CN117895924A - 一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，包括由CPU模块输出的两路低压脉冲直流电，分别经由一升压脉冲变压器电路调制为具有高频载波频率fz的低压脉冲串，经过功率放大驱动升压脉冲变压器电路的初级线圈，使得升压脉冲变压器电路输出高压脉冲串，升压脉冲变压器电路的次级线圈的输出分别与一整流倍压电路电性连接，整流倍压电路用于对高压脉冲串中的高频载波频率fz进行整流滤波与倍压，生成的两路独立的正高压脉冲与负高压脉冲，通过分别串接一齐纳二极管后合并短接，输出正负交变的高压脉冲。本发明能够同时输出正负交变高压，且正负脉冲的幅值、脉宽、频率等参数，独立可调，电性能稳定安全，可满足高效的除静电性能效果。

Description

一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置

技术领域

本发明涉及静电消除技术领域，具体涉及一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置。

背景技术

静电消除器的原理是，在电极探针接入正负脉冲高压后，电离空气，产生正负离子，经由压力气流的导向，投射到被消除静电的物件上，中和静电后，起到静电消除的效果。接入电极探针的脉冲高压，相对于接地端，是一个正负交变的电压，其中的对地正电压脉冲，使电极附近产生正电离空气，被气流投射到被消物体上，可中和负静电；相反，对地负电压脉冲，使电极附近产生负电离空气，被气流投射到被消物体上，可中和正静电。正负交变脉冲电压中，不同的电特征参数，包括正负电压的幅值Upn与Ugn、正负脉冲的宽度Tpn与Tgn、以及脉冲的工作频率Fn等，对于除静电的性能与效果是不同的，这些性能效果包括，产生正负离子的强度数量、可消电的距离、以及被消物件在消电之后的剩余静电平衡值等。也就是说，根据被消物体表面的静电情况，施加不同参数特性的正负高压脉冲，有着较为高效率的除静电效果。

目前的用于静电消除的高压脉冲发生装置主要有以下特点：无参数控制或少参数控制，通过采用固定频率、固定脉宽，固定电压幅值，且正高压脉冲与负高压脉冲幅值相同，结构与功能简单，能满足基本的除静电要求；采用交流工频升压变压器，或者是简单的升压脉冲变压器及相关电路，输出的参数指标如频率、脉宽、电压幅值等，均不可调，或者只能调节其中的部分参数，在除静电的性能与效果上，能满足静电消除的基本要求；采用升压脉冲变压器，配以相关的硬件驱动线路，输出的参数指标如频率、脉宽、电压幅值，能调节其中某一项或几项参数，在除静电的效果与能效上，能满足静电消除的一般要求，但除静电性能上，如除静电速度，消电距离、剩余静电的平衡电压等性能，还有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，应用于静电消除器中的正负交变的高压脉冲发生装置，能同时输出正负交变高压，且正负脉冲的幅值、脉宽、频率等参数，独立可调，电性能稳定安全，可满足高效的除静电性能效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，包括由CPU模块输出的两路低压脉冲直流电，分别经由一升压脉冲变压器电路调制为具有高频载波频率fz的低压脉冲串，经过功率放大驱动所述升压脉冲变压器电路的初级线圈，使得升压脉冲变压器电路输出高压脉冲串，升压脉冲变压器电路的次级线圈的输出分别与一整流倍压电路电性连接，所述整流倍压电路用于对高压脉冲串中的高频载波频率fz进行整流滤波与倍压，生成的两路独立的正高压脉冲与负高压脉冲，通过分别串接一齐纳二极管后合并短接，输出正负交变的高压脉冲。

在本发明中，优选地，所述升压脉冲变压器电路包括升压脉冲变压器、方波脉冲发生器和功率三极管，所述方波脉冲发生器的输入端通过外围调节电阻和外围电容产生高频载波频率fz，经由所述功率三极管进行功率放大过程以驱动所述升压脉冲变压器的初级线圈。

在本发明中，优选地，CPU模块输出的两路低压脉冲直流电包括低压正脉冲直流电和低压负脉冲直流电，分别与输出的正高压脉冲、负高压脉冲相对应，所述低压脉冲直流电作为脉冲变压器的初级线圈的电源接入。

在本发明中，优选地，两路低压脉冲直流电在时间轴上互为交替出现，且没有重叠区域，两路低压脉冲直流电脉冲交替导通之间设有间隙时间，使得两路低压脉冲直流电均处于低电平截止状态，以保证驱动线路的安全性。

