一種數(shù)字變頻電擊器及其變頻脈沖的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種數(shù)字變頻電擊器，包括數(shù)字控制器和脈沖輸出電路，脈沖輸出電路包括依次連接的電源、半橋逆變電路、前級變壓器、全橋整流電路、軟開關(guān)電路、分壓電路、LC諧振電路、后級變壓器和放電電極，電源、半橋逆變電路、全橋整流電路、軟開關(guān)電路、分壓電路、LC諧振電路分別通過電源電壓檢測電路、半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、整流后電壓監(jiān)測電路和LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路與數(shù)字控制器相連接。本發(fā)明還公開了一種變頻脈沖的控制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的脈沖頻率不可控、能量的利用率低的問題，提高了系統(tǒng)的工作效率、可靠性和使用期限。
【專利說明】一種數(shù)字變頻電擊器及其變頻脈沖的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種數(shù)字變頻電擊器，本發(fā)明還涉及一種變頻脈沖的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外電擊器產(chǎn)品是用直流高壓脈沖和交流高壓脈沖來打擊目標(biāo)?，F(xiàn)有電擊器的工作原理及特點(diǎn):
[0003]直流高壓脈沖電擊器采用倍壓電路使電壓升到可以擊穿空氣放電的程度實(shí)現(xiàn)電擊過程。缺點(diǎn)是輸出電壓頻率不可控、電壓等級不高受環(huán)境影響很大、帶載能力較差輸出很小的功率就會(huì)導(dǎo)致輸出電壓大幅跌落、升壓級數(shù)增多時(shí)電路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電路工作效率低。
[0004]交流高壓脈沖電擊器采用兩級升壓方式，其一，前級升壓方式主要分為兩種，單極式正激電路和推挽式電路，其中單極電路的特點(diǎn)是抗過壓能力較強(qiáng)、占空比大、變壓器容易磁化造成損耗較大、開關(guān)管工作在硬開關(guān)條件下工作效率低系統(tǒng)損耗較大；推挽式電路屬于雙極性磁化極電路，因此變壓器的損耗要比單極性磁化極的小很多，能量的利用率高。但推挽式電路開關(guān)管同樣工作在硬開關(guān)條件下，工作效率低系統(tǒng)損耗同樣較大；其二，前級輸出的整流方式有兩種方式:半橋整流和全橋整流。半橋整流的過程中只有半波能夠通過，延長充電時(shí)間，能量的利用率低。而全橋整流是在整個(gè)過程中都輸出能量，有效的提高了能量利用率；其三，后極的升壓方式主要有:LC諧振、變壓器二次升壓、LC諧振和變壓器二次升壓相結(jié)合，國內(nèi)多數(shù)是采用LC諧振、變壓器二次升壓等方式，雖然可以使得輸出的電壓達(dá)到很高的程度，但高壓脈沖的頻率單一，不具有變頻的特性，開關(guān)管也是工作在硬開關(guān)條件下，工作效率低系統(tǒng)損耗也較大。
[0005]因此現(xiàn)有電擊器的缺點(diǎn)是脈沖頻率不可控且頻率單一、能量的利用率低、電擊效
果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字變頻電擊器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的脈沖頻率不可控、能量的利用率低的問題。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種變頻高壓脈沖的控制方法。
[0008]本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，一種數(shù)字變頻電擊器，包括數(shù)字控制器和脈沖輸出電路，脈沖輸出電路包括依次連接的電源、半橋逆變電路、前級變壓器、全橋整流電路、軟開關(guān)電路、分壓電路、LC諧振電路、后級變壓器和放電電極，電源、半橋逆變電路、全橋整流電路、軟開關(guān)電路、分壓電路、LC諧振電路分別通過電源電壓檢測電路、半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、整流后電壓監(jiān)測電路和LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路與數(shù)字控制器相連接。
