开关电路截止时，正、负电极发生空间上的接触时(形成空间上的短路)，通过该短路保护电路即可将该空间上的短路检测出来，并通过第二开关电路停止下一个高电平输出以停止给正、负电极送电，达到短路的超前保护。同时，通过切断信号回路的方法来阻止高频脉冲信号的输出，具有极快的响应速度和极强抗干扰特点。

2.所述短路保护电路还包括受控于高频脉冲发生器输出的第二短路检测电源，该第二短路检测电源和第一短路检测电源的输出端均能电连接至所述两支路的共点，该第二短路检测电源的输出电压>正、负电极放电时的电极两端电压>第一短路检测电源的输出电压；当正、负电极放电时，正负电极之间的压降高于第一短路检测电源，因此通过设置第二短路检测电源可实现全脉冲周期的短路检测，且设置两个具有适当输出电压的短路电测电源，可有效减少电路的能量耗费，降低能耗。

3.短路保护电路包括短路检测电源、第二开关电路和比较电路，短路检测电源的输出分为两支路，一路经正向连接第一隔离二极管加压到正电极与负电极之间，另一路连接第二开关电路的正输入端给第二开关电路提供电流和电压，第二开关电路的输出端用于控制高频脉冲发生电路是否向开关驱动器发送高频脉冲信号，比较电路的输出端连接第二开关电路的负输入端，所述第一隔离二极管的正输入端与负电极之间并接有一可调分压电路，所述短路检测电源的正负输出端之间并接有一固定分压电路，该可调分压电路的分压点和固定分压电路的分压点分别连接至比较电路的两比较输入端；当正电极与负电极之间的距离达到设定距离时，比较电路输出翻转信号，第二开关电路截止并阻止高频脉冲发生器向开关驱动器提供高频脉冲信号，使第一开关电路截止，正电极与负电极之间停止放电；通过可调分压电路获取正、负电极之间的距离情况，当距离达到设定距离(未发生空间短路)后，即作出短路判断，停止脉冲输出，从而达到短路的超前保护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之一；

图2为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之二；

图3为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之三；

图4为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之四；

图5为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之五；

图6为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之六；

图7为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之七；

图8为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之八；

图9为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之九；

图10为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之十；

图11为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之十一；

图12为本实施例所述的具有超前保护特性的短路保护电路之十二；

具体实施方式

实施例一，请查阅图1至3及图9至11：

一种具有超前保护特性的短路保护电路，请查阅图1，用于放电加工电路的短路保护，放电加工电路包括正电极(包括工件)11、负电极(包括工具电极或钼丝电极)12、第一开关电路13、开关驱动器14及高频脉冲发生电路15，通过第一开关电路13的导通与截止控制正电极11与负电极12之间放电，高频脉冲发生电路15经开关驱动器14连接第一开关电路13，通过高频脉冲发生电路15 产生的高频脉冲信号经开关驱动器14控制第一开关电路13的导通与截止；本实施例中，该第一开关电路13仅包括一个电子开关器件，可以是MOS管，三极管等开关器件。短路保护电路包括第一短路检测电源21、第二开关电路22，第一短路检测电源21的输出分为两支路，一路经正向连接第一隔离二极管23加压到正电极11与负电极12之间，另一路连接第二开关电路22的输入端给第二开关电路22提供电流和电压，第二开关电路22的输出端连接高频脉冲发生电路15 并用于控制高频脉冲发生电路15是否向开关驱动器14发送高频脉冲信号。

当正电极11与负电极12之间发生短路时，电流经两电极之间的短路这条支路流过，第二开关电路22所在支路电流很小以致于第二开关电路22的输出端截止并阻止高频脉冲发生电路15向开关驱动器14提供高频脉冲信号，从而使第一开关电路13截止，正电极11与负电极12之间停止放电，达到两电极间短路保护的作用。由公知常识可知，正、负电极发生放电加工的时候是在脉冲周期的高电平输出情况下发生，若正、负电极在脉冲周期的低电平时候发生空间上的接触 (仅仅只是空间短路，未达到真正意义上的电短路)，那么一旦恢复高电平，就会在两电极之间发生电短路的，而本实施例所述的短路保护电路能够在第一短路检测电源21实时输出检测电压的情况下，做到对两电极之间是否发生空间接触的情况进行实时检测，即可将该空间上的短路检测出来，并通过第二开关电路22 停止下一个高电平输出以停止给正、负电极送电，达到电短路的超前保护；具体实现过程为：当正、负电极在脉冲周期的低电平时候发生空间上的接触，那么由第一短路检测电源21加压产生的电流几乎全部由正、负电极之间通过，第二开关电路22被低输入电流拉低导致输出截止，使得高频脉冲发生电路15停止向开关驱动器14发送高频脉冲信号；若正、负电极在脉冲周期的高电平时候发生空间上的接触，同时也发生电短路，同样会使得第二开关电路22截止，高频脉冲发生电路15停止向开关驱动器14送电，但是高电平情况下两电极发生电短路的情况很小，因为在工件与工具电极之间，遵循尖端优先放电原则，最靠近工具电极的工件加工面的突起部分首先放电融化，所以在放电过程中发生短路的可能性极小。

