專利名稱：非熱等離子體脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于非熱等離子體空氣消毒凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及非熱等離子體脈 沖電源。
技術(shù)背景現(xiàn)在對于常溫、常壓狀態(tài)下的室內(nèi)空氣消毒凈化，選用電暈放電的非熱等離子體 空氣消毒凈化器是一種優(yōu)先。非熱等離子體空氣消毒凈化器的核心部件有兩個非熱等離 子體反應(yīng)器和相匹配的高壓電源。非熱等離子體反應(yīng)器主要是由金屬絲、鋸齒狀或尖針狀 的正電極和金屬板的負電極構(gòu)成，在外加高壓電源的強電場作用下，產(chǎn)生的非熱等離子體 打開氣體分子鍵，生成單原子分子、負氧離子、OH離子和自由氧原子、H2O2等自由基，它對細 菌、病毒具有極強的活化和氧化能力，有很強的殺傷力。它還能分解甲醛、苯、氡、氨氣、一氧 化碳、煙氣、TVOC等高分子有毒有機物，轉(zhuǎn)化成低分子無毒無味的無機物，如炭、水等。等離 子體反應(yīng)器工作時含靜電場，能吸附小至0. Ium粒徑的顆粒物，進一步凈化空氣。非熱等離子體空氣消毒凈化技術(shù)的先進性已被業(yè)內(nèi)專家學(xué)者所認可，其殺菌消毒 機理的科學(xué)性和先進性是無可比擬的，被國際上稱之為“二十一世紀環(huán)境科學(xué)四大技術(shù)之 一”。但是，市場上推廣應(yīng)用還不多見，進展緩慢。過濾吸附、高壓靜電、臭氧、紫外線及TiO2 光催化等空氣消毒凈化器仍在各大醫(yī)院、辦公大樓、商場、公共娛樂場所被廣泛采用。甚至 食品廠、制藥廠及半導(dǎo)體IC制造業(yè)大都選用FFU空氣過濾單元。它在新安裝時空氣凈化效 果雖然好；但能耗大、有噪音，而且維護費用昂貴，尚有二次污染之虞，恰恰占有極大市場。究其原因主要有兩個一是目前非熱等離子體反應(yīng)器設(shè)計不合理，構(gòu)成非熱等離子體反應(yīng)器的放電正電 極選用細金屬絲所產(chǎn)生等離子體濃度雖然高，但是容易被燒斷。為此，正電極大多選用不銹 鋼制成鋸齒狀或尖針狀結(jié)構(gòu)，結(jié)果是等離子體濃度低，臭氧及氮氧化物濃度高，消毒凈化效
^^^ ο二是非熱等離子體電源對于呈容性負載的等離子體反應(yīng)器匹配不是很恰當(dāng)。試驗 表明在大氣壓下要想使反應(yīng)器作電暈放電產(chǎn)生高濃度等離子體以提高其殺菌消毒凈化效 率應(yīng)具備兩個條件。首先是外加高壓電場只對空氣中的電子施加能量，在瞬間(nS級)增 溫、加速，獲得動能，使質(zhì)量很小的電子溫度高達數(shù)萬度，而其它粒子獲得極少低能量。另一 個條件是外加電場對電子施加能量的時間(uS級)要遠小于不給電子施加能量的時間， 使氣體獲得的能量能夠及時傳導(dǎo)出去，防止過渡到熱等離子體而降低效率。這就要求非熱 等離子體電源不但提供10——20KV的直流高壓電外，還必需有高的占空比，上升速率達到 80nS，至少是120nS的高頻窄脈沖電流。同時考慮到等離子體反應(yīng)器是容性負載，正、負極 難免被意外短路，這些對非熱等離子體電源的安全性、穩(wěn)定性之苛刻是可想而知的。鑒于目 前半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時間是uS級，采用常規(guī)的設(shè)計方法是很難滿足上述 兩個條件的。nS級的耐高壓大功率開關(guān)器件價格昂貴，而且工作壽命短，設(shè)計在民用產(chǎn)品上 是不切實際的。[0007]為此，市場上多數(shù)選用了簡單、價廉的直流高壓電源。眾所周知，直流電暈放電形 成的等離子體活性空間小，僅限于電暈放電附近。當(dāng)直流電壓高于反應(yīng)器正、負電極臨界值 時氣體會被擊穿而形成火花放電，使氣體溫度升高，效率低、能耗大是顯而易見。因此，直流 高壓電源只用于殺菌、消毒及分解有毒有機化合物較差的靜電吸附型空氣消毒凈化器。例 如采用高壓交流整流濾波的技術(shù)方案就是屬于直流高壓電源。有的廠家直接選用壓電陶瓷 變壓器，它輸出的是高頻交流電，必須采用倍壓整流濾波電路，結(jié)果輸出的也是直流高壓電 流。上述電源對于呈容性負載的非熱等離子體反應(yīng)器匹配不恰當(dāng)是無可非議的。被世界上許多廠家所采納用于等離子體反應(yīng)器的交直流疊加電源，是在高壓直流 電基礎(chǔ)上疊加一個高頻高壓交流成份實現(xiàn)的。它比直流電源的電暈放電峰值電壓低，電壓 范圍寬，但又稍損于窄脈沖電暈放電法，所以活性粒子的數(shù)量及活性空間都介于兩者之間。 它作為非熱等離子體反應(yīng)器的匹配電源也不是理想的。