CN102029627A - 快速膏药离子打孔机打孔头驱动器 - Google Patents

Abstract

快速膏药离子打孔机打孔头驱动器，是为解决现有离子膏药打孔机打孔头驱动电源存在的生产效率低，打孔同步性差的技术问题而设计的。它由电源、控制器、保护器和驱动主件四部分构成，所述电源为控制器和保护器提供电子电路直流电源并通过控制器提供220V市电电源及通过保护器为驱动器主件提供220V至110V的可调50Hz交流电源。将驱动器主件电路通过电容C₁，C₂，C₃设计成驱动电极对I₁和I₂两个完全对称结构，并接受来自控制器的打孔控制信号，按控制器的打孔指令信号产生实现两个电路火花塞I₁和I₂轮流交替提供点火高电压及随高电压之后的瞬间强电流；通过高电压将处于火花塞间的膏药片击穿形成小电弧，小电弧引起强电弧实现打孔。本发明与现有技术相比，电弧发生频率、生产效率高，同步性好，结构简单，可靠性强。

Description

快速膏药离子打孔机打孔头驱动器

技术领域：

本发明涉及一种驱动器，尤其涉及一种快速膏药离子打孔机打孔头驱动器。是专为制药厂的膏药生产线配置的非机械打孔设备的核心部件。

背景技术：

目前现有技术中离子膏药打孔机打孔头驱动电源存在生产效率低，打孔同步性差等缺点。

发明内容：

本发明为了解决现有离子膏药打孔机打孔头驱动电源存在生产效率低，打孔同步性差的技术问题，提供了一种生产效率高，同步性好的快速膏药离子打孔机打孔头驱动器。其由电源、控制器、保护器和驱动主件四部分构成，所述电源为控制器和保护器提供电子电路直流电源并通过控制器提供220V市电电源，以及通过保护器为驱动器主件提供220V至110V的可调50H_Z交流电源。将驱动器主件电路通过电容C₁，C₂，C₃的连接方式设计成驱动电极对I₁(也称火花塞并在打孔头中)和驱动电极对I₂(也称火花塞并在打孔头中)的两个完全对称结构，并接受来自控制器的打孔控制信号，按控制器的打孔指令信号产生实现两个电路火花塞I₁和I₂轮流交替提供点火高电压及随高电压之后的瞬间强电流；通过高电压将处于火花塞间的膏药片击穿形成小电弧，小电弧引起强电弧实现打孔。

本发明的特点及有益效果：与以往的打孔机驱动器相比，电弧发生频率、生产效率高，同步性好，结构简单，可靠性强。

通过采用完全对称的驱动电极对I₁和I₂的结构，无论I₁还是I₂产生强电弧时储能电容C₂，C₃一个放电则另一个充电，其能量是C₂或C₃所储存能量的二倍。驱动I₁的电路和驱动I₂的电路对称结构使得在保证两个电路交替工作的前提下，工作起始时刻具有任意性。克服了现有技术中市电零电位打孔很难与同步信号保持绝对一致的缺点。由于打孔时刻不受市电相位影响，因此它的工作频率可以设计得很高，致使生产效率得到了成倍的提高，是原来打孔机的2倍以上。

附图说明：

图1本发明结构示意图

图2是图1中驱动主件电路图

图3是图1中控制器电路图

图4是图1中保护器电路图

图5是图2中对称两电路输入端的脉冲时序图

具体实施方式：

参看图1、图2，快速膏药离子打孔机打孔头驱动器由电源、控制器、保护器和驱动主件四部分构成，所述电源为控制器和保护器提供电子电路直流电源并对控制器提供220V市电电源，以及通过保护器为驱动器主件提供220V至110V的可调50H_Z交流电源。将驱动器主件电路通过电容C₁，C₂，C₃的连接方式设计成驱动电极对I₁和I₂的两个完全对称的结构，并接受来自控制器的打孔控制信号，按控制器的打孔指令信号产生实现两个电路火花塞轮流交替提供点火高电压及随高电压之后的瞬间强电流；通过高电压将处于火花塞间的膏药片击穿形成小电弧，小电弧引起强电弧实现打孔。

