专利名称：一种直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种放电电源，特别是一种直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源。
背景技术：
现有的介质阻挡放电电源不能实现电源所有开关管的零电压、零电流开通与关断，即不能实现软开关，开关管开通损耗较大，电源充电效率、放电效率和工作频率较低。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种结构简单、成本低廉的直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，实现软开关，有效降低开关管的开通损耗，提高电源充电效率和放电效率；有效提高电源的工作频率。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，包括整流模块、滤波储能模块、单相逆变桥、升压变压器、介质阻挡放电型负载和控制模块，所述整流模块、滤波储能模块、单相逆变桥、升压变压器、介质阻挡放电型负载依次连接，所述控制模块与所述整流模块、单相逆变桥连接，所述滤波储能模块与所述单相逆变桥之间接有直流母线辅助换相电路，所述直流母线辅助换相电路包括一个以上开关管和一个电容支路，所述开关管与所述电容支路一端连接。与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为:本实用新型仅增加2个开关管和一个电容器，结构简单，成本低；通过有效控制开关管导通与关断，使电容器参与谐振放电与充电，可实现电源所有开关管的零电压、零电流开通与关断，即实现所谓的软开关；能有效降低开关管的开通损耗，提高电源充电效率和放电效率；能有效提高电源的工作频率。
图1为本实用新型一实施例结构框图；图2为本实用新型一实施例滤波储能电路原理图；图3为本实用新型一实施例直流母线辅助换相电路原理图；图4为本实用新型一实施例连接原理图；图5为开关Q1'工作的控制时序图；图6为电源进入正常运行过程后主要运行参数波形图。
具体实施方式
如图1和图3所示，本实用新型一实施例包括整流模块1、滤波储能模块2、单相逆变桥4、升压变压器5、介质阻挡放电型负载6和控制模块7，所述整流模块1、滤波储能模块
2、单相逆变桥4、升压变压器5、介质阻挡放电型负载6连接，所述控制模块7与所述整流模块1、单相逆变桥4连接，所述滤波储能模块2与所述单相逆变桥4之间接有直流母线辅助换相电路3，所述直流母线辅助换相电路3包括由两个开关管并联组成的开关管支路和一个电容支路，并由控制模块7予以有效控制，所述开关管支路与所述电容支路一端连接。整流模块为三相或单相可控或不可控整流电路，将50Hz交流电转换成直流电。该部分电路可以具有功率因数补偿功能。滤波储能电路由平波电抗器和储能电容器串联组成，如图2所示。图中Ld为平波电抗器，Cd为储能电容器。图1中，单相逆变桥4为可控H型单相逆变桥电路，升压变压器5为包含串联谐振电感及漏感的升压变压器，介质阻挡放电型负载6可使用臭氧放电管、等离子体发生器等。控制模块7为电源的控制环节，完成电源相关参数的实时检测，对整流模块1、直流母线辅助换相电路3和单相逆变桥4实现有效控制与调节，产生介质阻挡放电所需要的稳定电源。图3为直流母线辅助换相电路，其中C为辅助换相电容器，在开关Q5和Q6的控制下，在合适的电路工作时刻(见工作波形示意图6)，参与后续电路的电路过零点谐振过程，实现功能框4中功率开关器件Q1、Q2、Q3和Q4的软开关和本环节中功率开关Q5和Q6的软开关，同时能抑制环节4中开关Q1I4换相时在直流母线(Ud)上产生浪涌尖峰。Q5和Q6为直流母线控制开关，Q5和Q6导通时，由整流模块和滤波储能模块向负载(升压变压器5和介质阻挡放电型负载6)提供能量，Q5和Q6关断时，电容C通过单相逆变桥4、升压变压器5和介质阻挡放电型负载6充放电，完成单相逆变桥4中开关Qp Q2, Q3、Q4的零电压和零电流(ZVS/ZCS)切换，且开关Q5和Q6的本身也是零电压/零电流切换。开关Q5和Q6可用一个开关Q代替，此时，开关Q的切换频率增大I倍，不适合高频大功率电源电路。所述开关管为IGBT或MOSFET中的一种。所述开关管数量为两个，所述两个开关管并联。如图4所示，Oij表示图1中功能框i的第j个输出连接点，i = 1、2、3、4、5、6，j=1、2。如O22表示功能框2的第2个输出连接点，O31表示功能框3的第I个输出连接点。Iij表示功能框i的第j个输入连接点，i = 1、2、3、4、5、6，j = 1、2。如I31表示功能框3的第I个输入连接点，I52表示功能框5的第2个输入连接点。电路物理连接遵循如下关系:Ov O I (j>m即前一个功能框i的输出连接点j与后一个功能框i + 1的输入连接点j对应相连。图4中gl g6为开关管的控制极控制信号，由控制模块7给出。Itl和Utl为单相逆变器输出电流和输出电压，可以作为控制用同步信号。开关Q1'工作的控制时序图如图5所示。其中，开关Q5和Q6的控制极信号可以互换。