CN104393783A - 一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源 - Google Patents

一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，主要包括逆变电路、谐振网络、升压变压器、介质阻挡放电型臭氧发生器本体及电源控制电路等。本发明提出的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源在容性PFM控制下可使发生器电流与电压峰值在整个功率调节范围内基本恒定，以确保发生器始终处于高效放电状态。此外，电路中各功率器件均能在软开关条件下工作，保证了供电电源的高效率运行。整个供电电源具有电路结构简单、损耗小和控制简单的特点。

Description

一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源
技术领域
本发明主要涉及介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，特别涉及一种能确保介质阻挡高效放电的新型供电电源。 
背景技术
介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生器主要由绝缘介质和放电通道组成，其中放电通道发生气体放电对负载电压峰值有一定要求，并且特定的介质阻挡放电型负载存在相应的最佳工作电压，当外加电压峰值等于最佳工作电压时放电效率最高。 
介质阻挡放电型臭氧发生器是一种特殊的容性负载，可用RC串联等效模型近似表示，且RC参数受施加在臭氧发生器两端电压影响。目前工业上大都采用臭氧发生器负载与变压器漏感或外接的补偿电感构成电压型串联谐振逆变电源或电流型并联谐振逆变电源对臭氧发生器***供电。由于电流型逆变电源启动困难以及控制难度大，实际中很少使用。针对电压型串联谐振逆变电源其功率调节方式主要有以下两种： 
(1)直流调功。直流调功就是通过改变逆变器直流输入电压大小来调节输出功率，包括相控整流与斩波变换。采用直流调功时，由于逆变器直流输入电压大小改变，施加在臭氧发生器两端电压和电流必然跟着变化，即臭氧发生器两端峰值电压与峰值电流随功率调节而变化； 
(2)逆变调功。逆变调功就是不改变逆变输入端电压，在逆变过程中完成功率调节。逆变调功的实现方式主要包括PFM、PWM、PDM以及它们之间的混合控制。单一的PFM、PWM或PDM控制在功率调节过程中发生器峰值电压与峰值电流相互影响，难以实现峰值电压与峰值电流的恒定；采用PWM&PFM或PWM&PDM混合控制通过闭环调节可实现发生器电压峰值恒定或电流峰值恒定，但不能同时使发生器电流与电压峰值恒定，且控制相对复杂。 
综上所述，特定的臭氧发生器负载有相应的最佳工作电压，且发生器的等效模型参数受发生器两端电压峰值影响较大，现有的控制策略均不能使得臭氧发生器电压与电流峰值在整个功率调节范围内基本恒定，不能使发生器在功率调节过程中维持高效放电。 
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提出一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源。 
本发明通过以下技术方案予以实现： 
一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，由逆变电路、谐振网络、 升压变压器、介质阻挡放电型臭氧发生器本体及电源控制电路组成，其特征在于逆变电路包括直流电源VE、第一分压电容C1、第二分压电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2；直流电源VE的正极分别连接第一分压电容C1的正极和第一二极管D1的阳极，第一分压电容C1的负极与第二分压电容C2的正极相连，第一二极管D1的阴极与第一功率开关管Q1的漏极相连，第一功率开关管Q1的源极连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极与第二功率开关管Q2的漏极相连，第二功率开关管Q2的源极与第二分压电容C2的负极均连至直流电源VE的负极。 
所述的一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于升压变压器T为高漏抗变压器，谐振网络由谐振电容Cd与变压器漏感组成，谐振电容Cd一端连接第一分压电容C1的负极，另一端与升压变压器T一次侧同名端相连，升压变压器T一次侧异名端与第一功率开关管Q1的源极相连，升压变压器T二次侧同名端与臭氧发生器高压电极相连，升压变压器T二次侧异名端与臭氧发生器地极相连。 
所述的一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于供电电源的功率调节是通过容性变频控制。 
所述的一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于电源的闭环控制是通过对臭氧发生器进行电压与电流采样，将采样数据作乘法运算后传入低通滤波器得到DBD型臭氧发生器实际的放电功率，与给定放电功率进行比较形成功率误差后再经PI控制器处理传入压控振荡器，最后将压控振荡器的输出信号经驱动电路放大后控制逆变桥开关管动作。 
与现有技术相比本发明的优点在于： 
(1)在容性变频控制下，整个功率范围内发生器电流与电压峰值基本恒定，臭氧发生器可维持高效放电； 
(2)所有开关器件均能实现软开关，电路损耗小，效率高； 
(3)电源结构简单，控制易于实现； 
附图说明
图1电源结构图。 
图2介质阻挡放电型臭氧发生器电路等效模型。 
图3采用臭氧发生器电路等效模型下的主电路图。 
图4闭环控制框图。 
图5是6KHz下臭氧发生器电压与电流实验波形。 
图6是8KHz下臭氧发生器电压与电流实验波形。 
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，具有功率可调，可在软开关条件下工作以及臭氧发生器能在整个功率调节范围内维持高效放电等特点。 
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。 
图1为本发明电源的结构图，包括逆变电路、谐振电容、高漏抗变压器、以及介质阻挡放电型臭氧发生器本体。 
图2为介质阻挡放电型臭氧发生器电路等效模型，其中RP为发生器等效电阻CP为发生器的等效电容。 
图3为采用臭氧发生器电路等效模型下的主电路图，包括直流电源VE、分压电容C1和C2、阻断二极管D1和D2、功率开关管Q1和Q2、谐振电容Cd、高漏抗变压器(图中用电感Ls与理想变压器T串联表示)以及介质阻挡放电型臭氧发生器，其中电源VE的正极分别连接C1的正极和D1的阳极，C1的负极与C2的正极相连，D1的阴极与Q1的漏极相连，Q1的源极连接D2的阳极，D2的阴极与Q2的漏极相连，Q2的源极与C2的负极均连至电源VE的负极，谐振电容Cd一端连接C1的负极，另一端与变压器T一次侧同名端相连，变压器T一次侧异名端与Q1的源极相连，变压器T二次侧同名端与异名端分别连至臭氧发生器的高压电极和地极。 
其中，Q1、Q2的驱动信号互补，臭氧发生器的放电功率是在容性PFM控制方式下进行调节。 
本发明具体是通过以下步骤实现： 
步骤1，通过采用李莎茹图形法和研究DBD型发生器在工作时的电流和电压的相位关系，可获得如图2所示的臭氧发生器的串联等效模型参数，即图2中等效电阻RP与等效电容CP的值。 
步骤2，逆变器的输入由市电经整流滤波后得到，由设定的工作频率范围以及步骤1得到的发生器等效电容CP值，根据臭氧发生器最佳工作电压幅值以及电路的各个工作模态确定谐振电容Cd的值并设计高漏抗升压变压器T。 
步骤3，根据最大功率要求确定分压电容C1和C2的容量，分析电路中各功率器件的电压与电流应力，选择合适规格的功率器件。 
步骤4，根据电路稳定性设计VCO的中心频率。 
步骤5，闭环控制，用霍尔传感器采集臭氧发生器的电流与电压信号，将采样数据经功率计量模块后传入低通滤波器得到DBD型臭氧发生器实际的放电功率，与给定放电功率进 行比较形成功率误差后再经PI控制器处理传入压控振荡器，最后将压控振荡器的输出信号经驱动电路放大后控制逆变桥开关管动作。 
图5与图6分别给出一组典型参数下本发明供电电源在6KHz与8KHz工作频率时发生器两端电压与电流实验波形，对比可知在PFM控制方式下，整个功率调节范围内发生器两端电压与电流峰值基本恒定，确保了臭氧发生器的高效放电。 

