高压等离子体电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种等离子电源，具体涉及一种高压等离子体电源，属于等离子技术应用领域。
【背景技术】
[0002]本发明所涉及的低温等离子电源适用于DBD介质阻挡放电、线筒式电晕放电以及去除烟气颗粒的线筒式荷电放电。适用于工业废气处理的介质阻挡放电通道通常有平板式DBD通道，同轴圆管式DK)通道及圆管排列式DBD通道这三种结构形式，介质材料由陶瓷或石英材料制作，形状可以为片材或空心管，导电电极则为铝粉或镁粉填充物;适用于工业废气处理的线筒式电晕放电由同心的金属材料制成，其中高压电极可以为曲率半径较小的钼丝、金丝或合金丝，也可以为带有尖刺的金属棒，接地极是金属空心管。适用于工业废气处理中的线筒式荷电通道结构与线筒式电晕放电通道结构类似。高频高压电源使通道内的气体发生电离，激发出高能电子，高能电子和废气分子发生非弹性碰撞，当其能量大于废气分子的化学键能时使污染物分解，同时非弹性碰撞也产生大量正负离子、激发态离子和自由基，它们和废气分子进行反应也能够分解污染物。使用低温等离子体处理方法具有效率高，能耗低，使用范围广，操作简便等优点，因此，利用等离子体技术处理环境中有毒物质或难以降解物质，正从实验室走向市场，等离子技术将逐步发展成为一个新的高技术产业。目前，使用低温等离子体处理有毒物质或难以降解物质的技术还有待提高，等离子反应器(发生器)的选择，匹配和优化，反应机理等方面需要进一步研究。需要处理的气体种类，流量，浓度，温度等参数与电极结构，电源特性之间的关系共同决定了废气处理的效果。可见，反应器的结构，电源特性是低温等离子体技术的关键。国内已商品化生产的大功率等离子体放电电源，有的使用微秒或纳秒窄脉冲电源，其驱动电路成本偏高，性价比不利于市场化，也有使用单相IGBT驱动的半桥硬开关结构，电源的功率效率较低，故障率高，不适合大批量使用，难于满足中大功率工业废气处理需求。
【发明内容】
[0003]为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种高压等离子体电源，该技术方案适用于各种电晕放电和各种介质阻挡放电(DBD)发生器使用。该技术方案采用一种全桥软开关闭环结构，利用LC电压串联谐振电路，使流过开关管的电流变为正弦波而不是方波，调理好LC参数使开关管在正弦电流过零时导通或关断，从而大大减低功率器件IGBT模块的开关损耗。这种软开关技术适合于高压低电流型大功率开关电源，能使得开关损耗大大降低，电源效率大幅提高，同时，器件损耗小，发热量小，简化了通风设计，实现了设备的小型化，可靠性相应提尚。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种高压等离子体电源，其特征在于，所述等离子电源包括三相半控整流电路、延时启动电路，滤波储能电路、全桥电路、LC串联谐振电路、倍压整流电路、功率调节电路、反馈控制电路、变频电路、IGBT全桥驱动电路、报警电路。所述三相半控整流电路通过全桥电路、LC串联谐振电路连接高压变压器，所述功率调节电路和反馈控制电路连接反馈控制电路，所述反馈控制电路通过变频电路连接全桥驱动电路。
[0005]作为本发明的一种改进，所述三相半控整流电路由半控整流桥BRl，控制由电阻Rl?6，电容Cll，C18?20，二极管Dl及接插件H18连接至辅助电源共同完成。
[0006]作为本发明的一种改进，所述延时启动电路由二极管D2，D10，D11，电阻Rll?14组成。延时启动由辅助电源产生，延时期间，三相交流电源通过Rll?14对储能电容缓慢充电。其作用是避免启动瞬时电流过大，造成三相交流电力干扰。
[0007]作为本发明的一种改进，所述滤波储能电路由电容C24?31，电阻R24，R26组成，电阻R24，R26为储能电容提供能量卸放回路。
[0008]作为本发明的一种改进，所述全桥电路由两个IGBT模块Q19，Q20组成全桥电路，瞬态吸收二极管23~26和(:16，(:17，022，023组成1681'模块保护电路。1?30，1?15，1?113，1?20，1?32，尺8，1?114，1?17为栅极串联电阻，1?10，1?19，1?16，1?22为栅极并联电阻，所述电阻为1681'驱动电路的一部分，为减小开关时间和损耗，设计时尽量靠近IGBT模块。
[0009]作为本发明的一种改进，所述LC串联谐振电路由LI ,Cl?5以及高压变压器Tl漏感组成。
[0010]作为本发明的一种改进，所述倍压整流电路由高压电容CHl，CH2，高压硅堆DHl组成，采用倍压后，输出电压升高一倍。倍压整流电路在电晕放电的反应器中使用，介质阻挡放电(DBD)的反应器工作频率低，可以省略倍压整流电路。
[0011]作为本发明的一种改进，所述功率调节电路由可调电位器W4及电阻R46，R78，R79，C47组成，功率调节作为给定输入参数，作为反馈调节的参考点。
[0012]作为本发明的一种改进，所述反馈控制电路是指在给定的功率条件下，通过控制输出电压或输出电流实现稳定的功率输出。根据处理废气污染物的浓度及流量不同，选取不同的反馈形式。本发明包括电流反馈和电压反馈，U4B及电阻R40，R42，C22经R39送到功率调节电路的反相输入端，形成反馈信号。
