CN113328638A - 一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法 - Google Patents

一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113328638A
CN113328638A CN202110620307.1A CN202110620307A CN113328638A CN 113328638 A CN113328638 A CN 113328638A CN 202110620307 A CN202110620307 A CN 202110620307A CN 113328638 A CN113328638 A CN 113328638A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
tube
output
frequency
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110620307.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113328638B (zh
Inventor
邓焰
邓兆哲
何湘宁
刘星亮
邱祁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202110620307.1A priority Critical patent/CN113328638B/zh
Publication of CN113328638A publication Critical patent/CN113328638A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113328638B publication Critical patent/CN113328638B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本发明公开了一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法，包括三相整流电路、双管升降压电路和全桥逆变电路组成，其中三相整流电路由三相二极管整流桥构成，双管升降压电路由第一开关管、第二开关管、第一电感、第一二极管、第二二极管和第二电容构成，全桥逆变电路由第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第二电感、第三电容和升压变压器构成，通过控制器对双管升降压电路输出的直流电压和电流信号进行采样和调节，实现电源输出电压或功率的闭环控制；通过控制器对全桥逆变电路输出交流电压的相位信号进行采样和调节，实现电源输出频率闭环控制。本发明在提高输出频率的同时保证了开关管工作频率在适宜频率范围内。

Description

一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法
技术领域
本发明涉及等离子体电源技术领域，具体涉及一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法。
背景技术
应用于织物、高分子薄膜等材料进行表面处理的等离子体发生电源一般采用交流谐振电源驱动，其负载为电容性负载，与变压器和电感共同构成谐振回路。功率调节方法主要有频率调节控制、脉冲密度调节控制、多级电路调节等。
对于等离子体材料表面处理应用而言，在相同功率下，增加频率可以使表面电荷耗散程度减轻、等离子体寿命延长，从而使处理效果得到改善；同时，增加频率也使放电气隙电场强度减小、电子能量降低，从而使处理效果劣化，因此针对相同材料在同一放电架上进行处理时，一般存在最优工作频率点。以商用聚乙烯薄膜为例，进行表面处理的等离子体电源其输出电压一般高于10千伏，功率等级在数十千瓦级，最优频率点在30千赫兹到40千赫兹之间。电路功率开关器件主要使用IGBT，目前高功率的IGBT适宜工作频率一般在20千赫兹以下，过高的开关频率会导致额定电流下降，开关损耗增加，发热量上升。
单极性倍频调制用于串联谐振全桥电路，与传统全桥互补导通调制相比，在相同开关频率下可实现两倍于开关频率的谐振频率输出。当改变工作频率时，开关管工作频率变动范围为传统方式的一半，因此开关管可以工作在合适的频率下，增加系统的稳定性。但应用于升压输出时，全桥输出方波幅值为传统调制方法的一半，在变压器绕组高压侧设计不变的情况下，变压器绕组变比需增加一倍，低压侧绕组匝数减小一半，导致低压侧峰值电流增大为两倍，开关管电流应力大大增加。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法。本发明在提高输出频率的同时保证了开关管工作频率在适宜频率范围内，降低器件损耗，提升稳定性。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种宽电压宽频率输出的等离子体电源，包括三相整流电路、双管升降压电路和全桥逆变电路；
所述三相整流电路由三相二极管整流桥构成，三相整流电路的输出端之间连接有第一电容Cin；
