專(zhuān)利名稱：一種功率可調(diào)的多頻準(zhǔn)諧振臭氧發(fā)生器電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及臭氧的制備裝置，具體涉及放電法制備臭氧的電源。
背景技術(shù)：
工業(yè)上采用介質(zhì)阻擋放電法制備臭氧都會(huì)使用臭氧發(fā)生器電源，其工作原理為，在臭氧制備裝置上施加交變的高壓，當(dāng)電壓高于或等于裝置的放電維持電壓時(shí)，臭氧制備裝置的氣隙被擊穿即產(chǎn)生臭氧。因此，臭氧發(fā)生器電源的設(shè)計(jì)直接影響臭氧制備的效率。目前的臭氧發(fā)生器電源采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括正激式、反激式、推挽式、半橋、串聯(lián)諧振等。然而正激式、反激式、推挽式拓?fù)潆娐冯m然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但是輸出功率受限制，僅能應(yīng)用于小功率臭氧發(fā)生器電源；而半橋式拓?fù)潆娐份敵龉β瘦^前幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都要高，但是單位周期內(nèi)，只有半個(gè)周期能輸出能量，因此效率較低；串聯(lián)諧振拓?fù)潆娐冯m然效率較高，輸 出功率大，但是其輸出電壓從零電壓上升至放電電壓所需時(shí)間較長(zhǎng)，而且其輸出功率不能夠通過(guò)調(diào)節(jié)功率開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)，因此應(yīng)用時(shí)受一定限制。2009年5月17日，在電力電子和運(yùn)動(dòng)控制會(huì)議上公開(kāi)了一篇名為“Dual High Frequency Quasi-Resonant Inverter Circuitby Using Power MOSFET for Induction Heating，，(作者Yusuke Ishimaru, Kazuo Oka,Kazuki Sasou, Kouki Matsuse, Masayoshi Tsukahara)的論文，介紹了一種用于感應(yīng)加熱的雙頻準(zhǔn)諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源電路，該電路利用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可產(chǎn)生于2種不同諧振頻率，具有工作頻率高，電壓上升時(shí)間快，輸出功率大的特點(diǎn)，但是，該電路雖然能夠克服之前所述拓?fù)潆娐反嬖诘娜秉c(diǎn)，但是其輸出功率不可調(diào)，且效率不高。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種改進(jìn)的臭氧發(fā)生器電源，該電源具有功率可調(diào)且高效的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種功率可調(diào)的多頻準(zhǔn)諧振臭氧發(fā)生器電源，它具有軟開(kāi)關(guān)雙頻逆變電路，該電路由如置半橋開(kāi)關(guān)電路、后置半橋開(kāi)關(guān)電路和連接在所述兩半橋開(kāi)關(guān)電路節(jié)點(diǎn)上的串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路組成，其特征在于，串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路上還串聯(lián)一可控電容的單元電路，該單元電路由一只附加諧振電容和兩只單向開(kāi)關(guān)元件組成，其中，所述的兩只單向開(kāi)關(guān)元件相反并聯(lián)。為了提高開(kāi)關(guān)速度，進(jìn)一步降低功耗，本實(shí)用新型所述的臭氧發(fā)生器電源，其中所述的單向開(kāi)關(guān)元件是在N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與源極回路中同向串聯(lián)一快恢復(fù)功率二極管構(gòu)成。本實(shí)用新型所述的臭氧發(fā)生器電源，由于在串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路中串聯(lián)了可控電容的單元電路，因此配以常規(guī)的控制電路可控制所述單向開(kāi)關(guān)元件使所述的附加諧振電容接入或短路，從而在由前置半橋開(kāi)關(guān)電路和后置半橋開(kāi)關(guān)電路組成的逆變開(kāi)關(guān)在一個(gè)工作周期內(nèi)，所述的串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路可獲得多種不同的諧振頻率，以快速升高輸出電壓，且該輸出電壓可長(zhǎng)時(shí)間高于或等于放電電壓，顯著提高臭氧發(fā)生器的工作效率。此外，本實(shí)用新型還可通過(guò)改變所述單向開(kāi)關(guān)元件的通斷的時(shí)長(zhǎng)來(lái)控制附加諧振電容接入時(shí)間的長(zhǎng)短，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出功率大小。

