CN102664538A

CN102664538A - 一种高功率因数介质阻挡放电电源电路

Info

Publication number: CN102664538A
Application number: CN2012101485956A
Authority: CN
Inventors: 赵冉
Original assignee: Nanchang Institute of Technology
Current assignee: Nanchang Institute of Technology
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2012-09-12

Abstract

一种高功率因数介质阻挡放电电源电路,它包括交流输入电感L1、L2，二极管D1、D2、D3、D4，直流分压电容C1、C2，半导体开关器件S1、S2、S3、S4，高频升压变压器T及负载Z；整个电路为一体式整流逆变电路，整流部分采用Boost无桥式功率因数校正电路，逆变部分采用半桥式逆变结构。本发明整流和逆变部分均采用全控型件，具备功率因数校正功能，直流侧电压可调，可实现脉冲幅度调制（PAM），脉冲频率调制（PFM）和脉冲密度调制(PDM)等多种调制技术的组合控制，电路易于滤波，制造成本低，适用性高的优点。

Description

一种高功率因数介质阻挡放电电源电路

技术领域

本发明涉及一种高频高压放电电源电路，尤其涉及一种高功率因数介质阻挡放电电源电路。

背景技术

介质阻挡放电（DBD）的原理是绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电，又称介质阻挡电晕放电或无声放电，在放电过程中会将空气电离，从而产生等离子体；可广泛应用于产生臭氧，高分子和金属薄膜及板材的改性，接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中。介质阻挡放电电源泛指能够实现介质阻挡放电的驱动电源，介质阻挡放电电源广泛应用于臭氧放生器、电晕机、UV紫外线光固机、电火花机、等离子射流装置等。由于介质阻挡放电产生的条件要求高频和高压，所以驱动电源要求能够产生高频和高压的交流电压输出，此类电源电路一般包含整流电路和逆变电路，控制上要求能够实现电压和频率的调节，而传统的介质阻挡放电电源电路的整流电路和逆变电路种类为：第一类、不可控整流电路结合半桥式逆变电路；第二类、不可控整流结合全桥逆变电路；第三类、晶闸管全桥整流电路结合全桥逆变电路，参看图1；第一类电源电路由于电路结构过于简单，此电路只能采取脉冲频率调制（PFM）的控制方法，整流部分不可控，逆变电路部分交流输出电压不可调，同时电源功率因数低，直流侧输入电压低，并且逆变电路易产生中点漂移现象；第二类电源电路，此电路的整流部分不可控，逆变电路部分交流输出电压的幅值不可调，还有电源功率因素低，全桥结构中高频脉冲变压器易产生直流脉冲磁化现象，电路复杂，制造成本高；第三类电路，此类电路由于整流部分采取移相控制，因此在调节直流侧电压时会导致电源输入功率因数过低，并且驱动电路设计相对复杂（包含晶闸管驱动电路和IGBT驱动电路两部分），制造成本高，可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率因数介质阻挡放电电源电路，它具有功率因素高、电路结构简单、制造成本低和适用性高的优点。

本发明是这样来实现的，一种高功率因数介质阻挡放电电源电路，其特征在于：它包括交流输入电感L1、L2，二极管 D1、D2、D3、D4，直流分压电容C1、C2，半导体开关器件S1、S2、S3、S4，高频升压变压器T及负载Z；其中半导体开关器件S3的一端与S4的一端相连，直流分压电容C1的一端与直流分压电C2的一端相连，二极管D2的阳极与D3的阴极相连，半导体开关器件S3的另一端、直流分压电容C1的另一端以及二极管D2的阴极均与二极管D1的阴极相连，半导体开关器件S4的另一端、直流分压电容C2的另一端以及二极管D3的阳极均与二极管D4的阳极相连；二极管D1的阳极与二极管D4的阴极相连；交流输入电感L1的一端和交流输入电感L2的一端输入交流电，交流输入电感L1的另一端连接在二极管 D1、D4之间，交流输入电感L2的另一端连接在二极管D2、D3之间；半导体开关器件S1与二极管D4并联，半导体开关器件S2与二极管D3并联；高频升压变压器T的输入线圈的两端分别连在直流分压电容C1、C2之间和半导体开关器件S3、S4之间，高频升压变压器T的输出线圈的两端分别连接在负载Z的两端。所述的半导体开关器件为IGBT、MOSFET、GTO中的一种。

本发明的技术效果是：本发明整流部分采用全控件，直流电源可调，可实现脉冲幅度调制（PAM），脉冲频率调制（PFM）和脉冲密度调制(PDM)功能，同时还具有功率因素高，能够主动进行功率因素校正，易于滤波，生产成本低，适用性高的优点。

