專(zhuān)利名稱(chēng)：短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體設(shè)備用的“短路時(shí)恒流的 高壓脈沖電源”。
背景技術(shù)：
因?yàn)榫哂锌焖?、高效、?jié)能的優(yōu)點(diǎn)，所以，等離子體設(shè)備在環(huán)保領(lǐng)域特別是在處理 工業(yè)廢氣方面有著廣泛的應(yīng)用。所述的用于處理工業(yè)廢氣的等離子體設(shè)備的核心部件_高壓脈沖電源的結(jié)構(gòu)如 圖1，圖中101為直流電源、102為脈沖電源主回路及脈沖發(fā)生單元(以下簡(jiǎn)稱(chēng)脈沖源)、T 為脈沖變壓器、D為高壓硅堆(以下將T和D合稱(chēng)為高壓包)、10為絕緣瓷接頭、A為等離子 體發(fā)生器的正電極、K為接大地的負(fù)電極。當(dāng)所述的等離子體設(shè)備正常工作時(shí)，正電極A和負(fù)電極K之間的脈沖電壓U在 50-100KV的范圍內(nèi)，正電極A和負(fù)電極K之間的空間產(chǎn)生電暈放電(圖中用兩束扇形箭頭 表示)，放電電流為脈沖電流I。等離子體設(shè)備正常工作一段時(shí)間后，絕緣瓷接頭10上難免會(huì)沾染由廢氣攜帶的 霧汽、灰塵等物質(zhì)，這些物質(zhì)對(duì)于50-100KV的脈沖高壓U來(lái)說(shuō)就是“良導(dǎo)體”！脈沖高壓U 不再通過(guò)A與K之間的空間電暈放電，而是通過(guò)絕緣瓷接頭10直接“短路”到地。這種“短 路”的過(guò)程一直持續(xù)到絕緣瓷接頭10上沾染的這些物質(zhì)被脈沖能量燒毀、脫落、絕緣瓷接頭 重新恢復(fù)高壓絕緣性能為止。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為絕緣瓷接頭的“自潔”過(guò)程。對(duì)等離子體設(shè)備 來(lái)說(shuō)，這是必要的過(guò)程，否則其將無(wú)法持續(xù)工作。在所述的“自潔”過(guò)程中，圖1中的脈沖高壓U被近似短路，反映到脈沖源102的 輸入端的等效現(xiàn)象為A、B間的輸入阻抗Rab很小、直流電源101輸出的電流I1極大。在 此情況下，對(duì)所述的直流電源101的選擇帶來(lái)了難題1、若選擇工頻變壓器降壓、整流、濾波的方案，如果所選的工頻變壓器容量小，在 絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)，其將過(guò)載燒毀；若所選的工頻變壓器容量大，在絕緣瓷接頭10 短路自潔時(shí)，其可以安然無(wú)恙，但所述的高壓包的線(xiàn)圈和高壓硅堆等器件將因短路時(shí)的電 流I過(guò)大而燒毀。2、若選擇開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，容量小且無(wú)過(guò)流保護(hù)功能的，在絕緣瓷接頭10短路自潔 時(shí)，其將過(guò)載燒毀；容量小但有過(guò)流保護(hù)功能的，其將“過(guò)流保護(hù)，，而無(wú)電流輸出，其安然無(wú) 恙了，但絕緣瓷接頭10短路自潔的功能就無(wú)法實(shí)現(xiàn)了 ；若選擇容量大的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，在 絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)，其可以安然無(wú)恙，但所述的高壓包的線(xiàn)圈和高壓硅堆等器件將 因短路時(shí)的電流I過(guò)大而燒毀。綜上所述，等離子體設(shè)備的放電電流I應(yīng)具有圖2所表示的性能即在t = 0到 t =、等離子體設(shè)備正常工作的時(shí)間內(nèi)，其值為正電極A和負(fù)電極K之間的電暈放電電流 I01 ；在絕緣瓷接頭10短路自潔的t =、到t = t2這段時(shí)間內(nèi)，其值為恒流Itl2，而且應(yīng)是高 壓包等器件所能承受的相應(yīng)的Io2。
現(xiàn)有的工頻變壓器降壓、整流、濾波的電源或開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源均無(wú)可滿(mǎn)足放電電流I 所要求的相應(yīng)類(lèi)型。 現(xiàn)有的高壓脈沖電源更無(wú)可滿(mǎn)足放電電流I所要求的“短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源”。綜上所述，允許輸出的高壓短路、短路時(shí)恒流輸出的高壓脈沖電源，既是等離子體 設(shè)備急需的核心部件，也是亟待解決的技術(shù)課題。另外，處理大流量(例如40000m3/h)的工業(yè)廢氣用的等離子體設(shè)備需用一百多塊 這種“短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源”，因此，這些“短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源”必須體積 小、重量輕、造價(jià)低，才有實(shí)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)絕緣瓷接頭短路自潔 并且體積小、重量輕、造價(jià)低的等離子體設(shè)備用的“短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源”。