专利名称：等离子体避雷器高频电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种等离子体避雷器高频电源，属于电子电器领域。
背景技术：
传统避雷技术是通过避雷针将雷引入地下，在此过程中，强烈的电磁辐射可能毁坏室内的微电子设备，导致越来越普及的电脑、家电、信息、智能化设施等现代化仪器设备受雷害日趋严重。等离子体避雷技术不仅能保护房屋，而且能抗电磁辐射，保护室内微电子设备，是新一代的主动防雷技术。该技术适用于地面、海面及空中的固定或移动目标，功能是保护目标本身及其内部微电子设备免遭雷击损害。
等离子体由高频电源和等离子体发生器产生。传统的大功率高压电源使用工频变压器升压，电路简单，但频率低，体积、重量大，且纹波、稳定性不能令人满意。随着科学的发展及技术的进步，在电力电子学飞速发展的条件下，采用开关电源技术，使高压电源高频化是一个趋势。国内小功率高频低压开关电源技术已经成熟，而大功率高频高压开关电源技术还处于摸索阶段，现有文献报导的大功率高频高压开关电源一般采用PWM技术，开关频率受器件性能限制只能达到20KHz，开关的损耗随着频率增大成比例增加，也限制了频率的进一步增大。
实用新型内容为提高开关频率，降低开关损耗，减小电源体积，本实用新型将高频多谐振开关变流技术引入到高压电源中，采用准谐振电流过零的软关断技术，有效地降低伴随着高频化带来的损耗，突破大功率IGBT模块的20kHz频率限制，将频率提升到100kHz，进一步减小装置体积，精心设计软启动和击穿短路自保护功能，大大提高装置的可靠性，目的是为等离子体避雷系统提供实用、可靠的高频电源。
本实用新型包括交流输入、初级整流系统、软启动部分、高频逆变系统和高频高压变压器等部件。
交流输入部分由开关、熔断器、压敏电阻、接触器、继电器CTR常闭接点和继电器RYD的常开接点组成，其中常闭接点与常开接点并联，再与接触器的线圈串联，然后接到电源上。
初级整流系统由三相可控整流桥和滤波电容组成，其中滤波电容和串联，然后连接到母线上。
软启动部分由限流电阻、滤波电容、短路接触器、供电继电器、控制继电器、整流桥、充电电阻、充放电电容和放电电阻组成。其中供电继电器的线圈与接触器的线圈并联，整流桥与充电电阻相连，充电电阻与充放电电容相连，放电电阻与常闭接点相连，与充放电电容并联，与控制继电器的线圈并联，控制继电器的线圈与常开接点相连，常开接点与短路接触器的线圈相连，常开接点与限流电阻并联，两端分别与整流桥正端和滤波电容相连。滤波电容E1和E2串联，然后连接到母线上。
高频逆变系统由逆变桥、谐振电容和高频高压变压器漏感组成，其中谐振电容的一端与开关管的E极、开关管的C极相连，另一端与高频高压变压器的原边相连，高频高压变压器漏感与开关管的E极、开关管的C极相连。
高频高压变压器部分由铁心、绕在其上的初、次级线圈、电流互感器和高频高压分压器组成，高频高压分压器与次级线圈并联，电流互感器穿在次级线圈回路中。高频高压变压器的初级线圈的匝数为几十匝，线径为毫米级，次级线圈的匝数为几百匝，线径为微米级。
图1是本实用新型电源的框图。
图2是本实用新型电源的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
详细说明本实用新型。
参见附图1，本实用新型的等离子体避雷器高频电源包括交流输入1，初级整流系统2，软启动部分3，高频逆变系统4和高频高压变压器5。
如附图2，交流输入1由开关SW2、熔断器fuse1、fuse2、fuse3、压敏电阻R4、R5、R6、接触器CPW、继电器常闭接点CTR2和继电器常开接点RYD2组成。其中常闭接点CTR2与常开接点RYD2并联，再与接触器CPW的线圈串联，然后接到电源上。
为防止因输入电压过高或电网发生故障产生超高电压带来的危害，本实用新型采用压敏电阻R4、R5、R6与熔断器Fuse1、Fuse2、Fuse3配合的保护方式，一旦相间电压超压到达一定数值时，压敏电阻即刻导通，很大的短路电流将熔断器快速熔断，起到过压保护作用，同时压敏电阻也起到了限制浪涌电压的作用，若本电源发生故障或负载过重造成输入电流很大时，熔断器也会快速熔断，对电源的内部起到过流保护作用。
为防止短路接触器CTR失灵导致过流故障，本实用新型采用常闭接点CTR2与常开接点RYD2并联，再与接触器CPW的线圈串联，然后接到电源上的电路设计，实现了仅当短路接触器CTR状态正常时才能上电的保护功能。