所述驱动器主件电路，由X、Y两端接入220V-110V可调50H_Z交流，经由二极管D₁-D₄组成的整流全桥转变为脉动直流，由桥的“+”、“-”两端输出，经电容C₁滤波得到平滑直流电压；一支由电容C₂、高压归堆SR₁，变压器H₁，高压硅堆SR₂，二极管D₅，D₇，D₉，电感L₁，L₂，压敏电阻RV₁，RV₂，构成驱动电极对I₁的驱动电路；另一支由电容C₃，高压硅堆SR₃，SR₄，变压器H₂，，二极管D₆，D₈，D₁₀，及电感L₃，L₄，压敏电阻RV₃，RV₄，构成了驱动电极对I₂的驱动电路；完全对称的驱动电极对I₁和I₂的两个电路工作的时段是交错进行的。

参看图3，所述控制器接受来自膏药离子打孔机走带部分的同步脉冲信号，并将其处理转换成与接受信号同步的电力脉冲输出给驱动器主件。

参看图4，所述保护器接收来自驱动器主件的工作状态信号并进行处理，实施对驱动器的保护。当工作状态信号显示正常时，保护器保证驱动器可调交流电源的接通。当工作状态信号显示出现异常时，保护器立刻断开驱动器可调交流电源，以保证驱动器出现异常不被损坏。

实施例

结合图2、图5，对驱动器主件电路作进一步说明：

驱动器主件由X、Y两端接入220V-110V可调50H_Z交流。经由二极管D₁-D₄组成的整流全桥转变为脉动直流，由桥的“+”、“-”两端输出。经电容C₁滤波得到平滑直流电压。由电容C₂、高压归堆SR₁，变压器H₁，高压硅堆SR₂，二极管D₅，D₇，D₉，电感L₁，L₂，压敏电阻RV₁，RV₂，构成驱动电极对I₁(火花塞)的驱动电路.

由电容C₃，高压硅堆SR₃，SR₄，变压器H₂，二极管D₆，D₈，D₁₀，及电感L₃，L₄，压敏电阻RV₃，RV₄，构成了驱动电极对I₂(火花塞)的驱动电路.驱动电极对I₁和驱动电极对I₂的电路结构是完全对称的.只是它们两个工作的时段是交错进行的.

由A₁，A₂两端输入的脉冲，及由B₁，B₂两端输入的脉冲时序见图5。

I₁驱动主件电路中的光电耦合器IC₁，电阻R₁，R₂，和稳压管W₁组成的电路是为保护器提供驱动主件工作状态信号的电路.同样I₂驱动电路中的IC₂，R₃，R₄，W₂，也是为保护器提供驱动主件工作状态信号的电路，它们的作用及工作原理将在保护器说明中阐述。

由于I₁，I₂驱动电路结构对称，因此各对应元器件的参数和原理相同，下面只阐述I₁驱动电路的工作原理。

当A₁，A₂间通过一个强脉冲(大电流)时，由于互感的作用在H₁的副线圈L₁₂中产生一个高电压(1万5千伏以上).这个高电压经过二极管D₅电感L₂，二极管D₉作用于I₁的两端.并放电击穿I₁中的膏药片.但这种击穿只在膏药片上形成一个非常小的孔，不满足设计的要求.当这个高压在I₁间放电(同时产生火花电弧)之电压降至C₂两端的电压以下时，储能电容C₂中的能量通过硅堆SR₁，电感L₁及I₁间的电弧，所构成的回路放电，产生更强大的电弧，这个电弧将膏药片的小孔烧灼为直径符合设计要求的孔，由此完成了一个工作循环。

当I₁产生强电弧时，I₁间的电阻很小，近似处于短路状态.彼此除了C₂经I₁放电之外，还有C₁通过SR₁，L₁，I₁，R₁，对储能电容C₃充电的电流.，致使C₃两端的电压与C₁两端的电压基本相同。