所述短路保护电路还包括第一限流电阻24，该第一限流电阻24串接在所述两支路的输出共点与第一隔离二极管23之间或串接在所述两支路的输出共点与第一短路检测电源21的正输出端之间。

所述短路保护电路还包括第二限流电阻25，该第二限流电阻25串接在所述两支路的输出共点与第二开关电路22的输入端之间。

所述高频脉冲发生电路15包括高频脉冲发生器151，所述第二开关电路22 的输出端串接在高频脉冲发生器151与开关驱动器14之间，当正、负电极之间未发生空间短路时，第二开关电路22的输出处于导通状态，高频脉冲发生器151 与开关驱动器14之间的回路导通，高频脉冲发生器151向开关驱动器14发送高频脉冲信号，当正、负电极之间发生空间短路时，第二开关电路22的输出处于截止状态，高频脉冲发生器151与开关驱动器14之间的回路断开，高频脉冲发生器151停止向开关驱动器14发送高频脉冲信号。

最好在正、负电极之间设续流通路，以泄放正、负电极之间的剩余电量。请查阅图1至图3，该续流通路的设置方式包括以下几种：(1)在所述正电极11 和负电极12两端之间并接有一泄漏电阻16；(2)在所述正电极11和负电极12 两端之间反向并接有第一续流二极管17及并接有一泄漏电阻16；(3)在所述第一限流电阻24的输入端与负电极12之间反向并接有第二续流二极管18；(4) 在所述第一隔离二极管23的输入端与负电极12之间连接反向并接有第三续流二极管19。

较佳实施方式中，请查阅图9，所述第二开关电路22可采用模拟光电耦合器或数字光电耦合器，数字光电耦合器的芯片型号为6N137；另一较佳实施方式中，请查阅图10，所述开关驱动器14采用MOS管驱动器；再一较佳实施方式中，请查阅图11，所述开关驱动器14可采用MOS管驱动器，型号为IR2113或 IR2125，所述第二开关电路22配合采用TLP250或TLP350或HCPL3120。

实施例二，请查阅图4：

本实施例与实施例一的区别在于：所述高频脉冲发生电路15包括脉冲发生器电源152和高频脉冲发生器151，所述第二开关电路22的输出端串接在脉冲发生器电源152与高频脉冲发生器151之间，脉冲发生器电源152通过该第二开关电路22加压在高频脉冲发生器151两端，当正、负电极之间。当正、负电极之间未发生空间短路时，第二开关电路22的输出处于导通状态，高频脉冲发生器151与脉冲发生器电源152之间的回路导通，高频脉冲发生器151向开关驱动器14发送高频脉冲信号，当正、负电极之间发生空间短路时，第二开关电路22 的输出处于截止状态，高频脉冲发生器151与脉冲发生器电源152之间的回路断开，高频脉冲发生器151停止向开关驱动器14发送高频脉冲信号。

实施例三，请查阅图5：

该实施例与实施例一和实施例二的区别在于：所述第一开关电路13包括并联的多个电子开关该多个电子开关并联还可以是多个电子开关分别串接一限流电阻后再并联而成。通过该多个并联的电子开关对两电极的通断进行共同控制，达到提高驱动功率的目的。

实施例四，请查阅图6至8：

该实施例与实施例一、二、三的区别在于：所述短路保护电路还包括受控于高频脉冲发生电路15输出的高频脉冲信号而进行输出的第二短路检测电源26，该第二短路检测电源26和第一短路检测电源21的输出端均能电连接至所述两支路的共点，第一短路检测电源21和第二短路检测电源26之间设隔离电路，该第二短路检测电源26的输出电压>正、负电极放电时的电极两端电压>第一短路检测电源21的输出电压。设置第二短路保护电路的原因在于：当正、负电极放电时，正负电极之间的压降会高于第一短路检测电源21，因此通过设置第二短路检测电源26可实现全脉冲周期的短路检测，且设置两个具有适当输出电压的短路电测电源，可有效减少电路的能量耗费，降低能耗。

通过第一短路检测电源21和第二短路检测电源26的同时检测的电路连接方式包括以下两种：(1)所述第二短路检测电源26的控制端连接高频脉冲发生电路15的输出端并受控于该高频脉冲发生电路15输出的高频脉冲信号，该第二短路检测电源26的输出端连接所述两支路的输出共点，所述隔离电路包括第二隔离二极管27，该第二隔离二极管27正向串接在该第二短路检测电源26的输出端与所述第一短路检测电源21的输出端之间；(2)所述隔离电路包括一受控电子开关28，该受控电子开关28的控制端连接高频脉冲发生电路15的输出端并受控于该高频脉冲发生电路15输出的高频脉冲信号，该第一短路检测电源21和第二短路检测电源26的输出端均连接至受控电子开关28的输入端，该受控电子开关28的输出端连接所述两支路的输出共点。

