CN107070232B - 一种分子裂解交流驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分子裂解交流驱动器，包括整流调压电路、交流裂解核心电路和裂解反应器，所述交流裂解核心电路包括外接电源Ui、复式电平产生电路和可变升压谐振电路，通过复式电平产生电路产生出不同的电平，后经由可变升压谐振电路实现不同驱动能量级别的输出。本发明分子裂解交流驱动器实现了针对不同裂解需要不同能量级别的输出，与传统固定谐振输出装置相比，优化了能量输出形式，提升了能量利用效率，减小了谐振变压器体积，增加了分子裂解驱动器使用寿命。控制方案简单，易于实现，可靠性高，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及环保处理领域，特别是一种分子裂解交流驱动器。
背景技术
随着环保行业的发展，分子裂解得到了广泛的研究和应用，但是在需要高频高压的工业场合中，分子裂解采用的仍然是方波输出，其输出电平只有+U和-U两态电平，而电路拓扑只有半桥和全桥两种。方波输出控制虽然方案简单易行，但是开关损耗较高，转换效率低下，总谐波畸变很高，功率三极开关管承受的电压应力很大，导致功率三极开关管很容易损坏。半桥虽然设备成本没有全桥高，但是半桥拓扑输出电压只有全桥拓扑的一半，而全桥拓扑又比半桥拓扑多了两只功率三极开关管，在高频高压的工业应用场合上，这将会大大增加成本。无论是全桥还是半桥结构，能量输出级别都是固定的，针对不同应用场合需要单独调试，在面对可变反应器时，裂解效果更将大打折扣。复合式能量输出形式具有输出多态电平，能量转换效率较高，总谐波畸变较小，谐振变压器体积较小，能自适应不同反应器对输出能量级别的需求等优点。分子裂解交流驱动器为自适应不同能量级别输出提供了一种途径，具有很高的研究价值以及广阔的发展背景。但是其存在以下缺点：为了满足复式电平输出，采用了比全桥结构更多的功率开关三极管与功率二极管，器件成本较大；对容性负载装置裂解效果较好，对感性或阻性负载装置裂解效果一般，应用环境狭窄。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能实现了针对不同裂解需要不同能量级别的输出，优化了能量输出形式，提升了能量利用效率，减小了谐振变压器体积，增加了分子裂解驱动器使用寿命，控制方案简单，易于实现，可靠性高，成本低廉的分子裂解交流驱动器。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种分子裂解交流驱动器，包括整流调压电路、交流裂解核心电路和裂解反应器，市电输入至整流调压电路，所述整流调压电路与交流裂解核心电路相连接，所述交流裂解核心电路与裂解反应器负载相连接，所述整流调压电路上连接有电量检测电路，所述电量检测电路依次通过控制信号产生电路和触动电路与交流裂解核心电路相连接，所述裂解反应器上设有物理量检测电路，所述物理量检测电路与控制信号产生电路相连接。
进一步的，所述交流裂解核心电路包括外接电源Ui、复式电平产生电路和可变升压谐振电路，所述复式电平产生电路包括第一储能电容C1、第二储能电容C2、第三储能电容C3；第一功率二极管D1、第二功率二极管D2；第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5、第六功率三极开关管Q6；所述第一储能电容C1正端与输入电源Ui正端连接，所述第一储能电容C1负端与第二储能电容C2正端连接，所述第二储能电容C2负端与输入电源Ui负端连接；所述第一功率二极管D1阴极与第三储能电容C3一端连接，所述第一功率二极管D1阳极与第二功率二极管D2阴极连接、并连接至第一储能电容C1负端，所述第二功率二极管D2阳极连接至第三储能电容C3另一端；所述第一功率三极开关管Q1漏极与输入电源Ui正端连接，所述第一功率三极开关管Q1源极与第二功率三极开关管Q2漏极连接、并连接至第一功率二极管D1阴极；所述第二功率三极开关管Q2源极与第三功率三极开关管Q3漏极连接、并连接至谐振变压器原边同名端；所述第三功率三极开关管Q3源极与第四功率三极开关管Q4漏极连接、并连接至第二功率二极管D2阳极；所述第四功率三极开关管Q4源极与输入电源Ui负端连接；所述第五功率三极开关管Q5漏极与输入电源Ui正端连接，所述第五功率三极开关管Q5源极与第六功率三极开关管Q6漏极连接、并连接至谐振变压器原边非同名端；所述第六功率三极开关管Q6源极与输入电源Ui负端连接。
进一步的，所述可变升压谐振电路包括第七功率三极开关管Q7、第八功率三极开关管Q8、第九功率三极开关管Q9、第十功率三极开关管Q10；第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5、第六功率二极管D6、第七功率二极管D7、第八功率二极管D8，所述第七功率三极开关管Q7漏极与谐振变压器第一副边同名端连接，所述第七功率三极开关管Q7漏极与第五功率二极管D5阳极连接；所述第八功率三极开关管Q8源极与谐振变压器第二副边非同名端连接，所述第八功率三极开关管Q8漏极与第八功率二极管D8阴极连接；所述第三功率二极管D3阳极与谐振变压器第一副边中间抽头连接，所述第三功率二极管D3阴极与第五功率二极管D5阴极连接、并连接至第六功率二极管D6阴极；所述第六功率二极管D6阳极与谐振变压器第一副边非同名端连接；所述第四功率二极管D4阴极与谐振变压器第二副边中间抽头连接，所述第四功率二极管D4阳极与第八功率二极管D8阳极连接、并连接至第七功率二极管D7阴极；所述第七功率二极管D7阳极与谐振变压器第二副边同名端连接、并连接至第六功率二极管D6阳极，作为分子裂解交流驱动器输出的一端；所述第九功率三极开关管Q9漏极与第三功率二极管D3阴极连接；所述第十功率三极开关管Q10源极与第四功率二极管D4阳极连接，所述第十功率三极开关管Q10漏极与第九功率三极开关管Q9源极连接，作为分子裂解交流驱动器输出的另一端。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)转换效率高，节约能源；
