基于dsPIC单片机的电火花线切割脉冲电源的研制.pdf

设计?研究
《电加工与模具》2014年增刊
基于 dspc单片机的电火花线切害
脉冲电源的硏制
钟文明,张永俊
(广东工业大学机电工程学院,广东广州51000)
摘要:针对正在进行研制的专用电火花线切割加エ机床,自主研制了一种高频脉冲电源。利用
SC3525作半桥专用脉冲发生器,16位高性能单片杋控制脉冲的烦率和占空比,实现了输出脉冲的
频率、电压和占空比连续可调。使用IGBT专用驱动后,当加エ出现短路时能立即对驱动信号进行
软关断,防止IGBT因过流而损坏,极大地提高了脉冲电源在短路发生时的可靠性。用压频芯片对
间隙电压进行VF转换,提高了间朦电压检测的精度和速度,实现了加工间隙电压检测的智能控
制。设计了基于触摸屏控制的人机交互界面,将脉冲电源的控制与运动平台的控制有机地统一起
来,操作更方便。
关键词:脉冲电源;PIC单片机;触摸屏;压频;过流保护
中图分类号:TG661文献标识码:A文章编号:1009-279X(2014)S1-0029-04
Development of WEDM Pulse Power Supply Based on dspic MCU
Zhong Wenming, Zhang Yongjun
Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
Abstract: For developing dedicated WEDM machine, a high-frequency pulse power supply is
developed independently. SG3525 for exclusive used as the half-bridge pulse generator, 16-bit high
performance microcontroller controlling pulse frequency and duty cycle, the output pulse frequency
voltage and duty cycle are continuously adjustable. Using IGBT exclusive driver, while a short circuit
occured, the drive signal soft is immediately turn off, so that IGBT is avoided to damage due to over-
current, which improves greatly the reliability of pulse power. V/Converter improve the detection
accuracy and speed of the gap voltage, and it realizes also intelligent control of the machining gap
voltage detector. The interactive interface based on touchscreen control is designed. The control pulse
power and motion control platform for organic unity, the operation is more convenient
Key words: pulse power supply; PIC MCU; touchscreen; voltage to frequency; overcurrent
protection
脉冲电源是电火花线切割机床的重要组成部作原理,特别是电路构成作了详细介绍,列举了线
分,其性能的优劣直接影响放电加工的速度、稳定路实例,闸述了各单元电路的特点和性能参数对电
性及工件的表面粗糙度。
源可靠性的影响。
本文设计的脉冲电源采用逆变加斩波的形式,1脉冲电源拓扑结构
其优点是电源体积小、性能稳定、不受电网电压波
动的影响;同时,电压、频率和占空比连续可调;采
考虑到本电源的最大输出功率为1.5kW,因
用触摸屏实现人机交互,方便直观。通过对电源工.此,变换器选择半桥式的电路拓扑结构。半桥型DC
收稿日期:2014-03-26
DC变换器结构的最大优点是开关器件承受的电压
基金项目:教育部博士点专项科研基金(500130027)
低,是全桥型电路开关器件所承受电压的一半;且
第一作者简介:钟文明,男,1987年生,硬土研究生。
半桥电路结构在中等功率电源中应用较多叫
29一
《电加工与模具》2014年增刊1
设计?研完
图1是脉冲电源的功能方框图,主要由脉冲发为D,则单片机控制电路提供的基准电压V,为5D。
生器、半桥驱动、VF压频转换、辅助电源及单片机改变脉冲A的占空比D,将得到不同的基准电压,
控制等部分组成。
从而得到不同的输出电压。
sC单片
输出端经电阻分压得到负反馈电压,接到误差
放大器反向输入端。当输出电压因外界因素增大
PWM半桥CD
脉冲发生驱动夜换
压检下频转换电机时,SC3525内部的PWM脉冲占空比将减小,从而
间隙
运动控制
使输出电压降回原来的电压值;相反,当输出电压
助电源
减小时,PWM脉冲占空比将增大,使输出电压回升
图1电路结构
到原来的电压值,从而实现稳压。
2电路工作原理
2.3半桥驱动电路
2.1脉冲发生器
IGBT驱动电路是IGBT应用中的关键环节。实
Sc3525是电压控制型PWM发生器,具有性能践证明,一套性能良好的驱动电路可缩短开关时
稳定、外围元件少、电路简单等特点(图2)。
间,减少开关损耗,使IGBT工作在较理想的开关状
态下;同时,对脉冲电源的运行效率、安全性和可靠
VEectonck
性都有重要意义。
本文选用进口IGBT专用厚膜集成驱动模块
C Vc
13
FO Sr ND E
是oD
M57962AL,其主要引脚功能见表1。驱动模块的外
DT SHIT
围扩展电路见图3。
G3.25C4
表1引脚功能
A IK
引脚号
功能
引脚号
功能
故障检测翰人端
故障信号输出端
图2驱动扩展电路
盲区时间设定端9故障后再启动时间端
(1)第1、2脚的误差放大器与第10脚的关断
接电源正端
软关断时间设定端
端分开设计,这样既避免了彼此间的相互干扰,还
5驱动信号输出端13
犏人信号负端
有利于补偿网络与误差放大器稳定性的提高。
6
接电源负端
14
擒入信号正端
2)在放电端7脚与5脚之间外接一个放电电
(1)与常见的M57962AL外围电路不同,这里
阻,构成放电回路,其放电时间即为死区时间。因为采用的是24V交流供电,经整流滤波后,再经三端
半桥电路中,上下桥臂易受外界干扰或驱动信号导稳压器L7824得到24V直流电压,将此电压与第4
通或关闭延时的影响而同时导通,这是不允许的。脚连接,为M57962AL供电。L7824输出端再与
为此,将死区时间设为3.5s,使上下桥臂同时导