高壓等離子體電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種等離子電源，具體涉及一種高壓等離子體電源，屬于等離子技術應用領域。
【背景技術】
[0002]本發(fā)明所涉及的低溫等離子電源適用于DBD介質(zhì)阻擋放電、線筒式電暈放電以及去除煙氣顆粒的線筒式荷電放電。適用于工業(yè)廢氣處理的介質(zhì)阻擋放電通道通常有平板式DBD通道，同軸圓管式DK)通道及圓管排列式DBD通道這三種結構形式，介質(zhì)材料由陶瓷或石英材料制作，形狀可以為片材或空心管，導電電極則為鋁粉或鎂粉填充物;適用于工業(yè)廢氣處理的線筒式電暈放電由同心的金屬材料制成，其中高壓電極可以為曲率半徑較小的鉬絲、金絲或合金絲，也可以為帶有尖刺的金屬棒，接地極是金屬空心管。適用于工業(yè)廢氣處理中的線筒式荷電通道結構與線筒式電暈放電通道結構類似。高頻高壓電源使通道內(nèi)的氣體發(fā)生電離，激發(fā)出高能電子，高能電子和廢氣分子發(fā)生非彈性碰撞，當其能量大于廢氣分子的化學鍵能時使污染物分解，同時非彈性碰撞也產(chǎn)生大量正負離子、激發(fā)態(tài)離子和自由基，它們和廢氣分子進行反應也能夠分解污染物。使用低溫等離子體處理方法具有效率高，能耗低，使用范圍廣，操作簡便等優(yōu)點，因此，利用等離子體技術處理環(huán)境中有毒物質(zhì)或難以降解物質(zhì)，正從實驗室走向市場，等離子技術將逐步發(fā)展成為一個新的高技術產(chǎn)業(yè)。目前，使用低溫等離子體處理有毒物質(zhì)或難以降解物質(zhì)的技術還有待提高，等離子反應器(發(fā)生器)的選擇，匹配和優(yōu)化，反應機理等方面需要進一步研究。需要處理的氣體種類，流量，濃度，溫度等參數(shù)與電極結構，電源特性之間的關系共同決定了廢氣處理的效果。可見，反應器的結構，電源特性是低溫等離子體技術的關鍵。國內(nèi)已商品化生產(chǎn)的大功率等離子體放電電源，有的使用微秒或納秒窄脈沖電源，其驅(qū)動電路成本偏高，性價比不利于市場化，也有使用單相IGBT驅(qū)動的半橋硬開關結構，電源的功率效率較低，故障率高，不適合大批量使用，難于滿足中大功率工業(yè)廢氣處理需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種高壓等離子體電源，該技術方案適用于各種電暈放電和各種介質(zhì)阻擋放電(DBD)發(fā)生器使用。該技術方案采用一種全橋軟開關閉環(huán)結構，利用LC電壓串聯(lián)諧振電路，使流過開關管的電流變?yōu)檎也ǘ皇欠讲ǎ{(diào)理好LC參數(shù)使開關管在正弦電流過零時導通或關斷，從而大大減低功率器件IGBT模塊的開關損耗。這種軟開關技術適合于高壓低電流型大功率開關電源，能使得開關損耗大大降低，電源效率大幅提高，同時，器件損耗小，發(fā)熱量小，簡化了通風設計，實現(xiàn)了設備的小型化，可靠性相應提尚。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下，一種高壓等離子體電源，其特征在于，所述等離子電源包括三相半控整流電路、延時啟動電路，濾波儲能電路、全橋電路、LC串聯(lián)諧振電路、倍壓整流電路、功率調(diào)節(jié)電路、反饋控制電路、變頻電路、IGBT全橋驅(qū)動電路、報警電路。所述三相半控整流電路通過全橋電路、LC串聯(lián)諧振電路連接高壓變壓器，所述功率調(diào)節(jié)電路和反饋控制電路連接反饋控制電路，所述反饋控制電路通過變頻電路連接全橋驅(qū)動電路。
