CN107191965A - 一种含等离子的模组化电弧发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含等离子的模组化电弧发生器，包括：外壳；储能装置；设置在储能装置两侧的充电电路模块和升压电路模块；设置在外壳上的充电输入端、开关按钮和输出端；连接于升压电路模块一侧的高压转换模块；输出端设置有USB输出端口；连接于高压转换模块一端的高压电离点火模块；其中储能装置是由聚合物电池储能模组、输入端和太阳能板输入转换电路构成的；升压电路模块主要是由控制芯片、MOS管和高压包构成的。本发明设计的电弧发生器不仅成本低、节能环保、而且适合规模化生产。

Description

一种含等离子的模组化电弧发生器

技术领域

本发明涉及点火发生器技术领域，更具体的说是涉及一种含等离子的模组化电弧发生器。

背景技术

以燃气、油类、煤粉为主要燃料的加热炉、裂解炉、锅炉等各种工业用炉及各种工业火炬是石油开采及石油化工、冶炼、火力发电等行业不可缺少的重要设备，这些设备都需要安全可靠的点火设备，同时日常生活中也需要点火设备。

目前国内外的点火装置大都采用燃料式点火器，由于结焦积碳及导电介质污染等恶劣环境中失去点火能力，结构复杂，成本高，接线装置普遍存在接线繁琐及不安全等问题，导致点火设备成功率下降；同时燃料式点火器浪费资源、不能将有限的资源合理利用。

因此，如何提供一种成本低、绿色环保、可以节约有限能源的点火发生器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种含等离子的模组化电弧发生器，不仅不使用化石燃料，绿色环保，而且没有机械磨损，使用方便，只需按动开关按钮就可以瞬间产生离子弧，安全可靠。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含等离子的模组化电弧发生器，包括：外壳；还包括：设置在所述外壳内部的储能装置；设置在所述储能装置两侧的充电电路模块和升压电路模块；设置在所述外壳上的充电输入端、开关按钮和输出端；通过放电方式连接于所述升压电路模块一侧的高压转换模块；所述输出端设置有USB输出端口；连接于所述高压转换模块一端的高压电离点火模块；其中所述储能装置是由聚合物电池储能模组、依次与所述聚合物电池储能模组连接的输入端和太阳能板输入转换电路构成的；所述升压电路模块主要是由控制芯片、MOS管和高压包构成的，并通过所述控制芯片产生的方波信号控制所述MOS管上的交变电流，通过串联的所述高压包进行升压；所述充电输入端设置有USB充电接口和设备终端充电接口。

优选的，在上述一种含等离子的模组化电弧发生器中，所述聚合物电池储能模组可以由电容储能模组替换，并且所述聚合物电池储能模组设置有电源芯片。

优选的，在上述一种含等离子的模组化电弧发生器中，所述外壳的材质为金属。

优选的，在上述一种含等离子的模组化电弧发生器中，所述MOS管上安装有散热片。

优选的，在上述一种含等离子的模组化电弧发生器中，所述控制芯片的一端设置有DIP插座，同时通过DIP插座连接有电容、二极管、电位器和电阻。

优选的，在上述一种含等离子的模组化电弧发生器中，所述高压转换模块是由三极管和变压器构成的，并通过电阻调节变压器的输出电流和输出电压，同时三极管串联在所述高压包的一端。

优选的，在上述一种含等离子的模组化电弧发生器中，所述三极管通过自激方式驱动所述变压器。

电弧是指电压在两电极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象；所谓气体放电是指当两电极之间存在电位差时，电荷从一极穿过气体介质到达另一极的导电现象，但是并不是所有的气体放电现象都是电弧，电弧仅是其中的一种形式。电弧中带电粒子的产生：两电极之间要产生气体放电必须具备两个条件，一是必须有带电粒子，二是在两极之间必须有一定强度的电场。

电弧中的带电粒子指的是电子、正离子和负离子。引燃电弧和维持电弧燃烧的带电粒子是电子和正离子。这两种带电粒子主要是依靠电弧中气体介质的电子和电极的电子发射两个物理过程中产生的。

气体放电中最强烈的是一种自持放电。当电源提供较大功率的电能时，若极间电压不高，两极间气体或金属蒸气中可持续通过较强的电流，并发出强烈的光辉，产生高温，这就是电弧放电，电弧本身是一种热等离子体。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种含等离子的模组化电弧发生器，首先本发明是运用升压电路模块将低压直流电源转换为高压高频交流电，当达到预定电压值时即可击穿空气放电，形成等离子火焰，点燃可燃物；其次根据本发明可以衍生出打火机、点火器等商品；同时升压电路模块的电路运用的是单管自激原理，主绕组和反馈绕组产生交替震荡，通过三极管将震荡电信号放大，获得低压高频交流电，然后通过变压器升压，安全性更强。

