CN104321273B - 用于为臭氧生产单元提供能量的紧凑的、可配置电源 - Google Patents

Abstract

高频电功率向臭氧生产单元的供给的改进能够使用文中所述的系统和技术来实现。操作在远大于负载频率的切换频率下的DC到DC转换器的应用支持了用于为此种单元供电的高压AC的生成，同时允许了元件尺寸的减小以及负载调谐电路中质量因子的减小。用于获得一个或多个切换及负载频率的可控功率逆变器可利用反馈技术来控制，以在外部提供的功率及负载条件中的一个或多个发生变化时向臭氧生产单元提供稳定的、高质量功率。浪涌保护电路也可提供以选择性地引入电流限制电阻，直至输入DC总线已被有效初始化，该有效初始化由从DC总线获得的测量值来确定。电流限制电阻可以是正温度系数热敏电阻。

Description

用于为臭氧生产单元提供能量的紧凑的、可配置电源

技术领域

本申请主要涉及功率转换且特别涉及用于在活性气体发生器中点燃等离子体的功率转换。

背景技术

臭氧对许多需要高水平氧化的应用来说是有用的。例如，臭氧可用于饮用水的消毒并且早自19世纪初就已经被用于水处理。近来，臭氧已被应用于半导体器件处理。臭氧在半导体器件处理中的一种应用是通过在晶片上生长绝缘膜或氧化薄膜以在半导体晶片上形成绝缘层，例如，高质量SiO2的高沉积率化学气相沉积能够使用TEOS/臭氧处理器来完成。

臭氧在半导体器件处理中的另一种应用是用于清洁半导体晶片及设备。臭氧对于从半导体晶片表面或处理室移除碳氢化合物来说特别有用。利用臭氧来进行清洁是有优势的，因为它避免了对需要昂贵处理的危险化学品的使用。相反，臭氧不存在有毒废物处理问题，因为臭氧可分解为氧气而无残留。

臭氧生成器包括一个或多个独立的臭氧生成部件，又称为臭氧生产单元。每一臭氧生产单元通常包括相对的电极板及电介质阻隔件。电介质阻隔件可抵靠电极板之一放置，从而在电介质阻隔件及相对的电极板间形成通道。在操作中，氧气(O₂)被提供至生产单元并被允许穿过该通道，于是，氧气被电极板之间的放电激活，从而导致至少部分氧原子分解并重组成臭氧(O₃)分子。

为引起放电或熔解(即点燃等离子体)，高电压AC功率被施加到每一臭氧生产单元的相对电极板之间。已确定施加约8千伏、峰到峰(peak-to-peak)在约30kHz到约40kHz之间的相对高频率的AC负载电压对于至少某些这种臭氧生产单元的操作来说是优选的。因为大部分应用从设施主功率获得这种单元驱动电压，故臭氧单元功率系统有必要将来自于设施功率水平的电压水平(例如，208伏AC或480伏AC三相功率)增加或者以其他方式升高。另外，功率系统有必要将设施供给功率的相对低值的频率(例如50/60Hz)增加到操作的优选频率的相对高值。

臭氧生产单元可被建模为电阻器及两极瞬态电压抑制器的串联组合与电容器的并联。电功率的应用可能被产生于臭氧单元的电容器的较大无功负载阻抗所限制。具有这种较无功成分的电负载易导致大量热损失或者以其他方式对电源元件造成压力。工作在增加的功率水平下的这种元件有必要向负载传输适当的可用功率(即非无功功率)。

发明内容

希望提供一种被配置为有效地向一个或多个臭氧生产单元供电的紧凑的功率系统配置。另外，在每一实例中，希望在具有普遍这种紧凑功率系统的同时实现灵活性，该紧凑功率系统易于调节或者能够以其他方式被配置为用于需要不同功率需求的臭氧生产应用。更进一步，希望在初始化时给这种功率系统提供增强的保护措施以保护其免受可能由不受控制的浪涌电流造成的损坏。

文中描述的是设备和技术，用于实现减少为一个或多个臭氧生产单元供电的一个或多个电源系统的尺寸，为调整针对不同额定功率的这种功率系统提供灵活性，并提供浪涌电流保护。

在一方面中，文中描述的至少一个实施方式提供了向至少一个臭氧生产单元供电的方法。该方法包括接收未调节的DC电压，以第一切换频率对未调节的DC电压进行切换，将被切换的DC电压转换为经调节的DC高压，其中经调节的DC高压远大于所述未调节的DC电压。该方法还包括以至少一个臭氧生产单元的优选操作频率范围内的第二切换频率对DC高压进行切换以及通过串联电感将被切换的DC高压耦合至至少一个臭氧生产单元。该串联电感与至少一个臭氧生产单元的内部电容共同形成臭氧生产单元的优选操作频率范围内的谐振，该谐振适于使至少一个臭氧生产单元经受窄带、AC高压。

在另一方面中，文中描述的至少一个实施方式提供了用于为至少一个臭氧生产单元提供能量的功率转换器。该功率转换器包括DC到DC转换器，DC到DC转换器具有被配置为接收未调节的DC电压的输入以及被配置为提供由未调节的DC电压得出的经调节的DC高压的输出。具体地，DC高压的幅度远大于未调节的DC电压的幅度。该功率转换器还包括高频功率逆变器，高频功率逆变器具有与DC到DC转换器的输出通信的输入。高频功率逆变器被配置为在输出处提供由DC高压得出的高频AC电压。串联电感耦合在高频功率逆变器的输出与至少一个臭氧生产单元之间。串联电感与至少一个臭氧生产单元的内部电容在高频AC电压下共同形成谐振，该谐振出现在至少一个臭氧生产单元的优选操作频率范围内。

在至少一个实施方式中，功率转换器包括第一控制器，第一控制器具有接收DC到DC转换器的DC高压输出的指示的感测输入、被配置为接收目标DC高压的指示的参考输入和与DC到DC转换器通信的控制输出。第一控制器被配置为响应于目标DC高压和在感测输入处接收的DC高压的指示对DC到DC转换器的操作进行调整。功率转换器还包括第二控制器，第二控制器具有被配置为接收被提供至至少一个臭氧生产单元的负载电压和负载电流中的至少一个的输出指示的传感输入、被配置为接收操作负载功率的指示的参考电源输入、以及与高频功率逆变器通信的控制输出。第二控制器被配置为响应于接收到的操作负载功率的指示以及负载电压和负载电流中的至少一个的指示对高频功率逆变器的操作进行调整。

