一种电火花稳压供电电源

1.本发明涉及稳压控制技术领域，具体是一种电火花稳压供电电源。


背景技术：

2.电火花加工是一种非接触的特种加工技术指由于能进行难切削材料和复杂形状零件的加工而得到广泛应用，其中最主要的部分是脉冲电源，脉冲电源的好坏直接影响电火花形成加工的各项工艺指标，如加工质量精度、加工速度等，在传统的电火花加工电源中，通常通过功率开关控制脉冲电流产生控制电火花加工，通过串入限流电阻进行限流，过程中容易导致供电的消耗，再加上当电火花电极和供电电源间的距离发生变化时，容易导致供电电源无法满足电火花用电需求，降低加工质量的精度，并且在电火花加工中，大多数的功率开关控制串有电感和电容器件，功率开关在工作时容易产生电压电流浪涌影响电火花供电电源的稳定效果。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种电火花稳压供电电源，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.依据本发明实施例中，提供一种电火花稳压供电电源，该电火花稳压供电电源包括：电源反馈切换控制模块，功率开关控制模块，信号采样调理模块，主控制模块，pwm驱动模块，脉冲斩波模块，通信模块；
5.所述电源反馈切换控制模块，用于为该电火花提供电源，用于控制电火花供电电源自动的切换；
6.所述功率开关控制模块，连接所述电源反馈切换控制模块的输出端，用于通过功率开关的工作产生脉冲电流；
7.所述信号采样调理模块，连接所述功率开关控制模块的输出端和电源反馈切换控制模块的反馈端，用于对功率开关控制模块输出的电压电流信号和电源反馈切换控制模块输出的反馈电压信号进行采样并输出处理后的电压电流信号；
8.所述主控制模块，连接所述信号采样调理模块的输出端，用于接收信号采样调理模块输出的电压电流信号，连接所述电源反馈切换控制模块的控制端和所述pwm驱动模块的驱动端，用于输出控制信号和驱动信号并分别控制电源反馈切换控制模块和pwm驱动模块工作；
9.所述pwm驱动模块，连接所述功率开关控制模块，用于输出脉宽调制信号并驱动所述功率开关控制模块工作；
10.所述脉冲斩波模块，连接所述功率开关控制模块的输出端，用于吸收该电火花稳压供电电源产生的电压电流浪涌；
11.所述通信模块，连接主控制模块的通信端，用于实现用户终端与主控制模块无线通信。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明电火花稳压供电电源结构简单、高效节能、有效抑制脉冲电涌的影响且无需高压击穿回路，实现电火花供电通断和电源反馈点的自动切换功能，保证电源的稳定切换和供应，采用功率开关控制电路产生脉冲电流，采用运放电路与隔离电路组成电压电流检测电路，提高电压电流的检测精度，通过处理器内部软件系统判断检测的电压电流值，进而调节输出的脉冲电压，使其处于稳压状态，提高电火花加工的工作效率。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明实例提供的电火花稳压供电电源的原理方框示意图。
15.图2为本发明实例提供的电火花稳压供电电源电路图。
16.图3为本发明实例提供的信号采样调理模块的原理方框示意图。
17.图4为图3提供的电流信号采样处理电路图。
18.图5为图3提供的电压信号采样处理电路图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.参见图1，本发明实施例提供一种电火花稳压供电电源，该电火花稳压供电电源包括：电源反馈切换控制模块1，功率开关控制模块2，信号采样调理模块3，主控制模块4，pwm驱动模块5，脉冲斩波模块6，通信模块7；
21.具体地，电源反馈切换控制模块1，用于为该电火花提供电源，用于控制电火花供电电源自动的切换；
22.功率开关控制模块2，连接所述电源反馈切换控制模块1的输出端，用于通过功率开关的工作产生脉冲电流；
