直流电弧发生器布局结构的制作方法
专利名称:直流电弧发生器布局结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一个直流电弧发生器布局结构，除引线外的全部器件置于全封闭铝质箱体内部，从左往右排列，分作基础电源区、一级升压中等电压区和二级升压高电压区；基础电源设计成一个独立模块，加上金属屏蔽隔离罩后直接安装于铝质外壳内；一级升压电路和二级升压电路分作二个模块统一安装于绝缘支承板上，通过绝缘支承板再固定于铝质外壳底部，并在四周围留出足够的安全距离，这种模块结构方便安装与维修；相互间容易干扰的部件之间加铁质薄板隔离，以提高抗干扰能力；合理的布局可以使得大载流量的引线长度尽量短，将电磁辐射的能量降至最低，并具备良好的散热性能。
【专利说明】
直流电弧发生器布局结构
技术领域
[0001]本发明直流电弧发生器布局结构涉及的内容属于电子技术应用领域，提供了一种电路高低电压区域合理布置方案，并且能够在密闭型电磁屏蔽的条件下发挥尽量大的散热效果。
【背景技术】
[0002]电弧发生器是利用电子技术将输入电能转换成高电压，击穿分析电极之间的空间，使之局部产生极高的温度，同时发出耀眼亮光。用电弧激发原子发射光谱是光谱分析技术的应用之一，广泛应用于冶金、地质、环境、生物和食品等常见的样品检测分析领域。此夕卜，在溶液样品分析领域，电弧光源也被引入而与其它分析仪器联用。
[0003]电弧发生器可以分为交流电弧发生器和直流电弧发生器。交流电弧发生器通过工频变压器多级升压，由工频交流电压直接激发，其优点是变换过程少，电路结构简单。但交流电弧强度随交流电压的高低而变化，电弧能量稳定性较差，且工频升压变压器的体积较大，工作效率低下。直流电弧发生器是将电网交流电源或者化学电池的电压转换成所需要稳定直流电压，再通过电子技术产生激发电弧所需要的各种电压。直流电弧发生器中包含多个电压转换模块，有基础直流电压模块、一级可调整型升压模块、二级升压及电弧激励模块等，电压转换过程比较复杂，各个电路模块有各自的转换要求。通常直流电弧发生器工作在高电压、脉冲大电流状态，各电路模块之间容易相互干扰，处理不当会破坏各自的工作条件，严重时会损坏电子元件。
[0004]电弧是一个强电磁场激发源，容易对其它电器设备造成电磁干扰，因而常采用铝质壳体，将电弧发生器做成全屏蔽结构，同时又要具备很高绝缘能力，许多功率器件不能直接通过金属壳体散热，而是需要采用风冷方式散热，在外壳上开通风孔会损害屏蔽效果，应设计出良好的气流内循环模式。
[0005]因此，直流电弧发生器中各电路模块之间的合理布局十分重要，本实用新型针对于抗电磁干扰问题、功率器件散热问题等提出了一套合理布局方案。
【发明内容】
[0006]本实用新型直流电弧发生器布局结构提供了一个具有明确的高低电压分区模式，有良好的抗干扰性能和散热效果，从技术层面上看，具有以下特征:
[0007]采用全封闭铝质箱体，除引线外的全部器件置于箱体内部，分作基础电源区、一级升压中等电压区、二级升压高电压区，从左往右顺序排列，如附图1所示，电源进线置于箱体左后侧，高压引出线置于箱体右前侧，箱体左前侧放置电位器、开关等操作部件;基础电源设计成一个独立模块，加上金属屏蔽隔离罩后直接安装于铝质外壳内；一级升压电路和二级升压电路分作二个模块统一安装于绝缘支承板上，通过绝缘支承板再固定于铝质外壳底部，并在四周围留出足够的安全距离;一级升压变压器的线圈轴向水平安置，二级升压变压器的线圈轴向竖直安置，在一级升压电路模块的功率场效应管与继电器之间加装Z字形铁质薄板，铁质薄板上边盖住继电器上方空间；不便采用传导散热的功率器件集中置于绝缘支承板的中部，由绝缘支承板的后边缘中部竖立安装的风扇形成内循环气流完成风冷却。
