CN112713793B - 电磁除垢装置功率电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电磁除垢装置功率电路，包括直流电源、逆变器、谐振网络、反馈网络、驱动器以及驱动网络，其中：逆变器的两个输入端分别连接直流电源的正负极，逆变器包括多个驱动晶体管；谐振网络并联在逆变器的输出端和电源负极，或者谐振网络串联在逆变器的两个输出端之间；沿PWM信号的经过顺序，驱动器、驱动网络、驱动晶体管的栅级串联连接；反馈网络连接在每个驱动晶体管的漏极到栅极之间。本发明能够大大改善除垢装置的效率。

Description

电磁除垢装置功率电路
技术领域
本发明涉及除垢及防垢装置，具体地，涉及一种电磁除垢装置功率电路。
背景技术
锅炉及输送热水的管道在长期使用过程中，锅炉的炉壁及管道内壁容易附着上一层水垢。这些水垢影响锅炉的加热效率或堵塞管道，导致生产成本增加甚至停产。
在目前的除垢技术中，电磁除垢技术因其安装简便，使用成本低而获得广泛的应用。其原理是向水中施加与水分子团的自然频率相同的电磁脉冲，引起水分子团的共振，从而打破其氢键，使水分子团变小或成为单个水分子，提高水的活性并改善其对水垢的溶解能力。
电磁除垢技术的原理说明，产生与水分子团的自然频率相同电磁脉冲可以破坏水分子团的氢键，而谐波则会干扰这一过程。因此，产生纯净的、单一频率的电磁脉冲是电磁除垢的关键。而现有的专利中普遍使用方波脉冲，如专利文献为CN2300646Y实用新型公开了一种电磁除垢器，专利文献为CN104925962A的发明专利公开了一种由单个mosfet或三极管构成的方波发生电路，专利文献为CN104163504A的发明专利公开了一种宽频变功率管道电磁除防垢装置及扫频控制”(申请号201410285775.8)，实用新型专利“输水管道扫频电磁除垢装置方法，及专利文献为CN102627358A的发明专利公开了一种调频电磁除垢仪。
尽管方波发生器结构简单，易于设计，但其输出的电磁脉冲中含有大量谐波，这对装置的除垢能力将有不良影响。因此，有现有技术采用单个晶体管T、电容C及变压器X构成谐振电路，如图1所示。电路的工作过程可分为储能和自由震荡两个阶段，在储能阶段，脉冲信号源S产生的驱动脉冲经过驱动器D和驱动电阻R驱动晶体管T导通，48V电压经过晶体管T及变压器X对变压器励磁电感M及电容C充电，此后晶体管T关断，进入自由震荡阶段，由于变压器励磁电感M及电容C上储存的能量形成单一频率的谐振，如图2所示。尽管在自由震荡阶段，电路输出的波形为纯净的正弦波，但在两个阶段的切换过程中，变压器X的漏感及电路中的分布电感和晶体管T的分布电容将形成高频震荡，如图3所示，这种高频震荡不利于除垢。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电磁除垢装置功率电路。
根据本发明提供的一种电磁除垢装置功率电路，包括直流电源、逆变器、谐振网络、反馈网络、驱动器以及驱动网络，其中：
逆变器的两个输入端分别连接直流电源的正负极，逆变器包括多个驱动晶体管；
谐振网络并联在逆变器的输出端和电源负极，或者谐振网络串联在逆变器的两个输出端之间；
沿PWM信号的经过顺序，驱动器、驱动网络、驱动晶体管的栅级串联连接；
反馈网络连接在每个驱动晶体管的漏极到栅极之间。
优选地，所述谐振网络包括串联连接的第一电容和电感。
优选地，所述电源负极接地。
优选地，所述反馈网络包括第二电容。
优选地，所述驱动网络包括并联连接的二极管和电阻，其中二极管的正极连接驱动器的输出端，二极管的负极连接驱动晶体管的栅极。
优选地，所述逆变器包括第一驱动晶体管T1和第二驱动晶体管T2，其中：
第一驱动晶体管T1的漏极与直流电源正极连接，第一驱动晶体管T1的源极与第二驱动晶体管T2的漏极连接形成第一输出端，第二驱动晶体管T2的源极连接直流电源的负极。
优选地，还包括第三驱动晶体管T3和第四驱动晶体管T4，其中：
第三驱动晶体管T3的漏极与直流电源正极连接，第三驱动晶体管T3的源极与第四驱动晶体管T4的漏极连接形成第二输出端，第四驱动晶体管T4的源极连接直流电源的负极。
优选地，谐振网络并联在逆变器的第一输出端和电源负极之间。
优选地，谐振网络连接在逆变器的第一输出端和第二输出端之间。
优选地，驱动器包括同相驱动器D1和反相驱动器D2，
同相驱动器D1通过驱动网络连接第一驱动晶体管T1的栅极；
反相驱动器D2通过驱动网络连接第二驱动晶体管T2的栅极。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的功率电路采用LC谐振方式而不是方波发生器，以能够产生单一频率的震荡。
2、本发明取消了储能阶段，有助于改善现有储能和自由震荡两阶段工作方式所产生的寄生高频震荡。
3、本发明增加了软开通电路，消除了晶体管开通时突变的电压产生的高次谐波。
4、本发明能够产生足够纯净的正弦波，以改善除垢装置的除垢效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是现有的除垢装置单管谐振功率电路图。