23.信号采样调理模块3，连接所述功率开关控制模块2的输出端和电源反馈切换控制模块1的反馈端，用于对功率开关控制模块2输出的电压电流信号和电源反馈切换控制模块1输出的反馈电压信号进行采样并输出处理后的电压电流信号；
24.主控制模块4，连接所述信号采样调理模块3的输出端，用于接收信号采样调理模块3输出的电压电流信号，连接所述电源反馈切换控制模块1的控制端和所述pwm驱动模块5的驱动端，用于输出控制信号和驱动信号并分别控制电源反馈切换控制模块1和pwm驱动模块5工作；
25.pwm驱动模块5，连接所述功率开关控制模块2，用于输出脉宽调制信号并驱动所述功率开关控制模块2工作；
26.脉冲斩波模块6，连接所述功率开关控制模块2的输出端，用于吸收该电火花稳压供电电源产生的电压电流浪涌；
27.通信模块7，连接主控制模块4的通信端，用于实现用户终端与主控制模块4进行无线通信。
28.在具体实施例中，上述电源反馈切换控制模块1可采用电源电压补偿的方式为该电火花稳压供电电源提供电源，使得供电电源满足电火花的用电要求；上述功率开关控制模块2可采用功率开关管组成buck降压电路控制该模块的电压变换；上述信号采样调理模块3可采用电阻分压的方式检测输出的电压信号，并配合运算放大器及其周围元器件进行隔离电压的变换和偏置处理，可采用电流互感器j1的方式检测电流信号，并配合运算放大器及其周围元器件进行电压转换、电压跟随和电压偏置处理；上述主控制模块4可采用数字信号处理器(dsp)或者现场可编程逻辑门阵列(fpga)作为主控制芯片，通过内部软件系统对接收的信号进行分析处理，记录并控制该电火花供电电源的稳压输出；上述pwm驱动模块5可采用隔离驱动器u3驱动上述功率开关控制模块2的工作，在此不做赘述；上述脉冲斩波模块6可采用尖峰电源吸收电路抑制开关元件在通断时产生的电压电流浪涌；上述通信模块7可采用rs485通信、zigbee(紫蜂)通信、gprs(general packet radio service，通用无线分组业务)通信中的一种实现与用户终端的数据交互，在此不做赘述。
29.实施例2：在实施例1的基础上，请参阅图2，在本发明所述的电火花稳压供电电源的一个具体实施例中，所述电源反馈切换控制模块1包括第一供电电源v1、第二供电电源v2、第一电阻r1、第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管d1、第一开关k1、第二继电器k2、第三继电器k3、第二开关k2
‑
1、第三开关k2
‑
2、第四开关k2
‑
3、第五开关k2
‑
4、第六开关k3
‑
1和第七开关k3
‑
2；
30.具体地，第一供电电源v1的正极连接第四开关k2
‑
3、第一电阻r1的第一端、第一二极管d1的阳极、第一开关k1、第六开关k3
‑
1、第五电阻r5和第二继电器k2，第一电阻r1的第二端连接第四开关k2
‑
3的另一端并通过第二开关k2
‑
1连接第二供电电源v2的正极，第二供电电源v2的负极通过第三开关k2
‑
2连接第四电阻r4的第一端和第五开关k2
‑
4，第五开关k2
‑
4的另一端、第四电阻r4的第二端、第三继电器k3和第七开关k3
‑
2连接第一供电电源v1的负极，第一二极管d1的阴极连接第一开关k1的另一端，第三继电器k3的另一端连接第五电阻r5的另一端和第六开关k3
‑
1的另一端，第七开关k3
‑
2的另一端连接第二继电器k2的另一端。
31.进一步地，所述功率开关控制模块2包括第一开关管vt1、第二开关管vt2、第一电容c1、第一电感l1和第二二极管d2；
32.具体地，第一电容c1的第一端和第一开关管vt1的集电极均连接所述电源反馈切换控制模块1的输出端，第一开关管vt1的发射极连接第二开关管vt2的集电极和第一电感l1，第一电感l1的另一端连接第二二极管d2的阳极。
33.进一步地，所述脉冲斩波模块6包括第三二极管d3、第四二极管d4和尖峰电压吸收电路601；