中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?00710036492. X，發(fā)明名稱《用于低溫等離子過氧化氫消 毒殺菌設(shè)備的等離子電源》，它包括一基于PFC電路的整流電路，連接市電輸入端，一 EMC濾 波電路，連接整流電路，一 H橋逆變電路連接PFC電路，用于逆變，包括直流輸入單元，基于 PWM調(diào)制技術(shù)的可控輸出的H逆變單元和連接所述H逆變單元的觸發(fā)驅(qū)動電路單元；一輸 出及取樣電路，連接H橋逆變電路用于輸出及取樣，包括輸出信號檢測單元、變壓器耦合輸 出單元、反射信號檢測單元和采樣處理電路單元；其中，采樣處理電路單元分別連接輸出信 號檢測單元、變壓器耦合輸出單元、反射信號檢測單元；輸出信號檢測單元包括反射功率測 量環(huán)節(jié)；一計算機檢測控制電路，用于對整個電源的檢測控制，分別連接H橋逆變電路的觸 發(fā)驅(qū)動電路單元和輸出及取樣電路的采樣處理電路單元。它公開了一個H全橋逆變高壓高頻電流提供等離子體反應(yīng)器，所有檢測信號由計 算機處理后再輸出控制H全橋逆變電路的技術(shù)方案。不難看出，該發(fā)明H全橋逆變輸出的 高壓高頻電流是占空比1 1的方波，能滿足等離子體反應(yīng)器要求，計算機檢測、控制也很 全面。缺陷是H全橋逆變電路起用了四只大功率M0SFET，還要配備一臺計算機，它的設(shè)備復(fù) 雜、造價高是不言而喻的。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種 匹配呈容性的等離子體反應(yīng)器工作產(chǎn)生高濃度等離子體，而且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性 好、造價低的非熱等離子體電源。研究表明要使呈容性的等離子體反應(yīng)器產(chǎn)生多的高能電子，激發(fā)氣體分子進行 電離或離解，產(chǎn)生強氧化性的自由基，最好采用窄脈沖(脈寬幾μ S、上升時間為幾十至幾 百nS)放電電流。在極短的時間內(nèi)，電子被加速成為高能電子，而其它質(zhì)子較大的離子由于 慣性作用，在脈沖瞬間來不及被電子加速而基本保持靜止。非熱等離子體電源所提供的能 量主要被用于產(chǎn)生高能電子，能量效率高于直流或交直流疊加電源。為了達到上述目的，本實用新型所設(shè)計的一種非熱等離子體脈沖電源，包括EMC 濾波器、整流電路、濾波電路、數(shù)字控制電路、脈沖發(fā)生器、脈沖變壓器依次序作電連接，脈 沖變壓器的輸出端外接等離子體反應(yīng)器，其特征在于所述的是臥式多槽絕緣線圈骨架制 成，體積??；脈沖發(fā)生器輸出端設(shè)有電流檢測電路，將檢測到的脈沖發(fā)生器輸出電流信號送入數(shù)字控制電路內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和Pmi比較器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈 沖發(fā)生器的輸入端，以自動調(diào)整脈沖發(fā)生器的輸出脈沖寬度；所述的脈沖變壓器的輸出地 電位端接有異常狀態(tài)保護電路，異常狀態(tài)保護電路的輸出端與數(shù)字控制電路輸入端連接， 將脈沖變壓器送至等離子體反應(yīng)器的工作電流取樣、隔離后的信號電流送入數(shù)字控制電 路，經(jīng)數(shù)字處理后的控制電流從數(shù)字控制電路輸出端送至脈沖發(fā)生器輸入端，以自動控制 脈沖發(fā)生器的工作狀態(tài)；所述的脈沖變壓器初級線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路，對脈沖變 壓器初級線圈兩端的輸出電壓峰值箝位；所述的脈沖發(fā)生器與脈沖變壓器是按反激式逆變 器設(shè)置，脈沖變壓器的初級線圈和次級線圈的同名端al、a2和異名端bl、b2是反向設(shè)置的； 所述的次級線圈是分段繞制成至少是兩個線包串聯(lián)而成，每個線包的上端各設(shè)有一個高壓 快恢復(fù)二極管，高壓快恢復(fù)二極管的正極接在低電位線包末端，高壓快恢復(fù)二極管的負極 接在高電位線包的起始端。優(yōu)先地所述的脈沖變壓器設(shè)有一個多槽絕緣線圈骨架，次級線圈是分三段至五段 繞制在多槽絕緣線圈骨架相對應(yīng)的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成；所述的高壓快恢復(fù)二極管的耐電壓參 數(shù)至少是12KV，恢復(fù)時間小于SOnS ；所述的初級線圈和次級線圈的內(nèi)孔中設(shè)有鐵基超微晶 鐵心作電磁耦合，鐵基超微晶鐵心的磁回路中設(shè)有磁氣隙，磁氣隙的設(shè)置寬度是0. 