初级整流系统2和软启动部分3由三相整流桥、限流电阻R1、滤波电容E1、E2、短路接触器CTR、供电继电器RYA、控制继电器RYD、单相整流桥、充电电阻R2、充放电电容E3和放电电阻R3组成。其中供电继电器RYA的线圈与接触器CPW的线圈并联，整流桥与充电电阻R2相连，充电电阻R2与充放电电容E3相连，放电电阻R3与常闭接点RYA2相连，与充放电电容E3并联，与控制继电器RYD的线圈并联，控制继电器RYD的线圈与常开接点RYA1相连，常开接点RYD1与短路接触器CTR的线圈相连，常开接点CTR1与限流电阻并联，两端分别与整流桥正端和滤波电容E1相连，滤波电容E1和E2串联，然后连接到母线上。市电经三相整流桥后，输出脉动直流，进入限流电阻R1和常开接点CTR1组成的并联回路，初始上电时，常开接点CTR1开路，电流经限流电阻R1向滤波电容E1、E2充电，与此同时，供电继电器RYA线圈上电，常开节点RYA1和RYA2闭合，电源通过单相整流桥后，经充电电阻R2向充放电电容E3充电，一段很短的时间后，E3上电压达到控制继电器RYD线圈的阈值，常开接点RYD1闭合，使短路接触器CTR线圈上电，常开接点CTR1闭合，市电经三相整流桥后，直接向滤波电容E1、E2充电，这种设计不仅抑制了刚接通电源时涌浪电流对三相整流桥、滤波电容和功率开关管等器件的冲击，而且通过及时短接限流电阻R1，减小了损耗。断电后，充放电电容E3经放电电阻R3放电，为下次启动做准备。
高频逆变系统4由逆变桥、谐振电容和高频高压变压器漏感组成。其中谐振电容C8的一端与开关管IGBT1的E极、开关管IGBT3的C极相连，另一端与高频高压变压器的原边相连，高频高压变压器漏感L1与开关管IGBT2的E极、开关管IGBT4的C极相连。逆变系统采用串联谐振工作方式，根据负载参数，设计谐振电容C8和高频高压变压器漏感L1参数，使得高频高压变压器开路和短路时，输出的电压都很小，因此回路具有固有的开路和短路保护功能。高频高压变压器5由铁心、绕在其上的初、次级线圈、电流互感器和高频高压分压器组成，其中初级线圈的匝数为几十匝，线径为毫米级，次级线圈的匝数为几百匝，线径为微米级，高频高压分压器与次级线圈并联，电流互感器穿在次级线圈回路中，可外接示波器观察输出电压和电流波形。
如图2所示本实施例中电源参数为输出电压20～50KV，频率达到100KHz，输出功率3KW，效率80％。
本实用新型的等离子体避雷器高频电源具有以下特点1、功率大输出功率可达数千瓦和几十千瓦。
2、频率高频率可在10～100KHz连续可调。
3、体积小(＜0.8m3)、重量轻。
4、响应快、运行稳定、安全可靠、寿命长具有固有开路和短路保护、软启动功能。
本实用新型可应用于等离子体避雷系统和臭氧发生器系统。
权利要求1.一种等离子体避雷器高频电源，其特征在于包括交流输入、初级整流系统、软启动部分、高频逆变系统和高频高压变压器；交流输入部分由开关[SW2]、熔断器[fuse1]、[fuse2]、[fuse3]、压敏电阻[R4]、[R5]、[R6]、接触器[CPW]、继电器常闭接点[CTR2]和继电器常开接点[RYD2]组成，其中常闭接点[CTR2]与常开接点[RYD2]并联，再与接触器[CPW]的线圈串联，然后接到电源上；初级整流系统由三相可控整流桥和滤波电容[E1]、[E2]组成，其中滤波电容[E1]和[E2]串联，然后连接到母线上；软启动部分由限流电阻[R1]、滤波电容[E1]、[E2]、短路接触器[CTR]、供电继电器[RYA]、控制继电器[RYD]、整流桥[BRIDGE1]、充电电阻[R2]、充放电电容[E3]和放电电阻[R3]组成；其中供电继电器[RYA]的线圈与接触器[CPW]的线圈并联，整流桥[BRIDGE1]充电电阻[R2]相连，充电电阻[R2]与充放电电容[E3]相连，放电电阻[R3]与常闭接点[RYA2]相连，与充放电电容[E3]并联，与控制继电器[RYD]的线圈并联，控制继电器[RYD]的线圈与常开接点[RTA1]相连，常开接点[RYD1]与短路接触器[CTR]的线圈相连，常开接点[CTR1]与限流电阻并联，两端分别与整流桥正端和滤波电容[E1]相连，滤波电容E1和E2串联，然后连接到母线上；高频逆变系统由逆变桥、谐振电容[C8]和高频高压变压器漏感[L1]组成；其中谐振电容[C8]的一端与开关管[lGBT1]的E极、开关管[IGBT3]的C极相连，另一端与高频高压变压器的原边相连，高频高压变压器漏感[L1]与开关管[IGBT2]的E极、开关管[IGBT4]的C极相连；高频高压变压器由铁心、绕在其上的初、次级线圈、电流互感器和高频高压分压器组成，高频高压分压器与次级线圈并联，电流互感器穿在次级线圈回路中。
2.按照权利要求1所述的高频电源，其特征在于所述的高频高压变压器的初级线圈的匝数为几十匝，线径为毫米级，次级线圈的匝数为几百匝，线径为微米级。
专利摘要一种等离子体避雷器高频电源，包括交流输入、初级整流系统、高频逆变系统和高频高压变压器，其特征在于具有软启动部分、串联谐振工作的逆变器和高频高压变压器。它引入了软关断技术，逆变器工作频率突破功率器件的开关频率上限20KHz，实现工作频率10～100KHz连续可调，逆变器具有固有短路保护能力，工作更加安全可靠，电源输出电压可达数千伏和数万伏以上，输出功率可达数千瓦和几十千瓦。
文档编号H02M5/00GK2657277SQ0326601
公开日2004年11月17日 申请日期2003年6月24日 优先权日2003年6月24日
发明者彭燕昌, 严萍, 舒立, 孙广生 申请人:中国科学院电工研究所