CN219876183U - 适用于dbd准分子uv灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于DBD准分子UV灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源，包括：方波驱动电路，与方波驱动供电电源连接，将电源输入转化为方波输出；升压变压器，高压侧于与DBD准分子UV灯连接，低压侧与方波驱动电路连接；所述升压变压器与所述DBD准分子UV灯形成负载谐振回路；所述方波输出的频率为负载谐振回路的谐振频率的1/N倍，从而在方波的正半周和负半周形成以负载谐振回路的谐振频率为周期的N个阻尼正弦振荡波，方波的正半周和负半周阻尼正弦振荡的第一个周波产生的高压用于击穿DBD形成放电，其余的阻尼正弦振荡波用于脉冲间的时间间隔。本实用新型通过方波驱动阻尼正弦脉冲提高了DBD准分子UV光源的激励效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及DBD光源供电技术领域，特别涉及一种适用于DBD准分子UV灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源。
背景技术
普遍使用的254nm紫外线具有纯物理高效杀菌，无二次污染，功率大等特点，在大面积环境中应用，直接照射对人体和眼睛有害。因此只能在没人的环境里使用。相关研究表明，KrCl氪氯准分子放电产生的222nm波长的紫外线对许多病原体同样有效，但不会对皮肤和眼睛产生不良影响。该技术有望广泛用于公共消毒杀菌领域。
介质阻挡放电(DielectricBarrierDischarge，DBD)，是将绝缘物质插入放电空间的一种气体放电。当在放电电极间施加足够高的激励电压时，电极间的气体会被击穿而在微放电通道中发生微放电。这一放电结构使得DBD能在很宽的激励电压频率和气压范围内能产生放电，这类微放电属于高气压非热平衡态的交变放电，放电由几千伏的高压驱动，放电频率可以从几Hz到几GHz。放电由大量细丝状不规则的快脉冲放电通道组成，称之为微放电。每个微放电的时间非常短，寿命不到10ns，通道半径不大于0.1mm，而电流密度高达0.1-1KA/cm2。当气体间隙上的外电场电压超过气体的击穿电压时，气体就被击穿，然后建立导电通道，空间电荷在放电间隙中输送，并积累在介质上，这时介质表面电荷将建立起电场，其方向与外电场相反，从而削弱作用电场，以至于中断了放电电流。在同一位置上只有当电压重新升高到原来的击穿电压数值时才会发生再击穿，再次产生微放电。
每个微放电包括三个发展阶段：1)放电的形成，即电场的击穿；2)电荷在气体中的输运过程，即形成持续的电流脉冲；3)原子分子的激发电离，
由于介质阻挡放电电路中包含气体和介质阻挡层，其放电现象与一般放电现象有所不同。电路在一个完整的周期内包含放电和未放电两个不同的状态。当DBD电路处于未放电阶段，可以等效为介质电容Cd和气隙电容Cg相串联的结构；当电路处于放电阶段，则可以用介质电容Cd和气隙击穿放电维持电压相串联等效。
实验表明，要充分发挥DBD负载的性能，不仅需要在其上施加一个高频、较陡脉冲上升率dv/dt的激励电压波形，而且激励电压波形还要为DBD负载提供所特有的粒子状态恢复时间(在这一阶段流经DBD负载的电流接近零)。但现有基于串并联负载谐振的介质阻挡放电负载供电电源难以同时满足这两个要求。
传统的DBD准分子光源的驱动方式为正弦波高压和脉冲高压，正弦波驱动方式无法同时兼顾DBD准分子光源提出的脉冲高压的上升时间短且要求时间间隔的要求，且传统的脉冲高压产生方式电路结构较复杂，输出功率不大等不足。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种适用于DBD准分子UV灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源，通过在方波的正半周和负半周形成以负载谐振回路谐振频率为周期的多个阻尼正弦振荡波，方波的正半周和负半周阻尼正弦脉冲第一个周波产生高压用于击穿DBD形成放电，其余的阻尼正弦振荡波用于脉冲间的时间间隔，从而形成较陡的上升和下降边沿以及较长的脉冲时间间隔，满足DBD准分子UV灯的高效驱动要求。
本实用新型提供了一种适用于DBD准分子UV灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源，包括：