15—— 0. 45mm ；所述的鐵基超微晶鐵心也可以是R2KD的鐵氧體磁心材料制成。優(yōu)先地所述的脈沖發(fā)生器內(nèi)設(shè)有絕緣柵雙極型晶體管Ql，Ql的集電極接初級線 圈同名端al，Ql的發(fā)射極經(jīng)電流檢測電路(208)接整流電路的負輸出端；Ql的耐電壓參數(shù) 至少是輸入電源電壓額定值的2. 7倍；所述的絕緣柵雙極型晶體管Ql也可以是參數(shù)相近的 絕緣柵場效應(yīng)晶體管將功能腳相對應(yīng)連接制成。優(yōu)先地所述的異常狀態(tài)保護電路內(nèi)設(shè)有光耦I(lǐng)C2，光耦I(lǐng)C2的輸入端1腳接地，光 耦I(lǐng)C2輸入端2腳與脈沖變壓器的次級線圈異名端b2連接，光耦I(lǐng)C2輸出端3腳接整流電 路的負輸出端，光耦I(lǐng)C2的4腳是輸出端；光耦I(lǐng)C2的2、3腳并聯(lián)高壓電容器C7，取樣電阻 R6并聯(lián)在光耦I(lǐng)C2輸入端；流經(jīng)取樣電阻R6上是脈沖變壓器送至等離子體反應(yīng)器的工作 時取樣電流，由光耦I(lǐng)C2光電轉(zhuǎn)換作電隔離后，將等離子體反應(yīng)器工作信號電流送至數(shù)字 控制電路。優(yōu)先地所述的電流檢測電路內(nèi)設(shè)有電阻器R5，電阻器R5既是絕緣柵雙極型晶體 管Ql的發(fā)射極電阻器，又是電流檢測電路的電流取樣電阻器。優(yōu)先地所述的脈沖限幅電路內(nèi)設(shè)有瞬變二極管D5和快恢復(fù)二極管D6反向串聯(lián)后 與初級線圈并聯(lián)，瞬變二極管D5的正極與整流電路的正輸出端連接，快恢復(fù)二極管D6的正 極與絕緣柵雙極型晶體管Ql集電極連接，電容器C6與瞬變二極管D5并連。優(yōu)先地所述的EMC濾波器設(shè)有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯(lián)，EMC濾 波器輸入端并聯(lián)電容器Cl，EMC濾波器輸出端并聯(lián)電容器C2。優(yōu)先地所述的所述的數(shù)字控制電路內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是 制成一個模塊，也可以選用開關(guān)電源控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D制成；或數(shù) 字控制電路和脈沖發(fā)生器是合用一塊單片集成電路的，三端開關(guān)電源ICl包括T0P225或 T0P224制成，也可以是用性能更好的單片五端開關(guān)電源ICl包括MC33374制成。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果本實用新型所設(shè)計的一種非熱等離子體脈沖電源所述的臥式多槽絕緣線圈骨架制成，比現(xiàn)有立式多槽高壓變壓器的高度低，只占立式的二分之一以下，本實用新型體積 小，甚至能裝入轎車空調(diào)器內(nèi)。脈沖發(fā)生器輸出端設(shè)有電流檢測電路，將檢測到的脈沖發(fā)生 器輸出電流信號送入數(shù)字控制電路內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字控 制電流后輸出至脈沖發(fā)生器的輸入端，以自動調(diào)整脈沖發(fā)生器的輸出脈沖寬度。電流檢測 電路與數(shù)字控制電路的默契配合，獲得高頻窄脈沖驅(qū)動電流，使呈容性的等離子體反應(yīng)器 產(chǎn)生高濃度等離子體，工作時的放電電流穩(wěn)定。所述的脈沖變壓器的輸出地電位端接有異常狀態(tài)保護電路，異常狀態(tài)保護電路的 輸出端與數(shù)字控制電路輸入端連接，將脈沖變壓器送至等離子體反應(yīng)器的工作電流取樣、 隔離后的信號電流送入數(shù)字控制電路，經(jīng)數(shù)字處理后的控制電流從數(shù)字控制電路輸出端送 至脈沖發(fā)生器輸入端，以自動控制脈沖發(fā)生器的工作狀態(tài)。當(dāng)呈容性的等離子體反應(yīng)器工 作中發(fā)生過熱、過電流、過電壓或短路等異常狀態(tài)時，數(shù)字控制電路輸出端無脈沖驅(qū)動電流 輸出，實現(xiàn)自動保護。所述的脈沖變壓器初級線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路，對脈沖變壓器初級線圈兩 端的輸出電壓峰值箝位；所述的脈沖發(fā)生器與脈沖變壓器是按反激式逆變器設(shè)置，脈沖變 壓器的初級線圈和次級線圈的同名端al、a2和異名端bl、b2是反向設(shè)置的；所述的次級 線圈是分段繞制成至少是兩個線包串聯(lián)而成，每個線包的上端各設(shè)有一個高壓快恢復(fù)二極 管，高壓快恢復(fù)二極管的正極接在低電位線包的末端，高壓快恢復(fù)二極管的負極接在高電 位線包的起始端。