[0005]作為本發(fā)明的一種改進，所述三相半控整流電路由半控整流橋BRl，控制由電阻Rl?6，電容Cll，C18?20，二極管Dl及接插件H18連接至輔助電源共同完成。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進，所述延時啟動電路由二極管D2，D10，D11，電阻Rll?14組成。延時啟動由輔助電源產(chǎn)生，延時期間，三相交流電源通過Rll?14對儲能電容緩慢充電。其作用是避免啟動瞬時電流過大，造成三相交流電力干擾。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進，所述濾波儲能電路由電容C24?31，電阻R24，R26組成，電阻R24，R26為儲能電容提供能量卸放回路。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進，所述全橋電路由兩個IGBT模塊Q19，Q20組成全橋電路，瞬態(tài)吸收二極管23~26和(:16，(:17，022，023組成1681'模塊保護電路。1?30，1?15，1?113，1?20，1?32，尺8，1?114，1?17為柵極串聯(lián)電阻，1?10，1?19，1?16，1?22為柵極并聯(lián)電阻，所述電阻為1681'驅(qū)動電路的一部分，為減小開關時間和損耗，設計時盡量靠近IGBT模塊。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進，所述LC串聯(lián)諧振電路由LI ,Cl?5以及高壓變壓器Tl漏感組成。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進，所述倍壓整流電路由高壓電容CHl，CH2，高壓硅堆DHl組成，采用倍壓后，輸出電壓升高一倍。倍壓整流電路在電暈放電的反應器中使用，介質(zhì)阻擋放電(DBD)的反應器工作頻率低，可以省略倍壓整流電路。
[0011]作為本發(fā)明的一種改進，所述功率調(diào)節(jié)電路由可調(diào)電位器W4及電阻R46，R78，R79，C47組成，功率調(diào)節(jié)作為給定輸入?yún)?shù)，作為反饋調(diào)節(jié)的參考點。
[0012]作為本發(fā)明的一種改進，所述反饋控制電路是指在給定的功率條件下，通過控制輸出電壓或輸出電流實現(xiàn)穩(wěn)定的功率輸出。根據(jù)處理廢氣污染物的濃度及流量不同，選取不同的反饋形式。本發(fā)明包括電流反饋和電壓反饋，U4B及電阻R40，R42，C22經(jīng)R39送到功率調(diào)節(jié)電路的反相輸入端，形成反饋信號。
[0013]所述電流反饋包括:電流互感器CSSl采樣高壓變壓器輸入端原邊的交流工作電流，采樣包括全波整流電路以及濾波、額定電阻負載，其中二極管D4，D5，D8，D9組成全波整流電路，電容C48，R50組成濾波，R54為額定負載。采樣電流幅值較小，再經(jīng)過R39，C35濾去雜波，再送到運放U3A及R42，R43，C34，將小電流信號放大。經(jīng)過采樣電路后，形成與變壓器原邊的工作電流變化相對應的電流信號PC。所述電壓反饋包括:HlO來自高壓變壓器輔助繞組，形成與輸出電壓成比例的電壓信號，采樣包括全波整流電路以及濾波，其中D16，D17，D20，D21組成全波整流電路，R96為額定負載，C95濾波，R84，R86，C74組成分壓取樣，再經(jīng)UlA電壓跟隨，形成與變壓器原邊的工作電壓變化相對應的電流信號PV。
[0014]作為本發(fā)明的一種改進，所述變頻電路包括D23，UlO，C51，R60，R63。
[0015]作為本發(fā)明的一種改進，所述IGBT全橋驅(qū)動電路由U4~U7組成。驅(qū)動電路的供電采用DCDC隔離電源模塊，功率大，能提供足夠高的正負柵壓。驅(qū)動信號傳輸采用高絕緣等級的高速光耦電路，傳輸時間小，電隔離保證了大功率條件下，IGBT不受電路波動影響。柵極串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的合理選擇有利于減小開關時間和減小開關損耗。
[0016]作為本發(fā)明的一種改進，所述報警電路共5路: 1.過流報警OPC，來自CSSl的電流采樣值送電壓比較器U2A的反相端，可調(diào)電位器Wl調(diào)節(jié)過流值并送電壓比較器U2A同相端，比較結果通過U9B輸出；
