一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置，是由直流電源、控制器及固態(tài)開關(guān)組成，固態(tài)開關(guān)、直流電源均與控制器連接，且固態(tài)開關(guān)的輸入端與直流電源連接。本實(shí)用新型專利技術(shù)不會(huì)受到頻率及脈寬的影響，只要控制固態(tài)開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷就可實(shí)現(xiàn)所需的脈沖，上升沿快，頂部無(wú)振蕩，使用也極其簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)任意頻率及占空比的脈沖電源。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及脈沖電源裝置領(lǐng)域，具體是一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置。
技術(shù)介紹
一直以來，對(duì)于等離子體放電、環(huán)境保護(hù)、污水處理以及飲料殺菌等領(lǐng)域使用的脈沖電源，多為橋式開關(guān)電路推變壓器，次級(jí)直接輸出的方式實(shí)現(xiàn)。此種脈沖電源，頻率調(diào)節(jié)范圍窄(開關(guān)變壓器的開關(guān)頻率范圍窄)、體積大(在頻率較低時(shí)開關(guān)變壓器的體積會(huì)非常大)、輸出波形差(變壓器的分布參數(shù)對(duì)輸出波形影響很大)、可靠性差(抗打火能力差)等缺點(diǎn)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置，采用高壓直流電源與固態(tài)開關(guān)串聯(lián)，形成對(duì)負(fù)載的放電回路，達(dá)到對(duì)負(fù)載的脈沖放電，可實(shí)現(xiàn)電壓至100kV、電流至200A、任意頻率及脈寬、百納秒前后沿的脈沖電源。本技術(shù)的技術(shù)方案為一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置，它是由直流電源、控制器及固態(tài)開關(guān)組成，所述的固態(tài)開關(guān)、直流電源均與控制器連接，且固態(tài)開關(guān)的輸入端與直流電源連接。所述的全固態(tài)高壓脈沖電源裝置包括多組相互連接的直流電源和固態(tài)開關(guān)，且每個(gè)直流電源和固態(tài)開關(guān)均與控制器連接。所述的固態(tài)開關(guān)的輸出端連接有限流電阻。所述的直流電源的正負(fù)極之間并聯(lián)有放電電阻。所述的直流電源的作用是產(chǎn)生直流高壓；所述的固態(tài)開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷將直流高壓轉(zhuǎn)換為脈沖高壓輸出；所述的控制器實(shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生、保護(hù)等功能，開關(guān)機(jī)即為控制整個(gè)脈沖電源的工作與停止，觸發(fā)脈沖產(chǎn)生是自身產(chǎn)生所需要高壓輸出對(duì)應(yīng)的TTL信號(hào)，簡(jiǎn)單處理后送到固態(tài)開關(guān)，控制固態(tài)開關(guān)的開啟與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)所需的脈沖高壓輸出。固態(tài)開關(guān)采用大量的MOSFET、IGBT通過串聯(lián)及并聯(lián)，并通過緊湊，合理的布局組成，自身包含驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)小體積的組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)管的開關(guān)控制。對(duì)于驅(qū)動(dòng)組件，+15V給其供電，TTL信號(hào)輸入通過處理送到脈沖變壓器初級(jí)。變壓器初級(jí)采用單根高壓線穿磁環(huán)方式，從而隔離了次級(jí)高壓。當(dāng)TTL信號(hào)為OV時(shí)，開關(guān)停止工作；當(dāng)信號(hào)為+ 5V時(shí)，開關(guān)連續(xù)工作。MOSFET及IGBT串聯(lián)數(shù)量由輸出脈沖高壓決定，并聯(lián)數(shù)量由輸出脈沖電流決定。