附图说明

图1是现有技术中采用不可控整流电路结合半桥式逆变电路的电路图。

图2是现有技术中采用不可控整流结合全桥逆变电路的电路图。

图3是现有技术中采用晶闸管可控整流加全桥逆变电路的电路图。

图4是本发明的半导体开关器件以IGBT为例的电路图。

图5是本发明的工作过程电路图。

具体实施方式

如图4、5所示，本发明是这样来实现的，一种高功率因数介质阻挡放电电源电路，它包括交流输入电感L1、L2，二极管 D1、D2、D3、D4，直流分压电容C1、C2，半导体开关器件S1、S2、S3、S4，高频升压变压器T及负载Z；其中半导体开关器件S3的一端与S4的一端相连，直流分压电容C1的一端与直流分压电C2的一端相连，二极管D2的阳极与D3的阴极相连，半导体开关器件S3的另一端、直流分压电容C1的另一端以及二极管D2的阴极均与二极管D1的阴极相连，半导体开关器件S4的另一端、直流分压电容C2的另一端以及二极管D3的阳极均与二极管D4的阳极相连；二极管D1的阳极与二极管D4的阴极相连；交流输入电感L1的一端和交流输入电感L2的一端输入交流电，交流输入电感L1的另一端连接在二极管 D1、D4之间，交流输入电感L2的另一端连接在二极管D2、D3之间；半导体开关器件S1与二极管D4并联，半导体开关器件S2与二极管D3并联；高频升压变压器T的输入线圈的两端分别连在直流分压电容C1、C2之间和半导体开关器件S3、S4之间，高频升压变压器T的输出线圈的两端分别连接在负载Z的两端。本发明电路拓扑结构中，半导体开关器件以IGBT为例，但不仅限于此，也可采用MOSFET、GTO全控型半导体器件。

本发明电路的工作过程是这样的，输入信号控制半导体开关器件S1、S2、S3、S4的工作，并且独立工作互不影响，当输入的交流电压Uac处于正半周，整流部分电路，L1处电位高于L2处电位，D1、D3导通，S1开启,S2关闭，构成Uac、L1、D1、C1、C2、D3、L2回路以及Uac、L1、S1、D3、L2回路，完成功率因素校正以及对C1与C2之间的直流电压脉冲幅度调制，同时对C1、C2进行充电；逆变部分电路，C1的上端为高电位，此时S3导通,S4关闭，构成C1、S3、T回路，通过T对输入的电压的升压，使得适当电压和频率的电压加载于负载R上。

当输入的交流电压Uac处于负半周，L2处电位高于L1处电位，D2、D4导通，S2开启，S1关闭，构成Uac、L2、D2、C1、C2、D4、L1回路以及Uac、L2、S2、D4、L1回路，完成功率因素校正以及对C1与C2之间的直流电压脉冲幅度调制，同时对C1、C2进行充电；逆变部分电路，C2的上端为高电位，此时S4导通，S3关闭，构成C2、S4、T回路，通过T对输入的电压的升压，使得适当电压和频率的电压加载于负载R上。

输入的交流电压Uac处于正、负半周，L1、L2完成整流滤波，S1、S2、S3、S4均可以通过输入信号实现主动控制，使用本发明针对输出电压和电流进行锁相控制，可以大大提高了功率因数，并且根据需要，认为调节需要的功率因数，提高了电路的适用性，逆变部分电路可采用脉冲频率调制（PFM）或者脉冲密度调制（PDM）。

Claims

1. 一种高功率因数介质阻挡放电电源电路，其特征在于：它包括交流输入电感L1、L2，二极管 D1、D2、D3、D4，直流分压电容C1、C2，半导体开关器件S1、S2、S3、S4，高频升压变压器T及负载Z；其中半导体开关器件S3的一端与S4的一端相连，直流分压电容C1的一端与直流分压电C2的一端相连，二极管D2的阳极与D3的阴极相连，半导体开关器件S3的另一端、直流分压电容C1的另一端以及二极管D2的阴极均与二极管D1的阴极相连，半导体开关器件S4的另一端、直流分压电容C2的另一端以及二极管D3的阳极均与二极管D4的阳极相连；二极管D1的阳极与二极管D4的阴极相连；交流输入电感L1的一端和交流输入电感L2的一端输入交流电，交流输入电感L1的另一端连接在二极管 D1、D4之间，交流输入电感L2的另一端连接在二极管D2、D3之间；半导体开关器件S1与二极管D4并联，半导体开关器件S2与二极管D3并联；高频升压变压器T的输入线圈的两端分别连在直流分压电容C1、C2之间和半导体开关器件S3、S4之间，高频升压变压器T的输出线圈的两端分别连接在负载Z的两端。