电路中使用开关95和96，可以使开关的工作频率与开关Q1I4的工作频率一致。若只用Q5或Q6单个开关，电路可以正常工作，但是开关Q5或Q6的工作频率将为开关Q1I4的工作频率的2倍。为了降低损耗，提高电源的工作频率，即提高Q1I4的工作频率，本电路使用2个开关Q5和Q6。电路工作分为启动和正常运行两个过程:[0026]①启动过程中，开关Q5和Q6均保持导通状态，即其控制信号g5和g6均为有效信号(保持高电平)。电路按常规单相逆变型介质阻挡放电电源工作，完成电源启动。即在启动过程中，开关Q5和Q6不参与切换，电容器C不参与谐振。②启动过程的终止条件随着启动过程的进行(一般不超过I分钟)，电路在大功率介质阻挡放电电源中相应建立起具有一定幅值的电压和电流。当这些参数达到或超过相应设定值——启动过程的终止条件时，启动过程结束，系统进入正常运行过程。一般以图4中单相逆变桥4的输出电流i。为检测参数。③正常运行过程电源进入正常运行过 程后，主要运行参数波形如图6所示。图6中IcTt1时段为介质阻挡放电电源正常运行时段，是介质阻挡放电型负载处于稳定放电工作状态。图6中时段为直流母线辅助换相，实现图4中开关Q1'软开关的时段。其中:trt2时段，Q5关断，Q6本处于关断，整流模块I和滤波储能模块2停止向后续环节提供电能，电容C通过％、Ls、负载和Q4以电流Ici进行放电，在t2时放电至O伏，使D3和D2导通，从而使电容C的端电压钳位为O。tft3时段，为电容C的端电压钳位为O的持续时间。在此期间的任意t3时刻可关断Q1和Q4,实现零电压关断(ZVS)。tft4时段，ic)通过DJPD3续流，向电容C充电，至t4时刻，C被充电至端电压等于环节2输出端电压Ud,并被嵌位。t4时刻后Ici通过D3、负载、D2和D5, D6向整流模块I和滤波储能模块2反馈，直至Ici减小至O安培。Ici变为O安培前的任何时刻t5，可使Q2, Q3和Q6零电压零电流开通(ZVS/ZCS )。t5时刻后，当L变为O安培时，整流 模块I和滤波储能模块2通过Q2, Q3向后续电路供电，电路进入负半周期运行。图6中波形参数说明如下:gl^g6为图4中开关Q1'的控制极gl g6上所施加的控制信号波形；U。为图4中换相电容C的端电压波形； 义,为图4中开关Q1I4的端电压波形；1.Qi ％,为图4中开关Q1'的工作电流波形；Ici为图4中H型逆变桥电路(Q^Q4)的输出电流波形。在有效控制算法的控制下，电源周期性正常运行。
权利要求1.一种直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，包括整流模块、滤波储能模块、单相逆变桥、升压变压器、介质阻挡放电型负载和控制模块，所述整流模块、滤波储能模块、单相逆变桥、升压变压器、介质阻挡放电型负载依次连接，所述控制模块与所述整流模块、单相逆变桥连接，其特征在于，所述滤波储能模块与所述单相逆变桥之间接有直流母线辅助换相电路，所述直流母线辅助换相电路包括一个以上开关管和一个电容支路，所述开关管与所述电容支路一端连接。
2.根据权利要求1所述的直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，其特征在于，所述整流模块为三相可控整流电路、单相可控整流电路、三相不可控整流电路、单相不可控整流电路中的一种。
3.根据权利要求1所述的直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，其特征在于，所述滤波储能电路由平波电抗器和储能电容器串联组成。
4.根据权利要求1所述的直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，其特征在于，所述介质阻挡放电型负载为臭氧放电管、等离子体发生器中的一种。
5.根据权利要求1所述的直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，其特征在于，所述开关管为IGBT或MOSFET中的一种。
6.根据权利要求1所述的直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，其特征在于，所述开关管数量为两个，所述两个开关管并联。
专利摘要本实用新型公开了一种直流母线辅助换相软开关介质阻挡放电电源，包括整流模块、滤波储能模块、单相逆变桥、升压变压器、介质阻挡放电型负载和控制模块，所述滤波储能模块与所述单相逆变桥之间接有直流母线辅助换相电路，所述直流母线辅助换相电路包括一个以上开关管和一个电容支路，所述开关管与所述电容支路一端连接。本实用新型仅增加2个开关管和一个电容器，结构简单，成本低；通过有效控制开关管导通与关断，使电容器参与谐振放电与充电，可实现电源所有开关管的零电压、零电流开通与关断，即实现所谓的软开关。
文档编号H02M3/07GK202940736SQ20122054024
公开日2013年5月15日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者孟志强 申请人:湖南大学