脈沖變壓器的初級線圈和次級線圈的分布電容按分段繞制線包個數(shù)的指 數(shù)倍率下降，極大地提高其輸出脈沖電壓的上升、下降速率。脈沖變壓器在周邊箝位電路配 合下，輸出脈沖電壓穩(wěn)定，呈容性的等離子體反應(yīng)器工作中不會出現(xiàn)打火之類故障。必須說 明的是，脈沖發(fā)生器與脈沖變壓器是按反激式逆變器設(shè)置，它除了完成升壓任務(wù)，還使外接 的等離子體反應(yīng)器與市電隔離，其外殼可以直接接地，電磁屏蔽、安全性能好。同時獲得意 想不到的有益效果是反激式逆變器輸出的脈沖電流是脈沖發(fā)生器關(guān)斷時使存儲在脈沖變 壓器內(nèi)的磁能瞬間釋放，獲得脈沖上升時間SOnS以下的高壓電暈放電電流；再是當(dāng)?shù)入x子 體反應(yīng)器意外短路，由于反激式逆變器的隔離作用，即脈沖發(fā)生器關(guān)閉時脈沖變壓器次級 才導(dǎo)通輸出，因而非熱等離子體電源工作是安全的。上述各部件之間相輔相成，有機聯(lián)系，使本實用新型實現(xiàn)匹配呈容性的等離子體 反應(yīng)器工作產(chǎn)生高濃度等離子體，而且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性好、造價低的非熱等離子 體電源之目的。同時還有以下三個優(yōu)點由于窄脈沖電壓高，不容易過渡到火花放電，可提供的活性粒子比直流放電法高 出幾個數(shù)量級；在窄脈沖高上升速率電場中，電暈區(qū)域也大，放電空間的電子密度也增高，在反應(yīng) 器內(nèi)的空間電荷效應(yīng)分布趨于均勻，因而活性空間也比交直流疊加電源放電法大得多；由于上述二點的優(yōu)勢，本實用新型外接的非熱等離子體反應(yīng)器內(nèi)的電子密度大、 分布廣，反應(yīng)器設(shè)計有較大的空間，所以制造時允許有一定的誤差。
圖1是本實用新型非熱等離子體脈沖電源的結(jié)構(gòu)立體圖；[0031]圖2是本實用新型非熱等離子體脈沖電源結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實用新型非熱等離子體脈沖電源的電原理圖；圖4是本實用新型脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型脈沖變壓器電路結(jié)構(gòu)圖；圖6是本實用新型脈沖變壓器輸出高壓放電電流波形圖；圖7是本實用新型的電磁兼容、傳導(dǎo)干擾測試報告。主要部件附圖標(biāo)記說明201-EMC濾波器202-整流電路[0039]203-濾波電路204-數(shù)字控制電路[0040]205-脈沖發(fā)生器206-脈沖變壓器[0041]207-等離子體反應(yīng)器208-電流檢測電路[0042]209-異常狀態(tài)保護電路210-脈沖限幅電路[0043]211-初級絕緣線圈骨架212-多槽絕緣線圈骨架[0044]213-高壓導(dǎo)線214-初級線圈[0045]215-次級線圈216-鐵基超微晶鐵心[0046]217-高壓快恢復(fù)二極管218-磁氣隙[0047]219-電源連接器
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型的實施例作進一步的詳細描述。實施例一參照圖1本實用新型非熱等離子體脈沖電源的結(jié)構(gòu)立體圖，圖2的非熱等離子體 脈沖電源結(jié)構(gòu)框圖，圖3是本實用新型非熱等離子體脈沖電源的電原理圖。本實用新型非熱等離子體脈沖電源，包括EMC濾波器201、整流電路202、濾波電 路203、數(shù)字控制電路204、脈沖發(fā)生器205、脈沖變壓器206依次序作電連接，脈沖變壓器 206的輸出端外接等離子體反應(yīng)器207。所述的脈沖發(fā)生器205輸出端設(shè)有電流檢測電路 208，將檢測到的脈沖發(fā)生器輸出電流信號送入數(shù)字控制電路204內(nèi)的振蕩器、誤差放大器 和PWM比較器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈沖發(fā)生器205的輸入端，以自動調(diào)整脈沖發(fā) 生器205的輸出脈沖寬度。所述的脈沖變壓器206是臥式多槽絕緣線圈骨架制成，體積??