CN109581032A - 一种高压脉冲测量电路 - Google Patents

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陈鹏
施小东
祝建军
施秦峰
庄向东
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Abstract

本发明提供了一种高压脉冲测量电路，用于测量脉冲电晕放电等离子体电源，包括分压臂电路，所述电路还包括脉冲电压测量电路和脉冲电流测量电路，所述分压臂电路的输入端连接脉冲电晕放电等离子体电源输出端，所述分压臂电路的输出端连接脉冲电压测量电路的输入端，所述脉冲电压测量电路的输出端连接脉冲电流测量电路的输入端；所述高压脉冲测量电路采用电流反馈模式测量脉冲电压，实现了测量较大带宽的脉冲电压信号，使得被测信号的最大允许测量带宽得到保证；在测量脉冲电流时采用了直流分量负反馈调节电路，实现了实时检测积分器的输出直流分量，并且及时反馈给运算放大器的输入端，从而补偿直流分量的脉动影响。

Description

一种高压脉冲测量电路
技术领域
本发明涉及大气污染净化技术领域，更具体地，涉及一种高压脉冲测量电路。
背景技术
脉冲电晕放电技术最早应用于燃煤电厂烟气的脱硫脱硝，该技术利用高电压窄脉冲在气体中放电，通过流光的传播的过程产生大量高能电子，这些高能电子可以打开很多背景气体分子的化学键。脉冲电晕放电技术可应用于污水处理厂、石油化工、制药、污水处理、涂料、皮革加工、感光材料、食品加工厂、印染厂、垃圾处理厂、屠宰场、牲畜饲养场、鱼类加工厂、饲料加工厂等诸多场所。
在对脉冲电晕放电等离子体电源进行脉冲电压和脉冲电流测量时，传统的脉冲电压测量电路大多采用基于电压反馈的运算放大器，由于运算放大器的增益和带宽乘积恒定，而放大倍数越大，带宽就越小，这就导致该电路不适用于放大倍数较大的应用场合，以及存在工程调试困难，不适合进行高频信号测量等问题。脉冲电流测量电路在实际测量过程中，积分器存在静态失调电压或者零点漂移引起的直流电压，这会导致积分器很快进入饱和状态，从而导致积分器始终输出电源电压，不能正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压脉冲测量电路，解决了目前的高压脉冲测量电路存在的上述问题，实现了基于电流反馈放大器的脉冲电压测量电路和具有零点漂移补偿功能的脉冲电流测量电路。
为实现上述目的，本发明提供了一种高压脉冲测量电路，用于测量脉冲电晕放电等离子体电源，包括分压臂电路，所述电路还包括脉冲电压测量电路和脉冲电流测量电路，所述分压臂电路的输入端连接脉冲电晕放电等离子体电源输出端，所述分压臂电路的输出端连接脉冲电压测量电路的输入端，所述脉冲电压测量电路的输出端连接脉冲电流测量电路的输入端。
优选地，所述脉冲电压测量电路包括第一差分输入电路、第二差分输入电路和差分转单端输出电路，所述第一差分输入电路和第二差分输入电路均包含有宽带放大器，所述差分转单端输出电路包含有电流反馈放大器，所述第一差分输入电路连接于所述电流反馈放大器的正输入端，所述第二差分输入电路连接于所述电流反馈放大器的负输入端。
优选地，所述脉冲电流测量电路包括采样电路、宽带积分电路和直流反馈电路，所述采样电路用于将被测电流转换为电压，所述宽带积分电路用于对输入信号进行积分，所述直流反馈电路用于将宽带积分电路输出的直流分量反馈给宽带积分电路的宽带放大器输入端；所述采样电路和宽带积分电路中宽带放大器的正输入端连接，所述直流反馈电路连接于宽带积分电路中宽带放大器的负输入端和所述宽带积分电路的输出端之间。
优选地，所述电路还包括乘法器，所述脉冲电压测量电路的输出端和脉冲电流测量电路的输出端均连接于乘法器的输入端，所述乘法器用于获取脉冲发生器的有功功率和无功功率。