所述的双管升降压电路包括第一开关管SA、第二开关管SB、第一电感Ldc、第一二极管DA、第二二极管DB和第二电容Cbus；所述第一开关管SA、第一电感Ldc、第二二极管DB和第二电容Cbus串联后连接在三相整流电路的两个输出端之间，其中第二二极管DB的阳极连接与第一电感Ldc相连，第二二极管DB的阴极与第二电容Cbus相连；所述第一二极管DA的阴极连接在第一开关管SA和第一电感Ldc之间，第一二极管DA的阳极连接在第二电容Cbus与三相整流电路的输出端之间；所述第二开关管SB的一端连接在第一电感Ldc和第二电容Cbus之间，第二开关管SB的另一端连接在第二电容Cbus与三相整流电路的输出端之间；
所述全桥逆变电路包括第三开关管S1、第四开关管S2、第五开关管S3、第六开关管S4、第二电感Ls、第三电容Cs和升压变压器；所述第三开关管S1和第五开关管S3串联在第二电容Cbus的两端之间，且所述第四开关管S2和第六开关管S4串联后与串联的第三开关管S1和第五开关管S3并联；所述第二电感Ls、升压变压器和第三电容Cs依次串联，且第二电感Ls的一端连接在第三开关管S1和第五开关管S3之间，第三电容Cs的一端连接在第四开关管S2和第六开关管S4之间。
上述的宽电压宽频率输出的等离子体电源，所述升压变压器的高压侧绕组匝数ns计算范围为：
Figure BDA0003099603150000031
式中Bmax为最大磁通密度，Ae为磁芯窗口截面积，fsw为开关频率，VO为升压变压器高压侧输出电压峰值；
升压变压器高压侧绕组匝数按照放电负载额定最大输出交流电压峰值得到，变比取放电负载额定最大输出交流电压峰值与整流输出电压的比值；升压变压器绕组变比n的取值公式为：
Figure BDA0003099603150000041
式中，Vout为最大输出交流电压峰值，Vin为三相整流输出电压，ns为升压变压器高压侧绕组匝数，np为变压器低压侧绕组匝数。
前述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，包括与电源相连的控制器，控制器通过对双管升降压电路输出的直流电压和电流信号进行采样和调节，实现电源输出电压或功率的闭环控制；控制器通过对全桥逆变电路输出交流电压的相位信号进行采样和调节，实现电源输出频率闭环控制。
前述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，所述的电源输出频率闭环控制包括全桥互补调制的单频模式和单极性调制的倍频模式；
在按照全桥互补调制的单频模式工作时，双管升降压电路工作在降压Buck模式下，第二开关管SB保持关断，调节第一开关管SA导通的占空比dA的大小来调整输出端电压，进而调整负载输出功率；
在按照单极性调制的倍频模式工作时，双管升降压电路工作在升压Boost模式下，第一开关管SA保持导通，调节第二开关管SB导通的占空比dB的大小来调整输出端电压，进而调整负载输出功率。
前述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，两种工作频率模式下开启时，双管升降压电路均先在降压Buck模式下启动，以实现软启动功能。
前述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，在按照全桥互补调制的单频模式工作时，全桥逆变电路中第三开关管S1与第六开关管S4的驱动信号相同，第四开关管S2与第五开关管S3的驱动信号相同，两组驱动信号以50％占空比互补导通。
前述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，在按照单极性调制的倍频模式工作时，全桥逆变电路中第三开关管S1与第四开关管S2互补导通，第三开关管S1的正占空比为75％；第五开关管S3与第六开关管S4互补导通，第五开关管S3的正占空比为25％；所述第三开关管S1和第五开关管S3的正占空比上升沿时刻相差1/2开关周期T。
前述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，当升压变压器连接的放电负载和/或全桥逆变电路中的逆变回路发生短路故障时，第一开关管SA关闭，第二开关管SB导通，在隔断输出的同时形成能量释放回路，保护元器件。
与现有技术相比，本发明的电源由三相整流电路、双管升降压电路和全桥逆变电路组成，其中三相整流电路由三相二极管整流桥构成，第一电容抑制整流输出电压波动，双管升降压电路由第一开关管、第二开关管、第一电感、第一二极管、第二二极管和第二电容构成，全桥逆变电路由第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第二电感、第三电容和升压变压器构成，通过控制器对双管升降压电路输出的直流电压和电流信号进行采样和调节，实现电源输出电压或功率的闭环控制；通过控制器对全桥逆变电路输出交流电压的相位信号进行采样和调节，实现电源输出频率闭环控制，因此在提高逆变交流输出频率的同时保证开关管工作频率在适宜频率范围内，降低器件损耗，提升系统稳定性。本发明的双管升降压电路扩展了输出电压调节范围，使电源适用于更多类型材料的处理。
附图说明
图1为本发明的电源基本拓扑示意图；
图2为三相整流电路图；
图3为双管升降压电路图；
图4为全桥逆变电路图；
图5为本发明控制方法的框图；
图6为全桥互补调制的单频模式工作示意图；
