专利名称：新型打孔头驱动器的制作方法
新型打孔头驱动器
才支术领域
本发明涉及一种驱动器，尤其涉及一种新型打孔头驱动器。是专为制药 厂膏药生产线上的离子打孔机设计的换代产品，新型打孔头驱动器是膏药离 子打孔机上的核心部件。
背景4支术
现有膏药离子打孔机中的打孔头驱动器是将储能电容中的电能全部经高 压发生器转化成一万伏以上高电压，再经过一对电极(构成火花间隙)将膏 药片击穿形成电弧，同时这个电弧在击穿处烧蚀出一个直径大小符合事先设 计的小孔，从而实现了一个打孔过程。上述打孔过程可分解成两部分，第一 部分是高电压击穿，第二部分是电弧扩孔。高电压击穿过程中只需要足够高 的电压(1万伏以上)将膏药片穿透(击穿)，在电极构成的火花间隙处形成 等离子体电流通道。电弧扩孔是在等离子体电流通道两端施加一定电压(50 伏以上)但电流要足够大，以使电弧具有的能量能烧蚀出一个直径大小符合 事先设计的孔。这两个部分在现有技术中同在高压发生器上实现(高电压且 大电流)。因此现有技术存在以下不足l)制造成本高。由于打孔电弧的能 量全部通过高压发生器，致使高压发生器功率较大，因而导致制造成本高。2) 电能使用效率低。高电压需要高压发生器中的高压线圏匝数较多，由于受体 积大小限制，线圈线径有限，导致线圈内阻较大，还需要通过较大的电流， 因此导致热损耗很大，从而使电能使用效率低。3)体积、重量大。由于高压 发生器功率大电压高，导致所用》兹性材料和铜线量很大。因而体积大、重量大。
发明内容
本发明针对现有技术存在的制造成本高，电能使用效率低，体积、重量 大等不足，为膏药离子打孔机提供了一种制造成本低、节能、体积小、重量轻的新型打孔头驱动器，它主要包括电源控制器，公用电源和引导型电极驱
动器三个部分；所述电源控制器接收来自运带系统的同步信号并将其整形为 标准脉冲信号，同时在市电电源中分离出零电位指示信号，在接收到一个同 步信号后，按预置数对零电位指示脉冲进行减法计数，计数完毕对公用电源 输出一个指示打孔的脉冲信号，同时这个脉冲信号还指令对零电位指示脉沖 计数停止，直到下一个同步信号到来之前；所述公用电源分为两个， 一个是 以市电为电源的交流调压器，它的任务是为电极驱动器提供所需要的交流电 源，另一个是为电极驱动器提供脉动直流电源，并按来自控制器的指示打孔 脉冲信号在市电零电位时瞬间短接脉动直流电源输出端；所述引导型电极驱
动器，是在公用电源的供给下，通过外接一对构成间隙的电极，在电极间施 加高电压并形成具有足够能量的电弧； 一个电极驱动器只能驱动一对电极； 所述电极驱动器的个数与膏药离子打孔机上所设的电极对个数相等；多个电 极驱动器由 一个公用电源带动。
本发明的特点及有益效果本发明的核心部分除高压发生器，还有用于 产生强电弧的储能电容器，以下简称储能电容器。高压发生器只负责产生能 击穿膏药片的高电压，这个能量不足总使用能量的十分之一。当电极间的膏 药片被高电压击穿时，在电极间形成了一个等离子体电流通道，等离子电流 通道的电阻较小，在高电压结束的瞬间，等离子体电流通道还存在。储能电 容通过电极及等离子体电流通道放电，形成後电孤。储能电容放电过程可以 视为零内阻电源，能量利用率接近100%。因此本发明具有节能，制造成本低， 体积小、重量轻的特点。具体体现在
节能。由于电容放电直接产生电弧，避免了转换过程的能量损耗。因此 节能可以达到50%。
制造成本低。由于避免了大量的能量转换，转换功率是现有技术的十分 之一，因此，转换设备所用电力电子器件、磁性材料、电磁线、散热材料都 会显著减少。最终导致制造成本低。
体积小、重量轻。由于少用了许多电力电子器件、^磁性材料、电磁线、散热材料导致体积小、重量轻。