對(duì)于多個(gè)固態(tài)開關(guān)，次級(jí)采用多個(gè)磁環(huán)串聯(lián)，推動(dòng)多只開關(guān)管，初級(jí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過磁環(huán)耦合到次級(jí)，控制開關(guān)管導(dǎo)通與截止，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，高壓通過開關(guān)及負(fù)載形成回路，完成對(duì)負(fù)載放電，開關(guān)截止時(shí)，開關(guān)隔開放電回路，高壓不向負(fù)載放電，通過開關(guān)的導(dǎo)通與截止實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的脈沖放電。由于開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來源輸入的TTL信號(hào)，因此開關(guān)管導(dǎo)通截止與輸入信號(hào)基本保持一致，輸出脈沖電壓的頻率與脈寬與輸入TTL信號(hào)同樣基本保持一致(有納秒量級(jí)的控制傳輸延時(shí))，由此實(shí)現(xiàn)開關(guān)的工作脈寬從200nS到連續(xù)，而且即可以工作在固定的脈寬下，也可以工作在可變的脈寬下。本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)本技術(shù)脈沖電源，由于沒有變壓器，所以不會(huì)受到頻率及脈寬的影響，只要控制固態(tài)開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷就可實(shí)現(xiàn)所需的脈沖，上升沿快，頂部無(wú)振蕩，使用也極其簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)任意頻率及占空比的脈沖電源。附圖說明圖I是本技術(shù)實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本技術(shù)實(shí)施例I的TTL信號(hào)隨時(shí)間變化的波形圖。 圖3是本技術(shù)實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本技術(shù)實(shí)施例2的TTL信號(hào)隨時(shí)間變化的波形圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例I見圖1，一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置，作為±15kV飲料殺菌脈沖電源裝置，包括控制器I、相互連接的正電壓直流電源2a和開啟固態(tài)開關(guān)3a、相互連接的負(fù)電壓直流電源2b和關(guān)斷固態(tài)開關(guān)3b、連接于開啟固態(tài)開關(guān)3a輸出端上的第一限流電阻R1、連接于關(guān)斷固態(tài)開關(guān)3b輸出端上的第二限流電阻R2，連接于第一限流電阻R1、第二限流電阻R2輸出端與負(fù)載RL之間的第三限流電阻R3和并聯(lián)于負(fù)載RL上的放電電阻R4，正電壓直流電源2a、開啟固態(tài)開關(guān)3a、負(fù)電壓直流電源2b和關(guān)斷固態(tài)開關(guān)3b均與控制器I連接。本電源裝置脈沖電壓±15kV，峰峰值為30kV，脈沖電流10A，重復(fù)頻率為IOHz-IkHz,脈寬S，則單個(gè)電源平均功率為I. 5kW。直流電源采用諧振式，考慮損耗，每個(gè)電源為16kV/1600W。每個(gè)固態(tài)開關(guān)采用48只MOS管串聯(lián)。由于初級(jí)采用高壓線隔離，因此控制驅(qū)動(dòng)部分不必懸浮于高壓上，而放在低壓部分。工作時(shí)，直流電源輸出直流高壓，控制器I產(chǎn)生的TTL信號(hào)送到開啟固態(tài)開關(guān)，當(dāng)開啟固態(tài)開關(guān)3a導(dǎo)通時(shí),關(guān)斷固態(tài)開關(guān)3b關(guān)斷,正電壓直流電源2a通過開啟固態(tài)開關(guān)3a、限流電阻Rl與R3向負(fù)載RL放電，直到其關(guān)斷，輸出正脈沖電壓；當(dāng)關(guān)斷固態(tài)開關(guān)3b導(dǎo)通，開啟固態(tài)開關(guān)3a關(guān)斷時(shí)，負(fù)電壓直流電源2b通過關(guān)斷固態(tài)開關(guān)3b、限流電阻R2與R3向負(fù)載RL放電，輸出負(fù)脈沖電壓。R4為放電電阻，起到在開啟開關(guān)與關(guān)斷開關(guān)都不工作時(shí)將輸出電位拉到地電位的作用。見圖2，控制信號(hào)與輸出波形開機(jī)后，兩個(gè)直流電源一直處于工作狀態(tài)。在t0時(shí)刻，開啟關(guān)斷TTL信號(hào)均為低，兩個(gè)開關(guān)均處于關(guān)斷狀態(tài)，直流電源無(wú)法向負(fù)載放電，輸出為地電位。