专利名称：高可靠高性能大功率等离子体电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及光机电一体化技术领域，更具体地说，涉及一种高可靠高性能大功率等离子体电源。
背景技术：
随着国民经济和社会的快速发展，我国面临着环境保护、资源再利用、以及节能减排等关键而迫切的科技问题。现阶段，我国的能源结构仍以煤为主，燃煤机组占我国5亿 KW发电装机容量的70%以上，绝大部分采用燃油点火和助燃都存在严重的环境污染问题。 国外研究表明，采用电弧等离子体点火技术代替传统的火电站锅炉燃油点火，煤粉与高温等离子充分混合时发生深度裂解迅速燃烧，煤中碳的燃净率提高3%左右，NOx排放减少3 倍，SO2排放量也明显减少。采用该技术清洁环保，除了为电厂节省高额的配套油库建设投资夕卜，还可以节约80 90%的点火成本。此外，全国工业固体废物产生量已超过10亿吨/ 年，其中工业危险废物约占5%，预计到2015年，全国工业企业的固体废物和危险废物的产生量将分别达到23. 1亿吨和0. 57亿吨。对危险废物一般采用直接填埋或堆放的方法，不仅占用大量土地，而且严重污染土壤、地下水和大气，破坏生存环境；而含有金属、非金属以及高分子聚合物等的混杂废物(如废旧线路板等电子垃圾)也正以每年数百万吨级的数量递增。在固体垃圾、危险废物以及金属与非金属混杂废物的无害化、减容和资源化回收处理等方面，强电弧等离子体技术表现出了安全、高效、无二次污染和广泛适用性，并且不会产生致癌的二恶英(Dioxin)。此外，在冶金(包括金属熔化与重熔、保温、新冶炼工艺过程)、 煤的清洁化以及表面涂覆、发动机点火、国防工业等方面，电弧等离子体技术相对于传统工艺在节能、减排、增效、环保等方面亦具有得天独厚的技术优势。而要实现强电弧等离子体技术的多种应用和全面推广，可靠性高、控制性能好的强电弧等离子体电源是其关键环节之一。
根据电弧理论以及强电弧等离子体的实际工艺情况，其电弧主要呈水平或上升的伏安特性，为保证电弧稳定以及防止出现双弧现象，一般采用陡降特性电源，能够100%负载持续率长时间高压、大电流工作，具备优异的可靠性和控制性能；由于电弧等离子体能量高达几百甚至几千KW，因此要求有很高的传递效率。传统的整流式电源可靠性好，但由于自身结构特点，需在回路串入较大的阻抗以获得所需的陡降特性，效率低，体积庞大，动特性不佳，需要附加感应器等复杂措施来实现对电弧的快速控制。而高频逆变电源虽然具有节能、省材以及控制性能好等优点，但大功率逆变式电源系统的工业应用还面临一个瓶颈问题，即随着功率的增强，因并联均流、温升、电磁干扰、复杂结构、寄生参数等因素造成的强能量传递的可靠性问题，在严酷的电弧等离子体大功率负载工作环境下，其可靠性问题尤其明显，已成为制约其推广应用的技术瓶颈。
软开关以及数字化控制技术对逆变电源可靠性的提高起到了积极的作用，成为研究的热点。在软开关拓扑结构方面，已经产生了以M. Marada为代表的用磁放大器、VPEC为代表的用励磁或者漏感、用谐振元件外加开关器件，或者辅助谐振换流的ASRC方式等软开关换流拓扑结构。这些软开关拓扑结构各有其特点，其中，移相软开关换流拓扑结构简单， 功率器件承受的电流电压低，比较适合强电弧等离子体的能量传递特点，但其回路漏感、励磁等参数、空载或者轻载情况下的软开关换流方法以及控制模式均还需要深入细致的研究。而数字化控制易于采用先进的控制方法和算法，系统灵活，控制电路元器件少，易于实现逆变电源的并联工作。但在实际应用当中还有一些问题需要解决，如控制输出电压分解能以及应对特性、时间延迟等。