； 脈沖變壓器206的輸出地電位端接有異常狀態(tài)保護電路209，異常狀態(tài)保護電路209的輸出 端與數(shù)字控制電路204輸入端連接，將脈沖變壓器206送至等離子體反應(yīng)器207的工作電 流取樣、隔離后的信號電流送入數(shù)字控制電路204，經(jīng)數(shù)字處理后的控制電流從數(shù)字控制電 路204輸出端送至脈沖發(fā)生器205輸入端，以自動控制脈沖發(fā)生器205的工作狀態(tài)。所述 的脈沖變壓器206初級線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路210，對脈沖變壓器206初級線圈兩端 的輸出電壓峰值箝位。所述的脈沖發(fā)生器205與脈沖變壓器206是按反激式逆變器設(shè)置， 脈沖變壓器206的初級線圈214和次級線圈215的同名端al、a2和異名端bl、b2是反向設(shè) 置的；所述的次級線圈215是分段繞制成至少是兩個線包串聯(lián)而成，每個線包的上端各設(shè) 有一個高壓快恢復(fù)二極管217，高壓快恢復(fù)二極管217的正極接在低電位線包的末端，高壓 快恢復(fù)二極管217的負極接在高電位線包的起始端。濾波電容器C3與整流電路202直流輸出端并聯(lián)。降壓電阻器Rl串聯(lián)在數(shù)字控制電路204供電回路中，濾波電容器C4與數(shù)字 控制電路204供電回路并聯(lián)。數(shù)字控制電路204內(nèi)的振蕩器回路外接振蕩電阻器Rs和振 蕩電容器Cs。整流電路202是由二極管D1、D2、D3和D4按橋式整流電路連接。本實用新 型非熱等離子體脈沖電源的L、N輸入端設(shè)有電源連接器219。實施例二 圖4是本實用新型脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型脈沖變壓器電路結(jié) 構(gòu)圖。本實用新型非熱等離子體脈沖電源所述的脈沖變壓器206設(shè)有一個臥式多槽絕緣線 圈骨架212，次級線圈215是分三段至五段繞制在多槽絕緣線圈骨架212相對應(yīng)的凹槽內(nèi)串 聯(lián)而成。脈沖變壓器206的輸出端設(shè)有高壓導(dǎo)線213與等離子體反應(yīng)器207的正極連接。 所述的高壓快恢復(fù)二極管217的耐電壓參數(shù)至少是12KV，恢復(fù)時間小于SOnS ；所述的初級 線圈214是繞在初級絕緣線圈骨架211內(nèi)，初級絕緣線圈骨架211和多槽絕緣線圈骨架212 的內(nèi)孔中設(shè)有鐵基超微晶鐵心216作電磁耦合。鐵基超微晶鐵心216的磁回路中設(shè)有磁氣 隙218，磁氣隙218的設(shè)置寬度是0. 15——0. 4mm，是根據(jù)工作頻率和輸出功率予以調(diào)整；最 佳實施例工作頻率38KHz，輸出功率7W，磁氣隙218設(shè)置寬度是0. 25mm。所述的鐵基超微晶 鐵心216也可以是R2KD的鐵氧體磁心材料制成。臥式多槽絕緣線圈骨架212使整機體積 縮小，安裝方便。實施例三本實用新型非熱等離子體脈沖電源所述的脈沖發(fā)生器205內(nèi)設(shè)有絕緣柵雙極型 晶體管Q1，Q1的集電極接初級線圈214同名端al，Ql的發(fā)射極經(jīng)電流檢測電路208接整流 電路202的負輸出端。Ql的柵極經(jīng)電阻器R4接數(shù)字控制電路204輸出端。Ql的耐電壓參 數(shù)至少是輸入電源電壓額定值的2. 7倍。所述的絕緣柵雙極型晶體管Ql也可以是參數(shù)相 近的絕緣柵場效應(yīng)晶體管將功能腳相對應(yīng)連接制成。本實用新型非熱等離子體脈沖電源設(shè)有電感儲能式變換器，其工作原理當(dāng)脈沖 發(fā)生器205中的開關(guān)管Ql被PWM脈沖激勵而導(dǎo)通時，次級高壓快恢復(fù)二極管217截止，脈沖 變壓器206的次級線圈215輸出脈沖電流給外接等離子體反應(yīng)器207供電。整流電路202 直流輸出電壓施加到脈沖變壓器206初級線圈的兩端，此時初級線圈214相當(dāng)于一個純電 感，流過初級線圈214的電流線性上升，電源能量以磁能形式存儲在電感中當(dāng)開關(guān)管Ql截 止時，由于電感電流不能突變，初級線圈214兩端電壓極性反向，次級線圈215上的電壓極 性顛倒使高壓快恢復(fù)二極管217導(dǎo)通，初級線圈214儲存的能量傳送到次級線圈215，提供 輸出脈沖電流給外接的等離子體反應(yīng)器207供電。本實用新型脈沖變壓器206要求磁芯剩余的磁感應(yīng)強度低，即Br/Bs較小。選用鐵 基超微晶低剩磁(Br/Bs彡0. 2)材料的磁芯，飽和磁感應(yīng)強度Bm = 1. 2T，剩磁Br < 0. 2T， 損耗P0. 35 (IOkHz) < 18W/kg。