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)方案為一種短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其由降壓與 限流電路、主回路直流電源、脈沖單元直流電源、脈沖發(fā)生器、高壓包T、場(chǎng)效應(yīng)管FET、絕 緣瓷接頭10、等離子體發(fā)生器的正電極A、接大地的負(fù)電極K組成；AC220V (或AC380V、 AC110V)輸入的1端接主回路直流電源及脈沖單元直流電源、另一端2端接降壓與限流電 路，降壓與限流電路的輸出端接主回路直流電源及脈沖單元直流電源，主回路直流電源的 輸出端接高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈的一端，高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈的另一端接場(chǎng)效應(yīng)管FET的漏 極D，高壓包T輸出的脈沖高壓U的正端接等離子體發(fā)生器的正電極A，負(fù)端接負(fù)電極K ；脈 沖單元直流電源的輸出端接脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器的輸出端接場(chǎng)效應(yīng)管FET的柵極G ；所 述的主回路直流電源、脈沖單元直流電源、脈沖發(fā)生器、場(chǎng)效應(yīng)管FET的源極S均接電路板 地。為了簡(jiǎn)便敘述，下面簡(jiǎn)稱(chēng)本發(fā)明為“系統(tǒng)”。本發(fā)明的工作原理為AC220V經(jīng)降壓與限流電路降壓后的交流電壓Utl分為二路 一路輸入主回路、另一路輸入脈沖單元。所述的主回路由主回路直流電源、高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈、作開(kāi)關(guān)管用的場(chǎng)效應(yīng)管 FET組成。輸入的交流電壓Utl經(jīng)主回路直流電源電路整流、濾波后，為主回路提供直流電壓 Ul0所述的脈沖單元由脈沖單元直流電源、脈沖發(fā)生器組成。輸入的交流電壓Utl經(jīng)脈 沖單元直流電源再次降壓和整流、濾波、穩(wěn)壓后，為脈沖發(fā)生器提供直流電壓U2。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生重復(fù)頻率為4 30KHz (可調(diào))、電壓幅度為U3的脈沖串，施加在 場(chǎng)效應(yīng)管FET的柵極G與源極S之間。當(dāng)脈沖到來(lái)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管FET的漏極D與源極S之 間的溝道導(dǎo)通，主回路的電流Id流通，高壓包產(chǎn)生脈沖高壓U ；當(dāng)脈沖結(jié)束時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管FET 的漏極D與源極S之間的溝道阻斷，主回路的電流Id = 0，脈沖高壓U = 0。如此周而復(fù)始， 可不斷地為系統(tǒng)提供脈沖高壓U。當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備正常工作時(shí)，在所述的脈沖高壓U的驅(qū)動(dòng)下，正電極A與負(fù)電極K 之間電暈放電的脈沖電流為I ；當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備的絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)，脈沖電流I 將上升為I短路，顯爾易見(jiàn)I短路>> I
為了實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)目的1、系統(tǒng)能保證絕緣瓷接頭10實(shí)行短路自潔；2、盡量減小 絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)的脈沖電流Iss，以免因Iss過(guò)大而損壞相關(guān)器件例如高壓包 等，本發(fā)明還采取了以下的技術(shù)措施1、采用具有短路限流功能的“降壓與限流電路”取代圖1中的直流電源101。優(yōu)選 地所述的降壓與限流電路采用R、C降壓方案，即采用無(wú)極性電容降壓、限流的方法。 2、系統(tǒng)在主回路和脈沖單元中分別設(shè)有執(zhí)行負(fù)反饋步驟的反饋電路，箝制了絕緣 瓷接頭10短路自潔時(shí)的脈沖電流I _的值。本發(fā)明由于合理地設(shè)計(jì)了系統(tǒng)電路、并采取了以上的技術(shù)措施，因此實(shí)現(xiàn)了 “保證 絕緣瓷接頭10實(shí)行短路自潔”即“允許輸出端的高壓短路”、“絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)的 電流I 系統(tǒng)中的器件所能承受的恒流值”即“短路時(shí)恒流輸出”兩個(gè)目的。