[0008]所述的直流电弧发生器布局结构在壳体上仅保留电源进线和高压出线所需的孔洞，其它部位是导体全封闭形式。
[0009]所述的直流电弧发生器布局结构中安全距离是指高电压差导体之间的空间直线距离和爬电距离均不小于30mm。
[0010]所述的竖立安装的风扇采用6015直流轴流风扇，12V额定电压。
[0011]以高低电压分区为目的合理布局，可以使得器件之间引线长度尽量短，特别是大载流量的引线较短，将电磁辐射的能量降至最低。如附图1中脉冲变压器置于引弧储能电容和电弧激励储能电容之间，电弧电流的引线较短，并且避免了高电压部分的交叉走线，提高直流电弧发生器电气安全性。本实用新型的布局中，引弧所需能量流的路径呈现“Ω”形，电弧激励电流的路径呈现“一”字形，由两条不同的路径汇聚至输出电缆，承载大电流导线只有临近输出口的一小段，使得载流导线的电磁辐射量较小。
[0012]虽然电弧发生器的一级升压变压器磁场是封闭式的，但二级升压变压器磁场却是开放式的，其电磁辐射很强，是电弧发生器最强的干扰源，临近电路需要良好的抗干扰和电磁屏蔽措施。在本实用新型直流电弧发生器布局结构中，基础电源外加金属屏蔽隔离罩是为了防止基础电源受到二级升压变压器磁场的干扰;一级升压电路模块的功率场效应管与继电器之间加装Z字形铁质薄板并盖住继电器上方空间，也是为了防止基础电源低电压电路受到干扰;一级升压变压器的线圈轴向水平安置，二级升压变压器的线圈轴向竖直安置的方式，能够有效防止二级升压变压器的辐射磁场穿越一级升压变压器的任何一个绕组，消除两个变压器之间的磁耦合干扰。直流电弧发生器的外壳体采用铝质材料，利用金属铝的良好导电性，能够以电涡流形式阻挡内部脉冲电磁场向外辐射。
[0013]直流电弧发生器电路中多处采用了RC积分电路，在高电压、高频率、大电流条件下积分电阻功耗较大，需要采用风冷散热。将这些功率器件集中于绝缘支承板的中部，即一级升压模块和二级升压模块之间，处于同一个风道，用一个小功率风扇就可以将热量扩散至整个箱体，如图3所示，通过金属铝材料的良好导热性在整个箱体进行散热。
【附图说明】
[0014]附图1是直流电弧发生器箱体布局结构俯视图。
[0015]图中I是电源输入口和总电源开关，2是基础电源模块，3是外调节部件，4是一级升压模块，5是输出电极接线端，6是中压储能电容，7是功率电阻，8是中压储能电容，9是二级升压变压器，10是间隙放电器，11是高压储能电容，12是冷却风扇，13是高压绝缘承载板，14是全封闭铝质外壳。
[0016]附图2是直流电弧发生器一级升压模块布局结构俯视图。
[0017]图中15是电路板，16是能耗器件，17是激励场效应管，18是主滤波电容，19是电源输入接点，20是PffM模块，21是外部控制接口，22是铁质电磁隔离板，23是继电器，24是电弧激励电压输出口，25是限流电阻，26是升压变压器磁芯，27是升压变压器主副线圈，28是升压变压器高压包，29是高压整流堆。
[0018]附图3是直流电弧发生器散热气流分布示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的实施作进一步说明。
[0020]直流电弧发生器的电路分作两大部件独立安装:部件一是基础电源模块，提供150-200V直流电弧激励电压和+12V控制电路工作电压，可以从220V交流电网中获取，也可以由蓄电池转换而来，单独调试正确后置于屏蔽罩内，再装配到电弧发生器壳体中；部件二是安装在绝缘承载板上的一级升压电路、二级升压电路和电弧激励电路，可以将各部件在绝缘承载板上固定后再将绝缘承载板固定于电弧发生器壳体中，也可以先将绝缘承载板固定于电弧发生器壳体中，再逐一安装各部件。
