袁炎成,王建業(yè),余艷青,懷華培,戴立強(qiáng)

(1.華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院,廣東廣州510641;2.海寧市新藝機(jī)電有限公司,浙江海寧314411)

近年來,隨著高頻窄脈沖電解加工(HSPECM)工藝的進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用,證明了該項(xiàng)新技術(shù)能顯著提高電解加工的精度,有望在精密中小型和微細(xì)產(chǎn)品制造領(lǐng)域廣為應(yīng)用。國外某公司已成功采用該技術(shù)加工剃須刀片上的超薄(0.10 mm)弧面及其上的微細(xì)小孔(0.20 mm)和弧形窄槽,還在其出口處加工出高銳度的剃削刃口[1]。精密HSPECM電源是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的核心設(shè)備,其電氣性能的穩(wěn)定性和可靠性是直接影響該技術(shù)能否真正用于生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。迄今為止,國內(nèi)外均未見商品化的適合電解加工特性且能直接用于生產(chǎn)的精密HSPECM電源。本課題組研制的精密400 A電源樣機(jī)已成功應(yīng)用于剃須刀絲網(wǎng)型精密刀片的加工,實(shí)現(xiàn)了用微小間隙(＜0.05 mm)加工精密微細(xì)小孔及成形窄槽,精度可達(dá)±0.01 mm。經(jīng)過兩年的試生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量符合市場(chǎng)要求,其μ s量級(jí)的快速短路保護(hù)系統(tǒng),可避免加工過程中的意外短路燒傷零件、電極及電源設(shè)備。同時(shí),在500 A、25 kHz的工程化樣機(jī)研制過程中,進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究,找出了影響電源可靠性、穩(wěn)定性的因素和達(dá)到可靠、穩(wěn)定工作的技術(shù)途徑,較好地解決了此關(guān)鍵問題。目前,該工程化樣機(jī)已完成研制工作,將接受投產(chǎn)使用的考驗(yàn),并準(zhǔn)備小量制造該電源提供給用戶。

1 500A、25 kHz工程化樣機(jī)的性能指標(biāo)

頻率f、占空比D、電源電壓 U 和電流密度I是影響脈沖電流電解加工效果的主要參數(shù)。試驗(yàn)研究表明,在一定范圍內(nèi),隨著頻率提高、脈寬變窄、占空比減小、加工電壓降低、電流密度增加,加工精度和表面質(zhì)量均有所提高。另外,矩形波的脈沖波形較其他類型的波形(如:三角波、正弦波等)更有利于加工精度與加工效率的提高[2],而雙向脈沖又比單向脈沖好。陡峭的脈沖前后沿和關(guān)斷時(shí)的短時(shí)反向電流,更有利于快速去極化、提高加工精度,并可縮短脈沖周期、提高加工效率[3]。

根據(jù)上述技術(shù)要求及用戶對(duì)加工對(duì)象的要求,本工程化樣機(jī)的制定實(shí)現(xiàn)了以下幾方面的性能指標(biāo):

(1)最大輸出電流:脈沖輸出為峰值500 A。

(2)最大輸出電壓:脈沖輸出24 V,且實(shí)現(xiàn)負(fù)載端穩(wěn)壓。

(3)輸出波形:雙向脈沖,正向?yàn)榫匦尾?最小的上升、下降沿分別為2μs。

(4)輸出波形頻率范圍:在滿負(fù)荷條件下,可由操作人員選擇在0.1～25 kHz內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

(5)輸出波形脈沖寬度:12 μ s～5 ms連續(xù)可調(diào)。占空比可調(diào)范圍為0.3～0.7,可供操作人員選擇適合加工需求的數(shù)值,且頻率、脈沖寬度、占空比3項(xiàng)中任意兩項(xiàng)均可由操作人員獨(dú)立調(diào)整。

(6)快速短路保護(hù):檢測(cè)到負(fù)載短路時(shí),功率器件輸出脈寬下降到10 μ s以內(nèi),加工電流平均值降至接近零,并自動(dòng)切斷總電源及電極進(jìn)給,確保正常工作條件下發(fā)生加工區(qū)短路時(shí),不損壞功率器件,不燒傷電極與工件。