2.欠壓報警LV，來自HlO的電壓采樣值送電壓比較器UlB的同相端，可調(diào)電位器W6調(diào)節(jié)欠壓值并送電壓比較器UlB的反相端，比較結果通過U9E輸出；
3.過壓報警0V，來自HlO的電壓采樣值送電壓比較器U2B的反相端，可調(diào)電位器W5調(diào)節(jié)過壓值并送電壓比較器U2B的同相端，比較結果通過U9D輸出；
4.過溫報警OT，來自溫控開關H9的開關量信號直接輸出；
5.風機報警FANST，H14，H15連接兩臺散熱風機，只要某一臺故障，D12或D13將輸出高電平告警，告警信號通過U9C輸出。
[0017]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
1)該技術方案解決了閉環(huán)控制，可提供電流反饋或電壓反饋供選擇，適應范圍廣。當輸出端負載變化或輸入電源電網(wǎng)波動時，通過檢測電流電壓瞬時變化量反饋到變頻電路，從而迅速改變IGBT模塊工作頻率，使輸出功率保持穩(wěn)定；
2)該技術方案高壓變壓器輸出端可按需要選用倍壓整流技術，使輸出電壓提高一倍；
3)該技術方案使用LC串聯(lián)諧振軟開關電路，功率器件損耗小，發(fā)熱量小，穩(wěn)定性和可靠性得以提尚；
4)保護措施完備，工作安全可靠，通過半年多的現(xiàn)場試用，未發(fā)生任何質(zhì)量問題；
5)該技術方案成本較低，便于推廣應用。
【附圖說明】
[0018]圖1為全橋軟開關主電路圖；
圖2為反饋控制與變頻控制電路圖；
圖3為電壓電流采樣及告警電路圖；
圖4為啟動電路，風機告警及過溫告警電路圖；
圖5為整體框圖。
【具體實施方式】
[0019]為了加深對本發(fā)明的認識和理解，下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明。
[0020]實施例:
參見圖1-圖5，一種高壓等離子體電源，所述等離子電源包括三相半控整流電路、延時啟動電路，濾波儲能電路、全橋電路、LC串聯(lián)諧振電路、倍壓整流電路、功率調(diào)節(jié)電路、反饋控制電路、變頻電路、IGBT全橋驅(qū)動電路、報警電路，所述三相半控整流電路通過全橋電路、LC串聯(lián)諧振電路連接高壓變壓器，所述功率調(diào)節(jié)電路和反饋控制電路連接反饋控制電路，所述反饋控制電路通過變頻電路連接全橋驅(qū)動電路。所述三相半控整流電路由半控整流橋BRl，控制由電阻Rl~6，電容Cl I，C18?20，二極管Dl及接插件H18連接至輔助電源共同完成。所述延時啟動電路由二極管D2，DlO，Dl I，電阻Rl I?14組成。延時啟動由輔助電源產(chǎn)生，延時期間，三相交流電源通過Rll?14對儲能電容緩慢充電。其作用是避免啟動瞬時電流過大，造成三相交流電力干擾。所述濾波儲能電路由電容C24?31，電阻R24，R26組成，電阻R24，R26為儲能電容提供能量卸放回路。所述全橋電路由兩個IGBT模塊Q19，Q20組成全橋電路，瞬態(tài)吸收二極管23~26和(:16，(:17，022，023組成1681'模塊保護電路。1?30，1?15，1?113，1?20，1?32，1?8，1?114，1?17為柵極串聯(lián)電阻，1?10，1?19，1?16，1?22為柵極并聯(lián)電阻，所述電阻為1681'驅(qū)動電路的一部分，為減小開關時間和損耗，設計時盡量靠近IGBT模塊。所述LC串聯(lián)諧振電路由LI ,Cl?5以及高壓變壓器Tl漏感組成。所述倍壓整流電路由高壓電容CHl，CH2，高壓硅堆DHl組成，采用倍壓后，輸出電壓升高一倍。倍壓整流電路在電暈放電的反應器中使用，介質(zhì)阻擋放電(DBD)的反應器工作頻率低，可以省略。所述功率調(diào)節(jié)電路由可調(diào)電位器W4及電阻R46，R78，R79，C47組成，功率調(diào)節(jié)作為給定輸入?yún)?shù)，作為反饋調(diào)節(jié)的參考點。所述反饋控制電路是指在給定的功率條件下，通過控制輸出電壓或輸出電流實現(xiàn)穩(wěn)定的功率輸出。根據(jù)處理廢氣污染物的濃度及流量不