[0021]直流电弧发生器的外壳由多块铝质板材拼接而成，铝板自身具有良好的抗高频电磁场辐射作用，为了有效阻止内部脉冲电磁场通过缝隙向外辐射，要求任意两块板材之间能够形成良好的电流回路。
[0022]为了提高整机的抗机械冲击强度，防止在强机械冲击下损坏电子部件，特别注意一级升压模块安装。绝缘承载板的厚度达到9mm以上，并采用金属隔离柱连接绝缘承载板与一级升压电路板，电路板的螺丝固定孔垫上橡胶垫后再用螺丝固定，实现柔性装配方式。一级升压变压器配上专用绝缘座套后固定于一级升压电路板上。
[0023]电弧激励引线中的一条带有高压电，其对应的接线柱先固定在绝缘板上后再安装于壳体前面板，并在周围留出1mm以上的安全距离。
【主权项】
1.直流电弧发生器布局结构，其结构特征在于:采用全封闭铝质箱体，除引线外的全部器件置于箱体内部，分作基础电源区、一级升压中等电压区、二级升压高电压区，从左往右顺序排列，电源进线置于箱体左后侧，高压引出线置于箱体右前侧，箱体左前侧放置电位器、开关等操作部件;基础电源设计成一个独立模块，加上金属屏蔽隔离罩后直接安装于铝质外壳内；一级升压电路和二级升压电路分作二个模块统一安装于绝缘支承板上，通过绝缘支承板再固定于铝质外壳底部，并在四周围留出足够的安全距离。2.根据权利要求1所述的直流电弧发生器布局结构，其特征是:安装于绝缘支承板上的一级升压电路和二级升压电路二个模块之间留出通风通道，由绝缘支承板的后边缘中部竖立安装的风扇形成内循环气流完成风冷却。
【文档编号】H02M1/44GK205725449SQ201620289437
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】叶继英, 陈庭勋
【申请人】浙江海洋学院
【专利摘要】本实用新型提供了一个直流电弧发生器布局结构，除引线外的全部器件置于全封闭铝质箱体内部，从左往右排列，分作基础电源区、一级升压中等电压区和二级升压高电压区；基础电源设计成一个独立模块，加上金属屏蔽隔离罩后直接安装于铝质外壳内；一级升压电路和二级升压电路分作二个模块统一安装于绝缘支承板上，通过绝缘支承板再固定于铝质外壳底部，并在四周围留出足够的安全距离，这种模块结构方便安装与维修；相互间容易干扰的部件之间加铁质薄板隔离，以提高抗干扰能力；合理的布局可以使得大载流量的引线长度尽量短，将电磁辐射的能量降至最低，并具备良好的散热性能。
【专利说明】
直流电弧发生器布局结构
技术领域
[0001]本发明直流电弧发生器布局结构涉及的内容属于电子技术应用领域，提供了一种电路高低电压区域合理布置方案，并且能够在密闭型电磁屏蔽的条件下发挥尽量大的散热效果。
【背景技术】
[0002]电弧发生器是利用电子技术将输入电能转换成高电压，击穿分析电极之间的空间，使之局部产生极高的温度，同时发出耀眼亮光。用电弧激发原子发射光谱是光谱分析技术的应用之一，广泛应用于冶金、地质、环境、生物和食品等常见的样品检测分析领域。此夕卜，在溶液样品分析领域，电弧光源也被引入而与其它分析仪器联用。
[0003]电弧发生器可以分为交流电弧发生器和直流电弧发生器。交流电弧发生器通过工频变压器多级升压，由工频交流电压直接激发，其优点是变换过程少，电路结构简单。但交流电弧强度随交流电压的高低而变化，电弧能量稳定性较差，且工频升压变压器的体积较大，工作效率低下。直流电弧发生器是将电网交流电源或者化学电池的电压转换成所需要稳定直流电压，再通过电子技术产生激发电弧所需要的各种电压。直流电弧发生器中包含多个电压转换模块，有基础直流电压模块、一级可调整型升压模块、二级升压及电弧激励模块等，电压转换过程比较复杂，各个电路模块有各自的转换要求。通常直流电弧发生器工作在高电压、脉冲大电流状态，各电路模块之间容易相互干扰，处理不当会破坏各自的工作条件，严重时会损坏电子元件。
