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非熱等離子體脈沖電源的制作方法

文檔序號(hào):7183626閱讀:171來源:國知局
專利名稱:非熱等離子體脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于非熱等離子體空氣消毒凈化技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及非熱等離子體脈沖電 源。
背景技術(shù)
現(xiàn)在對(duì)于常溫、常壓狀態(tài)下的室內(nèi)空氣消毒凈化,選用電暈放電的非熱等離子體 空氣消毒凈化器是一種優(yōu)先。非熱等離子體空氣消毒凈化器的核心部件有兩個(gè)非熱等離 子體反應(yīng)器和相匹配的高壓電源。非熱等離子體反應(yīng)器主要是由金屬絲、鋸齒狀或尖針狀 的正電極和金屬板的負(fù)電極構(gòu)成,在外加高壓電源的強(qiáng)電場(chǎng)作用下,產(chǎn)生的非熱等離子體 打開氣體分子鍵,生成單原子分子、負(fù)氧離子、OH離子和自由氧原子、H2O2等自由基,它對(duì)細(xì) 菌、病毒具有極強(qiáng)的活化和氧化能力,有很強(qiáng)的殺傷力。它還能分解甲醛、苯、氡、氨氣、一氧 化碳、煙氣、TVOC等高分子有毒有機(jī)物,轉(zhuǎn)化成低分子無毒無味的無機(jī)物,如炭、水等。等離 子體反應(yīng)器工作時(shí)含靜電場(chǎng),能吸附小至0. Ium粒徑的顆粒物,進(jìn)一步凈化空氣。非熱等離子體空氣消毒凈化技術(shù)的先進(jìn)性已被業(yè)內(nèi)專家學(xué)者所認(rèn)可,其殺菌消毒 機(jī)理的科學(xué)性和先進(jìn)性是無可比擬的,被國際上稱之為“二十一世紀(jì)環(huán)境科學(xué)四大技術(shù)之 一”。但是,市場(chǎng)上推廣應(yīng)用還不多見,進(jìn)展緩慢。過濾吸附、高壓靜電、臭氧、紫外線及TiO2 光催化等空氣消毒凈化器仍在各大醫(yī)院、辦公大樓、商場(chǎng)、公共娛樂場(chǎng)所被廣泛采用。甚至 食品廠、制藥廠及半導(dǎo)體IC制造業(yè)大都選用FFU空氣過濾單元。它在新安裝時(shí)空氣凈化效 果雖然好;但能耗大、有噪音,而且維護(hù)費(fèi)用昂貴,尚有二次污染之虞,恰恰占有極大市場(chǎng)。究其原因主要有兩個(gè)一是目前非熱等離子體反應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理,構(gòu)成非熱等離子體反應(yīng)器的放電正電 極選用細(xì)金屬絲所產(chǎn)生等離子體濃度雖然高,但是容易被燒斷。為此,正電極大多選用不銹 鋼制成鋸齒狀或尖針狀結(jié)構(gòu),結(jié)果是等離子體濃度低,臭氧及氮氧化物濃度高,消毒凈化效
果差 ο二是非熱等離子體電源對(duì)于呈容性負(fù)載的等離子體反應(yīng)器匹配不是很恰當(dāng)。試驗(yàn) 表明在大氣壓下要想使反應(yīng)器作電暈放電產(chǎn)生高濃度等離子體以提高其殺菌消毒凈化效 率應(yīng)具備兩個(gè)條件。首先是外加高壓電場(chǎng)只對(duì)空氣中的電子施加能量,在瞬間(nS級(jí))增 溫、加速,獲得動(dòng)能,使質(zhì)量很小的電子溫度高達(dá)數(shù)萬度,而其它粒子獲得極少低能量。另一 個(gè)條件是外加電場(chǎng)對(duì)電子施加能量的時(shí)間(uS級(jí))要遠(yuǎn)小于不給電子施加能量的時(shí)間, 使氣體獲得的能量能夠及時(shí)傳導(dǎo)出去,防止過渡到熱等離子體而降低效率。這就要求非熱 等離子體電源不但提供10——20KV的直流高壓電外,還必需有高的占空比,上升速率達(dá)到 80nS,至少是120nS的高頻窄脈沖電流。同時(shí)考慮到等離子體反應(yīng)器是容性負(fù)載,正、負(fù)極 難免被意外短路,這些對(duì)非熱等離子體電源的安全性、穩(wěn)定性之苛刻是可想而知的。鑒于目 前半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間是uS級(jí),采用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法是很難滿足上述 兩個(gè)條件的。nS級(jí)的耐高壓大功率開關(guān)器件價(jià)格昂貴,而且工作壽命短,設(shè)計(jì)在民用產(chǎn)品上 是不切實(shí)際的。
