CN208128126U - 基于双变压器多电平的高压高频dbd电驱动器 - Google Patents

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CN208128126U CN201820624541.5U CN201820624541U CN208128126U CN 208128126 U CN208128126 U CN 208128126U CN 201820624541 U CN201820624541 U CN 201820624541U CN 208128126 U CN208128126 U CN 208128126U
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洪峰
雷鸿
沈丽娜
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ENVIROMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
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Abstract

本实用新型公开了一种基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器，其包括电源Vin，开关管S1，S2，S3，S4，S5，S6，变压器T1和变压器T2，所述开关管S1和S2，开关管S3和S4、开关管S5和S6分别两两相互串联，且串联后的开关管S1和S2，串联后的开关管S3和S4，串联后的开关管开关管S5和S6均分别并联在所述电源Vin的两端，所述变压器T1和变压器T2与各开关管连接构成两个全桥电路结构，且变压器T1和T2的原边绕组相互并联、副边绕组相互串联，且副边绕组串联的线路连接负载电阻R。本实用新型简化电路的同时，又保证高压输出与低压输入的电气隔离，双变压器使用可减小单个变压器尺寸，分担运行功率，输出电压峰值最高可达25kv。

Description

基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器
技术领域
本实用新型属于电气工程领域，具体涉及一种基于双变压器多电平的高压高频DBD电源。
背景技术
伴随着我国经济的快速发展，环境污染问题更加受到关注。环境问题对于人们的日常生活已经产生严重的影响。介质阻挡放电(DBD)作为一种新型的环境治理技术，已被广泛应用于废气，废水处理。
传统DBD电源采用工频升压的方式，但该种电源存在体积庞大，效率低以及对电网注入大量谐波等问题，渐渐的被高频高压交流电源所替代。现阶段大多数高压高频电源采用全桥结构，经变压器升压的形式。
现有技术提出了一种负载谐振式DBD电源，其结构采用全桥逆变经变压器升压输出方波，为使负载波形为正弦波，需在负载端增加补偿电感，由于输出电压峰值仅为4kv，对于更高电压需求的处理效果并不是十分理想。此外，还提出一种使用级联多电平技术的高频高压电源，无需电感进行补偿，但电路使用24路模块进行级联，每一模块都需要单独的电源供电同时需要变压器进行隔离，使用器件繁多。由于仅采用全桥结构输出谐波含量大，需要加入额外的电感进行补偿。该电路虽然采用多电平技术，但其需要多个输入电源，每一模块都需要隔离变压器，造成器件繁多。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于多电平技术的高压高频DBD电驱动器，其将两个全桥结构融合，利用变压器的原副边串并联组合，既保证了电气隔离又实现多电平输出，输出电压峰值可达25kv。
本实用新型采取的技术方案是：一种基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器，其包括电源Vin，开关管S1，开关管S2，开关管S3，开关管S4，开关管S5，开关管S6，变压器T1和变压器T2，所述开关管S1和开关管S2，开关管S3和开关管S4、开关管S5和开关管S6分别两两相互串联，且串联后的开关管S1和开关管S2，串联后的开关管S3和开关管S4，串联后的开关管开关管S5和开关管S6均分别并联在所述电源Vin的两端，所述变压器T1和变压器T2与各开关管连接构成两个全桥电路结构，且变压器T1和变压器T2的原边绕组相互并联、副边绕组相互串联，且副边绕组串联的线路上设有负载电阻R。
优选的，所述电源Vin采用直流电源。
优选的，所述变压器T1的原边绕组一端连接在开关管S1和开关管S2之间，另一端连接在开关管S3和开关管S4之间且该端上还连接有隔直电容C1。
优选的，所述变压器T2的原边绕组一端连接在开关管S5和开关管S6之间，另一端连接在开关管S3和开关管S4之间且该端上还连接有隔直电容C2。
优选的，所述变压器T1和变压器T2的匝比相同，均为n＝N2/N1。
本实用新型的有益效果是：为了满足等离子体废气，废水处理对高压高频交流电源的需求，本电驱动器采用多电平技术，减少谐波含量，减少对滤波电感的需求，仅仅依靠双变压器漏感与负载容性进行滤波。电路采用两个全桥结构融合，两变压器原边并联副边串联，单一电源供电。结构上减少2个开关管的使用，简化电路，同时保证高压输出与低压输入的电气隔离，双变压器使用可减小单个变压器尺寸，分担运行功率。输出电压峰值最高可达25kv。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1是本实用新型的电路连接图。
图2为工作波形图。
