一种脉冲电压优化的脉冲电源电路的制作方法

本发明涉及环保设备技术领域，特别地，涉及一种脉冲电压优化的脉冲电源电路。

背景技术：

随着中国工业化进程的快速发展，环境污染也日益加重。进入21世纪后，国家对日益严重的大气污染问题提高重视，相应出台各类大气排放标准。传统静电除尘设备已经不能满足现有的排放标准，静电除尘器的革新成为必然。其中高压电源系统是影响静电除尘器工作效果的关键。由于传统的工频电源和高频电源均属于恒流电源，高比阻及细微粒粉尘易引发反电晕和二次扬尘，损坏静电除尘器。

国内外提出了几种脉冲电源系统，例如：GEESI设计的通用电气宽脉冲系统，但是此类脉冲电源系统都存在不能对脉冲电压、脉冲宽度、脉冲重复频率单次的独立调节，同时存在火花率不受控制的缺陷，影响了静电除尘器的除尘效果。由丹麦Smith公司提出的四代脉冲电源系统可以对脉冲波形进行调节，但是存在不能优化脉冲波形，造成电压拖尾、直流电压叠加，脉冲震荡的问题，会严重影响脉冲电源的除尘效果及运行稳定性。因此，对输出电压可调节的新型静电除尘用脉冲电源电路的研究及其脉冲高压波形的优化尤为重要。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，能够缓减脉冲电源电压拖尾、直流电压叠加，脉冲震荡的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，包括：

第一直流电源V_PS和第二直流电源V_DC；

第一直流电源V_PS负极与地相连，正极与第一耦合电感Lps相连；第二直流电源V_DC正极与地相连，负极与第二耦合电感Ldc相连；

第一耦合电感Lps和第二耦合电感Ldc输出电压加载在耦合电容C1两端；

第一耦合电感Lps另一端连接第一谐振电感Lr，第一谐振电感Lr另一端与晶闸管及反并二极管SCR1连接，SCR1另一端与大地相连；

第二耦合电感Ldc另一端与保护绕阻coil相连，保护绕阻coil与除尘器腔体DCP相连，除尘器腔体另一端与大地相连；

第三耦合电感Lm串联谐振电容Cmr，串联第二谐振电感Lmr，串联阻尼电阻Rm，串联GTO双向开关GTO1。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一耦合电感Lps、第二耦合电感Ldc、第三耦合电感Lm均为三抽头耦合电感。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，当晶闸管及反并二极管SCR1与GTO双向开关GTO1同为关闭时，由第二直流电源V_DC供电，通过第二耦合电感Ldc经过保护绕组coil给除尘器腔体DCP供电，供电电压为直流负极性高电压。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，晶闸管及反并二极管SCR1开通后，除尘器腔体DCP与第一谐振电感Lr、晶闸管开关及反并二极管SCR1构成谐振网络，在除尘器腔体DCP产生负极性脉冲高压，谐振完成后，二极管过零自动关断。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，谐振完成后，GTO双向开关GTO1开通；第一耦合电感Lps、第二耦合电感Ldc第三耦合电感Lm与第二谐振电感Lmr、GTO双向开关GTO1、阻尼电阻Rm、谐振电容Cm构成新的谐振网络，使第二耦合电感Ldc内能量转移消耗在阻尼电阻Rm上；同时第二直流电源V_DC通过新谐振网络给除尘器腔体DCP供电，使第一次谐振产生的负极性脉冲高压波形迅速恢复谐振前的直流负极性高压状态。

本发明的实施例提供一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，采用新型的脉冲电源拓扑，通过一次谐振产生脉冲高压波形，实现脉冲高压利于除尘；通过二次谐振，改善由一次谐振产生脉冲高压波形，减小脉冲电压波形震荡及电压拖尾，提高除尘效率及电源电路稳定性；二次谐振由三抽头耦合电感耦合完成，二次谐振可通过耦合电感，工作在低电压状态，减小开关管电压应力，提高其可靠性，控制方便，安全高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种脉冲电压优化的脉冲电源电路结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，晶闸管及反并二极管SCR1与GTO双向开关GTO1同为关闭时，电路直流工作状态示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，晶闸管及反并二极管SCR1开通后到谐振结束工作示意图；

图4为本发明实施例1提供的一种脉冲电压优化的脉冲电源电路中，脉冲电源负载电压电流理想波形图；

图5为本发明实施例1提供的一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，GTO双向开关GTO1开通到晶闸管及反并二极管SCR1再次开通前工作示意图；

图6为现有技术中，传统脉冲电源的负载电压波形图；

图7为本发明实施例1提供的一种脉冲电压优化的脉冲电源电路中，脉冲电源的负载电压波形图；

图8为本发明实施例1提供的一种脉冲电压优化的脉冲电源电路中，脉冲电源的三抽头耦合电感第三耦合电感副边谐振电流波形图；

图9为本发明实施例1提供的一种脉冲电压优化的脉冲电源电路中，所用开关器件SCR驱动信号波形及GTO驱动信号波形图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本发明的实施例提供一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，能够缓减脉冲电源电压拖尾、直流电压叠加，脉冲震荡等问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，如图1所示，包括：