在另一方面中，文中描述的至少一个实施方式提供了用于给至少一个臭氧生产单元供电的方法。该方法包括将未调节的DC电压转换为经调节的DC高压，经调节的DC高压的幅度远大于所述未调节的DC电压的幅度。响应于DC高压参考输入控制未调节的DC电压到经调节的DC高压的转换。将DC高压转换为高频AC电压。响应于负载功率参考输入控制DC高压到高频AC电压的转换，使得由高频AC电压传输的电功率在通过串联电感施加至至少一个臭氧生产单元时与负载功率参考输入相对应。

在另一方面中，文中描述的至少一个实施方式提供了用于向至少一个臭氧生产单元供电的功率转换器。该功率转换器包括被配置为对AC输入电压进行整流的整流器和并联耦合至整流器的总线电容器。总线电容器被配置为响应于被整流的AC输入电压产生未调节的DC电压。功率转换器还包括第一和第二传感器和功率转换器，功率转换器耦合至总线电容器并且被配置为当耦合至至少一个臭氧生产单元时响应于未调节的DC电压生成高频AC输出电压。第一传感器被配置为测量总线电容器的电压。第二传感器被配置为测量整流器以及总线电容器之间的电流。功率转换器还包括耦合在整流器与总线电容器之间的可控电流限制电阻。可控电流限制电阻还与第一传感器和第二传感器中的每一个通信并且被配置为在初始化期间提供电流限制电阻并且在初始化完成后提供充分短路。

在又一个方面中，文中描述的至少一个实施方式提供了向至少一个臭氧生产单元供电的方法。该方法包括对AC输入电压进行整流，通过被整流的AC输入电压将总线电容器充电到DC操作电压，以及将DC操作电压在被施加至至少一个臭氧生产单元时转换到高频AC电压。该方法还包括区分总线电容器的初始化状态与总线电容器的初始化完成状态；以及响应于测量到的电压和电流改变串联电阻。串联电阻在初始化期间限制到总线电容器的电流，另外在初始化完成时允许未经限制的电流。

附图说明

将通过本公开的非限制性实施方式参照给出的多个附图在下面进一步详细描述本公开，其中在附图的多个视图中，相同的参考标号表示相同部分，在附图中：

图1示出了具有涌入电流保护的紧凑臭氧功率系统的实施方式的示意图；

图2示出了图1所示的紧凑臭氧功率系统的DC到DC功率转换器的实施方式的更详细示意图；

图3示出了图1所示的紧凑臭氧功率系统的功率逆变器及振荡电路的更详细示意图；

图4示出了模块化臭氧功率系统的替换实施方式的示意图；

图5示出了用于向至少一个臭氧生产单元提供功率的过程的实施方式的流程图；

图6示出了用于向至少一个臭氧生产单元提供功率的过程的实施方式的流程图；

图7示出了用于向至少一个臭氧生产单元提供功率的过程的另一实施方式的流程图；

图8A示出了与图4中示出的第一控制器关联的反馈控制环路的示例的图解框图；

图8B示出了与图4中示出的第二控制器关联的反馈控制环路的示例的图解框图；

图8C示出了图4中示出的第二控制器关联的反馈控制环路的替换实施方式的图解框图。

具体实施方式

在优选实施方式的以下具体描述中，将对所述附图、具体实施方式进行参照，其中附图构成说明书的一部分，说明书将通过图示在附图中示出，本公开通过具体实施方式进行实践。应该理解，在不违背本公开范围的前提下，可利用其他实施方式并作出结构性的改变。

文中示出的细节是通过示例且仅用于本公开的实施方式的示意性讨论，并且存在于提供被认为是本公开的原理和概念方面的最有用及最易于理解的描述的情况下。在这方面，不试图更详细地示出本公开的、超出本公开的基本理解所必须的结构性细节。结合附图的描述使得各种形式的本公开如何可在实践中具体化对本领域的技术人员来说变得显而易见。另外，在不同附图中，相同的参考标号和标示表示相同元件。

文中描述的是用于向至少一个臭氧生产单元提供功率的设备和技术。

图1示出了紧凑臭氧功率系统100的实施方式的示意图。通常，功率系统100从外部功率源102(诸如设施提供的电力干线)接收电功率，并将外部提供的功率转换为负载功率104，负载功率104适用于操作一个或多个活性气体生成器，诸如臭氧生产单元106。例如，外部电源102可以是公共设施提供的50/60Hz、208伏、三相AC功率(例如，具有线A(LINE A)、线B(LINE B)、线C(LINE C)以及地或地(EARTH)参考)。因为这种公共设施提供的功率可随时间变化，故功率系统100优选地适用于在外部功率源102的变化下提供预期的负载功率，例如，在约±10％范围内变化(如从约180伏到约230伏AC)。功率系统100可被配置为适用其他电力干线，诸如480伏AC，从而类似地工作在480伏AC标称电压的特定范围内(如从约430伏到约530伏AC)。

通常，取决于外部功率源102及臭氧生产单元106的需求，外部功率源102以及被提供至臭氧生产单元106的转换后的功率可具有任何不同的电压、电流及频率。在至少某些实施方式中，提供至臭氧生产单元106的电负载功率104包括约8千伏且频率介于约20kHz到约40kHz之间的峰到峰AC电压。应理解，由于要适应于操作一个或多个臭氧生产单元，可提供不同的电压及频率。

对于外部供应功率102是AC的应用，功率系统100包括用于首先将外部提供的AC功率转换为DC的整流器模块108。在外部供应功率102是三相AC的示意性示例中，功率系统100包括用于接收输入AC功率并提供整流输出110的三相整流器模块108。整流输出110耦合在滤波电容器(也称为总线电容C_B)两端，滤波电容器被配置为使整流输出110平滑化以更接近于用于给DC总线112供电的DC电压。在示意性示例中，相对于功率系统100的其他部分，DC总线112未经调节且工作在较低电压下。

虽然未示出，但应该理解，功率系统100的前端包括整流器108及总线电容器C_B，还可包括一个或多个主AC熔丝(未示出)，例如每条线一个，以在任何异常操作时保护其免于灾难性的故障，功率系统100还可包括电磁干扰(EMI)滤波器(也未示出)。例如，这种EMI滤波器通常设置在电子线路中以防止任何由功率系统100生成的电子干扰被引导回电力干线102。更进一步地，应该理解，功率系统100可包括一个或多个偏置电源(未示出)，因为可能有助于给在功率系统100的工作中使用的电子线路供电。这种偏置电源能够由输入电力干线102供电，对于三相电源102来说，包括一条、两条或所有三条引线。特别地，通过将偏置电源102直接连接到三相电源102的所有三条引线，缓解了可能要求大容量保持电容器来适应Semi-F47事件的需要。可选地或附加地，这种偏置电源可由DC总线112供电。

