一种准方波高压功率电源的制作方法

本实用新型属于高压功率电源技术领域，更具体的说是涉及一种准方波高压功率电源。

背景技术：

在当前，高压正弦波电源作为激励源被广泛应用于很多工业或研究领域，比如介质阻抗放电装置、污染处理等。然而高压正弦波基于自身相对较低的瞬变电流和电压(dv/dt)的局限性，使其很难达到一些特殊应用领域的要求，如特殊表面处理，特殊材料改性等。在相同的峰值幅度和基本频率的条件下，准方波高压信号拥有比高压正弦波高的多的伏秒数(dv/dt)即瞬变电流和瞬变电压。

因此，如何提供一种准方波高压功率电源成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种准方波高压功率电源，弥补了高压正弦波较低的瞬变电流和电压的不足，同时也满足一些研究机构和大专院校对高压瞬变大电流和大电压的需求。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种准方波高压功率电源，包括：信号输入和控制电路、信号放大电路、信号驱动电路、功率驱动和阻抗匹配电路以及升压转换电路，其中，所述信号输入和控制电路的输出端与信号放大电路的输入端相连，所述信号放大电路的输出端与所述信号驱动电路的输入端相连，所述信号驱动电路的输出端与所述功率驱动和阻抗匹配电路的输入端相连，所述功率驱动和阻抗匹配电路的输出端与所述升压转换电路的输入端相连。

进一步地，还包括直流可调电源，所述直流可调电源的输出端与所述功率驱动和阻抗匹配电路的输入端相连。

进一步地，所述直流可调电源包括直流电源、整流电路和电压调整电路，所述直流电源通过所述整流电路与所述电压调整电路相连，所述电压调整电路与所述功率驱动和阻抗匹配电路相连。

进一步地，还包括反馈和检测电路，所述反馈和检测电路的输入端与所述功率驱动和阻抗匹配电路相连，所述反馈和检测电路的输出端与所述信号输入和控制电路相连。

进一步地，所述信号输入和控制电路包括信号发生器、运算放大器和rs触发器，所述运算放大器和所述rs触发器均与所述信号发生器相连，所述运算放大器与所述信号放大电路相连。

进一步地，所述信号放大电路包括降低交叉传导电路和预驱动电路，所述降低交叉传导电路和预驱动电路的输入端均与所述信号输入和控制电路的输出端相连，所述降低交叉传导电路和预驱动电路的输出端均与所述信号驱动电路的输入端相连。

进一步地，所述升压转换电路由一个或若干个串联的高压变压器组成。

进一步地，所述高压变压器的线圈采用线路板构成。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型旨在解决当前市场上高压放电装置较低的高压瞬变电流和电压(dv/dt)的问题，其输出一个准方波高压信号，其陡峭的上升沿和下降沿具有较快的瞬变电流(di/dt)和瞬变电压(dv/dt)，弥补了高压正弦波较低的瞬变电流和电压的不足，同时也满足一些研究机构和大专院校对高压瞬变大电流和大电压的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种形式的电路图。

图2为本实用新型另一种形式的电路图。

图3a为图1电路中的输入输出波形图。

图3b为图1电路中的另外一种形式的输入输出波形图。

图4为升压转换电路的原理图。

图5为升压转换电路的输入信号图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅附图1，本实用新型提供了一种准方波高压功率电源，包括：信号输入和控制电路40、信号放大电路50、信号驱动电路60、功率驱动和阻抗匹配电路20以及升压转换电路30，其中，信号输入和控制电路40的输出端401与信号放大电路50的输入端相连，信号放大电路50的输出端与信号驱动电路60的输入端相连，信号驱动电路60的输出端与功率驱动和阻抗匹配电路20的输入端相连，功率驱动和阻抗匹配电路20的输出端与升压转换电路30的输入端相连，升压转换电路30的输出端连接有负载。图1阐明了从输入信号401到输出信号301，302的准方波高压信号产生的电路路径。

参阅附图2，在另一种实施例中，本实用新型还包括直流可调电源10，直流可调电源10的输出端101与功率驱动和阻抗匹配电路20的输入端相连。本实用新型还包括反馈和检测电路70，反馈和检测电路70的输入端与功率驱动和阻抗匹配电路20相连，反馈和检测电路70的输出端与信号输入和控制电路40相连。反馈和检测电路70送一些检测信号到信号输入和控制电路40中进行电路转换控制。

直流可调电源作用是为功率驱动电路提供直流电压。功率驱动和阻抗匹配电路包括功率驱动电路和阻抗匹配电路，其中，功率驱动电路的作用是将输入的弱信号经转换后输出一个强功率信号，阻抗匹配电路的作用是使电源输出和负载的输入达到阻抗平衡，在升压转换电路的输入端口设计的阻抗匹配电路是由一个可调电感的匹配网络组成，该电路能使输入输出的阻抗达到基本平衡，同时也提高了输出效率。功率驱动与阻抗匹配电路的输出端201，202为升压转换电路提供功率输入信号，使其从输出端子301，302输出一个准方波高压信号后连接负载。信号驱动电路的作用是为功率驱动电路提供输入信号。信号放大电路的作用是放大输入信号。输入信号和控制电路的作用是为功率放大电路提供一个方波输入信号以及连同反馈检测电路一起提供控制功能。