為此,市場(chǎng)上多數(shù)選用了簡單、價(jià)廉的直流高壓電源。眾所周知,直流電暈放電形 成的等離子體活性空間小,僅限于電暈放電附近。當(dāng)直流電壓高于反應(yīng)器正、負(fù)電極臨界值 時(shí)氣體會(huì)被擊穿而形成火花放電,使氣體溫度升高,效率低、能耗大是顯而易見。因此,直流 高壓電源只用于殺菌、消毒及分解有毒有機(jī)化合物較差的靜電吸附型空氣消毒凈化器。例 如采用高壓交流整流濾波的技術(shù)方案就是屬于直流高壓電源。有的廠家直接選用壓電陶瓷 變壓器,它輸出的是高頻交流電,必須采用倍壓整流濾波電路,結(jié)果輸出的也是直流高壓電 流。上述電源對(duì)于呈容性負(fù)載的非熱等離子體反應(yīng)器匹配不恰當(dāng)是無可非議的。被世界上許多廠家所采納用于等離子體反應(yīng)器的交直流疊加電源,是在高壓直流 電基礎(chǔ)上疊加一個(gè)高頻高壓交流成份實(shí)現(xiàn)的。它比直流電源的電暈放電峰值電壓低,電壓 范圍寬,但又稍損于窄脈沖電暈放電法,所以活性粒子的數(shù)量及活性空間都介于兩者之間。 它作為非熱等離子體反應(yīng)器的匹配電源也不是理想的。中國發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710036492. X,發(fā)明名稱《用于低溫等離子過氧化氫消 毒殺菌設(shè)備的等離子電源》,它包括一基于PFC電路的整流電路,連接市電輸入端,一 EMC濾 波電路,連接整流電路,一 H橋逆變電路連接PFC電路,用于逆變,包括直流輸入單元,基于 PWM調(diào)制技術(shù)的可控輸出的H逆變單元和連接所述H逆變單元的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路單元;一輸 出及取樣電路,連接H橋逆變電路用于輸出及取樣,包括輸出信號(hào)檢測(cè)單元、變壓器耦合輸 出單元、反射信號(hào)檢測(cè)單元和采樣處理電路單元;其中,采樣處理電路單元分別連接輸出信 號(hào)檢測(cè)單元、變壓器耦合輸出單元、反射信號(hào)檢測(cè)單元;輸出信號(hào)檢測(cè)單元包括反射功率測(cè) 量環(huán)節(jié);一計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制電路,用于對(duì)整個(gè)電源的檢測(cè)控制,分別連接H橋逆變電路的觸 發(fā)驅(qū)動(dòng)電路單元和輸出及取樣電路的采樣處理電路單元。它公開了一個(gè)H全橋逆變高壓高頻電流提供等離子體反應(yīng)器,所有檢測(cè)信號(hào)由計(jì) 算機(jī)處理后再輸出控制H全橋逆變電路的技術(shù)方案。不難看出,該發(fā)明H全橋逆變輸出的 高壓高頻電流是占空比1 1的方波,能滿足等離子體反應(yīng)器要求,計(jì)算機(jī)檢測(cè)、控制也很 全面。缺陷是H全橋逆變電路起用了四只大功率M0SFET,還要配備一臺(tái)計(jì)算機(jī),它的設(shè)備復(fù) 雜、造價(jià)高是不言而喻的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種匹配 呈容性的等離子體反應(yīng)器工作產(chǎn)生高濃度等離子體,而且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性好、造 價(jià)低的非熱等離子體電源。研究表明要使呈容性的等離子體反應(yīng)器產(chǎn)生多的高能電子,激發(fā)氣體分子進(jìn)行 電離或離解,產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基,最好采用窄脈沖(脈寬幾μ S、上升時(shí)間為幾十至幾 百nS)放電電流。在極短的時(shí)間內(nèi),電子被加速成為高能電子,而其它質(zhì)子較大的離子由于 慣性作用,在脈沖瞬間來不及被電子加速而基本保持靜止。非熱等離子體電源所提供的能 量主要被用于產(chǎn)生高能電子,能量效率高于直流或交直流疊加電源。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種非熱等離子體脈沖電源,包括EMC濾波 器、整流電路、濾波電路、數(shù)字控制電路、脈沖發(fā)生器、脈沖變壓器依次序作電連接,脈沖變 壓器的輸出端外接等離子體反應(yīng)器,其特征在于所述的脈沖發(fā)生器輸出端設(shè)有電流檢測(cè)電 路,將檢測(cè)到的脈沖發(fā)生器輸出電流信號(hào)送入數(shù)字控制電路內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器,轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈沖發(fā)生器的輸入端,以自動(dòng)調(diào)整脈沖發(fā)生器的輸 出脈沖寬度;所述的脈沖變壓器的輸出地電位端接有異常狀態(tài)保護(hù)電路,異常狀態(tài)保護(hù)電 路的輸出端與數(shù)字控制電路輸入端連接,將脈沖變壓器送至等離子體反應(yīng)器的工作電流取 樣、隔離后的信號(hào)電流送入數(shù)字控制電路,經(jīng)數(shù)字處理后的控制電流從數(shù)字控制電路輸出 端送至脈沖發(fā)生器輸入端,以自動(dòng)控制脈沖發(fā)生器的工作狀態(tài);所述的脈沖變壓器初級(jí)線 圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路,對(duì)脈沖變壓器初級(jí)線圈兩端的輸出電壓峰值箝位;所述的脈 沖發(fā)生器與脈沖變壓器是按反激式逆變器設(shè)置,脈沖變壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的同名 端al、a2和異名端bl、b2是反向設(shè)置的;所述的次級(jí)線圈是分段繞制成至少是兩個(gè)線包串 聯(lián)而成,每個(gè)線包的上端各設(shè)有一個(gè)高壓快恢復(fù)二極管,高壓快恢復(fù)二極管的正極接在低 電位線包末端,高壓快恢復(fù)二極管的負(fù)極接在高電位線包的起始端。