高頻升壓電源的脈寬和容抗聯(lián)合調(diào)壓電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及到一種電子電路，特別涉及到一種高頻升壓電路。
【背景技術(shù)】
[0002]高頻開關(guān)電源由于去掉了工頻變壓器而具有高效率和小型化的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保和現(xiàn)代通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在電站鍋爐的煙氣凈化系統(tǒng)中或易產(chǎn)生粉塵的生產(chǎn)車間中，需使用電集塵器來除塵，在電集塵器裝置中，需上高頻升壓電源產(chǎn)生靜電。
[0003]當(dāng)前，等離子技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，工業(yè)上應(yīng)用于等離子點(diǎn)火、等離子體煤氣化、等離子熱解水制氫、工業(yè)有害物質(zhì)處置、醫(yī)療垃圾處置、生活垃圾無害化及能源化處置。用等離子體處置工業(yè)有害物質(zhì)、醫(yī)療垃圾、生活垃圾的方式與一般的焚燒方式大不一樣，等離子體是在電離層或放電現(xiàn)象下所形成的一種狀態(tài)，放電作用使得工作氣分子失去外層電子而形成離子狀態(tài)，經(jīng)相互碰撞而產(chǎn)生高溫，等離子體火炬的中心溫度可高達(dá)攝氏5萬度以上，火炬邊緣溫度也可達(dá)到3千度以上，被處理的工業(yè)有害物質(zhì)、醫(yī)療垃圾、垃圾廢物受到高溫高壓的等離子體沖擊時(shí)，其分子、原子將會(huì)重新組合而生成新的物質(zhì)，從而使有害物質(zhì)變?yōu)闊o害物質(zhì)。利用等離子體噴槍把水蒸汽氣化劑加熱分解后再噴入生活垃圾氣化爐內(nèi)或煤氣化爐內(nèi)與焦炭進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，所發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可以為氣化爐提供原料烘干和熱解所需的熱量，從而使氣化爐不需輸入空氣或氧氣，生產(chǎn)的合成氣中氫氣的分?jǐn)?shù)比例高，廢氣的含量低，可作為生產(chǎn)甲醇的原料氣利用。用等離子體噴槍加熱分解水蒸汽做氣化劑來氣化煤或垃圾將成為今后的首選，在常壓條件下，溫度在2000K時(shí)水分子幾乎不分解，2500K時(shí)有25%的水發(fā)生分解，3400?3500K時(shí)氫氣和氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，分別為18%和6%，當(dāng)溫度達(dá)到4200K時(shí)，水分子將全部分解為氫氣、氫、氧氣、氧和氫氧原子團(tuán)，一般的加熱方式難以達(dá)到這么高的溫度，而使用等離子體噴槍則很容易做到。
[0004]—般等離子體噴槍的電弧作用在噴槍之外，而用于分解水蒸汽的等離子體噴槍與一般等離子體噴槍不同，為了實(shí)現(xiàn)把水分子分解為氫和氧，提高水分子的分解率，用于分解水蒸汽的等離子體噴槍其電弧作用在噴槍的內(nèi)部，并且是多級(jí)電弧串聯(lián)，高溫等離子體電弧的能量集中作用在噴槍內(nèi)的水分子上，使水分子很容易分解，分解效率高。這類等離子體噴槍需要高壓電源進(jìn)行引弧，使噴槍內(nèi)產(chǎn)生等離子體電弧。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種高頻升壓電源的脈寬和容抗聯(lián)合調(diào)壓電路，用于電集塵器裝置和等離子體引弧的高頻升壓電源裝置中，實(shí)現(xiàn)高頻升壓電源的輸出高電壓幅度可調(diào)，以滿足不同工況的電壓要求，使高頻升壓電源裝置效率高和工作可靠。