功率系统100还包括至少一个功率转换器114，功率转换器114的输入耦合到低电压的、未经调节的DC总线112。在至少某些实施方式中，功率转换器可被配置为DC到DC转换器，DC到DC转换器所提供的输出同样是DC电压，但具有与低电压的、未经调节的DC总线112不同的值。例如，功率转换器114可被配置为将低电压的、未经调节的DC总线112的相对低电压升高(即增加)到相对高的、经调节的DC电压。功率转换器114的输出可耦合到高压的、经调节的DC总线116中。由于臭氧生产单元106通常需要远大于由电力干线102提供的电压的工作电压，故任何由功率转换器114提供的增加有助于满足负载需要以及放松功率系统100的后端部分的设计限制。在至少某些实施方式中，经调节的DC总线116的电压远大于低压的、未经调节的总线112的电压(例如介于约200伏和350伏DC之间)。高压的、经调节的DC总线116的示例工作电压V_{HV_DC}可介于约1千伏到约2千伏之间或更大。

功率系统100还包括功率逆变器118，功率逆变器118具有耦合到高压的、经调节的DC总线116的输入。功率逆变器118将高压的、经调节的DC总线116的电压转换到较高频AC输出电压120。较高频AC输出120被耦合到谐振或振荡电路122，该谐振或振荡电路122由至少一个谐振串联电感器L_R和一个或多个臭氧生产单元106形成。串联电感器L_R与一个或多个臭氧生产单元106的内部电容在高频AC电压下共同形成谐振，该谐振出现在至少一个臭氧生产单元的优选工作频率范围内的。可由串联电感L_R及臭氧生产单元106的内部电容C_EQ(未示出)形成的串联L-C谐振器的谐振频率f₀可表示为：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_R{C}_{\mathrm{EQ}}}}$ 等式1

在至少某些实施方式中，较高频AC输出120V_{HV_AC}近似于方波，例如，产生于功率逆变器118的切换操作。振荡电路122的谐振可通过对与一个或多个臭氧生产单元106的等效内部电容C_EQ结合的串联电感器L_R的电感进行选择来进行调节，以建立谐振频率f₀并确定相应的质量因子或“Q”。通过对功率逆变器118的较高电压AC输出120(例如切换的1或2千伏方波)进行滤波，能够与具有小于5的Q值的振荡电路122一起工作。在某些实施方式中，约3或4的Q值就足够。由Q值表示的振荡电路122的选择可排斥近似方波AC输出120的频谱中的某些部分。因此，通过对功率逆变器118的切换频率以及振荡电路122的谐振或中心频率f₀和Q值的适当调整，能够产生基本正弦的AC电压V_O，以用于传输至一个或多个臭氧生产单元106。例如，功率逆变器118结合振荡电路122可产生正弦波，该正弦波具有介于约20kHz到约40kHz之间的频率、以及约8千伏峰到峰的电压幅度(响应于1千伏的DC输入)。

在至少某些实施方式中，振荡电路122被进一步调谐以减少无功功率成分。例如，可选择串联电感L_R的电感值，使得电感L_R的串联电抗在预期的频率工作范围内(例如在约20kHz到约40kHz之间)有效地抵消一个或多个臭氧生产单元106的等效串联电容的电抗。然而，通常要求紧凑的臭氧功率系统100适应不同数量的臭氧生产单元106，有时被称为臭氧生产单元“堆”。因此，一个或多个臭氧生产单元106的等效内部电容C_EQ取决于给定单元堆中组合的臭氧生产单元106的具体数目。

例如，这种臭氧生产单元106的堆的等效电容可被确定为堆中每一臭氧生产单元106的独立等效电容的并联组合。通常存在功率系统100能够适应的单元106的某些最大数目。例如，示例臭氧单元的等效电容负载为约1毫微法。5千瓦的功率系统100可供电给约14个这种臭氧单元。当已知每单元106的等效内部电容(例如大约1nF)时，对单元106的此最大数目的确定，允许对具有最大数目单元的单元堆的等效内部电容的估计进行确定。因此，可基于此最大等效内部电容C_{EQ_MAX}来选择串联电感L_R以有效的抵消或以其他方式最小化臭氧生产单元106堆处的无功功率成分。

在至少某些实施方式中，振荡电路122包括与一个或多个臭氧生产单元106的并联设置的可选的并联电容C_R。在至少某些实施方式中，电容器C_R的电容值可以被选择为补偿特定堆中臭氧生产单元106的数量变化。例如，并联电容器C_R的电容值可以被选择为使得在工作频率范围内，无功负载近似等于功率系统100所能适应的最大数目的臭氧生产单元106的无功负载与特定堆的一个或多个臭氧生产单元106的无功负载的差。因此，电容器C_R的电抗与臭氧生产单元106特定配置的等效内部电容器C_EQ的组合可维持在近似相等的值，即最大电容值C_{EQ_MAX}。串联电感器L_R可被选择为有效地抵消并联电容器C_R及臭氧生产单元106的等效内部电容C_EQ的组合的电容电抗。

更具体地，图2示出了用于实施DC到DC转换器114的至少一种途径。DC到DC转换器114包括功率逆变器124，功率逆变器124用于通过对来自于低压的、未经调节的DC总线112的DC进行切换来将低压的、未经调节的DC总线112转换为交变电流(AC)。这种逆变器124的示例包括一个或多个开关、以及可用于对切换的DC(即AC)电压的频率进行控制的控制电路。

在至少某些实施方式中，逆变器124包括固态开关元件。逆变器124的被切换的输出可呈现不同的波形，诸如方波、改变的正弦波及纯正弦波。逆变器124也可呈现不同的拓扑结构。此拓扑之一是已知的全桥或H桥逆变器电路，如图所示。全桥电路包括至少四半导体开关S_A、S_B、S_C和S_D以及反并联二极管D_A、D_B、D_C和D_D。来自于低压的、未经调节的DC总线112的输入被施加到桥的第一相反终端对(即顶端和底端终端)，如图所示。从桥的第二相反终端对126获得AC输出。半导体开关S_A、S_B、S_C和S_D中的每一个均可由各自的控制输入端128控制。在至少某些实施方式中，每一半导体开关S_A、S_B、S_C和S_D与各自的二极管的D_A、D_B、D_C和D_D并联连接。因此，每一开关元件的控制决定了各自二极管是否有效的“接入”(开关开)或“脱离”(开关关)该桥。