电源系统具有非线性、开放性、非平衡性、混沌性、时变性、模糊性等特征，随着功率输出能力的不断增强，并联工作的模块越来越多，整个电源系统将不可避免的变得益发复杂，设计和调试的难度很大，强能量传递过程所面临的可靠性问题越来越突出。单纯从电源技术的角度来考虑和解决这些问题，在思路上将具有较大的局限性。生命科学研究表明， 生物系统的复杂程度要远远超过现代电源系统，但它却有着任何复杂的电源系统都无法比拟的可靠性。因此，基于仿生学的基本原理，通过研究和借鉴生物系统的某些可靠性机理并应用于系统的设计，有可能解决现代电源特别是复杂的大功率电弧等离子体电源系统所面临的可靠性问题。人体系统就是一种结构复杂而可靠性又很高的典型生物系统。研究表明，人体系统的可靠性机理有很多，包括冗余机制、控制递阶控制结构、自律以及分散控制、 自修复和自复制等。人体系统通过这些先进的组织结构和运行模式来实现能量高效、可靠的流动，对大功率逆变电源可靠性问题的解决具有重要的借鉴价值。
据检索，目前在大功率等离子体电源技术领域，还未见有采用基于仿生学原理的高可靠高性能大功率等离子体电源产品和技术的报道，也未检索到将软开关技术、ARM数字控制以及网络协同控制技术相结合，来实现兆瓦级大功率等离子体电源的技术产品。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种可靠性高、性能强的大功率等离子体电源。该电源的效率可高达94%，不仅节省制造材料、体积小巧、结构灵活， 而且其电磁兼容性好，响应速度快，工艺过程可实现多参数优化匹配，工艺质量高。本发明的高可靠高性能大功率等离子体电源特别适合于电子废弃物、固体垃圾等废物的资源化处理，煤的清洁化生产、金属冶炼与机械加工等行业的应用。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现一种高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于由计算机综合管理系统、系统控制器、功率电路、大功率滤波电抗和高频引弧器相互连接组成；所述计算机综合管理系统、系统控制器和功率电路通过具备同步和容错机制的CAN网络构成分层递阶的仿生控制结构；所述功率电路由在线工作模块和在线冗余模块构成；所述在线工作模块由N组结构相同的智能功率模块构成，所述在线冗余模块由M组结构相同的智能功率模块构成，其中，N和M均为自然数，N>M;所述功率电路的所有智能功率模块均通过具备同步和容错机制的CAN网络与系统控制器相连；所述系统控制器还与计算机综合管理系统相连，此外还与具备同步和容错机制的CAN网络、 负载和高频引弧器相连；所述功率电路的所有智能功率模块还分别连接380VAC供电网络和大功率滤波电抗；大功率滤波电抗还与高频引弧器相连；高频引弧器还与负载相连。
所述系统控制器由具有Cortex-M3内核的ARM微处理器最小系统、电流电压反馈采样电路、异常状态检测电路、供电模块、CAN接口电路、等离子体发生器运动控制系统以及5数字化人机交互系统相互连接构成。
所述系统控制器的数字化人机交互系统由ARM处理器、按键、LED显示管、数码管、 CPLD处理器和数字编码器相互连接构成。
所述系统控制器的ARM微处理器最小系统内置有基于UC/0S-II嵌入式平台、用于完成各智能功率模块网络协同控制的智能功率模块数字协同软件和CAN数字通信协议。
所述智能功率模块由逆变器电路和数字化控制器连接组成；所述逆变器电路由整流滤波模块、移相全桥软开关倍流整流逆变器依次连接组成；整流滤波模块以三相交流输入电源作为输入，移相全桥软开关倍流整流逆变器与大功率滤波电抗相连接；所述数字化控制器由ARM微控制器、数字面板、基于非神经超前机制的大功率驱动模块、欠压过压保护模块和具备非神经超前机制的采样反馈模块相互连接组成。
所述移相全桥软开关倍流整流逆变器由移相全桥零电压零电流变换电路和倍流整流滤波电路连接构成；所述移相全桥零电压零电流变换电路主要由功率开关管S1-S4、 反并联二极管D1-D4、分别对应功开关率管S1-S2的输出电容C1-C2、隔直电容Cb和饱和电感Ls连接组成；所述倍流整流滤波电路由功率变压器T1、倍流整流二极管D5-D6、两个等值电感L21-L22、电容C3和负载Ro连接组成。