(7)連續(xù)工作時(shí)間:400 A規(guī)格的電源設(shè)備已投入現(xiàn)場(chǎng)加工達(dá)2年之久,電源參數(shù)穩(wěn)定、工作可靠,故障率極小,未曾發(fā)生因正常條件下加工區(qū)短路而導(dǎo)致功率器件或工具及零件燒傷的情況。500 A規(guī)格的工程化樣機(jī)在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試階段,最后達(dá)到連續(xù)工作2 h,電源設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)均穩(wěn)定。

2 電源設(shè)備的基本方案

電源方案的基本指導(dǎo)思想是兼顧快速性和可靠性二者之間的平衡。本電源采用多路并聯(lián)的MOSFET斬波裝置,將SCR調(diào)壓、穩(wěn)壓電源輸出的直流電流快速換流成高頻、窄脈沖的直流脈沖電流。采用MOSFET斬波是由于其快速性、頻響好且適合電解加工大電流、低電壓的特點(diǎn)。

各主要模塊見圖1,波形發(fā)生器回路采用方案成熟、性能穩(wěn)定的芯片及外圍組件構(gòu)成,提供頻率、占空比獨(dú)立可調(diào)的矩形波輸出信號(hào)。矩形波信號(hào)經(jīng)功率放大和MOSFET門極驅(qū)動(dòng)及限流保護(hù)電路模塊后,控制功率器件的導(dǎo)通與關(guān)斷。

圖1 斬波裝置主回路及控制回路框圖

斬波裝置采用四路并聯(lián)的功率MOSFET組成,每一路的MOSFET分別由單獨(dú)的門極驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制。由于主回路寄生電感和MOSFET極間分布電容的存在,MOSFET換流瞬間有較高的瞬時(shí)過壓、過流尖峰且伴隨著阻尼振蕩的存在,容易損傷MOSFET。因此,在每一路的功率MOSFET上,還需并聯(lián)緩沖器以作吸收瞬時(shí)過壓之用。

電源的快速短路保護(hù)功能由快速限流保護(hù)模塊及欠電壓短路保護(hù)模塊共同組成。前者是加工電極發(fā)生意外短路時(shí)免受燒傷的關(guān)鍵模塊,后者是限流保護(hù)啟動(dòng)后使電源自動(dòng)停電并使機(jī)床停止進(jìn)給的保護(hù)系統(tǒng)。欠電壓保護(hù)電路從加工區(qū)域采樣獲取間隙電壓信號(hào),作為反饋控制信號(hào),經(jīng)整流、濾波、延時(shí)等一系列硬件電路的處理;當(dāng)加工區(qū)發(fā)生短路時(shí),欠電壓保護(hù)電路能迅速檢測(cè)出負(fù)載電壓下降并作出響應(yīng),在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)切斷功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào),實(shí)現(xiàn)了上述的保護(hù)功能。

3 若干關(guān)鍵技術(shù)措施和方案

3.1 電氣系統(tǒng)的布局、安裝及走線結(jié)構(gòu)要點(diǎn)

在弱電方面,為了避免電路模塊之間的相互干擾,對(duì)于各電路模塊的接地點(diǎn)進(jìn)行了電氣隔離。同時(shí),根據(jù)本電源響應(yīng)的快速性要求,在弱電系統(tǒng)的多處引入響應(yīng)時(shí)間短的高速光電耦合器電路,成功實(shí)現(xiàn)了隔離的目的。

當(dāng)加工區(qū)出現(xiàn)意外短路時(shí),主回路電流迅速加大,為了能快速、準(zhǔn)確地傳導(dǎo)異常電流信號(hào)的變化情況,盡可能縮短了門極驅(qū)動(dòng)及快速限流保護(hù)電路模塊與功率MOSFET的物理距離,減小因傳輸線路造成信號(hào)畸變和延時(shí)的幾率。另外,對(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)傳輸線,采用了帶屏蔽絲網(wǎng)的線纜,并確保絲網(wǎng)可靠接地,以屏蔽掉外界的電磁干擾。

在強(qiáng)電方面,大功率半導(dǎo)體器件快速換流的開關(guān)過程,往往伴隨著高頻振蕩的出現(xiàn)。此時(shí),主回路寄生參數(shù)所帶來的影響不可忽略,若線路布局或傳輸線結(jié)構(gòu)不夠合理,易使加工波形出現(xiàn)畸變以及在功率MOSFET上產(chǎn)生較大的瞬時(shí)過壓,不僅對(duì)加工表面精度會(huì)有不良影響,甚至可能毀壞功率器件。為了盡量減少主回路的寄生參數(shù),在布局上多處采用了“三明治”的走線結(jié)構(gòu),使回路所包圍的環(huán)路面積盡可能的小。

