专利名称：一种基于恒功率充电系统的液相脉冲等离子体电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高功率脉冲技术，特别是指一种基于恒功率充电系统的液相脉冲 等离子体电源，属于脉冲电源领域。
背景技术：
目前，液相脉冲等离子体电源技术普遍采用电容储能的形式压缩能量，通过火花 开关，或大功率半导体开关，或磁开关将电能在短时间内释放。储能电容前端的充电系统一 般采用单相或三相变压器升压，经过全桥整流器向电容充电，此种充电系统不仅电源效率 较低(单相约70%，三相约90% )，充电时间较长，能耗较大，而且设备体积庞大，成本贵。
发明内容本实用新型提供一种成本低、操作方便的基于恒功率充电系统的液相脉冲等离子 体电源。一种基于恒功率充电系统的液相脉冲等离子体电源，包括三相整流器、滤波器、 IGBT变换电路、IGBT控制电路、LC谐振电路、升压变压器、全桥高压整流器、限流电感、高压 分压器、脉冲储能电容、可控硅开关、续流二极管、输出电缆、输出控制电路、CPU控制电路和 人机界面。其中三相整流器、滤波器、IGBT变换电路、LC谐振电路、升压变压器、全桥高压整 流器、限流电感、高压分压器、脉冲储能电容、续流二极管、可控硅开关和输出电缆依次相 连；CPU控制电路一路与IGBT控制电路相连，一路与输出控制电路相连；IGBT控制电 路与IGBT变换电路相连，控制IGBT的开通和关断；输出控制电路与可控硅开关相连，控制 可控硅开关的触发；人机界面包括键盘控制和运行参数的显示。所述的滤波器为低通滤波器，由一个电感和一个电容组成，电感串联在三相整流 器和IGBT变换电路之间的连路上，电容和IGBT变换电路并联。所述的IGBT变换电路由四只IGBT组成，均由IGBT控制电路进行驱动。所述的LC谐振电路由一个电感和一个电容串联组成。所述的全桥高压整流器并联有一个高压分压器，所述的高压分压器所在的支路一 端连接在全桥高压整流器与脉冲储能电容的连路上，一端接地，高压分压器由大电阻和小 电阻串联组成。所述的全桥高压整流器与脉冲储能电容之间的连接线上串联有一个限流电感。所述的脉冲储能电容可由一个或多个低感固态脉冲储能电容串并联构成。所述的可控硅开关可由一支可控硅组成或多支可控硅串联组成，均由输出控制电 路进行触发。所述的续流二极管可由一支二极管组成或多支二极管串联组成。[0016]所述的全桥高压整流器正端通过限流电感连接在可控硅开关阳极与脉冲储能电 容的连路上，可控硅开关的阳极与续流二极管的负端输出端相连，产生正极性高压脉冲输
出ο所述的全桥高压整流器负端通过限流电感连接在可控硅开关阴极与脉冲储能电 容的连路上，可控硅开关的阴极与续流二极管的正端输出端相连，产生负极性高压脉冲输
出ο所述的输出电缆可为同轴电缆，也可为其他高压电缆。所述的CPU控制电路通过高压分压器对脉冲储能电容上的电压进行实时采样；根 据采样信号，CPU控制电路通过IGBT控制电路控制IGBT变换电路的开通和关断，同时通过 输出控制电路控制可控硅开关的触发。所述的人机界面(显示器和键盘)与CPU控制电路相连，控制电源的开停机、运行 参数的显示和调整。本实用新型工作过程如下三相交流电经过三相整流器和滤波器形成直流电压， 再经过IGBT变换电路、LC谐振电路形成高频交流电压，通过升压变压器后，输入全桥高压 整流器，形成直流高压，通过限流电感对脉冲储能电容进行充电。充电完成后，输出控制电 路触发可控硅开关，开关导通后，高压脉冲通过输出电缆加载到液相负载上，形成液相等离 子体。IGBT的开通和关断、可控硅开关的触发都由CPU控制电路通过高压分压器上的采样 信号进行控制。电源的开停机、运行参数的显示和调整都通过与CPU控制电路相连的人机 界面(显示器和键盘)进行显示和操作。本实用新型的电源装置不仅采用全固态开关器件，而且采用恒功率充电系统，电 源效率得到提高(> 90% )，减小了设备体积，压缩了成本。同时人性化，智能化的控制系 统和人机界面使得电源操作更为方便，更为实用。
