新型极性可调方波高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气工程领域，尤其涉及一种新型极性可调方波高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略。
【背景技术】
[0002]在工业循环冷却水系统中，目前虽主要通过添加化学药品杀菌灭藻，但利用高压脉冲处理水中的细菌等微生物已经体现出良好的杀灭效果，脉冲功率技术凭借其可持续、高效、环保、无副作用的巨大优势，被认为是最有前途实现工业化应用的杀菌灭藻方法之一，具有巨大的市场价值和广泛的应用前景。
[0003]高压脉冲电源作为高压脉冲杀菌灭藻系统中的核心设备，其参数和性能直接影响到系统的处理效果。研宄表明，脉冲电场强度、作用时间、脉冲上升沿以及脉冲波形的不同对生物细胞的灭活效果起着重要影响。研宄发现，在其它因素都相同的条件下，陡前沿的方波脉冲电场比上升时间长的方波脉冲电场对金葡菌的杀灭效果更好；在其他条件相同的情况下，分别用于大肠杆菌、枯草杆菌、酿酒酵母等微生物的灭活时，双极性方波具有最好的灭活效果。另外，当高压脉冲直接在含有菌类、藻类的液体中放电时，负载特性较难确定，这就要求所设计的电源具有多负载适应性，能够在阻性、感性、容性等负载下正常工作。
【发明内容】
[0004]本发明旨在实现脉冲电源电压、频率、脉宽、极性可调，并具有较快的上升沿和良好的多负载适应性。为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种新型极性可调方波高压脉冲电源电路，其关键在于，包括:半桥式Marx电路、H桥电路，信号发生电路；
[0005]所述半桥式Marx电路输入端连接可调高压直流电源输出端，所述可调高压直流电源输入端连接信号发生电路调压信号输出端，所述半桥式Marx电路输出端连接所述H桥电路输入端，所述H桥电路信号输入端连接信号发生电路PWM信号输出端，通过控制H桥电路正向或负向放电通道开闭的不同时序实现对高压脉冲极性的调节，所述H桥电路内部设置负载，所述H桥电路信号输出端连接探头。
[0006]所述的新型极性可调方波高压脉冲电源电路，优选的，所述半桥式Marx电路包括:第一级半桥式Marx电路，第η级半桥式Marx电路，所述η多2，
[0007]第I级半桥式Marx电路包括:开关Tcfl、开关Tca、开关Tdl，
[0008]半桥式Marx电路连接可调高压直流电源Ud。，所述可调高压直流电源内阻为rd。；所述内阻rd。一端连接电源U d。，所述内阻rd。另一端连接开关T μ—端、所述开关T μ另一端分别连接电容C1 一端和开关T dl—端，所述开关T dl另一端分别连接开关T。工一端和第η级半桥式Marx电路另一端，所述开关!^另一端连接电容C工另一端，所述电容C工另一端还连接电源Ud。另一端和H桥电路一端，所述开关T dl—端还连接第η级半桥式Marx电路一端；
[0009]第η级半桥式Marx电路包括:开关Tm和开关T dn、电容Cn、二极管Dm，
[0010]所述开关Tdl—端连接二极管D m正极，所述二极管D m负极分别连接电容C n—端和开关Tdn—端，所述开关T &另一端连接开关T m—端，所述开关T。?另一端分别连接H桥电路另一端和电容Cn另一端，所述电容Cn另一端还连接开关T cl一端。
[0011]所述的新型极性可调方波高压脉冲电源电路，优选的，所述半桥式Marx电路包括:开关Tetl、开关Tel、开关Tdl，
[0012]半桥式Marx电路连接可调高压直流电源Ud。，所述可调高压直流电源内阻为rd。；所述内阻rd。一端连接电源U d。，所述内阻rd。另一端连接开关T μ—端、所述开关T μ另一端分别连接电容C1 一端和开关T dl—端，所述开关T dl另一端分别连接开关T U—端和H桥电路另一端，所述开关TcaS—端连接电容c i另一端，所述电容c i另一端还连接电源u d。另一端和H桥电路一端。
[0013]所述的新型极性可调方波高压脉冲电源电路，优选的，所述H桥电路包括:开关H1+、开关H1-、开关H2+、开关H2_，
