一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路的制作方法
【专利摘要】一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，涉及一种高压方波脉冲供电电路。本实用新型是为了解决现有高压方波脉冲电源在发生短路或击穿时产生过流现象而损坏元件，且波形易失真、功率损耗大的问题。本实用新型所述的一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，通过整流得到直流电流，该直流电流由功率开关控制，当功率开关导通时，每相电压均施加在了限流电感上，电路中流通的电流为固定值，当负载发生短路或击穿时，短路电流仍为该固定值，使由于过大短路电流造成的电路元件损坏率降低了100%；本实用新型输出波形不会失真，同时减少了电器元件，电源侧的无功功率降低了100%。本实用新型适用于在脉冲电场灭菌技术中进行灭菌工作。
【专利说明】—种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高压方波脉冲供电电路。
【背景技术】
[0002]现有脉冲电源是利用升压变压器将工频交流电压升压到一定幅值，整流后通过储能器件储存电能，并通过开关器件的导通和关断，将大量能量瞬间释放，形成具有一定幅值、频率和脉宽的脉冲高压。高压方波脉冲电源用于脉冲电场灭菌技术中，当细菌在高压脉冲的作用下，会使细菌的细胞膜上的磷脂双分子层和蛋白质暂时变得不稳定，在外部脉冲电场的作用下会使细菌的细胞膜压缩，形成小孔，使得细胞膜通透性增加，外部小分子如水分子会通过小孔进入细胞内，致使细胞的体积膨胀，随着作用时间的增加，细胞的体积越来越大，最终导致细胞膜破裂，内容物外泄，导致细菌死亡。
[0003]米用绝缘栅双极型晶体管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),配合脉冲升压变压器的高压脉冲电源的工作过程为:交流220V电源供给升压变压器，升压变压器升压后经整流桥变成直流电压，直流高压给储能电容器C充电，由复杂可编程逻辑器件CPLD (Complex Programmable Logic Device)来产生脉冲触发信号后经绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动，如图1所示。然而现有高压方波脉冲电源一旦电源负载部分发生短路或击穿，电路中将产生较大短路电流，由于整个电源缺少限流保护电路，短路电流致使功率开关器件损坏，因此该电源可靠性不高；在波形传输时，由于存在升压变压器和脉冲升压变压器，因此会导致波形失真；该种高压方波脉冲电源需要初级能源侧提供较高功率用于升压。
实用新型内容
[0004]本实用新型是为了解决现有高压方波脉冲电源在发生短路或击穿时产生过流现象而损坏元件，且波形易失真、功率损耗大的问题，现提供一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路。
[0005]—种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，它包括:第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、功率开关和阻抗；
[0006]第一电容的一端与第一电感的一端同时作为三相电源的第一接口，第二电容的一端与第二电感的一端同时作为三相电源的第二接口，第三电容的一端与第三电感的一端同时作为三相电源的第三接口；
[0007]第一电容的另一端、第二电容的另一端和第三电容的另一端同时接地；
[0008]第一电感的另一端同时连接第一二极管的负极和第四二极管的正极，第二电感的另一端同时连接第二二极管的负极和第五二极管的正极，第三电感的另一端同时连接第三二极管的负极和第六二极管的正极；
[0009]第四二极管的负极、第五二极管的负极、第六二极管的负极、第四电容的一端、功率开关的发射极和阻抗的一端同时接地；[0010]第一二极管的正极、第二二极管的正极、第三二极管的正极和第四电容的另一端同时连接第四电感的一端；
[0011]第四电感的另一端和功率开关的集电极同时连接阻抗的另一端；
[0012]阻抗用于承载待灭菌介质，还用于对待灭菌介质施加脉冲电压。
[0013]所述第四电感的电感值为500mh。
[0014]所述阻抗的阻值为50 Ω。
[0015]本实用新型所述的一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，通过整流得到直流电流，该直流电流由功率开关控制，当功率开关导通时，整个电路中，每相电压均施加在了限流电感上，电路中流通的电流为固定值，当负载发生短路或击穿时，短路电流仍为该固定值，使由于过大短路电流造成的电路元件损坏率降低了 100%，并且能够根据接入的阻抗的大小调节电源输出的高压幅值；本实用新型所述的高压方波脉冲电源中不需要使用变压器，输出波形不会失真，同时减少了电器元件，使结构简化；由于电源电路中的电容对电感产生的感性电流进行补偿，因此使电源侧的无功功率降低了 100%。本实用新型所述的一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，适用于在脉冲电场灭菌技术中进行灭菌工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为现有的一种高压方波脉冲电源的结构示意图。
[0017]图2的虚线框内为一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，它包括:第一电容11、第二电容12、第三电容13、第四电容14、第一电感21、第二电感22、第三电感23、第四电感24、第一二极管31、第二二极管32、第三二极管33、第四二极管34、第五二极管35、第六二极管36、功率开关4和阻抗5 ；
[0019]第一电容11的一端与第一电感21的一端同时作为三相电源的第一接口，第二电容12的一端与第二电感22的一端同时作为三相电源的第二接口，第三电容13的一端与第三电感23的一端同时作为三相电源的第三接口 ；
[0020]第一电容11的另一端、第二电容12的另一端和第三电容13的另一端同时接地；
[0021]第一电感21的另一端同时连接第一二极管31的负极和第四二极管34的正极，第二电感22的另一端同时连接第二二极管32的负极和第五二极管35的正极，第三电感23的另一端同时连接第三二极管33的负极和第六二极管36的正极；
[0022]第四二极管34的负极、第五二极管35的负极、第六二极管36的负极、第四电容14的一端、功率开关4的发射极和阻抗5的一端同时接地；
[0023]第一二极管31的正极、第二二极管32的正极、第三二极管33的正极和第四电容14的另一端同时连接第四电感24的一端；
[0024]第四电感24的另一端和功率开关4的集电极同时连接阻抗5的另一端；
[0025]阻抗5用于承载待灭菌介质，还用于对待灭菌介质施加脉冲电压。[0026]【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路作进一步说明，本实施方式中，所述第四电感24的电感值为500mho
[0027]第四电感24的取值越大，得到的脉冲电压波形效果越好。
[0028]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】一或二所述的一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路作进一步说明，本实施方式中，所述阻抗5的阻值为50Ω。
[0029]当阻抗5等效电阻为50 Ω时，负载上能够产生7.5KV的脉冲电压；改变阻抗5的等效电阻，阻抗5上产生的脉冲电压幅值也相应发生改变。
[0030]容I第一电容11、第二电容12和第三电容13分别用于补偿第一电感21、第二电感22和第三电感23产生的感性电流，补偿电容降低了初级能源的无功功率。
[0031]第一电感21、第二电感22和第三电感23用于限流，第一电感21、第二电感22和第三电感23的电感值决定了在主电路中产生工作电流的幅值。
[0032]三相感性电流经过各个二极管整流及第四电容14滤波后变成直流电流，该直流电流通过感2第四电感24，并经过功率开关4形成回路。
[0033]阻抗5与功率开关4并联。
[0034]功率开关4闭合的时间相对于断开的时间长，当功率开关4闭合时，三相电源通过第一电感21 、第二电感22、第三电感23、容I第一电容11、第二电容12、第三电容13、所有二极管、感2第四电感24和功率开关4形成回路。当功率开关4断开时，由于感2第四电感24的存在，电路中的电流不能立即减小为零，电路中电流进行换路,直流电流通过阻抗5与三相电源形成回路。由于功率开关4的断开时间相对闭合的时间短，且功率开关4的导通电阻远小于阻抗5，当功率开关4再次导通时，功率开关4将阻抗5短路，换流过程结束。因此流过阻抗5的电流为脉冲电流，该脉冲电流在阻抗5上形成脉冲电压。该脉冲电压即为一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路所输出的电压。阻抗内部的待灭菌介质在该高压脉冲的作用下实现灭菌。
[0035]A相电源流出的感性电流为:
【权利要求】
1.一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，其特征在于，它包括:第一电容(11)、第二电容(12)、第三电容(13)、第四电容(14)、第一电感(21)、第二电感(22)、第三电感(23)、第四电感(24)、第一二极管(31)、第二二极管(32)、第三二极管(33)、第四二极管(34)、第五二极管(35)、第六二极管(36)、功率开关(4)和阻抗(5)； 第一电容(11)的一端与第一电感(21)的一端同时作为三相电源的第一接口，第二电容(12)的一端与第二电感(22)的一端同时作为三相电源的第二接口，第三电容(13)的一端与第三电感(23)的一端同时作为三相电源的第三接口 ； 第一电容(11)的另一端、第二电容(12)的另一端和第三电容(13)的另一端同时接地；第一电感(21)的另一端同时连接第一二极管(31)的负极和第四二极管(34)的正极，第二电感(22)的另一端同时连接第二二极管(32)的负极和第五二极管(35)的正极，第三电感(23)的另一端同时连接第三二极管(33)的负极和第六二极管(36)的正极； 第四二极管(34)的负极、第五二极管(35)的负极、第六二极管(36)的负极、第四电容(14)的一端、功率开关(4)的发射极和阻抗(5)的一端同时接地； 第一二极管(31)的正极、第二二极管(32)的正极、第三二极管(33)的正极和第四电容(14)的另一端同时连接第四电感(24)的一端； 第四电感(24)的另一端和功率开关(4)的集电极同时连接阻抗(5)的另一端； 阻抗(5 )用于承载待灭菌介质，还用于对待灭菌介质施加脉冲电压。
2.根据权利要求1所述的一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，其特征在于，所述第四电感(24)的电感值为500mh。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于脉冲电场灭菌的高压方波脉冲供电电路，其特征在于，所述阻抗(5)的阻值为50 Ω。
【文档编号】H02M7/217GK203522569SQ201320735362
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】魏新劳, 李玉龙 申请人:哈尔滨理工大学