CN102130591B - 短路时恒流的高压脉冲电源 - Google Patents

Abstract

一种短路时恒流的高压脉冲电源，其由降压与限流电路、主回路直流电源、脉冲单元直流电源、脉冲发生器、高压包、场效应管、绝缘瓷接头、等离子体发生器的正电极、接大地的负电极组成。本发明由于在AC220V电源输入端设有具有短路限流功能的“降压与限流电路”、在主回路和脉冲单元中分别设有执行负反馈步骤的反馈电路，因此，允许输出端的高压无限期的短路，并且，高压短路时的短路电流值为系统中的器件所能承受的恒流值。

Description

短路时恒流的高压脉冲电源

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种等离子体设备用的“短路时恒流的高压脉冲电源”。

背景技术

因为具有快速、高效、节能的优点，所以，等离子体设备在环保领域特别是在处理工业废气方面有着广泛的应用。

所述的用于处理工业废气的等离子体设备的核心部件—高压脉冲电源的结构如图1，图中101为直流电源、102为脉冲电源主回路及脉冲发生单元(以下简称脉冲源)、T为脉冲变压器、D为高压硅堆(以下将T和D合称为高压包)、10为绝缘瓷接头、A为等离子体发生器的正电极、K为接大地的负电极。

当所述的等离子体设备正常工作时，正电极A和负电极K之间的脉冲电压U在50-100KV的范围内，正电极A和负电极K之间的空间产生电晕放电(图中用两束扇形箭头表示)，放电电流为脉冲电流I。

等离子体设备正常工作一段时间后，绝缘瓷接头10上难免会沾染由废气携带的雾汽、灰尘等物质，这些物质对于50-100KV的脉冲高压U来说就是“良导体”！脉冲高压U不再通过A与K之间的空间电晕放电，而是通过绝缘瓷接头10直接“短路”到地。这种“短路”的过程—直持续到绝缘瓷接头10上沾染的这些物质被脉冲能量烧毁、脱落、绝缘瓷接头重新恢复高压绝缘性能为止。这个过程称为绝缘瓷接头的“自洁”过程，对等离子体设备来说，这是必要的过程，否则其将无法持续工作。

在所述的“自洁”过程中，图1中的脉冲高压U近似短路，反映到脉冲源102的输入端的等效现象为：A、B间的输入阻抗Rab很小、直流电源101输出的电流I₁极大。在此情况下，对所述的直流电源101的选择带来了难题：

1、若选择工频变压器降压、整流、滤波的方案，如果所选的工频变压器容量小，在绝缘瓷接头10短路自洁时，其将过载烧毁；若所选的工频变压器容量大，在绝缘瓷接头10短路自洁时，其可以安然无恙，但所述的高压包的线圈和高压硅堆等器件将因短路时的电流I过大而烧毁。

2、若选择开关稳压电源，容量小且无过流保护功能的，在绝缘瓷接头10短路自洁时，其将过载烧毁；容量小但有过流保护功能的，其将“过流保护”而无电流输出，其安然无恙了，但绝缘瓷接头10短路自洁的功能就无法实现了；若选择容量大的开关稳压电源，在绝缘瓷接头10短路自洁时，其可以安然无恙，但所述的高压包的线圈和高压硅堆等器件将因短路时的电流I过大而烧毁。

综上所述，等离子体设备的放电电流I应具有图2所表示的性能：即在t＝0到t＝t₁等离子体设备正常工作的时间内，其值为正电极A和负电极K之间的电晕放电电流I₀₁；在绝缘瓷接头10短路自洁的t＝t₁到t＝t₂这段时间内，其值为恒流I₀₂，而且应是高压包等器件所能承受的相应的I₀₂。