图1本发明的结构示意图 图2引导型电极驱动器原理图 图3-1公用电源原理图(1) 图3-2公用电源原理图(2) 图3-3公用电源原理图(3) 图3-4公用电源原理图(4) 图3-5公用电源原理图(5) 图4电源控制器原理图 图5时序波形图
具体实施例方式
参看图1,新型打孔头驱动器，它主要包括电源控制器，公用电源和引导 型电极驱动器三个部分；所述电源控制器接收来自运带系统的同步信号并将 其整形为标准脉冲信号，同时在市电电源中分离出零电位指示信号，在接收 到一个同步信号后，按预置数对零电位指示脉冲进行减法计数，目的是便于 实现纵向同步，计数完毕对公用电源输出一个指示打孔的脉冲信号，同时这 个脉冲信号还指令对零电位指示脉冲计数停止，直到下一个同步信号到来之 前；所述公用电源分为两个， 一个是以市电为电源的交流调压器，它的任务 是为电极驱动器提供所需要的交流电源，另 一个是为电极驱动器提供脉动直 流电源，并按来自控制器的指示打孔脉冲信号在市电零电位时瞬间短接脉动 直流电源输出端；所述引导型电极驱动器，是在公用电源的供给下，通过外 接一对构成间隙的电极，在电极间施加高电压并形成具有足够能量的电弧； 一个电极驱动器只能驱动一对电极；所述电极驱动器的个数与膏药离子打孔 机上所设的电极对个数相等；多个电极驱动器由一个公用电源带动。
实施例
参看图1，电源控制器。电源控制器的功能是接收来自运带系统的同步信号并将其整形为标准脉冲信号。同时在市电电源中分离出零电位指示信号(脉 冲)，在接收到一个同步信号后，按预置数，目的是便于实现纵向同步，对零 电位指示脉冲进行减法计数，计数完毕对公用电源输出一个指示打孔的脉冲 信号，同时这个脉沖信号还指令对零电位指示脉冲计数停止，直到下一个同 步信号到来之前。
公用电源。公用电源的功能分为两个， 一个是以市电为电源的交流调压 器，它的任务是为电极驱动器提供所需要的交流电源(交流电压的高低决定 膏药片上打出孔径大小)。另一个是为电极驱动器提供脉动直流电源，并按来 自控制器的指示打孔脉冲信号在市电零电位时瞬间短接脉动直流电源输出端。
引导型电极驱动器。引导型电极驱动器以下简称电极驱动器。电极驱动 器的功能是在公用电源的供给下，通过外接一对构成间隙的电极(俗称火花 塞)，在电极间施加高电压，(击穿膏药片)并形成具有足够能量的电弧(在 膏药片的击穿处烧蚀出大小符合要求的孔)。 一个电极驱动器只能驱动一对电 极。在膏药离子打孔机上一般设有多对电极，因此需要多个电极驱动器。一 个公用电源可以带动多个电极驱动器。
参看图2，引导型电极驱动器以下简称电极驱动器。由限流电容C,, 二极 管A—D,，压敏电阻i ^—i r5,储能电容组0:21;<^22;.丄2 ,高压硅堆Si^，有芯 电感丄4,压敏电阻i^构成强电弧发生器。由储能电容q,初级线圏5A,磁 芯5,次级线圈^￡2,高压>5圭堆朋2,整流二级A,压敏电阻i ^，有芯电感丄3 构成高压发生器。可见电极驱动器是由强电弧发生器和高压发生器两部分组 成。强电弧发生器本身不能产生电弧，它是在高压发生器高电压产生电弧的 引导下产生强电弧的。因此称为引导形电极驱动器。
强电弧发生器工作原理如下X、 Y分别与公用电源的X、 Y对应联接， 经电容q限流，再经由二极管A—化构成的整流桥，由整流桥的正极、负极 输出脉动直流电，这个脉动直流向储能电容组<:21，6122,...^2 充电，储能电容的 正极接高压硅堆竭的负极，S^的正极与有芯电感A串联到输出端4， 4与电极对中的电极人联结。电极对中的另 一 个电极J2与驱动器的输出端A联结， 输出端^与储能电容组的负极联结。在没有引导电弧的情况下，储能电容组
