CPLD器件在電火花加工脈沖電源中的應用

趙衍青

（泉州信息工程學院機電工程系，福建 泉州362000）

0 引言

電火花加工是把兩電極浸泡在工作液中，在其兩極間施加高頻脈沖電壓，通過每次放電時形成的瞬時、局部高溫，逐次微量地把金屬材料蝕除下來，從而切割成形的一種特種加工方法，又稱電蝕加工或放電加工［1－2］。作為電火花加工機床的核心組成部分，脈沖電源提供擊穿加工介質所需要的能量，同時為間隙擊穿后蝕除金屬提供能量，其特性的好壞直接影響生產效率的高低和設備加工的穩定性［3－4］。近年來，電火花加工技術在機械制造業中得到不斷發展，隨之對脈沖電源技術的研究也越來越深入。

1 電火花脈沖電源的電路結構

本脈沖電源由脈沖信號發生器獲得高頻脈沖信號，該信號通過功率放大后，再控制功率開關管MOSFET的通斷，為加工間隙提供需要的脈沖電源，同時對加工放電狀態進行檢測并反饋給脈沖信號發生電路，獲得最佳的加工放電脈沖。電源結構框圖如圖1所示。

圖1 脈沖電源結構框圖

該脈沖電源的最關鍵部分為脈沖信號發生電路，它以CPLD與MCU為控制核心，能夠產生脈寬窄頻率高的脈沖信號，且脈沖信號的脈寬能夠在一定范圍內調節并在線設置，可處理由檢測反饋回的放電狀態信號。脈沖信號發生器的總體結構如圖2所示。

圖2 脈沖信號發生電路結構圖

其結構主要包括CPLD脈沖信號發生模塊和單片機控制模塊。單片機控制模塊的功能：一是負責與上位機的通訊；二是對數據進行轉換與處理；三是給CPLD置入上位機設定的參數。CPLD采用EPM570T1003N芯片，并應用VHDL高速硬件描述語言編寫放電脈沖控制程序。其作用是：根據單片機產生的控制信號及由上位機置入的脈沖參數產生脈沖信號，并及時處理由放電狀態檢測電路反饋回的信號［5－6］。

2 脈沖電源軟件設計的基本結構

圖3是脈沖電源軟件設計的基本結構，它以P89LV51RD2單片機芯片為硬件載體。為提高程序的可讀性和移植性，采用C語言編寫單片機程序［7］。

圖3 脈沖電源系統軟件基本架構框圖

3 脈沖電源的脈沖波形測試與分析

3.1 測試連接

把接口線的一端連接到計算機的打印機，另一側連接測試板的JPGA口。各設備按圖4所示進行連接。

圖4 測試系統連接圖

3.2 不同參數波形的對比分析

在電火花加工中，單個脈沖寬度和能量的大小影響加工質量的好壞，它們的值越小，加工出來的工件質量越高。該測試電路板分別測試了脈沖寬度為1μs和0.2μs、占空比都為0.5時的脈沖波形。其波形圖如圖5、圖6所示。

通過測得的波形圖可以看出，在脈沖寬度為1μs和0.2μs時，該脈沖電源模塊都能得到比較穩定的脈沖信號，即說明其能夠得到脈寬小、頻率高、能量小的單個脈沖電源，滿足電火花加工的要求。

4 結語

圖6 脈沖寬度為!.#μ?時的輸出波形

采用CPLD器件設計的脈沖電源可獲得性能穩定、脈沖頻率高、單個脈沖能量小的放電脈沖。另外，在電火花脈沖電源中應用CPLD器件，可減小脈沖電源體積，增強設計靈活性，提高電源可靠性，縮小產品開發周期，降低成本，可滿足電加工對日趨復雜的加工技術需求。

［1］劉晉春，白基成，郭永豐.特種加工［M］.第5版.北京：機械工業出版社，2008

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［4］徐揚帆，李彬，譚明波.基于CPLD的高頻窄脈寬脈沖電源的設計［J］.船電技術，2012（S1）

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［6］吳強，盧智良，朱寧.CPLD器件在電火花加工脈沖電源中的應用［J］.電加工與模具，2009（4）

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