方波驱动电路，与方波驱动供电电源连接，用于将方波驱动供电电源转化为方波输出；
升压变压器，所述升压变压器的高压侧于与DBD准分子UV灯连接，所述升压变压器的低压侧与所述方波驱动电路连接；所述升压变压器与所述DBD准分子UV灯形成负载谐振回路；
所述方波输出的频率为负载谐振回路的谐振频率的1/N倍，从而在方波的正半周和负半周形成以所述负载谐振回路的谐振频率为周期的N个阻尼正弦振荡波，方波的正半周和负半周阻尼正弦振荡的第一个周波产生的高压用于击穿DBD形成放电，其余的阻尼正弦振荡波用于脉冲间的时间间隔，其中2.5≤N≤20，且N可以不是整数；当负载谐振回路的谐振点数量大于一个时，取最高的谐振点对应的频率作为谐振频率；
其中，所述方波驱动电路为：
使用一个隔直电容的半桥方波驱动电路，包括：
一半桥控制电路；
场效应管Q1和场效应管Q2，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与所述半桥驱动电路连接，所述场效应管Q1的漏极与方波驱动供电电源的正极连接，所述场效应管Q2的源极与方波驱动供电电源的负极连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端通过隔直电容C1与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接；低压侧的第二端与方波驱动供电电源的负极连接；或，
使用两个隔直电容的半桥方波驱动电路，包括：
一半桥控制电路；
场效应管Q1和场效应管Q2，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与所述半桥驱动电路连接，所述场效应管Q1的漏极与方波驱动供电电源的正极连接，所述场效应管Q2的源极与方波驱动供电电源的负极连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接；低压侧的第二端通过隔直电容C1与方波驱动供电电源的正极连接，并通过隔直电容C2与方波驱动供电电源的负极连接；或，
不使用隔直电容的全桥方波驱动电路，包括：
两个半桥控制电路；
场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与一半桥控制电路连接，所述场效应管Q3和场效应管Q4的栅极均分别与另一半桥控制电路连接；所述场效应管Q1和场效应管Q3的漏极均与方波驱动供电电源的正极连接，所述场效应管Q2和场效应管Q4的源极与方波驱动供电电源的负极连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接，低压侧的第二端与场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极连接；或
使用一个隔直电容的全桥方波驱动电路，包括：
两个半桥控制电路；
场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与一半桥控制电路连接，所述场效应管Q3和场效应管Q4的栅极均分别与另一半桥控制电路连接；所述场效应管Q1和场效应管Q3的漏极均与方波驱动供电电源的正极连接，所述场效应管Q2和场效应管Q4的源极与方波驱动供电电源的负极连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端通过隔直电容C1与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接，低压侧的第二端与场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极连接。
进一步地，所述方波驱动电路为半桥方波驱动电路时，所述升压变压器的低压侧通过隔直电容与所述方波驱动电路连接；
所述方波驱动电路为全桥方波驱动电路时，所述升压变压器的低压侧可通过隔直电容与所述方波驱动电路连接或不通过隔直电容直接与所述方波驱动电路连接；
所述升压变压器通过隔直电容与所述方波驱动电路连接时，所述负载谐振回路还包括隔直电容。
进一步地，所述N的取值通过半桥方波驱动电路或全桥方波驱动电路的参数设置，且N的取值满足方波输出的频率范围为14KHz-500KHz。
进一步地，所述方波驱动供电电源的电压范围为12VDC-800VDC。
本实用新型具有如下优点：