现有的工频变压器降压、整流、滤波的电源或开关稳压电源均无可满足放电电流I所要求的相应类型。

现有的高压脉冲电源更无可满足放电电流I所要求的“短路时恒流的高压脉冲电源”。

综上所述，允许输出的高压短路、短路时恒流输出的高压脉冲电源，既是等离子体设备急需的核心部件，也是亟待解决的技术课题。

另外，处理大流量(例如40000m³/h)的工业废气用的等离子体设备需用一百多块这种“短路时恒流的高压脉冲电源”，因此，这些“短路时恒流的高压脉冲电源”必须体积小、重量轻、造价低，才有实用意义。

发明內容

本发明的目的就是弥补现有技术的不足，设计一种可以实现绝缘瓷接头短路自洁并且体积小、重量轻、造价低的等离子体设备用的“短路时恒流的高压脉冲电源”。

本发明实现上述目的技术方案为：一种短路时恒流的高压脉冲电源，其由降压与限流电路、主回路直流电源、脉冲单元直流电源、脉冲发生器、高压包T、场效应管FET、绝缘瓷接头10、等离子体发生器的正电极A、接大地的负电极K组成；AC220V(或AC380V、AC110V)输入的1端接主回路直流电源及脉冲单元直流电源、另一端2端接降压与限流电路，降压与限流电路的输出端接主回路直流电源及脉冲单元直流电源，主回路直流电源的输出端接高压包T的初级线圈的一端，高压包T的初级线圈的另一端接场效应管FET的漏极D，高压包T输出的脉冲高压U的正端接等离子体发生器的正电极A，负端接负电极K；脉冲单元直流电源的输出端接脉冲发生器，脉冲发生器的输出端接场效应管FET的栅极G；所述的主回路直流电源、脉冲单元直流电源、脉冲发生器、场效应管FET的源极S均接电路板地。

为了简便叙述，下面简称本发明为“系统”。

本发明的工作原理为：AC220V经降压与限流电路降压后的交流电压u₀分为二路：一路输入主回路、另一路输入脉冲单元。

所述的主回路由主回路直流电源、高压包T的初级线圈、作开关管用的场效应管FET组成。输入的交流电压u₀经主回路直流电源电路整流、滤波后，为主回路提供直流电压U1。

所述的脉冲单元由脉冲单元直流电源、脉冲发生器组成。输入的交流电压u₀经脉冲单元直流电源再次降压和整流、滤波、稳压后，为脉冲发生器提供直流电压U2。

脉冲发生器产生重复频率为4～30KHz(可调)、电压幅度为U3的脉冲串，施加在场效应管FET的栅极G与源极S之间。当脉冲到来时，场效应管FET的漏极D与源极S之间的沟道导通，主回路的电流I_D流通，高压包产生脉冲高压U；当脉冲结束时，场效应管FET的漏极D与源极S之间的沟道阻断，主回路的电流I_D＝0，脉冲高压U＝0。如此周而复始，可不断地为系统提供脉冲高压U。

当等离子体设备正常工作时，在所述的脉冲高压U的驱动下，正电极A与负电极K之间电晕放电的脉冲电流为I；当等离子体设备的绝缘瓷接头10短路自洁时，脉冲电流I将上升为I_短路，显尔易见I_短路＞＞I

为了实现以下两个目的：1、系统能保证绝缘瓷接头10实行短路自洁；2、尽量减小绝缘瓷接头10短路自洁时的脉冲电流I_短路，以免因I_短路过大而损坏相关器件例如高压包等，本发明还采取了以下的技术措施：

1、采用具有短路限流功能的“降压与限流电路”取代图1中的直流电源101。优选地：所述的降压与限流电路采用R、C降压方案，即采用无极性电容降压、限流的方法。

2、系统在主回路和脉冲单元中分别设有执行负反馈步骤的反馈电路，箝制了绝缘瓷接头10短路自洁时的脉冲电流I_短路的值。

本发明由于合理地设计了系统电路、并采取了以上的技术措施，因此实现了“保证绝缘瓷接头10实行短路自洁”即“允许输出端的高压短路”、“绝缘瓷接头10短路自洁时的电流I_短路为系统中的器件所能承受的恒流值”即“短路时恒流输出”两个目的。

应用本发明，可以取得以下的有益效果：

1、解决了高压脉冲电源所遇到的“允许输出的高压短路”、“短路时恒流输出”的亟待解决的技术课题。

2、前面所述的具有短路限流功能的“降压与限流电路”的造价仅10元左右，本发明用此“降压与限流电路”取代了原用的价值超百元的工频变压器或开关稳压电源。对处理大流量(例如40000m³/h)的工业废气用的等离子体设备来说，仅此项就可节省成本上万元。并且，应用本发明后，等离子体设备的体积减小、重量减轻，还可进一步降低制造和安装的成本。

3、变压器降压、整流、滤波的电源或开关稳压电源均不可避免地消耗掉部份电能，前者存在铜损、铁损，使其发热耗能；后者的一对加有散热器的升频振荡管也发热耗能。而本发明的“降压与限流电路”所采用的无极性电容器是众所周知的不耗能的器件。对处理大流量(例如40000m³/h)的工业废气用的等离子体设备来说，仅此项就可减少电耗近千瓦。从此角度看，本发明可谓是低碳的节能产品。

4、众所周知，企业中的用电器多数为电机一类呈感性的电力负载，为了节约电能，人们常采用安装补偿电容、提高功率因素的方法来达到节电的目的。本发明从AC220V电源输入端看，是呈容性的电力负载，恰恰“就地”补偿了电机(例如废气处理用的大功率风机)一类电力负载的感性，得到了提高功率因素，节约电能的意外收获。从此角度看，本发明也意外地成为低碳的节能产品。

5、业內人士公认：高压脉冲电源是等离子体设备的核心部件。采用“允许输出的高压短路”、“短路时恒流输出”的本发明后，等离子体设备的稳定可靠性将明显地得到提升。

附图说明

图1为高压脉冲电源的结构示意图，

图2为等离子体设备要求的放电电流I的示意图，

图3为图4中降压与限流电路201的组成与工作原理图，

图4为本发明的技术方案图，图中：201为降压与限流电路、202为主回路直流电源、203为脉冲单元直流电源、204为脉冲发生器，

图5为本发明优选的实施例的电路原理图。

图6为AC220V交流正半周时脉冲直流电源203所输出直流电流Ip的流通路径。

图7为AC220V交流负半周时脉冲直流电源203所输出直流电流Ip的流通路径。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明作进一步的说明。

结合图4：一种短路时恒流的高压脉冲电源，其由降压与限流电路201、主回路直流电源202、脉冲单元直流电源203、脉冲发生器204、高压包T、场效应管FET、绝缘瓷接头10、等离子体发生器的正电极A、接大地的负电极K组成；AC220V(或AC380V、AC110V)输入的1端接主回路直流电源202及脉冲单元直流电源203、另一端2端接降压与限流电路201，降压与限流电路201的输出端接主回路直流电源202及脉冲单元直流电源203，主回路直流电源202的输出端接高压包T的初级线圈的一端，高压包T的初级线圈的另一端接场效应管FET的漏极D，高压包T输出的脉冲高压U的正端接离子体发生器的正电极A，负端接负电极K；脉冲单元直流电源203的输出端接脉冲发生器204，脉冲发生器204的输出端接场效应管FET的栅极G；所述的主回路直流电源202、脉冲单元直流电源203、脉冲发生器204、场效应管FET的源极S均接电路板地。

需要说明的是：图4中脉冲高压U的负端接大地、正端接电极A，系正高压接法；也可以采用：将高压硅堆D的极性倒换(脉冲高压U的极性也随之倒换)，变为U的正端接接地电极K、负端接电极A的负高压接法。二种接法的工作原理相同。

在阐述本发明的工作过程之前，首先阐述降压与限流电路201的组成与工作原理，图3为其组成与工作原理示意图。

结合图3、图4：r_ab为图4中a、b间向右看的等效阻抗，当等离子体设备正常工作时，a、b间呈现的阻抗为r_ab；当等离子体设备“自洁”时，r_ab很小但r_ab≠0，为了便于说明降压与限流电路201的“限流”过程，设此时r_ab≈0

结合图3，所述的降压与限流电路201由降压电容C₀和放电电阻R₀并联后组成，其中放电电阻R₀为MΩ级大阻值电阻，其作用是：输入电源AC220V(或AC380V、AC110V)关断后为降压电容C₀放电，其对输入电流i₀几乎无影响，所以下面的分析中，可勿略不计。

从AC220V输入端朝系统看的等效输入阻抗Z＝r_ab-jX_c0上式中X_c0为降压电容C₀的容抗值。X_c0＝1/ωC₀＝1/2лF C₀式中F为输入电源的频率、ω为角频率，并且ω＝2лF。

当等离子体设备正常工作时：Z＝r_ab-jX_c0＝r_ab+1/j2лF C₀；

当等离子体设备“自洁”时：Z_短路≈1/j2лF C₀，设此时系统的输入电流i₀为i_短路则：

i_短路≈220/Z_短路≈220/1/j2лF C₀＝j220·2лF C₀(电源电压为220V时)上式中，字母j表示i_短路超前电压90°。上式说明：当等离子体设备“自洁”时，i_短路是有限值，其大小由输入电源的频率F和电容C₀的容量大小决定。当电源AC220V频率为工频50Hz、C₀＝30μF时：Z_短路≈1/j2лF C₀＝-j106Ωi_短路≈j2.07A

至此，可以得出结论：在系统短路、r_ab≈0的极端情况下，由于降压电容C₀的作用，系统的输入电流i₀的值i_短路是有限值2.07A，即降压与限流电路201具有短路限流的功能。此特性体现了本发明的降压与限流电路201与普通的工频变压器降压、整流、滤波的电源和开关稳压电源有巨大的差异，后二者无短路限流的功能，当等离子体设备“自洁”、r_ab→0时，输入电流i₀不是有限值，而是→∞

言归正传，下面再阐述本发明的工作过程。结合图4，AC220V经降压与限流电路201降压后的交流电压u₀，分为二路：一路输入主回路、另一路输入脉冲单元。

所述的主回路由主回路直流电源202、高压包T的初级线圈、作开关管用的场效应管FET组成。输入的交流电压u₀经主回路直流电源电路202整流、滤波后，为主回路提供直流电压U1。

所述的脉冲单元由脉冲单元直流电源203、脉冲发生器204组成。输入的交流电压u₀经脉冲单元直流电源203再次降压和整流、滤波、稳压后，为脉冲发生器204提供直流电压U2。

脉冲发生器204产生重复频率为4～30KHz(可调)、电压幅度为U3的脉冲串，施加在场效应管FET的栅极G与源极S之间。当脉冲到来时，场效应管FET的漏极D与源极S之间的沟道导通，主回路的电流I_D流通，高压包产生脉冲高压U；当脉冲结束时，场效应管FET的漏极D与源极S之间的沟道阻断，主回路的电流I_D＝0，脉冲高压U＝0。如此周而复始，可不断地为系统提供脉冲高压U。

当等离子体设备正常工作时，在所述的脉冲高压U的驱动下，正电极A与负电极K之间电晕放电的脉冲电流为I；当等离子体设备的绝缘瓷接头10短路自洁时，脉冲电流I将上升为I_短路，显尔易见I_短路＞＞I

为了实现以下两个目的：1、系统能保证绝缘瓷接头10实行短路自洁；2、尽量减小绝缘瓷接头10短路自洁时的电流I_短路，以免因I_短路过大而损坏相关器件例如高压包等，本发明采取了以下的技术措施：

1、采用前述的具有短路限流功能的“降压与限流电路201”，即使出现r_ab≈0的极端情况，系统的输入电流i₀也限制在i_短路≈j220·2лF C₀的有限范围内而不无限增大→∞

2、系统在主回路和脉冲单元中分别设有执行以下负反馈步骤的反馈电路，箝制了绝缘瓷接头10(实际应用中，该瓷接头有多只，图中画一只作示意)短路自洁时的电流I_短路的值：

(1)、绝缘瓷接头10短路自洁→a、b间呈现的阻抗r_ab↓→输入电流i₀↑→降压与限流电路201两端的压降u_c↑→降压与限流电路201降压后的电压u₀↓→主回路直流电压U1↓→流经场效应管FET的主回路的电流I_D↓→绝缘瓷接头10短路自洁时的电流I_短路↓；

(2)、绝缘瓷接头10短路自洁→a、b间呈现的阻抗r_ab↓→输入电流i₀↑→降压与限流电路201两端的压降u_c↑→降压与限流电路201降压后的电压u₀↓→脉冲单元的直流电压U2↓→脉冲发生器204输出的脉冲电压幅度U3↓→场效应管FET的漏极D与源极S之间的沟道电阻R_DS↑→流经场效应管FET的主回路的电流I_D↓→绝缘瓷接头10短路自洁时的电流I_短路↓；

优选地：所述的主回路的反馈电路由降压与限流电路201、主回路直流电源202、高压包T、场效应管FET组成；所述的脉冲单元的反馈电路由降压与限流电路201、脉冲单元直流电源203、脉冲发生器204、场效应管FET组成。

由于采取了以上的技术措施，在输入电压为AC220V、降压电容C₀＝30μF的条件下检测系统，达到了以下的实际效果：

1、正常工作时，正电极A(实际应用中，该正电极有多片，图中画一片作示意)与负电极K之间电晕放电的脉冲电流I＝4.2mA；

2、将正电极A与负电极K之间用导线短路，短路脉冲电流I_短路＝9.1mA；

3、正电极A与负电极K之间用导线连续短路24小时，系统均正常工作，短路脉冲电流I_短路均维持为恒流9.1mA，达到了短路时恒流的设计目标。

图5为本发明优选的实施例的电路原理图，图中：

降压电容C₀及其放电电阻R₀组成了降压与限流电路201，并且，所述的降压电容C₀与所述的放电电阻R₀并联后，一端与AC220V输入端的2端连接，另一端与主回路直流电源电路202及脉冲单元直流电源203连接。

第一、第二、第三、第四二极管D1、D2、D3、D4，第一、第二、第三、第九电容C1、C2、C3、C9及电感L组成了主回路直流电源202；其中：第一、第二、第三、第四二极管D1、D2、D3、D4组成了桥式整流器，第一、第二、第三、第九电容C1、C2、C3、C9、电感L组成了∏形滤波器；并且，第二二极管D2的负极、第四二极管D4的正极均与降压与限流电路201连接；第一二极管D1的负极、第三二极管D3的正极均与AC220V输入端的1端连接；第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极、第一、第二电容C1、C2各自的一端均与电感L的一端连接；电感L的另一端、第三、第九电容C3、C9各自的一端均接本“主回路直流电源202”输出的直流电压U1的正端；第一、第二二极管D1、D2各自的正极、第一、第三电容C1、C3各自的另一端、第二、第九电容C2、C9各自的负极、直流电压U1的负端均与电路板地相连接。

主回路直流电源202、高压包T的初级线圈、作开关管用的场效应管FET(IRFP460或IRFP450)组成了主回路；并且，主回路直流电源202输出的直流电压U1的正端接高压包T的初级线圈的4端，高压包T的初级线圈的3端接场效应管FET的漏极D，场效应管FET的源极S接电路板地。

第四、第五、第六、第七电容C4、C5、C6、C7，第五、第六、第七、第八二极管D5、D6、D7、D8，第一、第二、第三电阻R1、R2、R3，稳压二极管DW组成了脉冲单元直流电源203；其中：第二电阻R2与第四电容C4并联、第一电阻R1与第五电容C5并联组成了对称的降压电路；第五、第六、第七、第八二极管D5、D6、D7、D8组成了桥式整流器；第六、第七电容C6、C7、稳压二极管DW、第三电阻R3组成了滤波稳压电路；并且，第二电阻R2与第四电容C4并联后，一端与降压与限流电路201连接，另一端与第六二极管D6的负极及第八二极管D8的正极连接；第一电阻R1与第五电容C5并联后，一端与AC220V输入端的1端连接，另一端与第五二极管D5的负极及第七二极管D7的正极连接；第七、第八二极管D7、D8的负极，第六电容C6、第三电阻R3的一端、第七电容C7的正极均接本“脉冲单元直流电源203”输出的直流电压U2的正端；第三电阻R3的另一端接稳压二极管DW的负极；稳压二极管DW的正极、第七电容C7的负极、第六电容C6的另一端、第五、第六二极管D5、D6的正极、直流电压U2的负端均与电路板地相连接。

进一步地：当系统正常工作时，所述的稳压二极管DW为反向击穿的稳压状态；当系统“自洁”即瓷接头10短路自洁时，所述的稳压二极管DW两端的电压小于其反向击穿的电压值，其为近似开路状态，此时，其对直流电压U2无稳压作用。

第四、第五、第六电阻R4、R5、R6，第九、第十二极管D9、D10，第一、第二电位器VR1、VR2，第八电容C8，双极型瞬态电压抑制二极管VD，集成运放IC1(LM393)组成了脉冲发生器204；其特征在于：第五电阻R5一端接直流电压U2的正端、另一端接第四电阻R4的一端及集成运放IC1的同相输入端3脚；第四电阻R4的另一端接电路板地；第一、第二电位器VR1、VR2的一端、第八电容C8的一端均与集成运放IC1的反相输入端2脚连接；第八电容C8的另一端接电路板地；第一电位器VR1的另一端接第九二极管D9的正极；第二电位器VR2的另一端接第十二极管D10的负极；第九二极管D9的负极、第十二极管D10的正极、场效应管FET的柵极G、第六电阻R6及双极型瞬态电压抑制二极管VD的一端均与集成运放IC1的输出端1脚连接；第六电阻R6的另一端接直流电压U2的正端；集成运放IC1的8脚也接直流电压U2的正端；集成运放IC1的4脚、双极型瞬态电压抑制二极管VD的另一端也均接电路板地。

在本实施例中，脉冲高压U的正端接正电极A，负端接负电极K，且负电极K接大地，系正高压接法；也可以采用：将高压硅堆D的极性倒换(脉冲高压U的极性也随之倒换)，变为U的正端接接地电极K、负端接电极A的负高压接法。此二种接法的工作原理相同。

结合图5，本实施例具有以下技术特征：

一、所述的脉冲单元直流电源203中设有由第四电容C4与第二电阻R2并联、第五电容C5与第一电阻R1并联所组成的对称降压电路。其工作过程是：

在AC220V的输入端2端为高电平、1端为低电平的AC220V交流正半周：脉冲单元直流电源203输出的直流电流Ip按图6所述路径流通：

在AC220V的输入端2端为低电平、1端为高电平的AC220V交流负半周：脉冲单元直流电源203输出的直流电流Ip按图7所述路经流通：

对照直流电流Ip在AC220V交流正半周、AC220V交流负半周两种状态下的流通路经，不难发现：直流电流Ip在此两种状态下受到的阻抗相同，因此其在AC220V交流正半周、AC220V交流负半周两种状态下的值是相等的。此结果是脉冲单元直流电源203中设对称降压电路所带来的优点。

二、调节第一、第二电位器VR1、VR2的值就可以调节脉冲发生器204输出的脉冲串的脉宽、占空比、重复频率。

所述的脉冲发生器204可以理解为以集成运放IC1为核心的电压比较器，其工作过程为：

系统开机，IC1的3脚上产生基准电压U31，由于此时第八电容C8两端的电压即IC1的2脚上的电压U21低于3脚的基准电压U31，因此，IC1的1脚输出高电平(即为脉冲电压幅度U3)；该高电平通过第十二极管D10和第二电位器VR2对第八电容C8充电，电压U21因此而逐步升高，当U21＞U31时，IC1的1脚输出低电平(此时，1脚通过IC1的内部电路与电路板地接通)；导致第八电容C8通过第九二极管D9和第一电位器VR1放电、电压U21因此而逐步降低，当U21＜U31时，IC1的1脚再次输出高电平。如此周而复始，脉冲发生器204就输出系统工作所需的脉冲串。

通过观察脉冲发生器204的工作过程，就不难得出“调节第一、第二电位器VR1、VR2的值就可以调节脉冲发生器204输出的脉冲串的脉宽、占空比、重复频率”的结论。

三、系统设计了以下二个负反馈步骤，箝制了绝缘瓷接头10短路自洁时的电流I_短路的值：

a、绝缘瓷接头10短路自洁→i₀↑→降压电容C₀两端的压降u_c↑→降压与限流电路201降压后的交流电压u₀↓→主回路直流电压U1↓→主回路的电流I_D↓→I_短路↓

b、绝缘瓷接头10短路自洁→i₀↑→u_c↑→u₀↓→脉冲单元的直流电压U2↓→脉冲发生器204输出的脉冲电压幅度U3↓→场效应管FET的漏极D与源极S之间的沟道电阻R_DS↑→I_D↓→I_短路↓

四、场效应管FET的柵极G、源极S的两端并接有双极型瞬态电压抑制二极管VD，可防止强干扰损坏场效应管FET。

需要说明的是：以上所述的双极型瞬态电压抑制二极管，也可以用压敏电阻取代。

再结合图5，本实施例的工作过程为：AC220V(或AC110V、AC380V)经降压与限流电路201降压后的电压u₀分为二路，一路经主回路直流电源202整流、滤波，输出了直流电压U1；另一路经脉冲单元直流电源203再次降压并整流、滤波、稳压，输出了直流电压U1。脉冲发生器204产生幅度为U3的脉冲，该脉冲施加在场效应管FET的柵极G上，主回路便产生了脉冲电流I_D，该脉冲电流I_D流入高压包T的初级线圈，高压包便产生了施加在正电极A与接大地的负电极K之间的脉冲高压U。再结合图2，当系统正常工作时，正电极A与接大地的负电极K之间电晕放电，放电电流为脉冲电流I₀₁；当系统“自洁”即瓷接头10短路自洁时，短路电流I_短路为脉冲电流I₀₂。

Claims (6)

1.一种短路时恒流的高压脉冲电源，其由降压与限流电路(201)、主回路直流电源(202)、脉冲单元直流电源(203)、脉冲发生器(204)、高压包(T)、场效应管(FET)、高压硅堆(D)、绝缘瓷接头(10)、等离子体发生器的正电极(A)、接大地的负电极(K)组成；

AC220V输入的1端分别接主回路直流电源(202)的第一输入端及脉冲单元直流电源(203)的第一输入端、另一端2端接降压与限流电路(201)，降压与限流电路(201)的输出端分别接主回路直流电源(202)的第二输入端及脉冲单元直流电源(203)的第二输入端，主回路直流电源(202)的输出端接高压包(T)的初级线圈的一端，高压包(T)的初级线圈的另一端接场效应管(FET)的漏极D，高压包(T)输出的一端接入高压硅堆(D)的正极；高压硅堆(D)的负极为高压包(T)输出的脉冲高压(U)的正端，其接离子体发生器的正电极(A)，脉冲高压(U)负端接负电极(K)；脉冲单元直流电源(203)的输出端接脉冲发生器(204)，脉冲发生器(204)的输出端接场效应管(FET)的栅极G；所述的主回路直流电源(202)、脉冲单元直流电源(203)、脉冲发生器(204)、场效应管(FET)的源极S均接电路板地，其中，

所述降压与限流电路(201)由并联连接的降压电容(C₀)及放电电阻(R₀)组成。

2.如权利要求1所述的短路时恒流的高压脉冲电源，其特征在于：AC220V经降压与限流电路(201)降压后的交流电压(u0)分为二路：一路输入主回路、另一路输入脉冲单元；所述的主回路由主回路直流电源(202)、高压包(T)的初级线圈、场效应管(FET)组成；所述的脉冲单元由脉冲单元直流电源(203)、脉冲发生器(204)组成。

3.如权利要求1所述的短路时恒流的高压脉冲电源，其特征在于：降压电容(C0)及其放电电阻(R0)组成了降压与限流电路(201)，并且，所述的降压电容(C0)与所述的放电电阻(R0)并联后，一端与AC220V输入端的2端连接，另一端与主回路直流电源(202)及脉冲单元直流电源(203)连接。

4.如权利要求1所述的短路时恒流的高压脉冲电源，其特征在于：第四、第五、第六、第七电容(C4)、(C5)、(C6)、(C7)，第五、第六、第七、第八二极管(D5)、(D6)、(D7)、(D8)，第一、第二、第三电阻(R1)、(R2)、(R3)，稳压二极管(DW)组成了脉冲单元直流电源(203)；其中：第二电阻(R2)与第四电容(C4)并联、第一电阻(R1)与第五电容(C5)并联组成了对称的降压电路；第五、第六、第七、第八二极管(D5)、(D6)、(D7)、(D8)组成了桥式整流器；第六、第七电容(C6)、(C7)、稳压二极管(DW)、第三电阻(R3)组成了滤波稳压电路；并且，第二电阻(R2)与第四电容(C4)并联后，一端与降压与限流电路(201)连接，另一端与第六二极管(D6)的负极及第八二极管(D8)的正极连接；第一电阻(R1)与第五电容(C5)并联后，一端与AC220V输入端的1端连接，另一端与第五二极管(D5)的负极及第七二极管(D7)的正极连接；第七、第八二极管(D7)、(D8)的负极，第六电容(C6)、第三电阻(R3)的一端、第七电容(C7)的正极为脉冲单元直流电源(203)输出的直流电压(U2)的正端；第三电阻(R3)的另一端接稳压二极管(DW)的负极；稳压二极管(DW)的正极、第七电容(C7)的负极、第六电容(C6)的另一端、第五、第六二极管(D5)、(D6)的正极均与电路板地相连接，为脉冲单元直流电源(203)输出的直流电压(U2)的负端。

5.如权利要求2所述的短路时恒流的高压脉冲电源，其特征在于：

所述的主回路的反馈电路由降压与限流电路(201)、主回路直流电源(202)、高压包(T)、场效应管(FET)组成；所述的脉冲单元的反馈电路由降压与限流电路(201)、脉冲单元直流电源(203)、脉冲发生器(204)、场效应管(FET)组成。

6.如权利要求1所述的短路时恒流的高压脉冲电源，其特征在于：第四、第五、第六电阻(R4)、(R5)、(R6)，第九、第十二极管(D9)、(D10)，第一、第二电位器(VR1)、(VR2)，第八电容(C8)，双极型瞬态电压抑制二极管(VD)，集成运放(IC1)组成了脉冲发生器(204)；并且：第五电阻(R5)一端接脉冲单元直流电源(203)输出的直流电压(U2)的正端、另一端接第四电阻(R4)的一端及集成运放(IC1)的同相输入端3脚；第四电阻(R4)的另一端接电路板地；第一、第二电位器(VR1)、(VR2)的一端、第八电容(C8)的一端均与集成运放(IC1)的反相输入端2脚连接；第八电容(C8)的另一端接电路板地；第一电位器(VR1)的另一端接第九二极管(D9)的正极；第二电位器(VR2)的另一端接第十二极管(D10)的负极；第九二极管(D9)的负极、第十二极管(D10)的正极、场效应管(FET)的栅极G、第六电阻(R6)及双极型瞬态电压抑制二极管(VD)的一端均与集成运放(IC1)的输出端1脚连接；第六电阻(R6)的另一端接脉冲单元直流电源(203)输出的直流电压(U2)的正端；集成运放(IC1)的8脚也接脉冲单元直流电源(203)输出的直流电压(U2)的正端；集成运放(IC1)的4脚、双极型瞬态电压抑制二极管(VD)的另一端也均接电路板地。

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