所述数字化控制器的基于非神经超前机制的大功率驱动模块由用于做出非神经超前检测和保护动作的过热检测保护电路、过流/短路检测电路和欠压检测电路连接构成；所述过热检测保护电路由电阻R4-R6和R15、电容Cl以及热敏电阻R7和比较器U3连接构成；所述过流/短路检测电路由比较器U1、电阻R1-R3和Rce、电容Cce、电源VDC1-VDC2、 开关S以及二极管D3连接构成；所述欠压检测电路由稳压二极管ZD1-ZD2、二极管D1-D2、 电阻R8-R14、电容C2、三级管Q1-Q2以及比较器U2连接构成。
所述数字化控制器的ARM微控制器是指内置有基于UC/0S-II嵌入式平台、用于完成智能功率模块自我管理以及网络协同控制的数字化管理软件系统的ARM微控制器。
本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的原理如下
1、本发明采用N+M组智能功率模块通过CAN网络实现组网协同控制，N组智能功率模块为在线工作状态，M组智能功率模块处于在线实时冗余状态，在正常工作情况下，N组在线智能功率模块协同工作，完成预定的工艺参数输出，一旦某个或者某几个N组的在线智能功率模块出现故障，该故障模块的控制器通过CAN网络发送故障信息并自动退出工作状态，由M组中得某个或某几个在线冗余模块根据接收到的故障信息自动切入，转换为工作状态，替换N组当中出现故障的智能功率模块，确保整机能够不停机持续工作，并且可以实现在线更换和维修服务。系统控制器可以设定整机工作参数，显示工作状态参数，控制高频引弧器的工作；计算机综合管理系统可以对任一智能功率模块进行参数设定和工作状态管理，并能实现能源综合管理。由于等离子体弧负载工况极其恶劣，电磁干扰严重，为提高网络通讯的可靠性。
2、本发明采用了具备同步和容错机制的CAN网络；同时，由于等离子体电源的输出电压很高，功率电路的输出快速整流二极管经常因反向恢复效应导致的高压尖峰击穿而失效。
3、本发明采用了新型的移相全桥软开关倍流整流逆变器，包括IGBT，快速整流二极管等在内的功率器件均工作于软开关模式，不仅较好地解决了快速二极管失效问题，而且可大幅提高电能变换效率和逆变频率，减少电磁干扰。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果
1、可靠性更高。本发明采用了 “N+M”的智能冗余结构，通过高性能的CAN网络实现智能功率模块的协同工作，故障智能功率模块与在线冗余的智能模块可自动切换，能够实现不停机在线更换和维护；此外，由于采用了先进的移相全桥倍流整流逆变技术，所有功率器件工作于软开关状态，工作环境得到了极大改善。因此，整机具有更好的可靠性。
2、灵活性更好。由于本发明通过多个智能功率模块的协同来实现预定的功率输出，各个智能功率模块能够完成自我管理，只需要通过CAN网络接收或者发送工作信息，因此整机的结构非常灵活，可以实现分布式的管理；同时，通过智能功率模块的不同组合方式，可以输出各种需要的功率。
3、节能省材，效率更高。功率模块采用了先进的移相全桥倍流整流逆变技术，所有功率器件均工作于软开关状态，开关损耗更低，电能变换效率更高(高达94% )，节省 70-80%制造材料，电能消耗减少20-30%，电磁兼容性能更好，逆变频率可进一步提高；同时，相比于传统的全桥整流，在同等磁芯窗口面积、同等变比和同等温升的情况下，由于倍流整流技术的变压器次级只需一个绕组，使得初级的绕组线径可以增加，功率传递能力可增强30%以上，节省制造材料，降低应用成本。
4、工艺性能更好。全数字控制，使等离子体电源具有更好的一致性、动态性能和可扩展性；智能模块式结构，扩展性好，维修、升级以及综合能量管理容易，现场空间适应性更好；由于采用倍流整流，输出电压提高，适合等离子体电弧负载特点；两个输出电感的纹波电流可以实现对消，整个电源的输出纹波小，工艺特性更好。