圖I為本實(shí)用新型 所述的功率可調(diào)的多頻準(zhǔn)諧振臭氧發(fā)生器電源一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖；圖2為圖I的等效電原理圖；圖3為圖2所示的電路在前半工作周期各模態(tài)的等效電原理圖；圖4為圖2所示的電路在前半工作周期各模態(tài)下主要功率器件的電壓和電流波形圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，圖I所示為本實(shí)用新型所述的一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖，圖中，Q1 Q6為大電流N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管，D1 D6為功率型快恢復(fù)二極管，C1和C2為無(wú)極性高壓電容，電容Cd、Cg和雙向穩(wěn)壓管Dz為臭氧制備裝置的等效電路，T為變壓器。參見(jiàn)圖1，圖中Ue為直流輸入電源，場(chǎng)效應(yīng)管Q1和Q2，二極管D1和D2構(gòu)成所述前置半橋開(kāi)關(guān)電路，場(chǎng)效應(yīng)管Q3和Q4, 二極管D3和D4構(gòu)成所述后置半橋開(kāi)關(guān)電路；變壓器T和串聯(lián)在其初級(jí)上的電容C2、電感L1以及串聯(lián)在其次級(jí)回路中的等效電容Cd、Cg構(gòu)成所述串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路；場(chǎng)效應(yīng)管Q5與串聯(lián)在其漏極與源極回路中的二極管D5構(gòu)成單向開(kāi)關(guān)元件，場(chǎng)效應(yīng)管Q6與串聯(lián)在其漏極與源極回路中的二極管D6構(gòu)成另一單向開(kāi)關(guān)元件，所述的兩單向開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)于電容C1上構(gòu)成可控電容的單元電路；所述的串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路與所述的可控電容的單元電路串聯(lián)后再跨接于前置半橋開(kāi)關(guān)電路的節(jié)點(diǎn)與后置半橋開(kāi)關(guān)電路的節(jié)點(diǎn)之間。為了便于描述，以下將圖I中變壓器T的次級(jí)電路均等效耦合至原邊，所得到的等效電路如圖2所示。參見(jiàn)圖3和圖4，當(dāng)電源工作時(shí)，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電源電路依次工作在12個(gè)工作模態(tài)，電源電路在穩(wěn)態(tài)時(shí)循環(huán)工作于所述的12個(gè)工作模態(tài)，電路在正半周期6個(gè)工作模態(tài)，即模態(tài)I 模態(tài)6時(shí)的電源等效電路如圖3a 圖3f所示，功率器件的電壓電流波形如4所示。所述的12個(gè)工作模態(tài)過(guò)程如下模態(tài)l[t0 tj :在tQ時(shí)刻，場(chǎng)效應(yīng)管％、Q4、Q5導(dǎo)通，此時(shí)，由于電容C1兩端電壓不能突變，場(chǎng)效應(yīng)管Q5反向偏置，二極管D1，場(chǎng)效應(yīng)管Q1,電容C1,電感L1,電容Cdl，電容Cgi和場(chǎng)效應(yīng)管Q4構(gòu)成回路，電容C1XdlXgl和電感L1產(chǎn)生諧振，諧振頻率為f\，電容C1XdlXgI的兩端電壓迅速上升，電感L1電流Ip以較快速度上升，由于Q4導(dǎo)通，電容C2被短路；模態(tài)2[ti t2] ^t1時(shí)刻，電容C1升至0V，此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管Q5解除反向偏置，電容C1被短路，不參與諧振，此時(shí)二極管DpD5，場(chǎng)效應(yīng)管Qp Q5,電感L1,電容Cdl，電容Cgl與場(chǎng)效應(yīng)管Q4構(gòu)成回路，電容Cdl、Cgl和電感L1產(chǎn)生諧振，諧振頻率為f2，電容Cdl、Cgl的兩端電壓上升速度減慢，電感L1電流Ip上升速度變慢；模態(tài)3[t2 t3]:當(dāng)t2時(shí)刻，電容Cgl兩端電壓升至擊穿電壓Uz，臭氧發(fā)生器的氣隙被擊穿從而生產(chǎn)臭氧。此時(shí)雙向穩(wěn)壓管Dz導(dǎo)通，電容Cgl被短路，二極管D1，場(chǎng)效應(yīng)管QpQ5,電感L1,電容Cdl，雙向穩(wěn)壓管Dz和場(chǎng)效應(yīng)管Q4構(gòu)成回路，電容Cdl和電感L1產(chǎn)生諧振，諧振頻率為f3，電容Cdl和Cgl以較慢的速度開(kāi)始放電；模態(tài)4[t3 t4]:當(dāng)丨3時(shí)刻，控制Q5零電壓關(guān)斷，電容C1再次接入回路，與電容Cdl和電感L1產(chǎn)生諧振，諧振頻率為f4，電容C1開(kāi)始充電，流過(guò)回路的電流開(kāi)始以較快的速度減小;模態(tài)5[t4 t5]:控制場(chǎng)效應(yīng)管Q4在t4時(shí)刻零電壓關(guān)斷，D3此時(shí)導(dǎo)通，二極管DpD3，場(chǎng)效應(yīng)管Q1,電感L1,電容Cdl、C1, C2和雙向穩(wěn)壓管Dz構(gòu)成回路，電容C2開(kāi)始充電；模態(tài)6[t5 t6]:當(dāng)電容C2充滿且電容CdlJp Cgl上電荷完全釋放，控制場(chǎng)效應(yīng)管Q1零電流關(guān)斷，至正半周期結(jié)束；模態(tài)7[t6 t7]:當(dāng)&時(shí)刻，場(chǎng)效應(yīng)管％為為導(dǎo)通，由于電容(1兩端電壓不能突 變，場(chǎng)效應(yīng)管Q6反向偏置，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3，二極管D2,電容C:、C2、Cdl、Cgl，電感L1和場(chǎng)效應(yīng)管Q3構(gòu)成回路為電容C1反向充電，電容C2開(kāi)始放電，電容Cp