優(yōu)先地所述的脈沖變壓器設(shè)有一個(gè)多槽絕緣線圈骨架,次級(jí)線圈是分三段至五段 繞制在多槽絕緣線圈骨架相對(duì)應(yīng)的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成;所述的高壓快恢復(fù)二極管的耐電壓參 數(shù)至少是12KV,恢復(fù)時(shí)間小于SOnS ;所述的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的內(nèi)孔中設(shè)有鐵基超微晶 鐵心作電磁耦合,鐵基超微晶鐵心的磁回路中設(shè)有磁氣隙,磁氣隙的設(shè)置寬度是0. 15—— 0. 45mm ;所述的鐵基超微晶鐵心也可以是R2KD的鐵氧體磁心材料制成。優(yōu)先地所述的脈沖發(fā)生器內(nèi)設(shè)有絕緣柵雙極型晶體管Ql,Ql的集電極接初級(jí)線 圈同名端al,Ql的發(fā)射極經(jīng)電流檢測(cè)電路(208)接整流電路的負(fù)輸出端;Ql的耐電壓參數(shù) 至少是輸入電源電壓額定值的2. 7倍;所述的絕緣柵雙極型晶體管Ql也可以是參數(shù)相近的 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管將功能腳相對(duì)應(yīng)連接制成。優(yōu)先地所述的異常狀態(tài)保護(hù)電路內(nèi)設(shè)有光耦I(lǐng)C2,光耦I(lǐng)C2的輸入端1腳接地,光 耦I(lǐng)C2輸入端2腳與脈沖變壓器的次級(jí)線圈異名端b2連接,光耦I(lǐng)C2輸出端3腳接整流電 路的負(fù)輸出端,光耦I(lǐng)C2的4腳是輸出端;光耦I(lǐng)C2的2、3腳并聯(lián)高壓電容器C7,取樣電阻 R6并聯(lián)在光耦I(lǐng)C2輸入端;流經(jīng)取樣電阻R6上是脈沖變壓器送至等離子體反應(yīng)器的工作 時(shí)取樣電流,由光耦I(lǐng)C2光電轉(zhuǎn)換作電隔離后,將等離子體反應(yīng)器工作信號(hào)電流送至數(shù)字 控制電路。優(yōu)先地所述的電流檢測(cè)電路內(nèi)設(shè)有電阻器R5,電阻器R5既是絕緣柵雙極型晶體 管Ql的發(fā)射極電阻器,又是電流檢測(cè)電路的電流取樣電阻器。優(yōu)先地所述的脈沖限幅電路內(nèi)設(shè)有瞬變二極管D5和快恢復(fù)二極管D6反向串聯(lián)后 與初級(jí)線圈并聯(lián),瞬變二極管D5的正極與整流電路的正輸出端連接,快恢復(fù)二極管D6的正 極與絕緣柵雙極型晶體管Ql集電極連接,電容器C6與瞬變二極管D5并連。優(yōu)先地所述的EMC濾波器設(shè)有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯(lián),EMC濾 波器輸入端并聯(lián)電容器Cl,EMC濾波器輸出端并聯(lián)電容器C2。優(yōu)先地所述的所述的數(shù)字控制電路內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是 制成一個(gè)模塊,也可以選用開關(guān)電源控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D制成;或數(shù) 字控制電路和脈沖發(fā)生器是合用一塊單片集成電路的,三端開關(guān)電源ICl包括T0P225或 T0P224制成,也可以是用性能更好的單片五端開關(guān)電源ICl包括MC33374制成;所述的光 耦I(lǐng)C2的型號(hào)是PC817或P721。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種非熱等離子體脈沖電源所述的脈沖發(fā)生器輸出端設(shè)有電流檢測(cè)電路,將檢測(cè)到的脈沖發(fā)生器輸出電流信號(hào)送入數(shù)字控制電路內(nèi)的振蕩器、誤差放大 器和PWM比較器,轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈沖發(fā)生器的輸入端,以自動(dòng)調(diào)整脈沖發(fā) 生器的輸出脈沖寬度。電流檢測(cè)電路與數(shù)字控制電路的默契配合,獲得高頻窄脈沖驅(qū)動(dòng)電 流,使呈容性的等離子體反應(yīng)器產(chǎn)生高濃度等離子體,工作時(shí)的放電電流穩(wěn)定。所述的脈沖變壓器的輸出地電位端接有異常狀態(tài)保護(hù)電路,異常狀態(tài)保護(hù)電路的 輸出端與數(shù)字控制電路輸入端連接,將脈沖變壓器送至等離子體反應(yīng)器的工作電流取樣、 隔離后的信號(hào)電流送入數(shù)字控制電路,經(jīng)數(shù)字處理后的控制電流從數(shù)字控制電路輸出端送 至脈沖發(fā)生器輸入端,以自動(dòng)控制脈沖發(fā)生器的工作狀態(tài)。當(dāng)呈容性的等離子體反應(yīng)器工 作中發(fā)生過熱、過電流、過電壓或短路等異常狀態(tài)時(shí),數(shù)字控制電路輸出端無脈沖驅(qū)動(dòng)電流 輸出,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。