第一直流电源V_PS和第二直流电源V_DC；

第一直流电源V_PS负极与地相连，正极与第一耦合电感Lps相连；第二直流电源V_DC正极与地相连，负极与第二耦合电感Ldc相连；

第一耦合电感Lps和第二耦合电感Ldc输出电压加载在耦合电容C1两端；

第一耦合电感Lps另一端连接第一谐振电感Lr，第一谐振电感Lr另一端与晶闸管及反并二极管SCR1连接，SCR1另一端与大地相连；

第二耦合电感Ldc另一端与保护绕阻coil相连，保护绕阻coil与除尘器腔体DCP相连，除尘器腔体另一端与大地相连；

第三耦合电感Lm串联谐振电容Cmr，串联第二谐振电感Lmr，串联阻尼电阻Rm，串联GTO双向开关GTO1。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一耦合电感Lps、第二耦合电感Ldc、第三耦合电感Lm均为三抽头耦合电感。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，如图2所示(其中，加粗线段表示电路的模态，即当前电路在工作的部分)，当晶闸管及反并二极管SCR1与GTO双向开关GTO1同为关闭时，由第二直流电源VDC供电，通过第二耦合电感Ldc经过保护绕组coil给除尘器腔体DCP供电，供电电压为直流负极性高电压。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，如图3(其中，加粗线段表示电路的模态，即当前电路在工作的部分)所示，晶闸管及反并二极管SCR1开通后，除尘器腔体DCP与第一谐振电感Lr、晶闸管开关及反并二极管SCR1构成谐振网络，在除尘器腔体DCP产生负极性脉冲高压，谐振完成后，二极管过零自动关断。

如图4所示，一次谐振网络谐振，在除尘器腔体DCP产生的电压电流波形，理想状态如图4所示，理想状态忽略了一次谐振网络的线路阻尼、开关器件阻尼、谐振电感(Lr)上的阻尼，同时认为耦合电感(Ldc、Lps)在谐振时，无电压电流变化。而实际电路却不能忽略这些要素。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，如图5所示(其中，加粗线段表示电路的模态，即当前电路在工作的部分)，谐振完成后，GTO双向开关GTO1开通；第一耦合电感Lps、第二耦合电感Ldc第三耦合电感Lm与第二谐振电感Lmr、GTO双向开关GTO1、阻尼电阻Rm、谐振电容Cm构成新的谐振网络，使第二耦合电感Ldc内能量转移消耗在阻尼电阻Rm上；除尘器腔体DCP由第二直流电源V_DC通过新谐振网络供电，以便于第一次谐振产生的负极性脉冲高压波形恢复谐振前的直流负极性高压状态。

图6所示是传统脉冲电源的负载电压波形图。传统脉冲电源在除尘器腔体DCP上产生的电压波形，由于实际系统的线路阻尼及开关管阻尼不可避免及耦合电感电压电流等要素，传统脉冲电源电压波形存在震荡及拖尾现象。负载电压波形有12％左右的超调，同时负载电压震荡衰减，持续10—50倍脉冲周期，电压震荡会引起除尘器不稳定，电压拖尾限制了脉冲重复频率最值，使得脉冲除尘器在重载下难以达到排放标准，改进势在必行。

如图7所示，为本发明提出新型带脉冲电压优化的脉冲电源电路的负载电压波形图，如图9脉冲电源系统所用开关器件SCR驱动信号波形及GTO驱动信号波形图所示，通过合理控制晶闸管及反并二极管(SCR1)、GTO双向开关(GTO1开通关断，使得负载电压波形超调可控在1％内，电压拖尾可控在小于脉冲周期。同时，如图8所示，为三抽头耦合电感第三耦合电感(Lm)两端的谐振电流波形，通过耦合电感可以将高压侧的能量转移到低压侧通过谐振消耗掉，耦合电感的设计可以减小开关管电压应力，更易于控制实现，提高系统稳定性。本发明提出的新型带脉冲电压优化的脉冲电源电路针对传统高压脉冲电路负载电压波形存在震荡及拖尾现象，使得该问题得到较好解决。

本发明的实施例提供一种脉冲电压优化的脉冲电源电路，采用新型的脉冲电源拓扑，通过一次谐振产生脉冲高压波形，实现脉冲高压利于除尘；通过二次谐振，改善由一次谐振产生脉冲高压波形，减小脉冲电压波形震荡及电压拖尾，提高除尘效率及电源电路稳定性；二次谐振由三抽头耦合电感耦合完成，二次谐振可通过耦合电感，工作在低电压状态，减小开关管电压应力，提高其可靠性，控制方便，安全高效。

本发明的实施例提供一种脉冲电压优化的脉冲电源电路通过直流叠加脉冲的方式，提高了除尘效率，提高了电源利用率，实现节能减排，同时提出新的优化电路设计，优化了负载电压波形，使得除尘效率进一步提高，应用范围更广。该种新型带脉冲电压优化的脉冲电源电路在新的大气排放标准下将有广阔的市场应用前景。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。