脉冲高压发生电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种脉冲高压发生电路，包括交流电压源、整流模块、倍压模块以及负载模块；所述交流电压源通过整流模块整流后对倍压模块进行充电，到达指定电压峰值后，对负载模块放电。本发明提供的脉冲高压发生电路中的晶闸管体积小控制方便，电路易于制作，且成本较低；通过改变不同晶闸管的状态，改变电解电容的连接关系，并能够通过增加倍压模块满足不同等级的电压需求，通用性较强，并且每个晶闸管所需承受的电压不超过电网电压的幅值，电路稳定性更好。
【专利说明】
脉冲高压发生电路
技术领域
[0001]本发明涉及电力电子变换技术领域，具体地，涉及一种脉冲高压发生电路。
【背景技术】
[0002]易于实现高能化的高电压技术在污水处理过程中的应用已经相当成熟，在气水相间的混合系统中施加高压脉冲，气体产生电晕放电，电晕放电产生离子和高温的电子，电晕放电产生的臭氧对污水进行杀菌消毒，放电产生的紫外线对水滴起光化学处理的作用，它们的共同作用使得工业污水能够得到快速的净化。
[0003]传统的Marx脉冲高压发生电路电容并联充电，而后通过球隙的击穿实现电容串联放电，实现脉冲高压输出。这种方法能够产生高电压等级的脉冲电压，但由于球隙的体积较大必然装置的体积和质量较大，因此将这种装置在污水处理系统中广泛应用不太可能。
[0004]Ju-Won Baek等利用IGBT串联设计得到了一个马克思型高压脉冲发生器，每级均由IGBT、功率二极管、电感和电容组成，实现了 20kV/300A，脉宽为5微秒的瞬时脉冲输出。由于大电感较难绕制且的多级串联存在较多的技术难点，因此装置的制作较难；由于IGBT的价格较高，而要实现高压输出必须要串联较多倍压模块，导致装置的成本高，较难占据市场。
[0005]2013年电机工程学报的[快速晶闸管在纳秒脉冲高压发生器中的应用分析]这篇文章，通过直流电源给脉冲变压器T的原边串联电容Cl充电，然后原边电容Cl通过晶闸管SCR的导通形成新的回路，对脉冲变压器原边绕组放电，通过电磁耦合在副边电容C2上产生一个振荡高压。这种电路能够产生纳秒级的脉冲高压，但是由于用到了变压器导致体积较大，且需要考虑铁芯磁饱和等问题。
[0006]综合以上，对脉冲高压发生电路现有电路结构的分析发现，目前阶段仍然需要推出可模块化、体积小、价格低的新型整流电路，如今晶闸管的制作工艺已经相对成熟，控制简单且价格也较为低廉，将晶闸管运用到脉冲高压发生电路中便于制作和控制，且能够降低装置的成本，使其能够较为广泛的普及。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种脉冲高压发生电路。
[0008]根据本发明提供的脉冲高压发生电路，包括交流电压源、整流模块、倍压模块以及负载模块;所述交流电压源通过整流模块整流后对倍压模块进行充电，到达指定电压峰值后，对负载模块放电。
[0009]优选地，所述整流模块包括四个功率二极管Dl、二极管D2、二极管D3、二极管D4，交流电压源的一端分别连接至二极管Dl的正极、二极管D2的负极，所述交流电压源的另一端分别连接至二极管D3的正极、二极管D4的负极，且所述二极管D1、二极管D3的负极相连构成整流模块的正输出端并连接至倍压模块的正充电端;所述二极管D2、二极管D4的正极相连构成整流模块的负输出端并连接至倍压模块的负充电端。
[0010]优选地，所述倍压模块包括:若干个依次串联的倍压单元；
[0011]所述倍压单元包括:电容、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管，电容的正极分别连接至第一晶闸管、第三晶闸管的正极并构成倍压单元的正充电端；电容的负极连接至第一晶闸管的负极并构成倍压单元的负充电端;所述第一晶闸管的正极构成倍压单元的第一输出端;所述第三晶闸管的正极构成倍压单元的第二输出端。
[0012]优选地，多个倍压单元依次串联构成倍压模块，即上一级倍压单元的第一输出端连接下一级倍压单元的正充电端，上一级倍压单元的第二输出端连接下一级倍压单元的负充电端；
[0013]其中，末级倍压单元，包括:末级电容，所述末级电容的正极连接至上一级上一级倍压单元的第一输出端和连接至负载模块的一端，所述末级电容的负极连接至上一级倍压单元的第二输出端，负载模块的另一端连接至初级倍压模块的负充电端。