(2)总谐波畸变很低，提高了驱动器使用寿命，降低了维护成本；
(3)能自适应不同能量级别输出，缩小了谐振变压器体积；
(4)控制方案简单，易于实现，具有较高的可靠性。
附图说明
图1是本发明的整体结构框图。
图2是本发明的分子裂解交流驱动器电路结构示意图。
图3(a)－－图3(j)是本发明的分子裂解交流驱动器电路各开关模态示意图。
其中：
1——复式电平产生电路；2——可变升压谐振电路；D1～D8——第一～第八功率二极管；Q1～Q10——第一～第十功率三极开关管；C1～C3——第一～第三储能电容；Ui——外接电源；Uo——驱动器输出电压。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
如图1所示，一种分子裂解交流驱动器，包括整流调压电路、交流裂解核心电路和裂解反应器，其特征在于市电输入至整流调压电路，所述整流调压电路与交流裂解核心电路相连接，所述交流裂解核心电路与裂解反应器负载相连接，所述整流调压电路上连接有电量检测电路，所述电量检测电路依次通过控制信号产生电路和触动电路与交流裂解核心电路相连接，所述裂解反应器上设有物理量检测电路，所述物理量检测电路与控制信号产生电路相连接。
如图2所示，所述交流裂解核心电路包括外接电源Ui、复式电平产生电路1和可变升压谐振电路2，通过复式电平产生电路1产生出不同的电平，后经由可变升压谐振电路2实现不同驱动能量级别的输出。所述复式电平产生电路1包括第一储能电容C1、第二储能电容C2、第三储能电容C3；第一功率二极管D1、第二功率二极管D2；第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5、第六功率三极开关管Q6；所述第一储能电容C1正端与输入电源Ui正端连接，所述第一储能电容C1负端与第二储能电容C2正端连接，所述第二储能电容C2负端与输入电源Ui负端连接；所述第一功率二极管D1阴极与第三储能电容C3一端连接，所述第一功率二极管D1阳极与第二功率二极管D2阴极连接、并连接至第一储能电容C1负端，所述第二功率二极管D2阳极连接至第三储能电容C3另一端；所述第一功率三极开关管Q1漏极与输入电源Ui正端连接，所述第一功率三极开关管Q1源极与第二功率三极开关管Q2漏极连接、并连接至第一功率二极管D1阴极；所述第二功率三极开关管Q2源极与第三功率三极开关管Q3漏极连接、并连接至谐振变压器原边同名端；所述第三功率三极开关管Q3源极与第四功率三极开关管Q4漏极连接、并连接至第二功率二极管D2阳极；所述第四功率三极开关管Q4源极与输入电源Ui负端连接；所述第五功率三极开关管Q5漏极与输入电源Ui正端连接，所述第五功率三极开关管Q5源极与第六功率三极开关管Q6漏极连接、并连接至谐振变压器原边非同名端；所述第六功率三极开关管Q6源极与输入电源Ui负端连接。
所述可变升压谐振电路2包括第七功率三极开关管Q7、第八功率三极开关管Q8、第九功率三极开关管Q9、第十功率三极开关管Q10；第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5、第六功率二极管D6、第七功率二极管D7、第八功率二极管D8，所述第七功率三极开关管Q7漏极与谐振变压器第一副边同名端连接，所述第七功率三极开关管Q7漏极与第五功率二极管D5阳极连接；所述第八功率三极开关管Q8源极与谐振变压器第二副边非同名端连接，所述第八功率三极开关管Q8漏极与第八功率二极管D8阴极连接；所述第三功率二极管D3阳极与谐振变压器第一副边中间抽头连接，所述第三功率二极管D3阴极与第五功率二极管D5阴极连接、并连接至第六功率二极管D6阴极；所述第六功率二极管D6阳极与谐振变压器第一副边非同名端连接；所述第四功率二极管D4阴极与谐振变压器第二副边中间抽头连接，所述第四功率二极管D4阳极与第八功率二极管D8阳极连接、并连接至第七功率二极管D7阴极；所述第七功率二极管D7阳极与谐振变压器第二副边同名端连接、并连接至第六功率二极管D6阳极，作为分子裂解交流驱动器输出的一端；所述第九功率三极开关管Q9漏极与第三功率二极管D3阴极连接；所述第十功率三极开关管Q10源极与第四功率二极管D4阳极连接，所述第十功率三极开关管Q10漏极与第九功率三极开关管Q9源极连接，作为分子裂解交流驱动器输出的另一端。