應(yīng)用本發(fā)明，可以取得以下的有益效果1、解決了高壓脈沖電源所遇到的“允許輸出的高壓短路”、“短路時(shí)恒流輸出”的亟 待解決的技術(shù)課題。2、前面所述的具有短路限流功能的“降壓與限流電路”的造價(jià)僅10元左右，本發(fā) 明用此“降壓與限流電路”取代了原用的價(jià)值超百元的工頻變壓器或開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。對(duì)處 理大流量(例如40000m3/h)的工業(yè)廢氣用的等離子體設(shè)備來(lái)說(shuō)，僅此項(xiàng)就可節(jié)省成本上萬(wàn) 元。并且，應(yīng)用本發(fā)明后，等離子體設(shè)備的體積減小、重量減輕，還可進(jìn)一步降低制造和安裝 的成本。3、變壓器降壓、整流、濾波的電源或開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源均不可避免地消耗掉部份電能， 前者存在銅損、鐵損，使其發(fā)熱耗能；后者的一對(duì)加有散熱器的升頻振蕩管也發(fā)熱耗能。而 本發(fā)明的“降壓與限流電路”所采用的無(wú)極性電容器是眾所周知的不耗能的器件。對(duì)處理大 流量(例如40000m3/h)的工業(yè)廢氣用的等離子體設(shè)備來(lái)說(shuō)，僅此項(xiàng)就可減少電耗近千瓦。 從此角度看，本發(fā)明可謂是低碳的節(jié)能產(chǎn)品。4、眾所周知，企業(yè)中的用電器多數(shù)為電機(jī)一類(lèi)呈感性的電力負(fù)載，為了節(jié)約電能， 人們常采用安裝補(bǔ)償電容、提高功率因素的方法來(lái)達(dá)到節(jié)電的目的。本發(fā)明從AC220V電源 輸入端看，是呈容性的電力負(fù)載，恰恰“就地”補(bǔ)償了電機(jī)(例如廢氣處理用的大功率風(fēng)機(jī)) 一類(lèi)電力負(fù)載的感性，得到了提高功率因素，節(jié)約電能的意外收獲。從此角度看，本發(fā)明也 意外地成為低碳的節(jié)能產(chǎn)品。5、業(yè)內(nèi)人士公認(rèn)高壓脈沖電源是等離子體設(shè)備的核心部件。采用“允許輸出的高 壓短路”、“短路時(shí)恒流輸出”的本發(fā)明后，等離子體設(shè)備的穩(wěn)定可靠性將明顯地得到提升。


圖1為高壓脈沖電源的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為等離子體設(shè)備要求的放電電流I的示意圖，圖3為圖4中降壓與限流電路201的組成與工作原理圖，圖4為本發(fā)明的技術(shù)方案圖，圖中201為降壓與限流電路、202為主回路直流電 源、203為脈沖單元直流電源、204為脈沖發(fā)生器，圖5為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例的電路原理圖。
圖6為AC220V交流正半周時(shí)脈沖直流電源203所輸出直流電流Ip的流通路徑。圖7為AC220V交流負(fù)半周時(shí)脈沖直流電源203所輸出直流電流Ip的流通路徑。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。結(jié)合圖4:一種短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其由降壓與限流電路201、主回路直流電源202、脈沖單元直流電源203、脈沖發(fā)生器204、高壓包T、場(chǎng)效應(yīng)管FET、絕緣瓷接頭 10、等離子體發(fā)生器的正電極A、接大地的負(fù)電極K組成；AC220V(或AC380V、AC110V)輸入 的1端接主回路直流電源202及脈沖單元直流電源203、另一端2端接降壓與限流電路201， 降壓與限流電路201的輸出端接主回路直流電源202及脈沖單元直流電源203，主回路直流 電源202的輸出端接高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈的一端，高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈的另一端接場(chǎng)效應(yīng) 管FET的漏極D，高壓包T輸出的脈沖高壓U的正端接離子體發(fā)生器的正電極A，負(fù)端接負(fù) 電極K ；脈沖單元直流電源203的輸出端接脈沖發(fā)生器204，脈沖發(fā)生器204的輸出端接場(chǎng) 效應(yīng)管FET的柵極G ；所述的主回路直流電源202、脈沖單元直流電源203、脈沖發(fā)生器204、 場(chǎng)效應(yīng)管FET的源極S均接電路板地。需要說(shuō)明的是圖4中脈沖高壓U的負(fù)端接大地、正端接電極A，系正高壓接法；也 可以采用將高壓硅堆D的極性倒換(脈沖高壓U的極性也隨之倒換)，變?yōu)閁的正端接 接地電極K、負(fù)端接電極A的負(fù)高壓接法。二種接法的工作原理相同。在闡述本發(fā)明的工作過(guò)程之前，首先闡述降壓與限流電路201的組成與工作原 理，圖3為其組成與工作原理示意圖。