34.具体地，第三二极管d3的阳极连接第二二极管d2的阴极，第三二极管d3的阴极连接尖峰电压吸收电路601的第一端和第四二极管d4的阴极，第四二极管d4的阳极和尖峰电压吸收电路601的第二端均接地。
35.进一步地，所述pwm驱动模块5包括隔离驱动器u3；所述主控制模块4包括第一控制器u1。
36.具体地，隔离驱动器u3的第一脉冲输出端连接第一开关管vt1的栅极，隔离驱动器u3的第二脉冲输出端连接第二开关管vt2的栅极，所述第一控制器u1的第一驱动端连接隔离驱动器u3的第一输入端，第一控制器u1的第二驱动端连接隔离驱动器u3的第二输入端。
37.在具体实施例中，上述第一开关管vt1和第二开关管vt2可选用igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)，通过隔离驱动器u3控制开关管的闭断从而实现脉冲电流的产生；上述隔离驱动器u3可选用exb841/840，并具有igbt过流保护功能；上述第一开关k1可选用继电器触点开关(在此未画出)，该开关由第一控制器u1控制并且为常开触点；上述第一电阻r1和第四电阻r4为补偿电阻，预防切换时，电源输出过高导致电火花损坏；上述第二开关k2
‑
1、第三开关k2
‑
2、第四开关k2
‑
3和第五开关k2
‑
4可选用第二继电器k2的触点开关，由第二继电器k2得电控制，其中第二开关k2
‑
1和第三开关k2
‑
2为常开触点，第四开关k2
‑
3和第五开关k2
‑
4为常闭触点；上述第六开关k3
‑
1和第七开关k3
‑
2可选用第三继电器k3的触点开关，由第三继电器k3得电控制，其中第六开关k3
‑
1为常闭触点，第七开关k3
‑
2为常开触点；上述第二二极管d2与电感的输出端串联，能够预防间隙电压振荡而导致电流逆流的现象；上述第一控制器u1可选用tms320f28035为控制核心的数字信号处理器，具有速度快，控制精度高等优点。
38.实施例3：在实施例1的基础上，请参阅图2、图3、图4和图5，在本发明所述的电火花稳压供电电源的一个具体实施例中，所述信号采样调理模块3包括电流信号采样单元301、电流信号调理单元302、第一电压信号采样单元303、第二电压信号采样单元304和第二电压信号调理单元305；
39.具体地，电流信号采样单元301，用于对所述功率开关控制模块2输出的电流信号进行采样；
40.电流信号调理单元302，用于对采样的电流信号进行电压转换、电压跟随和电压偏置处理；
41.第一电压信号采样单元303，用于对所述电源反馈切换控制模块1中的电源进行采样；
42.第二电压信号采样单元304，用于对所述功率开关控制模块2输出的电压信号进行采样；
43.第二电压信号调理单元305，用于对采样的电压信号实现隔离电压的变换和偏置处理；所述电流信号采样单元301的第一端和第二电压信号采样单元304的第一端均连接所述功率开关控制模块2的输出端，电流信号采样单元301的第二端通过电流信号调理单元302连接主控制模块4第二输入端，第二电压信号采样单元304的第二端通过第二电压信号调理单元305连接主控制模块4的第三输入端，第一电压信号采样单元303连接主控制的第一输入端。
44.进一步地，所述电流信号采样单元301包括电流互感器j1；所述电流信号调理单元302包括第六电阻r6、第二电容c2、第一运放a1、第七电阻r7、第八电阻r8、第三电容c3、第九电阻r9、第一电源vreft、第一电阻r1、第二运放a2和第十电阻r10；
45.具体地，电流互感器j1的输出端连接第六电阻r6、第二电容c2和第一运放a1的同
相端，第六电阻r6的另一端和第二电容c2的另一端均接地，第一运放a1的反相端通过第七电阻r7连接第一运放a1的输出端和第八电阻r8，第八电阻r8的另一端连接第三电容c3、第九电阻r9和第二运放a2的同相端，第三电容c3的另一端和第九电阻r9的另一端均连接第一电源vref，第二运放a2的反相端通过第十电阻r10连接第二运放a2的输出端和第一控制器u1的第二输入端。