图7为单极性调制的倍频模式工作示意图；
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种宽电压宽频率输出的等离子体电源，如图1所示，包括三相整流电路、双管升降压电路和全桥逆变电路；
如图2所示，所述三相整流电路由三相二极管整流桥构成，三相整流电路的输出端之间连接有第一电容Cin；所述第一电容Cin抑制整流输出电压波动
如图3所示，所述的双管升降压电路包括第一开关管SA、第二开关管SB、第一电感Ldc、第一二极管DA、第二二极管DB和第二电容Cbus；所述第一开关管SA、第一电感Ldc、第二二极管DB和第二电容Cbus串联后连接在三相整流电路的两个输出端之间，其中第二二极管DB的阳极连接与第一电感Ldc相连，第二二极管DB的阴极与第二电容Cbus相连；所述第一二极管DA的阴极连接在第一开关管SA和第一电感Ldc之间，第一二极管DA的阳极连接在第二电容Cbus与三相整流电路的输出端之间；所述第二开关管SB的一端连接在第一电感Ldc和第二电容Cbus之间，第二开关管SB的另一端连接在第二电容Cbus与三相整流电路的输出端之间；
如图4所示，所述全桥逆变电路包括第三开关管S1、第四开关管S2、第五开关管S3、第六开关管S4、第二电感Ls、第三电容Cs和升压变压器，升压变压器连接放电负载；所述第三开关管S1和第五开关管S3串联在第二电容Cbus的两端之间，且所述第四开关管S2和第六开关管S4串联后与串联的第三开关管S1和第五开关管S3并联；所述第二电感Ls、升压变压器和第三电容Cs依次串联，且第二电感Ls的一端连接在第三开关管S1和第五开关管S3之间，第三电容Cs的一端连接在第四开关管S2和第六开关管S4之间。
本实施例中，第一电容Cin作为整流电路输出电容；第二电容Cbus作为双管升降压电路输出电容；第一电感Ldc作为双管升降压电路储能电感；第二电感Ls作为逆变谐振电感；第三电容Cs作为逆变隔直电容；第二电感Ls与变压器、放电负载共同形成谐振回路，产生正弦波形，同时实现逆变电路开关管的软开关。
所述升压变压器的高压侧绕组匝数ns计算范围为：
Figure BDA0003099603150000081
式中Bmax为最大磁通密度，Ae为磁芯窗口截面积，fsw为开关频率，VO为升压变压器高压侧输出电压峰值；
升压变压器高压侧绕组匝数按照放电负载额定最大输出交流电压峰值得到，变比取放电负载额定最大输出交流电压峰值与整流输出电压的比值；升压变压器绕组变比n的取值公式为：
Figure BDA0003099603150000082
式中，Vout为最大输出交流电压峰值，Vin为三相整流输出电压，ns为升压变压器高压侧绕组匝数，np为变压器低压侧绕组匝数。
上述宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，如图5所示，三相整流桥电路、双管升降电路连接后全桥逆变电路，再由全桥逆变电路中的升压变压器连接放电负载；其中双管升降电路经驱动电路由控制器(即常规的电压/功率控制器)进行控制，全桥逆变电路经驱动电路由控制器(本实施中为锁相环，是一种利用相位同步产生的电压，去调谐压控振荡器以产生目标频率的负反馈控制系统；本发明并不限于模拟电路的锁相环算法，也可以是数字锁相环算法)进行控制。其中与双管升降电路连接的控制器通过对双管升降压电路输出的直流电压和电流信号进行采样和调节，实现电源输出电压或功率的闭环控制；其中与全桥逆变电路连接控制器通过对全桥逆变电路输出交流电压的相位信号进行采样和调节，实现电源输出频率闭环控制。
在上述的电源输出频率闭环控制中，所述的电源输出频率闭环控制包括全桥互补调制的单频模式和单极性调制的倍频模式；电源输出频率按照开机设定频率进行自动切换。当设定频率小于开关管额定工作频率fn时，工作在单频模式；当设定频率大于开关管额定工作频率fn时，工作在倍频模式。
两种工作频率模式下开启时，双管升降压电路均先在降压Buck模式下启动，以实现软启动功能。当电源处于倍频模式，且直流母线电容电压UCbus达到指定值时，双管升降压电路切换到升压Boost模式。
如图6所示，在按照全桥互补调制的单频模式工作时，双管升降压电路工作在降压Buck模式下，第二开关管SB保持关断，调节第一开关管SA导通的占空比dA的大小来调整输出端电压，进而调整负载输出功率；全桥逆变电路中第三开关管S1与第六开关管S4的驱动信号相同，第四开关管S2与第五开关管S3的驱动信号相同，两组驱动信号以50％占空比互补导通。
如图7所示，在按照单极性调制的倍频模式工作时，双管升降压电路工作在升压Boost模式下，第一开关管SA保持导通，调节第二开关管SB导通的占空比dB的大小来调整输出端电压，进而调整负载输出功率。全桥逆变电路中第三开关管S1与第四开关管S2互补导通，第三开关管S1的正占空比为75％；第五开关管S3与第六开关管S4互补导通，第五开关管S3的正占空比为25％；所述第三开关管S1和第五开关管S3的正占空比上升沿时刻相差1/2开关周期T。
针对同一输出交流频率，倍频模式下输出频率fdf是开关管开关频率fsw的两倍，同时也是单频模式下输出频率fsf的两倍；即：
fdf＝2fsw＝2fsf
当升压变压器连接的放电负载和/或全桥逆变电路中的逆变回路发生短路故障时，第一开关管SA关闭，第二开关管SB导通，在隔断输出的同时形成能量释放回路，保护元器件。