[0009]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0010]半橋逆變電路由相互串聯(lián)的電容Cl、電容C2和相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2并聯(lián)而成；電容Cl與所述電源的正極相連接，電容C2與所述電源的負(fù)極相連，電源的負(fù)極還與所述的電源電壓檢測電路相連接；功率開關(guān)管M0SFETQ1和功率開關(guān)管M0SFETQ2均連接至所述的半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路；電容Cl和電容C2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器的原邊一端，功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器的原邊另一端。
[0011]全橋整流電路由相互串聯(lián)的二極管D1、二極管D2和相互串聯(lián)的二極管D3、二極管D4并聯(lián)而成；軟開關(guān)諧振電路由功率開關(guān)管M0SFETQ3和電容C3串聯(lián)構(gòu)成，分壓電路由電阻Rl和電阻R2相串聯(lián)而成；LC諧振電路由晶閘管Q4及相互串聯(lián)的電容C4、后級變壓器的原邊并聯(lián)而成；全橋整流電路、軟開關(guān)諧振電路、分壓電路和LC諧振電路相互并聯(lián)；二極管Dl和二極管D2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器的副邊一端，二極管D3和二極管D4之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器副邊的另一端。
[0012]功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極與所述高壓二極管Dl和二極管D3的連接點(diǎn)相連接，電容C3與所述高壓二極管D2和二極管D4的連接點(diǎn)相連接；電阻Rl與功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極相連接，電阻R2與所述電容C3相連接。
[0013]后級變壓器的副邊與放電極相連接。
[0014]全橋整流電路的二極管Dl、二極管D2、二極管D3和二極管D4均采用高壓二極管。
[0015]前級變壓器和后級變壓器為高頻變壓器。
[0016]本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是，一種變頻脈沖的控制方法，采用一種數(shù)字變頻電擊器，包括數(shù)字控制器和脈沖輸出電路，脈沖輸出電路包括依次連接的電源、半橋逆變電路、前級變壓器、全橋整流電路、軟開關(guān)電路、分壓電路、LC諧振電路、后級變壓器和放電電極，電源、半橋逆變電路、全橋整流電路、軟開關(guān)電路、分壓電路、LC諧振電路分別通過電源電壓檢測電路、半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、整流后電壓監(jiān)測電路和LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路與數(shù)字控制器相連接；半橋逆變電路由相互串聯(lián)的電容Cl、電容C2和相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2并聯(lián)而成；電容Cl與電源的正極相連接，電容C2與電源的負(fù)極相連，電源的負(fù)極還與電源電壓檢測電路相連接；功率開關(guān)管M0SFETQ1和功率開關(guān)管M0SFETQ2均連接至所述的半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路；電容Cl和電容C2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器的原邊一端，功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器的原邊另一端；全橋整流電路由相互串聯(lián)的二極管D1、二極管D2和相互串聯(lián)的二極管D3、二極管D4并聯(lián)而成；軟開關(guān)諧振電路由功率開關(guān)管M0SFETQ3和電容C3串聯(lián)構(gòu)成，分壓電路由電阻Rl和電阻R2相串聯(lián)而成；LC諧振電路由晶閘管Q4及相互串聯(lián)的電容C4、后級變壓器的原邊并聯(lián)而成；全橋整流電路、軟開關(guān)諧振電路、分壓電路和LC諧振電路相互并聯(lián)；二極管Dl和二極管D2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器的副邊一端，二極管D3和二極管D4之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器副邊的另一端；功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極與所述高壓二極管Dl和二極管D3的連接點(diǎn)相連接，電容C3與所述高壓二極管D2和二極管D4的連接點(diǎn)相連接；電阻Rl與功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極相連接，電阻R2與所述電容C3相連接；功率開關(guān)管M0SFETQ3的柵極與軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路相連接，整流后電壓檢測電路連接至所述的電阻R2的兩端；功率開關(guān)管晶閘管Q4的門極與所述的LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路相連接；全橋整流電路的二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4均采用高壓二極管；前級變壓器和后級變壓器為高頻變壓器；具體按照以下方式實(shí)施:
