高壓等離子體電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電源，具體涉及一種高壓等離子體電源，屬于等離子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子技術(shù)的本質(zhì)是氣體放電，達(dá)到足夠能量便形成電弧，電弧再通過壓縮使其能量更集中，電離度更大，流速更快，這種壓縮電弧通常稱為等離子技術(shù)，隨著等離子體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，高壓等離子體電源的穩(wěn)定性和可靠性越來越受人關(guān)注。目前國內(nèi)廣泛使用的等離子體電源，大多數(shù)使用IGBT驅(qū)動(dòng)的半橋硬開關(guān)開環(huán)控制技術(shù)，由于高壓變壓器次級電壓高至幾千甚至幾萬伏，采樣和隔離非常困難，所以一般設(shè)計(jì)通常使用開環(huán)控制。
[0003]上述技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡單，技術(shù)難度低，便于技術(shù)人員掌握和使用，維修方便。但I(xiàn)GBT器件限制了頻率的提高，通常在20KHz以下，提高開關(guān)頻率，對開關(guān)電源的質(zhì)量具有重要意義例如可減小變壓器體積，輸出電壓穩(wěn)定性好等。而在低頻率下工作時(shí)，半橋電容承受的電流脈動(dòng)大而導(dǎo)致發(fā)熱，硬開關(guān)技術(shù)的缺陷是開關(guān)管工作波形為方波，開關(guān)瞬間產(chǎn)生高次諧波，使功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開關(guān)損耗大，發(fā)熱厲害，現(xiàn)有的措施是，采用耗能型RC吸收電路，在發(fā)熱器件上加大散熱器和強(qiáng)制風(fēng)冷，但RC吸收只是將損耗轉(zhuǎn)移到功率電阻上，這種損耗使電源效率降低，而電子器件發(fā)熱量大小決定了該器件使用的壽命。使用開環(huán)控制，等離子體容易受到電網(wǎng)波動(dòng)和工業(yè)現(xiàn)場壓縮氣體氣源變化的影響，穩(wěn)定性能也使相對較差。在實(shí)際使用過程中，如果用戶對產(chǎn)品品質(zhì)要求較高時(shí)，通常是通過配備交流穩(wěn)壓器等輔助措施，來彌補(bǔ)電源本身穩(wěn)定性的不足。維修服務(wù)中，時(shí)常發(fā)現(xiàn)IGBT損壞，半橋大電容爆漿以及RC吸收回路電阻過熱而發(fā)黑等，嚴(yán)重過熱時(shí)印刷電路板燒毀。這些問題的頻頻出現(xiàn)，都暴露出原理設(shè)計(jì)的不足，使可靠性較低，影響了設(shè)備的正常使用?？梢?，等離子體電源影響了等離子體技術(shù)的發(fā)展，迫切需要一種穩(wěn)定又高效的等離子體電源來替代現(xiàn)有電源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種高壓等離子體電源，該技術(shù)方案采用一種全橋軟開關(guān)閉環(huán)高壓電源，利用高壓變壓器的漏感和分布電容組成電壓串聯(lián)諧振電路，使流過開關(guān)管的電流變?yōu)檎也ǘ皇欠讲?，調(diào)理好LC參數(shù)使開關(guān)管在正弦電流過零時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，從而大大減低開關(guān)損耗。這種軟開關(guān)技術(shù)適合于高壓低電流型大功率開關(guān)電源，能使得開關(guān)損耗大大降低，電源效率大幅提高，同時(shí)，器件損耗小，發(fā)熱量小，器件壽命和可靠性相應(yīng)提高。該全橋電源使用MOS功率器件，開關(guān)頻率在50KHz以上。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，高壓等離子體電源，其特征在于，所述等離子電源包括整流電路、全橋電路、交流互感器、高壓變壓器、輔助電源、變頻電路、采樣電路、功率調(diào)節(jié)電路以及電流反饋控制電路，所述整流電路通過全橋電路、交流傳感器連接高壓變壓器，所述交流互感器通過采樣電路連接電流反饋控制電路，所述電流反饋控制電路通過變頻電路連接全橋電路，所述功率調(diào)節(jié)電路連接電流反饋控制電路，所述輔助電源為整機(jī)電路提供直流工作電壓。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，全橋軟開關(guān)電路包括全橋電路、全橋驅(qū)動(dòng)電路、能量貯存和濾波電容、功率管保護(hù)電路、隔直電路，其中Q19~Q22組成全橋電路，C70，C71為能量貯存和濾波電容，Z5-Z8和C50~C53組成功率管保護(hù)電路，C37-C40, C42-C45, R54, R55組成隔直電路，電路輸出接高壓變壓器。全橋驅(qū)動(dòng)電路輸出G1~G4四路信號，分別驅(qū)動(dòng)MOS功率管Q19~Q220