本发明的电源由三相整流电路、双管升降压电路和全桥逆变电路组成，其中三相整流电路由三相二极管整流桥构成，第一电容抑制整流输出电压波动，双管升降压电路由第一开关管、第二开关管、第一电感、第一二极管、第二二极管和第二电容构成，全桥逆变电路由第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第二电感、第三电容和升压变压器构成，通过控制器对双管升降压电路输出的直流电压和电流信号进行采样和调节，实现电源输出电压或功率的闭环控制；通过控制器对全桥逆变电路输出交流电压的相位信号进行采样和调节，实现电源输出频率闭环控制，因此在提高逆变交流输出频率的同时保证开关管工作频率在适宜频率范围内，降低器件损耗，提升系统稳定性。本发明的双管升降压电路扩展了输出电压调节范围，使电源适用于更多类型材料的处理。

Claims (8)

1.一种宽电压宽频率输出的等离子体电源，其特征在于：包括三相整流电路、双管升降压电路和全桥逆变电路；
所述三相整流电路由三相二极管整流桥构成，三相整流电路的输出端之间连接有第一电容Cin；
所述的双管升降压电路包括第一开关管SA、第二开关管SB、第一电感Ldc、第一二极管DA、第二二极管DB和第二电容Cbus；所述第一开关管SA、第一电感Ldc、第二二极管DB和第二电容Cbus串联后连接在三相整流电路的两个输出端之间，其中第二二极管DB的阳极连接与第一电感Ldc相连，第二二极管DB的阴极与第二电容Cbus相连；所述第一二极管DA的阴极连接在第一开关管SA和第一电感Ldc之间，第一二极管DA的阳极连接在第二电容Cbus与三相整流电路的输出端之间；所述第二开关管SB的一端连接在第一电感Ldc和第二电容Cbus之间，第二开关管SB的另一端连接在第二电容Cbus与三相整流电路的输出端之间；
所述全桥逆变电路包括第三开关管S1、第四开关管S2、第五开关管S3、第六开关管S4、第二电感Ls、第三电容Cs和升压变压器；所述第三开关管S1和第五开关管S3串联在第二电容Cbus的两端之间，且所述第四开关管S2和第六开关管S4串联后与串联的第三开关管S1和第五开关管S3并联；所述第二电感Ls、升压变压器和第三电容Cs依次串联，且第二电感Ls的一端连接在第三开关管S1和第五开关管S3之间，第三电容Cs的一端连接在第四开关管S2和第六开关管S4之间。
2.根据权利要求1所述的宽电压宽频率输出的等离子体电源，其特征在于：所述升压变压器的高压侧绕组匝数ns计算范围为：
Figure FDA0003099603140000021
式中，Bmax为最大磁通密度，Ae为磁芯窗口截面积，fsw为开关频率，VO为升压变压器高压侧输出电压峰值；
升压变压器高压侧绕组匝数按照放电负载额定最大输出交流电压峰值得到，变比取放电负载额定最大输出交流电压峰值与整流输出电压的比值；升压变压器绕组变比n的取值公式为：
Figure FDA0003099603140000022
式中，Vout为最大输出交流电压峰值，Vin为三相整流输出电压，ns为升压变压器高压侧绕组匝数，np为变压器低压侧绕组匝数。
3.根据权利要求1或2所述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，包括与电源相连的控制器，其特征在于：控制器通过对双管升降压电路输出的直流电压和电流信号进行采样和调节，实现电源输出电压或功率的闭环控制；控制器通过对全桥逆变电路输出交流电压的相位信号进行采样和调节，实现电源输出频率闭环控制。
4.根据权利要求3所述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，其特征在于：所述的电源输出频率闭环控制包括全桥互补调制的单频模式和单极性调制的倍频模式；
在按照全桥互补调制的单频模式工作时，双管升降压电路工作在降压Buck模式下，第二开关管SB保持关断，调节第一开关管SA导通的占空比dA的大小来调整输出端电压，进而调整负载输出功率；
在按照单极性调制的倍频模式工作时，双管升降压电路工作在升压Boost模式下，第一开关管SA保持导通，调节第二开关管SB导通的占空比dB的大小来调整输出端电压，进而调整负载输出功率。
5.根据权利要求4所述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，其特征在于：两种工作频率模式下开启时，双管升降压电路均先在降压Buck模式下启动，以实现软启动功能。
6.根据权利要求4所述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，其特征在于：在按照全桥互补调制的单频模式工作时，全桥逆变电路中第三开关管S1与第六开关管S4的驱动信号相同，第四开关管S2与第五开关管S3的驱动信号相同，两组驱动信号以50％占空比互补导通。
7.根据权利要求4所述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，其特征在于：在按照单极性调制的倍频模式工作时，全桥逆变电路中第三开关管S1与第四开关管S2互补导通，第三开关管S1的正占空比为75％；第五开关管S3与第六开关管S4互补导通，第五开关管S3的正占空比为25％；所述第三开关管S1和第五开关管S3的正占空比上升沿时刻相差1/2开关周期T。