1、通过适当选择N使方波工作频率在阻尼正弦振荡区域时，方波的正半周和负半周阻尼振荡的第一个周波产生高压使DBD准分子UV灯获得较陡的脉冲边沿，且在正负高压脉冲之间有高压较低的阻尼正弦脉冲形成时间间隔，因此可以同时满足脉冲高压边沿高dv/dt且具有脉冲间的时间间隔这两个要求。由于获得了较陡脉冲高压边沿的dv/dt(N倍)，且增加了高压脉冲间的时间间隔，有利于提供DBD负载所特有的粒子状态恢复时间(在这一阶段流经DBD负载的电流接近零)，使得等离子体在相邻两次放电间有足够时间进行复合，保证了下个脉冲有足够的等离子体参与放电，使得DBD准分子UV光源的激励效率提高30％-50％。
2、由于不使用独立的电感(做为限流或者阻抗匹配)，而是仅采用升压变压器的漏感参与谐振，谐振网络电感量减小能有效提高灯负载谐振频点，有利于提高脉冲边沿的dv/dt，且电路效率高，同时简化了电路结构，元件数量少，性价比高。
3、通过采用方波输出的频率为负载谐振回路的谐振频率的1/N倍这种工作方式，升压变压器绕组流过的电流为负载谐振回路频率为周期的阻尼振荡电流，与工作于非谐振式的电感负载升压变压器的电流相比更小，限流需要的绕组电感量较小，相应的匝数较少，升压变压器的温升较低，效率提高。
4、输出高压脉冲幅值的稳定度提高：由于方波的工作频率仅为负载谐振回路谐振点频率的1/N倍，负载谐振回路能获得(式中A代表方波的幅值)的正弦幅值，与工作于谐振点Fr附近的工作点相比较电路的等效Q值不高，负载变化对电路的工作状态影响较小，可以不使用频率跟踪等复杂的控制电路，即可获得较稳定的输出高压，进而获得稳定的灯输出功率。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1为现有技术中周期方波信号对应的幅频图；
图2为本实用新型实施例适用于DBD准分子UV灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中使用一个隔直电容的半桥方波驱动电路结构示意图；
图4为本实用新型实施例中使用两个隔直电容的半桥方波驱动电路结构示意图；
图5为本实用新型实施例中不使用隔直电容的全桥方波驱动电路结构示意图；
图6为本实用新型实施例中使用一个隔直电容的全桥方波驱动电路结构示意图；
图7为本实用新型实施例中DBD准分子UV光源负载电路部分的幅频特性扫描结果及工作区示意图；
图8为本实用新型实施例中N＝3的方波驱动阻尼正弦脉冲高压频率关系图；
图9为本实用新型实施例中N＝5的方波驱动阻尼正弦脉冲高压频率关系图；
图10为本实用新型实施例中N＝7的方波驱动阻尼正弦脉冲高压频率关系图；
图11为本实用新型实施例中N＝9的方波驱动阻尼正弦脉冲高压频率关系图；
图12为本实用新型实施例电源应用于150WDBD准分子UV灯的电路原理图；
图13为图12的实施例中N＝5时DBD准分子UV灯实测的驱动方波、阻尼正弦脉冲高压及微放电电流波形示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种适用于DBD准分子UV灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源，通过在方波的正半周和负半周形成以负载谐振回路谐振频率为周期的多个阻尼正弦振荡波，方波的正半周和负半周阻尼正弦第一个周波产生高压，其余的阻尼正弦振荡波用于脉冲间的时间间隔，从而形成较短的上升和下降边沿以及较长的脉冲时间间隔，满足DBD准分子UV灯的高效驱动要求。
本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：
传统的DBD准分子UV光源的驱动有几种方式，以脉冲高压和正弦波高压较为常见，鉴于DBD的电学特性为容性负载，而高频高压较难在容性负载上实现，要实现高效激励DBD准分子光源，就要采用脉冲状高压(上升沿，下降沿的dV/dt数值尽可能大)，且脉冲间要有时间间隔的驱动方式，但常规电路要同时满足这些条件电路结构较复杂，成本高。
而DBD准分子UV光源与升压变压器以及连接线等组成的负载侧，具有谐振特性，充分利用好这种谐振特性就有可能用简单的电路结构，实现DBD准分子光源的驱动脉冲dv/dt尽可能大，且脉冲间具有时间间隔的要求。
方波(50％占空比)的傅里叶级数可以展开为：
其中，Am为方波的振幅，则基波的振幅为4/π×Am，相应的各高次谐波的振幅为(N＝1，3，5，7，9，…)。