[0004]电弧是一个强电磁场激发源，容易对其它电器设备造成电磁干扰，因而常采用铝质壳体，将电弧发生器做成全屏蔽结构，同时又要具备很高绝缘能力，许多功率器件不能直接通过金属壳体散热，而是需要采用风冷方式散热，在外壳上开通风孔会损害屏蔽效果，应设计出良好的气流内循环模式。
[0005]因此，直流电弧发生器中各电路模块之间的合理布局十分重要，本实用新型针对于抗电磁干扰问题、功率器件散热问题等提出了一套合理布局方案。
【发明内容】
[0006]本实用新型直流电弧发生器布局结构提供了一个具有明确的高低电压分区模式，有良好的抗干扰性能和散热效果，从技术层面上看，具有以下特征:
[0007]采用全封闭铝质箱体，除引线外的全部器件置于箱体内部，分作基础电源区、一级升压中等电压区、二级升压高电压区，从左往右顺序排列，如附图1所示，电源进线置于箱体左后侧，高压引出线置于箱体右前侧，箱体左前侧放置电位器、开关等操作部件;基础电源设计成一个独立模块，加上金属屏蔽隔离罩后直接安装于铝质外壳内；一级升压电路和二级升压电路分作二个模块统一安装于绝缘支承板上，通过绝缘支承板再固定于铝质外壳底部，并在四周围留出足够的安全距离;一级升压变压器的线圈轴向水平安置，二级升压变压器的线圈轴向竖直安置，在一级升压电路模块的功率场效应管与继电器之间加装Z字形铁质薄板，铁质薄板上边盖住继电器上方空间；不便采用传导散热的功率器件集中置于绝缘支承板的中部，由绝缘支承板的后边缘中部竖立安装的风扇形成内循环气流完成风冷却。
[0008]所述的直流电弧发生器布局结构在壳体上仅保留电源进线和高压出线所需的孔洞，其它部位是导体全封闭形式。
[0009]所述的直流电弧发生器布局结构中安全距离是指高电压差导体之间的空间直线距离和爬电距离均不小于30mm。
[0010]所述的竖立安装的风扇采用6015直流轴流风扇，12V额定电压。
[0011]以高低电压分区为目的合理布局，可以使得器件之间引线长度尽量短，特别是大载流量的引线较短，将电磁辐射的能量降至最低。如附图1中脉冲变压器置于引弧储能电容和电弧激励储能电容之间，电弧电流的引线较短，并且避免了高电压部分的交叉走线，提高直流电弧发生器电气安全性。本实用新型的布局中，引弧所需能量流的路径呈现“Ω”形，电弧激励电流的路径呈现“一”字形，由两条不同的路径汇聚至输出电缆，承载大电流导线只有临近输出口的一小段，使得载流导线的电磁辐射量较小。
[0012]虽然电弧发生器的一级升压变压器磁场是封闭式的，但二级升压变压器磁场却是开放式的，其电磁辐射很强，是电弧发生器最强的干扰源，临近电路需要良好的抗干扰和电磁屏蔽措施。在本实用新型直流电弧发生器布局结构中，基础电源外加金属屏蔽隔离罩是为了防止基础电源受到二级升压变压器磁场的干扰;一级升压电路模块的功率场效应管与继电器之间加装Z字形铁质薄板并盖住继电器上方空间，也是为了防止基础电源低电压电路受到干扰;一级升压变压器的线圈轴向水平安置，二级升压变压器的线圈轴向竖直安置的方式，能够有效防止二级升压变压器的辐射磁场穿越一级升压变压器的任何一个绕组，消除两个变压器之间的磁耦合干扰。直流电弧发生器的外壳体采用铝质材料，利用金属铝的良好导电性，能够以电涡流形式阻挡内部脉冲电磁场向外辐射。