tl時(shí)刻，開啟TTL信號(hào)由低電平轉(zhuǎn)為高電平，驅(qū)動(dòng)MOS管，使開啟開關(guān)導(dǎo)通，+ 15kV高壓直流電源通開啟開關(guān)及R1、R3向負(fù)載RL放電，此時(shí)關(guān)斷TTL信號(hào)為低，關(guān)斷開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)。開啟開關(guān)將一直保持導(dǎo)通狀態(tài)，保證RL上的電壓一直為正高壓電源電壓，直至開啟開關(guān)輸入TTL信號(hào)在t2時(shí)刻變?yōu)榈停刂乞?qū)動(dòng)部分將不再給開啟開關(guān)導(dǎo)通信號(hào)，使開啟開關(guān)截止，直流電源不再對(duì)負(fù)載放電，負(fù)載回到地電位。t2-t3時(shí)刻，開啟關(guān)斷TTL信號(hào)均為低，輸出為地電位。t3時(shí)刻，關(guān)斷TTL信號(hào)由低變?yōu)楦?，關(guān)斷開關(guān)導(dǎo)通，RL通過R2、R3及關(guān)斷開關(guān)對(duì)負(fù)載放電。關(guān)斷開關(guān)將一直保持導(dǎo)通狀態(tài)，保證RL上的電壓一直為負(fù)高壓電源電壓，直至關(guān)斷開關(guān)輸入TTL信號(hào)在t4時(shí)刻變?yōu)榈停刂乞?qū)動(dòng)部分將不再給開啟開關(guān)導(dǎo)通信號(hào)，使開啟開關(guān)截止，直流電源不再對(duì)負(fù)載放電，負(fù)載回到地電位。t4時(shí)刻后,輸出一直處于地電位,直到t5時(shí)刻開啟TTL信號(hào)變?yōu)楦哌M(jìn)入下一個(gè)放電周期。t2-t3的時(shí)間與t4_t5的時(shí)間相等,這與米用開關(guān)變壓器輸出的脈沖電源輸出波形完全一致。在此例中，頻率和脈寬都實(shí)現(xiàn)了可調(diào)，體現(xiàn)出本技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。 實(shí)施例2見圖3，一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置，作為等離子體放電脈沖電源裝置，包括控制器I、相互連接的直流電源2和固態(tài)開關(guān)3，連接于固態(tài)開關(guān)3輸出端和負(fù)載RL之間的限流電阻Rl和并聯(lián)于負(fù)載RL上的放電電阻R2，直流電源2和固態(tài)開關(guān)3分別與控制器I連接。本電源裝置輸出脈沖電壓16kV，脈沖電流18A，重復(fù)頻率10Hz-2kHz可調(diào)，脈寬為IOu s-lms,最大占空比為1%，開關(guān)部分采用24只MOS管串聯(lián)。見圖4，控制信號(hào)與輸出波形 開機(jī)后，直流電源一直處于工作狀態(tài)。在t0時(shí)刻，TTL信號(hào)為低，開關(guān)均處于關(guān)斷狀態(tài)，直流電源無(wú)法向負(fù)載放電，輸出為地電位。tl時(shí)刻，TTL輸入信號(hào)由低變?yōu)楦?，?qū)動(dòng)組件工作，開關(guān)導(dǎo)通，電源通過開關(guān)向負(fù)載放電，一百納秒內(nèi)到達(dá)15kV。開關(guān)將一直保持導(dǎo)通狀態(tài)，保證RL上的電壓一直為高壓電源電壓，直至開關(guān)輸入的TTL信號(hào)在t2時(shí)刻變?yōu)榈?，控制?qū)動(dòng)部分將不再給開啟開關(guān)導(dǎo)通信號(hào)，使開啟開關(guān)截止，直流電源不再對(duì)負(fù)載放電，負(fù)載回到地電位，一直到t3時(shí)刻進(jìn)入下一個(gè)周期。權(quán)利要求1.一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置，其特征在于它是由直流電源、控制器及固態(tài)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種全固態(tài)高壓脈沖電源裝置，其特征在于：它是由直流電源、控制器及固態(tài)開關(guān)組成，所述的固態(tài)開關(guān)、直流電源均與控制器連接，且固態(tài)開關(guān)的輸入端與直流電源連接。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：印長(zhǎng)豹，劉凱，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：合肥博雷電氣有限公司，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：