由傅里叶频谱分析可知，周期性方波可以由基波、3次谐波、5次谐波、7次谐波、9次谐波等高次谐波为周期，幅值按基波单位1，各高次谐波(3，5，7，9等)为基波幅值的(1/3，1/5，1/7，1/9等)组成，也就是周期性方波含有各奇次高频谐波，且幅值为基波的1/N)，如图1所示。
利用方波所含有的各次高频谐波的特性，结合DBD准分子光源与升压变压器以及连接线等组成的负载回路具有的谐振特性，选择适当的方波频率让DBD准分子光源与升压变压器以及连接线等组成的负载谐振于方波(方波的频率仅为负载网络谐振频率的1/N)某次谐波附近，由于DBD准分子负载网络谐振点高于方波频率的N倍，周期仅为方波周期的1/N倍，周期减小则提高dv/dt的数值，且在方波的上下两个半周期内呈现阻尼正弦振荡，方波的正半周和负半周阻尼正弦振荡的第一个脉冲产生高压，用于击穿DBD形成放电，而后续的阻尼脉冲形成的高压脉冲间的时间间隔，从而满足高效驱动DBD准分子光源的需求。
实施例
本实施例提供一种适用于DBD准分子UV灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源，如图2所示，包括：
方波驱动电路，与方波驱动供电电源(电源电压范围为12VDC-800VDC)连接，用于将方波驱动供电电源转化为方波输出。
升压变压器T1，所述升压变压器T1的高压侧(3，5)于与DBD准分子UV灯连接(Cd代表介质电容(DielectricCapacitor)；Cg代表气隙电容(GasCapacitor)；Vth代表阈值电压(Thresholdvoltage)，即气体放电击穿电压)，所述升压变压器T1的低压侧(1，2)与所述方波驱动电路连接；所述升压变压器T1与所述DBD准分子UV灯形成负载谐振回路(当方波驱动电路通过隔直电容C与升压变压器T1连接时，负载谐振回路包括隔直电容C、升压变压器T1以及DBD准分子UV灯；方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源包括方波驱动电路、隔直电容C以及升压变压器T1)。
所述方波输出的频率为负载谐振回路的谐振频率的1/N倍(2.5≤N≤20，且可以不是整数；当负载谐振回路的谐振点数量大于一个时，取最高的谐振点对应的频率作为谐振频率)，从而在方波的正半周和负半周形成以所述DBD负载的谐振频率为周期的N个阻尼正弦振荡波，方波的正半周和负半周阻尼正弦振荡的第一个周波产生的高压用于击穿DBD形成放电，其余的阻尼正弦振荡波用于脉冲间的时间间隔，以形成较短的上升和下降边沿和较长的脉冲时间间隔，满足DBD准分子UV光源的高效驱动要求。
所述方波驱动电路由图3和图4所示的两种半桥电路结构或者由图5和图6所示的两种全桥电路结构中的任一种产生。
图3示意了使用一个隔直电容的半桥方波驱动电路，包括：
一半桥控制电路；
场效应管Q1和场效应管Q2，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与所述半桥驱动电路连接，所述场效应管Q1的漏极与方波驱动供电电源的正极(V+)连接，所述场效应管Q2的源极与方波驱动供电电源的负极(V-)连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端(1)通过隔直电容C1与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接；低压侧的第二端(2)与方波驱动供电电源的负极(V-)连接。
图4示意了使用两个隔直电容的半桥方波驱动电路，包括：
一半桥控制电路；
场效应管Q1和场效应管Q2，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与所述半桥驱动电路连接，所述场效应管Q1的漏极与方波驱动供电电源的正极(V+)连接，所述场效应管Q2的源极与方波驱动供电电源的负极(V-)连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端(1)与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接；低压侧的第二端(2)通过隔直电容C1与方波驱动供电电源的正极(V+)连接，并通过隔直电容C2与方波驱动供电电源的负极(V-)连接。
图5示意了不使用隔直电容的全桥方波驱动电路，包括：
两个半桥控制电路；