除了線路布局對(duì)于電源的加工波形畸變有著明顯的影響,主回路各部件之間的連接處理同樣重要。根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),元件之間的接觸面若處理不善,極可能在加工過程中導(dǎo)致功率器件的燒毀。如:與功率MOSFET的G、D、S極連接的電路板或傳輸導(dǎo)線的導(dǎo)電端面,其表面必須打磨光滑,并涂上導(dǎo)熱膏,使兩者的貼合面能充分接觸,避免在大電流快速換流的過程中,由于表面接觸不完全而產(chǎn)生跳火花現(xiàn)象,引起干擾以及加大其傳導(dǎo)熱阻。此外,還必須嚴(yán)格準(zhǔn)確地控制夾緊力。

3.2 功率器件的選型

在功率器件選型方面,應(yīng)注意器件的安全工作區(qū)及主要參數(shù)是否滿足加工要求。功率MOSFET具有開關(guān)速度快、工作電流大、導(dǎo)通電阻小、驅(qū)動(dòng)功率小、并聯(lián)特性好等優(yōu)點(diǎn),還適應(yīng)中小功率、高頻窄脈沖電解加工電源低電壓的特點(diǎn)要求。它作為本電源設(shè)備的核心器件,其工作的穩(wěn)定性和可靠性將直接決定電源設(shè)備和加工產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。

鑒于在大電流快速換流的應(yīng)用場(chǎng)合,由于寄生電感引起的關(guān)斷瞬時(shí)過壓UDS、關(guān)斷瞬間的反向電流脈沖及MOSFET的散熱狀況,均有可能導(dǎo)致功率管受損甚至失效。因此,在為功率管選型時(shí),一般較注重以下幾個(gè)參數(shù)的范圍:ID、IDM、U(BR)DSS、瞬時(shí)的 RTHJC值與TJ、SOA曲線。ID(或 ID25)表示功率管在理想的散熱條件下,殼溫為25℃時(shí)允許通過的最大連續(xù)電流值,IDM表示功率管在理想的散熱條件下,殼溫為25℃時(shí)允許通過的最大單脈沖電流值。試驗(yàn)研究表明,MOSFET在開通瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的正向浪涌尖峰電流,在關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生更大的反向浪涌尖峰電流和高頻振蕩,此時(shí)流經(jīng)MOSFET的電流值往往比正常工作電流要大得多。為了確保功率管不會(huì)因過大的浪涌尖峰電流而受損,除了采取相關(guān)技術(shù)措施盡量減小浪涌尖峰電流外,還必須選擇正、反向 IDM額定值較大的MOSFET。

U(BR)DSS為MOSFET的D、S之間的擊穿電壓值,在使用MOSFET過程中,其UDS絕對(duì)不允許超過該值,大電流功率MOSFET的 U(BR)DSS都達(dá)到100 V。由于線路布局及器件自身存在寄生電感量,在MOSFET關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的 UDS電壓值。在主回路布局及緩沖器參數(shù)的選擇與布局上,經(jīng)反復(fù)試驗(yàn),確保了關(guān)斷瞬間的UDS峰值保持在50 V以內(nèi),保證了U(BR)DSS有一半的安全裕度。

半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展,使功率MOSFET的導(dǎo)通電阻變得越來越小,相應(yīng)的器件導(dǎo)通功耗也在不斷減小。TJ為MOSFET的內(nèi)部結(jié)溫,一般要求在150℃以內(nèi)。根據(jù)計(jì)算式有:

式中:RTHJC為固定參數(shù),但需考慮乘以系數(shù)Zthjc,才得到實(shí)際的內(nèi)部熱阻值。而Zthjc應(yīng)與工作波形的占空比、脈寬及器件說明文檔中的Zthjc曲線圖聯(lián)系起來共同推導(dǎo)。這樣,便可通過管子消耗的功率PD、內(nèi)部熱阻 RTHJC及可測(cè)量的外殼溫度TC,來判斷 TJ是否處在安全范圍內(nèi)。

