基于FPGA电火花加工脉冲电源的设计与研究

2.3 系统仿真

我们可以用Quartus对设计的系统的功能进行仿真，以验证功能是否满足要求。软件文件下载到开发板后对电路进行仿真的结果，如图2所示。从图中可以看到脉宽pulse_duration_time与脉间pulse_interval_time的比例参数，以及控制寄存器的值，同时还可以看到该系统的输入时钟的周期长度，放电脉冲的周期长度等信息。



3 外部电路设计

外部电路主要包括直流电源、隔离放大电路、高速开关电路、保护电路。直流电源电路是市电经过变压器、整流桥路电路、电容滤波电路输出的，输出的电压有+80 V和120 V两种，分别用于粗加工和精加工。脉冲发生器的PWM用来控制高频开关管，为了防止脉冲发生器的烧坏，要将FPGA开发板与开关管电路隔离开来，而电源的频率很高，普通光耦的会产生波形畸变，所以采用的是25M的高速光耦PC412S。开关管采用的是VMOS，使用它的好处是开关的频率高，能够承受的电流和电压都比较大，但要使用输入电容较小的VMOS，否则会影响电源关断的速度。开关管的驱动电电路如图3所示。



Q1的基极是从FPGA开发板经过光耦输出的PWM脉冲信号，通过后面的驱动电路来驱动Q5，从而实现放电加工电路中采用正负电源，这样可以提高Q5的关断速度。Q2是小功率的VMOS管，Q3和Q是用来驱动大功率的VMOS，所以功率不能选太小，R3与R4是用来减小系统波形的振荡，其阻值不能太大，可选取100 Ω。

4 结 论

本文在EDM机理与嵌入式技术领域最新研究成果的基础上，针对目前微细EDM加工中电源的研究现状，提出了一种新型的智能型EDM脉冲电源，该电源的脉间精度可以达到0.2μs，是一般的分立软件和集成电路所不能达到的，脉宽，脉间的大小可参数话，这些设置都是在软件中进行，并且采用FPGA设计具有可进行更新，保密性好。这种新型的脉冲电源，由于高电火花脉冲放电频率，从而提高加工精度。又因为HDL语言和FPGA技术的应用越来越广泛，所以这种智能的脉冲电源具有很好的通用性。