在至少某些实施方式中，上述被切换的DC波形的方波AC演绎(rendition)通过逆变器124的半导体开关S_A、S_B、S_C和S_D中的一个或多个的脉冲宽度调制(PWM)来获得。通过对控制输入端128的控制对方波脉冲宽度的调制或调节可被用作调整或调节逆变器输出电压的方法。这种调节对于在一个或多个功率源102(图1)或负载条件发生变化时维持DC的传输是有优势的。

一旦被转换到AC，电压水平可通过使用变压器改变到任何实际需要电压水平。示意性DC到DC转换器114包括此变压器130，变压器130具有与由被切换的DC电压驱动的逆变器124的负载端126通信的初级绕组131a。DC阻断电容器C₁可被包括在某些实施方式中，位于负载端126之一与变压器130之间。在示意性示例中，变压器130的初级绕组131a具有围绕磁芯的相应数量的匝，次级绕组131b也具有围绕磁芯的相应数量的匝。输出电压的幅度(至少部分)通过次级绕组131b的匝数与初级绕组131a的匝数之比确定。因此，在次级绕组131b获得的变压器输出可以是高压或是从逆变器124获得的输入的升高演绎。有益地，变压器130还使负载(诸如一个或多个臭氧生产单元106)与外部功率源102隔离。

功率系统100的磁性元件(诸如在变压器130的芯中使用的那些磁性元件)的物理尺寸通常与工作频率成反比。因此，DC到DC转换器114的变压器130的尺寸可以通过以较高频率(例如与实际一样高)操作全波逆变器124的半导体开关S_A、S_B、S_C和S_D来减小。在至少某些实施方式中，半导体开关S_A、S_B、S_C和S_D以近似于基础半导体技术的最大切换频率被操作。例如，MOSFET可以以位于约300kHz和约600kHz之间的转换频率被操作。由于半导体技术的进步允许更高的切换频率，此半导体开关可被应用到文中描述的电路，特别是功率逆变器电路，诸如功率逆变器114，以允许甚至更高的操作切换频率，从而允许任何磁性元件(诸如升压变压器130)的尺寸的进一步减小。

其他的输入电压水平可适用于文中描述的相同系统架构或者根据特定输入电源有微小的改变。例如480伏输入应用可通过将高频变压器130的匝数减少到使用208伏的输入应用时的一半来适应。另外，某些元件，如开关S_A、S_B、S_C和S_D及二极管D_A、D_B、D_C和D_D(图2)可根据需要通过具有合适额定电压和/或电流的元件代替。再次，对于480伏的输入应用，208伏示意性实施方式中的开关和二极管可通过具有更高额定电压的开关和二极管(优选具有相同覆盖面积)代替。可替代或附加地，在三相整流器模块108(图1)中的整流器二极管也可被具有更高额定电压的二极管(优选具有相同覆盖面积)代替。通过这种方式，电路的余下部分通常是相同的，而与输入电压无关。

应该注意，更高频率(例如300-600kHz或更高)的切换还减轻对功率系统100中其他元件(诸如如上所述可能被包含的任何EMI电力线滤波器)的要求。能够在甚至更高频率下进行切换的半导体器件中的至少一类是碳化硅。因此，应该理解，其他高频半导体开关器件，如碳化硅器件，也可被用来实现功率逆变器124的开关S_A、S_B、S_C和S_D以支持甚至更高的切换频率，从而允许功率转换器114的某些电路元件的尺寸的进一步减小。有益地，通过文中描述的不同技术的应用实现的一个或多个元件尺寸、重量和热损失的减小有助于它们构建更小、更轻以及更有效的功率系统。在至少某些实施方式中，这种功率系统能够利用不超过约一个印制电路板或模块进行配置。这种通过减少电路板或模块的数量实现的简化因此减小了一个或多个功率系统的成本和复杂度，同时还提高了稳定性。例如，单电路板或模块配置防止或以其他方式最小化对在多个模块间互连电缆或电缆线束的需要。

被升高的AC能够例如通过整流器132被再次转换到直流，整流器132被配置为对变压器130的次级绕组的AC进行整流，如图所示。此整流器132可以是半波整流器或全波整流器。升压变压器130的整流AC输出可例如通过一个或多个串联电感L_O及并联电容器C_O滤波以使升高的DC输出平滑化。因此，响应于低压的、未经调节的DC总线112的输入的功率转换器的输出对相对高压的、经调节的DC总线116进行供电。对于图1的示意性示例中描述的向功率系统100的208伏AC输入，高压DC总线114具有至少约1千伏DC的值。通过这种方式将较低压DC总线(例如200到350伏DC)提高到更高电压(例如1千伏)，还允许具有较低“Q”(例如小于约5)的振荡电路122(图1)对功率逆变器118的方波AC输出120进行充分地滤波以操作一个或多个臭氧生产单元106。对所提供的高压DC总线116的调节可由一个或多个反馈控制环路完成。例如，可将高压DC输出电压V_HV的测量提供给适于调整全桥转换器114的操作的控制环路以将高压DC输出电压维持在电力负载范围内(例如无负载到全负载)的容差内(如+/-10％)。此反馈控制环的操作将在下面更详细的描述。

在至少某些实施方式中，功率逆变器118包括较高压半桥逆变器，如图3所示。例如，功率逆变器118可适于对较高压DC总线116进行切换。功率逆变器118可与DC到DC转换器114(图1)的功率逆变器124类似，至少在如图所示分别并联各自的二极管D_E、D_F的半导体切换元件S_E、S_F的使用和控制方面类似。优选地，功率逆变器118的切换元件S_E、S_F可被操作为产生方波，该方波的频率与至少一个臭氧生产单元106的优选操作频率相对应。例如，功率逆变器118的方波输出基频可介于约20kHz与40kHz之间。

下面参考图4，示出了模块化功率系统臭氧功率系统200的另一实施方式的示意图。再次，功率系统200从外部功率源202诸如从设备提供的电力干线接收电功率，并将外部提供的功率202转换为适于操作一个或多个臭氧生产单元206的电负载功率V_OUT。对于设施提供的功率202为AC的应用，功率系统200首先包括用于将设施供给的AC转换到DC电压的整流器208。整流输出208耦合在滤波电容器(又称为总线电容器C_B)两端。总线电容器C_B两端的电压给DC总线212供电。