图1是本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的总体结构图2是本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的智能功率模块结构图3是本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的智能功率模块的移相全桥软开关倍流整流逆变器的原理图4是本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的智能功率模块的数字化控制器的基于非神经超前机制的大功率驱动模块工作原理图5是本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的系统控制器原理结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实现方式并不限于此。
实施例
如图1所示，本发明高可靠高性能大功率等离子体电源由计算机综合管理系统 100、系统控制器200、具备同步和容错机制的CAN网络800、功率电路700、大功率滤波电抗 500、高频引弧器400相互连接组成；其中功率电路700由在线工作模块701和在线冗余模块702构成；在线工作模块701由N组结构相同的智能功率模块构成；在线冗余模块702由 M组结构相同的智能功率模块构成，其中，N和M均为自然数，N > M ；具备同步和容错机制的5/7页CAN网络800 —端与功率电路700的所有智能功率模块相连，一端与系统控制器200相连； 系统控制器200 —端与计算机综合管理系统100相连，此外还与具备同步和容错机制的CAN 网络800、负载300和高频引弧器400相连；功率电路700的所有智能功率模块还与380VAC 供电网络相连以提供电能，功率电路700的所有智能功率模块均与大功率滤波电抗500相连；大功率滤波电抗500还与高频引弧器400相连；高频引弧器400还与负载300相连；大功率滤波电抗500可根据实际工艺参数要求进行增删；高频引弧器400的工作状态由系统控制器200确定。
如图2所示，本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的智能功率模块主要由逆变器电路720和数字化控制器710相互连接组成；逆变器电路720由整流滤波模块7006、 移相全桥软开关倍流整流逆变器7007依次连接组成，整流滤波模块7006还与三相交流输入电源相连接，移相全桥软开关倍流整流逆变器7007还与大功率滤波电抗500相连接；数字化控制器710由ARM微控制器7001，数字面板7003，基于非神经超前机制的大功率驱动模块7004、欠压过压保护模块7002和具备非神经超前机制的采样反馈模块7005相互连接组成；ARM微控制器7001分别与CAN网络800，数字面板7003，基于非神经超前机制的大功率驱动模块7004、欠压过压保护模块7002、具备非神经超前机制的采样反馈模块7005相连接；基于非神经超前机制的大功率驱动模块7004还与移相全桥软开关倍流整流逆变器 7007相连接，欠压过压保护模块7002还与三相交流输入电源相连接，具备非神经超前机制的采样反馈模块7005还与移相全桥软开关倍流整流逆变器7007相连接；ARM微控制器 7001内置了基于UC/0S-II嵌入式平台的能够完成智能功率模块自我管理以及网络协同控制的数字化管理软件系统。
如图3所示，本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的智能功率模块的移相全桥软开关倍流整流逆变器，它主要由移相全桥零电压零电流变换电路和倍流整流滤波电路构成。其中，移相全桥零电压零电流变换电路主要由S1-S4，D1-D4，C1-C2，Cb, Ls组成， D1-D4分别为功率开关管S1-S4的反并联二极管，C1-C2分别对应功率管S1-S2的输出电容，Cb为隔直电容，Ls为饱和电感；倍流整流滤波电路由功率变压器Tl，倍流整流二极管 D5-D6，两个等值电感L21-L22，电容C3和负载Ro组成。