第一短路检测电源21和第二短路检测电源26的协同工作(轮流输出电压) 步骤为：当输出高电平脉宽时，正、负电极放电，第二短路检测电源26输出电压进行正、负电极间的空间短路检测，当输出低电平脉间时，正、负电极停止放电，第二短路检测电源26停止输出电压，由第一短路检测电源21输出电压并进行正、负电极间的空间短路检测。

为了减少短路检测电源的设置数量，还可仅仅设置第一短路检测电源21，但是为了达到全脉冲周期的短路检测，需将所述第一短路检测电源21的输出电压设置为大于正、负电极放电时的电极两端电压。

实施例五，请查阅图12：

本实施例与实施例一、二、三、四的区别在于：增设了获取正、负电极间距离大小的比较电路。

本实施例所述的一种具有超前保护特性的短路保护电路，用于放电加工电路的短路保护，放电加工电路包括正电极11(工件电极)、负电极12(钼丝或工具电极)、第一开关电路13、开关驱动器14及高频脉冲发生电路15，通过第一开关电路13的导通与截止控制正电极11与负电极12之间放电，高频脉冲发生电路15经开关驱动器14连接第一开关电路13，通过高频脉冲发生电路15产生的高频脉冲信号经开关驱动器14控制第一开关电路13的导通与截止；短路保护电路包括第一短路检测电源21、第二开关电路22和比较电路29，第一短路检测电源21的输出分为两支路，一路经正向连接第一隔离二极管23加压到正电极11 与负电极12之间，另一路连接第二开关电路22的正输入端给第二开关电路22 提供电流和电压，第二开关电路22的输出端连接高频脉冲发生电路15并用于控制高频脉冲发生电路15是否向开关驱动器14发送高频脉冲信号；比较电路的输出端连接第二开关电路22的负输入端，所述第一隔离二极管23的正输入端与负电极12之间并接有一可调分压电路31，所述第一短路检测电源21的正负输出端之间并接有一固定分压电路32，该可调分压电路31的分压点和固定分压电路 32的分压点分别连接至比较电路29的两比较输入端；

当正电极11与负电极12之间的距离达到设定距离时(足够小时，小到设定距离)，比较电路21输出翻转信号，第二开关电路22截止并阻止高频脉冲发生电路15向开关驱动器14提供高频脉冲信号，使第一开关电路13截止，正电极 11与负电极12之间停止放电；当正电极11与负电极12之间的距离未达到设定距离时，比较电路29输出信号未翻转，第二开关电路22的输出端保持导通，高频脉冲发生电路15输出高频脉冲信号，正电极11与负电极12之间保持放电。放电间隙等效电阻基本上由充斥在两电极间的加工液的电导率和两电极的距离所决定，因此，可调分压电路31的分压点的分压值，即反应了两电极之间的距离。通过可调分压电路31获取正、负电极12之间的距离情况，当距离达到设定距离 (未发生空间短路)后，即作出短路判断(此时并未发生空间短路，也未发生电短路)，停止脉冲输出，从而达到短路的超前保护。

所述可调分压电路31包括串接的分压电阻和可调电阻电路，该可调电阻电路包括可调电阻。

优选的，所述比较电路29采用施密特比较器电路，可以避免在设定值附近的振荡，调整可调电阻即可人为改变可调分压电路分压点的分压值，以调整设定距离值，即该设定距离可通过可调电阻进行灵活调节。

通过将本实施例所述的比较电路、固定分压电路32和可调分压电路31应用于实施例一、二、三、四中的任何一个中均可得到本实施例的超前短路保护电路。

上述实施例一、二、三、四、五所述的超前保护电路一旦在短路信号(包括空间短路信号、电短路信号和达到设定距离短路信号)消失后，第二开关电路22 或第二开关电路22能迅速恢复导通，从而立刻恢复工作脉冲的输出。

本实用新型提出的电极短路超前检测和保护技术，其技术核心是用短路信号 (包括空间短路信号、电短路信号和达到设定距离短路信号)去控制驱动信号电流，切断高频脉冲发生电路15的信号通路，以获得最快的反应速度，具有以往传统电路所不具备的超前短路保护功能，并且能够在电极从短路中恢复时，即刻恢复工作脉冲输出，不像传统的保护方法，一旦发生短路，不管短路持续时间长短，一概封锁输出一个周期的做法，极大的提高了时间利用率，也就大大提高了工作效率。

本发明实用于一切放电加工设备，包括但不限于：线切割，火花成型机，穿孔机等。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。