图3为工作模态图；其中图3(1)至(10)分别为开关模态1-10的模态图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，一种基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器，其包括直流电源Vin，开关管S1，开关管S2，开关管S3，开关管S4，开关管S5，开关管S6，变压器T1和变压器T2，所述开关管S1和开关管S2，开关管S3和开关管S4、开关管S5和开关管S6分别两两相互串联，且串联后的开关管S1和开关管S2，串联后的开关管S3和开关管S4，串联后的开关管开关管S5和开关管S6均分别并联在所述电源Vin的两端，所述变压器T1和变压器T2与各开关管连接构成两个全桥电路结构，且变压器T1和变压器T2的原边绕组相互并联、副边绕组相互串联，且副边绕组串联的线路连接负载电阻R(负载电阻R为外界部件，其本身不作为电驱动器的组成部分)。
所述变压器T1的原边绕组一端连接在开关管S1和开关管S2之间，另一端连接在开关管S3和开关管S4之间且该端上还连接有隔直电容C1。所述变压器T2的原边绕组一端连接在开关管S5和开关管S6之间，另一端连接在开关管S3和开关管S4之间且该端上还连接有隔直电容C2。
本实用新型的工作原理如下：
图1为双变压器式多电平高频逆变器的电路拓扑，由直流电源，开关管S1，S2，S3，S4，S5，S6和变压器T1，T2，隔直电容C1，C2，负载电阻R组成。L1m为变压器T1的励磁电感，L2m为变压器T2的励磁电感。负载电压是两变压器副边电压之和。T1和T2匝比均为n＝N2/N1。
为了简化分析，作如下假设：所有开关管，变压器均为理想器件。图2为主要的工作波形。
开关模态1[t0-t1]：此时开关管S1，S3，S5导通，而S2，S4，S6关断。由于变压器T1的两端电压相等，所以副边电压为零，变压器T2两端电压相等，所以副边电压为零，此时负载电压为零。
开关模态2[t1-t2]：此时开关管S2，S3，S5导通，而S1，S4，S6关断。经S3，变压器T1，S2向副边传递能量，输出电压为N1Uin，T1励磁电流由零线性上升，而T2变压器由副边耦合到原边的电流，经S5，S3，变压器T2回路流通，T2变压器原边电压被箝位为零。负载电压为N1Uin。
开关模态3[t2,t3]：此时开关管S2，S3，S6导通，二S1，S4，S5关断，电源分别通过S3，变压器T1，S2回路和S3,变压器T2，S6回路共同向副边传递能量，负载电压为N1Uin+N2Uin。T1的励磁电流继续线性上升。T2的励磁电流由零开始线性上升。
开关模态4[t3-t4]：此时开关管S2，S3，S5导通，S1，S4，S6关断，电源通过S3，变压器T1，S2回路向副边传递能量，输出电压为N1Uin，其励磁电流继续线性增加，而变压器T2的励磁电流以及副边耦合到原边的电流通过S5，S3，变压器T2这一回路流通。负载电压为N1Uin。
开关模态5[t4-t5]:此时开关管S1，S3,S5导通，S2,S4,S6关断。变压器T1中的励磁电流通过开关管S3,S1,变压器T1回路进行续流。变压器T2中的励磁电流通过开关管S5，S3,变压器T2回路进行续流。此时负载电压为零。
负半周的状态与正半周相似，不再赘述。对应开关模态的等效电路图如图3所示。
本电驱动器通过saber软件进行仿真可以实现低谐波输出的多电平波形，后通过实验也验证了理论分析的正确性和结构的可行性。将其运用在介质阻挡放电试验中，输出波形高频高压的正弦波形，满足介质阻挡放电的需求。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本实用新型的保护范围内。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器，其特征在于包括电源Vin，开关管S1，开关管S2，开关管S3，开关管S4，开关管S5，开关管S6，变压器T1和变压器T2，所述开关管S1和开关管S2，开关管S3和开关管S4、开关管S5和开关管S6分别两两相互串联，且串联后的开关管S1和开关管S2，串联后的开关管S3和开关管S4，串联后的开关管开关管S5和开关管S6均分别并联在所述电源Vin的两端，所述变压器T1和变压器T2与各开关管连接构成两个全桥电路结构，且变压器T1和变压器T2的原边绕组相互并联、副边绕组相互串联，且副边绕组串联的线路连接负载电阻R。
2.根据权利要求1所述的基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器，其特征在于所述电源Vin采用直流电源。
3.根据权利要求1所述的基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器，其特征在于所述变压器T1的原边绕组一端连接在开关管S1和开关管S2之间，另一端连接在开关管S3和开关管S4之间且该端上还连接有隔直电容C1。
4.根据权利要求1所述的基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器，其特征在于所述变压器T2的原边绕组一端连接在开关管S5和开关管S6之间，另一端连接在开关管S3和开关管S4之间且该端上还连接有隔直电容C2。
5. 根据权利要求1或3或4所述的基于双变压器多电平的高压高频DBD电驱动器，其特征在于所述变压器T1和变压器T2 的匝比相同，均为n=N2/N1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113037095A (zh) * 2021-04-07 2021-06-25 湖北工业大学 具有超宽输出范围的混合dps双全桥llc谐振变换器

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