优选地，所述第一差分输入电路包括第一输入电阻、第一反馈电阻和第一宽带放大器，第一输入电阻连接于分压臂电路的正输出端和第一宽带放大器的正输入端之间，所述第一反馈电阻连接于第一宽带放大器的负输入端和所述第一宽带放大器的输出端之间；所述第二差分输入电路包括第二输入电阻、第二反馈电阻和第二宽带放大器，第二输入电阻连接于分压臂电路的负输出端和第二宽带放大器的正输入端之间，所述第二反馈电阻连接于第二宽带放大器的负输入端和所述第二宽带放大器的输出端之间；所述差分转单端输出电路包括第三输入电阻、第四输入电阻、电流反馈放大器、第三反馈电阻、第四反馈电阻和第一输出电阻，所述第三输入电阻一端连接所述第一宽带放大器的输出端，所述第三输入电阻的另一端和第三反馈电阻的一端、电流反馈放大器的正输入端并接；所述第四输入电阻一端连接所述第二宽带放大器的输出端，所述第四输入电阻另一端和第四反馈电阻的一端、电流反馈放大器的负输入端并接；所述第三反馈电阻的另一端接地，所述第四反馈电阻的另一端和电流反馈放大器的输出端、第一输出电阻的一端并接，第一输出电阻的另一端和所述脉冲电流测量电路连接。
优选地，所述采样电路包括第一并联支路、第一电容、第二电容和TVS二极管，所述第一并联支路包括线圈、第一电阻和第二电阻，所述线圈和第一电阻串联，串联之后连接在第二电阻的两端，所述第一并联支路、第一电容、第二电容和TVS二极管并联，并联之后一端接地，另一端连接所述宽带积分电路中第三宽带放大器的正输入端；所述直流反馈电路包括第五输入电阻、第六输入电阻、第四宽带放大器、第七输入电阻、第一反馈电容、第二输出电阻、第三输出电阻和第四输出电阻，所述第五输入电阻一端连接于所述宽带积分电路中第三宽带放大器的输出端，第五输入电阻的另一端和第六输入电阻的一端、第四宽带放大器的正输入端并接，第六输入电阻的另一端和第七输入电阻的一端均接地，第七输入电阻的另一端和第四宽带放大器的负输入端、第一反馈电容的一端并接，第一反馈电容的另一端和第四宽带放大器的输出端、第二输出电阻的一端并接，第二输出电阻的另一端和第三输出电阻的一端、第四输出电阻的一端并接，第三输出电阻的另一端接地，第四输出电阻的另一端连接于所述宽带积分电路中第三宽带放大器的负输入端；所述宽带积分电路包括第三宽带放大器、第二反馈电容、第八输入电阻、第一输出电容、第五输出电阻和第六输出电阻，所述第八输入电阻的一端、第二反馈电容的一端和第三宽带放大器的负输入端并接，所述第八输入电阻的另一端接地，所述第二反馈电容另一端、第一输出电容一端和第三宽带放大器的输出端并接，所述第一输出电容的另一端、第五输出电阻的一端和第六输出电阻的一端并接，所述第五输出电阻的另一端接地，所述第六输出电阻的另一端和所述脉冲电压测量电路的输出端连接。
优选地，所述乘法器获取脉冲发生器的有功功率的计算方式为P表示有功功率，T表示测量周期，u为脉冲电压测量电路输出的电压值，i为脉冲电流测量电路输出的电流值。
优选地，所述乘法器获取脉冲发生器的无功功率的计算方式为Q表示无功功率，u为脉冲电压测量电路输出的电压值，i为脉冲电流测量电路输出的电流值，P表示有功功率。
优选地，所述第一宽带放大器是反相放大器，所述第二宽带放大器是同相放大器，所述第三反馈电阻是可调电阻。
优选地，所述第三宽带放大器和第四宽带放大器均是反相放大器，所述第二电阻是可调电阻，所述第二电容是可调电容。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
本发明提出的一种高压脉冲测量电路采用电流反馈模式测量脉冲电压，不仅可以实现测量较大带宽的脉冲电压信号，使得被测信号的最大允许测量带宽得到保证，而且可以实现增益的任意调节；在测量脉冲电流时采用了直流分量负反馈调节电路，实现了实时检测积分器的输出直流分量，并且及时反馈给运算放大器的输入端，从而补偿直流分量的脉动影响。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种高压脉冲测量电路中分压臂电路的示意图；
图2为本发明实施例公开的一种高压脉冲测量电路中脉冲电压测量电路的示意图；
图3为本发明实施例公开的一种高压脉冲测量电路中脉冲电流测量电路的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本实施例公开了一种高压脉冲测量电路，用于测量脉冲电晕放电等离子体电源，包括分压臂电路、脉冲电压测量电路和脉冲电流测量电路，分压臂电路的输入端连接脉冲电晕放电等离子体电源输出端，分压臂电路的输出端连接脉冲电压测量电路的输入端，脉冲电压测量电路的输出端连接脉冲电流测量电路的输入端。