因此，本发明是一种集绿色环保、成本低、设计简单、安全性强、操作方便多种优势为一体的含等离子的模组化电弧发生器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的电路原理图。

图2附图为本发明的结构框架图。

图3附图为本发明储能装置的结构框架图。

图4附图为本发明充电输入端的结构框架图。

图5附图为本发明升压电路模块的结构框架图。

图6附图为本发明的工作原理示意图。

图7附图为本发明实施例一的电路原理结构图。

图8附图为本发明实施例二的电路原理结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种不仅成本低、绿色环保，而且节约能源的含等离子的模组化电弧发生器。

一种含等离子的模组化电弧发生器，包括：外壳9；还包括：设置在外壳9内部的储能装置1；设置在储能装置1两侧的充电电路模块2和升压电路模块3；设置在外壳9上的充电输入端4、开关按钮10和输出端12；通过放电方式连接于升压电路模块3一侧的高压转换模块5；输出端12设置有USB输出端口13；连接于高压转换模块5一端的高压电离点火模块7；其中储能装置1是由聚合物电池储能模组6、依次与聚合物电池储能模组6连接的输入端8和太阳能板输入转换电路14构成的；升压电路模块3主要是由控制芯片15、MOS管16和高压包17构成的，并通过控制芯片15产生的方波信号控制MOS管16上的交变电流，通过串联的高压包17进行升压；充电输入端4设置有USB充电接口18和设备终端充电接口19。

为了进一步优化上述技术方案，聚合物电池储能模组6可以由电容储能模组替换，并且聚合物电池储能模组6设置有电源芯片。

为了进一步优化上述技术方案，外壳9的材质为金属。

为了进一步优化上述技术方案，MOS管16上安装有散热片。

为了进一步优化上述技术方案，控制芯片15的一端设置有DIP插座，同时通过DIP插座连接有电容、二极管、电位器和电阻。

为了进一步优化上述技术方案，高压转换模块5是由三极管和变压器构成的，并通过电阻调节变压器的输出电流和输出电压，同时三极管串联在高压包17的一端。

为了进一步优化上述技术方案，三极管通过自激方式驱动变压器。

实施例一：

一种含等离子的模组化电弧发生器，包括：外壳；设置在外壳内部的储能装置；设置在储能装置两侧的充电电路模块和升压电路模块；设置在外壳上的充电输入端、开关按钮和输出端；通过放电方式连接于升压电路模块一侧的高压转换模块；输出端设置有USB输出端口；设置在高压转换模块一端的高压电离点火模块；其中升压电路模块主要是由TL494、IRF540 MOS管和八脚黑白电视机高压包T构成的，并通过固定频率脉宽调制电路TL494产生的方波信号控制IRF540 MOS管上Q1，Q1上的交变电流在通过串联的八脚黑白电视机高压包T的时候升压到2k-10kV，升压后经过串联的高压整流二极管半波整流，输出带直流分量的高频高压或者带高频纹波的直流高压。

本实施例中的TL494相当于一个频率和占空比可变的方波发生器，可以由555集成电路、运放或晶体管构成的多谐振荡器代替。

本实施例中电路的重要参数包括如下：输出方波的频率由TL494的五脚对地电容和六脚对地电阻决定，即fosc＝1.1/(R1+RP2)·C2。方波占空比由RP1上的分压决定，可以在0％-100％之间调节，进而调节变压器的电流和输出电压。

TL494的一端设置有16脚的DIP插座一个，并且DIP插座串联或并联有4000μF，16V的电容一个、100nF瓷片电容一个、10nF瓷片电容一个、50k电位器一个、10k电位器一个、1.5k电位器一个、10欧电阻一个。

IRF540 MOS管设置有足够大的散热片，并且预留出散热片的空间。

八脚黑白电视机高压包T的脚位：4脚是次级线圈的地线，2、5、6、7、8脚则是初级线圈，推荐选用5脚和8脚通入交流信号，并在这些脚中任选两个都会在次级感应出高压，根据实际电路中的表现选择。当然，直接在磁棒上用导线自绕初级线圈也是可以的。

在调试高压发生器的时候，首先调试低压部分，先不插上电源芯片，连接上电源之后用万用表测试电源芯片上的供电电压和电路各点电位，确认正常之后再断开电源接上电源芯片；然后示波器测量MOS管的栅极电压，一切正常的话可以在屏幕上看到方波的波形；接下来调节方波的频率和占空比，电位器RP1调节占空比，RP2调节频率，把振荡频率调到120KHz左右，占空比约为10％，断开电源，接上高压包，这时候要注意散热片温度避免MOS过热烧毁了；打开电源输出，注意电流值，如果电流值过大，马上关闭电源，然后调节RP1减小方波占空比，然后再试，如果需要更高的输出电压可以在散热片允许的范围内提高MOS管电流，拿起高压包的输出线，将线头靠近高压包4脚的引出线，可以看到美丽的电弧。

