等离子切割在工件下料初级加工中应用最为广泛的一种加工方式。本文针对大功率等离子切割电源存在的易损件寿命低、切割质量差、电流控制精度不高等问题,集高频逆变技术、数字信号控制技术、等离子切割技术和电力电子技术于一体,设计开发了一款电流控制精度高、易损件使用寿命长、等离子弧能量密度高和切割工件表面粗糙度低的20KW级全数字逆变式精细等离子电源。通过阅读大量文献资料和对市场上等离子电源性能和质量的调查,国内生产等离子切割电源大部分是普通等离子电源,大部分公司正在开发精细化、数字化和智能化的精细等离子电源。在此基础上,研究等离子弧形成原理结合气体放电随电场频率曲线变化趋势,明确等离子弧起弧各阶段电流电压的具体控制数值,以此为依据将逆变频率定为20KHZ并设计起弧控制程序的控制流程。从输入相同时输出功率的大小,关键元器件耐压稳定性,高频变压器利用率等方面,分析常用主电路变换拓扑的优缺点,确定含PFC功率因数校正的全桥逆变电路为精细等离子电源的主电路拓扑;利用电力电子理论结合实际工作参数,计算主电路各硬件模块主要参数,包括输入整流电路、输入滤波电容、逆变电路和高频变压器;分析IGBT构造、动态特性、开通特性,探究极间电容充放电与开通关断延时的关系,确定功率开关管交替导通的死区时间为开关周期的10%。根据控制功能要求设计控制电路,设计AD采样调理电路提高电流采样精度;设计独立的引弧弧压板,提高起弧成功率;采取金属屏蔽罩和将引弧电路置于传感器5-10cm处等硬件抗干扰措施,提高元器件在高频变换中的抗电磁干扰能力。在控制电路基础上,按模块化程序设计思想,编写控制程序软件,可实现电流在0.1毫秒级精确闭环恒流输出控制;通过旋转编码器子程序配合面板旋钮可实时调节电流值。运用EDA仿真软件saber预验证精细等离子电源软硬件系统设计的合理性;搭建实验平台,进行精细等离子切割电源整机性能测试及切割参数实验分析,包括测试驱动波形、输出波形、输出外特性波形及动态响应特性波形。通过改变切割参数分别对厚度为12mm和25mm的普通碳钢板进行切割工艺实验,并且分析实验结果进行得出电流控制精度在99.5%以上,功率因数在0.9以上,进一步验证本课题所设计的全数字精细等离子电源优异的技术性能。