專利名稱：一種基于恒功率充電系統(tǒng)的液相脈沖等離子體電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高功率脈沖技術，特別是指一種基于恒功率充電系統(tǒng)的液相脈沖 等離子體電源，屬于脈沖電源領域。
背景技術：
目前，液相脈沖等離子體電源技術普遍采用電容儲能的形式壓縮能量，通過火花 開關，或大功率半導體開關，或磁開關將電能在短時間內(nèi)釋放。儲能電容前端的充電系統(tǒng)一 般采用單相或三相變壓器升壓，經(jīng)過全橋整流器向電容充電，此種充電系統(tǒng)不僅電源效率 較低(單相約70%，三相約90% )，充電時間較長，能耗較大，而且設備體積龐大，成本貴。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種成本低、操作方便的基于恒功率充電系統(tǒng)的液相脈沖等離子 體電源。一種基于恒功率充電系統(tǒng)的液相脈沖等離子體電源，包括三相整流器、濾波器、 IGBT變換電路、IGBT控制電路、LC諧振電路、升壓變壓器、全橋高壓整流器、限流電感、高壓 分壓器、脈沖儲能電容、可控硅開關、續(xù)流二極管、輸出電纜、輸出控制電路、CPU控制電路和 人機界面。其中三相整流器、濾波器、IGBT變換電路、LC諧振電路、升壓變壓器、全橋高壓整 流器、限流電感、高壓分壓器、脈沖儲能電容、續(xù)流二極管、可控硅開關和輸出電纜依次相 連；CPU控制電路一路與IGBT控制電路相連，一路與輸出控制電路相連；IGBT控制電 路與IGBT變換電路相連，控制IGBT的開通和關斷；輸出控制電路與可控硅開關相連，控制 可控硅開關的觸發(fā)；人機界面包括鍵盤控制和運行參數(shù)的顯示。所述的濾波器為低通濾波器，由一個電感和一個電容組成，電感串聯(lián)在三相整流 器和IGBT變換電路之間的連路上，電容和IGBT變換電路并聯(lián)。所述的IGBT變換電路由四只IGBT組成，均由IGBT控制電路進行驅(qū)動。所述的LC諧振電路由一個電感和一個電容串聯(lián)組成。所述的全橋高壓整流器并聯(lián)有一個高壓分壓器，所述的高壓分壓器所在的支路一 端連接在全橋高壓整流器與脈沖儲能電容的連路上，一端接地，高壓分壓器由大電阻和小 電阻串聯(lián)組成。所述的全橋高壓整流器與脈沖儲能電容之間的連接線上串聯(lián)有一個限流電感。所述的脈沖儲能電容可由一個或多個低感固態(tài)脈沖儲能電容串并聯(lián)構(gòu)成。所述的可控硅開關可由一支可控硅組成或多支可控硅串聯(lián)組成，均由輸出控制電 路進行觸發(fā)。所述的續(xù)流二極管可由一支二極管組成或多支二極管串聯(lián)組成。[0016]所述的全橋高壓整流器正端通過限流電感連接在可控硅開關陽極與脈沖儲能電 容的連路上，可控硅開關的陽極與續(xù)流二極管的負端輸出端相連，產(chǎn)生正極性高壓脈沖輸
出ο所述的全橋高壓整流器負端通過限流電感連接在可控硅開關陰極與脈沖儲能電 容的連路上，可控硅開關的陰極與續(xù)流二極管的正端輸出端相連，產(chǎn)生負極性高壓脈沖輸
出ο所述的輸出電纜可為同軸電纜，也可為其他高壓電纜。所述的CPU控制電路通過高壓分壓器對脈沖儲能電容上的電壓進行實時采樣；根 據(jù)采樣信號，CPU控制電路通過IGBT控制電路控制IGBT變換電路的開通和關斷，同時通過 輸出控制電路控制可控硅開關的觸發(fā)。所述的人機界面(顯示器和鍵盤)與CPU控制電路相連，控制電源的開停機、運行 參數(shù)的顯示和調(diào)整。本實用新型工作過程如下三相交流電經(jīng)過三相整流器和濾波器形成直流電壓， 再經(jīng)過IGBT變換電路、LC諧振電路形成高頻交流電壓，通過升壓變壓器后，輸入全橋高壓 整流器，形成直流高壓，通過限流電感對脈沖儲能電容進行充電。充電完成后，輸出控制電 路觸發(fā)可控硅開關，開關導通后，高壓脈沖通過輸出電纜加載到液相負載上，形成液相等離 子體。IGBT的開通和關斷、可控硅開關的觸發(fā)都由CPU控制電路通過高壓分壓器上的采樣 信號進行控制。電源的開停機、運行參數(shù)的顯示和調(diào)整都通過與CPU控制電路相連的人機 界面(顯示器和鍵盤)進行顯示和操作。本實用新型的電源裝置不僅采用全固態(tài)開關器件，而且采用恒功率充電系統(tǒng)，電 源效率得到提高(> 90% )，減小了設備體積，壓縮了成本。同時人性化，智能化的控制系 統(tǒng)和人機界面使得電源操作更為方便，更為實用。