8.根据权利要求3所述的宽电压宽频率输出的等离子体电源的控制方法，其特征在于：当升压变压器连接的放电负载和/或全桥逆变电路中的逆变回路发生短路故障时，第一开关管SA关闭，第二开关管SB导通，在隔断输出的同时形成能量释放回路，保护元器件。
CN202110620307.1A 2021-06-03 2021-06-03 一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法 Active CN113328638B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110620307.1A CN113328638B (zh) 2021-06-03 2021-06-03 一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110620307.1A CN113328638B (zh) 2021-06-03 2021-06-03 一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113328638A true CN113328638A (zh) 2021-08-31
CN113328638B CN113328638B (zh) 2022-08-30

Family

ID=77419537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110620307.1A Active CN113328638B (zh) 2021-06-03 2021-06-03 一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113328638B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116191906A (zh) * 2023-03-07 2023-05-30 东莞市晟鼎精密仪器有限公司 一种双脉冲等离子电源智能监控系统及方法
WO2023179142A1 (zh) * 2022-03-21 2023-09-28 深圳锐盟半导体有限公司 驱动电路以及压电执行器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2799637Y (zh) * 2005-06-27 2006-07-26 浙江大学 一种羊毛纤维的低温等离子体处理电源
CN1838517A (zh) * 2005-03-24 2006-09-27 林肯环球公司 用于电弧焊接的改进的三级电源
CN102097953A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 北京石油化工学院 适用于原油脱水的全数字控制二次逆变式高压变频矩形波交流电源装置
JP2013219962A (ja) * 2012-04-11 2013-10-24 Hitachi Appliances Inc 電力変換装置およびそれを用いた誘導加熱装置
CN103956930A (zh) * 2014-05-19 2014-07-30 电子科技大学 一种用于全桥逆变电路的频率调制方法
CN209151009U (zh) * 2018-10-25 2019-07-23 广州市华运科技有限公司 一种智能宽压输出uv电子电源
CN110212762A (zh) * 2018-02-28 2019-09-06 新动力等离子体株式会社 提高脉冲功能的高频功率发生装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1838517A (zh) * 2005-03-24 2006-09-27 林肯环球公司 用于电弧焊接的改进的三级电源
CN2799637Y (zh) * 2005-06-27 2006-07-26 浙江大学 一种羊毛纤维的低温等离子体处理电源
CN102097953A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 北京石油化工学院 适用于原油脱水的全数字控制二次逆变式高压变频矩形波交流电源装置
JP2013219962A (ja) * 2012-04-11 2013-10-24 Hitachi Appliances Inc 電力変換装置およびそれを用いた誘導加熱装置
CN103956930A (zh) * 2014-05-19 2014-07-30 电子科技大学 一种用于全桥逆变电路的频率调制方法
CN110212762A (zh) * 2018-02-28 2019-09-06 新动力等离子体株式会社 提高脉冲功能的高频功率发生装置
CN209151009U (zh) * 2018-10-25 2019-07-23 广州市华运科技有限公司 一种智能宽压输出uv电子电源

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023179142A1 (zh) * 2022-03-21 2023-09-28 深圳锐盟半导体有限公司 驱动电路以及压电执行器
CN116191906A (zh) * 2023-03-07 2023-05-30 东莞市晟鼎精密仪器有限公司 一种双脉冲等离子电源智能监控系统及方法