[0014]优选地，当电容处于充电状态时，倍压模块中的各个第三晶闸管处于截止状态，且各个第一晶闸管、第二晶闸管处于导通状态，倍压模块中的电容呈并联关系，交流电压源给倍压模块中的电容充电；
[0015]当电容处于放电状态时，倍压模块中的各个第三晶闸管处于导通状态，且各个第一晶闸管、第二晶闸管处于截止状态，倍压模块中的电容呈串联关系，倍压模块中的电容给负载模块提供脉冲高压。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0017]1、本发明提供的脉冲高压发生电路中的晶闸管体积小控制方便，电路易于制作，且成本较低;通过改变不同晶闸管的状态，改变电解电容的连接关系，整体电路结构紧凑，易于模块化加工。
[0018]2、本发明提供的脉冲高压发生电路能够通过增加倍压模块满足不同等级的电压需求，通用性较强，并且每个晶闸管所需承受的电压不超过电网电压的幅值，电路稳定性更好。
【附图说明】
[0019]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0020]图1为三级脉冲高压发生电路结构示意图；
[0021 ]图2为η级脉冲高压发生电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0023]根据本发明提供的脉冲高压发生电路，包括:交流电压源、整流模块、倍压模块以及负载模块;所述交流电压源通过整流模块整流后对倍压模块进行充电，到达指定电压峰值后，对负载模块放电。
[0024]所述整流模块包括四个功率二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，交流电压源的一端分别连接至二极管Dl的正极、二极管D2的负极，所述交流电压源的另一端分别连接至二极管D3的正极、二极管D4的负极，且所述二极管D1、二极管D3的负极相连构成整流模块的正输出端并连接至倍压模块的正充电端;所述二极管D2、二极管D4的正极相连构成整流模块的负输出端并连接至倍压模块的负充电端。
[0025]所述倍压模块包括:若干个依次串联的倍压单元；
[0026]所述倍压单元包括:电容(如图1中的Cl)、第一晶闸管(如图1中的TYl)、第二晶闸管(如图1中的TY3)、第三晶闸管(如图1中的TY5)，电容的正极分别连接至第一晶闸管、第三晶闸管的正极并构成倍压单元的正充电端；电容的负极连接至第一晶闸管的负极并构成倍压单元的负充电端;所述第一晶闸管的正极构成倍压单元的第一输出端;所述第三晶闸管的正极构成倍压单元的第二输出端。
[0027]多个倍压单元依次串联构成倍压模块，即上一级倍压单元的第一输出端连接下一级倍压单元的正充电端，上一级倍压单元的第二输出端连接下一级倍压单元的负充电端；
[0028]其中，末级倍压单元，包括:末级电容，所述末级电容的正极连接至上一级上一级倍压单元的第一输出端和连接至负载模块的一端，所述末级电容的负极连接至上一级倍压单元的第二输出端，负载模块的另一端连接至初级倍压模块的负充电端。
[0029]当电容处于充电状态时，倍压模块中的各个第三晶闸管处于截止状态，且各个第一晶闸管、第二晶闸管处于导通状态，倍压模块中的电容呈并联关系，交流电压源给倍压模块中的电容充电；
[0030]当电容处于放电状态时，倍压模块中的各个第三晶闸管处于导通状态，且各个第一晶闸管、第二晶闸管处于截止状态，倍压模块中的电容呈串联关系，倍压模块中的电容给负载模块提供脉冲高压。
[0031 ]具体地，如图1所示，图中的脉冲高压发生电路，包括功率二极管Dl?D4、晶闸管TYl?TY7、电解电容Cl?C3、负载电阻RL，其中:
[0032]功率二极管Dl的负极与功率二极管D3的负极相连后，形成直流回路正极，并与晶闸管TYl和TY5的正极、电解电容Cl的正极相连；
[0033]功率二极管D2的正极与功率二极管D4的正极相连后，形成直流回路负极，并与晶闸管TY3的负极、负载电阻的一端、电解电容Cl负极相连；
[0034]晶闸管TYl的负极与电解电容C2的正极、晶闸管TY2和TY6的正极相连；
[0035]晶闸管TY3的正极与晶闸管TY5的负极、电解电容C2的负极、晶闸管TY4的负极相连；
[0036]晶闸管TY2的负极与晶闸管TY7的正极、电解电容C3的正极、负载电阻RL的另一端相连；
[0037]晶闸管TY4的正极与、晶闸管TY6的负极、电解电容C3的负极相连。