[0006]本實(shí)用新型的一種高頻升壓電源的脈寬和容抗聯(lián)合調(diào)壓電路，包括控制電路和功率升壓電路，功率升壓電路由功率開關(guān)管和升壓變壓器構(gòu)成，其特征是在控制電路中有脈寬調(diào)節(jié)變阻器RP和脈寬電容器C6構(gòu)成的脈沖寬度調(diào)節(jié)電路，在升壓變壓器的初級(jí)線圈回路中有容抗切換電路，容抗切換電路由切換開關(guān)和調(diào)容容抗器C8?10構(gòu)成，調(diào)容容抗器C8?10為一只以上的無極性電容器；在功率升壓電路中，第一功率開關(guān)管VT5和第二功率開關(guān)管VT10構(gòu)成功率輸出對(duì)管，第一功率開關(guān)管VT5和第二功率開關(guān)管VT10受開關(guān)信號(hào)控制交替導(dǎo)通，第一功率開關(guān)管VT5的源極與第二功率開關(guān)管VT10的漏極連接后構(gòu)成功率輸出對(duì)管的中點(diǎn)，功率輸出對(duì)管的中點(diǎn)通過容抗切換電路連接到升壓變壓器初級(jí)線圈的尾端。
[0007]本實(shí)用新型中，切換開關(guān)為多個(gè)單極開關(guān)或波段轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)切換開關(guān)為多個(gè)單極開關(guān)時(shí)，各個(gè)單極開關(guān)各與一只無極性電容器串聯(lián)后連接在升壓變壓器初級(jí)線圈的尾端與功率輸出對(duì)管的中點(diǎn)之間；當(dāng)切換開關(guān)為波段轉(zhuǎn)換開關(guān)時(shí)，波段轉(zhuǎn)換開關(guān)KB為單刀多位開關(guān)，波段轉(zhuǎn)換開關(guān)KB的刀極連接到功率輸出對(duì)管的中點(diǎn)，波段轉(zhuǎn)換開關(guān)KB上的各個(gè)位極各通過一只無極性電容器連接到升壓變壓器初級(jí)線圈的尾端；在功率輸出對(duì)管的中點(diǎn)與升壓變壓器T2的初級(jí)線圈之間有固定容抗器C7，固定容抗器C7為一只無極性電容器；在電路中有直流供電線路1、第一分壓電容器C1和第二分壓電容器C2，直流供電線路1連接到第一分壓電容器C1的正極，第一分壓電容器C1的負(fù)極連接到第二分壓電容器C2的正極后再連接到升壓變壓器初級(jí)線圈的頭端，第二分壓電容器C2的負(fù)極連接到地線；控制電路中有振蕩門IC1、反相門IC2、延遲門IC3、第一控制門IC4、隔離二極管和第二控制門IC5，振蕩門IC1產(chǎn)生的振蕩周期前半周信號(hào)通過反相門IC2和延遲門IC3輸送到第一控制門IC4的輸入端，第一控制門IC4的輸出端構(gòu)成前半周開關(guān)信號(hào)輸出端；振蕩門IC1產(chǎn)生的振蕩周期后半周信號(hào)通過隔離二極管輸送到第二控制門IC5的輸入端，第二控制門IC5的輸出端構(gòu)成后半周開關(guān)信號(hào)輸出端；脈沖寬度調(diào)節(jié)電路設(shè)置在振蕩門IC1的輸出端與延遲門IC3的輸入端之間；在控制電路和功率升壓電路之間有隔離變壓器T1和驅(qū)動(dòng)電路，隔離變壓器T1由輸入線圈L1、第一輸出線圈L2和第二輸出線圈L3構(gòu)成，輸入線圈L1連接到控制電路的開關(guān)信號(hào)輸出端，第一輸出線圈L2構(gòu)成前半周開關(guān)信號(hào)輸出接口，第二輸出線圈L3構(gòu)成后半周開關(guān)信號(hào)輸出接口 ；驅(qū)動(dòng)電路包括第一驅(qū)動(dòng)電路和第二驅(qū)動(dòng)電路，第一驅(qū)動(dòng)電路和第二驅(qū)動(dòng)電路互相隔離，其中，第一驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接到隔離變壓器T1的第一輸出線圈L2，第一驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接到第一功率開關(guān)管VT5的柵極，第二驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接到隔離變壓器T1的第二輸出線圈L3，第二驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接到第二功率開關(guān)管VT10的柵極。