圖1為本實用新型一種實施方式產(chǎn)生正高壓脈沖輸出的電路圖；圖2為本實用新型另一種實施方式產(chǎn)生負高壓脈沖輸出的電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型基于恒功率充電系統(tǒng)的液相脈沖等離子體電源，包括三 相整流器1、濾波器2、IGBT變換電路3、LC諧振電路4、升壓變壓器6、全橋高壓整流器7、限 流電感8、高壓分壓器9、脈沖儲能電容10、續(xù)流二極管12、可控硅開關11和輸出電纜16依 次相連。CPU控制電路14的一路與IGBT控制電路5相連，一路與輸出控制電路13相連，一 路與高壓分壓器9相連，另一路與人機界面15相連。IGBT控制電路5與IGBT變換電路3相連；輸出控制電路13與可控硅開關11相 連；人機界面15包括鍵盤控制和運行參數(shù)的顯示。三相整流器1 一端與三相電輸入端相連，另一端通過濾波器2與IGBT變換電路3 相連。濾波器2為低通濾波器，由一個電感和一個電容組成，電感串聯(lián)在三相整流器1和
4IGBT變換電路3的連接線上，電容與IGBT變換電路3并聯(lián)，防止過大的電流脈沖對IGBT變 換電路3的沖擊。IGBT變換電路3與升壓變壓器6之間串有一個LC諧振電路4 ；高壓分壓器9與脈 沖儲能電容10并聯(lián)，高壓分壓器9由大電阻與小電阻串聯(lián)組成，大電阻一端連接在限流電 感8與脈沖儲能電容10的連接線上，另一端連接在小電阻與CPU控制電路14的連接線上， 小電阻另一端接地。CPU控制電路14通過高壓分壓器9對脈沖儲能電容10的電壓進行實時采樣，根據(jù) 采樣信號，通過IGBT控制電路5控制IGBT變換電路3的工作狀態(tài)，同時通過輸出控制電路 13控制可控硅開關11的觸發(fā)。全橋高壓整流器7和高壓分壓器9的連路上串聯(lián)一個限流電感8，用于限制過大的 電流脈沖對脈沖儲能電容10的沖擊。脈沖儲能電容10 —端連接在高壓分壓器9與續(xù)流二極管12的連路上，另一端接 地；續(xù)流二極管12與脈沖儲能電容10并聯(lián)，一端連接在脈沖儲能電容10與可控硅開關11 的連接線上，另一端與脈沖儲能電容10的接地極相連?？煽毓栝_關11可由一支可控硅組成或多支可控硅串聯(lián)組成；續(xù)流二極管12可由 一支二極管組成或多支二極管串聯(lián)組成；輸出電纜16可為同軸電纜，也可為其他高壓電 纜，輸入端一路連接在可控硅開關11輸出上，另一路與脈沖儲能電容10的接地極相連。結(jié)合圖1，利用本實用新型產(chǎn)生正高壓脈沖輸出的過程為三相交流電經(jīng)過三相整流器1形成直流電壓，直流電壓經(jīng)過濾波器2，輸入IGBT變 換電路3和LC諧振電路4，形成高頻交流電壓，通過升壓變壓器6后，輸入全橋高壓整流器 7，形成直流高壓，直流高壓通過限流電感8對脈沖儲能電容10進行充電。充電完成后，輸 出控制電路13觸發(fā)可控硅開關11，開關導通后，高壓脈沖通過輸出電纜16加載到液相負 載上，形成液相等離子體。CPU控制電路14通過高壓分壓器9對脈沖儲能電容10上的電 壓進行實時采樣；根據(jù)采樣信號，CPU控制電路14通過IGBT控制電路5控制IGBT變換電 路3的開通和關斷，同時通過輸出控制電路13控制可控硅開關11的觸發(fā)；電源的開停機、 運行參數(shù)的顯示和調(diào)整都通過與CPU控制電路14相連的人機界面15 (顯示器和鍵盤)進 行顯示和操作。參見圖2，利用為本實用新型產(chǎn)生負高壓脈沖輸出時，基本原理與圖1相同，主要 不同在于全橋高壓整流器7通過限流電感8連接到可控硅開關11的陰極，可控硅開關11 的陰極與續(xù)流二極管12的正端連接，三相交流電經(jīng)過三相整流器1形成直流電壓，直流電 壓經(jīng)過濾波器2，輸入IGBT變換電路3和LC諧振電路4，形成高頻交流電壓，通過升壓變壓 器6后，輸入全橋高壓整流器7，形成直流高壓，直流高壓通過限流電感8對脈沖儲能電容 10進行充電。充電完成后，輸出控制電路13觸發(fā)可控硅開關11，開關導通后，高壓脈沖通 過輸出電纜16加載到液相負載上，形成液相等離子體。CPU控制電路14通過高壓分壓器9 對脈沖儲能電容10上的電壓進行實時采樣；根據(jù)采樣信號，CPU控制電路14通過IGBT控 制電路5控制IGBT變換電路3的開通和關斷，同時通過輸出控制電路13控制可控硅開關 11的觸發(fā)；電源的開停機、運行參數(shù)的顯示和調(diào)整都通過與CPU控制電路14相連的人機界 面15 (顯示器和鍵盤)進行顯示和操作。