图1为本实用新型一种实施方式产生正高压脉冲输出的电路图；图2为本实用新型另一种实施方式产生负高压脉冲输出的电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型基于恒功率充电系统的液相脉冲等离子体电源，包括三 相整流器1、滤波器2、IGBT变换电路3、LC谐振电路4、升压变压器6、全桥高压整流器7、限 流电感8、高压分压器9、脉冲储能电容10、续流二极管12、可控硅开关11和输出电缆16依 次相连。CPU控制电路14的一路与IGBT控制电路5相连，一路与输出控制电路13相连，一 路与高压分压器9相连，另一路与人机界面15相连。IGBT控制电路5与IGBT变换电路3相连；输出控制电路13与可控硅开关11相 连；人机界面15包括键盘控制和运行参数的显示。三相整流器1 一端与三相电输入端相连，另一端通过滤波器2与IGBT变换电路3 相连。滤波器2为低通滤波器，由一个电感和一个电容组成，电感串联在三相整流器1和
4IGBT变换电路3的连接线上，电容与IGBT变换电路3并联，防止过大的电流脉冲对IGBT变 换电路3的冲击。IGBT变换电路3与升压变压器6之间串有一个LC谐振电路4 ；高压分压器9与脉 冲储能电容10并联，高压分压器9由大电阻与小电阻串联组成，大电阻一端连接在限流电 感8与脉冲储能电容10的连接线上，另一端连接在小电阻与CPU控制电路14的连接线上， 小电阻另一端接地。CPU控制电路14通过高压分压器9对脉冲储能电容10的电压进行实时采样，根据 采样信号，通过IGBT控制电路5控制IGBT变换电路3的工作状态，同时通过输出控制电路 13控制可控硅开关11的触发。全桥高压整流器7和高压分压器9的连路上串联一个限流电感8，用于限制过大的 电流脉冲对脉冲储能电容10的冲击。脉冲储能电容10 —端连接在高压分压器9与续流二极管12的连路上，另一端接 地；续流二极管12与脉冲储能电容10并联，一端连接在脉冲储能电容10与可控硅开关11 的连接线上，另一端与脉冲储能电容10的接地极相连。可控硅开关11可由一支可控硅组成或多支可控硅串联组成；续流二极管12可由 一支二极管组成或多支二极管串联组成；输出电缆16可为同轴电缆，也可为其他高压电 缆，输入端一路连接在可控硅开关11输出上，另一路与脉冲储能电容10的接地极相连。结合图1，利用本实用新型产生正高压脉冲输出的过程为三相交流电经过三相整流器1形成直流电压，直流电压经过滤波器2，输入IGBT变 换电路3和LC谐振电路4，形成高频交流电压，通过升压变压器6后，输入全桥高压整流器 7，形成直流高压，直流高压通过限流电感8对脉冲储能电容10进行充电。充电完成后，输 出控制电路13触发可控硅开关11，开关导通后，高压脉冲通过输出电缆16加载到液相负 载上，形成液相等离子体。CPU控制电路14通过高压分压器9对脉冲储能电容10上的电 压进行实时采样；根据采样信号，CPU控制电路14通过IGBT控制电路5控制IGBT变换电 路3的开通和关断，同时通过输出控制电路13控制可控硅开关11的触发；电源的开停机、 运行参数的显示和调整都通过与CPU控制电路14相连的人机界面15 (显示器和键盘)进 行显示和操作。参见图2，利用为本实用新型产生负高压脉冲输出时，基本原理与图1相同，主要 不同在于全桥高压整流器7通过限流电感8连接到可控硅开关11的阴极，可控硅开关11 的阴极与续流二极管12的正端连接，三相交流电经过三相整流器1形成直流电压，直流电 压经过滤波器2，输入IGBT变换电路3和LC谐振电路4，形成高频交流电压，通过升压变压 器6后，输入全桥高压整流器7，形成直流高压，直流高压通过限流电感8对脉冲储能电容 10进行充电。充电完成后，输出控制电路13触发可控硅开关11，开关导通后，高压脉冲通 过输出电缆16加载到液相负载上，形成液相等离子体。CPU控制电路14通过高压分压器9 对脉冲储能电容10上的电压进行实时采样；根据采样信号，CPU控制电路14通过IGBT控 制电路5控制IGBT变换电路3的开通和关断，同时通过输出控制电路13控制可控硅开关 11的触发；电源的开停机、运行参数的显示和调整都通过与CPU控制电路14相连的人机界 面15 (显示器和键盘)进行显示和操作。