没有放电通道。其中压敏电阻7^是为保护储能电容组(:21^22,...,<^ 防止过电压 损坏设置的。压敏电阻i ^，i^，i^，i^是为保护与之并联的二极管设置的。高 压硅堆竭是为阻止高压发生器的高电压向储能电容器反流设置的。有芯感丄4 是为减緩储能电容组放电速度设置的。减緩储能电容组放电速度的目的是消 除电容快速放电时产生的音暴噪声，同时延长了电弧的作用时间，加大了打 孔孔径。
高压发生器工作原理如下A， B端分别与公用电源的A, B输出端相连 接，当公用电源未接到打孔指令时A， B端输入脉动直流，经初级线圈5^向 储能电容q充电。当公用电源接到打孔指令时，此时正逢市电电源零电位，A 到B通过晶闸管SCR或交流固态继电器SSR接通(参看图3-1至图3-5，公用 电源原理图)，储能电容C3经晶闸管SCR或交流固态继电器SSR和初级线圈￡丄, 迅速放电，在次级线圈5￡2中互感产生一万伏以上高电压，经高压硅堆Si^和 二极管A构成的半桥整流成为直流高压脉冲，桥的正极与有芯电感^串联， 再经有芯电感Z^与输出端4相连。由Si^，A构成桥的负极与输出端A相连。压 敏电阻/ )/6，/^7分别并联在有芯电感丄3，￡4上，目的是消除它们的自感应高电 压，防止这个高电压损坏其它元器件。与输出端^，5i连接的高压瓷片电容C4 的作用是消除电弧产生的电》兹辐射。有芯电感丄3的电感量与有芯电感丄4的电 感量相比较大，它的作用是延长高压电弧时间，以确保引导强电弧发生(电 孤持续时间为ns级)。
打孔原理如下电极驱动器带动外接的一对电极/,，乇，并^构成火花 间隙K，将欲打孔的膏药布片置于火花间隙中(电极入乂2之间)。当高压发生 器的高压脉冲加到^,A上时，这个高电压将位于电极人,A间的膏药布片击穿， 形成等离子电流通道。当高压脉冲下降沿电压降到储能电容组电压以下时， 储能电容组将通过这个等离子体电流通道放电，由于这个放电回路阻抗较d 、， 瞬间放电电流很大，因此所形成的瞬间电弧温度很高，在膏药布片上ns级时
7间内打出一个符合要求的孔(膏药布片在运行中)。
参看图3-4至3-5，公用电源分为交流供给和直流供给两部分。交流供 给部分由普通交流调压器H构成，输入端接市电电源，输出端X， Y与引导型 电极驱动器的X， Y输入端对应连接。它的功能是为电极驱动器提供交流电源， 当输出交流电压较高时电弧的能量较大，打出孔的直径也较大。当输出交流 电压较低时电弧的能量较小，打出孔的直径也较小。因此可以按照打孔设计 的直径调整输出电压的大小。
直流供给部分由限流电容C，限流有芯电感丄，二才及管A—A构成的整 流全桥，晶闸管SCR及SCR的触发电路(可由交流固态继电器代替参看图3-4 至3-5)和压敏电阻ra组成。它的直流输出端A， B分别与电极驱动器的直流 输入端A, B对应连^妾。市电通过限流电容，限流有芯电感限流，再经过A—￡>8 构成的全桥整流为脉动直流，通过输出端A， B对电极驱动器的储能电容q充 电(参看图2), —般情况下电极驱动器是多个，因此所需充电电容的容量是 电容q容量的电极驱动器的个数倍，容量较大。为减轻对电容q充电时对电 网的有害冲击，采用了电容、电感串联谐振限流的方法。压敏电阻VR是为保 护晶闸管SCR或交流固态继电器设置的。晶闸管控制触发电路可以采用变压 器隔离方式，也可以采用通过交流固态继电器光电隔离方式。
工作原理如下当电源接通时通过输出端A, B输出脉动直流向储能电 容q充电，当某个市电零电位时通过五p巧接收到来自于控制器的打孔脉沖信 号，使晶闸管SCR或固态继电器SSR导通。此时由于市电处于零电位，因此 不会对市电构成短路。储能电容器C;(参看图2)经由初级线圏万A和晶闸管 SCR (或固态继电器SSR )构成的回路迅速》文电。并在次极线圏脱2中互感应出 一万伏以上高电压。