DC为三相交流电经整流滤波模块 7006处理之后得到的直流电压输入。在移相全桥控制模式下，由于输出电容的存在，使得超前桥臂实现宽范围的零电压开通，而饱和电感Ls和变压器Tl漏感的存在，使得滞后桥臂实现零电流关断，而由于L22-L21的存在，使得倍流整流管D5-D6能够实现零电流关断，也就是所有功率器件均实现软开关，损耗大幅度降低，电磁干扰更小，逆变频率可以得到进一步的提高；同时，变压器的次级只需要一个绕组，相比于传统的全桥整流，在同等磁芯窗口面积、同等变比和同等温升情况下，初级绕组的线径可以增加，从而可以增强功率传递能力， 节省制造材料，降低应用成本；此外，采用倍流整流模式，输出电压可以升高，特别适合等离子体电源高电压大功率输出的要求；两个输出电感的纹波电流可以实现对消，从而减少输出纹波，可进一步改善等离子体工艺性能。
如图4所示，本发明的数字化控制器710的基于非神经超前机制的大功率驱动模块7004主要针对大功率开关管工作过程面临的短路、过流、驱动欠压以及过热等四种危险情况，采用了基于非神经超前响应的原理，即对这四种信号进行准确检测并根据检测结果直接控制驱动输出，并不需要再经过控制器的处理，类似于人体骨骼系统的响应机制，更为8快捷而有效。由电阻R4-R6和R15，电容Cl，以及热敏电阻R7和比较器U3构成过热检测保护电路，当温度发生变化时，R7的电阻值会随着改变，其上的分压也相应发生变化，当其电压超过R4上的电压时，比较器U4的同相和反向输入端信号大小发生改变，使得U4输出电平翻转。比较器U1，电阻R1-R3和Rce，电容Cce，电源VDC1-VDC2，开关S以及二极管D3构成了 IGBT过流/短路检测电路，其中Rg为驱动电阻。本发明充分利用功率开关管在出现短路或过流时，其工作区将退出饱和而使其集射极的电压Vce升高，使串联二极管D3电位升高，当超过门槛电压时，Ul翻转，使U4的输出电平翻转，使保护电路动作。由于在功率管开通初期，Vce值较高，如果此时保护电路动作会造成误关断，为此本发明非常巧妙的通过一个简单的盲区时间电路来解决该问题，它主要由开关S、电阻Rce，电容Cce来构成。当功率管关断时，S开通，电容Cce被VDCl充电到+15V，当IGBT开通时，S关断，Cce电容经Rce 放电，其两端的电压由+15V逐渐下降，使得在IGBT开通初期的参考电压高于检测电压，确保Ul在IGBT开通初期不会产生翻转，防止保护电路误动作。稳压二极管ZD1-ZD2，二极管 D1-D2，电阻R8-R14，电容C2，三极管Q1-Q2以及比较器U2构成欠压检测电路。其中，稳压二极管ZDl相当于驱动器内部稳压源，给欠压检测电路提供一个电压基准值。当驱动器的 DC/DC供电模块因某些原因导致输出的供电电压V+高于电压基准值的时候，Dl会导通，Ql 因正向电压驱动而开通，导致Q2的基极电压拉低到地而关断，因为Q2关断，使得D2正向导通，给U2的B端口输入电平信号高于A端口。如果V+低于基准电压值，基于上述同样原理， U2的输出电平会翻转，导致U4输出电平翻转，行使保护功能。
如图5所示，本发明高可靠高性能大功率等离子体电源的系统控制器200主要由具有Cortex-M3内核的ARM微处理器最小系统201，电流电压反馈采样电路202，异常状态检测电路203，供电模块205，CAN接口电路205，等离子体发生器运动控制系统206以及数字化人机交互系统207构成。数字化人机交互系统207主要由ARM处理器2071，按键2072， LED显示管2073，数码管2074，CPLD处理器2075，数字编码器2076构成。ARM微处理器最小系统201分别与电流电压反馈采样电路202，异常状态检测电路203，供电模块204，CAN 接口电路205，等离子体发生器运动控制系统206以及数字化人机交互系统207相连。供电模块204给系统控制器200供电。CPLD处理器2075分别与ARM处理器2071，LED显示管 2073，数码管2074，数字编码器2076相连；按键2072与ARM处理器2071相连。