权利要求一种基于恒功率充电系统的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，包括依次相连的三相整流器(1)、滤波器(2)、IGBT变换电路(3)、LC谐振电路(4)、升压变压器(6)、全桥高压整流器(7)、限流电感(8)、高压分压器(9)、脉冲储能电容(10)、续流二极管(12)、可控硅开关(11)和输出电缆(16)；设有CPU控制电路(14)以及分别与CPU控制电路(14)相连的IGBT控制电路(5)、输出控制电路(13)和人机界面(15)；所述的高压分压器(9)与CPU控制电路(14)相连；所述的IGBT控制电路(5)与IGBT变换电路(3)相连；所述的输出控制电路(13)与可控硅开关(11)相连。
2.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，所述的滤波器(2)由一个 电感和一个电容组成，电感串联在三相整流器(1)和IGBT变换电路(3)的连接线上，电容 与IGBT变换电路(3)并联。
3.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，所述的IGBT变换电路 ⑶由四只IGBT组成，均由IGBT控制电路(5)进行驱动。
4.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，所述的限流电感⑶串联 在全桥高压整流器(7)与脉冲储能电容(10)之间的连接线，所述的高压分压器(9)与全桥 高压整流器(7)并联。
5.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，所述的高压分压器(9)所 在的支路一端连接在全桥高压整流器(7)与脉冲储能电容(10)的连路上，另一端接地。
6.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，所述的可控硅开关(11) 由一支可控硅组成或多支可控硅串联组成，均由输出控制电路(13)进行触发。
7.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，所述的续流二极管(12) 由一支二极管组成或多支二极管串联组成。
8.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，当输出为正极性高压脉 冲时，全桥高压整流器(7)正端通过限流电感⑶连接在可控硅开关(11)阳极与脉冲储能 电容(10)的连路上，可控硅开关(11)的阳极与续流二极管(12)的负端输出端相连。
9.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，当输出为负极性高压脉 冲时，全桥高压整流器(7)负端通过限流电感⑶连接在可控硅开关(11)阴极与脉冲储能 电容(10)的连路上，可控硅开关(11)的阴极与续流二极管(12)的正端输出端相连。
10.如权利要求1所述的液相脉冲等离子体电源，其特征在于，所述的CPU控制电路 (14)通过高压分压器(9)对脉冲储能电容(10)上的电压进行实时采样；根据采样信号， CPU控制电路(14)通过IGBT控制电路(5)控制IGBT变换电路(3)的开通和关断，同时通 过输出控制电路(13)控制可控硅开关(11)的触发。
专利摘要本实用新型公开了一种基于恒功率充电系统的液相脉冲等离子体电源，包括三相整流器、滤波器、IGBT变换电路、IGBT控制电路、LC谐振电路、升压变压器、全桥高压整流器、限流电感、高压分压器、脉冲储能电容、可控硅开关、续流二极管、输出电缆、输出控制电路、CPU控制电路和人机界面。CPU控制电路一路与IGBT控制电路相连，一路与输出控制电路相连；IGBT控制电路与IGBT变换电路相连，控制IGBT的开通和关断；输出控制电路与可控硅开关相连，控制可控硅开关的触发。本实用新型的电源装置不仅采用全固态开关器件，而且采用恒功率充电系统，电源效率得到提高(＞90％)，减小了设备体积，压缩了成本。
文档编号H02M9/02GK201656806SQ20102013903
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者王揆洋, 王荣华, 闫克平, 黄逸凡 申请人:浙江大学