图2是图1电路的工作波形示意图。
图3是图2的局部放大图。
图4是本发明电路的原理框图。
图5是本发明电路的工作波形示意图。
图6是本发明实施例一的电路图。
图7是本发明实施例二的电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图3至图7所示，
所述的功率电路可采用两个晶体管T1、T2构成的半桥拓扑(也可以采用4晶体管构成的H桥拓扑)逆变器，PWM信号经过驱动器D1、驱动器D2、驱动网络Z1、驱动网络Z2、驱动晶体管T1、驱动晶体管T2。半桥拓扑逆变器输出和电路地之间并联谐振网络，所述谐振网络由电容C及电感L组成。晶体管T1、T2的漏极到栅极之间有反馈网络F1、F2。
所述的电感L由套在输水管道上的磁芯及绕在磁芯上的线圈构成，功率发生器产生的电磁能通过电感L的磁芯耦合并作用到输水管道中的水中，从而产生除垢作用。
所述驱动器D1、驱动器D2有两个特征，驱动器D1和驱动器D2分别是半桥上管和下管的驱动器，上管驱动和PWM信号S之间是同相关系，下管驱动则是反相关系，下管驱动信号的反相是由驱动器D2实现的。当施加其上的电压为正时呈现大阻值，以减缓晶体管开通速度，而当施加其上的电压为负时呈现极小阻值，以便在另一个晶体管导通时不会误导通。
所述的反馈网络F1、反馈网络F2的特征是，在晶体管导通过程中，反馈网络产生从晶体管门极到漏极的电流，并且此电流和晶体管漏极-源极电压负变化率(-dvDS/dt)呈正相关特性。在晶体管导通过程中，注入晶体管门极的驱动电流基本被反馈网络吸收掉，使得晶体管漏极-源极电压缓慢下降，降低了晶体管导通所产生的高频谐波。
请见图6，根据本发明提供的实施例一，逆变器包括第一驱动晶体管T1和第二驱动晶体管T2，其中：第一驱动晶体管T1的漏极与直流电源正极连接，第一驱动晶体管T1的源极与第二驱动晶体管T2的漏极连接形成第一输出端，第二驱动晶体管T2的源极连接直流电源的负极。谐振网络并联在逆变器的第一输出端和电源负极之间。
请见图7，根据本发明提供的实施例二，除了实施例1公开的第一驱动晶体管T1和第二驱动晶体管T2，还包括第三驱动晶体管T3和第四驱动晶体管T4，其中：第三驱动晶体管T3的漏极与直流电源正极连接，第三驱动晶体管T3的源极与第四驱动晶体管T4的漏极连接形成第二输出端，第四驱动晶体管T4的源极连接直流电源的负极。谐振网络连接在逆变器的第一输出端和第二输出端之间。
本发明电路的工作波形见图5，PWM的每一次翻转都会使电路产生一次震荡输出，不需要储能过程，输出的电压波形畸变很小，有助于提高除垢效率。在实施例中所用的晶体管为mosfet，具体实施时晶体管也可以是三极管或IGBT。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种电磁除垢装置功率电路，其特征在于，包括直流电源、逆变器、谐振网络、反馈网络、驱动器以及驱动网络，其中：
逆变器的两个输入端分别连接直流电源的正负极，逆变器包括多个驱动晶体管；
谐振网络并联在逆变器的输出端和电源负极，或者谐振网络串联在逆变器的两个输出端之间；
沿PWM信号的经过顺序，驱动器、驱动网络、驱动晶体管的栅级串联连接；
反馈网络连接在每个驱动晶体管的漏极到栅极之间；
所述反馈网络包括第二电容；
所述驱动网络包括并联连接的二极管和电阻，其中二极管的正极连接驱动器的输出端，二极管的负极连接驱动晶体管的栅极。
2.根据权利要求1所述的电磁除垢装置功率电路，其特征在于，所述谐振网络包括串联连接的第一电容和电感。
3.根据权利要求1所述的电磁除垢装置功率电路，其特征在于，所述电源负极接地。
4.根据权利要求1所述的电磁除垢装置功率电路，其特征在于，所述逆变器包括第一驱动晶体管T1和第二驱动晶体管T2，其中：
第一驱动晶体管T1的漏极与直流电源正极连接，第一驱动晶体管T1的源极与第二驱动晶体管T2的漏极连接形成第一输出端，第二驱动晶体管T2的源极连接直流电源的负极。
5.根据权利要求4所述的电磁除垢装置功率电路，其特征在于，还包括第三驱动晶体管T3和第四驱动晶体管T4，其中：
第三驱动晶体管T3的漏极与直流电源正极连接，第三驱动晶体管T3的源极与第四驱动晶体管T4的漏极连接形成第二输出端，第四驱动晶体管T4的源极连接直流电源的负极。
6.根据权利要求4所述的电磁除垢装置功率电路，其特征在于，谐振网络并联在逆变器的第一输出端和电源负极之间。
7.根据权利要求5所述的电磁除垢装置功率电路，其特征在于，谐振网络连接在逆变器的第一输出端和第二输出端之间。
8.根据权利要求4所述的电磁除垢装置功率电路，其特征在于，驱动器包括同相驱动器D1和反相驱动器D2，
同相驱动器D1通过驱动网络连接第一驱动晶体管T1的栅极；
反相驱动器D2通过驱动网络连接第二驱动晶体管T2的栅极。
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