[0017]步驟1、輸入直流電壓，其中，所述的直流電壓為9-12V ；
[0018]步驟2、對步驟I中輸入的直流電壓進(jìn)行變頻和升壓處理，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0019]步驟2.1、輸入的直流電壓進(jìn)入半橋逆變電路進(jìn)行逆變的處理，使輸入的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷海?br> [0020]步驟2.2、將步驟2.1得到的交流電壓通過前級變壓器進(jìn)行升壓，以得到800-1000V的交流電壓，其中前級變壓器的變比為1:100 ;
[0021]步驟2.3、對步驟2.1升壓后的交流電壓進(jìn)行整流，然后通過整流后電壓監(jiān)測電路，監(jiān)測電路中的電壓是否達(dá)到800-1000V，如果達(dá)到，則電路正常工作；反之，裝置停止工作；
[0022]步驟2.4、整流后的電壓進(jìn)入LC諧振電路，通過數(shù)字控制器控制晶閘管Q4的開通進(jìn)行變頻處理，使得儲(chǔ)能電容C4完成快速的充放電，同時(shí)，使得能量通過后級變壓持續(xù)向后級傳輸；
[0023]步驟2.5、將步驟2.4得到的變頻后的交流電壓通過后級變壓器進(jìn)行升壓，以得到50-100KV的交流電壓，其中后級變壓器的變比為1:100 ；
[0024]步驟3、經(jīng)過以上步驟，得到50-100KV的變頻高壓脈沖。
[0025]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0026]變頻處理具體按照以下步驟實(shí)施:
[0027]步驟2.4.1、當(dāng)放電電極初始接觸到目標(biāo)時(shí)，數(shù)字控制器控制晶閘管Q4輸出脈沖頻率為30Hz，持續(xù)時(shí)間為0.5-1秒；
[0028]步驟2.4.2、持續(xù)時(shí)間為0.5-1秒后，數(shù)字控制器控制晶閘管Q4輸出脈沖頻率為22Hz，持續(xù)時(shí)間為1-2秒；
[0029]步驟2.4.3、數(shù)字控制器控制晶閘管輸出脈沖電壓頻率為15Hz，持續(xù)時(shí)間為3_5秒。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:在低壓的情況下，仍然能夠維持高的輸出功率，因此有效的增加了能量的利用率；采用軟開關(guān)原理，減少功率器件的開關(guān)損耗，也提高了能量的利用率；利用LC串聯(lián)諧振和變壓器的二次升壓相結(jié)合的方式，提高輸出高壓脈沖；采用數(shù)字控制器精確控制功率器件的開通及關(guān)斷，輸出具有變頻特性的高壓脈沖；電源為充電鋰電池，不能進(jìn)行過度放電，通過對電池電壓的檢測，控制放電過程避免電池過度放電，防止電池?fù)p壞，延長了電池的使用壽命；本裝置提高了系統(tǒng)的工作效率、可靠性和使用期限。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明數(shù)字變頻電擊器的工作原理圖；
[0032]圖2是本發(fā)明數(shù)字變頻電擊器的軟開關(guān)工作狀態(tài)圖。
[0033]圖中，1.脈沖輸出電路，2.放電電極，3.電源電壓檢測電路，4.半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，5.軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，6.整流后電壓監(jiān)測電路，7.LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，8.數(shù)字控制器，9.電源，10.半橋逆變電路，11.前級變壓器，12.全橋整流電路，13.軟開關(guān)電路，14.分壓電路，15.LC諧振電路，16.后級變壓器。【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0035]本發(fā)明提供一種數(shù)字變頻電擊器，如圖1所示，包括數(shù)字控制器8和脈沖輸出電路1，脈沖輸出電路I包括依次連接的電源9、半橋逆變電路10、前級變壓器11、全橋整流電路12、軟開關(guān)電路13、分壓電路14、LC諧振電路15、后級變壓器16和放電電極2，電源9、半橋逆變電路10、全橋整流電路12、軟開關(guān)電路13、分壓電路14、LC諧振電路15分別通過電源電壓檢測電路3、半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路4、軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路5、整流后電壓監(jiān)測電路6和LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路7與所述數(shù)字控制器8相連接。