数字化人机交互系统207采用了 ARM+CPLD的双芯结构，较好了解决了因输入参数较多而需要较多引脚的难题，充分利用了 ARM的运算和数字化优势，同时也利用了 CPLD引脚多，逻辑运算能力强等优势。系统控制器200通过CAN接口电路205与具备同步和容错机制的CAN网络800 相连。系统控制器200的ARM微处理器最小系统201内置了基于UC/0S-II嵌入式平台的智能功率模块数字协同软件和CAN数字通信协议，能够通过CAN网络800与各智能功率模块进行实时协同控制，完成相应的工艺参数输出和相关运行任务。
本发明的上述实施例具有以下显著特征
1、本实施例首次通过CAN网络实现高可靠高性能大功率等离子体电源类似于人体组织特点的分层递阶的仿生控制结构，通过“N+M”个智能功率模块的协同组网工作实现要求的等离子体能量输出。由于N个在线功率模块和M个在线冗余模块可通过具备同步和容错机制的CAN网络实现智能切换，确保整机不因个别智能功率模块的故障而停机，并能实现不停机在线维护，解决了传统等离子体电源集中式控制所面临的可靠性以及功率增强等难题，大幅度提高了等离子体电源对高压强功率、长时间持续生产等严酷工艺环境的适应能力。
2、本实施例首次在高可靠高性能大功率等离子体电源中采用先进的移相全桥零电压零电流倍流整流逆变技术，不仅实现了所有功率器件的软开关，大幅度的提高了电能转换效率(高达94%以上)，而且改善了器件工作环境、提高系统可靠性，降低大功率等离子体电源的电磁干扰，提高电磁兼容能力。尤其重要的是，相比于传统的全桥整流，在同等磁芯窗口面积、同等变比和同等温升的情况下，功率传递能力可增强30%以上，进一步节省制造材料，降低应用成本；此外，采用倍流整流方式，更容易得到高的输出电压；而倍流整流的两个输出电感的纹波电流可实现对消，使得整个电源的输出纹波小，工艺特性更好，特别适合大功率等离子体技术应用领域。
3、本实施例将ARM数字化系统和CAN数字化网络控制相结合，实现了高可靠高性能大功率等离子体电源的全数字化控制，产品的一致性容易得到保障，控制更灵活，精度高，工艺性能好，同时结合“N+M”的智能功率模块，电源系统的扩展更为便利，可实现分布式管理，通过智能功率模块的不同组合方式，可以输出不同工艺所需要的功率或者工艺参数。 制造便利，规格扩展和产品组合灵活，对场地空间的适应性更好，利于产业化实施。
4、本实施例在智能功率模块之后接入大功率滤波电抗和高频引弧器，进一步改善了等离子体电源的工艺性能。大功率滤波电抗的引入，使得智能功率模块内的滤波电抗体积较小，智能功率模块的结构更为紧凑，同时整个电源的输出电流纹波较小，更为平滑，同时还可以根据实际的工艺情况随时调整或者选配相匹配的大功率电抗；而高频引弧器的加入，使得其引弧更为容易，工艺过程的可控性更好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于由计算机综合管理系统、系统控制器、功率电路、大功率滤波电抗和高频引弧器相互连接组成；所述计算机综合管理系统、系统控制器和功率电路通过具备同步和容错机制的CAN网络构成分层递阶的仿生控制结构；所述功率电路由在线工作模块和在线冗余模块构成；所述在线工作模块由N组结构相同的智能功率模块构成，所述在线冗余模块由M组结构相同的智能功率模块构成，其中， N和M均为自然数，N > M ；所述功率电路的所有智能功率模块均通过具备同步和容错机制的CAN网络与系统控制器相连；所述系统控制器还与计算机综合管理系统相连，此外还与具备同步和容错机制的CAN网络、负载和高频引弧器相连；所述功率电路的所有智能功率模块还分别连接380VAC供电网络和大功率滤波电抗；大功率滤波电抗还与高频引弧器相连；高频引弧器还与负载相连。
2.根据权利要求1所述的高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于所述系统控制器由具有CorteX-M3内核的ARM微处理器最小系统、电流电压反馈采样电路、异常状态检测电路、供电模块、CAN接口电路、等离子体发生器运动控制系统以及数字化人机交互系统相互连接构成。