所述的脈沖變壓器初級(jí)線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路,對(duì)脈沖變壓器初級(jí)線圈兩 端的輸出電壓峰值箝位;所述的脈沖發(fā)生器與脈沖變壓器是按反激式逆變器設(shè)置,脈沖變 壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的同名端al、a2和異名端bl、b2是反向設(shè)置的;所述的次級(jí) 線圈是分段繞制成至少是兩個(gè)線包串聯(lián)而成,每個(gè)線包的上端各設(shè)有一個(gè)高壓快恢復(fù)二極 管,高壓快恢復(fù)二極管的正極接在低電位線包的末端,高壓快恢復(fù)二極管的負(fù)極接在高電 位線包的起始端。脈沖變壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的分布電容按分段繞制線包個(gè)數(shù)的指 數(shù)倍率下降,極大地提高其輸出脈沖電壓的上升、下降速率。脈沖變壓器在周邊箝位電路配 合下,輸出脈沖電壓穩(wěn)定,呈容性的等離子體反應(yīng)器工作中不會(huì)出現(xiàn)打火之類故障。必須說 明的是,脈沖發(fā)生器與脈沖變壓器是按反激式逆變器設(shè)置,它除了完成升壓任務(wù),還使外接 的等離子體反應(yīng)器與市電隔離,其外殼可以直接接地,電磁屏蔽、安全性能好。同時(shí)獲得意 想不到的有益效果是反激式逆變器輸出的脈沖電流是脈沖發(fā)生器關(guān)斷時(shí)使存儲(chǔ)在脈沖變 壓器內(nèi)的磁能瞬間釋放,獲得脈沖上升時(shí)間SOnS以下的高壓電暈放電電流;再是當(dāng)?shù)入x子 體反應(yīng)器意外短路,由于反激式逆變器的隔離作用,即脈沖發(fā)生器關(guān)閉時(shí)脈沖變壓器次級(jí) 才導(dǎo)通輸出,因而非熱等離子體電源工作是安全的。上述各部件之間相輔相成,有機(jī)聯(lián)系,使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)匹配呈容性的等離子體反應(yīng) 器工作產(chǎn)生高濃度等離子體,而且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性好、造價(jià)低的非熱等離子體電 源之目的。同時(shí)還有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)由于窄脈沖電壓高,不容易過渡到火花放電,可提供的活性粒子比直流放電法高 出幾個(gè)數(shù)量級(jí);在窄脈沖高上升速率電場(chǎng)中,電暈區(qū)域也大,放電空間的電子密度也增高,在反應(yīng) 器內(nèi)的空間電荷效應(yīng)分布趨于均勻,因而活性空間也比交直流疊加電源放電法大得多;由于上述二點(diǎn)的優(yōu)勢(shì),本發(fā)明外接的非熱等離子體反應(yīng)器內(nèi)的電子密度大、分布 廣,反應(yīng)器設(shè)計(jì)有較大的空間,所以制造時(shí)允許有一定的誤差。


圖1是本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源結(jié)構(gòu)框圖;圖2是本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源的電原理圖;圖3是本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源的結(jié)構(gòu)立體圖4是本發(fā)明脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明脈沖變壓器電路結(jié)構(gòu)圖;圖6是本發(fā)明脈沖變壓器輸出高壓放電電流波形圖;圖7是本發(fā)明的電磁兼容、傳導(dǎo)干擾測(cè)試報(bào)告。主要部件附圖標(biāo)記說明201-EMC濾波器202-整流電路
203-濾波電路204-數(shù)字控制電路
205-脈沖發(fā)生器206-脈沖變壓器
207-等離子體反應(yīng)器208-電流檢測(cè)電路
209-異常狀態(tài)保護(hù)電路210-脈沖限幅電路
211-初級(jí)絕緣線圈骨架212-多槽絕緣線圈骨架
213-高壓導(dǎo)線214-初級(jí)線圈
215-次級(jí)線圈216-鐵基超微晶鐵心
217-高壓快恢復(fù)二極管218-磁氣隙
219-電源連接器
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例一參照?qǐng)D1的非熱等離子體脈沖電源結(jié)構(gòu)框圖,圖2是本發(fā)明非熱等離子體脈沖電 源的電原理圖,圖3是本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源的結(jié)構(gòu)立體圖。本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源,包括EMC濾波器201、整流電路202、濾波電路203、 數(shù)字控制電路204、脈沖發(fā)生器205、脈沖變壓器206依次序作電連接,脈沖變壓器206的輸 出端外接等離子體反應(yīng)器207。