[0007]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述交流互感器中，CSPl為交流互感器初級，CPSl為級。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述采樣電路包括全波整流電路以及濾波、額定負(fù)載電路，其中D26，D27, D28，D29組成全波整流電路，C41, R53組成濾波、額定負(fù)載電路。它們共同組成電流采樣電路，電路工作時(shí)，電流互感器用于采樣高壓變壓器輸入端原邊的交流工作電流，經(jīng)過采樣電路后，形成與變壓器原邊的工作電流變化相對應(yīng)的電流信號PC。采樣電流PC幅值較小，經(jīng)過R44，C33濾去雜波，再送到運(yùn)放U4B及R40，R42, C22，將小電流信號放大。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述電流反饋控制電路包括U4B及R40，R42, C22經(jīng)R39送到功率調(diào)節(jié)電路的反相輸入端，形成反饋信號。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述功率調(diào)節(jié)電路包括可調(diào)電位器Wl和阻容元件R35, R36, R38, C20，運(yùn)放U4A等共同完成。Q12，Q13，R48，R49, R50組成鏡像電流源。根據(jù)電流鏡像對稱的原理，鏡像電流源的輸出電流恒等于輸入電流，輸出負(fù)載變化不影響輸出電流，所以又稱恒流源，流經(jīng)R48的輸入電流與流經(jīng)D25的輸出電流完全相等。而電流鏡的輸入電流跟隨運(yùn)放U4A輸出端電壓的變化。因此，采樣電流PC經(jīng)過U4B正相放大，與功率調(diào)節(jié)電路的信號比較，形成反饋控制信號，該信號送到鏡像電流源的輸入端，反饋信號的大小直接改變鏡像恒流源的輸入電流，從而鏡像電流源的輸出電流也隨之變化。
[0011]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述變頻電路包括D25，U6, C46, R57, R58。Q2,Q14, 36，C47，R51，R52等元件共同組成軟啟動(dòng)電路，R71，R74，C64組成關(guān)斷電路，對異常信設(shè)置完善的保護(hù)措施，如過壓欠壓，過流，過溫，散熱風(fēng)機(jī)損壞等，均可通過相關(guān)保護(hù)電路送到主控制器U6的FLT端(引腳10)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)性停止，保證電路安全工作。該信號也用于遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。全橋驅(qū)動(dòng)電路中U8，U9為高速M(fèi)OSFET驅(qū)動(dòng)器，C76, C77, C80, C81為濾波電容，R80, R81為輸入保護(hù)電阻，D8-D15為鉗位電路，Z3, C86, R122組成穩(wěn)壓電路，C89，R101，C92，R103為加速電路，T2，T3為兩個(gè)隔離驅(qū)動(dòng)變壓器，采用鐵氧體磁芯繞制而成。
[0012]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下，I)該技術(shù)方案解決了閉環(huán)控制，次級高壓采樣與隔離的難題，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，可以采用檢測初級電流的方法來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，當(dāng)次級負(fù)載變化或電源電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，通過電流變化反饋到變頻電路，從而改變MOS功率器件的工作頻率，使輸出穩(wěn)定；2)該技術(shù)方案高壓變壓器輸入電流變化時(shí)，輸出功率相應(yīng)變化，正確調(diào)整變壓器的輸入電流，輸出功率也隨之調(diào)整；3)該技術(shù)方案使等離子電弧的穩(wěn)定性和可靠性得以提高，使用該高壓等離子電源組成的等離子設(shè)備，通過半年多的現(xiàn)場試用，未發(fā)生任何質(zhì)量問題。產(chǎn)品質(zhì)量可靠；4)該技術(shù)方案成本較低，便于推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為全橋電路和電流米樣電路不意圖；
圖3為電流反饋與變頻控制示意圖；
圖4為驅(qū)動(dòng)電路不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了加深對本發(fā)明的認(rèn)識(shí)和理解，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1:
參見圖1，一種高壓等離子體電源，所述等離子電源包括整流電路、全橋電路、交流互感器、高壓變壓器、輔助電源、變頻電路、采樣電路、功率調(diào)節(jié)電路以及電流反饋控制電路，所述整流電路通過全橋電路、交流傳感器連接高壓變壓器，所述交流互感器通過采樣電路連接電流反饋控制電