46.进一步地，所述第一电压信号采样单元303包括第二电阻r2和第三电阻r3；
47.具体地，第二电阻r2的第一端连接所述第一电阻r1的第二端，第二电阻r2的第二端连接第三电阻r3的第一端和第一控制器u1的第一输入端，第三电阻r3的第二端连接所述第四电阻r4的第一端。
48.进一步地，所述第二电压信号采样单元304包括第十二电阻r12和第十一电阻r11；所述第二电压信号调理单元305包括第四电容c4、第十三电阻r13、第五电容c5、第六电容c6、第二电源+5v、第一耦合器u2、第三运放a3、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16和第十七电阻r17；
49.具体地，第十一电阻r11连接第十二电阻r12、第四电容c4和第十三电阻r13，第十三电阻r13的另一端连接第一耦合器u2的第二端，第一耦合器u2的第一端连接第二电源+5v并通过第五电容c5连接第一耦合器u2的第三端、第一耦合器u2的第四端、第五端和地端，第一耦合器u2的第六端通过第十六电阻r16连接第十七电阻r17和第三运放a3的同相端，第一耦合器u2的第七端通过第十五电阻r15连接第三运放a3的反相端并通过第十四电阻r14连接第三运放a3的输出端和第一控制器u1的第三输入端，第十二电阻r12的另一端、第四电容c4的另一端和第十七电阻r17的另一端均接地。
50.在具体实施例中，上述电流互感器j1可选用霍尔电流传感器，通过隔离的方式采集该电火花供电电源输出的电流信号；上述第六电阻r6组成电压转换电路，将上述电流互感器j1采样的电流信号转换为电压信号；上述第一运放a1和第二运放a2可选用tlc2272运算放大器，组成电压跟随器；上述第九电阻选用偏置电阻，将电压信号进行偏置处理，提高小电流的采样精度；上述第一耦合器u2可选用hcpl7840光电耦合器实现信号隔离；上述第三运放a3在此选用tlc2272运算放大器组成的差分运算放大器，并配合周围元器件实现电压信号的变换和偏置。
51.在本发明实施例中，直流电源作为该电火花的稳压供电电源，通过电源反馈切换控制模块1传输给功率开关控制模块2，其中主控制模块4通过信号采样调理模块3对该功率开关控制模块2的输出电压电流进行采样和调理，通过主控制模块4内部软件系统对采样信号进行分析和处理，进而发出pwm信号给pwm驱动模块5，pwm驱动模块5进一步输出pwm信号给功率开关控制模块2，从而控制功率开关输出所需的稳定脉冲电压，当信号采样调理模块3检测到输出的电压无论怎么调节都无法达到满足电火花的工作电压时，主控制模块4便控制电源反馈切换控制模块1进行供电电源的切换，再通过信号采样调理模块3输出的采样信号调节功率开关控制模块2，进而再次输出稳定脉冲电压，采样的电压电流信号和主控制模块4输出的控制信号都将通过通信模块7传输给用户终端，实现数据的交互；其中在电源反馈切换控制模块1中，第一控制器u1通过控制第一开关k1闭合，第三继电器k3得电动作，第二继电器k2便得电工作，从而实现电源的切换，最终经过检测控制功率开关控制模块2调整开关管的闭断时间，实现电源输出稳压；在功率开关控制模块2中，当控制第一开关管vt1导
通，第二开关管vt2断开，向电火花间隙提供等同于输入电压的击穿电压，当第一开关管vt1导通一短时间后，信号采样调理模块3并未检测到间隙击穿时，断开第一开关管vt1，接入下一个电火花加工周期，当第一开关管vt1导通没达到设定的击穿时间时，检测间隙被击穿则接入间隙放电，第一开关管vt1继续导通直到异常放电，第一开关管vt1便断开，经过设定的死区时间后，第二开关管vt2导通，为第一电感l1续流直到电流为0,再断开第二开关管vt2，重复功率开关管的工作状态，进而是实现电火花加工周期循环。
52.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
53.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。