Save Operating Area(SOA),即安全工作區(qū)曲線 ,是由MOSFET 的額定 ID、U(BR)DSS、RDS(on)與波形正向脈寬共同確定的曲線圖。只要MOSFET的各項(xiàng)指標(biāo)均落在該曲線圖范圍內(nèi),便可確保其不會(huì)受到損壞。可以說,SOA曲線是關(guān)于MOSFET之前幾個(gè)指標(biāo)安全性的綜合反映。

為了保證功率MOSFET在正常加工過程中及加工區(qū)電源設(shè)備具有高度的穩(wěn)定性和可靠性,500 A電源選用了新一代模塊式MOSFET,其主要性能參數(shù)的額定指標(biāo)均高于前兩代電源所采用的具有同樣外形尺寸的模塊式MOSFET,額定平均電流 Id增加到原有的199%、反向峰值電流增加到原有的188%、脈沖前沿上升時(shí)間僅為原有的41%(155 nS)、導(dǎo)通電阻僅為原有的45%(2.5 mΩ),這就確保了500 A電源滿負(fù)荷工作時(shí),其MOSFET的各項(xiàng)實(shí)際性能參數(shù)值較額定值都有較大的裕度,也是確保500 A電源工作穩(wěn)定可靠的重要保證。

3.3 核心電路模塊及快速短路保護(hù)系統(tǒng)

3.3.1 驅(qū)動(dòng)電路模塊

具備快速限流保護(hù)功能的MOSFET專用驅(qū)動(dòng)電路模塊,能有效防止加工過程意外短路導(dǎo)致的電極、工件及MOSFET的燒傷。

脈沖電解加工具有加工間隙極小、加工電流密度大的特性,故在加工期間,由于沖刷流場(chǎng)的不均勻或去極化不完全,導(dǎo)致殘余的微細(xì)金屬顆粒不能及時(shí)排出或工件陽極過鈍化陰極沉積而引發(fā)的電極意外短路偶有發(fā)生[2]。為保護(hù)工具電極不被燒傷,電源必須在短路發(fā)生數(shù)十μ s以內(nèi)快速截止脈沖電流。

本項(xiàng)目采用了專門為MOSFET配套的帶有檢測(cè)過流、快速限流功能的門極驅(qū)動(dòng)模塊MGD,根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,不斷優(yōu)化其外圍電路的結(jié)構(gòu)與參數(shù),制作出適用于功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)/快速短路保護(hù)系統(tǒng)(圖2),并為主回路的每一并聯(lián)支路MOSFET均裝配該裝置。

圖2 MOSFET驅(qū)動(dòng)及快速短路保護(hù)電路

驅(qū)動(dòng)模塊輸出單向的矩形波脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)MOSFET的G、S極,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),可改變MOSFET門極的RC控制回路的參數(shù)值來獲得不同斜率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形,從而改變主回路電流波形的斜率。由加工試驗(yàn)可知,斜率越大,加工精度越高,但MOSFET的瞬時(shí)尖峰也會(huì)加大,如超過允許值,則會(huì)損壞MOSFET,故應(yīng)取得二者的平衡。MOSFET的Ugs額定值普遍較低,約為 20 V。為了避免MOSFET的門極被瞬時(shí)的高電壓擊穿,在其 G、S極之間接上一對(duì)反串的TVS管進(jìn)行鉗位。同時(shí),應(yīng)選用穩(wěn)壓值介于 Ugs實(shí)際工作電壓與額定值之間的TVS管。

驅(qū)動(dòng)模塊還輸出快速限流保護(hù)信號(hào),當(dāng)該系統(tǒng)在任一支路實(shí)時(shí)采集到過流信號(hào)時(shí),即可使MOSFET輸出電流脈寬快速地限制在10 μ s左右,同時(shí)使加工電流峰值大幅下降(圖3),500 A電源可下降到接近零。另外,在脈沖導(dǎo)通周期大幅下降的同時(shí),脈沖的截止周期大幅增加,即意味著更小的發(fā)熱量和更好的散熱效果,大大降低了MOSFET的溫度,又加上熱阻極小的熱管散熱器,500 A電源連續(xù)滿負(fù)荷工作時(shí),MOSFET的平衡殼溫僅為40℃左右,可靠地避免了MOSFET的過熱燒損。