本发明的工作原理是：正半周时，变压器原边输入电平态为+0时，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2和第五功率三极开关管Q5截止，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4和第六功率三极开关管Q6导通；变压器原边输入电平态为+Ui/2时，第一功率三极开关管Q1、第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5截止，第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6导通，此时，若需要输出能量级别较低，则第七功率三极开关管Q7、第九功率三极开关管Q9截止，若需要输出能量级别较高，则第七功率三极开关管Q7、第九功率三极开关管Q9导通；变压器原边输入电平态为+Ui时，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5截止，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6导通，此时，若需要输出能量级别较低，则第七功率三极开关管Q7、第九功率三极开关管Q9截止，若需要输出能量级别较高，则第七功率三极开关管Q7、第九功率三极开关管Q9导通；变压器原边输入电平态为-0时，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第六功率三极开关管Q6截止，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第五功率三极开关管Q5导通；变压器原边输入电平态为-Ui/2时，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第四功率三极开关管Q4、第六功率三极开关管Q6截止，第三功率三极开关管Q3、第五功率三极开关管Q5导通，此时，若需要输出能量级别较低，则第八功率三极开关管Q8、第十功率三极开关管Q10截止，若需要输出能量级别较高，则第八功率三极开关管Q8、第十功率三极开关管Q10导通；变压器原边输入电平态为-Ui时，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6截止，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5导通，此时，若需要输出能量级别较低，则第八功率三极开关管Q8、第十功率三极开关管Q10截止，若需要输出能量级别较高，则第八功率三极开关管Q8、第十功率三极开关管Q10导通。在谐振变压器副边引出不同抽头，便可以适应更多能量级别的输出。
以图2为主电路结构，结合图3(a)——图3(j)来叙述本发明的具体工作原理和工作模态。
1.变压器原边输入电压+Ui/2，此时电路包括两个工作模态：
工作模态I：如图3(a)所示，第一功率三极开关管Q1、第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5截止，第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6导通，第七功率三极开关管Q7、第九功率三极开关管Q9截止；输出能量较低。
工作模态II：如图3(b)所示，第一功率三极开关管Q1、第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5截止，第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6导通，第七功率三极开关管Q7、第九功率三极开关管Q9导通；输出能量较高。
2.变压器原边输入电压+Ui，此时电路包括两个工作模态：
工作模态III：如图3(c)所示，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5截止，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6导通，第七功率三极开关管Q7、第九功率三极开关管Q9截止，输出能量较低。
工作模态IV：如图3(d)所示，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5截止，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6、第七功率三极开关管Q7、第九功率三极开关管Q9导通；输出能量较高。
3.变压器原边输入电压-Ui/2，此时电路包括两个工作模态：
工作模态V：如图3(e)所示，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第四功率三极开关管Q4、第六功率三极开关管Q6截止，第三功率三极开关管Q3、第五功率三极开关管Q5导通，第八功率三极开关管Q8、第十功率三极开关管Q10截止，输出能量较低。
工作模态VI：如图3(f)所示，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第四功率三极开关管Q4、第六功率三极开关管Q6截止，第三功率三极开关管Q3、第五功率三极开关管Q5、第八功率三极开关管Q8、第十功率三极开关管Q10导通，输出能量较高。
4.变压器原边输入电压-Ui，此时电路包括两个工作模态：