3.根据权利要求2所述的高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于所述系统控制器的数字化人机交互系统由ARM处理器、按键、LED显示管、数码管、CPLD处理器和数字编码器相互连接构成。
4.根据权利要求2所述的高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于所述系统控制器的ARM微处理器最小系统内置有基于UC/0S-II嵌入式平台、用于完成各智能功率模块网络协同控制的智能功率模块数字协同软件和CAN数字通信协议。
5.根据权利要求1所述的高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于所述智能功率模块由逆变器电路和数字化控制器连接组成；所述逆变器电路由整流滤波模块、移相全桥软开关倍流整流逆变器依次连接组成；整流滤波模块以三相交流输入电源作为输入， 移相全桥软开关倍流整流逆变器与大功率滤波电抗相连接；所述数字化控制器由ARM微控制器、数字面板、基于非神经超前机制的大功率驱动模块、欠压过压保护模块和具备非神经超前机制的采样反馈模块相互连接组成。
6.根据权利要求5所述的高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于所述移相全桥软开关倍流整流逆变器由移相全桥零电压零电流变换电路和倍流整流滤波电路连接构成；所述移相全桥零电压零电流变换电路主要由功率开关管S1-S4、反并联二极管D1-D4、分别对应功开关率管S1-S2的输出电容C1-C2、隔直电容Cb和饱和电感Ls连接组成；所述倍流整流滤波电路由功率变压器Tl、倍流整流二极管D5-D6、两个等值电感 L21-L22、电容C3和负载Ro连接组成。
7.根据权利要求5所述的高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于所述数字化控制器的基于非神经超前机制的大功率驱动模块由用于做出非神经超前检测和保护动作的过热检测保护电路、过流/短路检测电路和欠压检测电路连接构成；所述过热检测保护电路由电阻R4-R6和R15、电容Cl以及热敏电阻R7和比较器U3连接构成；所述过流/短路检测电路由比较器U1、电阻R1-R3和Rce、电容Cce、电源VDC1-VDC2、开关S以及二极管 D3构成；所述欠压检测电路由稳压二极管ZD1-ZD2、二极管D1-D2、电阻R8-R14、电容C2、三级管Q1-Q2以及比较器U2连接构成。
8.根据权利要求5所述的高可靠高性能大功率等离子体电源，其特征在于所述数字化控制器的ARM微控制器是指内置有基于UC/0S-II嵌入式平台、用于完成智能功率模块自我管理以及网络协同控制的数字化管理软件系统的ARM微控制器。
全文摘要
本发明提供了一种高可靠高性能大功率等离子体电源，该电源由计算机综合管理系统、系统控制器、功率电路、大功率滤波电抗和高频引弧器相互连接组成；计算机综合管理系统、系统控制器和功率电路通过具备同步和容错机制的CAN网络构成分层递阶的仿生控制结构；所述功率电路由在线工作模块和在线冗余模块构成；所述在线工作模块由N组结构相同的智能功率模块构成，所述在线冗余模块由M组结构相同的智能功率模块构成，其中，N、M为自然数，N＞M。本发明具有可靠性更高、灵活性更好、节能省材、效率更高和工艺性能好等特点，并特别适合于电子废弃物、固体垃圾等废物的资源化处理、煤的清洁化生产、金属冶炼与机械加工等行业应用。
文档编号H02M7/537GK102520677SQ201110340350
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者佘欣仁, 唐少杰, 张芩, 王振民, 阙福恒 申请人:华南理工大学