图1公开了本实施例的高压脉冲测量电路中的分压臂电路，分压臂电路的输入端HV+、HV-连接脉冲电晕放电等离子体电源输出端，分压臂电路的低压输出端LV+、LV-分别连接脉冲电压测量电路的低压输入端LV+、LV-。
如图2所示，本实施例公开了一种高压脉冲测量电路中的脉冲电压测量电路，该脉冲电压测量电路包括第一差分输入电路、第二差分输入电路和差分转单端输出电路，第一差分输入电路连接于电流反馈放大器A3的正输入端，第二差分输入电路连接于电流反馈放大器A3的负输入端，具体来说，本实施例中的第一差分输入电路包括输入电阻R1、反馈电阻R2和宽带放大器A1，输入电阻R1连接于分压臂电路的正输出端LV+和宽带放大器A1的正输入端之间，反馈电阻R2连接于宽带放大器A1的负输入端和宽带放大器A1的输出端之间。
第二差分输入电路包括输入电阻R5、反馈电阻R6和宽带放大器A2，输入电阻R5连接于分压臂电路的负输出端和宽带放大器A2的正输入端之间，反馈电阻R6连接于宽带放大器A2的负输入端和宽带放大器A2的输出端之间。差分转单端输出电路包括输入电阻R3、输入电阻R7、电流反馈放大器A3、反馈电阻R4、反馈电阻R8和输出电阻R9，输入电阻R3一端连接宽带放大器A1的输出端，输入电阻R3的另一端和反馈电阻R4的一端、电流反馈放大器A3的正输入端并接；输入电阻R7一端连接宽带放大器A2的输出端，输入电阻R7另一端和反馈电阻R8的一端、电流反馈放大器A3的负输入端并接；反馈电阻R4的另一端接地，反馈电阻R8的另一端和电流反馈放大器A3的输出端、输出电阻R9的一端并接，输出电阻R9的另一端和脉冲电流测量电路连接。
具体实施时，将本实施例中的脉冲电压测量电路的输出端V0和示波器连接，即可实现脉冲电压的测量。同时，本实施例一方面采用了基于电流反馈放大器的差分电路，可以实现测量带宽高达75MHz的任意脉冲电压信号；另一方面采用了可调电阻R4和R8，可以实现对放大增益的调节，同时不会降低被测信号的最大允许测量带宽。
如图3所示，本实施例公开了一种高压脉冲测量电路中的脉冲电流测量电路，脉冲电流测量电路包括采样电路、宽带积分电路和直流反馈电路，采样电路用于将被测电流转换为电压，宽带积分电路用于对输入信号进行积分，直流反馈电路用于将宽带积分电路输出的直流分量反馈给宽带积分电路的宽带放大器输入端；采样电路和宽带积分电路中宽带放大器A4的正输入端连接，直流反馈电路连接于宽带积分电路中宽带放大器A4的负输入端和宽带积分电路的输出端之间。
具体来说，采样电路包括第一并联支路、电容C1、电容Cv1和TVS二极管，第一并联支路包括线圈、电阻R10和电阻R11，线圈和被测导线i构成了互感M，线圈和电阻R10串联，串联之后连接在电阻R11的两端，第一并联支路、电容C1、电容Cv1和TVS二极管并联，并联之后一端接地，另一端连接宽带积分电路中宽带放大器A4的正输入端。
直流反馈电路包括输入电阻R12、输入电阻R13、宽带放大器A5、输入电阻R14、反馈电容C4、输出电阻R15、输出电阻R16和输出电阻R17，输入电阻R12一端连接于宽带积分电路中宽带放大器A4的输出端，输入电阻R12的另一端和输入电阻R13的一端、宽带放大器A5的正输入端并接，输入电阻R13的另一端和输入电阻R14的一端均接地，输入电阻R14的另一端和宽带放大器A5的负输入端、反馈电容C4的一端并接，反馈电容C4的另一端和宽带放大器A5的输出端、输出电阻R15的一端并接，输出电阻R15的另一端和输出电阻R16的一端、输出电阻R17的一端并接，输出电阻R16的另一端接地，输出电阻R17的另一端连接于宽带积分电路中宽带放大器A4的负输入端。