Cdl, Cgl和電感L1產(chǎn)生諧振，諧振頻率為&電容Cp Cdl、Cgl的兩端電壓迅速上升，電感L1電流Ip以較快速度上升；模態(tài)8[t7 t8]:在t7時(shí)刻，電容C1兩端電壓達(dá)到0V，此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管Q6解除反向偏置，C1被短路，不參與諧振，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3, 二極管D2、D6,電容C2、Cdl、Cgl,電感L1和場(chǎng)效應(yīng)管Q3構(gòu)成回路，電容Cdl、Cgl和電感L1產(chǎn)生諧振，諧振頻率為f2，電容Cdl、Cgl的兩端電壓上升速度減慢，電感L1電流Ip上升速度變慢；模態(tài)9[t8 t9]:當(dāng)〖8時(shí)刻，電容Cgl兩端電壓升至擊穿電壓Uz，電容Cgl兩端電壓升至擊穿電壓Uz，臭氧發(fā)生器的氣隙被擊穿從而生產(chǎn)臭氧。此時(shí)雙向穩(wěn)壓管Dz導(dǎo)通，電容Cgl被短路，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3, 二極管D2、D6,電容C2、Cdl、Dz,電感L1和場(chǎng)效應(yīng)管Q3構(gòu)成回路，電容Cdl和電感L1產(chǎn)生諧振，諧振頻率為f3，電容Cdl和Cgl以較慢的速度開(kāi)始放電；模態(tài)10 [t9 tj :當(dāng)t9時(shí)刻，控制Q6零電壓關(guān)斷，D6也隨之截止，電容C1再次接入回路，與電容Cdl和電感L1產(chǎn)生諧振，諧振頻率為f4，電容C1開(kāi)始充電，流過(guò)回路的電流開(kāi)始以較快的速度減?。荒B(tài) tn]:電容Cgl的兩端電壓在t1(l時(shí)刻降至擊穿電壓Uz以下，電容Cgi再次被接入回路，電容Cp Cdl, Cgl和電感L1產(chǎn)生諧振，頻率為，至tn時(shí)刻，回路電流降至0，此時(shí)電容仏兩端電壓為-Ua ；模態(tài)12 [tn t12]:控制場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)刻零電壓關(guān)斷，至此，一個(gè)周期結(jié)束。由上面的描述可見(jiàn)，在一個(gè)周期內(nèi)電容C1被接入和短路兩次，從而使所述的串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路產(chǎn)生不同的諧振頻率，快速升高輸出電壓，且該輸出電壓可長(zhǎng)時(shí)間高于或等于臭氧發(fā)生器的放電電壓，可顯著提高臭氧發(fā)生器的工作效率。實(shí)際應(yīng)用中，還可根據(jù)臭氧制備量的大小，即負(fù)載大小，在模態(tài)4和模態(tài)10時(shí)，分別控制場(chǎng)效應(yīng)管Q5和Q6的占空比，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出功率的目的。
權(quán)利要求1.一種功率可調(diào)的多頻準(zhǔn)諧振臭氧發(fā)生器電源，它具有軟開(kāi)關(guān)雙頻逆變電路，該電路由前置半橋開(kāi)關(guān)電路、后置半橋開(kāi)關(guān)電路和連接在所述兩半橋開(kāi)關(guān)電路節(jié)點(diǎn)上的串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路組成，其特征在于，串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路上還串聯(lián)一可控電容的單元電路，該單元電路由一只附加諧振電容和兩只單向開(kāi)關(guān)元件組成，其中，所述的兩只單向開(kāi)關(guān)元件相反并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種功率可調(diào)的多頻準(zhǔn)諧振臭氧發(fā)生器電源，其特征在于，所述的單向開(kāi)關(guān)元件是在N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與源極回路中同向串聯(lián)一快恢復(fù)功率二極管構(gòu)成。
專(zhuān)利摘要一種功率可調(diào)的多頻準(zhǔn)諧振臭氧發(fā)生器電源，它具有軟開(kāi)關(guān)雙頻逆變電路，該電路由前置半橋開(kāi)關(guān)電路、后置半橋開(kāi)關(guān)電路和連接在所述兩半橋開(kāi)關(guān)電路節(jié)點(diǎn)上的串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路組成，其特征在于，串聯(lián)諧振式變壓器升壓電路上還串聯(lián)一可控電容的單元電路，該單元電路由一只附加諧振電容和兩只單向開(kāi)關(guān)元件組成，其中，所述的兩只單向開(kāi)關(guān)元件相反并聯(lián)。電源控制器通過(guò)交替控制兩單向開(kāi)關(guān)元件的占空比，來(lái)控制附加諧振電容參與諧振的時(shí)間，從而改變電源輸出功率，提高工作效率。
文檔編號(hào)H02M7/48GK202495886SQ20122012710
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者唐連章, 張方櫻, 張 杰, 胡維, 謝陳躍, 陳新兵, 龍曉莉 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)