所述的脈沖發(fā)生器205輸出端設(shè)有電流檢測(cè)電路208,將檢 測(cè)到的脈沖發(fā)生器輸出電流信號(hào)送入數(shù)字控制電路204內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比 較器,轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈沖發(fā)生器205的輸入端,以自動(dòng)調(diào)整脈沖發(fā)生器205 的輸出脈沖寬度。所述的脈沖變壓器206的輸出地電位端接有異常狀態(tài)保護(hù)電路209,異 常狀態(tài)保護(hù)電路209的輸出端與數(shù)字控制電路204輸入端連接,將脈沖變壓器206送至等 離子體反應(yīng)器207的工作電流取樣、隔離后的信號(hào)電流送入數(shù)字控制電路204,經(jīng)數(shù)字處理 后的控制電流從數(shù)字控制電路204輸出端送至脈沖發(fā)生器205輸入端,以自動(dòng)控制脈沖發(fā) 生器205的工作狀態(tài)。所述的脈沖變壓器206初級(jí)線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路210,對(duì) 脈沖變壓器206初級(jí)線圈兩端的輸出電壓峰值箝位。所述的脈沖發(fā)生器205與脈沖變壓器 206是按反激式逆變器設(shè)置,脈沖變壓器206的初級(jí)線圈214和次級(jí)線圈215的同名端al、 a2和異名端bl、b2是反向設(shè)置的;所述的次級(jí)線圈215是分段繞制成至少是兩個(gè)線包串聯(lián) 而成,每個(gè)線包的上端各設(shè)有一個(gè)高壓快恢復(fù)二極管217,高壓快恢復(fù)二極管217的正極接 在低電位線包的末端,高壓快恢復(fù)二極管217的負(fù)極接在高電位線包的起始端。濾波電容 器C3與整流電路202直流輸出端并聯(lián)。降壓電阻器Rl串聯(lián)在數(shù)字控制電路204供電回路 中,濾波電容器C4與數(shù)字控制電路204供電回路并聯(lián)。數(shù)字控制電路204內(nèi)的振蕩器回路 外接振蕩電阻器Rs和振蕩電容器Cs。整流電路202是由二極管D1、D2、D3和D4按橋式整流電路連接。本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源的L、N輸入端設(shè)有電源連接器219。實(shí)施例二 圖4是本發(fā)明脈沖變壓器結(jié)構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明脈沖變壓器電路結(jié)構(gòu)圖。本 發(fā)明非熱等離子體脈沖電源所述的脈沖變壓器206設(shè)有一個(gè)多槽絕緣線圈骨架212,次級(jí) 線圈215是分三段至五段繞制在多槽絕緣線圈骨架212相對(duì)應(yīng)的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成。脈沖變 壓器206的輸出端設(shè)有高壓導(dǎo)線213與等離子體反應(yīng)器207的正極連接。所述的高壓快恢 復(fù)二極管217的耐電壓參數(shù)至少是12KV,恢復(fù)時(shí)間小于SOnS ;所述的初級(jí)線圈214是繞在 初級(jí)絕緣線圈骨架211內(nèi),初級(jí)絕緣線圈骨架211和多槽絕緣線圈骨架212的內(nèi)孔中設(shè)有 鐵基超微晶鐵心216作電磁耦合。鐵基超微晶鐵心216的磁回路中設(shè)有磁氣隙218,磁氣隙 218的設(shè)置寬度是0. 15——0. 4mm,是根據(jù)工作頻率和輸出功率予以調(diào)整;最佳實(shí)施例工作 頻率38KHz,輸出功率7W,磁氣隙218設(shè)置寬度是0. 25mm。所述的鐵基超微晶鐵心216也可 以是R2KD的鐵氧體磁心材料制成。實(shí)施例三本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源所述的脈沖發(fā)生器205內(nèi)設(shè)有絕緣柵雙極型晶體 管Q1,Q1的集電極接初級(jí)線圈214同名端al,Ql的發(fā)射極經(jīng)電流檢測(cè)電路208接整流電路 202的負(fù)輸出端。Ql的柵極經(jīng)電阻器R4接數(shù)字控制電路204輸出端。Ql的耐電壓參數(shù)至 少是輸入電源電壓額定值的2. 7倍。所述的絕緣柵雙極型晶體管Ql也可以是參數(shù)相近的 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管將功能腳相對(duì)應(yīng)連接制成。本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源設(shè)有電感儲(chǔ)能式變換器,其工作原理當(dāng)脈沖發(fā)生 器205中的開關(guān)管Ql被PWM脈沖激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí),次級(jí)高壓快恢復(fù)二極管217截止,脈沖變 壓器206的次級(jí)線圈215輸出脈沖電流給外接等離子體反應(yīng)器207供電。