[0036]半橋逆變電路10由相互串聯(lián)的電容Cl、電容C2和相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2并聯(lián)而成；電容Cl與電源9的正極相連接，電容C2與電源9的負(fù)極相連，電源9的負(fù)極還與電源電壓檢測電路3相連接；功率開關(guān)管M0SFETQ1和功率開關(guān)管M0SFETQ2均連接至所述的半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路4 ；電容Cl和電容C2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器11的原邊一端，功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器11的原邊另一端。
[0037]全橋整流電路12由相互串聯(lián)的二極管D1、二極管D2和相互串聯(lián)的二極管D3、二極管D4并聯(lián)而成；軟開關(guān)諧振電路13由功率開關(guān)管M0SFETQ3和電容C3串聯(lián)構(gòu)成，分壓電路14由電阻Rl和電阻R2相串聯(lián)而成；LC諧振電路14由晶閘管Q4及相互串聯(lián)的電容C4、后級變壓器12的原邊并聯(lián)而成；所述的全橋整流電路12、軟開關(guān)諧振電路13、分壓電路14和LC諧振電路14相互并聯(lián)；二極管Dl和二極管D2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器11的副邊一端，所述二極管D3和二極管D4之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器11副邊的另一端；其中，LC諧振電路14中電感L為變壓器T2的原邊電感，即LC諧振電路14與后級變壓器16共用后級變壓器16的原邊，以節(jié)省本裝置的體積，同時(shí)節(jié)省了生產(chǎn)本裝置的成本。功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極與二極管Dl和二極管D3的連接點(diǎn)相連接，電容C3與二極管D2和二極管D4的連接點(diǎn)相連接；電阻Rl與功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極相連接，電阻R2與所述電容C3相連接；功率開關(guān)管M0SFETQ3的柵極與所述的軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路5相連接，整流后電壓檢測電路6連接至所述的電阻R2的兩端；功率開關(guān)管晶閘管Q4的門極與所述的LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路7相連接。全橋整流電路12的整流二極管采用高壓二極管；前級變壓器11和后級變壓器16為高頻變壓器。
[0038]其中，數(shù)字控制器8是由PIC單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)，完成電源電壓的監(jiān)測、半橋逆變電路PWM控制、軟開關(guān)Q3開通關(guān)斷控制、整流后電壓的監(jiān)測、晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路及輸出脈沖頻率控制；LC諧振電路14的工作頻率決定輸出高壓脈沖的頻率。
[0039]脈沖輸出電路I完成高壓脈沖的產(chǎn)生，半橋逆變電路通過Ql、Q2交替導(dǎo)通來完成能量的傳輸，并且通過軟開關(guān)電路M0SFETQ3的開通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2的零電流關(guān)斷過程，工作狀態(tài)如附圖3所示，減少主開關(guān)器件功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2引起的損耗。