参看图4,电源控制器由同步信号整形电路，计数控制电路，市电零电 位脉冲发生电路，可预置减法计数电路和功率输出电路五部分构成。
1 )同步信号整形电路的功能是将来自运带部分的同步信号整形为标准
脉冲信号，同时将外部信号光电隔离。它由电阻i ,，7 2，/ 6，i 7,i 22，电容Ci,C2，集成电路光电偶合器/q和集成电路(NE555 ) /q构成。其工作原理如下当 输入端I， J无输入信号时，光电偶合器/C,中的发光二极管无电流通过，发光 二极管不发光。/C,中的光电管未受光因此处于高组状态，/q的2、 6脚处于 高电位，/q的3脚处于低电位。当输入端I， J有输入信号时，光电偶合器/q 中的发光二极管有电流通过，发光二极管发光。/c;中的光电管受光，因此处 于低组状态，/q的2、 6脚处于低电位，/q的3脚处于高电位直到输入信号 结束为止。这样就得到了一个标准波形的脉冲。由此称之为同步信号整形电 路。光电偶合器/c;的作用是阻断控制器与外界的电磁干扰。/q的4、 8脚接 电源正极，/q的l脚接地，5脚经C2接地，7脚经R^妄地。
2)计数控制电路。计数控制电路由电阻i "i 4，i 5和集成电路二分之一双 J, K触发器(CD4027B) /q构成。它的功能是在它的输入置位和复位端相 继各输入一个脉沖信号时，在它的置位输出端输出一个脉冲。它的工作原理 是当置位端/C3的9脚接收到来自与/C2 ， 3脚的脉冲信号时(脉冲上升沿有 效)触发器置位，/q置位输出端15脚输出高电平，直到/Q的复位输入端14 脚收到复位脉冲信号为止(脉冲上升沿有效)。7、 8、 10、 11、 U脚接地，16 脚接电源正极。
3 )市电零电位脉冲发生电路由电阻及8,及9,^。,及n,A2 ,电容 C3,C4,C5,C6,C7，C8, 二极管A,A,"3，A，稳压管W,『2，有芯电感A,A，集成电 路光电偶合器/C,和集成电路(NE555 ) /q构成。它的功能是当市电电位作 为时间的函数，函数值接近零时发出一个窄脉沖。它的工作原理是市电经L, N两点输入，经电阻i ,。降压，再经由电容C5—C8有芯电感；A构成的滤波电 路的滤波，以减少电路内外之间的电磁千扰。再经由二极管￡), — /)4构成的全 桥整流成为IOO赫兹的脉动直流，再经稳压二极管^的稳压，电容C4l00P的 抗扰，电阻/ 9的限流，稳压管^与集成电路光电偶合器/Ct中的发光二极管连 接。当桥的正、负输出端电压高于^的稳压值时，发光二极管得电发光，/C4 中的光电二极管处于低阻状态，否则处于高阻状态。设置稳压管^的目的是 使发光二极管暗亮处于开关状态。当/04中的光电二^1管处于高阻状态时，集
9成电路(NE555 ) /q的2脚低电平，(此时7脚悬空)由电阻/ 8与电源正^l连 接因此此时7脚为高电平。当/G中的光电二极管处于低阻状态时，7脚为低 电平。由此可见，当市电电位作为时间的函数接近零时，7脚输出高电平，直 到市电电位升高到^稳压植以上为止。脚3经Ru接电源正极，脚4、 6、 8接 电源正极，脚l、脚5经G与地连接。
4) 可预置减法计数电路由电阻及13~>/ ,8,及2。,/ 21，开关&4&和集成电路 (CD4522B ) /q构成。2、 14、 11、 5脚为数据预置端，开关《—尺4合与开