整流電路202直 流輸出電壓施加到脈沖變壓器206初級(jí)線圈的兩端,此時(shí)初級(jí)線圈214相當(dāng)于一個(gè)純電感, 流過初級(jí)線圈214的電流線性上升,電源能量以磁能形式存儲(chǔ)在電感中當(dāng)開關(guān)管Ql截止 時(shí),由于電感電流不能突變,初級(jí)線圈214兩端電壓極性反向,次級(jí)線圈215上的電壓極性 顛倒使高壓快恢復(fù)二極管217導(dǎo)通,初級(jí)線圈214儲(chǔ)存的能量傳送到次級(jí)線圈215,提供輸 出脈沖電流給外接的等離子體反應(yīng)器207供電。本發(fā)明脈沖變壓器206要求磁芯剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度低,即Br/Bs較小。選用鐵基超 微晶低剩磁(Br/Bs彡0. 2)材料的磁芯,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm = 1. 2T,剩磁Br < 0. 2T,損耗 P0. 35 (IOkHz) < 18W/kg。本設(shè)計(jì)脈沖變壓器206是按反激式逆變器設(shè)置,磁芯工作在磁滯 回線的第一象限,對(duì)材料的要求是具有大的ΔΒ(ΔΒ = Bm-Br),鐵基超微晶材料的飽和磁 感應(yīng)強(qiáng)度無論經(jīng)過怎樣的磁場(chǎng)處理都是不會(huì)變的,所以要使ΔΒ增大,只有采用低Br的磁 芯。特別對(duì)于脈沖變壓器206要求有足夠的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm和合適的磁導(dǎo)率。因?yàn)槊}沖 變壓器206要求儲(chǔ)能,線圈儲(chǔ)能的多少取決于兩個(gè)因素一是材料的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Be或 初級(jí)線圈214電感量L ;另一個(gè)是工作磁場(chǎng)Hm或開關(guān)管Ql工作電流。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm 由鐵基超微晶材料決定,低Br的磁芯利于恒磁導(dǎo),使磁芯在一定的工作電流下不飽和。鐵 基超微晶磁心的優(yōu)越性能作為本發(fā)明優(yōu)選。實(shí)施例四本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源所述的異常狀態(tài)保護(hù)電路209內(nèi)設(shè)有光耦I(lǐng)C2,光 耦I(lǐng)C2的輸入端1腳接地,光耦I(lǐng)C2輸入端2腳與脈沖變壓器206的次級(jí)線圈異名端b2連接,光耦I(lǐng)C2輸出端3腳接整流電路202的負(fù)輸出端,光耦I(lǐng)C2的4腳是輸出端。光耦I(lǐng)C2 的2、3腳并聯(lián)高壓電容器C7,取樣電阻R6并聯(lián)在光耦I(lǐng)C2的輸入端。流經(jīng)取樣電阻R6上 是脈沖變壓器206送至等離子體反應(yīng)器207的工作時(shí)取樣電流,由光耦I(lǐng)C2光電轉(zhuǎn)換作電 隔離后,將等離子體反應(yīng)器207的工作信號(hào)電流送至數(shù)字控制電路204內(nèi)的誤差放大器和 PWM比較器。異常狀態(tài)信號(hào)電流經(jīng)過光耦I(lǐng)C2轉(zhuǎn)換成光信號(hào),進(jìn)行光電隔離后再還原成電信 號(hào)送至數(shù)字控制電路204處理。實(shí)施例五本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源所述的電流檢測(cè)電路208內(nèi)設(shè)有電阻器R5。電阻 器R5既是絕緣柵雙極型晶體管Ql的發(fā)射極電阻器,又是電流檢測(cè)電路208的電流取樣電 阻器。電阻器R5上的取樣電流送入數(shù)字控制電路204,由設(shè)在數(shù)字控制電路204內(nèi)部的振 蕩器、誤差放大器和PWM比較器處理,轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈沖發(fā)生器205的輸入 端,自動(dòng)調(diào)整脈沖發(fā)生器205的輸出脈沖寬度,進(jìn)一步自動(dòng)控制離子體反應(yīng)器207工作電流 穩(wěn)定性能。實(shí)施例六本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源所述的脈沖限幅電路210內(nèi)設(shè)有瞬變二極管D5和 快恢復(fù)二極管D6反向串聯(lián)后與初級(jí)線圈214并聯(lián),瞬變二極管D5的正極與整流電路202 的正輸出端連接??旎謴?fù)二極管D6的正極與絕緣柵雙極型晶體管Ql集電極連接,電容器 C6與瞬變二極管D5并連。瞬變二極管D5在脈沖限幅電路210中起重要作用,本實(shí)施例當(dāng) 市電電壓為220V時(shí),優(yōu)選1. 5KE250A型,工作電流4. 2A,限幅電壓237——263V。實(shí)施例七本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源所述的EMC濾波器201設(shè)有差模電感器LI和共模 電感器L2兩者串聯(lián)。EMC濾波器201輸入端并聯(lián)電容器C1,EMC濾波器201輸出端并聯(lián)電 容器C2。