在本发明中，优选地，两路所述整流倍压电路均包括若干组整流单元和滤波单元，两组所述滤波单元的极性接法相反以输出不同极性的正高压脉冲和负高压脉冲。

在本发明中，优选地，高频载波频率fz的数值范围设置在10kHz～100kHz之间。

在本发明中，优选地，低压正脉冲直流电和低压负脉冲直流电与外部设定的正高压脉冲和负高压脉冲的脉宽值、频率值，对应相同；低压正脉冲直流电和低压负脉冲直流电与外部设定的正高压脉冲和负高压脉冲的幅值对应成比例。

本发明具有的优点和积极效果是：CPU输出的两路低压脉冲直流电经由两路独立的升压脉冲变压器电路，先调制成含有高频载波频率fz的低压脉冲串，再经过功率放大，并由升压脉冲变压器升压为一定幅值的高压脉冲串，采用高频载波频率发生器，用于产生频率为fz的载波频率脉冲，并将该载波频率，在时间轴上，叠加于两路独立的、工作频率为Fn的低压直流脉冲高电平中。该两路独立的载波频率脉冲串，经功率放大，分别加至两路独立的升压脉冲变压器的初级线圈两端，在脉冲变压器次级两端将升压生成两路高压脉冲串，通过倍压线路的整流与滤波、储能与叠加，生成两路独立的正高压脉冲与负高压脉冲。两路倍压整流滤波电路中，整流单元的不同极性组合，可分别输出正的高压脉冲与负的高压脉冲；生成的两路独立的正脉冲高压与负脉冲高压，在分别串接入齐纳二极管之后，合并短接，最终输出正负交变的高压脉冲；由于两路脉冲的高电平有效区间，在时间轴上的交替出现，没有重叠区间，同时设置了低电平截止的间隙区间Tj，更有效保证了正负脉冲输出的可靠性，这也是本技术方案的主要特点，简单而可靠；将正高压脉冲与负高压脉冲，分别串接入一定极性方向的齐纳二极管，可防止本极性的电压对另一极性的电路，导通短路而损坏。在输出端合并短接之后，最终输出正负交变的高压脉冲，用于电离所需的电能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置的升压脉冲变压器电路的原理示意图；

图2是本发明的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置的整流倍压电路的原理示意图；

图3是本发明的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置的低压脉冲直流电的波形示意图；

图4是本发明的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置的高压脉冲串的波形示意图；

图5是本发明的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置的正高压脉冲与负高压脉冲的波形示意图；

图6是本发明的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置的正负交变的高压脉冲的波形示意图。

图中：1、CPU模块；2、低压正脉冲直流电；3、高压正脉冲直流电；4、正高压脉冲；5、负高压脉冲；6.1、方波脉冲发生器-1；6.2、方波脉冲发生器-2；6.3、第一路载波频率脉冲fz；6.4、第二路载波频率脉冲fz；7.1、第一升压脉冲变压器；7.2、第二升压脉冲变压器；8.1、第一高压脉冲串；8.2、第二高压脉冲串；10、第一整流倍压电路；11、第二整流倍压电路；12、第一整流单元；13、第二整流单元；14、第一路齐纳二极管；15、第二路齐纳二极管；17、正负交变的高压脉冲。

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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本发明提供一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，包括由CPU模块1输出的两路低压脉冲直流电，分别经由一升压脉冲变压器电路调制为具有高频载波频率fz的低压脉冲串，经过功率放大驱动升压脉冲变压器电路的初级线圈，使得升压脉冲变压器电路输出高压脉冲串，升压脉冲变压器电路的次级线圈的输出分别与一整流倍压电路电性连接，整流倍压电路用于对高压脉冲串中的高频载波频率fz进行整流滤波与倍压，生成的两路独立的正高压脉冲4与负高压脉冲5，通过分别串接一齐纳二极管后合并短接，输出正负交变的高压脉冲17。由控制器的CPU模块1输出两路相对独立的低压正脉冲U0pn与U0gn，这两路分别对应于输出的正高压脉冲4与负高压脉冲5。根据外部面板设定的参数，由CPU程序计算并得出控制用的参数，外部设定的参数包括：高压脉冲的工作频率Fn，设置范围：0.1Hz～50Hz；正脉冲占空比D％，设置范围：30％～70％(正脉冲的脉宽时间，与工作频率Fn的周期时间的比值)；输出电压的电压幅值等级H，设置范围：1～10，相对数值，对应于输出脉冲电压的幅值范围约为5kv～7kv；导通间隙时间Tj，设置为Tj＝2ms，该参数的考虑因素有：高频载波频率fz、载波频率的滤波单元取值Cn，工作频率Fn的上限值等，按经验取值约为2ms。经过计算，输出用于控制的参数，包括正脉冲的脉宽Tpn，单位：毫秒(ms)，Tpn＝(1/Fn)×1000×(D/100)-Tj；负脉冲的脉宽Tgn，单位：毫秒(ms)，Tgn＝(1/Fn)×1000×((100-D)/100)-Tj；幅值控制参数，暂以正负高压脉冲的幅值相同为例，(正负不同幅值时,可参考得出),U0pn＝U0gn＝(H-1)×((7kv-5kv)/9)+5kv，当电压等级H＝1～10时，对应的幅值为5kv～7kv。生成的两路独立的正高压脉冲4与负高压脉冲5，在分别串接入第一路齐纳二极管14与第二路齐纳二极管15之后，合并短接，从而输出正负交变的高压脉冲17，正负交变的高压脉冲的波形图如图6所示。第一路齐纳二极管14与第二路齐纳二极管15(W1n/W2n)分别由多个相同规格的元件组成，以提高耐压效果。