的不同组合决定预置数。6脚为时钟信号输入端，与/q的7脚相连接。4脚 为时钟允许端(高电位有效)与/q的15脚通过电阻^相连接。/(76的3、 12 两脚相连接(输出和预置使能端)同时连接二极管A的负极，和通过电阻/ 5与 /q的复位输入端14脚相连。它的功能是当jq置位时，由/<:6的6脚输入市电 零电位脉冲，作为时钟信号，对其进行预置数减法计数，当差为零时由3(12) 脚输出一个脉冲，使/q复位，/q停止计数，直到下一个打孔整形脉冲到来之 前。脚7通过R2。和脚1通过Rh与地連接，脚9通过R"和脚5通过R"开关 《4尺4，与电源正极连接。
5) 功率输出电路由电阻i^, 二极管A，电容C,,三极管<^々2构成。其 中三极管G,，G2连接成达林顿形式，目的是得到更大的三极管直流电流放大倍 数。设置电容q的作用是当它容量大小不同时，在功率输出端￡1,^1输出的脉 冲宽度也大小不同。4艮据需要设置C,的容量。工作原理如下当/Ce的3(12) 脚输出一个脉冲时，经二极管A连接到三极管G,的基极，G,的基极还通过电 容C9 ，电阻i 19与地连接。同时经二极管D5对C9充电并使G2饱和导通￡1，输出 高电位。当汇6的3 (12)脚输出脉冲结束时，由A的反向截止作用，<^9继续 保持A饱和导通，直到q放电结束。可见M,Fl输出脉宽比/q的输出脉宽长。
参看图5，时序波形图说明
1) 为同步信号整形脉沖波形图。
2) 为J， K触发器置位输出端波形图。
3) 为电源控制器L， N市电输入端波形图。4 )为电源控制器Z^ —￡>4构成的全桥脉动直流波形图。
5 )为电源控制器中市电零电位脉冲发生器/C5 7脚的波形图。
6 )为BCD可预置减法计数器/G的输出端3 (12 )脚的波形图(以预置数 6为例)。
7)为电源控制器功率输出端El, Fl波形图。
权利要求
1、新型打孔头驱动器，它主要包括电源控制器，公用电源和引导型电极驱动器三个部分；其特征在于所述电源控制器接收来自运带系统的同步信号并将其整形为标准脉冲信号，同时在市电电源中分离出零电位指示信号，在接收到一个同步信号后，按预置数对零电位指示脉冲进行减法计数，计数完毕对公用电源输出一个指示打孔的脉冲信号，同时这个脉冲信号还指令对零电位指示脉冲计数停止，直到下一个同步信号到来之前；所述公用电源分为两个，一个是以市电为电源的交流调压器，为引导型电极驱动器提供所需的交流电源；另一个是为引导型电极驱动器提供脉动直流电源，并按来自电源控制器的指示打孔脉冲信号在市电零电位时瞬间短接脉动直流电源输出端；所述引导型电极驱动器，是在公用电源的供给下，通过外接一对构成间隙的电极，在电极间施加高电压并形成具有足够能量的电弧；一个电极驱动器只能驱动一对电极；所述引导型电极驱动器的个数与膏药离子打孔机上所设的电极对个数相等；多个引导型电极驱动器由一个公用电源带动。
全文摘要
新型打孔头驱动器，为了解决现有技术存在的制造成本高，电能使用效率低，体积及重量大等技术问题而设计的。它主要由电源控制器，公用电源和引导型电极驱动器三个部分组成。引导型电极驱动器由公用电源提供脉动直流电源和来自市电的交流电源，并按控制器的指示打孔脉冲信号在市电零电位时瞬间短接脉动直流电源输出端；引导型电极驱动器通过外接一对构成间隙的电极，在电极间施加由高压发生器产生的高电压并形成具有足够能量的电弧。本发明的特点及有益效果核心部分为高压发生器和用于产生强电弧的储能电容器。高压发生器只负责产生能击穿膏药片的高电压，这个能量不足总使用能量的十分之一。储能电容放电过程可以视为零内阻电源，能量利用率接近100％。因此本发明具有节能，制造成本低，体积小、重量轻的特点。
文档编号B26F1/28GK101670593SQ200910187609
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者高田山 申请人:沈阳师范大学