圖3 加工負(fù)載短路時(shí)限流保護(hù)后的波形

3.3.2 RCD緩沖器

RCD緩沖器的使用減小了關(guān)斷時(shí)過大的Uds瞬時(shí)過壓尖峰,有效保護(hù)了功率器件免受過壓擊穿,并降低了MOSFET的關(guān)斷損耗;同時(shí),經(jīng)優(yōu)化的緩沖器還減小了關(guān)斷時(shí)過大的反向電流尖峰,使之控制在允許范圍內(nèi),有效避免了功率器件因該原因而受到的損壞。

一般來說,MOSFET的漏源極擊穿電壓U(BR)DSS偏低,如不外加緩沖器等吸收裝置很易被過壓擊穿。由于UDS源自Ls·di/dt,為了確保對(duì)于加工電流波形的要求,在功率管關(guān)斷時(shí)要求有較大的di/dt,這就導(dǎo)致了較高的瞬時(shí)過壓 UDS;與此同時(shí),在加工頻率較高時(shí)還會(huì)出現(xiàn)關(guān)斷時(shí)的阻尼振蕩,會(huì)導(dǎo)致功率管的開關(guān)損耗加大(圖4),即意味著發(fā)熱量的增大。此外,隨著電源總電流容量的增加,UDS相應(yīng)加大,阻尼振蕩將更嚴(yán)重。

圖4 MOSFET關(guān)斷時(shí)的 ID(通道1)、UDS波形(通道2)

為了處理好功率管關(guān)斷時(shí) UDS過高的瞬時(shí)尖峰導(dǎo)致的擊穿及反向瞬時(shí)過流過大導(dǎo)致的燒損問題,在功率管的D、S兩端安裝了組合RCD緩沖器,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)元件的選型、參數(shù)的匹配和布局進(jìn)行多次優(yōu)化,最終獲得了適合本電源設(shè)備的配置。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)通電數(shù)據(jù)表明,該緩沖器在抑制功率管關(guān)斷時(shí)UDS瞬時(shí)過壓過大、Id反向瞬時(shí)過流過大(圖5)及阻尼振蕩和降低關(guān)斷損耗(如圖4所示,使電流、電壓不會(huì)同時(shí)達(dá)到峰值)等方面有顯著作用,UDS降低了約一半,反向瞬時(shí)過流也顯著減小到允許范圍以內(nèi),而阻尼振蕩也基本消除,在電流容量和散熱效果方面均達(dá)到理想的狀態(tài)。此外,對(duì)于元件自感值的嚴(yán)格控制,也是出于降低回路寄生電感的目的。

圖5 MOSFET關(guān)斷時(shí)的Id反向瞬時(shí)過流

3.3.3 加工負(fù)載區(qū)反并聯(lián)大容量續(xù)流管

試驗(yàn)研究表明,在負(fù)載電流的快速換流關(guān)斷瞬間,脈間也會(huì)在極短時(shí)間(2～3 μ s)內(nèi)產(chǎn)生反向電流(圖6),從加工角度考慮,這有利于脈間快速去極化;工藝試驗(yàn)還表明,反向電流隨加工電流的加大而加大。這些因素均有利于加工間隙的縮小,如前所述,400 A電源加工間隙可縮小到0.05 mm,加工間隙的縮小會(huì)導(dǎo)致加工精度的提高。但反向電流過大又會(huì)腐蝕工具電極,所以要在負(fù)載兩端反并聯(lián)若干支續(xù)流二極管,并安裝在相應(yīng)的散熱器上。在功率器件關(guān)斷瞬間,反并聯(lián)的續(xù)流二極管為加工電流提供了泄放通路,由于反向電流的持續(xù)時(shí)間極短,對(duì)于續(xù)流管響應(yīng)速度的要求也相應(yīng)提高,故采用超快速、大功率的續(xù)流二極管。此外,反向電流流經(jīng)續(xù)流管的同時(shí)導(dǎo)致續(xù)流管發(fā)熱,因此,必須為續(xù)流管安裝符合要求的散熱器,并輔以其他冷卻手段,使續(xù)流管的溫度能在長(zhǎng)期工作條件下保持在50℃的安全溫度內(nèi)。