所說的電容器Cl是耐電壓250VAC優(yōu)先。實(shí)施例八本發(fā)明非熱等離子體脈沖電源所述的數(shù)字控制電路204內(nèi)的振蕩器、誤差放大 器和PWM比較器是制成一個(gè)模塊,也可以選用開關(guān)電源控制集成電路ICl包括UC3842、 SG6848D制成。另一種方案是數(shù)字控制電路204和脈沖發(fā)生器205是合用一塊單片集成電 路的,三端開關(guān)電源ICl包括T0P225或T0P224制成,T0P225或T0P224的D極與脈沖變壓 器al端連接,C極經(jīng)電阻R4與數(shù)字控制電路204輸入端連接,S極接整流電路202的負(fù)輸 出端。電路結(jié)構(gòu)簡單,可靠性及技術(shù)指標(biāo)稍差。也可以是用性能更好的單片五端開關(guān)電源 ICl包括MC33374制成,它的5腳與T0P224的D極對(duì)應(yīng),1、2腳與T0P224的C極對(duì)應(yīng),4腳 與T0P224的S極對(duì)應(yīng)。設(shè)計(jì)時(shí)選用輸出功率更大的單片開關(guān)電源安全性能會(huì)好些,制造成 本相應(yīng)增多。所述的光耦I(lǐng)C2的型號(hào)是PC817或P721,互換時(shí)四只功能引腳對(duì)應(yīng)連接。圖6是本發(fā)明脈沖變壓器輸出高壓放電電流波形圖。此放電電流波形是在脈沖變 壓器206的輸出端外接等離子體反應(yīng)器207接地端的取樣電阻器上測(cè)得的。數(shù)字式示波器 顯示表明脈沖占空比為16%,脈沖寬度是3uS,脈沖上升時(shí)間為70nS。本發(fā)明脈沖變壓器 輸出高壓放電電流波形一致性好,等離子體反應(yīng)器207的電暈放電穩(wěn)定。圖7是本發(fā)明的電磁兼容、傳導(dǎo)干擾測(cè)試報(bào)告。由于本發(fā)明非熱等離子體脈沖電 源設(shè)有EMC濾波器201,脈沖變壓器206初級(jí)線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路210,脈沖發(fā)生器205與脈沖變壓器206是按反激式逆變器設(shè)置,外接的等離子體反應(yīng)器207與市電隔離, 其外殼直接接地,電磁屏蔽、安全性能好。測(cè)試報(bào)告顯示本發(fā)明從0. 009—30MHz頻段范 圍內(nèi),電磁兼容指標(biāo)符合國內(nèi)外有關(guān)規(guī)定。 以上所述,僅僅是參照附圖的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的非熱等離子體脈沖電源作了進(jìn)一 步說明,并非是對(duì)本發(fā)明的限定。在本發(fā)明的技術(shù)理念范圍內(nèi),本領(lǐng)域技術(shù)人員可以按上述 揭示的技術(shù)內(nèi)容作出包括電子元件、材料在內(nèi)的各種方式簡單變形或等同替代,均屬于本 發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi),以本發(fā)明的權(quán)利要求書所限定范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
非熱等離子體脈沖電源,包括EMC濾波器(201)、整流電路(202)、濾波電路(203)、數(shù)字控制電路(204)、脈沖發(fā)生器(205)、脈沖變壓器(206)依次序作電連接,脈沖變壓器(206)的輸出端外接等離子體反應(yīng)器(207),其特征在于所述的脈沖發(fā)生器(205)輸出端設(shè)有電流檢測(cè)電路(208),將檢測(cè)到的脈沖發(fā)生器輸出電流信號(hào)送入數(shù)字控制電路(204)內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器,轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制電流后輸出至脈沖發(fā)生器(205)的輸入端,以自動(dòng)調(diào)整脈沖發(fā)生器(205)的輸出脈沖寬度;所述的脈沖發(fā)生器(205)與脈沖變壓器(206)是按反激式逆變器設(shè)置,脈沖變壓器(206)的初級(jí)線圈(214)和次級(jí)線圈(215)的同名端a1、a2和異名端b1、b2是反向設(shè)置的;所述的次級(jí)線圈(215)是分段繞制成至少是兩個(gè)線包串聯(lián)而成,每個(gè)線包的上端各設(shè)有一個(gè)高壓快恢復(fù)二極管(217),高壓快恢復(fù)二極管(217)的正極接在低電位線包的末端,高壓快恢復(fù)二極管(217)的負(fù)極接在高電位線包的起始端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源,其特征在于所述的脈沖變壓器 (206)設(shè)有一個(gè)多槽絕緣線圈骨架(212),次級(jí)線圈(215)是分三段至五段繞制在多槽絕緣 線圈骨架(212)相對(duì)應(yīng)的凹槽內(nèi)串聯(lián)而成;所述的高壓快恢復(fù)二極管(217)的耐電壓參數(shù) 至少是12KV,恢復(fù)時(shí)間小于SOnS ;所述的初級(jí)線圈(214)和次級(jí)線圈(215)的內(nèi)孔中設(shè)有 鐵基超微晶鐵心(216)作電磁耦合,鐵基超微晶鐵心(216)的磁回路中設(shè)有磁氣隙(218), 磁氣隙(218)的設(shè)置寬度是0. 15——0. 4mm ;所述的鐵基超微晶鐵心(216)也可以是R2KD 的鐵氧體磁心制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源,其特征在于所述的脈沖發(fā)生器(205)內(nèi)設(shè)有絕緣柵雙極型晶體管Q1,Q1的集電極接初級(jí)線圈(214)同名端al,Ql的發(fā)射 極經(jīng)電流檢測(cè)電路(208)接整流電路(202)的負(fù)輸出端;Ql的耐電壓參數(shù)至少是輸入電源 電壓額定值的2. 7倍;所述的絕緣柵雙極型晶體管Ql也可以是參數(shù)相近的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶 體管將功能腳相對(duì)應(yīng)連接制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源,其特征在于所述的異常狀態(tài)保護(hù)電 路(209)內(nèi)設(shè)有光耦I(lǐng)C2,光耦I(lǐng)C2的輸入端1腳接地,光耦I(lǐng)C2輸入端2腳與脈沖變壓器(206)的次級(jí)線圈異名端b2連接,光耦I(lǐng)C2輸出端3腳接整流電路(202)的負(fù)輸出端,光耦 IC2的4腳是輸出端;光耦I(lǐng)C2的2、3腳并聯(lián)高壓電容器C7,取樣電阻R6并聯(lián)在光耦I(lǐng)C2 的輸入端;流經(jīng)取樣電阻R6上是脈沖變壓器(206)送至等離子體反應(yīng)器(207)的工作時(shí)取 樣電流,由光耦I(lǐng)C2光電轉(zhuǎn)換作電隔離后,將等離子體反應(yīng)器(207)的工作信號(hào)電流送至數(shù) 字控制電路(204)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的非熱等離子體脈沖電源,其特征在于所述的電流檢測(cè)電 路(208)內(nèi)設(shè)有電阻器R5,電阻器R5既是絕緣柵雙極型晶體管Ql的發(fā)射極電阻器,又是電 流檢測(cè)電路(208)的電流取樣電阻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的非熱等離子體脈沖電源,其特征在于所述的脈沖限幅電 路(210)內(nèi)設(shè)有瞬變二極管D5和快恢復(fù)二極管D6反向串聯(lián)后與初級(jí)線圈(214)并聯(lián),瞬 變二極管D5的正極與整流電路(202)的正輸出端連接,快恢復(fù)二極管D6的正極與絕緣柵 雙極型晶體管Ql集電極連接,電容器C6與瞬變二極管D5并連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熱等離子體脈沖電源,其特征在于所述的EMC濾波器 (201)設(shè)有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯(lián),EMC濾波器(201)輸入端并聯(lián)電容器Cl,EMC濾波器(201)輸出端并聯(lián)電容器C2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的非熱等離子體脈沖電源,其特征在于所述的數(shù)字控制電 路(204)內(nèi)的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是制成一個(gè)模塊,也可以選用開關(guān)電源 控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D制成;或數(shù)字控制電路(204)和脈沖發(fā)生器(205) 是合用一塊單片集成電路的,三端開關(guān)電源ICl包括T0P225或T0P224制成,也可以是用性 能更好的單片五端開關(guān)電源ICl包括MC33374制成。
全文摘要
本發(fā)明屬空氣消毒凈化技術(shù)領(lǐng)域,涉及非熱等離子體脈沖電源。它包括EMC濾波器、整流濾波電路、數(shù)字控制電路、脈沖發(fā)生器、脈沖變壓器依次電連接。脈沖發(fā)生器輸出端設(shè)有電流檢測(cè)電路,脈沖變壓器的輸出端接有異常狀態(tài)保護(hù)電路,脈沖變壓器初級(jí)線圈的兩端設(shè)有脈沖限幅電路,脈沖變壓器是按反激式逆變器設(shè)置,次級(jí)線圈是分段繞制成至少是兩個(gè)線包串聯(lián)而成,每個(gè)線包的上端各設(shè)有一個(gè)高壓快恢復(fù)二極管。本發(fā)明匹配呈容性的等離子體反應(yīng)器工作產(chǎn)生高濃度等離子體,而且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性好、造價(jià)低。它廣泛應(yīng)用于非熱等離子體空氣消毒凈化器。
文檔編號(hào)H01F19/08GK101924489SQ20091026379
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周云正 申請(qǐng)人:周云正
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