宽带积分电路包括宽带放大器A4、反馈电容C2、输入电阻R18、输出电容C3、输出电阻R19和输出电阻R20，输入电阻R18的一端、反馈电容C2的一端和宽带放大器A4的负输入端并接，输入电阻R18的另一端接地，反馈电容C2另一端、输出电容C3一端和宽带放大器A4的输出端并接，输出电容C3的另一端、输出电阻R19的一端和输出电阻R20的一端并接，输出电阻R19的另一端接地，第六输出电阻的另一端和脉冲电压测量电路的输出端连接。
具体实施时，将本实施例中的脉冲电流测量电路的输出端V0和示波器连接，即可实现脉冲电流的测量。同时，本实施例中的脉冲电流测量电路是基于直流分量负反馈调节的，可以实时检测出宽带放大器A4的输出直流分量，并且及时反馈给宽带放大器A4的输入端，从而实现了补偿直流分量的脉动影响。
需要说明的是，本实施例中的宽带放大器A1是反相放大器，宽带放大器A2是同相放大器，反馈电阻R4和R8是可调电阻，宽带放大器A4和宽带放大器A5均是反相放大器，电阻R11是可调电阻，电容Cv1是可调电容。
实施例二
在实施例一公开的一种高压脉冲测量电路的基础上，本实施例公开的电路还包括乘法器，脉冲电压测量电路的输出端和脉冲电流测量电路的输出端均连接于乘法器的输入端，乘法器用于获取脉冲发生器的有功功率和无功功率。本实施例中，乘法器获取脉冲发生器的有功功率的计算方式为P表示有功功率，T表示测量周期，u为脉冲电压测量电路输出的电压值，i为脉冲电流测量电路输出的电流值。这样在利用示波器测量有功功率时，只需要将示波器的时间轴设定为开关周期的整数倍，即可直接读取有功功率的数值。
在获取到有功功率的基础上，乘法器获取脉冲发生器的无功功率的计算方式为Q表示无功功率，u为脉冲电压测量电路输出的电压值，i为脉冲电流测量电路输出的电流值，P表示有功功率。
本实施例公开的一种高压脉冲测量电路采用电流反馈模式测量脉冲电压，不仅可以实现测量较大带宽的脉冲电压信号，使得被测信号的最大允许测量带宽得到保证，而且可以实现增益的任意调节；在测量脉冲电流时采用了直流分量负反馈调节电路，实现了实时检测积分器的输出直流分量，并且及时反馈给运算放大器的输入端，从而补偿直流分量的脉动影响。并且，本实施例公开了一种分别获取有功功率和无功功率的技术，避免了传统电路中进行有功功率和无功功率分离时，需要进行物理假设的问题，同时避免了计算不收敛的问题。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压脉冲测量电路，用于测量脉冲电晕放电等离子体电源，包括分压臂电路，其特征在于，还包括脉冲电压测量电路和脉冲电流测量电路，所述分压臂电路的输入端连接脉冲电晕放电等离子体电源输出端，所述分压臂电路的输出端连接脉冲电压测量电路的输入端，所述脉冲电压测量电路的输出端连接脉冲电流测量电路的输入端。
2.如权利要求1所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述脉冲电压测量电路包括第一差分输入电路、第二差分输入电路和差分转单端输出电路，所述第一差分输入电路和第二差分输入电路均包含有宽带放大器，所述差分转单端输出电路包含有电流反馈放大器，所述第一差分输入电路连接于所述电流反馈放大器的正输入端，所述第二差分输入电路连接于所述电流反馈放大器的负输入端。
3.如权利要求1～2任一项所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述脉冲电流测量电路包括采样电路、宽带积分电路和直流反馈电路，所述采样电路用于将被测电流转换为电压，所述宽带积分电路用于对输入信号进行积分，所述直流反馈电路用于将宽带积分电路输出的直流分量反馈给宽带积分电路的宽带放大器输入端；所述采样电路和宽带积分电路中宽带放大器的正输入端连接，所述直流反馈电路连接于宽带积分电路中宽带放大器的负输入端和所述宽带积分电路的输出端之间。
4.如权利要求1所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述电路还包括乘法器，所述脉冲电压测量电路的输出端和脉冲电流测量电路的输出端均连接于乘法器的输入端，所述乘法器用于获取脉冲发生器的有功功率和无功功率。