結(jié)合圖3、圖4 :rab為圖4中a、b間向右看的等效阻抗，當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備正常工作 時(shí)，a、b間呈現(xiàn)的阻抗為rab ；當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備“自潔”時(shí)，rab很小但rab Φ 0，為了便于說(shuō)明 降壓與限流電路201的“限流”過(guò)程，設(shè)此時(shí)rab ^ 0結(jié)合圖3，所述的降壓與限流電路201由降壓電容Ctl和放電電阻Rtl并聯(lián)后組成， 其中放電電阻RtlSMQ級(jí)大阻值電阻，其作用是輸入電源AC220V(或AC380V、AC110V)關(guān) 斷后為降壓電容Ctl放電，其對(duì)輸入電流、幾乎無(wú)影響，所以下面的分析中，可勿略不計(jì)。從AC220V輸入端朝系統(tǒng)看的等效輸入阻抗Z = rab-jXc0上式中X。Q為降壓電容C。的容抗值。Xeci = IZ^Cci=IAJIF C。式中F為輸入電 源的頻率、ω為角頻率，并且ω = 2JIF0當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備正常工作時(shí)Z = rab-jXc0 = rab+l/j2JIF C0 ；當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備“自潔”時(shí)Z短路 1/j 2JIF C。，設(shè)此時(shí)系統(tǒng)的輸入電流i。為i短 路則i 短路 220/Z 短路 220/l/j2JIF C0 = j220 · 2 JIF C0 (電源電壓為 220V 時(shí))上式 中，字母j表示1_超前電壓90°。上式說(shuō)明當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備“自潔”時(shí)，是有限值， 其大小由輸入電源的頻率F和電容Ctl的容量大小決定。當(dāng)電源AC220V頻率為工頻50Hz、 C0 = 30yF 時(shí)Z 短路 1/j 2 JIF C0 = -j 106 Qi 短路 j2. 07A至此，可以得出結(jié)論在系統(tǒng)短路、rab ^ 0的極端情況下，由于降壓電容Ctl的作 用，系統(tǒng)的輸入電流io的值是有限值2. 07A，即降壓與限流電路201具有短路限流的 功能。此特性體現(xiàn)了本發(fā)明的降壓與限流電路201與普通的工頻變壓器降壓、整流、濾波 的電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源有巨大的差異，后二者無(wú)短路限流的功能，當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備“自潔”、 rab — O時(shí)，輸入電流、不是有限值，而是一①
言歸正傳，下面再闡述本發(fā)明的工作過(guò)程。結(jié)合圖4，AC220V經(jīng)降壓與限流電路 201降壓后的交流電壓IV分為二路一路輸入主回路、另一路輸入脈沖單元。所述的主回路由主回路直流電源202、高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈、作開(kāi)關(guān)管用的場(chǎng)效應(yīng) 管FET組成。輸入的交流電壓Utl經(jīng)主回路直流電源電路202整流、濾波后，為主回路提供 直流電壓Ul。 所述的脈沖單元由脈沖單元直流電源203、脈沖發(fā)生器204組成。輸入的交流電壓 U0經(jīng)脈沖單元直流電源203再次降壓和整流、濾波、穩(wěn)壓后，為脈沖發(fā)生器204提供直流電 壓U2。脈沖發(fā)生器204產(chǎn)生重復(fù)頻率為4 30KHz (可調(diào))、電壓幅度為U3的脈沖串，施 加在場(chǎng)效應(yīng)管FET的柵極G與源極S之間。當(dāng)脈沖到來(lái)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管FET的漏極D與源極 S之間的溝道導(dǎo)通，主回路的電流Id流通，高壓包產(chǎn)生脈沖高壓U ；當(dāng)脈沖結(jié)束時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管 FET的漏極D與源極S之間的溝道阻斷，主回路的電流Id = 0，脈沖高壓U = 0。如此周而 復(fù)始，可不斷地為系統(tǒng)提供脈沖高壓U。當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備正常工作時(shí)，在所述的脈沖高壓U的驅(qū)動(dòng)下，正電極A與負(fù)電極K 之間電暈放電的脈沖電流為I ；當(dāng)?shù)入x子體設(shè)備的絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)，脈沖電流I 將上升為I短路，顯爾易見(jiàn)I短路>> I為了實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)目的1、系統(tǒng)能保證絕緣瓷接頭10實(shí)行短路自潔；2、盡量減 小絕緣瓷接頭 ο短路自潔時(shí)的電流ι ss，以免因ι 大而損壞相關(guān)器件例如高壓包等， 本發(fā)明采取了以下的技術(shù)措施1、采用前述的具有短路限流功能的“降壓與限流電路201”，即使出現(xiàn)rab ^ 0的 極端情況，系統(tǒng)的輸入電流io也限制在J220 · 2JIF C0的有限范圍內(nèi)而不無(wú)限增大