当高压电极接近，极间电场接近空气的击穿强度时，就会击穿空气，产生明亮的电弧。空气中电弧放电产生的等离子体为热等离子体，电子温度与气体温度大致相等，可以达到103-105k，运用它的局部高温和高化学性，可以用在烧蚀材料，熔炼金属，表面处理等方面。如果将电弧引向白纸，可以看到纸张表面碳化，电弧瞬间烧出一个小洞。

在本实施例一电路的基础上，改变电路拓扑可以大大提高工作效率，加入反馈电路和输出滤波电容则可以得到带稳压的可调高压电源；还可以在磁棒上重绕初级线圈，这样可以在高压包上获得15kV级别的电压，由此可以获得更为壮观的等离子电弧，可以为静电飘升机提供备选电源。

同时，调整占空比可以控制电弧放电的电流大小，占空比的快速变化足以引发电弧周围空气的快速热胀冷缩，从而发出声音，这也是等离子扬声器的原理，由于只有极小质量的空气振动，从而具有极好的高频响应。理论上在拉出稳定电弧的情况下，在TL494的4脚加载音频信号可以获得调制的电弧发声。

更进一步将电弧展示在一个水蜜桃上进行，将水蜜桃与次级线圈的地线相连，接着就可以用高压输出线的尖端对桃子放电，产生的电弧烧蚀碳化果皮，在上面形成黑色的焦痕。由于电弧的高温，被碳化的只有表层，里面仍然是水灵灵的果肉，普通的火焰可做不到这一点。只要材料有一定的导电性，例如瓜果肉菜、被打湿的皮革，就可以用这种方法在上面刻字。

更进一步在已经有高压发生器的前提下，只需要一个填充了稀薄气体的带电极玻璃球就可以自制电弧球。

实施例二

集成电路模块化、小型化、迷你化原理：

电子原理：采用放电逆变原理即特拉斯线圈、马克思原理(电力脉冲)。

特拉斯线圈又叫泰斯拉线圈，是从Tesla这个英文名直译过来的，这是一种分布参数高频串联谐振变压器，可以获得上百万伏的高频电压。

工作原理：电源先给主电容充电，当电压达到发生器的放电阀值时，打火机间隙的空气电离大火，近似导通，建立初级谐振回路，通过振荡向次级回路传递能量；次级回路随之振荡，接收能量，放电顶罩的电压逐渐增大，并电离附近的空气，寻找放电路径，一旦与地面形成通路，闪电瞬间出现；如果没有闪电，几个(次数主要与耦合系数有关)周波后，初级回路能量释放完毕。较大部分的能量都转移到次级回路上，一部分能量损耗在回路上；次级回路继续振荡，并反客为主，带动初级回路振荡，以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路，但是还会又有一部分能量损耗在回路上，如此反复，直至损耗掉大部分能量。发生器两端电压和电流都不足，此时发生器等效断开，由外部电源继续给主电容充电，充电过程要比放电过程长得多，大概在3-10毫秒左右，所以特斯拉线圈放电频率都在每秒100次以上，肉眼看上去为连续的放电效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种含等离子的模组化电弧发生器，包括：外壳；其特征在于，还包括：设置在所述外壳内部的储能装置；设置在所述储能装置两侧的充电电路模块和升压电路模块；设置在所述外壳上的充电输入端、开关按钮和输出端；通过放电方式连接于所述升压电路模块一侧的高压转换模块；所述输出端设置有USB输出端口；连接于所述高压转换模块一端的高压电离点火模块；其中所述储能装置是由聚合物电池储能模组、依次与所述聚合物电池储能模组连接的输入端和太阳能板输入转换电路构成的；所述升压电路模块主要是由控制芯片、MOS管和高压包构成的，并通过所述控制芯片产生的方波信号控制所述MOS管上的交变电流，通过串联的所述高压包进行升压；所述充电输入端设置有USB充电接口和设备终端充电接口。

2.根据权利要求1所述的一种含等离子的模组化电弧发生器，其特征在于，所述聚合物电池储能模组可以由电容储能模组替换，并且所述聚合物电池储能模组设置有电源芯片。

3.根据权利要求1所述的一种含等离子的模组化电弧发生器，其特征在于，所述外壳的材质为金属。

4.根据权利要求1所述的一种含等离子的模组化电弧发生器，其特征在于，所述MOS管上安装有散热片。

5.根据权利要求1所述的一种含等离子的模组化电弧发生器，其特征在于，所述控制芯片的一端设置有DIP插座，同时通过DIP插座连接有电容、二极管、电位器和电阻。

6.根据权利要求1所述的一种含等离子的模组化电弧发生器，其特征在于，所述高压转换模块是由三极管和变压器构成的，并通过电阻调节变压器的输出电流和输出电压，同时三极管串联在所述高压包的一端。

7.根据权利要求1或6所述的一种含等离子的模组化电弧发生器，其特征在于，所述三极管通过自激方式驱动所述变压器。