一种等离子体引弧电源的控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到一种电子电路，特别涉及到一种高压电源控制电路。
【背景技术】
[0002]当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧和废物处理等。近几年来，利用等离子体处理危险有害的废弃物和生活垃圾的技术发展很快，等离子体的处理方式和一般的焚烧方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，伴随着放电现象将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，等离子体火炬的中心温度可高达摄氏5万度以上，火炬边缘温度也可达到3千度以上，被处理的垃圾废物受到高温高压的等离子体冲击时，其分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质。利用等离子体喷枪把水蒸汽气化剂加热分解后再喷入生活垃圾气化炉内或煤气化炉内与焦炭进行化学反应，所发生的反应是放热反应，可以为气化炉提供原料烘干和热解所需的热量，从而使气化炉不需输入空气或氧气，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低，可作为生产甲醇的原料气利用。因此，用等离子体喷枪加热分解水蒸汽做气化剂来气化煤或垃圾将成为今后的首选。
[0003]等离子热解水制氢技术是最近几年提出来的水制氢候选技术之一，因为水是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400?3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K时，水分子将全部分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则很容易做到。
[0004]一般等离子体喷枪的电弧作用在喷枪之外，而用于分解水蒸汽的等离子体喷枪与一般等离子体喷枪不同，为了实现把水分子分解为氢和氧，提高水分子的分解率，用于分解水蒸汽的等离子体喷枪其电弧作用在喷枪的内部，并且是多级电弧串联，高温等离子体电弧的能量集中作用在喷枪内的水分子上，使水分子很容易分解，分解效率高。这类等离子体喷枪需要高压电源进行引弧，使喷枪内产生等离子体电弧。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于内电弧等离子体喷枪的引弧电源的控制电路，电路结构简单、工作可靠、效率高和操作方便。
[0006]本发明的一种等离子体引弧电源的控制电路，主要由电阻、电容器、二极管和与非门电路组成，其特征是与非门电路包括振荡门IC1、延迟门IC2、第一输出门IC3和第二输出门IC4，其中，振荡门ICl的第一输入端构成振荡电阻Rl和振荡电容器Cl的接入端，振荡门ICl的第二输入端构成控制输入端，振荡门ICl的输出端连接到延迟门IC2的第一输入端、第一隔离二极管VD2的阳极和死区控制电阻R3的第一脚，死区控制电阻R3的第二脚连接到延迟电容器C2的第一脚、延迟门IC2的第二输入端、钳位二极管VDl的阳极和第二隔离二极管VD3的阳极，延迟电容器C2的第二脚连接到地线；延迟门IC2的输出端连接到第三隔离二极管VD4的阳极，第三隔离二极管VD4的阴极连接到第一输出门IC3的二个输入端，第一输出门IC3的输出端构成振荡周期的前半周信号输出端；第一隔离二极管VD2的阴极和第二隔离二极管VD3的阴极连接到第二输出门IC4的二个输入端，第二输出门IC4的输出端构成振荡周期的后半周信号输出端。
[0007]本发明中，在电路中或在电路的外围有振荡电阻R1、振荡电容器Cl和电位器RP，振荡门ICl的输出端连接到振荡电阻Rl的第二脚和电位器RP的左端，振荡电阻Rl的第一脚连接到振荡门ICl的第一输入端和振荡电容器Cl的第二脚，振荡电容器Cl的第一脚连接到地线；当在电路中或在电路的外围有电位器RP时，电位器RP连接为可变电阻方式，振荡门ICl的输出端通过电位器RP连接到死区控制电阻R3的第一脚；在控制电路中有工作电源输入端9和过流保护电路，过流保护电路由第一负载电阻R4、偏置电阻R5、第二负载电阻R6、取样二极管VD7、第一反相三极管VT1、第二反相三极管VT2、第四隔离二极管VD5和第五隔离二极管VD6构成；与非门电路的电源端、第一负载电阻R4的第一脚和第二负载电阻R6的第一脚连接到工作电源输入端9，与非门电路的接地端连接到地线；取样二极管VD7的阴极构成电流取样信号输入端，取样二极管VD7的阳极通过偏置电阻R5连接到第一反相三极管VTl的基极，第一反相三极管VTl的集电极连接到第一负载电阻R4的第二脚和第二反相三极管VT2的基极，第二反相三极管VT2的集电极连接到第二负载电阻R6的第二脚、第四隔离二极管VD5的阳极和第五隔离二极管VD6的阳极，第一反相三极管VTl的发射极和第二反相三极管VT2的发射极连接到地线，第四隔离二极管VD5的阴极连接到第一输出门IC3的二个输入端，第五隔离二极管VD6的阴极连接到第二输出门IC4的二个输入端；电路中有控制接口 