场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与一半桥控制电路连接，所述场效应管Q3和场效应管Q4的栅极均分别与另一半桥控制电路连接；所述场效应管Q1和场效应管Q3的漏极均与方波驱动供电电源的正极(V+)连接，所述场效应管Q2和场效应管Q4的源极与方波驱动供电电源的负极(V-)连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端(1)与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接，低压侧的第二端(2)与场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极连接。
图6示意了使用一个隔直电容的全桥方波驱动电路，包括：
两个半桥控制电路；
场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与一半桥控制电路连接，所述场效应管Q3和场效应管Q4的栅极均分别与另一半桥控制电路连接；所述场效应管Q1和场效应管Q3的漏极均与方波驱动供电电源的正极(V+)连接，所述场效应管Q2和场效应管Q4的源极与方波驱动供电电源的负极(V-)连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端(1)通过隔直电容C1与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接，低压侧的第二端(2)与场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极连接。
采用半桥或全桥电路产生方波，能适应的功率范围大，尤其适合高功率应用场景。经由隔直电容(图5的全桥电路不用)接至升压变压器T1的低压绕组，升压变压器T1的高压绕组接至DBD准分子UV灯组成谐振网络。由于不使用独立的电感(做为限流或者阻抗匹配)而是采用升压变压器的漏感来工作，简化了电路结构。
在一具体实施例中，驱动方波频率的选择原理参见图7。如图2中以隔直电容C、升压变压器T1、DBD准分子UV灯组成的负载谐振回路所形成的谐振频点(Fr)＝135.14KHz为例(Fr谐振频点采用常规计算、软件仿真或者实测获得)，扫频范围为0-200KHz，根据电路工作状态的不同可以分为4个区域:
4区：Fw(方波的工作频率)>Fr；该区域为常规正弦振荡工作区，负载谐振回路呈感性，方波驱动电路能实现软开关，随着选用频率的提高，du/dv逐渐提高，但高压脉冲的时间间隔太短，DBD准分子UV灯内无足够时间进行等离子体的复合，光源辐射效率低。且方波的工作频率大于负载谐振回路的谐振点，距谐振点较近时等效的电路Q值较高，高压输出幅值受外围参数影响较大，电路输出功率不稳定，要提高输出高压和功率的稳定度要依赖锁相环进行方波频率对负载谐振频率的跟踪，电路结构复杂，成本较高。
3区：(Fr/2.5＝54.056KHz)<Fw(方波的工作频率)<(Fr＝135.14KHz)；该区域负载谐振回路呈容性，方波驱动电路无法实现软开关，开关器件损耗太大，无法工作。
2区：14KHz<Fw(方波的工作频率)<(Fr/2.5＝54.056KHz)；该区域为本实施例的阻尼正弦工作区域，选择适当的N(比如N＝3，5，7，9)，即可得到方波的工作频率Fw＝Fr/N＝45.04KHz，27.028KHz，19.306KHz，15.016KHz(对应N＝3，5，7，9)。
1区：Fw(方波的工作频率)<14KHz；由于20Hz-14KHz为人耳能听到的声频范围，因此为避免噪声不宜工作在该区域，且该区域接近以隔直电容、升压变压器、DBD准分子UV灯组成的负载谐振回路所形成的另一个低端谐振点，也应避免太接近，以免电路工作不稳定。
因此，所述N的取值通过半桥方波驱动电路或全桥方波驱动电路的参数设置(比如型号为L6599的半桥控制IC电路的外围元件)改变工作频率来调节，且N的取值满足方波输出的频率范围为14KHz-500KHz时，可以避免噪声且满足电路正常工作要求。
当通过适当选择N使方波频率在阻尼正弦工作区域时，DBD准分子UV光源获得较陡的dv/dt(N倍)的脉冲边沿，且在正负高压脉冲之间有高压较低的阻尼正弦脉冲形成时间间隔，有利于提供DBD负载所特有的粒子状态恢复时间(在这一阶段流经DBD负载的电流接近零)，因此可以同时满足脉冲高压边沿高dv/dt且具有脉冲间的时间间隔这两个要求，使得DBD准分子UV光源的激励效率提高30％-50％。