功率系统200还包括至少一个功率转换器214，功率转换器214具有耦合到低压的、未经调节的DC总线212的输入。在至少某些实施方式中，功率转换器214被配置为DC到DC转换器，DC到DC转换器所提供的输出同样是DC电压，但具有与低压的、未经调节的DC总线212不同的值。例如，功率转换器214被配置为将低压的、未经调节的DC总线212的较低电压升高(即增加)到较高的、经调节的DC电压。功率转换器214的输出耦合到高压的、经调节的DC总线216。在至少某些实施方式中，经调节的DC总线216的电压远大于低压的、未经调节的DC总线212的电压。

在至少某些实施方式中，功率系统200还包括功率逆变器218，功率逆变器218的输入耦合到高压的、经调节的DC总线216。功率逆变器218将高压的、经调节的DC总线216的电压转换到较高频AC输出220。较高频AC输出220耦合到谐振或振荡电路222，谐振或振荡电路222由至少一个谐振串联电感L_R及一个或多个臭氧生产单元206形成。串联电感L_R与一个或多个臭氧生产单元206的内部电容在高频AC电压中形成谐振。优选地，谐振f₀出现在至少一个臭氧生产单元206的优选操作频率范围内。

在至少某些实施方式中，DC到DC转换器214基本与上面根据图2示出和描述的一样，具有可控全桥功率逆变器。类似地，在至少某些实施方式中，功率转换器218基本与上面根据图3示出和描述的一样，具有可控半桥功率逆变器。在至少某些实施方式中，功率系统200包括与DC到DC转换器214通信的第一控制器230。第一控制器230感测与DC到DC转换器214关联的一个或多个电参数值232。例如，第一控制器230能够从DC到DC转换器214接收一个或多个逆变器电流I_INV(参考图2)、高压DC输出V_HV以及输出电流I_HV。响应于这些值，第一控制器230可向DC到DC转换器214的全桥功率逆变器的一个或多个开关S_A、S_B、S_C和S_D提供切换控制信号228。例如，第一控制器230可包括相移脉宽调制器，相移脉宽调制器通过使一个半桥的切换相对于其他半桥进行相位移动来实现全桥功率级的控制。可操作为电压模式或者电流模式控制器的此设备的示例是可从德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司买到的型号为UCC3895的部件。切换的一种具体形式被称为修正的相移零电压开关(ZVS)脉宽调制(PWM)切换。

功率系统200也包括与功率逆变器218通信的第二控制器240。第二控制器240感测与功率逆变器218关联的一个或多个电参数值242。例如，第二控制器240能够从功率逆变器218接收输出电流I_OUT(参考图3)、高频AC输出V_INV 220。响应于这些值，第二控制器240可向逆变器218的半桥的一个或多个开关提供切换控制信号238。例如，第二控制器240还可包括相移脉宽调制器，相移脉宽调制器通过使一个半桥的切换进行相位移动来实现半桥功率级的控制。在至少某些实施方式中，可从加尼福尼亚州的圣何塞的安森美半导体公司买到的型号NCP1395的部件可用于第二控制器240。

在至少某些实施方式中，第一和第二控制器230、240中的至少一个接收外部控制输入。例如，第二控制器240具有用于接收负载功率调整设定(例如根据具体应用处于预定额定千瓦下)的输入241。此设定可通过用户可调的控制来完成，诸如按钮或通过配置设定，诸如在功率系统200的初始化配置或重配置期间完成的内部调整。在示意性实施方式中，此输入能够适应从小于约1千瓦到大于5千瓦或更高的功率范围。在示意性实施方式中，第二控制器240可选地向第一控制器230提供输入231(虚线示出)。例如，第二控制器230的负载功率调整的用户所选设定对传输到负载(例如一个或多个臭氧生产单元206)的功率值进行设定。结合地，第二控制器向第一控制器230提供输入，致使DC高电压总线响应于用户调整的负载功率而变化。即可用较低负载功率设定来减小DC高电压总线216的电压水平，此特征允许功率的保存以及系统部件的不必要磨损和损耗的减少。

图5示出了用于向至少一个臭氧生产单元供电的过程300的实施方式的流程图。在305中，接收未经调节的DC电压。例如，未经调节的电压可从整流器模块108的滤波输出接收，诸如，由图1所示的功率系统100提供。在310中，以极高的切换频率对未经调节的DC进行切换。例如，未经调节的DC被施加到全桥功率逆变器，诸如，图2所示的全桥功率逆变器124。在315中，被切换的DC被转换为经调节的DC高压。DC电压水平的这种增加例如可由图2中示出的功率转换器114的升压变压器130完成。高压DC的调节也可通过调整来自功率转换控制器(诸如，图4中示出的第一控制器230)的切换控制信号128来完成。因此，DC高压的调节可在负载条件范围内以及功率源102的变化下完成。在320中，对以臭氧生产单元优选的切换频率对高压DC进行切换。如文中所述，此优选频率已知介于约20kHz和约40kHz之间。此切换可通过功率逆变器118、218完成(图1和图3)。在325中，将被切换的高压DC(例如高频方波)通过与一个或多个臭氧生产单元形成振荡电路的串联电感L_R耦合到一个或多个臭氧生产单元106。

再次参考图1，在功率系统100的至少某些实施方式包括涌入电流保护电路140。在示意性示例中，涌入电流保护电路140包括耦合于整流模块108的输出与总线电容器C_B一端之间的、由正温度系数热敏电阻R_PTC提供的串联电阻。在从整流器模块108向功率系统100施加功率时(即在上电时)，串联电阻R_PTC将控制或以其他方式限制流入总线电容器C_B的最大电流。涌入电流保护电路140还包括有源开关142，有源开关142被配置为与串联电阻R_PTC并联。有源开关142可包括可控的单级单掷开关，诸如开关晶体管(例如MOSFET)或可控硅整流器(SCR)。

涌入电流保护电路140还包括涌入电流控制器144。涌入电流控制器144被配置为接收总线电容器C_B两端(例如来自电压传感器V)的一个或多个电压以及从整流器108流向总线电容器C_B(例如来自电流传感器A)的电流的指示。涌入电流控制器144进一步被配置或以其他方式编程为确定总线电容器C_B何时被充电到例如高于预定阈值电压。例如，此阈值电压可被识别为最小可接受总线操作电压的某一百分比(例如90％V_MIN)。在某些实施方式中，涌入电流控制器144向可控开关142提供切换控制信号，以使正常情况下打开的开关关闭或者以其他方式使串联电阻R_PTC短路。由开关142提供的充分短路有效地从该电路中移除了串联电阻，从而允许电流以基本不受限的方式从整流器108流向总线电容器。在至少某些实施方式中，串联电阻R_PTC通常已知是正温度系数热敏电阻。因此，串联电阻被配置为在有源开关142的操作发生故障时进行自我保护。即串联电阻能够响应于电流浪涌通过电阻器增加其阻值以有效的控制或以其他方式限制任何这种电流浪涌。