8，钳位二极管VDl的阴极和振荡门ICl的第二输入端连接到控制接口 8，在振荡门ICl的第二输入端与地线之间有第一傍路电阻R2 ;在第一输出门IC3的二个输入端与地线之间有第二傍路电阻R7 ;在第二输出门IC4的二个输入端与地线之间有第三傍路电阻R8。
[0008]本发明在等离子体喷枪的引弧电源中应用，等离子体喷枪的引弧需数万至数十万伏的高压电源，为高频化的开关型电源，所述的高频工作频率为ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，高频开关电源具有高效率和小型化的特点。等离子体喷枪的引弧电源主要由电源输入电路、控制电路和功率升压电路组成，其中，功率升压电路由功率开关管和升压变压器构成，功率开关管包括上功率开关管和下功率开关管，升压变压器包括初级低压线圈和次级高压线圈。工作时，控制电路使上功率开关管和下功率开关管交替导通，使得升压变压器的初级低压线圈中流过交变电流，次级高压线圈便感应产生数万至数十万伏的高电压。
[0009]上述的发明中，振荡门ICl产生的振荡频率由振荡电阻Rl和振荡电容器Cl的值确定，即f=l/1.4RC，振荡门ICl的输出为高低电平交替的矩形脉冲波。为了获取使上功率开关管和下功率开关管交替导通的开关信号，在本发明中，利用延迟门IC2和第一输出门IC3构成的二级串联电路来获取振荡周期的前半周信号，用来驱动上功率开关管，利用第二输出门IC4来获取振荡周期的后半周信号，用来驱动下功率开关管，第一输出门IC3和第二输出门IC4交替输出开关信号，从而使上功率开关管和下功率开关管交替导通。
[0010]为了避免上功率开关管和下功率开关管共态导通而造成损坏，本发明具有死区控制时间，所述死区控制时间为输出开关信号的占空时间，应略大于功率开关管的存储时间。由死区控制电阻R3和延迟电容器C2的值确定第一输出门IC3输出前半周开关信号的占空时间和第二输出门IC4输出后半周开关信号的占空时间，使延迟电容器C2的充电时间或放电时间小于振荡频率的1/2周期；当振荡门ICl输出端的矩形脉冲波呈高电平时，高电平通过死区控制电阻R3对延迟电容器C2进行充电，在延迟电容器C2的充电电压低于2/3工作电压时，延迟门IC2的输出端为高电平，把第一输出门IC3的输出端锁死在低电平，使上功率开关管截止，直至延迟电容器C2的充电电压达到2/3工作电压时，延迟门IC2的输出端反转为低电平，使第一输出门IC3输出开关信号，上功率开关管导通，这时，上功率开关管的导通时间已获取延时，其延时时间即为振荡周期的前半周死区时间；当振荡门ICl输出端的矩形脉冲波呈高电平或延迟电容器C2的电压高于2/3工作电压时，振荡门ICl输出端的高电平通过第一隔离二极管VD2输入到第二输出门IC4的二个输入端，或延迟电容器C2上的高电平通过第二隔离二极管VD3输入到第二输出门IC4的二个输入端，把第二输出门IC4的输出端锁死在低电平，使下功率开关管截止；当振荡门ICl输出端的矩形脉冲波呈低电平时，延迟电容器C2通过死区控制电阻R3进行放电，在延迟电容器C2的残余电压高于1/3工作电压时，第二输出门IC4的输出端仍锁死在低电平，下功率开关管保持截止，直至延迟电容器C2放电至小于1/3工作电压时，使第二输出门IC4的输出端反转为高电平，下功率开关管导通，这时，下功率开关管的导通时间已获取延时，其延时时间即为振荡周期的后半周死区时间。本发明中，延迟门IC2为与非门电路，只有当振荡门ICl的输出端与延迟电容器C2的正极同时为高电平时，延迟门IC2的输出端才能反转为低电平，才能使第一输出门IC3的输出端输出开关信号，而延迟电容器C2的正极只能在设定充电至2/3工作电压的时间达到后才能呈高电平，因此，本发明对第一输出门IC3输出的开关信号所设置的死区控制电路是可靠的；只有当振荡门ICl的输出端与延迟电容器C2的正极同时为低电平时，第二输出门IC4的输出端