Claims (4)

1.一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，由逆变电路、谐振网络、升压变压器、介质阻挡放电型臭氧发生器本体及电源控制电路组成，其特征在于逆变电路包括直流电源VE、第一分压电容C1、第二分压电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2；直流电源VE的正极分别连接第一分压电容C1的正极和第一二极管D1的阳极，第一分压电容C1的负极与第二分压电容C2的正极相连，第一二极管D1的阴极与第一功率开关管Q1的漏极相连，第一功率开关管Q1的源极连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极与第二功率开关管Q2的漏极相连，第二功率开关管Q2的源极与第二分压电容C2的负极均连至直流电源VE的负极。
2.根据权利要求1所述的一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于升压变压器T为高漏抗变压器，谐振网络由谐振电容Cd与变压器漏感组成，谐振电容Cd一端连接第一分压电容C1的负极，另一端与升压变压器T一次侧同名端相连，升压变压器T一次侧异名端与第一功率开关管Q1的源极相连，升压变压器T二次侧同名端与臭氧发生器高压电极相连，升压变压器T二次侧异名端与臭氧发生器地极相连。
3.根据权利要求1所述的一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于供电电源的功率调节是通过容性变频控制。
4.根据权利要求1所述的一种峰值电压电流恒定的介质阻挡放电型臭氧发生器供电电源，其特征在于电源的闭环控制是通过对臭氧发生器进行电压与电流采样，将采样数据作乘法运算后传入低通滤波器得到DBD型臭氧发生器实际的放电功率，与给定放电功率进行比较形成功率误差后再经PI控制器处理传入压控振荡器，最后将压控振荡器的输出信号经驱动电路放大后控制逆变桥开关管动作。
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