CN201336768Y - 一种高压宽脉冲等离子体激励电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压宽脉冲等离子体激励电源，包括：初级整流滤波电路、初级高频逆变电路、一级放大电路、二级整流滤波电路、二级高频逆变电路、单片机控制电路、二级放大电路、末级整流滤波电路、限流回流装置及脉冲输出电路。该电源为产生高电压宽脉冲的输出，采用了双级高频逆变放大技术，具有自动恒压功能。在一级放大后对已整流的电压再进行一次逆变，而逆变的同时对其进行脉冲斩波。脉冲型的高频电压经二级放大后再整流滤波而形成所需的高压方波。脉冲信号由单片机控制，其产生的脉冲信号精度高，性能稳定，操作方便。

Description

一种高压宽脉冲等离子体激励电源

技术领域

本实用新型涉及低温高密度等离子体产生技术，特别涉及一种高压宽脉冲等离子体激励电源。

背景技术

低温高密度等离子体产生技术要求有稳定的高电压宽脉冲输出，在一个脉冲宽度范围内能够激励等离子体并能稳定地维持。

传统的脉冲电源如图1所示，对输入的交流电压进行变压后再整流滤波，之后对直流电压进行斩波，生成脉冲电压。对于等离子体激励所需要的高电压，斩波控制所用到的元件要求就特别高了。而且对高压直接进行斩波可能会造成高压回波，对前端整流滤波设备造成伤害。

图2是后来发展的改进型，对电压进行了二级放大。第一级是交流放大到一个中间电压，整流滤波后进行直流斩波。二级放大是一个脉冲放大器，但是脉冲放大器的波形无法达到完美的方波，不适用于等离子体的产生。再进行多重滤波修正能够改进脉冲波形，但是等离子体激励瞬间的参数变化对些又会再次造成干扰。并且等离子体放电过程不稳定性可能造成的火花击穿也会伤害电源的重要器件。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型一种用于产生高密度大面积等离子体的激励电源。该电源为产生高电压宽脉冲的输出，采用了双级高频逆变放大技术，具有自动恒压功能。脉冲信号由单片机控制，其产生的脉冲信号精度高，性能稳定，操作方便。该电源在一级放大后对已整流的电压再进行一次逆变，而逆变的同时对其进行脉冲斩波。脉冲型的高频电压经二级放大后再整流滤波而形成所需的高压方波。

为了达到上述目的，本实用新型提供的一种高压脉冲等离子体激励电源，包括：

一初级整流滤波电路，用于将输入的三相交流电信号转换为第一直流电信号。

一初级高频逆变电路，用于将第一直流电信号转换为单向高频交流电信号。

一一级放大电路，用于将单向高频交流电信号放大。

一二级整流滤波电路，用于将放大后的单向高频交流电信号转换为第二直流电信号。

一二级高频逆变电路，用于将第二直流电信号转换为脉冲交流电信号。

一单片机控制电路，与二级高频逆变电路相连，用于控制二级高频逆变电路将第二直流电信号转换为脉冲交流电信号。

一二级放大电路，用于将脉冲交流电信号放大。

一末级整流滤波电路，用于将放大后的交流电信号转换为直流脉冲信号。

一脉冲输出电路，用于将直流脉冲信号输出。

其中，在末级整流滤波电路与脉冲输出电路之间安装一限流回流装置，用于对直流脉冲信号进行限流保护，所述限流回流装置由回流电阻与限流电阻串联构成。

其中，所述限流回流装置的回流电阻阻值为正常等离子体放电时等效电阻的1～2.5倍，最优值为1.5倍。

其中，所述限流回流装置的限流电阻阻值为正常等离子体放电时等效电阻的0.1～0.2倍，最优值为0.14倍。

本实用新型的优点在于：

1、采用双级放大：对于变压器的绕制和散热设计的要求都有所降低。

2、在一级放大并整流滤波后，在逆变的同时进行脉冲斩波。中间级的电压不是很高(700V-800V)，所以对脉冲控制电路的要求也比较低。同时与前后级电路有了隔离的作用，脉冲斩波可能造成的回波不会损害到初级控制电路，负载的不稳定也不容易损害到脉冲控制电路。这个过程，单片机的作用是控制全桥控制板的工作与否，只要维持工作与不工作的重复频率满足要求就行，而不用太苛求单片机自身的波形是否完整，以及开关元件延迟时间。

3、高频逆变：高频逆变带使功率元件能以更小的体积达到更大的功率要求。要实现脉冲斩波后再进行电压放大并整流滤波输出则交流的频率应远大于脉冲频率(100Hz～1000Hz)，并且一个脉宽时间内要有足够多的电压重复周期，而高频逆变(＞10kHz)使这成为可能。