OO2、系統(tǒng)在主回路和脈沖單元中分別設(shè)有執(zhí)行以下負(fù)反饋步驟的反饋電路，箝制了 絕緣瓷接頭10(實(shí)際應(yīng)用中，該瓷接頭有多只，圖中畫(huà)一只作示意)短路自潔時(shí)的電流Is 路的值(1)、絕緣瓷接頭10短路自潔一a、b間呈現(xiàn)的阻抗rab丨一輸入電流iQ丨一降壓 與限流電路201兩端的壓降U。丨一降壓與限流電路201降壓后的電壓Utl丨一主回路直流 電壓Ul丨一流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET的主回路的電流Id丨一絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)的電流I
短路‘；(2)、絕緣瓷接頭10短路自潔一a、b間呈現(xiàn)的阻抗rab丨一輸入電流iQ丨一降壓 與限流電路201兩端的壓降U。丨一降壓與限流電路201降壓后的電壓Utl丨一脈沖單元的 直流電壓U2丨一脈沖發(fā)生器204輸出的脈沖電壓幅度U3丨一場(chǎng)效應(yīng)管FET的漏極D與源 極S之間的溝道電阻Rds丨一主回路的電流Id丨一絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)的電流Iss I ；優(yōu)選地所述的主回路的反饋電路由降壓與限流電路201、主回路直流電源202、 高壓包T、場(chǎng)效應(yīng)管FET組成；所述的脈沖單元的反饋電路由降壓與限流電路201、脈沖單元 直流電源203、脈沖發(fā)生器204、場(chǎng)效應(yīng)管FET組成。由于采取了以上的技術(shù)措施，在輸入電壓為AC220V、降壓電容C。= 30 μ F的條件 下檢測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到了以下的實(shí)際效果
1、正常工作時(shí)，正電極A(實(shí)際應(yīng)用中，該正電極有多片，圖中畫(huà)一片作示意)與 負(fù)電極K之間電暈放電的脈沖電流I = 4. 2mA ；2、將正電極A與負(fù)電極K之間用導(dǎo)線(xiàn)短路，短路脈沖電流Ifis= 9. ImA ；3、正電極A與負(fù)電極K之間用導(dǎo)線(xiàn)連續(xù)短路24小時(shí)，系統(tǒng)均正常工作，短路脈沖 電流Iss均維持為恒流9. 1mA，達(dá)到了短路時(shí)恒流的設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖5為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例的電路原理圖，圖中降壓電容Ctl及其放電電阻Rtl組成了降壓與限流電路201，并且，所述的降壓電容 C0與所述的放電電阻Rtl并聯(lián)后，一端與AC220V輸入端的2端連接，另一端與主回路直流電 源電路202及脈沖單元直流電源203連接。第一、第二、第三、第四二極管Dl、D2、D3、D4，第一、第二、第三、第九電容Cl、C2、 C3、C9及電感L組成了主回路直流電源202 ；其中第一、第二、第三、第四二極管D1、D2、D3、 D4組成了橋式整流器，第一、第二、第三、第九電容C1、C2、C3、C9、電感L組成了 Π形濾波器； 并且，第二二極管D2的負(fù)極、第四二極管D4的正極均與降壓與限流電路201連接；第一二 極管Dl的負(fù)極、第三二極管D3的正極均與AC220V輸入端的1端連接；第三二極管D3的負(fù) 極、第四二極管D4的負(fù)極、第一、第二電容Cl、C2各自的一端均與電感L的一端連接；電感 L的另一端、第三、第九電容C3、C9各自的一端均接本“主回路直流電源202”輸出的直流電 壓Ul的正端；第一、第二二極管Dl、D2各自的正極、第一、第三電容Cl、C3各自的另一端、 第二、第九電容C2、C9各自的負(fù)極、直流電壓Ul的負(fù)端均與電路板地相連接。主回路直流電源202、高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈、作開(kāi)關(guān)管用的場(chǎng)效應(yīng)管FET(IRFP460 或IRFP450)組成了主回路；并且，主回路直流電源202輸出的直流電壓Ul的正端接高壓包 T的初級(jí)線(xiàn)圈的4端，高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈的3端接場(chǎng)效應(yīng)管FET的漏極D，場(chǎng)效應(yīng)管FET 的源極S接電路板地。第四、第五、第六、第七電容C4、C5、C6、C7，第五、第六、第七、第八二極管D5、D6、 D7、D8，第一、第二、第三電阻Rl、R2、R3，穩(wěn)壓二極管DW組成了脈沖單元直流電源203 ；其 中第二電阻R2與第四電容C4并聯(lián)、第一電阻Rl與第五電容C5并聯(lián)組成了對(duì)稱(chēng)的降壓電 路；第五、第六、第七、第八二極管D5、D6、D7、D8組成了橋式整流器；第六、第七電容C6、C7、 穩(wěn)壓二極管DW、第三電阻R3組成了濾波穩(wěn)壓電路；并且，第二電阻R2與第四電容C4并聯(lián) 后，一端與降壓與限流電路201連接，另一端與第六二極管D6的負(fù)極及第八二極管D8的正 極連接；第一電阻Rl與第五電容C5并聯(lián)后，一端與AC220V輸入端的1端連接，另一端與第 五二極管D5的負(fù)極及第七二極管D7的正極連接；第七、第八二極管D7、D8的負(fù)極，第六電 容C6、第三電阻R3的一端、第七電容C7的正極均接本“脈沖單元直流電源203”輸出的直 流電壓U2的正端；第三電阻R3的另一端接穩(wěn)壓二極管DW的負(fù)極；穩(wěn)壓二極管DW的正極、 第七電容C7的負(fù)極、第六電容C6的另一端、第五、第六二極管D5、D6的正極、直流電壓U2 的負(fù)端均與電路板地相連接。