功率驱动和阻抗匹配电路20如图2所示，功率驱动电路输出单路或多路驱动信号，各路驱动信号间的最大延迟时间被控制在50ns以内后，进入升压转换电路的输入端；阻抗匹配电路的作用是调节升压变换器的初级阻抗，通过阻抗变换，使其输出阻抗与负载输入阻抗达到匹配。

信号输入和控制电路包括信号发生器、运算放大器和rs触发器，运算放大器和rs触发器均与信号发生器相连，运算放大器与信号放大电路相连。信号输入和控制电路为信号放大电路50提供方波信号，同时与反馈和侦测电路70一起去执行一些电路控制和保护的功能。信号输入和控制电路可以产生5khz～100khz方波信号，也可以接受外部输入的5khz～100khz方波信号。

信号放大电路包括降低交叉传导电路和预驱动电路，降低交叉传导电路和预驱动电路的输入端均与信号输入和控制电路的输出端相连，降低交叉传导电路和预驱动电路的输出端均与信号驱动电路的输入端相连。

图3a阐明了图1中输入波形401和输出波形301，302。输出波形的上升沿δt1＝t1-t0，上升沿变化的时间与容性负载的大小有关，时间大约在0.01us和20us之间。输出波形的平坡时间是δt2＝t2-t1和δt4＝t4-t3，其中δt2约等于δt4。输出波形的下降沿δt3＝t3-t2，下降沿δt3变化的时间与容性负载的大小有关，时间大约在0.01us和20us之间。输入信号的频率大约是5khz～100khz，占空比可变，其范围在1％～50％之间。

图3b阐明了图1中输入波形401和输出波形301，302。输出波形的上升沿δt1＝t1-t0，δt2＝t3-t2，且δt1＝δt2，其上升沿变化的时间与容性负载的大小有关，时间大约在0.005us和10us之间。输出波形的平坡时间是δt3＝t2-t1，δt4＝t6-t5，且δt2＝δt4。输出波形的下降沿δt5＝t5-t4，δt6＝t7-t6，且δt5＝δt6，其下降沿变化的时间与容性负载的大小有关，时间大约在0.005us和10us之间。输入信号的频率大约是5khz～100khz，占空比可变，其范围在1％～50％之间。

图4阐明了升压转换电路的详细电路图，其是由一个或者若千个串联的高压变压器组成，高压变压器的初级通过信号输入端201，201输入驱动信号，经过转换后通过次级输出端口301，302输出准方波高压信号。高压变压器的线圈是由几块线路板组成，与传统的线绕变压器相比，该设计极大地减少了变压器的分布电容，分布漏感以及线圈阻抗等。因此，该特殊设计的利用线路板作为线圈的高压变压器具有较低的输出阻抗，较大的带载能力，以及易于启动和高效率放电等优点。本实用新型升压转换电路有一个或多个高压变压器组成，如图4所示，各级高压变压器线圈采用线路板设计，该设计极大地减少了漏感，寄生电容以及输出阻抗，此特性使准方波高压信号的产生成为可能。

图5阐明了图4电路里高压转换器端口1，2和3，4(或更多输入端口)的输入信号。各输入信号间的延迟时间被限制在50ns以内，以使高压转换电路能累计产生一个准方波高压信号。输入信号的延迟时间δta＝t1-t2和δtb＝t3-t4。

本实用新型输出功率可达5kw，本实用新型的主功率开关电路有由特殊的全桥驱动电路组成，其各功率驱动管都可以实现零电压或零电流开关，且电压应力较小，转换效率得到极大提高，同时，驱动功率管也可以采取并联的方式来获得较高的输出功率。

本实用新型旨在解决当前市场上高压放电装置较低的高压瞬变电流和电压(dv/dt)的问题，其输出一个准方波高压信号，其陡峭的上升沿和下降沿具有较快的瞬变电流(di/dt)和瞬变电压(dv/dt)，弥补了高压正弦波较低的瞬变电流和电压的不足，同时也满足一些研究机构和大专院校对高压瞬变大电流和大电压的需求。

本实用新型对于电容(如介质阻抗放电)负载具有特殊的优势。具体表现在较高的瞬时放电电流(di/dt)，较高的瞬时突变电压(dv/dt)，放电效率高，放电启动快，良好的阻抗匹配特性，等等。

本实用新型提供了一种准方波高压电源，其广泛应用于环境工程、汽车制造、半导体制造、消费电子制造等领域。其在包装印刷、纺织生产、塑料制品、汽车配件制造、电子设备制造、生物材料、杀菌消毒、环保设备、石油天然气管道、供暖管道、光电子、航空航天等行业中得到广泛使用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。