[0014]所述开关H1-—端分别连接开关H 2+—端和半桥式Marx电路一端，所述开关H 2_另一端分别连接电阻R和开关H1+—端，所述H 1+另一端分别连接半桥式Marx电路另一端和开关H2+—端，所述开关H 2+另一端连接电感L 一端和开关H卜另一端，电阻R、电容C和电感L依次串联。
[0015]所述的新型极性可调方波高压脉冲电源电路，优选的，所述开关H1+、开关H1-、开关H2+、开关H2-分别包括:M个晶体管，所述M多3，所述M个晶体管依次串联。
[0016]所述的新型极性可调方波高压脉冲电源电路，优选的，还包括:IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路为DC-DC高压隔离电源模块，非隔离型驱动芯片、光纤信号接收模块；
[0017]所述IGBT驱动电路采用浮地驱动的设计，并利用DC-DC高压隔离电源模块，实现驱动电源与高压主回路的安全隔离；驱动控制的PWM信号则通过光纤信号接收模块从微控制器传输到非隔离型驱动芯片的信号输入端，控制IGBT的通断。
[0018]本发明还公开一种新型极性可调方波高压脉冲电源电路产生双极性脉冲的控制策略，其特征在于，包括如下步骤:
[0019]步骤I，确定极性可调方波高压脉冲电源电路的控制工作时序，通过对该电路的控制工作时序，获得该电路在阻性负载状态下的稳定工作状态；
[0020]步骤2，根据步骤I该电路所确定的控制工作时序，对该电路的负载电容充电和放电操作，获得该电路在容性负载状态下的稳定工作状态；
[0021]步骤3，根据步骤I该电路所确定的控制工作时序，对该电路的负载电感储能和续流操作，获得该电路在感性负载状态下的稳定工作状态。
[0022]所述新型极性可调方波高压脉冲电源电路产生双极性脉冲的控制策略，优选的，所述步骤I包括:
[0023]步骤1-1，分析极性可调方波高压脉冲电源电路，
[0024]h时刻使储能电容C ^并联充电完毕，此时V。= O ;
[0025]tQ时刻过后预留死区时间，等待T m完全关断，
[0026]&时刻Cj通过TdJP H 1+/_构成的放电回路串联放电，输出高压，由于H桥正向通道的闭合，理想值V。= nXU d。;当储能电容C」足够大时，则得到顶部近似平稳的方波脉冲，
[0027]t2时刻，C」放电结束，V0= O,
[0028]t2时刻过后预留了死区时间，直到t 3时刻Cj并联充电；
[0029]t4时刻预留死区时间，再在t 5时刻提前闭合了 H桥负向通道；
[0030]t6时刻开始，H桥前端的Marx电路进入了下一个周期T，开始产生下一个高压脉冲，其控制时序和工作状态则与h时刻开始后保持一致，在新周期T内不同的是根据输出脉冲极性的要求来控制H桥正向或者负向通道的开通，实现不同极性脉冲的输出，t6时刻停止Cj的充电，在t2< t彡t6的时间段内，V。= 0，
[0031]t7时刻，Cj放电，输出高压，H桥负向通道的闭合，理想值V。= -η X Udc, t8时刻C」放电结束，V0= O ；
[0032]t9时刻C」再次并联充电；
[0033]t1(l时刻预留死区时间直到t ^时刻，为下个周期T产生正向高压脉冲做好准备，
[0034]t12时刻，结束本次产生负向高压脉冲的周期，并开始了新的周期T ;
[0035]在t8< t 彡 t12的时段内，V。= O。
[0036]所述新型极性可调方波高压脉冲电源电路产生双极性脉冲的控制策略，优选的，所述步骤2还包括:
[0037]步骤1-2，当极性可调方波高压脉冲电源电路保持容性负载时，采用步骤I的控制工作时序，每当半桥式Marx电路的高压脉冲来临时，通过&的串联放电回路对负载电容充电，充电电压至V。= nXUd。;当半桥式Marx电路高压脉冲结束后，负载电容需要放电回路，使V。= O，否则V。的幅值一直保持在η X Ud。;12时刻负载电容没有放电回路，V。仍维持η X Ud。的电平，直到t3时刻负载电容才通过反并联二极管构成的回路进行快速放电，V。= Oo
[0038]上述技术方案的有益效果为:能够在极性可调方波高压脉冲电源电路保持容性负载时，保持负载电容正常充电和放电。
[0039]所述新型极性可调方波高压脉冲电源电路产生双极性脉冲的控制策略，优选的，所述步骤3包括:
[0040]步骤1-3，当极性可调方波高压脉冲电源电路保持感性负载时，采用步骤I的控制工作时序，每当