進(jìn)一步地當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，所述的穩(wěn)壓二極管DW為反向擊穿的穩(wěn)壓狀態(tài)；當(dāng) 系統(tǒng)“自潔”即瓷接頭10短路自潔時(shí)，所述的穩(wěn)壓二極管DW兩端的電壓小于其反向擊穿的 電壓值，其為近似開(kāi)路狀態(tài)，此時(shí)，其對(duì)直流電壓U2無(wú)穩(wěn)壓作用，直流電壓U2的大小隨“降 壓與限流電路201”降壓后的交流電壓Utl的值而變化。第四、第五、第六電阻R4、R5、R6，第九、第十二極管D9、D10，第一、第二電位器VR1、VR2，第八電容C8，雙極型瞬態(tài)電壓抑制二極管VD，集成運(yùn)放IC1(LM393)組成了脈沖發(fā)生 器204;其特征在于第五電阻R5 —端接直流電壓U2的正端、另一端接第四電阻R4的一端 及集成運(yùn)放ICl的同相輸入端3腳；第四電阻R4的另一端接電路板地；第一、第二電位器 VRU VR2的一端、第八電容C8的一端均與集成運(yùn)放ICl的反相輸入端2腳連接；第八電容 C8的另一端接電路板地；第一電位器VRl的另一端接第九二極管D9的正極；第二電位器 VR2的另一端接第十二極管DlO的負(fù)極；第九二極管D9的負(fù)極、第十二極管DlO的正極、場(chǎng) 效應(yīng)管FET的柵極G、第六電阻R6及雙極型瞬態(tài)電壓抑制二極管VD的一端均與集成運(yùn)放 ICl的輸出端1腳連接；第六電阻R6的另一端接直流電壓U2的正端；集成運(yùn)放ICl的8腳 也接直流電壓U2的正端；集成運(yùn)放ICl的4腳、雙極型瞬態(tài)電壓抑制二極管VD的另一端也 均接電路板地。在 本實(shí)施例中，脈沖高壓U的正端接正電極A，負(fù)端接負(fù)電極K，且負(fù)電極K接大 地，系正高壓接法；也可以采用將高壓硅堆D的極性倒換(脈沖高壓U的極性也隨之倒 換)，變?yōu)閁的正端接接地電極K、負(fù)端接電極A的負(fù)高壓接法。此二種接法的工作原理相 同。結(jié)合圖5，本實(shí)施例具有以下技術(shù)特征—、所述的脈沖單元直流電源203中設(shè)有由第四電容C4與第二電阻R2并聯(lián)、第五 電容C5與第一電阻Rl并聯(lián)所組成的對(duì)稱(chēng)降壓電路。其工作過(guò)程是在AC220V的輸入端2端為高電平、1端為低電平的AC220V交流正半周脈沖單元 直流電源203輸出的直流電流Ip按下述路徑流通
2端—降壓與限流電路201—C4//R2—D8—U2的止端一脈沖發(fā)生器204—電
路板地 I~ D5—C5//R1 — 1 端‘
I__個(gè)
= Dl - ■.■在AC220V的輸入端2端為低電平、1端為高電平的AC220V交流負(fù)半周脈沖單元 直流電源203輸出的直流電流Ip按下述路經(jīng)流通
1端一C5//R1—D7—U2的丨K端一脈沖發(fā)生器204—電路板地一對(duì)照直流電流Ip在AC220V交流正半周、AC220V交流負(fù)半周兩種狀態(tài)下的流通路 經(jīng)，不難發(fā)現(xiàn)直流電流Ip在此兩種狀態(tài)下受到的阻抗相同，因此其在AC220V交流正半周、 AC220V交流負(fù)半周兩種狀態(tài)下的值是相等的。此結(jié)果是脈沖單元直流電源203中設(shè)對(duì)稱(chēng)降 壓電路所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。二、調(diào)節(jié)第一、第二電位器VR1、VR2的值就可以調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器204輸出的脈沖串 的脈寬、占空比、重復(fù)頻率。所述的脈沖發(fā)生器204可以理解為以集成運(yùn)放ICl為核心的電壓比較器，其工作過(guò)程為系統(tǒng)開(kāi)機(jī)，ICl的3腳上產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓U31，由于此時(shí)第八電容C8兩端的電壓即 ICl的2腳上的電壓U21低于3腳的基準(zhǔn)電壓U31，因此，ICl的1腳輸出高電平(即為脈 沖電壓幅度U3)；該高電平通過(guò)第十二極管DlO和第二電位器VR2對(duì)第八電容C8充電，電 壓U21因此而逐步升高，當(dāng)U21 >U31時(shí)，ICl的1腳輸出低電平(此時(shí)，1腳通過(guò)ICl的內(nèi) 部電路與電路板地接通)；導(dǎo)致第八電容C8通過(guò)第九二極管D9和第一電位器VRl放電、電 壓U21因此而逐步降低，當(dāng)U21 < U31時(shí)，ICl的1腳再次輸出高電平。