圖6 電源關(guān)斷過程的反向電流波形圖

3.3.4 功率管的散熱設(shè)備

一般而言,功率管的損耗分為導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗兩部分。在大電流工作時(shí),功率管的傳導(dǎo)損耗Pc所占比例較大,而在高頻條件下,功率管的開關(guān)損耗Ps又顯著加大。因而導(dǎo)致功率管發(fā)熱顯著加大,結(jié)溫顯著提高,增加了功率管的過流、過熱燒損的機(jī)率。

本項(xiàng)目與中科院熱能研究所合作研制的適合半導(dǎo)體功率元件冷卻的高熱流密度、高傳熱效率、低熱阻的新型熱管傳熱散熱系統(tǒng),能使MOSFET的工作溫度大幅降低。在同樣溫度下,安全工作電流顯著加大。當(dāng)I為60 A時(shí),用熱管散熱系統(tǒng)的MOSFET殼溫較用傳統(tǒng)的金屬翅片散熱器的殼溫降低了近1倍,而在殼溫同為60℃時(shí),前者的安全工作電流加大了1/3以上。這就較好地解決了功率管過流過熱的燒損問題,還有利于加大電源的容量。試驗(yàn)結(jié)果表明,本電源設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作時(shí),各支路MOSFET的殼溫基本保持在40℃以下,證明了該傳熱散熱系統(tǒng)能確保功率器件的有效散熱,并防止過熱燒損。

4 結(jié)論

(1)功率斬波元件是本電源設(shè)備實(shí)現(xiàn)大電流快速換流的關(guān)鍵元件,MOSFET的頻響、快速性居功率斬波元件之首,且適應(yīng)電解加工大電流、低電壓的特點(diǎn),是中小型精密電解加工脈沖電源的首選。選型時(shí)為確保電源的穩(wěn)定性和可靠性,其主要參數(shù)必須留有1/3以上的裕度。500 A電源選用了新一代的模塊式MOSFET,研制的實(shí)踐證明了其良好的穩(wěn)定性和可靠性。

(2)HSPECM的最大特長(zhǎng)是可實(shí)現(xiàn)微小間隙加工,從而較大幅度地提高加工精度,但也帶來了短路幾率較大的問題。本電源μ s量級(jí)的限電流、欠電壓快速短路保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)過兩年生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的考驗(yàn),證實(shí)了該方案可使零件和工具電極有效避免發(fā)生加工短路時(shí)的燒傷。

(3)大電流快速換流過程會(huì)有較大的過流、過壓的浪涌尖峰及阻尼振蕩,而MOSFET的過載能力較弱,因而必須嚴(yán)格控制過流、過壓不得超過允許值以防燒損或擊穿MOSFET。本電源采用了優(yōu)化的RCD緩沖器、低電感的超快速元器件、“三明治”結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電排線及合理的線路布局,有效地抑制了各種尖峰電流、電壓,使其控制在允許的范圍內(nèi),并留有較大的裕度,有效防止了功率器件的損壞。

(4)本電源采用了專門研制的熱阻極小的熱管散熱器,較好地控制了MOSFET的管溫在允許范圍內(nèi),并留有較大的裕度,這也是確保MOSFET管不因過熱燒損的重要措施之一。

(5)電氣系統(tǒng)的布局還需兼顧電路的抗干擾性、寄生參數(shù)的影響及器件的導(dǎo)電接觸面處理、MOSFET管安裝定位的準(zhǔn)確性、電源柜防潮防腐蝕等多方面的因素,以確保電源輸出波形及設(shè)備性能可靠穩(wěn)定。

在500 A精密HSPECM電源的工程化樣機(jī)研制過程中,采取了上述有效措施后,較好地解決了電源的穩(wěn)定性和可靠性問題。樣機(jī)經(jīng)過一定的生產(chǎn)使用考驗(yàn)定型后,就可投入小批量制造,提供給用戶加工中小、微型精密零件使用。

[1] 王建業(yè),張永俊,余艷青,等.脈沖電解加工技術(shù)在精微加工領(lǐng)域中的新發(fā)展[J].中國機(jī)械工程,2007(1):114-119.

[2] 王建業(yè),徐家文.電解加工原理及應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2001.

[3] 王建業(yè),王曉燕.MOSFET高頻、窄脈沖電解加工新型電源試驗(yàn)研究[J].航空制造技術(shù),2001(1):27-29.