CN116191906B (zh) * 2023-03-07 2023-11-07 东莞市晟鼎精密仪器有限公司 一种双脉冲等离子电源智能监控系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113328638B (zh) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9160249B2 (en) Power conversion apparatus having an AC/DC converter which outputs to a DC/DC converter which is controlled by a controller
US9887638B2 (en) Power conversion apparatus with frequency operation change based on input voltage
US7613018B2 (en) Apparatus and method for supplying DC power source
KR0160311B1 (ko) 고역률 전원장치
JP5958531B2 (ja) インバータ装置
US9036372B2 (en) Method for controlling a resonant-mode power supply and a resonant-mode power supply with a controller
US8488346B2 (en) Power conversion apparatus and method
JP2006521078A (ja) ガス放電プロセス用給電ユニット
CN113328638B (zh) 一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法
JP6667750B1 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
WO2010107060A1 (ja) Ｄｃ－ｄｃコンバータ
US20230074022A1 (en) Power converter topologies with power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
Sayed et al. New PWM technique for grid-tie isolated bidirectional DC-AC inverter based high frequency transformer
Shahzad et al. LLC series resonant converter with PID controller for battery charging application
Duarte et al. Single-stage high power factor step-up/step-down isolated AC/DC converter
Demetriades et al. Characterization of the dual-active bridge topology for high-power applications employing a duty-cycle modulation
WO2010098486A1 (ja) Ｄｃ－ｄｃコンバータ
US20230071003A1 (en) Power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
US20230076369A1 (en) Unidirectional power converters with power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
Sano et al. Improving dynamic performance and efficiency of a resonant switched-capacitor converter based on phase-shift control
Jiang et al. A Single-Phase Soft-Switching AC Voltage Regulator With Fictitious DC-Link
Chibani et al. A new control topology of single-stage HF link switch-mode rectifier with sinusoidal line current
Setiadi et al. A burst-mode control method for phase-Shift controlled switched-capacitor-based resonant converters
CN218679425U (zh) 一种用于工件失磁的调功电路
CN111697826B (zh) 一种并充串放型高倍升压电路及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant