一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源。所述的臭氧发生器供电电源，包括整流模块、两路Boost升压变换器、全桥逆变电路、单级LC谐振电路、采样调理电路、控制电路和介质阻挡放电型臭氧发生器。本发明利用两路Boost升压变换器得到两路可分别进行闭环控制的直流电源A和B，这两路电源经过全桥逆变电路，并结合单级LC谐振回路，使得臭氧发生器端电压快速达到数千伏的放电电压。本发明提出的臭氧发生器供电电源结构简单、无中高频变压器能克服常规介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源中存在的变压器损耗大、变压器易出现磁饱和和供电电源体积大、供电电压不足、大电压建立缓慢等问题。
【专利说明】—种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型
臭氧发生器供电电源
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种特种电源，特别涉及一种介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源。【背景技术】
[0002]臭氧作为一种无残留的强氧化剂，被广泛用于水处理、除臭、去色与消毒等领域。目前工业上有多种合成臭氧的方法，但介质阻挡(Dielectric Barrier-Based Discharge,简称DBD)放电法是应用最广泛的合成方法，其具有能耗相对较低，单机产量高，气源充足等优点。
[0003]介质阻挡放电型臭氧发生器工作时存在放电阶段与未放电阶段，并且放电起始电压高达几KV至十几KV，目前DBD型臭氧发生器的供电电源多为串并联谐振式的逆变电源，通过调节施加在臭氧发生器上的正弦或准正弦激励的幅值和频率来调节发生器的放电功率，从而调节臭氧发生器的产量。但DBD型臭氧发生器放电的效率与发生器端电压幅值及充电阶段与放电阶段所占时间比密切相关，即只有充电阶段在整个工作周期内所占时间比少且在放电阶段发生器上电压维持在较高电压值(该数值取决于放电管的耐压)时，臭氧发生器才可能得到较高的放电效率。同时为了得到较高的工作电压和电流要使用中高频变压器，在这种情况下不仅增加了电路的成本、体积、控制难度和结构的复杂性，同时容易出现变压器的磁饱和现象。
[0004]因此，从这个角度看，目前采用的现有的DBD型臭氧发生器的激励源，并不是一种最为高效的激励源，因而上述常用的供电电源不能高效地解决介质阻挡放电型臭氧发生器的供电问题。本发明为解决以上可能出现的问题，提出了使用两路Boost电路进行电压的抬升和使用单级LC谐振网络的无中高频变压器的供电电源来达到臭氧发生器的供电电压，解决了常规供电电源中存在着中高频变压器的磁饱和现象。由于取消了中高频变压器使得供电电源体积大为减少，采用交错Boost电路进行电压的抬升也极大地提升了供电电源的适用范围。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源。
[0006]本发明通过以下技术方案予以实现:
[0007]—种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，由市电整流输入模块、两路Boost式DC/DC升压型变换器、单相全桥逆变电路、单级LC谐振电路、电压电流反馈调理电路、控制电路以及介质阻挡放电型臭氧发生器组成，其特征在于两路Boost升压式DC/DC变换器得到两路可分别进行闭环控制的电源A和B，这两路电源与全桥逆变电路连接，全桥逆变电路的输出端与单级LC谐振网络连接，单级LC谐振网络的输出介质阻挡放电型臭氧发生器连接。[0008]所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于交流市电220V的正负极与不可控整流桥的输入端相连。
[0009]所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于不可控的整流桥的输出端两端与第一稳压电容Cl的两端连接，同时第一稳压电容Cl正极与两路Boost升压式DC/DC变换器的第一电感LI和第二电感L2连接，第一稳压电容Cl负极与两路Boost电路的地极连接。
[0010]所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于两路Boost升压电路的第一电感LI与第二电感L2分别与第一开关管Ql的漏极、第二开关管Q2的漏极连接(第一开关管Ql和第二开关管Q2分别与第一快恢复二极管Dl和第二快恢复二极管D2反并联)，同时分别与第三快恢复二极管D3、第四快恢复
二极管D4的一端连接。
[0011]所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于两路Boost升压电路的第三快恢复二极管D3、第四快恢复二极管D4分别与第二稳压电容C2和第三稳压电容C3的一端连接。
[0012]所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于两路Boost升压式DC/DC变换器的第二稳压电容C2和第三稳压电容C3的输出端分别与全桥逆变电路的高端第三开关管Q5漏极和第四开关管Q7漏极连接，同时全桥逆变电路中的第三开关管Q5和第四开关管Q7分别与第五快恢复的二极管D5和第六快恢复二极管D7反并联。第三开关管Q5的源极和第四开关管Q7源极分别与第五开关管Q6的漏极和第六开关管Q8的漏极连接。第五开关管Q6和第六开关管Q8分别与第七快恢复二极管D6和第八快恢复二极管D8反并联。第五开关管Q6的源极和第六开关管Q8的源极与整个电路的地极连接。
[0013]所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于全桥逆变电路的输出端A与第三谐振电感L3的一端连接，第三谐振电感L3的另一端与第四谐振电容C4的一端连接，第四谐振电容C4的另一端与全桥逆变电路输出端B连接。
[0014]所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于第三谐振电感L3和第四谐振电容C4的公共端与介质阻挡型臭氧发生器的高压电极端相连，介质阻挡放电型臭氧发生器的地极与第四谐振电容C4的一端连接。
[0015]与现有技术相比本发明的优点在于:
[0016](I)电源结构简单，易于设计，体积小，成本低；
[0017](2)使用单级LC谐振网络，其参数设计方便，可靠；
[0018](3)无需使用中高频升压变压器，克服了磁饱和现象，损耗小，效率高，便于实现高频化；
[0019](4)使用闭环调节方式使得臭氧发生器的产量调节方便，调节形式多样性；
[0020](5)该电源能够在较短的时间内高速建立和切换大电压的功能，使得DBD型臭氧发生器能够达到快速放电。
[0021](6)该电源中存在两路Boost升压式DC/DC变换器可以得到两路可分别进行闭环控制的电源A和B，通过逆变控制使得臭氧发生器达到快速放电，此拓扑结构具有实用性。[0022](7)通过控制电路的闭环控制可根据用户设定的参数来控制放电电流和电压的大小，调节方便快捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源的示意图。
[0024]图2臭氧发生器的等效模型。
[0025]图3直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源的实现电路。
[0026]图4直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源的闭环调节方框图。
[0027]图5典型参数下发生器上电压波形【具体实施方式】
[0028]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0029]如图1所示为基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源的示意图。包括市电整流输入模块、两路Boost型DC/DC升压型变换器、单相全桥逆变电路、单级LC谐振网络以及介质阻挡放电型臭氧发生器。其中单级LC谐振网络输入端与全桥逆变电路连接， 输出端与介质阻挡放电型臭氧发生器连接。
[0030]单级LC谐振升压原理:
[0031]本发明提出的臭氧发生器供电电源利用两路Boost升压电路和单级LC谐振网络实现谐振升压。对于单级LC谐振式逆变电源，给全桥逆变电路施加两路占空比为0.5的互补驱动信号后，电压增益:
【权利要求】
1.一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，由市电整流输入模块、两路Boost式DC/DC升压型变换器、单相全桥逆变电路、单级LC谐振电路、电压电流反馈调理电路、控制电路以及介质阻挡放电型臭氧发生器组成，其特征在于两路Boost升压式DC/DC变换器得到两路可分别进行闭环控制的电源A和B，这两路电源与全桥逆变电路相连，全桥逆变电路的输出端与单级LC谐振网络连接，单级LC谐振网络的输出与介质阻挡放电型臭氧发生器连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于交流市电220V的正负极与不可控整流桥的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于不可控的整流桥的输出端两端与第一稳压电容Cl的两端连接，同时第一稳压电容Cl正极与两路Boost升压式DC/DC变换器的第一电感LI和第二电感L2连接，第一稳压电容Cl负极与两路Boost电路的地极连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于两路Boost升压电路的第一电感LI与第二电感L2分别与第一开关管Ql的漏极、第二开关管Q2的漏极连接(第一开关管Ql和第二开关管Q2分别与第一快恢复二极管Dl和第二快恢复二极管D2反并联)，同时分别与第三快恢复二极管D3、第四快恢复二极管D4的一端连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于两路Boost升压电路的第三快恢复二极管D3、第四快恢复二极管D4分别与第二稳压电容C2和第三稳压电容C3的一端连接。
6.根据权利要求4所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于两路Boost升压式DC/DC变换器的第二稳压电容C2和第三稳压电容C3的输出端分别与全桥逆变电路的高端第三开关管Q5的漏极和第四开关管Q7的漏极连接，同时全桥逆变电路中的第三开关管Q5和第四开关管Q7与第五快恢复二极管D5和第六快恢复二极管D7反并联。同时第三开关管Q5的源极和第四开关管Q7的源极分别与第五开关管Q6的漏极和第六开关管Q8的漏极连接。第五开关管Q6和第六开关管Q8分别与第七快恢复二极管D6和第八快恢复二极管D8反并联。第五开关管Q6的源极和第六开关管Q8的源极与整个电路的地极连接。
7.根据权利要求5所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于全桥逆变电路的输出端A与第三谐振电感L3的一端相连，第三谐振电感L3的另一端与第四谐振电容C4的一端连接，第四谐振电容C4的另一端与全桥逆变电路输出端B连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于直流交错升压和交流谐振网络的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于第三谐振电感L3和第四谐振电容C4的公共端与介质阻挡型臭氧发生器的高压电极端相连，介质阻挡放电型臭氧发生器的地极与第四谐振电容C4的一端连接。
【文档编号】H02M3/155GK104009634SQ201410197018
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】唐雄民, 余亚东, 严其林, 李思琪 申请人:广东工业大学