權利要求一種基于恒功率充電系統(tǒng)的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，包括依次相連的三相整流器(1)、濾波器(2)、IGBT變換電路(3)、LC諧振電路(4)、升壓變壓器(6)、全橋高壓整流器(7)、限流電感(8)、高壓分壓器(9)、脈沖儲能電容(10)、續(xù)流二極管(12)、可控硅開關(11)和輸出電纜(16)；設有CPU控制電路(14)以及分別與CPU控制電路(14)相連的IGBT控制電路(5)、輸出控制電路(13)和人機界面(15)；所述的高壓分壓器(9)與CPU控制電路(14)相連；所述的IGBT控制電路(5)與IGBT變換電路(3)相連；所述的輸出控制電路(13)與可控硅開關(11)相連。
2.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，所述的濾波器(2)由一個 電感和一個電容組成，電感串聯(lián)在三相整流器(1)和IGBT變換電路(3)的連接線上，電容 與IGBT變換電路(3)并聯(lián)。
3.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，所述的IGBT變換電路 ⑶由四只IGBT組成，均由IGBT控制電路(5)進行驅(qū)動。
4.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，所述的限流電感⑶串聯(lián) 在全橋高壓整流器(7)與脈沖儲能電容(10)之間的連接線，所述的高壓分壓器(9)與全橋 高壓整流器(7)并聯(lián)。
5.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，所述的高壓分壓器(9)所 在的支路一端連接在全橋高壓整流器(7)與脈沖儲能電容(10)的連路上，另一端接地。
6.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，所述的可控硅開關(11) 由一支可控硅組成或多支可控硅串聯(lián)組成，均由輸出控制電路(13)進行觸發(fā)。
7.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，所述的續(xù)流二極管(12) 由一支二極管組成或多支二極管串聯(lián)組成。
8.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，當輸出為正極性高壓脈 沖時，全橋高壓整流器(7)正端通過限流電感⑶連接在可控硅開關(11)陽極與脈沖儲能 電容(10)的連路上，可控硅開關(11)的陽極與續(xù)流二極管(12)的負端輸出端相連。
9.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，當輸出為負極性高壓脈 沖時，全橋高壓整流器(7)負端通過限流電感⑶連接在可控硅開關(11)陰極與脈沖儲能 電容(10)的連路上，可控硅開關(11)的陰極與續(xù)流二極管(12)的正端輸出端相連。
10.如權利要求1所述的液相脈沖等離子體電源，其特征在于，所述的CPU控制電路 (14)通過高壓分壓器(9)對脈沖儲能電容(10)上的電壓進行實時采樣；根據(jù)采樣信號， CPU控制電路(14)通過IGBT控制電路(5)控制IGBT變換電路(3)的開通和關斷，同時通 過輸出控制電路(13)控制可控硅開關(11)的觸發(fā)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于恒功率充電系統(tǒng)的液相脈沖等離子體電源，包括三相整流器、濾波器、IGBT變換電路、IGBT控制電路、LC諧振電路、升壓變壓器、全橋高壓整流器、限流電感、高壓分壓器、脈沖儲能電容、可控硅開關、續(xù)流二極管、輸出電纜、輸出控制電路、CPU控制電路和人機界面。CPU控制電路一路與IGBT控制電路相連，一路與輸出控制電路相連；IGBT控制電路與IGBT變換電路相連，控制IGBT的開通和關斷；輸出控制電路與可控硅開關相連，控制可控硅開關的觸發(fā)。本實用新型的電源裝置不僅采用全固態(tài)開關器件，而且采用恒功率充電系統(tǒng)，電源效率得到提高(＞90％)，減小了設備體積，壓縮了成本。
文檔編號H02M9/02GK201656806SQ20102013903
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者王揆洋, 王榮華, 閆克平, 黃逸凡 申請人:浙江大學