[0008]本實(shí)用新型在電集塵器裝置和等離子體引弧的高頻升壓電源中應(yīng)用，所述高頻升壓電源工作頻率為ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，是一種高頻開關(guān)電源。高頻開關(guān)電源具有高效率和小型化的特點(diǎn)。高頻升壓電源主要由電源輸入電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路組成，其中，控制電路由振蕩門產(chǎn)生矩形脈沖波開關(guān)信號(hào)，為了獲取使第一功率開關(guān)管VT5和第二功率開關(guān)管VT10交替導(dǎo)通的開關(guān)信號(hào)，在控制電路中，利用反相門與第一控制門構(gòu)成的二級(jí)電路來獲取振蕩周期的前半周信號(hào)，用來驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)管VT5，利用第二控制門的一級(jí)電路來獲取振蕩周期的后半周信號(hào)，用來驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)管VT10，第一控制門和第二控制門交替輸出開關(guān)信號(hào)，從而使第一功率開關(guān)管VT5和第二功率開關(guān)管VT10交替導(dǎo)通，使得升壓變壓器的初級(jí)低壓線圈中流過高頻交變電流，次級(jí)高壓線圈便感應(yīng)產(chǎn)生數(shù)萬至數(shù)十萬伏的高頻電壓。為了避免第一功率開關(guān)管VT5和第二功率開關(guān)管VT10共態(tài)導(dǎo)通而造成損壞，控制電路中具有死區(qū)控制時(shí)間電路，所述死區(qū)控制時(shí)間略大于功率開關(guān)管的存儲(chǔ)時(shí)間。為了避免功率開關(guān)管過流損壞，當(dāng)流過功率開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，取樣電壓反饋到控制電路中，使振蕩門停止振蕩并使第一控制門和第二控制門停止輸出開關(guān)信號(hào)，使第一功率開關(guān)管VT5和第二功率開關(guān)管VT10截止，實(shí)現(xiàn)逐周過流保護(hù)?？刂齐娐凡捎瞄T電路為主控元件，門電路為數(shù)字化的集成電路，非常適合矩形脈沖波的形成和控制，其產(chǎn)生的開關(guān)信號(hào)用來驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管也非常匹配，CMOS數(shù)字集成電路還是一種微功耗元件，具有電源電壓工作范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、輸入阻抗高、電路接口簡單、工作可靠和使用壽命長的特點(diǎn)，因此，使得高頻升壓電源具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、效率高和工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。
[0009]本實(shí)用新型在升壓變壓器的初級(jí)線圈回路中串聯(lián)電容器，可以在不改變升壓變壓器線圈變壓比的情況下，來提升輸出電壓和輸出功率，從而使高頻升壓電源的效率得到提高。一般情況下，在升壓變壓器的初級(jí)線圈回路中沒有電容器，如本實(shí)用新型的電路在升壓變壓器的初級(jí)線圈回路中也沒有電容器，工作時(shí)，升壓變壓器初級(jí)線圈的端電壓UL=l/2νιη，升壓變壓器次級(jí)線圈的輸出電壓等于?Λν^χΓνχχι^/τ，式中，Vin為直流供電電壓，隊(duì)/^為升壓變壓器線圈的變壓比，?\η/Τ為開關(guān)信號(hào)的占空比；當(dāng)本實(shí)用新型的升壓變壓器初級(jí)線圈回路中串聯(lián)有電容器，因升壓變壓器初級(jí)線圈的直流電阻極小，其電阻性的阻抗可以忽略不計(jì)，工作時(shí)，電容器的容抗與升壓變壓器初級(jí)線圈的感抗組成復(fù)合阻抗，因此在本實(shí)用新型中，電容器上的電壓與升壓變壓器初級(jí)線圈上的電壓合計(jì)為1/2直流供電電壓，由于升壓變壓器初級(jí)線圈上的電壓超前90°及電容器上的電壓滯后90°，因此，升壓變壓器初級(jí)線圈的端電壓UL=l/2 Vin+Uc,升壓變壓器次級(jí)線圈的輸出電壓等于(1/2Vin+U。)XrV^XI^/T，式中，U。為電容器上的端電壓，其值可接近1/2 Vin，使得在不改變升壓變壓器線圈變壓比的情況下，獲得更高電壓的高壓輸出，最大可獲得近雙倍電壓的高壓電源，使高頻升壓電源的效率得到提高。
[0010]在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要調(diào)節(jié)高頻升壓電源輸出高壓的幅度，以使電集塵器裝置或等離子體設(shè)備處于最佳的運(yùn)行工況中，