[0013]所述电流反馈包括:电流互感器CSSl采样高压变压器输入端原边的交流工作电流，采样包括全波整流电路以及滤波、额定电阻负载，其中二极管D4，D5，D8，D9组成全波整流电路，电容C48，R50组成滤波，R54为额定负载。采样电流幅值较小，再经过R39，C35滤去杂波，再送到运放U3A及R42，R43，C34，将小电流信号放大。经过采样电路后，形成与变压器原边的工作电流变化相对应的电流信号PC。所述电压反馈包括:HlO来自高压变压器辅助绕组，形成与输出电压成比例的电压信号，采样包括全波整流电路以及滤波，其中D16，D17，D20，D21组成全波整流电路，R96为额定负载，C95滤波，R84，R86，C74组成分压取样，再经UlA电压跟随，形成与变压器原边的工作电压变化相对应的电流信号PV。
[0014]作为本发明的一种改进，所述变频电路包括D23，UlO，C51，R60，R63。
[0015]作为本发明的一种改进，所述IGBT全桥驱动电路由U4~U7组成。驱动电路的供电采用DCDC隔离电源模块，功率大，能提供足够高的正负栅压。驱动信号传输采用高绝缘等级的高速光耦电路，传输时间小，电隔离保证了大功率条件下，IGBT不受电路波动影响。栅极串联电阻和并联电阻的合理选择有利于减小开关时间和减小开关损耗。
[0016]作为本发明的一种改进，所述报警电路共5路: 1.过流报警OPC，来自CSSl的电流采样值送电压比较器U2A的反相端，可调电位器Wl调节过流值并送电压比较器U2A同相端，比较结果通过U9B输出；
2.欠压报警LV，来自HlO的电压采样值送电压比较器UlB的同相端，可调电位器W6调节欠压值并送电压比较器UlB的反相端，比较结果通过U9E输出；
3.过压报警0V，来自HlO的电压采样值送电压比较器U2B的反相端，可调电位器W5调节过压值并送电压比较器U2B的同相端，比较结果通过U9D输出；
4.过温报警OT，来自温控开关H9的开关量信号直接输出；
5.风机报警FANST，H14，H15连接两台散热风机，只要某一台故障，D12或D13将输出高电平告警，告警信号通过U9C输出。
[0017]相对于现有技术，本发明的优点如下:
1)该技术方案解决了闭环控制，可提供电流反馈或电压反馈供选择，适应范围广。当输出端负载变化或输入电源电网波动时，通过检测电流电压瞬时变化量反馈到变频电路，从而迅速改变IGBT模块工作频率，使输出功率保持稳定；
2)该技术方案高压变压器输出端可按需要选用倍压整流技术，使输出电压提高一倍；
3)该技术方案使用LC串联谐振软开关电路，功率器件损耗小，发热量小，稳定性和可靠性得以提尚；
4)保护措施完备，工作安全可靠，通过半年多的现场试用，未发生任何质量问题；
5)该技术方案成本较低，便于推广应用。
【附图说明】
[0018]图1为全桥软开关主电路图；
图2为反馈控制与变频控制电路图；
图3为电压电流采样及告警电路图；
图4为启动电路，风机告警及过温告警电路图；
图5为整体框图。
【具体实施方式】
[0019]为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。
[0020]实施例:
参见图1-图5，一种高压等离子体电源，所述等离子电源包括三相半控整流电路、延时启动电路，滤波储能电路、全桥电路、LC串联谐振电路、倍压整流电路、功率调节电路、反馈控制电路、变频电路、IGBT全桥驱动电路、报警电路，所述三相半控整流电路通过全桥电路、LC串联谐振电路连接高压变压器，所述功率调节电路和反馈控制电路连接反馈控制电路，所述反馈控制电路通过变频电路连接全桥驱动电路。所述三相半控整流电路由半控整流桥BRl，控制由电阻Rl~6，电容Cl I，C18?20，二极管Dl及接插件H18连接至辅助电源共同完成。所述延时启动电路由二极管D2，DlO，Dl I，电阻Rl I?14组成。延时启动由辅助电源产生，延时期间，三相交流电源通过Rll?14对储能电容缓慢充电。其作用是避免启动瞬时电流过大，造成三相交流电力干扰。所述滤波储能电路由电容C24?31，电阻R24，R26组成，电阻R24，R26为储能电容提供能量卸放回路。所述全桥电路由两个IGBT模块Q19，Q20组成全桥电路，瞬态吸收二极管23~26和(:16，(:17，022，023组成1681'模块保护电路。1?30，1?15，1?113，1?20，1?32，1?8，1?114，1?17为栅极串联电阻，1?10，1?19，1?16，1?22为栅极并联电阻，所述电阻为1681'驱动电路的一部分，为减小开关时间和损耗，设计时尽量靠近IGBT模块。所述LC串联谐振电路由LI ,Cl?5以及高压变压器Tl漏感组成。所述倍压整流电路由高压电容CHl，CH2，高压硅堆DHl组成，采用倍压后，输出电压升高一倍。倍压整流电路在电晕放电的反应器中使用，介质阻挡放电(DBD)的反应器工作频率低，可以省略。所述功率调节电路由可调电位器W4及电阻R46，R78，R79，C47组成，功率调节作为给定输入参数，作为反馈调节的参考点。所述反馈控制电路是指在给定的功率条件下，通过控制输出电压或输出电流实现稳定的功率输出。根据处理废气污染物的浓度及流量不