基于FPGA电火花加工脉冲电源的设计

　　2.2软件编程实现

　　软件编程采用Altera提供的软件编译环境NIOS II IDE。Nios II IDE基于开放和可扩展的Eclipse平台，不仅可以将通用用户界面和业界最好的开发环境完美结合，还能够与第三方工具无缝地集成在一起。Nios II IDE提供了完整的C／C++软件开发套件，包括编辑器、项目管理器和构建工具、调试器和兼容CFI(common flash interface)的Flash编程器。Altera提供含有支持Micrium的MicroC／OS-II实时操作系统(RTOS)。该系统不用用户修改任何代码即可进行系统移植。使Nios II开发者能很容易地在Nios II IDE中实现多任务软件开发。

　　软件的开发过程是在IDE中创建一个工程文件，工程所指定的硬件系统即是在Quartus中生成的.ptf文件。新的工程将包括2个库，一个是用户的API库，另一个是系统库，系统的库中包含了用户进行软件编程时需要的各种头文件、驱动程序等。在用户库中可以使用C／++或者是汇编语言编写脉冲参数的实现功能，在写好后就可以对软件工程进行编译、调试得到希望的结果后就可以软件的工程文件.elf下载到开发器件上。如果需要调整脉冲、脉间的参数，则可以在NIOS IDE中对脉宽与脉间的比例以及周期长度进行修改。同时通过对I／O口输出的高低电平，可以控制每一路大功率管的关断与否，从而做到了电流大小的控制，具有非常高的灵活性。这样可以得到新的适合进行粗、中精、精加工的脉冲序列。用户程序中对脉冲控制及参数控制的代码如下：

　　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。