4、安装了限流回流电阻：输出端串联的大功率无感电阻的阻值约为正常等离子体放电时等效电阻的0.14倍。正常放电时，电阻不起到多大作用，一旦出现瞬间火花放电，等离子体的等效电阻接近0，这时电阻就起到限流的作用，既保护了电源，也使放电电极不易被损害。同样由于等离子体放电的特殊性，当电压低到一定的时候放电无法进行，等离子体的等效电阻相无穷大，因而在关机前无法把电源能量完全释放，并联回流电阻可以解决这个问题。在工作的时候，回流电阻维持着电路有最小电流，有效地维持等离子体击穿前后电压的稳定。

附图说明

图1是传统脉冲电源的电路框架图；

图2是传统改进型电源的电路框架图；

图3是本实用新型等离子激励电源电路框架图；

图4是本实用新型具体实施例直流脉冲实现部分电路图；

图5是本实用新型具体实施例限流回流装置电路图。

具体实施方式

下面结合一个具体实施例对本实用新型做详细描述。

本实施例的等离子激励电源电路如图3所示。包括：初级整流滤波电路、初级高频逆变电路、一级放大电路、二级整流滤波电路、二级高频逆变电路、单片机控制电路、二级放大电路、末级整流滤波电路、限流回流装置及脉冲输出电路。

具体工作流程如下：

1、初级整流滤波：整流滤波电路1由一MDS100A/1200V三相桥式整流模块接LC滤波组成。标准的380伏三相交流输入经过整流滤波电路1后成为约510伏的直流输出。

2、初级高频逆变：高频逆变电路2由四个桥接的IGBT管与一主控板构成。经由1生成的直流电通过高频逆变电路2后变成单向高频交流输出。

3、一级电压放大：放大电路3是一个20KW，537:850的变压器，其把前面生成的高频交流电进行初级放大，输入电压被放大至约800伏。

4、二级整流滤波：整流滤波电路4是由四组高压大功率二极管进行桥式连接，然后接LC滤波组成的。在此经一级放大的高频交流电被再次转成直流电。

5、二级高频逆变：由四个桥接的IGBT管与一主控板构成的高频逆变电路5在单片机8的控制下把输入的直流电转成脉冲交流输出。

6、二级电压放大：放大电路6是一个20KW，700:6000的变压器，它把5输出的脉冲交流电进行终级放大，电压被放大至所需的值。

7、末级整流滤波：脉冲输入的交流电经由整流滤波电路7变为最终所需的直流脉冲输出，如图4所示。

8、限流回流：限流保护装置9由一组大功率无感电阻组成，如图5所示。等离子体放电时如果出现瞬间火花放电，其等效电阻为零，这时限流电阻起作用，使电源输出端不至于短路。而在调低电压到一定值时，等离子体会停止放电，电阻接近无穷大，这时回流电阻就能把电源残留的能量释放。

Claims (7)

1、一种高压宽脉冲等离子体激励电源，包括：

一初级整流滤波电路，用于将输入的三相交流电信号转换为第一直流电信号；

一初级高频逆变电路，用于将第一直流电信号转换为单向高频交流电信号；

一一级放大电路，用于将单向高频交流电信号放大；

一二级整流滤波电路，用于将放大后的单向高频交流电信号转换为第二直流电信号；

其特征在于，还包括：

一二级高频逆变电路，用于将第二直流电信号转换为脉冲交流电信号；

一单片机控制电路，与二级高频逆变电路相连，用于控制二级高频逆变电路将第二直流电信号转换为脉冲交流电信号；

一二级放大电路，用于将脉冲交流电信号放大；

一末级整流滤波电路，用于将放大后的交流电信号转换为直流脉冲信号；

一脉冲输出电路，用于将直流脉冲信号输出。

2、根据权利要求1所述的等离子体激励电源，其特征在于，在末级整流滤波电路与脉冲输出电路之间安装一限流回流装置，用于对直流脉冲信号进行限流保护。

3、根据权利要求2所述的等离子体激励电源，其特征在于，所述限流回流装置由回流电阻与限流电阻串联构成。

4、根据权利要求3所述的等离子体激励电源，其特征在于，所述限流回流装置中回流电阻的阻值为正常等离子体放电时等效电阻的1～2.5倍。

5、根据权利要求4所述的等离子体激励电源，其特征在于，所述限流回流装置中回流电阻的阻值为正常等离子体放电时等效电阻的1.5倍。

6、根据权利要求3所述的等离子体激励电源，其特征在于，所述限流回流装置中限流电阻的阻值为正常等离子体放电时等效电阻的0.1～0.2倍。

7、根据权利要求6所述的等离子体激励电源，其特征在于，所述限流回流装置中限流电阻的阻值为正常等离子体放电时等效电阻的0.14倍。

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