如图3所示，在本实施例中，进一步地，在本实施例中，进一步地，两路低压脉冲直流电在时间轴上互为交替出现，且没有重叠区域，以交替各输出一个脉冲，为一个工作频率周期，Tn＝1/Fn，两路低压脉冲直流电脉冲交替导通之间设有间隙时间Tj，使得两路低压脉冲直流电均处于低电平截止状态，以保证驱动线路的安全性。第一路输出的脉宽对应于正高压脉冲的脉宽Tpn，第二路输出的脉宽对应于负高压脉冲的脉宽Tgn。

如图5所示，在本实施例中，进一步地，低压正脉冲直流电2和低压负脉冲直流电3与外部设定的正高压脉冲4和负高压脉冲5的脉宽值、频率值，对应相同；低压正脉冲直流电2和低压负脉冲直流电3与外部设定的正高压脉冲4和负高压脉冲5的幅值对应成比例。

如图4所示，在本实施例中，进一步地，升压脉冲变压器电路包括升压脉冲变压器、方波脉冲发生器和功率三极管，方波脉冲发生器的输入端通过外围调节电阻和外围电容产生高频载波频率fz，经由功率三极管进行功率放大过程以驱动升压脉冲变压器的初级线圈，升压脉冲变压器包括第一升压脉冲变压器7.1和第二升压脉冲变压器7.2。采用方波发生器-16.1和方波脉冲发生器-26.2，分别通过调节外围电阻R11/R21与电容C10/C20参数，可产生两路稳定的第一路载波频率脉冲fz 6.3以及第二路载波频率脉冲fz6.4，考虑到升压脉冲变压器的效率值，高频载波频率fz数值范围，设在10kHz～100kHz之间。结合升压后的滤波单元Cn参数，本方案的高频载波频率fz取值为fz＝30kHz。因此，实际上加载在第一升压脉冲变压器7.1和第二升压脉冲变压器7.2的初级线圈上的电压，在时间轴上分别是经过功率放大的高频载波频率fz，与其中一路的工作频率为Fn相叠加而成的第一高压脉冲串8.1和第二高压脉冲串8.2。将第一升压脉冲变压器7.1以及第二升压脉冲变压器7.2的次级线圈的输出分别接至第一整流倍压电路10和第二整流倍压电路11，分别对高压脉冲串中的高频载波频率fz部分进行整流滤波与倍压。

升压脉冲变压器的线圈匝数比的选取与电压比相关，匝数比＝电压比＝U1n/U0n，其中U0n为CPU模块1输出脉冲的幅值，参数适用于两路脉冲的幅值，互相对应，可相互独立，参考的电压比，可选在50-200之间。

由此，在脉冲变压器次级，输出脉冲的幅值U1pn、U1gn(约为1.2kv)、高频载波频率为fz，工作频率为Fn的两路独立的第一高压脉冲串8.1和第二高压脉冲串8.2。

根据外部设置参数，包括电离所需的正负高压脉冲的幅值、频率、脉宽，由CPU模块经过计算之后，得出相对应的两路独立的低压正脉冲的幅值与频率、脉宽等参数，待之后的升压、整流、倍压，最终输出所需的正高压脉冲与负高压脉冲；在时间轴上，该两路脉冲互为交替出现，且没有重叠区域。以交替各输出一个脉冲，为一个工作频率周期(1/Fn)；在时间轴上，该两路低压脉冲直流电，与所需外部设定的正高压脉冲、负高压脉冲的脉宽值、频率值，对应相同；该两路脉冲，在幅值上，与所需外部设定的正负高压脉冲的幅值，对应成比例。考虑到在升压后的整流滤波中，会有一定的过渡状态的延时，为进一步避免正负信号可能的同时导通而损坏电路，在CPU控制中，增加设置了间隙时间Tj，亦即在Tj期间，两路脉冲均处于低电平截止状态，保证了驱动线路的安全性。