同样的道理，当驱动I₂的驱动一支工作时(I₂中产生电弧)C₃通过SR₃，L₃，I₂，R₃放电，同时C₁通过C₂，SR₃，L₃，I₂，R₃的回路对C₂充电。也就是说，无论I₁还是I₂，产生强电弧时(储能电容放电)，其能量是C₂，或C₃上储存能量的二倍。驱动I₁的电路和驱动I₂的电路对称结构使得在保证它俩交替工作的前提下，工作起始时刻具有任意性。这种结构的优点是：(1)克服了现有技术中市电零电位打孔很难与同步信号保持绝对一致的缺点。(2)由于打孔起始时刻不受市相位电影响，因此它的工作频率可以设计得很高，致使生产效率得到了成倍的提高。

SR₁的作用是防止高压脉冲经L₁向C₂充电，以保证高压脉冲的电压值足够的高.SR₂的作用是对L₁₂的反向自感电流构成回路，以保护其它的元件。D₅，D₉的作用是切断C₂经SR₁，L₁，L₂，L₁₂再回到C₂的放电回路。L₁的作用是延长C₂在I₁上的放电时间，以避免由于放电速度过快而产生音暴。RV₁的作用是避免L₁的自感所产生的高电压，以保护其它元件。L₂的作用是延长高压脉冲在I₁上的作用时间，以确保在I₁上引出强电弧的可靠性.D₇和RV₂，是为了消除L₂上由自感而产生的高电压，以保护其它元件.

结合图3对控制器电路作进一步说明：

控制器分为两部分。参见图3，第一部分是控制用功率脉冲产生电路。由二极管整流全桥(D₁₁，D₁₂，D₁₃，D₁₄)，电容C₄，C₅，C₆，单向可控硅SCR₁ SCR₂及二极管D₁₅，D₁₆，D₁₇，D₁₈，变压器B₃，B₄，构成。其中由C₅ SCR₁ D₁₅ D₁₆ C₇ B₃所构成的电路与C₆，SCR₂，D₁₇，D₁₈，C₈ B₄，所构成的电路结构完全对称。交流220V市电经由二极管D₁₁，D₁₂，D₁₃，D₁₄构成的全桥转变成脉动直流再经电容C₄滤波，成为

的直流电压，再对串连的电容C₅，C₆充电。分别与驱动主件中的A₁，A₂，B₁，B₂相连接。如果实际应用中是多个驱动器，则可以先将多个驱动器串联之后，再与控制器连接。参见图2。

当脉冲变压器B₃的次极线圈L₃₁中产生的脉冲电流，由L₃₁的上端，D₁₅，SCR₁的控制极，阳极K再回到L₃₁的下端时，触发单硅SCR₁导通，电容C₅上所储电能通过SCR₁的A到K端，经

A₂到A1，

回路快速放电。与此同时，C₄通过SCR₁的A到K到

A₂，A₁到

C₆所形成的回路对电容C₆充电，因此，实际上通过SCR₁的电流是D₅的放电电流和C₆的充电电流的叠加。由于电容C₅通过L₁₁迅速放电，由互感作用，在H₁的次极产生1.5万伏以上的高压电。这个过程在极短的时间内完成，放电电流减小到0，SCR₁迅速截止。与其对称的另一支电路工作原理与之相同。只是工作的时序是交替进行的。

第二部分是SCR₁，SCR₂，的控制信号处理电路。由G₁，R₅，C₉，C₁₁R₇，R₉IC₃所构成的电路，与由G₂，R₆，R₈，R₁₀，C₁₀，C₁₂ IC₄所构成的电路是完全对称的，它们分别为B₃的初级及B₄的初级提供脉冲信号。以下只对其中的一支说明工作原理。其中IC₃，IC₄是集成电路NE555，NE555的1-8脚见集成电路手册说明。

当

两端，接收到来自打孔机走带系统的同步脉冲信号(

接收到的时序信号与

接收到的时序信号是交错的)时，这个同步脉冲信号的波形不能保证是方波脉冲，当对

的电压高于

(V为电源电压)时，IC₃的3脚为低电位。使G₁的基极为低电位，基极电流为零，三极管G₁保持截止。当

到

的电压(脉冲下降沿)低于

时，IC₃的3脚输出为高电位，致使三极管G₁导通。当

对的电位又恢复为高电压时，IC₃的3脚恢复为低电位，致使三管G₁恢复截止。由此在B₃的初级线圈上获得了标准方波脉冲。

结合图4对保护器电路作进一步说明：

保护器接收来自驱动主件的工作状态信号，当驱动器工作状态正常时，I₁，I₂上的电弧交错出现。因而通过电阻R₁，R₃上的电流决不在同一时间出现，进而R₁，R₃两端的电压降也不同时出现，导致光电耦合器IC₁，IC₂中的发光二极管不会同时发光，导致IC₁，IC₂中的光电二极管不会同时呈现低阻状态。图4中的

及

分别于驱动主件中的F₁，F₂及E₁，E₂连接。从而导致

间与间总处于一个为高阻，另一个为低阻状态，或二者均为高阻状态。导致二输入与非门IC₅的两个输入端a₄，b₄的电平状态为相异或低低，因此，二输入与非门IC₅的输出端e₄为高电平，导致二输入与门IC₄的两个输入端a₃，b₃为高电平，IC₄的输出端e₃为低电平，二输入与非门IC₃的输出端为高电平，致使三极管G₃导通，SSR的直流端得电，使SSR的交流端处于连通状态。

如果I₁，I₂中同时出现电弧(作为异常状态)将导致

及间同时出现低阻状态，致使a₄，b₄同处于高电平，使IC₅的输出端e₄为低电平，致使IC₄的输入端b₃处于低电平，a₃仍为高电平，从而IC₃的输出端为低电平，导致G₃截止，SSR的直流端断电，SSR的交流端断开，对驱动主件实施了保护。

由于IC₃的低电平通过二极管D₂₁，电阻R₁₂将保持a₃的低电平状态，无论e₄的电平为何状态，直到按动按钮开关K，使IC₃的输出端恢复高电位，解除保护状态为止。

图4中的X与图2中的X链接，图2中的Y与图4中的Z接入220V至110V可调交流电源，SSR作为驱动主件的电源开关。二极管D₂₁的作用是防止电路启动瞬间IC₃输出端的低电位使电路误动作。C₁₃的作用是防止G₃作为开关出现抖动。

Claims (4)

1.快速膏药离子打孔机打孔头驱动器，该驱动器由电源、控制器、保护器和驱动主件四部分构成，所述电源为控制器和保护器提供电子电路直流电源并对控制器提供220V市电电源，以及通过保护器为驱动主件提供220V至110V的可调50H_Z交流电源；其特征在于：将驱动主件电路通过电容C₁，C₂，C₃的连接方式设计成驱动电极对I₁和驱动电极对I₂的两个完全对称的结构，并接受来自控制器的打孔控制信号，按控制器的打孔指令信号产生实现两个对称电路火花塞轮流交替提供点火高电压及随高电压之后的瞬间强电流；通过高电压将处于火花塞间的膏药片击穿形成小电弧，小电弧引起强电弧实现打孔。

2.根据权利要求1所述的快速膏药离子打孔机打孔头驱动器，其特征在于：所述驱动主件电路，由X、Y两端接入220V-110V可调50H_Z交流，经由二极管D₁-D₄组成的整流全桥转变为脉动直流，由“+”、“-”两端输出，经电容C₁滤波得到平滑直流电压；一支供电结构由电容C₂、高压硅堆SR₁，SR₂，变压器H₁，二极管D₅，D₇，D₉，电感L₁，L₂，压敏电阻RV₁，RV₂，构成驱动电极对I₁的驱动电路；另一支供电结构由电容C₃，高压硅堆SR₃，SR₄，变压器H₂，，二极管D₆，D₈，D₁₀，及电感L₃，L₄，压敏电阻RV₃，RV₄，构成了驱动电极对I₂的驱动电路；驱动电极对I₁和驱动电极对I₂的两个完全对称电路工作时段是交错进行的。

3.根据权利要求1所述的快速膏药离子打孔机打孔头驱动器，其特征在于：所述控制器接受来自膏药离子打孔机走带部分的同步脉冲信号，并将其处理转换成与接受信号同步的电力脉冲输出给驱动器主件。

4.根据权利要求1所述的快速膏药离子打孔机打孔头驱动器，其特征在于：所述保护器将接收驱动器主件所产生的工作状态正常和工作状态异常两种信号，由保护器实现对驱动器主件可调交流电源的接通或断开保护。

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