5.如权利要求2所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述第一差分输入电路包括第一输入电阻、第一反馈电阻和第一宽带放大器，第一输入电阻连接于分压臂电路的正输出端和第一宽带放大器的正输入端之间，所述第一反馈电阻连接于第一宽带放大器的负输入端和所述第一宽带放大器的输出端之间；所述第二差分输入电路包括第二输入电阻、第二反馈电阻和第二宽带放大器，第二输入电阻连接于分压臂电路的负输出端和第二宽带放大器的正输入端之间，所述第二反馈电阻连接于第二宽带放大器的负输入端和所述第二宽带放大器的输出端之间；所述差分转单端输出电路包括第三输入电阻、第四输入电阻、电流反馈放大器、第三反馈电阻、第四反馈电阻和第一输出电阻，所述第三输入电阻一端连接所述第一宽带放大器的输出端，所述第三输入电阻的另一端和第三反馈电阻的一端、电流反馈放大器的正输入端并接；所述第四输入电阻一端连接所述第二宽带放大器的输出端，所述第四输入电阻另一端和第四反馈电阻的一端、电流反馈放大器的负输入端并接；所述第三反馈电阻的另一端接地，所述第四反馈电阻的另一端和电流反馈放大器的输出端、第一输出电阻的一端并接，第一输出电阻的另一端和所述脉冲电流测量电路连接。
6.如权利要求3所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述采样电路包括第一并联支路、第一电容、第二电容和TVS二极管，所述第一并联支路包括线圈、第一电阻和第二电阻，所述线圈和第一电阻串联，串联之后连接在第二电阻的两端，所述第一并联支路、第一电容、第二电容和TVS二极管并联，并联之后一端接地，另一端连接所述宽带积分电路中第三宽带放大器的正输入端；所述直流反馈电路包括第五输入电阻、第六输入电阻、第四宽带放大器、第七输入电阻、第一反馈电容、第二输出电阻、第三输出电阻和第四输出电阻，所述第五输入电阻一端连接于所述宽带积分电路中第三宽带放大器的输出端，第五输入电阻的另一端和第六输入电阻的一端、第四宽带放大器的正输入端并接，第六输入电阻的另一端和第七输入电阻的一端均接地，第七输入电阻的另一端和第四宽带放大器的负输入端、第一反馈电容的一端并接，第一反馈电容的另一端和第四宽带放大器的输出端、第二输出电阻的一端并接，第二输出电阻的另一端和第三输出电阻的一端、第四输出电阻的一端并接，第三输出电阻的另一端接地，第四输出电阻的另一端连接于所述宽带积分电路中第三宽带放大器的负输入端；所述宽带积分电路包括第三宽带放大器、第二反馈电容、第八输入电阻、第一输出电容、第五输出电阻和第六输出电阻，所述第八输入电阻的一端、第二反馈电容的一端和第三宽带放大器的负输入端并接，所述第八输入电阻的另一端接地，所述第二反馈电容另一端、第一输出电容一端和第三宽带放大器的输出端并接，所述第一输出电容的另一端、第五输出电阻的一端和第六输出电阻的一端并接，所述第五输出电阻的另一端接地，所述第六输出电阻的另一端和所述脉冲电压测量电路的输出端连接。
7.如权利要求4所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述乘法器获取脉冲发生器的有功功率的计算方式为P表示有功功率，T表示测量周期，u为脉冲电压测量电路输出的电压值，i为脉冲电流测量电路输出的电流值。
8.如权利要求4所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述乘法器获取脉冲发生器的无功功率的计算方式为Q表示无功功率，u为脉冲电压测量电路输出的电压值，i为脉冲电流测量电路输出的电流值，P表示有功功率。
9.如权利要求5所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述第一宽带放大器是反相放大器，所述第二宽带放大器是同相放大器，所述第三反馈电阻是可调电阻。
10.如权利要求6所述的一种高压脉冲测量电路，其特征在于，所述第三宽带放大器和第四宽带放大器均是反相放大器，所述第二电阻是可调电阻，所述第二电容是可调电容。
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