工作模态VII：如图3(g)所示，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6截止，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5导通，第八功率三极开关管Q8、第十功率三极开关管Q10截止，输出能量较低。
工作模态VIII：如图3(h)所示，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第六功率三极开关管Q6截止，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5、第八功率三极开关管Q8、第十功率三极开关管Q10导通，输出能量较高。
5.变压器原边输入电压0，此时电路包括两个工作模态：
工作模态IX：如图3(i)所示，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2和第五功率三极开关管Q5截止，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4和第六功率三极开关管Q6导通；变压器原边输入电压+0，输出能量为零。
工作模态X：如图3(j)所示，第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第六功率三极开关管Q6截止，第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第五功率三极开关管Q5导通；变压器原边输入电压-0，输出能量为零。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进和发展，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种分子裂解交流驱动器，包括整流调压电路、交流裂解核心电路和裂解反应器，其特征在于市电输入至整流调压电路，所述整流调压电路与交流裂解核心电路相连接，所述交流裂解核心电路与裂解反应器负载相连接，所述整流调压电路上连接有电量检测电路，所述电量检测电路依次通过控制信号产生电路和触动电路与交流裂解核心电路相连接，所述裂解反应器上设有物理量检测电路，所述物理量检测电路与控制信号产生电路相连接，所述交流裂解核心电路包括外接电源Ui、复式电平产生电路和可变升压谐振电路，所述复式电平产生电路包括第一储能电容C1、第二储能电容C2、第三储能电容C3；第一功率二极管D1、第二功率二极管D2；第一功率三极开关管Q1、第二功率三极开关管Q2、第三功率三极开关管Q3、第四功率三极开关管Q4、第五功率三极开关管Q5、第六功率三极开关管Q6；所述第一储能电容C1正端与输入电源Ui正端连接，所述第一储能电容C1负端与第二储能电容C2正端连接，所述第二储能电容C2负端与输入电源Ui负端连接；所述第一功率二极管D1阴极与第三储能电容C3一端连接，所述第一功率二极管D1阳极与第二功率二极管D2阴极连接、并连接至第一储能电容C1负端，所述第二功率二极管D2阳极连接至第三储能电容C3另一端；所述第一功率三极开关管Q1漏极与输入电源Ui正端连接，所述第一功率三极开关管Q1源极与第二功率三极开关管Q2漏极连接、并连接至第一功率二极管D1阴极；所述第二功率三极开关管Q2源极与第三功率三极开关管Q3漏极连接、并连接至谐振变压器原边同名端；所述第三功率三极开关管Q3源极与第四功率三极开关管Q4漏极连接、并连接至第二功率二极管D2阳极；所述第四功率三极开关管Q4源极与输入电源Ui负端连接；所述第五功率三极开关管Q5漏极与输入电源Ui正端连接，所述第五功率三极开关管Q5源极与第六功率三极开关管Q6漏极连接、并连接至谐振变压器原边非同名端；所述第六功率三极开关管Q6源极与输入电源Ui负端连接，所述可变升压谐振电路包括第七功率三极开关管Q7、第八功率三极开关管Q8、第九功率三极开关管Q9、第十功率三极开关管Q10；第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5、第六功率二极管D6、第七功率二极管D7、第八功率二极管D8，所述第七功率三极开关管Q7漏极与谐振变压器第一副边同名端连接，所述第七功率三极开关管Q7漏极与第五功率二极管D5阳极连接；所述第八功率三极开关管Q8源极与谐振变压器第二副边非同名端连接，所述第八功率三极开关管Q8漏极与第八功率二极管D8阴极连接；所述第三功率二极管D3阳极与谐振变压器第一副边中间抽头连接，所述第三功率二极管D3阴极与第五功率二极管D5阴极连接、并连接至第六功率二极管D6阴极；所述第六功率二极管D6阳极与谐振变压器第一副边非同名端连接；所述第四功率二极管D4阴极与谐振变压器第二副边中间抽头连接，所述第四功率二极管D4阳极与第八功率二极管D8阳极连接、并连接至第七功率二极管D7阳极；所述第七功率二极管D7阴极与谐振变压器第二副边同名端连接、并连接至第六功率二极管D6阳极，作为分子裂解交流驱动器输出的一端；所述第九功率三极开关管Q9漏极与第三功率二极管D3阴极连接；所述第十功率三极开关管Q10源极与第四功率二极管D4阳极连接，所述第十功率三极开关管Q10漏极与第九功率三极开关管Q9源极连接，作为分子裂解交流驱动器输出的另一端。
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