如此周而復(fù)始，脈 沖發(fā)生器204就輸出系統(tǒng)工作 所需的脈沖串。通過(guò)觀(guān)察脈沖發(fā)生器204的工作過(guò)程，就不難得出“調(diào)節(jié)第一、第二電位器VR1、 VR2的值就可以調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器204輸出的脈沖串的脈寬、占空比、重復(fù)頻率”的結(jié)論。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下二個(gè)負(fù)反饋步驟，箝制了絕緣瓷接頭10短路自潔時(shí)的電流Is 路的值a、絕緣瓷接頭10短路自潔一i0丨一降壓電容Ctl兩端的壓降U。丨一降壓與限流 電路201降壓后的交流電壓U。丨一主回路直流電壓Ul丨一主回路的電流Id丨一IfisIb、絕緣瓷接頭10短路自潔一iQ丨一U。丨一Utl丨一脈沖單元的直流電壓U2 I — 脈沖發(fā)生器204輸出的脈沖電壓幅度U3丨一場(chǎng)效應(yīng)管FET的漏極D與源極S之間的溝道 電阻Rds t-ID I —I短路I四、場(chǎng)效應(yīng)管FET的柵極G、源極S的兩端并接有雙極型瞬態(tài)電壓抑制二極管VD， 可防止強(qiáng)干擾損壞場(chǎng)效應(yīng)管FET。需要說(shuō)明的是以上所述的雙極型瞬態(tài)電壓抑制二極管，也可以用壓敏電阻取代。再結(jié)合圖5，本實(shí)施例的工作過(guò)程為AC220V(或AC110V、AC380V)經(jīng)降壓與限流電 路201降壓后的電壓U。分為二路，一路經(jīng)主回路直流電源202整流、濾波，輸出了直流電壓 Ul ；另一路經(jīng)脈沖單元直流電源203再次降壓并整流、濾波、穩(wěn)壓，輸出了直流電壓U1。脈 沖發(fā)生器204產(chǎn)生幅度為U3的脈沖，該脈沖施加在場(chǎng)效應(yīng)管FET的柵極G上，主回路便產(chǎn) 生了脈沖電流ID，該脈沖電流Id流入高壓包T的初級(jí)線(xiàn)圈，高壓包便產(chǎn)生了施加在正電極A 與接大地的負(fù)電極K之間的脈沖高壓U。再結(jié)合圖2，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，正電極A與接大 地的負(fù)電極K之間電暈放電，放電電流為脈沖電流Im ；當(dāng)系統(tǒng)“自潔”即瓷接頭10短路自 潔時(shí)，短路電流Iss為脈沖電流Itl權(quán)利要求
1.一種短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其由降壓與限流電路001)、主回路直流電源 (202)、脈沖單元直流電源(203)、脈沖發(fā)生器(204)、高壓包⑴、場(chǎng)效應(yīng)管(FET)、絕緣瓷接 頭(10)、等離子體發(fā)生器的正電極(A)、接大地的負(fù)電極(K)組成；AC220V輸入的1端接主 回路直流電源(20 及脈沖單元直流電源003)、另一端2端接降壓與限流電路001)，降 壓與限流電路(201)的輸出端接主回路直流電源(20 及脈沖單元直流電源003)，主回路 直流電源O02)的輸出端接高壓包(T)的初級(jí)線(xiàn)圈的一端，高壓包(T)的初級(jí)線(xiàn)圈的另一 端接場(chǎng)效應(yīng)管(FET)的漏極D，高壓包(T)輸出的脈沖高壓U的正端接離子體發(fā)生器的正電 極(A)，負(fù)端接負(fù)電極(K)；脈沖單元直流電源O03)的輸出端接脈沖發(fā)生器004)，脈沖發(fā) 生器O04)的輸出端接場(chǎng)效應(yīng)管( Τ)的柵極G ；所述的主回路直流電源002)、脈沖單元 直流電源003)、脈沖發(fā)生器004)、場(chǎng)效應(yīng)管(FET)的源極S均接電路板地。
2.如權(quán)利要求1所述的短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其特征在于AC220V經(jīng)降壓與限 流電路(201)降壓后的交流電壓(Utl)分為二路一路輸入主回路、另一路輸入脈沖單元；所 述的主回路由主回路直流電源002)、高壓包(T)的初級(jí)線(xiàn)圈、場(chǎng)效應(yīng)管(FET)組成；所述 的脈沖單元由脈沖單元直流電源003)、脈沖發(fā)生器(204)組成。
3.如權(quán)利要求1所述的短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其特征在于降壓電容(Ctl)及其 放電電阻(Rtl)組成了降壓與限流電路001)，并且，所述的降壓電容(Ctl)與所述的放電電 阻(Rtl)并聯(lián)后，一端與AC220V輸入端的2端連接，另一端與主回路直流電源Q02)及脈沖 單元直流電源(20 連接。