[0038]本实例中上述各个元器件的选型:
[0039]供电电源:单相交流电源220V;
[0040]负载功率:2.5kW，
[0041]功率二极管(Dl?04):600￥，254/100°(:，01—04构成单相二极管整流桥；
[0042]电解电容(Cl?C3):400V，3300yF，插件，用于储能与倍压；
[0043]晶闸管(TYl?了￥7):600￥，254/100°(:，用于控制电解电容(:1?03充电储能和脉冲高压输出的电路切换；
[0044]负载电阻(RL):100k Ω/100°C，10W，放电时，负载电阻RL与电解电容Cl?C3形成串联回路，获得脉冲高压输入以及消耗电路中储存的能量；
[0045]所述四个功率二极管Dl?D4构成整流桥，整个电路具体工作时:
[0046]单相交流电源接通后，开通晶闸管TYl?TY4，功率二极管Dl?D4构成的整流桥对电解电容Cl?C3整流充电，当电解电容Cl?C3的电压上升至网压峰值时，充电完成后流过晶闸管TYl?TY4的电流降为零，晶闸管关断；开通晶闸管TY5?TY7，电解电容Cl、晶闸管TY5、电解电容C2、晶闸管TY6、电解电容C3、晶闸管TY7形成串联，给负载电阻RL提供三倍于输入电压峰值的脉冲高压。
[0047]η级脉冲高压发生电路的工作原理与三级脉冲高压发生电路的工作原理基本一致。
[0048]本发明可以应用于电除尘设备，臭氧发生器等一系列需要脉冲高压的领域，能够同时实现单相整流和脉冲高压输出的功能，具有晶闸管所需承受的电压低、控制简单、价格低、可生成高幅值脉冲电压等优点。
[0049]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
【主权项】
1.一种脉冲高压发生电路，其特征在于，包括交流电压源、整流模块、倍压模块以及负载模块;所述交流电压源通过整流模块整流后对倍压模块进行充电，到达指定电压峰值后，对负载模块放电。2.根据权利要求1所述的脉冲高压发生电路，其特征在于，所述整流模块包括四个功率二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，交流电压源的一端分别连接至二极管Dl的正极、二极管D2的负极，所述交流电压源的另一端分别连接至二极管D3的正极、二极管D4的负极，且所述二极管D1、二极管D3的负极相连构成整流模块的正输出端并连接至倍压模块的正充电端;所述二极管D2、二极管D4的正极相连构成整流模块的负输出端并连接至倍压模块的负充电端。3.根据权利要求1所述的脉冲高压发生电路，其特征在于，所述倍压模块包括:若干个依次串联的倍压单元； 所述倍压单元包括:电容、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管，电容的正极分别连接至第一晶闸管、第三晶闸管的正极并构成倍压单元的正充电端；电容的负极连接至第一晶闸管的负极并构成倍压单元的负充电端;所述第一晶闸管的正极构成倍压单元的第一输出端;所述第三晶闸管的正极构成倍压单元的第二输出端。4.根据权利要求3所述的脉冲高压发生电路，其特征在于，多个倍压单元依次串联构成倍压模块，即上一级倍压单元的第一输出端连接下一级倍压单元的正充电端，上一级倍压单元的第二输出端连接下一级倍压单元的负充电端； 其中，末级倍压单元，包括:末级电容，所述末级电容的正极连接至上一级上一级倍压单元的第一输出端和连接至负载模块的一端，所述末级电容的负极连接至上一级倍压单元的第二输出端，负载模块的另一端连接至初级倍压模块的负充电端。5.根据权利要求4所述的脉冲高压发生电路，其特征在于，当电容处于充电状态时，倍压模块中的各个第三晶闸管处于截止状态，且各个第一晶闸管、第二晶闸管处于导通状态，倍压模块中的电容呈并联关系，交流电压源给倍压模块中的电容充电； 当电容处于放电状态时，倍压模块中的各个第三晶闸管处于导通状态，且各个第一晶闸管、第二晶闸管处于截止状态，倍压模块中的电容呈串联关系，倍压模块中的电容给负载模块提供脉冲高压。
【文档编号】H02M9/06GK105846709SQ201610298294
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】刘鑫, 刘晨蕾, 王天风, 邢凯鹏, 董娅韵, 杨喜军, 唐厚君
【申请人】上海交通大学