图6示出了向至少一个臭氧生产单元供电的过程400的实施方式的流程图。在405中，最初(即在上电之前)在臭氧功率系统100的整流器控制模块108的输出与总线电容器C_B之间施加电流限制电阻(诸如R_PTC)。在410中，给功率系统施加功率。更具体地，在415中，向总线电容器施加AC输入电压以为总线电容器C_B充电。充电电流流经电流限制电阻R_PTC。当总线电容器C_B被充电到高于某阈值时，其被认为初始化完成。如果在420中总线电容器C_B未初始化完成，则在415中整流AC输入电压经过串联电阻R_PTC继续给总线电容器充电。然而，如果在420中总线电容器C_B已完成初始化，则在425中可将电流限制电阻短路或从电路中移除。在430中，在总线电容器C_B的两端建立的DC电压由功率系统100转换到高频AC，以用于给臭氧生产单元106供电。在至少某些实施方式中，如果在435中功率系统断电，则在预期后期的上电中，能够在405中在整流器输出与总线电容器之间施加电流限制电阻(例如通过打开开关142)。

以下参考图7，示出了向至少一个臭氧室供电的过程的另一实施方式的流程图450。在455中的初始化期间，在整流器模块108与总线电容器C_B之间施加电流限制电阻R_PTC。在460中，分别测量流经串联电阻R_PTC的电流I_BUS以及总线电容C_B两端的电压V_CAP。如果总线电压V_CAP小于预定的阈值电压V_TH，则表示总线电容器C_B还没有被完全充满或没有初始化完成。在这种情况下，在455中的初始化期间，电流限制电阻R_PTC仍存在于整流器模块108和总线电容C_B之间，并在460中监测I_BUS及V_CAP。然而，如果在465中电压V_CAP大于或等于阈值电压V_TH，则随后确定电流I_BUS是否大于预定的电流阈值I_TH。如果电流维持在电流阈值I_TH之上，那么在455中的初始化期间，继续施加电流限制电阻R_PTC。在初始化期间，在460中也继续监测I_BUS及V_CAP的值，同样在465中将V_CAP和V_TH进行比较。一旦电压V_CAP已经增加到大于阈值V_TH且电流回落到低于阈值I_TH，可推断出总线电容器C_B已被充分充电。响应于这种情况，在475中，将电流限制电阻R_PTC短路或者从电路中移除。在至少某些实施方式中，如果在480中功率系统断电，在预测的随后上电时，能够再次在455中施加电流限制电阻。

图8A示出了用于改变功率转换器114、214(图2，图4)的切换操作的反馈控制系统500的示例的示意图，使得DC到DC转换器的高压DC输出遵循参考。在至少某些实施方式中，反馈控制系统的至少一部分与图4中示出的第一控制器230的应用相关联。在第一、内部控制环路中，在第一求和网络502处形成变压器130(图2)的初级绕组处的目标或参考切换电流设定I_{SET_HF}与测量到的实际切换电流I_{INV_FBK}(例如反馈)之间的差。该反馈可通过对切换电流I_INV的测量(例如通过第一传感器，诸如图2所示的电流传感器A₁或者其他合适的感测电路(pick-off circuit))来获得。求和网络502的输出代表误差信号，误差信号被确定为参考I_{SET_HF}与反馈I_{INV_FBK}切换电流之间的差。误差信号可根据需要通过由G_CHF(s)块503代表的调节网络进行调节(例如放大)。被调节的误差信号被用来改变或者调整切换控制电路，切换控制电路的传递函数由G_pwmHF块508代表。被切换的电流根据需要或升高或降低并且以其他方式调节，相应的传递函数由G_ppwrHF(s)块504代表。可应用于切换电流的被感测部分的任何信号调节(例如，放大)的传递函数可由G_IfbkHF(s)块506代表。因此，误差电流(即，I_{SET_HF}-I_{INV_FBK})可用来驱动或以其他方式改变转换器124、214(图2和图4)的操作以改变切换电流I_INV。

由G_pwmHF块508表示的示例控制器提供控制信号，控制信号适于在转换器124中调节切换以控制切换电流I_INV，从而通过使从求和节点502获得的差变为0来有效地闭合环路。此控制信号可被配置为对开关S_A、S_B、S_C和S_D的操作施加一种或多种脉宽调制和频率调制模式。因此内部控制环路操作以调整切换电流I_INV以匹配接收到的或参考切换电流设定I_{SET_HF}。在至少某些实施方式中，控制器230向转换器124提供脉宽调制信号，由此控制所产生的切换电流I_INV。在扰荡后，建立内部环路的稳定时间可由值T₁表示。

在第二、外部控制环路中，在第二求和网络510处形成表示用于高压DC总线216(图4)的预期电压设定的输入或参考高压V_{HV_SET}与用于高压DC总线216的实际电压设定的指示V_{HV_FBK}之间的差。该反馈可通过对高压DC总线电压的测量(例如，通过合适的传感器或其他合适的感测电路，诸如图2所示的电压传感器V)获得。外部控制环路还包括G_VfbkHF(s)块512，其表示可施加至测量的高压DC总线电压V_HF的任何信号调节电路(诸如一个或多个信号增益及滤波电路)的传递函数。G_OUTHF(S)块514表示设置在对转换器电流I_INV进行采集的点与V_HF的感测点之间的任何电路的传递函数。

第二求和网络510的输出表示误差信号，误差信号被确定为参考高压与高压DC总线的反馈样本(如V_{HV_SET}-V_{HV_FBK})的差。误差信号可根据需要被调节以生成与目标或参考切换电流设定I_{SET_HF}相关的信号。G_VHF(S)块501表示任何此电路的传递函数。因此，误差电压可用来驱动或以其他方式改变转换器124、214(图2及图4)的操作以改变切换电流I_INV，从而产生高压DC电压的V_HF的所需变化。

在扰荡后，建立外部环路的稳定时间可由时间值T₂表示。类似地，内部环路的稳定时间可由时间值T₁表示。在至少某些实施方式中，内部环路提供比外部环路更快的响应时间，使得T₁<T₂。在至少某些实施方式中，T₂的值可以几倍于T₁的值。在至少某些实施方式中，T₂的值可至少是T₁的值的约十倍。