4.如權(quán)利要求1所述的短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其特征在于第四、第五、第六、第 七電容(C4)、(C5)、(C6)、(C7)，第五、第六、第七、第八二極管(D5)、(D6)、(D7)、(D8)，第一、 第二、第三電阻(Rl)、(R2)、(R3)，穩(wěn)壓二極管(Dff)組成了脈沖單元直流電源(203)；其中 第二電阻(R2)與第四電容(C4)并聯(lián)、第一電阻(Rl)與第五電容(C5)并聯(lián)組成了對(duì)稱(chēng)的 降壓電路；第五、第六、第七、第八二極管(D5)、(D6)、(D7)、(D8)組成了橋式整流器；第六、 第七電容(C6)、(C7)、穩(wěn)壓二極管(DW)、第三電阻(R3)組成了濾波穩(wěn)壓電路；并且，第二電 阻(R2)與第四電容(C4)并聯(lián)后，一端與降壓與限流電路(201)連接，另一端與第六二極管 (D6)的負(fù)極及第八二極管(D8)的正極連接；第一電阻(Rl)與第五電容(C5)并聯(lián)后，一端 與AC220V輸入端的1端連接，另一端與第五二極管(M)的負(fù)極及第七二極管(D7)的正極 連接；第七、第八二極管(D7)、(D8)的負(fù)極，第六電容(C6)、第三電阻(舊)的一端、第七電 容(C7)的正極均接本“脈沖單元直流電源O03)”輸出的直流電壓(似)的正端；第三電阻 (R3)的另一端接穩(wěn)壓二極管(DW)的負(fù)極；穩(wěn)壓二極管(DW)的正極、第七電容(C7)的負(fù)極、 第六電容(C6)的另一端、第五、第六二極管(D5)、(D6)的正極、直流電壓(U2)的負(fù)端均與 電路板地相連接。
5.如權(quán)利要求1所述的短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其特征在于系統(tǒng)在主回路和脈 沖單元中分別設(shè)有執(zhí)行以下負(fù)反饋步驟的反饋電路(1)、絕緣瓷接頭(10)短路自潔一a、b間呈現(xiàn)的阻抗(rab)丨一輸入電流(iQ)丨一降 壓與限流電路O01)兩端的壓降(U。)丨一降壓與限流電路O01)降壓后的電壓(Utl) I — 主回路直流電壓(Ul)丨一流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管(FET)的主回路的電流(Id)丨一絕緣瓷接頭(10) 短路自潔時(shí)的電流(I I ；O)、絕緣瓷接頭(10)短路自潔一a、b間呈現(xiàn)的阻抗(rab)—輸入電流(、)丨一降壓與限流電路(201)兩端的壓降(U。)個(gè)一降壓與限流電路(201)降壓后的電壓(Utl) I—脈沖單 元的直流電壓(U2)丨一脈沖發(fā)生器(204)輸出的脈沖電壓幅度(U3)丨一場(chǎng)效應(yīng)管(FET) 的漏極D與源極S之間的溝道電阻(Rds)丨一主回路的電流(Id)丨一絕緣瓷接頭(10)短 路自潔時(shí)的電流(工短路)I ；所述的主回路的反饋電路由降壓與限流電路001)、主回路直流電源002)、高壓包 (T)、場(chǎng)效應(yīng)管(FET)組成；所述的脈沖單元的反饋電路由降壓與限流電路001)、脈沖單元 直流電源003)、脈沖發(fā)生器004)、場(chǎng)效應(yīng)管(FET)組成。
6.如權(quán)利要求1所述的短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其特征在于第四、第五、第六電 阻(R4)、(R5)、(R6)，第九、第十二極管_、(DlO)，第一、第二電位器(VRl)、(VR2)，第八 電容(C8)，雙極型瞬態(tài)電壓抑制二極管(VD)，集成運(yùn)放(ICl)組成了脈沖發(fā)生器O04)；并 且第五電阻(R5) —端接直流電壓(U2)的正端、另一端接第四電阻(R4)的一端及集成運(yùn) 放(ICl)的同相輸入端3腳；第四電阻(R4)的另一端接電路板地；第一、第二電位器(VRl)、 (VR2)的一端、第八電容(C8)的一端均與集成運(yùn)放ICl的反相輸入端2腳連接；第八電容 (C8)的另一端接電路板地；第一電位器(VRl)的另一端接第九二極管(D9)的正極；第二 電位器(VR2)的另一端接第十二極管(DlO)的負(fù)極；第九二極管(D9)的負(fù)極、第十二極管 (DlO)的正極、場(chǎng)效應(yīng)管(FET)的柵極G、第六電阻(R6)及雙極型瞬態(tài)電壓抑制二極管VD 的一端均與集成運(yùn)放(ICl)的輸出端1腳連接；第六電阻(R6)的另一端接直流電壓(U2) 的正端；集成運(yùn)放(ICl)的8腳也接直流電壓(U2)的正端；集成運(yùn)放(ICl)的4腳、雙極型 瞬態(tài)電壓抑制二極管(VD)的另一端也均接電路板地。
全文摘要
一種短路時(shí)恒流的高壓脈沖電源，其由降壓與限流電路、主回路直流電源、脈沖單元直流電源、脈沖發(fā)生器、高壓包、場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣瓷接頭、等離子體發(fā)生器的正電極、接大地的負(fù)電極組成。本發(fā)明由于在AC220V電源輸入端設(shè)有具有短路限流功能的“降壓與限流電路”、在主回路和脈沖單元中分別設(shè)有執(zhí)行負(fù)反饋步驟的反饋電路，因此，允許輸出端的高壓無(wú)限期的短路，并且，高壓短路時(shí)的短路電流值為系統(tǒng)中的器件所能承受的恒流值。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102130591SQ20101055721
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月13日
發(fā)明者孫浙勝, 朱亮, 李瑋, 汪孟金 申請(qǐng)人:寧波市鎮(zhèn)海華泰電器廠(chǎng)