虽然N的选择可以根据实际需求在2.5-20内灵活设置，但是发明人发现N为奇数时能获得较佳的方波驱动与阻尼正弦脉冲高压的时间关系。比如图8至图11分别展示了N＝3，5，7，9时的方波驱动阻尼正弦脉冲高压的方波与隔直电容，升压变压器以及DBD准分子UV灯组成的负载谐振回路的频率关系。
如图12所示，为一具体实施例150WDBD准分子UV灯电源的电路原理图：
M1模块120-277Vac交流电源输入，EMI滤波电路
M2模块PFC功率因数校正
M3模块方波振荡及功率输出
M4模块隔直电容、升压变压器、DBD准分子UV灯组成的负载谐振回路
M5模块PFC功率因数控制电路
M6模块内部辅助电源供给
电路元件参数确定及电路控制的具体实现步骤可以如下，其中电路元件标号参见图13：
1、离线测量出DBD准分子UV灯在未放电时的介质电容Cd、气隙等效电容Cg的串联值，以及介质阻挡放电灯的放电维持电压Vth；
2、根据方波电压幅值乘上4/π得到基波幅值，再将基波幅值乘上(1/N)得到第N次谐波的幅值，谐振回路的品质因数取Q＝5，计算再考虑介质阻挡放电灯的放电维持电压Vth的大小情况(通常为2000V)，确定变压器低压绕组和高压绕圈的匝数比；
3、根据升压变压器的匝数比以及绕组的电感值，漏感值等参数，以及DBD准分子UV灯的Cd和Cg，采用计算或软件仿真的方式确定由隔直电容，升压变压器，DBD准分子UV灯组成的负载谐振回路的谐振点频率Fr，参见图7；
4、依据得出的负载谐振回路的谐振点频率Fr，并选定所采用的谐波次数N，最后确定方波的工作频率＝Fr/N。
根据上述的设计原则，下面给出了一组电路典型参数：
直流电压DC：450V；电容C1：0.22uF；升压变压器T1的匝比＝1：10，低压侧电感量＝1200uH，漏感＝130uH，高压绕组电感量＝90mH；DBD准分子UV灯Cd串联Cg＝81pF，负载谐振回路的谐振点Fr＝135.14KHz(灯未放电)灯放电后气隙电容被Vth取代，等效电容加大，负载谐振回路的谐振点降至111.11KHz，此时的方波工作频率在27.028KHz。
(N＝111.11KHz/27.028KHz＝4.11)
在这组参数下电路工作波形如图13所示，具体说明如下:
通道CH2500V/DIV为频率27.028KHz方波；
通道CH12A/DIV为DBD准分子UV灯的灯电流波形脉冲电流幅值＝6A左右；
通道CH42KV/DIV为DBD准分子UV灯的灯电压波形脉冲电压峰值＝5KV左右；
X轴时基10us/DIV；
DBD准分子UV灯的输入功率＝158W。
本实用新型通过适当选择N使方波工作频率在阻尼正弦振荡区域时，方波的正半周和负半周阻尼正弦的第一个周波产生高压使DBD准分子UV灯获得较陡的dv/dt(N倍)的脉冲边沿，且在正负高压脉冲之间有高压较低的阻尼正弦脉冲形成时间间隔，有利于提供DBD负载所特有的粒子状态恢复时间(在这一阶段流经DBD负载的电流接近零)，因此可以同时满足脉冲高压边沿高dv/dt且具有脉冲间的时间间隔这两个要求，使得DBD准分子UV光源的激励效率提高30％-50％。由于不使用独立的电感(做为限流或者阻抗匹配)，而是仅采用升压变压器的漏感参与谐振，谐振网络电感量减小能有效提高灯负载谐振频点，有利于提高脉冲边沿的dv/dt，且电路效率高，同时简化了电路结构，元件数量少，性价比高。通过采用方波输出的频率为负载谐振回路的谐振频率的1/N倍这种工作方式，升压变压器绕组流过的电流为负载谐振回路频率为周期的阻尼振荡电流，与工作于非谐振式的电感负载升压变压器的电流相比更小，限流需要的绕组电感量较小，相应的匝数较少，升压变压器的温升较低，效率提高。输出高压幅值的稳定度提高：由于方波的工作频率仅为负载谐振回路谐振点频率的1/N倍，负载谐振回路能获得 (式中A代表方波的幅值)的正弦幅值，与工作于谐振点Fr附近的工作点相比较电路的等效Q值不高，负载变化对电路的工作状态影响较小，可以不使用频率跟踪等复杂的控制电路，即可获得较稳定的输出高压，进而获得稳定的灯输出功率。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
Claims (4)
1.一种适用于DBD准分子UV灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源，其特征在于，包括：
方波驱动电路，与方波驱动供电电源连接，用于将方波驱动供电电源转化为方波输出；