本設(shè)計脈沖變壓器206是按反激式逆變器設(shè)置，磁芯工作在 磁滯回線的第一象限，對材料的要求是具有大的ΔΒ(ΔΒ = Bm-Br)，鐵基超微晶材料的飽 和磁感應(yīng)強度無論經(jīng)過怎樣的磁場處理都是不會變的，所以要使ΔΒ增大，只有采用低Br 的磁芯。特別對于脈沖變壓器206要求有足夠的飽和磁感應(yīng)強度Bm和合適的磁導(dǎo)率。因 為脈沖變壓器206要求儲能，線圈儲能的多少取決于兩個因素一是材料的工作磁感應(yīng)強 度Be或初級線圈214電感量L ；另一個是工作磁場Hm或開關(guān)管Ql工作電流。飽和磁感應(yīng) 強度Bm由鐵基超微晶材料決定，低Br的磁芯利于恒磁導(dǎo)，使磁芯在一定的工作電流下不飽和。鐵基超微晶磁心的優(yōu)越性能作為本實用新型優(yōu)選。實施例四本實用新型非熱等離子體脈沖電源所述的異常狀態(tài)保護電路209內(nèi)設(shè)有光耦 IC2，光耦I(lǐng)C2的輸入端1腳接地，光耦I(lǐng)C2輸入端2腳與脈沖變壓器206的次級線圈異名 端b2連接，光耦I(lǐng)C2輸出端3腳接整流電路202的負輸出端，光耦I(lǐng)C2的4腳是輸出端。光 耦I(lǐng)C2的2、3腳并聯(lián)高壓電容器C7，取樣電阻R6并聯(lián)在光耦I(lǐng)C2的輸入端。流經(jīng)取樣電阻 R6上是脈沖變壓器206送至等離子體反應(yīng)器207的工作時取樣電流，由光耦I(lǐng)C2光電轉(zhuǎn)換 作電隔離后，將等離子體反應(yīng)器207的工作信號電流送至數(shù)字控制電路204內(nèi)的誤差放大 器和PWM比較器。異常狀態(tài)信號電流經(jīng)過光耦I(lǐng)C2轉(zhuǎn)換成光信號，進行光電隔離后再還原 成電信號送至數(shù)字控制電路204處理。實施例五本實用新型非熱等離子體脈沖電源所述的電流檢測電路208內(nèi)設(shè)有電阻器R5。電 阻器R5既是絕緣柵雙極型晶體管Ql的發(fā)射極電阻器，又是電流檢測電路208的電流取樣 電阻器。電阻器R5上的取樣電流送入數(shù)字控制電路204，由設(shè)在數(shù)字控制電路204內(nèi)部的 振蕩器、誤差放大器和PWM比較器處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈沖發(fā)生器205的輸 入端，自動調(diào)整脈沖發(fā)生器205的輸出脈沖寬度，進一步自動控制離子體反應(yīng)器207工作電 流穩(wěn)定性能。實施例六本實用新型非熱等離子體脈沖電源所述的脈沖限幅電路210內(nèi)設(shè)有瞬變二極管 D5和快恢復(fù)二極管D6反向串聯(lián)后與初級線圈214并聯(lián)，瞬變二極管D5的正極與整流電路 202的正輸出端連接。快恢復(fù)二極管D6的正極與絕緣柵雙極型晶體管Ql集電極連接，電容 器C6與瞬變二極管D5并連。瞬變二極管D5在脈沖限幅電路210中起重要作用，本實施例 當(dāng)市電電壓為220V時，優(yōu)選1. 5KE250A型，工作電流4. 2A，限幅電壓237——263V。實施例七本實用新型非熱等離子體脈沖電源所述的EMC濾波器201設(shè)有差模電感器LI和 共模電感器L2兩者串聯(lián)。EMC濾波器201輸入端并聯(lián)電容器C1，EMC濾波器201輸出端并 聯(lián)電容器C2。所說的電容器Cl是耐電壓250VAC優(yōu)先。實施例八本實用新型非熱等離子體脈沖電源所述的數(shù)字控制電路204內(nèi)的振蕩器、誤差放 大器和PWM比較器是制成一個模塊，也可以選用開關(guān)電源控制集成電路ICl包括UC3842、 SG6848D制成。另一種方案是數(shù)字控制電路204和脈沖發(fā)生器205是合用一塊單片集成電 路的，三端開關(guān)電源ICl包括T0P225或T0P224制成，T0P225或T0P224的D極與脈沖變壓 器al端連接，C極經(jīng)電阻R4與數(shù)字控制電路204輸入端連接，S極接整流電路202的負輸 出端。電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性及技術(shù)指標(biāo)稍差。也可以是用性能更好的單片五端開關(guān)電源 ICl包括MC33374制成，它的5腳與T0P224的D極對應(yīng)，1、2腳與T0P224的C極對應(yīng)，4腳 與T0P224的S極對應(yīng)。設(shè)計時選用輸出功率更大的單片開關(guān)電源安全性能會好些，制造成 本相應(yīng)增多。所述的光耦I(lǐng)C2的型號是PC817或P721，互換時四只功能引腳對應(yīng)連接。圖6是本實用新型脈沖變壓器輸出高壓放電電流波形圖。此放電電流波形是在脈 沖變壓器206的輸出端外接等離子體反應(yīng)器207接地端的取樣電阻器上測得的。數(shù)字式示波器顯示表明脈沖占空比為16%，脈沖寬度是3uS，脈沖上升時間為70nS。本實用新型脈 沖變壓器輸出高壓放電電流波形一致性好，等離子體反應(yīng)器207的電暈放電穩(wěn)定。圖7是本實用新型的電磁兼容、傳導(dǎo)干擾測試報告。由于本實用新型非熱等 離子體脈沖電源設(shè)有EMC濾波器201，脈沖變壓器206初級線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電 路210，脈沖發(fā)生器205與脈沖變壓器206是按反激式逆變器設(shè)置，外接的等離子體反應(yīng) 器207與市電隔離，其外殼直接接地，電磁屏蔽、安全性能好。測試報告顯示本發(fā)明從 0. 009—30MHz頻段范圍內(nèi)，電磁兼容指標(biāo)符合國內(nèi)外有關(guān)規(guī)定。以上所述，僅僅是參照附圖的實施例對本實用新型的非熱等離子體脈沖電源作了 進一步說明，并非是對本實用新型的限定。在本實用新型的技術(shù)理念范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以按上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出包括電子元件、材料在內(nèi)的各種方式簡單變形或等同替 代，均屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)，以本發(fā)明的權(quán)利要求書所限定范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求非熱等離子體脈沖電源，包括EMC濾波器(201)、整流電路(202)、濾波電路(203)、數(shù)字控制電路(204)、脈沖發(fā)生器(205)、脈沖變壓器(206)依次序作電連接，脈沖變壓器(206)的輸出端外接等離子體反應(yīng)器(207)，其特征在于所述的脈沖發(fā)生器(205)輸出端設(shè)有電流檢測電路(208)，將檢測到的脈沖發(fā)生器輸出電流信號送入數(shù)字控制電路(204)內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈沖發(fā)生器(205)的輸入端，以自動調(diào)整脈沖發(fā)生器(205)的輸出脈沖寬度；所述的脈沖變壓器(206)的輸出地電位端接有異常狀態(tài)保護電路(209)，異常狀態(tài)保護電路(209)的輸出端與數(shù)字控制電路(204)輸入端連接，將脈沖變壓器(206)送至等離子體反應(yīng)器(207)的工作電流取樣、隔離后的信號電流送入數(shù)字控制電路(204)，經(jīng)數(shù)字處理后的控制電流從數(shù)字控制電路(204)輸出端送至脈沖發(fā)生器(205)輸入端，以自動控制脈沖發(fā)生器(205)的工作狀態(tài)；所述的脈沖變壓器(206)初級線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路(210)，對脈沖變壓器(206)初級線圈兩端的輸出電壓峰值箝位；所述的脈沖發(fā)生器(205)與脈沖變壓器(206)是按反激式逆變器設(shè)置，脈沖變壓器(206)的初級線圈(214)和次級線圈(215)的同名端a1、a2和異名端b1、b2是反向設(shè)置的；所述的次級線圈(215)是分段繞制成至少是兩個線包串聯(lián)而成，每個線包的上端各設(shè)有一個高壓快恢復(fù)二極管(217)，高壓快恢復(fù)二極管(217)的正極接在低電位線包的末端，高壓快恢復(fù)二極管(217)的負極接在高電位線包的起始端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源，其特征在于所述的脈沖變壓器 (206)設(shè)有一個多槽絕緣線圈骨架(212)，次級線圈(215)是分三段至五段繞制在多槽絕緣 線圈骨架(212)相對應(yīng)的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成；所述的高壓快恢復(fù)二極管(217)的耐電壓參數(shù) 至少是12KV，恢復(fù)時間小于SOnS ；所述的初級線圈(214)和次級線圈(215)的內(nèi)孔中設(shè)有 鐵基超微晶鐵心(216)作電磁耦合，鐵基超微晶鐵心(216)的磁回路中設(shè)有磁氣隙(218)， 磁氣隙(218)的設(shè)置寬度是0. 15——0. 4mm ；所述的鐵基超微晶鐵心(216)也可以是R2KD 的鐵氧體磁心制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源，其特征在于所述的脈沖發(fā)生器(205)內(nèi)設(shè)有絕緣柵雙極型晶體管Q1，Q1的集電極接初級線圈(214)同名端al，Ql的發(fā)射 極經(jīng)電流檢測電路(208)接整流電路(202)的負輸出端；Ql的耐電壓參數(shù)至少是輸入電源 電壓額定值的2. 7倍；所述的絕緣柵雙極型晶體管Ql也可以是參數(shù)相近的絕緣柵場效應(yīng)晶 體管將功能腳相對應(yīng)連接制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源，其特征在于所述的異常狀態(tài)保護電 路(209)內(nèi)設(shè)有光耦I(lǐng)C2，光耦I(lǐng)C2的輸入端1腳接地，光耦I(lǐng)C2輸入端2腳與脈沖變壓器(206)的次級線圈異名端b2連接，光耦I(lǐng)C2輸出端3腳接整流電路(202)的負輸出端，光耦 IC2的4腳是輸出端；光耦I(lǐng)C2的2、3腳并聯(lián)高壓電容器C7，取樣電阻R6并聯(lián)在光耦I(lǐng)C2 的輸入端；流經(jīng)取樣電阻R6上是脈沖變壓器(206)送至等離子體反應(yīng)器(207)的工作時取 樣電流，由光耦I(lǐng)C2光電轉(zhuǎn)換作電隔離后，將等離子體反應(yīng)器(207)的工作信號電流送至數(shù) 字控制電路(204)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的非熱等離子體脈沖電源，其特征在于所述的電流檢測電 路(208)內(nèi)設(shè)有電阻器R5，電阻器R5既是絕緣柵雙極型晶體管Ql的發(fā)射極電阻器，又是電 流檢測電路(208)的電流取樣電阻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源，其特征在于所述的脈沖限幅電路(210)內(nèi)設(shè)有瞬變二極管D5和快恢復(fù)二極管D6反向串聯(lián)后與初級線圈(214)并聯(lián)，瞬變二 極管D5的正極與整流電路(202)的正輸出端連接，快恢復(fù)二極管D6的正極與絕緣柵雙極 型晶體管Ql集電極連接，電容器C6與瞬變二極管D5并連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源，其特征在于所述的EMC濾波器 (201)設(shè)有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯(lián)，EMC濾波器(201)輸入端并聯(lián)電容器 Cl，EMC濾波器(201)輸出端并聯(lián)電容器C2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的非熱等離子體脈沖電源，其特征在于所述的數(shù)字控制電 路(204)內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是制成一個模塊，也可以選用開關(guān)電源 控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D制成；或數(shù)字控制電路(204)和脈沖發(fā)生器(205) 是合用一塊單片集成電路的，三端開關(guān)電源ICl包括TOP225或TOP224制成，也可以是用 性能更好的單片五端開關(guān)電源ICl包括MC33374制成；所述的光耦I(lǐng)C2的型號是PC817或 P721。
專利摘要本實用新型屬空氣消毒凈化技術(shù)領(lǐng)域，涉及非熱等離子體脈沖電源。它包括EMC濾波器、整流濾波電路、數(shù)字控制電路、脈沖發(fā)生器、脈沖變壓器依次電連接。脈沖發(fā)生器輸出端設(shè)有電流檢測電路，脈沖變壓器的輸出端接有異常狀態(tài)保護電路，初級線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路，脈沖變壓器是按反激式逆變器設(shè)置，次級線圈是分段繞制成至少是兩個線包串聯(lián)而成，每個線包的上端各設(shè)有一個高壓快恢復(fù)二極管。本實用新型匹配呈容性的等離子體反應(yīng)器工作產(chǎn)生高濃度等離子體，而且結(jié)構(gòu)簡單、脈沖變壓器是臥式的體積小，可靠性好、造價低。它廣泛應(yīng)用于非熱等離子體空氣消毒凈化器。
文檔編號H02M9/06GK201726335SQ20092021569
公開日2011年1月26日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周云正 申請人:周云正