CPLD器件在电火花加工脉冲电源中的应用

cpld的一些论文

设计 研究

电加工与模具 2009年第4期

CPLD器件在电火花加工脉冲电源中的应用

吴 强,卢智良,朱 宁

(苏州电加工机床研究所有限公司,江苏苏州215011)

摘要:对CPLD器件在电火花加工脉冲电源中的应用进行了研究,根据器件的特点,采用VHDL语言输入和原理图输入法,设计了适用于电火花加工的脉冲电源控制电路。

关键词:CPLD;VHDL语言;电火花加工;脉冲电源

中图分类号:TG661 文献标识码:A 文章编号:1009-279X(2009)04-0025-03

ApplicationofCPLDinPlusePowerSupplyforEDM

WuQiang,LuZhiliang,ZhuNing

(SuzhouElectromachiningMachineToolResearchInstituteCo.,Ltd.Suzhou215011,China)Abstract:ThispaperstudiestheapplicationofCPLDdeviceusedinElectricspark-plusepowersupply.AccordingtothecharacteristicsofthedeviceusingVHDLlanguageinputandmethodsche-maticinputdesignforElectricspark-plusepowersupplycontrolcircuit.

Keywords:CPLD;VHDLlanguage;EDM;plusepowersupply

脉冲电源是电火花成形加工机床的重要组成部分,其性能的优劣直接决定着加工性能。随着电火花加工应用技术的不断发展,对脉冲电源技术的研究也越来越深入。从20世纪80~90年代提出的高低压复合、梳形脉冲(分组脉冲),到后来的电流上升沿可控、等能量脉冲,以及至今提出的实现单个放电脉冲检测等技术,人们对脉冲电源可变参量的研究更细化,参数的调节进一步量化、数字化程度更高。在这种情形下,电火花脉冲电源电路如继续采用分立元件和中小规模集成电路作为基本原件,显然已不能满足当今电源集成度高、速度快、变化多、可控制性好的设计要求。

结构也使它们只能实现规模较小的电路。为弥补PLD只能设计小规模电路这一缺陷,20世纪80年

代中期,推出了复杂可编程逻辑器件 CPLD。

复杂可编程逻辑器件CPLD,具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格适中等特点,可实现较大规模的电路设计,因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10000件以下)中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件。

近年来,CPLD器件由于采用了先进的集成工艺,得以大批量生产,成本不断下降。集成密度、速度和性能得到了大幅度提高。高可靠性、良好的电磁兼容(EMC)性和微功耗,使其在数控设备领域得到了广泛应用。尤为重要的是它的在线编程(ISP)功能(可根据不同的要求,只需进行软件重新编程,现场烧写灌入,即可完成在线编程),大大方便了系统调试和功能更新,极大地缩短了产品开发周期,给设计、修改带来很大方便。

本文以某公司的MAX7000系列产品作为应用器件,在电火花脉冲电源上进行了应用实验。

1 CPLD器件的特点

最早的可编程逻辑器件 PLD出现在20世纪70年代,其输出结构是可编程的逻辑宏单元,因为它的硬件结构设计可由软件完成(相当于房子盖好后人工设计局部室内结构),因而它的设计比纯硬件的数字电路具有更强的灵活性,但其过于简单的

收稿日期:2009-05-18

第一作者简介:吴强,男,1974年生,工程师。

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设计 研究

(2)脉冲电流的分档调节;(3)放电脉冲上升沿斜率的调节;(4)复合高压的叠加;(5)等能量脉冲的产生;

(6)放电脉冲检测及脉冲级的脉冲参数自适应控制。

2 硬件电路结构

2.1 电火花脉冲电源的电路结构

电火花脉冲电源由脉冲参数设置、主振、逻辑控制、功放等基本电路组成,其中脉冲参数设置、主振和逻辑控制电路一般都采用CMOS或TTL数字集成电路器件,从而形成数字控制、独立可调的脉冲参数控制单元,其基本结构见图1

。

3 脉冲电源控制电路中CPLD器件的开发设计

设计选用EPM7128S芯片,该系列产品的引脚间传输延时最小5ns,最高计数频率可达175.4MHz,宏单元内的寄存器具有单独的时钟和复位信号,器件支持多种电压接口。芯片内部有128个宏单元、8个逻辑阵列、2500个门电路。开发工具为MAXPLUS 软件,采用原理图输入或文本输入法

图1 脉冲电源结构框图

2.2 采用CPLD器件的电源结构

我们将CPLD器件替代图1中的CMOS或TTL数字集成电路,形成图2

所示的电源结构。

编译、仿真,可指定引脚配置生成熔丝图文件,以JTAG方式下载到EPM7128S。

图3所示为该CPLD的电路符号,显示了输入

输出端口配置。

图2 采用CPLD器件的电源结构图

从图2中可看出,CPLD器件的功能包括了原脉冲参数设置、主振电路和逻辑控制电路的功能,使电路得到了简化,大大减小了电路印版的面积,且由于CPLD灵活多变的可编程特性,更易实现复杂算法的脉冲级自适应控制策略,使脉冲电源的控制电路更具灵活性,同时进一步提高了可靠性。如采用计算机控制,脉冲电源的各参数可由计算机以某种编码方式传输给CPLD,CPLD按设定条件产生不同形式的脉冲,经功放电路,推动功率管。同时,CPLD对间隙检测电路反馈的加工状态进行分析,对脉冲电源参数实现脉冲级的实时控制,同时将结果传送给计算机,进行宏观控制,对电参数进行调整,达到适应控制的目的。

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