[0040]如圖2是軟開關(guān)工作狀態(tài)圖，其中，Is為前級變壓器的原邊電流，S1、S2、S3為CPU輸出的功率開關(guān)管MOSFET Q1、Q2、Q3的觸發(fā)信號(hào)，Vrec為軟開關(guān)諧振電路兩端電壓，Icris為軟開關(guān)諧振電容C3兩端電流，Vcris為軟開關(guān)諧振電容C3兩端電壓，從圖中可以很直觀的看出功率開關(guān)管M0SFETQ1和功率開關(guān)管M0SFETQ2關(guān)斷時(shí)的電流為零，此時(shí)功率開關(guān)管MOSFETQI和功率開關(guān)管M0SFETQ2的關(guān)斷就不存在損耗；當(dāng)變壓器原邊電流為零時(shí)，功率開關(guān)管M0SFETQ1的電壓處于關(guān)斷狀態(tài)。
[0041]本發(fā)明還提供一種變頻脈沖的控制方法，采用一種數(shù)字變頻電擊器，包括數(shù)字控制器8和脈沖輸出電路1，脈沖輸出電路I包括依次連接的電源9、半橋逆變電路10、前級變壓器11、全橋整流電路12、軟開關(guān)電路13、分壓電路14、LC諧振電路15、后級變壓器16和放電電極2，其中，電源9、半橋逆變電路10、全橋整流電路12、軟開關(guān)電路13、分壓電路14、LC諧振電路15分別通過電源電壓檢測電路3、半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路4、軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路5、整流后電壓監(jiān)測電路6和LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路7與數(shù)字控制器8相連接；半橋逆變電路10由相互串聯(lián)的電容Cl、電容C2和相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2并聯(lián)而成；電容Cl與電源9的正極相連接，電容C2與電源9的負(fù)極相連，電源9的負(fù)極還與所述的電源電壓檢測電路3相連接；功率開關(guān)管M0SFETQ1和功率開關(guān)管M0SFETQ2均連接至所述的半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路4 ;電容Cl和電容C2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器11的原邊一端，功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器11的原邊另一端；全橋整流電路12由相互串聯(lián)的二極管D1、二極管D2和相互串聯(lián)的二極管D3、二極管D4并聯(lián)而成；軟開關(guān)諧振電路13由功率開關(guān)管M0SFETQ3和電容C3串聯(lián)構(gòu)成，分壓電路14由電阻Rl和電阻R2相串聯(lián)而成；LC諧振電路14由晶閘管Q4及相互串聯(lián)的電容C4、后級變壓器12的原邊并聯(lián)而成；全橋整流電路12、軟開關(guān)諧振電路13、分壓電路14和LC諧振電路14相互并聯(lián)；二極管Dl和二極管D2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器11的副邊一端，二極管D3和二極管D4之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)副邊的另一端；功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極與所述高壓二極管Dl和二極管D3的連接點(diǎn)相連接，電容C3與所述高壓二極管D2和二極管D4的連接點(diǎn)相連接；電阻Rl與功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極相連接，電阻R2與電容C3相連接；功率開關(guān)管M0SFETQ3的柵極與軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路5相連接，整流后電壓檢測電路6連接至所述的電阻R2的兩端；功率開關(guān)管晶閘管Q4的門極與所述的LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路7相連接；全橋整流電路12的二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4均采用高壓二極管；前級變壓器11和后級變壓器16為高頻變壓器；具體按照以下方式實(shí)施:
[0042]步驟1、輸入直流電壓，其中，所述的直流電壓為9-12V ；
[0043]步驟2、對步驟I中輸入的直流電壓進(jìn)行變頻和升壓處理，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0044]步驟2.1、輸入的直流電壓進(jìn)入半橋逆變電路10進(jìn)行逆變的處理，使輸入的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷海?br> [0045]步驟2.2、將步驟2.1得到的交流電壓通過前級變壓器11進(jìn)行升壓，以得到800-1000V的交流電壓，其中前級變壓器11的變比為1:100 ；