在本实施例中，进一步地，CPU模块1输出的两路低压脉冲直流电Fn包括低压正脉冲直流电2和低压负脉冲直流电3，分别与输出的正高压脉冲4、负高压脉冲5相对应，两路低压脉冲直流电Fn分别作为脉冲变压器的初级线圈的电源接入。

在本实施例中，进一步地，两路整流倍压电路均包括若干组整流单元和滤波单元，两组滤波单元的极性接法相反以输出不同极性的正高压脉冲4和负高压脉冲5。第一整流倍压电路10和第二整流倍压电路11分别由整流单元D1s/D2s、滤波单元C1s/C2s，组成网络状线路，s＝1～6。以第一整流倍压电路10中的一个整流单元D1s、一个滤波单元C1s为一组，共有S组，S取值：Sp＝Upn/U1pn；相应的，以第二整流倍压电路11中的D2s、一个滤波单元C2s为一组，有Sg＝Ugn/U1gn；当最终输出的正高压脉冲4和负高压脉冲5的电压为±7kv(暂定为正负脉冲幅值相等)，第一升压脉冲变压器7.1和第二升压脉冲变压器7.2的次级输出电压幅值约为1.2kv时，考虑倍压级数Sp＝Sg＝s＝6，即共设有6组的整流滤波单元。正负脉冲幅值不等的情况，可参照设计。第一整流倍压电路10和第二整流倍压电路11采用相同的线路结构，通过第一整流单元12与第二整流单元13极性接法相反，可输出不同极性的正高压脉冲4与负高压脉冲5。两路独立的含有载波频率fz高压脉冲串，经过两路独立的整流倍压电路，其中的高频载波fz脉冲，被整流、滤波成直流脉冲，利用整流倍压电路的滤波单元同时具有储能的作用，将多级储能元件与整流单元组合，载波频率中的高频交变电压，通过不同的元件组合，交变导通，并逐级叠加，最终生成所需幅值高压脉冲。

在本实施例中，进一步地，高频载波频率fz的数值范围设置在10kHz～100kHz之间。

本发明能够在同一电极输出端输出正负交变的高压脉冲的线路结构，由两路独立的正高压脉冲4与负高压脉冲5直流，在分别串接入齐纳二极管之后合并短接，从而输出正负交变的高压脉冲17，线路简单而可靠。脉冲发生装置可同时实现多个控制参数独立可调，包括幅值，脉宽与频率、以及这些参数在正脉冲、负脉冲中的数值，分别独立可调，适应于各种静电消除性能与功能的扩展应用。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，其特征在于，包括由CPU模块输出的两路低压脉冲直流电，分别经由一升压脉冲变压器电路调制为具有高频载波频率fz的低压脉冲串，经过功率放大驱动所述升压脉冲变压器电路的初级线圈，使得升压脉冲变压器电路输出高压脉冲串，升压脉冲变压器电路的次级线圈的输出分别与一整流倍压电路电性连接，所述整流倍压电路用于对高压脉冲串中的高频载波频率fz进行整流滤波与倍压，生成的两路独立的正高压脉冲与负高压脉冲，通过分别串接一齐纳二极管后合并短接，输出正负交变的高压脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，其特征在于，所述升压脉冲变压器电路包括升压脉冲变压器、方波脉冲发生器和功率三极管，所述方波脉冲发生器的输入端通过外围调节电阻和外围电容产生高频载波频率fz，经由所述功率三极管进行功率放大过程以驱动所述升压脉冲变压器的初级线圈。

3.根据权利要求1所述的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，其特征在于，CPU模块输出的两路低压脉冲直流电包括低压正脉冲直流电和低压负脉冲直流电，分别与输出的正高压脉冲、负高压脉冲相对应，所述低压脉冲直流电作为脉冲变压器的初级线圈的电源接入。

4.根据权利要求3所述的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，其特征在于，两路低压脉冲直流电在时间轴上互为交替出现，且没有重叠区域，两路低压脉冲直流电脉冲交替导通之间设有间隙时间，使得两路低压脉冲直流电均处于低电平截止状态，以保证驱动线路的安全性。

5.根据权利要求1所述的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，其特征在于，两路所述整流倍压电路均包括若干组整流单元和滤波单元，两组所述滤波单元的极性接法相反以输出不同极性的正高压脉冲和负高压脉冲。

6.根据权利要求1所述的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，其特征在于，高频载波频率fz的数值范围设置在10kHz～100kHz之间。

7.根据权利要求3所述的一种用于静电消除器的高压脉冲发生装置，其特征在于，低压正脉冲直流电和低压负脉冲直流电与外部设定的正高压脉冲和负高压脉冲的脉宽值、频率值，对应相同；低压正脉冲直流电和低压负脉冲直流电与外部设定的正高压脉冲和负高压脉冲的幅值对应成比例。