图8B示出了用于改变功率转换器100、200(图2，图4)的切换操作的第二反馈控制系统550的示例的示意图。使得功率转换器100、200(图1，图4)的输出电流I_OUT遵循可调参考电流。在至少某些实施方式中，第二反馈控制系统550的至少一部分与图4所示的第二控制器240相关。在第一反馈环路中，在第一求和网络558处形成目标或参考负载电流设定I_{SET_CMD}与实际功率转换器输出电流I_OUT的测量(即反馈)I_{OUT_FBK}的差。输出电流I_{OUT_FBK}的测量可通过测量输出电流I_OUT的传感器(如图3所示的电流传感器A或者其他合适的感测电路)来确定。第一求和网络558的输出表示误差信号，该误差信号被确定为参考I_{SET_CMD}与反馈I_{OUT_FBK}电流的差。根据需要，可通过调节网络调节(例如放大)误差信号，调节网络的传递函数由G_CLF(s)块555表示。

调节的误差信号可用来改变或以其他方式调整切换控制电路，诸如功率逆变器118、218的切换电路S_E、S_F。切换控制电路决定切换电路S_E、S_F的操作以产生需要的被切换的输出电流。在至少某些实施方式中，可提供多于一个的切换控制电路(诸如脉宽调制电路)以及频率调制电路，脉宽调制电路的传递函数由K_pwmLF块560a表示，频率调制电路的传递函数由K_fmLF块560b表示。来自于切换控制电路中的每一个的输出信号在组合网络561中结合。被切换的电流可根据其他要求被滤波及调节，相应的传递函数由G_PWRLF(s)块562表示。可应用于切换电流的感测部分的任何信号调节的函数可由G_IfbkLF(s)块567表示。因此，误差电流(如I_{SET_CMD}-I_{OUT_FBK})能用来驱动或以其他方式改变逆变器118、218(图2、图4)的操作以改变功率转换器的输出电流I_OUT。

在某些实施方式中，提供第二反馈环路以控制参考负载电流设定I_{SET_CMD}。特别地，第二控制环路根据功率转换器100、200的功率水平操作。即，输出功率遵循可调的参考功率水平P_SET。在示例性实施方式中，在第二求和网络552处形成参考或目标负载功率设定P_SET(如0kW<P_SET<5kW)与实际输出功率P_FBK(例如反馈)的测量的差或误差信号。实际输出功率的指示可被确定或以其他方式估计为输出电压V_HV与输出电流I_HV之积，输出电压V_HV与输出电流I_HV在DC到DC转换器114、124(图2及图4)的输出处可测。可通过向乘积电路556施加每个被感测的输出来获得乘积。例如，输出电压V_HV可通过第一传感器获得，如示于图2的电压传感器V。类似地，输出电流I_HV可通过第二传感器获得，如示于图2的电流传感器A₂。可选的或附加地，输入电压V_BUS和输入电流I_BUS的测量可被用作估计实际输出功率P_FBK的替代途径。K_vb(s)块554a代表采样输出电压V_HV与乘积电路556之间的电路的传递函数。同样，K_ib(s)块554b代表采样输出电流I_HV与乘积电路556之间的电路的传递函数。

第二求和网络552的输出表示误差信号，该误差信号被确定为参考P_SET与反馈P_FBK功率水平的差。误差信号根据需要可由PID(z)块551修正或调节(如比例、积分、微分)以将功率的测量转换为电流I_{SET_LF}的测量。在某些实施方式中，修正的功率误差信号根据需要通过由G_PRE(s)块553表示的调节网络(例如预放大器)进一步调节。

在扰荡后，外部环路的稳定时间可由时间值T₄表示。类似地，内部环路的稳定时间可由时间值T₃表示。在至少某些实施方式中，内部环路提供比外部环路更快的响应时间，使得T₃<T₄。在至少某些实施方式中，第二反馈控制系统550的内部环路控制环路提供比第一反馈控制系统500的内部和外部环路控制环路更慢的响应时间(稳定时间T₃)(即T₃>T₂>T₁)。

图8C示出了包括到第一控制系统500的联接的第二反馈控制系统550’的可选实施方式的示意图。在所示实施方式的联接的控制器中，在第三求和网络563处形成目标或参考高压DC V_{HV_CMD}与到第一求和网络558(例如反馈)参考输入之间的差异或误差信号。第三求和网络563的输出V_{HV_SET}被提供作为第一控制环路500(图8A)的第二求和网络510的输入以建立高压经调节的DC总线216(图2)的电压水平。即，目标负载电流设定I_{SET_CMD}的采样可通过电路修正(传递函数由k_pv(s)块564表示)并与接收到的高压设定命令V_{HV_CMD}结合以生成目标高压DC总线设定V_{HV_SET}。联接的控制环路的稳定时间相对于其他控制环路而言是最慢的。因此，联接的控制环路的稳定时间防止了所有其他控制环路之中的交互。

有益地，由于当输出功率需求相对低时降低高压总线的操作值的能力，故能够实现了提高功率级效率。另一优势是改善了可靠性，因为当高压总线被降低时，出现了降低的电压压力。

在至少某些实施方式中，功率系统100被配置为给臭氧生成单元106的任何组合提供约0瓦到约5千瓦的电力。一个或多个此功率系统100、200也能组合(如并联)以向一个或多个臭氧生产单元106、206提供比单功率系统100、200所能提供的功率更大的功率。

然而，在阅读了前面描述之后，本公开的许多变化及修改对于本技术领域的普通技术人员将会变得更加清晰，应该理解，通过示例示出及描述的特定实施方式绝不能被认为是对本发明的限制。例如，尽管控制环路是在模拟操作的背景下进行描述的，应该理解，一个或多个控制环也可实现为数字控制器。另外，本公开的描述参考了具体的优选实施方式，但是对于本领域的技术人员来说，在本公开的精神和范围内将出现各种变型。注意，提供的前述示例仅用于说明的目，绝不能被认为是对本公开的限制。

当参考示例性的方式描述本公开时，应该理解这里使用的词语是描述和说明性的词语，而不是限制性的词语。如前所述，在不违背本公开的范围以及精神的情况下，可在如当前所列和修改的所附权利要求的范围内在其多个方面进行变更。尽管在文中参考具体的方法、材料及实施方式描述了本公开，但是本公开并不打算被文中公开的具体描述所限制；相反，在所附的权利要求的范围内，本公开可延伸到所有功能性等同的结构、方法及应用。

Claims (26)