升压变压器，所述升压变压器的高压侧于与DBD准分子UV灯连接，所述升压变压器的低压侧与所述方波驱动电路连接；所述升压变压器与所述DBD准分子UV灯形成负载谐振回路；
所述方波输出的频率为负载谐振回路的谐振频率的1/N倍，从而在方波的正半周和负半周形成以所述负载谐振回路的谐振频率为周期的N个阻尼正弦振荡波，方波的正半周和负半周阻尼正弦振荡的第一个周波产生的高压用于击穿DBD形成放电，其余的阻尼正弦振荡波用于脉冲间的时间间隔，其中2.5≤N≤20，且N可以不是整数；当负载谐振回路的谐振点数量大于一个时，取最高的谐振点对应的频率作为谐振频率；
其中，所述方波驱动电路为：
使用一个隔直电容的半桥方波驱动电路，包括：
一半桥控制电路；
场效应管Q1和场效应管Q2，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与所述半桥控制电路连接，所述场效应管Q1的漏极与方波驱动供电电源的正极连接，所述场效应管Q2的源极与方波驱动供电电源的负极连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端通过隔直电容C1与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接；低压侧的第二端与方波驱动供电电源的负极连接；或，
使用两个隔直电容的半桥方波驱动电路，包括：
一半桥控制电路；
场效应管Q1和场效应管Q2，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与所述半桥控制电路连接，所述场效应管Q1的漏极与方波驱动供电电源的正极连接，所述场效应管Q2的源极与方波驱动供电电源的负极连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接；低压侧的第二端通过隔直电容C1与方波驱动供电电源的正极连接，并通过隔直电容C2与方波驱动供电电源的负极连接；或，
不使用隔直电容的全桥方波驱动电路，包括：
两个半桥控制电路；
场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与一半桥控制电路连接，所述场效应管Q3和场效应管Q4的栅极均分别与另一半桥控制电路连接；所述场效应管Q1和场效应管Q3的漏极均与方波驱动供电电源的正极连接，所述场效应管Q2和场效应管Q4的源极与方波驱动供电电源的负极连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接，低压侧的第二端与场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极连接；或，
使用一个隔直电容的全桥方波驱动电路，包括：
两个半桥控制电路；
场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4，所述场效应管Q1和场效应管Q2的栅极均分别与一半桥控制电路连接，所述场效应管Q3和场效应管Q4的栅极均分别与另一半桥控制电路连接；所述场效应管Q1和场效应管Q3的漏极均与方波驱动供电电源的正极连接，所述场效应管Q2和场效应管Q4的源极与方波驱动供电电源的负极连接；
升压变压器T1，低压侧的第一端通过隔直电容C1与场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极连接，低压侧的第二端与场效应管Q3的源极和场效应管Q4的漏极连接。
2.根据权利要求1所述的电源，其特征在于：
所述升压变压器T1通过隔直电容与所述方波驱动电路连接时，所述负载谐振回路还包括隔直电容。
3.根据权利要求1所述的电源，其特征在于：所述N的取值通过半桥方波驱动电路或全桥方波驱动电路的参数设置，且所述N的取值满足方波输出的频率范围为14KHz-500KHz。
4.根据权利要求1所述的电源，其特征在于：所述方波驱动供电电源的电压范围为12VDC-800VDC。
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| CN202321252351.2U CN219876183U (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 适用于dbd准分子uv灯的方波驱动阻尼正弦脉冲高压电源 |
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