[0046]步驟2.3、對步驟2.2升壓后的交流電壓進(jìn)行整流，然后通過整流后電壓監(jiān)測電路6，監(jiān)測電路中的電壓是否達(dá)到800-1000V，如果達(dá)到，則電路正常工作；反之，裝置停止工作；
[0047]步驟2.4、整流后的電壓進(jìn)入LC諧振電路15，通過數(shù)字控制器8控制晶閘管Q4的開通進(jìn)行變頻處理，使得儲(chǔ)能電容C4完成快速的充放電，同時(shí)使得能量通過變壓器T216持續(xù)向后級傳輸；其中的變頻處理具體按照以下步驟實(shí)施:
[0048]步驟2.4.1、當(dāng)放電電極2初始接觸到目標(biāo)時(shí)，數(shù)字控制器8控制晶閘管Q4輸出脈沖頻率為30Hz，持續(xù)時(shí)間為0.5-1秒；
[0049]步驟2.4.2、持續(xù)時(shí)間為0.5-1秒后，數(shù)字控制器8控制晶閘管Q4輸出脈沖頻率為22Hz，持續(xù)時(shí)間為1-2秒；
[0050]步驟2.4.3、數(shù)字控制器8控制晶閘管Q4輸出脈沖電壓頻率為15Hz，持續(xù)時(shí)間為3-5 秒；
[0051]步驟2.5、將步驟2.4得到的變頻后的交流電壓通過后級變壓器16進(jìn)行升壓，以得到50KV以上的交流電壓，其中后級變壓器16的變比為1:100 ;
[0052]步驟3、經(jīng)過以上步驟，得到50-100KV以上的變頻高壓脈沖。
[0053]在以上過程中，控制系統(tǒng)不間斷監(jiān)測電池的電量，當(dāng)電池的電壓低于最低允許放電電壓時(shí)，關(guān)斷逆變電路，使得裝置停止工作，基于此變頻的過程既增加了裝置的電擊效果，也提高了裝置能量的利用效率。軟開關(guān)電路13通過數(shù)字控制器8控制功率開關(guān)管M0SFETQ3的開通和關(guān)斷，完成功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2零電壓關(guān)斷，使得功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2的開通和關(guān)斷的損耗減少，降低了電路的整體損耗，提高了裝置了效率，在上述步驟中，數(shù)字控制器8通過電源電壓監(jiān)測電路3隨時(shí)監(jiān)測電源電壓，以此來合理分配工作過程。系統(tǒng)中采用軟開關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2的零電流關(guān)斷，有效降低了半橋逆變功率開關(guān)管的開關(guān)損耗，提高了系統(tǒng)效率。并通過對電池最低允許放電電壓的監(jiān)測，合理的分配工作過程，延長了電池的使用壽命。
[0054]本裝置在低壓的情況下，仍然能夠維持高的輸出功率，因此有效的增加了能量的利用率；采用軟開關(guān)原理，減少功率器件的開關(guān)損耗，也提高了能量的利用率；利用LC串聯(lián)諧振和變壓器的二次升壓相結(jié)合的方式，提高輸出高壓脈沖；采用數(shù)字控制器精確控制功率器件的開通及關(guān)斷，輸出具有變頻特性的高壓脈沖；電源9為充電鋰電池，不能進(jìn)行過度放電，通過對電池電壓的檢測，控制放電過程避免電池過度放電，防止電池?fù)p壞，延長了電池的使用壽命；本裝置提高了系統(tǒng)的工作效率、可靠性和使用期限。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字變頻電擊器，其特征在于，包括數(shù)字控制器(8)和脈沖輸出電路(1)，所述脈沖輸出電路(I)包括依次連接的電源(9)、半橋逆變電路(10)、前級變壓器(11)、全橋整流電路(12)、軟開關(guān)電路(13)、分壓電路(14)、LC諧振電路(15)、后級變壓器(16)和放電電極(2)，所述的電源(9)、半橋逆變電路(10)、全橋整流電路(12)、軟開關(guān)電路(13)、分壓電路(14)、LC諧振電路(15)分別通過電源電壓檢測電路(3)、半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(4)、軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(5)、整流后電壓監(jiān)測電路(6)和LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路(7)與所述數(shù)字控制器(8 )相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字變頻電擊器，其特征在于，所述的半橋逆變電路(10)由相互串聯(lián)的電容Cl、電容C2和相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2并聯(lián)而成；所述電容Cl與所述電源(9)的正極相連接，所述電容C2與所述電源(9)的負(fù)極相連，所述電源(9)的負(fù)極還與所述的電源電壓檢測電路(3)相連接；所述功率開關(guān)管M0SFETQI和功率開關(guān)管M0SFETQ2均連接至所述的半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(4);所述電容Cl和電容C2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)的原邊一端，功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)的原邊另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字變頻電擊器，其特征在于，所述的全橋整流電路(12)由相互串聯(lián)的二極管D1、二極管D2和相互串聯(lián)的二極管D3、二極管D4并聯(lián)而成；所述的軟開關(guān)諧振電路(13)由功率開關(guān)管M0SFETQ3和電容C3串聯(lián)構(gòu)成，所述的分壓電路(14)由電阻Rl和電阻R2相串聯(lián)而成；所述的LC諧振電路(14)由晶閘管Q4及相互串聯(lián)的電容C4、后級變壓器(12)的原邊并聯(lián)而成；所述的全橋整流電路(12)、軟開關(guān)諧振電路(13)、分壓電路(14)和LC諧振電路(14)相互并聯(lián)；所述二極管Dl和二極管D2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)的副邊一端，所述二極管D3和二極管D4之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)副邊的另一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字變頻電擊器，其特征在于，所述功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極與所述高壓二極管Dl和二極管D3的連接點(diǎn)相連接，所述電容C3與所述高壓二極管D2和二極管D4的連接點(diǎn)相連接；所述電阻Rl與功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極相連接，電阻R2與所述電容C3相連接。`
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字變頻電擊器，其特征在于，所述的功率開關(guān)管M0SFETQ3的柵極與所述的軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(5)相連接，所述的整流后電壓檢測電路(6)連接至所述的電阻R2的兩端；所述的功率開關(guān)管晶閘管Q4的門極與所述的LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路(7)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字變頻電擊器，其特征在于，所述的后級變壓器(12)的副邊與所述的放電極(2)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字變頻電擊器，其特征在于，所述的全橋整流電路(12)的二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4均采用高壓二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字變頻電擊器，其特征在于，所述的前級變壓器(11)和后級變壓器(16)為高頻變壓器。
9.一種變頻脈沖的控制方法，其特征在于，采用一種數(shù)字變頻電擊器，包括數(shù)字控制器(8)和脈沖輸出電路(1)，所述脈沖輸出電路(I)包括依次連接的電源(9)、半橋逆變電路(10)、前級變壓器(11)、全橋整流電路(12)、軟開關(guān)電路(13)、分壓電路(14)、LC諧振電路(15)、后級變壓器(16)和放電電極(2)，所述的電源(9)、半橋逆變電路(10)、全橋整流電路(12)、軟開關(guān)電路(13)、分壓電路(14)、LC諧振電路(15)分別通過電源電壓檢測電路(3)、半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(4 )、軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(5 )、整流后電壓監(jiān)測電路(6 )和LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路(7)與所述數(shù)字控制器(8)相連接；所述的半橋逆變電路(10)由相互串聯(lián)的電容Cl、電容C2和相互串聯(lián)的功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2并聯(lián)而成；所述電容Cl與所述電源(9)的正極相連接，所述電容C2與所述電源(9)的負(fù)極相連，所述電源(9)的負(fù)極還與所述的電源電壓檢測電路(3)相連接；所述功率開關(guān)管M0SFETQ1和功率開關(guān)管M0SFETQ2均連接至所述的半橋逆變MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(4);所述電容Cl和電容C2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)的原邊一端，功率開關(guān)管M0SFETQ1、功率開關(guān)管M0SFETQ2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)的原邊另一端；所述的全橋整流電路(12)由相互串聯(lián)的二極管D1、二極管D2和相互串聯(lián)的二極管D3、二極管D4并聯(lián)而成；所述的軟開關(guān)諧振電路(13)由功率開關(guān)管M0SFETQ3和電容C3串聯(lián)構(gòu)成，所述的分壓電路(14)由電阻Rl和電阻R2相串聯(lián)而成；所述的LC諧振電路(14)由晶閘管Q4及相互串聯(lián)的電容C4、后級變壓器(12)的原邊并聯(lián)而成；所述的全橋整流電路(12)、軟開關(guān)諧振電路(13)、分壓 電路(14)和LC諧振電路(14)相互并聯(lián)；所述二極管Dl和二極管D2之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)的副邊一端，所述二極管D3和二極管D4之間的節(jié)點(diǎn)連接至前級變壓器(11)副邊的另一端；所述功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極與所述高壓二極管Dl和二極管D3的連接點(diǎn)相連接，所述電容C3與所述高壓二極管D2和二極管D4的連接點(diǎn)相連接；所述電阻Rl與功率開關(guān)管M0SFETQ3的漏極相連接，電阻R2與所述電容C3相連接；所述的功率開關(guān)管M0SFETQ3的柵極與所述的軟開關(guān)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(5)相連接，所述的整流后電壓檢測電路(6)連接至所述的電阻R2的兩端；所述的功率開關(guān)管晶閘管Q4的門極與所述的LC諧振晶閘管驅(qū)動(dòng)電路(7)相連接；所述的全橋整流電路(12)的二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4均采用高壓二極管；所述的前級變壓器(11)和后級變壓器(16)為高頻變壓器；具體按照以下方式實(shí)施: 步驟1、輸入直流電壓，其中，所述的直流電壓為9-12V ； 步驟2、對步驟I中輸入的直流電壓進(jìn)行變頻和升壓處理，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟2.1、輸入的直流電壓進(jìn)入半橋逆變電路(10)進(jìn)行逆變的處理，使輸入的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷海? 步驟2.2、將步驟2.1得到的交流電壓通過前級變壓器(11)進(jìn)行升壓，以得到800-1000V的交流電壓，其中前級變壓器(11)的變比為1:100 ； 步驟2.3、對步驟2.1升壓后的交流電壓進(jìn)行整流，然后通過整流后電壓監(jiān)測電路(3 )，監(jiān)測電路中的電壓是否達(dá)到800-1000V，如果達(dá)到，則電路正常工作；反之，裝置停止工作； 步驟2.4、整流后的電壓進(jìn)入LC諧振電路(15)，通過數(shù)字控制器(8)控制晶閘管Q4的開通進(jìn)行變頻處理，使得儲(chǔ)能電容C4完成快速的充放電，同時(shí)，使得能量通過后級變壓器16持續(xù)向后級傳輸； 步驟2.5、將步驟2.4得到的變頻后的交流電壓通過后級變壓器(16)進(jìn)行升壓，以得到50-100KV的交流電壓，其中后級變壓器(16)的變比為1:100 ; 步驟3、經(jīng)過以上步驟，得到50-100KV的變頻高壓脈沖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變頻脈沖的控制方法，其特征在于，所述的變頻處理具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟2.4.1、當(dāng)放電電極(2)初始接觸到目標(biāo)時(shí)，數(shù)字控制器(8)控制晶閘管Q4輸出脈沖頻率為30Hz，持續(xù)時(shí)間為0.5-1秒； 步驟2.4.2、持續(xù)時(shí)間為0.5-1秒后，數(shù)字控制器(8)控制晶閘管Q4輸出脈沖頻率為22Hz，持續(xù)時(shí)間為1-2秒； 步驟2.4.3、數(shù)字控制器(8)控制晶閘管輸出脈沖電壓頻率為15Hz，持續(xù)時(shí)間為3-5秒。
【文檔編號(hào)】H02M9/02GK103701357SQ201310618912
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】冷朝霞, 劉慶豐, 劉輝, 崔文彪 申請人:西安理工大學(xué)