1.一种用于向至少一个臭氧生产单元供电的方法，包括：

接收未调节的DC电压；

以第一切换频率对所述未调节的DC电压进行切换；

将被切换的DC电压转换为经调节的DC高压，所述经调节的DC高压远大于所述未调节的DC电压；

以所述至少一个臭氧生产单元的优选操作频率范围内的第二切换频率对所述DC高压进行切换；

通过串联电感将被切换的DC高压耦合至所述至少一个臭氧生产单元，所述串联电感与所述至少一个臭氧生产单元的内部电容共同形成所述臭氧生产单元的优选操作频率范围内的谐振，所述谐振适于使所述至少一个臭氧生产单元经受窄带、AC高压；以及

提供用于设置待传输至所述至少一个臭氧生产单元的功率的值的负载功率调整信号，所述负载功率调整信号用于改变所述DC高压的电压等级。

2.权利要求1所述的方法，其中对于通过对公用设施提供的AC功率进行整流而获得的未调节的DC电压，所述DC高压位于1kV与2kV之间。

3.权利要求1所述的方法，其中将被切换的DC电压转换为经调节的DC高压包括：将所述被切换的DC电压施加到升压变压器的初级绕组，所述升压变压器的物理尺寸与所述第一切换频率成反比。

4.权利要求1所述的方法，其中，所述第一切换频率大于300kHz。

5.权利要求1所述的方法，其中，所述臭氧生产单元的所述优选操作频率范围位于20kHz与40kHz之间。

6.权利要求5所述的方法，其中，所述AC高压是8kV的峰峰值。

7.权利要求6所述的方法，其中产生于所述串联电感及所述至少一个臭氧生产单元的所述内部电容的Q小于5。

8.权利要求1所述的方法，其中，对所述未调节的DC电压和所述DC高压中的一个或多个进行切换包括相移零电压开关脉宽调制。

9.权利要求8所述的方法，还包括响应于用于驱动所述至少一个臭氧生产单元的预定功率对所述未调节的DC电压和所述DC高压中的一个或多个进行切换。

10.权利要求1所述的方法，还包括相应地调整所述DC高压到可调的输出功率。

11.根据权利要求1所述的方法，其中提供负载功率调整信号包括用户手动地提供所述负载功率调整信号。

12.用于为至少一个臭氧生产单元提供能量的功率转换器，包括：

DC到DC转换器，具有被配置为接收未调节的DC电压的输入以及被配置为提供由所述未调节的DC电压得出的经调节的DC高压的输出，所述DC高压的幅度远大于所述未调节的DC电压的幅度；

高频功率逆变器，具有与所述DC到DC转换器的输出通信的输入，所述高频功率逆变器被配置为在输出处提供由所述DC高压得出的高频AC电压；

串联电感，耦合在所述高频功率逆变器的输出与所述至少一个臭氧生产单元之间，所述串联电感与所述至少一个臭氧生产单元的内部电容在所述高频AC电压下共同形成谐振，所述谐振出现在至少一个臭氧生产单元的优选操作频率范围内；以及

用于提供用于设置待传输至所述至少一个臭氧生产单元的功率的值的负载功率调整信号的输入，所述负载功率调整信号用于改变所述DC高压的电压等级。

13.权利要求12所述的功率转换器，其中，对于通过对公用设施提供的AC功率进行整流而获得的未调节的DC电压，所述DC高压位于1kV与2kV之间。

14.权利要求12所述的功率转换器，其中，所述DC到DC转换器和所述高频功率逆变器中的每一个均包括相应的多个可控开关，所述多个可控开关分别操作在相应切换频率下。

15.权利要求14所述的功率转换器，其中，所述DC到DC转换器包括升压变压器，所述升压变压器的物理尺寸被选择为与所述相应的多个可控开关的所述相应切换频率成反比。

16.权利要求15所述的功率转换器，其中，所述DC到DC转换器的所述多个可控开关的相应切换频率大于300kHz。

17.权利要求12所述的功率转换器，还包括：

第一控制器，具有接收所述DC到DC转换器的DC高压输出的指示的感测输入、被配置为接收目标DC高压的指示的参考输入和与所述DC到DC转换器通信的控制输出，所述第一控制器被配置为响应于所述目标DC高压和在所述感测输入处接收的所述DC高压的指示对所述DC到DC转换器的操作进行调整；以及

第二控制器，具有被配置为接收被提供至至少一个臭氧生产单元的负载电压和负载电流中的至少一个的输出指示的传感输入、被配置为接收操作负载功率的指示的参考电源输入、以及与所述高频功率逆变器通信的控制输出，所述第二控制器被配置为响应于接收到的操作负载功率的指示以及负载电压和负载电流中的至少一个的指示对高频功率逆变器的操作进行调整。

18.权利要求17所述的功率转换器，其中，所述第二控制器包括与所述第一控制器的所述参考输入通信的目标DC高压输出。

19.权利要求17所述的功率转换器，其中，所述第一控制器和所述第二控制器中的至少一个包括相移零电压开关脉宽调制器。

20.权利要求12所述的功率转换器，其中，所述臭氧生产单元的所述优选操作频率位于20kHz与40kHz之间。

21.权利要求12所述的功率转换器，还包括与所述至少一个臭氧生产单元并联耦合的并联电容，所述并联电容的值能够选择为补偿增加或移除的臭氧生产单元的内部电容，从而为所述功率转换器维持基本恒定的无功负载。

22.根据权利要求12所述的功率转换器，其中所述负载功率调整信号能够通过由用户手动地输入来提供。

23.一种用于给至少一个臭氧生产单元供电的方法，包括：

将未调节的DC电压转换为经调节的DC高压，所述经调节的DC高压的幅度远大于所述未调节的DC电压的幅度；

响应于DC高压参考输入控制所述未调节的DC电压到所述经调节的DC高压的转换；

将所述DC高压转换为高频AC电压；

响应于负载功率参考输入控制所述DC高压到所述高频AC电压的转换，使得由所述高频AC电压传输的电功率在通过串联电感施加至至少一个臭氧生产单元时与所述负载功率参考输入相对应；以及

提供用于设置待传输至所述至少一个臭氧生产单元的功率的值的负载功率调整信号，所述负载功率调整信号用于改变所述DC高压的电压等级。

24.权利要求23所述的方法，其中，对于对由公用设施提供的AC功率进行整流而获得的未调节的DC电压，所述DC高压位于1kV与2kV之间。

25.权利要求23所述的方法，其中，对所述未调节的DC电压和所述DC高压中的一个或多个进行切换包括相移零电压开关脉宽调制。

26.根据权利要求23所述的方法，其中提供负载功率调整信号包括用户手动地提供所述负载功率调整信号。