[0013]直流电弧发生器电路中多处采用了RC积分电路，在高电压、高频率、大电流条件下积分电阻功耗较大，需要采用风冷散热。将这些功率器件集中于绝缘支承板的中部，即一级升压模块和二级升压模块之间，处于同一个风道，用一个小功率风扇就可以将热量扩散至整个箱体，如图3所示，通过金属铝材料的良好导热性在整个箱体进行散热。
【附图说明】
[0014]附图1是直流电弧发生器箱体布局结构俯视图。
[0015]图中I是电源输入口和总电源开关，2是基础电源模块，3是外调节部件，4是一级升压模块，5是输出电极接线端，6是中压储能电容，7是功率电阻，8是中压储能电容，9是二级升压变压器，10是间隙放电器，11是高压储能电容，12是冷却风扇，13是高压绝缘承载板，14是全封闭铝质外壳。
[0016]附图2是直流电弧发生器一级升压模块布局结构俯视图。
[0017]图中15是电路板，16是能耗器件，17是激励场效应管，18是主滤波电容，19是电源输入接点，20是PffM模块，21是外部控制接口，22是铁质电磁隔离板，23是继电器，24是电弧激励电压输出口，25是限流电阻，26是升压变压器磁芯，27是升压变压器主副线圈，28是升压变压器高压包，29是高压整流堆。
[0018]附图3是直流电弧发生器散热气流分布示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的实施作进一步说明。
[0020]直流电弧发生器的电路分作两大部件独立安装:部件一是基础电源模块，提供150-200V直流电弧激励电压和+12V控制电路工作电压，可以从220V交流电网中获取，也可以由蓄电池转换而来，单独调试正确后置于屏蔽罩内，再装配到电弧发生器壳体中；部件二是安装在绝缘承载板上的一级升压电路、二级升压电路和电弧激励电路，可以将各部件在绝缘承载板上固定后再将绝缘承载板固定于电弧发生器壳体中，也可以先将绝缘承载板固定于电弧发生器壳体中，再逐一安装各部件。
[0021]直流电弧发生器的外壳由多块铝质板材拼接而成，铝板自身具有良好的抗高频电磁场辐射作用，为了有效阻止内部脉冲电磁场通过缝隙向外辐射，要求任意两块板材之间能够形成良好的电流回路。
[0022]为了提高整机的抗机械冲击强度，防止在强机械冲击下损坏电子部件，特别注意一级升压模块安装。绝缘承载板的厚度达到9mm以上，并采用金属隔离柱连接绝缘承载板与一级升压电路板，电路板的螺丝固定孔垫上橡胶垫后再用螺丝固定，实现柔性装配方式。一级升压变压器配上专用绝缘座套后固定于一级升压电路板上。
[0023]电弧激励引线中的一条带有高压电，其对应的接线柱先固定在绝缘板上后再安装于壳体前面板，并在周围留出1mm以上的安全距离。
【主权项】
1.直流电弧发生器布局结构，其结构特征在于:采用全封闭铝质箱体，除引线外的全部器件置于箱体内部，分作基础电源区、一级升压中等电压区、二级升压高电压区，从左往右顺序排列，电源进线置于箱体左后侧，高压引出线置于箱体右前侧，箱体左前侧放置电位器、开关等操作部件;基础电源设计成一个独立模块，加上金属屏蔽隔离罩后直接安装于铝质外壳内；一级升压电路和二级升压电路分作二个模块统一安装于绝缘支承板上，通过绝缘支承板再固定于铝质外壳底部，并在四周围留出足够的安全距离。2.根据权利要求1所述的直流电弧发生器布局结构，其特征是:安装于绝缘支承板上的一级升压电路和二级升压电路二个模块之间留出通风通道，由绝缘支承板的后边缘中部竖立安装的风扇形成内循环气流完成风冷却。
【文档编号】H02M1/44GK205725449SQ201620289437
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】叶继英, 陈庭勋
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