CPLD器件在电火花加工脉冲电源中的应用

赵衍青

（泉州信息工程学院机电工程系，福建 泉州362000）

0 引言

电火花加工是把两电极浸泡在工作液中，在其两极间施加高频脉冲电压，通过每次放电时形成的瞬时、局部高温，逐次微量地把金属材料蚀除下来，从而切割成形的一种特种加工方法，又称电蚀加工或放电加工［1－2］。作为电火花加工机床的核心组成部分，脉冲电源提供击穿加工介质所需要的能量，同时为间隙击穿后蚀除金属提供能量，其特性的好坏直接影响生产效率的高低和设备加工的稳定性［3－4］。近年来，电火花加工技术在机械制造业中得到不断发展，随之对脉冲电源技术的研究也越来越深入。

1 电火花脉冲电源的电路结构

本脉冲电源由脉冲信号发生器获得高频脉冲信号，该信号通过功率放大后，再控制功率开关管MOSFET的通断，为加工间隙提供需要的脉冲电源，同时对加工放电状态进行检测并反馈给脉冲信号发生电路，获得最佳的加工放电脉冲。电源结构框图如图1所示。

图1 脉冲电源结构框图

该脉冲电源的最关键部分为脉冲信号发生电路，它以CPLD与MCU为控制核心，能够产生脉宽窄频率高的脉冲信号，且脉冲信号的脉宽能够在一定范围内调节并在线设置，可处理由检测反馈回的放电状态信号。脉冲信号发生器的总体结构如图2所示。

图2 脉冲信号发生电路结构图

其结构主要包括CPLD脉冲信号发生模块和单片机控制模块。单片机控制模块的功能：一是负责与上位机的通讯；二是对数据进行转换与处理；三是给CPLD置入上位机设定的参数。CPLD采用EPM570T1003N芯片，并应用VHDL高速硬件描述语言编写放电脉冲控制程序。其作用是：根据单片机产生的控制信号及由上位机置入的脉冲参数产生脉冲信号，并及时处理由放电状态检测电路反馈回的信号［5－6］。

2 脉冲电源软件设计的基本结构

图3是脉冲电源软件设计的基本结构，它以P89LV51RD2单片机芯片为硬件载体。为提高程序的可读性和移植性，采用C语言编写单片机程序［7］。

图3 脉冲电源系统软件基本架构框图

3 脉冲电源的脉冲波形测试与分析

3.1 测试连接

把接口线的一端连接到计算机的打印机，另一侧连接测试板的JPGA口。各设备按图4所示进行连接。

图4 测试系统连接图

3.2 不同参数波形的对比分析

在电火花加工中，单个脉冲宽度和能量的大小影响加工质量的好坏，它们的值越小，加工出来的工件质量越高。该测试电路板分别测试了脉冲宽度为1μs和0.2μs、占空比都为0.5时的脉冲波形。其波形图如图5、图6所示。

通过测得的波形图可以看出，在脉冲宽度为1μs和0.2μs时，该脉冲电源模块都能得到比较稳定的脉冲信号，即说明其能够得到脉宽小、频率高、能量小的单个脉冲电源，满足电火花加工的要求。

4 结语

图6 脉冲宽度为!.#μ?时的输出波形

采用CPLD器件设计的脉冲电源可获得性能稳定、脉冲频率高、单个脉冲能量小的放电脉冲。另外，在电火花脉冲电源中应用CPLD器件，可减小脉冲电源体积，增强设计灵活性，提高电源可靠性，缩小产品开发周期，降低成本，可满足电加工对日趋复杂的加工技术需求。

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［6］吴强，卢智良，朱宁.CPLD器件在电火花加工脉冲电源中的应用［J］.电加工与模具，2009（4）

［7］徐爱钧，彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计［M］.北京：电子工业出版社，1998