非熱等離子體脈衝電源的製作方法

2023-05-30 14:17:51 1

專利名稱：非熱等離子體脈衝電源的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於非熱等離子體空氣消毒淨化技術領域，具體涉及非熱等離子體脈 衝電源。
技術背景現在對於常溫、常壓狀態下的室內空氣消毒淨化，選用電暈放電的非熱等離子體 空氣消毒淨化器是一種優先。非熱等離子體空氣消毒淨化器的核心部件有兩個非熱等離 子體反應器和相匹配的高壓電源。非熱等離子體反應器主要是由金屬絲、鋸齒狀或尖針狀 的正電極和金屬板的負電極構成，在外加高壓電源的強電場作用下，產生的非熱等離子體 打開氣體分子鍵，生成單原子分子、負氧離子、OH離子和自由氧原子、H2O2等自由基，它對細 菌、病毒具有極強的活化和氧化能力，有很強的殺傷力。它還能分解甲醛、苯、氡、氨氣、一氧 化碳、煙氣、TVOC等高分子有毒有機物，轉化成低分子無毒無味的無機物，如炭、水等。等離 子體反應器工作時含靜電場，能吸附小至0. Ium粒徑的顆粒物，進一步淨化空氣。非熱等離子體空氣消毒淨化技術的先進性已被業內專家學者所認可，其殺菌消毒 機理的科學性和先進性是無可比擬的，被國際上稱之為「二十一世紀環境科學四大技術之 一」。但是，市場上推廣應用還不多見，進展緩慢。過濾吸附、高壓靜電、臭氧、紫外線及TiO2 光催化等空氣消毒淨化器仍在各大醫院、辦公大樓、商場、公共娛樂場所被廣泛採用。甚至 食品廠、製藥廠及半導體IC製造業大都選用FFU空氣過濾單元。它在新安裝時空氣淨化效 果雖然好；但能耗大、有噪音，而且維護費用昂貴，尚有二次汙染之虞，恰恰佔有極大市場。究其原因主要有兩個一是目前非熱等離子體反應器設計不合理，構成非熱等離子體反應器的放電正電 極選用細金屬絲所產生等離子體濃度雖然高，但是容易被燒斷。為此，正電極大多選用不鏽 鋼製成鋸齒狀或尖針狀結構，結果是等離子體濃度低，臭氧及氮氧化物濃度高，消毒淨化效
^^^ ο二是非熱等離子體電源對於呈容性負載的等離子體反應器匹配不是很恰當。試驗 表明在大氣壓下要想使反應器作電暈放電產生高濃度等離子體以提高其殺菌消毒淨化效 率應具備兩個條件。首先是外加高壓電場只對空氣中的電子施加能量，在瞬間(nS級)增 溫、加速，獲得動能，使質量很小的電子溫度高達數萬度，而其它粒子獲得極少低能量。另一 個條件是外加電場對電子施加能量的時間(uS級)要遠小於不給電子施加能量的時間， 使氣體獲得的能量能夠及時傳導出去，防止過渡到熱等離子體而降低效率。這就要求非熱 等離子體電源不但提供10——20KV的直流高壓電外，還必需有高的佔空比，上升速率達到 80nS，至少是120nS的高頻窄脈衝電流。同時考慮到等離子體反應器是容性負載，正、負極 難免被意外短路，這些對非熱等離子體電源的安全性、穩定性之苛刻是可想而知的。鑑於目 前半導體功率開關器件的導通和關斷時間是uS級，採用常規的設計方法是很難滿足上述 兩個條件的。nS級的耐高壓大功率開關器件價格昂貴，而且工作壽命短，設計在民用產品上 是不切實際的。[0007]為此，市場上多數選用了簡單、價廉的直流高壓電源。眾所周知，直流電暈放電形 成的等離子體活性空間小，僅限於電暈放電附近。當直流電壓高於反應器正、負電極臨界值 時氣體會被擊穿而形成火花放電，使氣體溫度升高，效率低、能耗大是顯而易見。因此，直流 高壓電源只用於殺菌、消毒及分解有毒有機化合物較差的靜電吸附型空氣消毒淨化器。例 如採用高壓交流整流濾波的技術方案就是屬於直流高壓電源。有的廠家直接選用壓電陶瓷 變壓器，它輸出的是高頻交流電，必須採用倍壓整流濾波電路，結果輸出的也是直流高壓電 流。上述電源對於呈容性負載的非熱等離子體反應器匹配不恰當是無可非議的。被世界上許多廠家所採納用於等離子體反應器的交直流疊加電源，是在高壓直流 電基礎上疊加一個高頻高壓交流成份實現的。它比直流電源的電暈放電峰值電壓低，電壓 範圍寬，但又稍損於窄脈衝電暈放電法，所以活性粒子的數量及活性空間都介於兩者之間。 它作為非熱等離子體反應器的匹配電源也不是理想的。中國發明專利申請號為200710036492. X，發明名稱《用於低溫等離子過氧化氫消 毒殺菌設備的等離子電源》，它包括一基於PFC電路的整流電路，連接市電輸入端，一 EMC濾 波電路，連接整流電路，一 H橋逆變電路連接PFC電路，用於逆變，包括直流輸入單元，基於 PWM調製技術的可控輸出的H逆變單元和連接所述H逆變單元的觸發驅動電路單元；一輸 出及取樣電路，連接H橋逆變電路用於輸出及取樣，包括輸出信號檢測單元、變壓器耦合輸 出單元、反射信號檢測單元和採樣處理電路單元；其中，採樣處理電路單元分別連接輸出信 號檢測單元、變壓器耦合輸出單元、反射信號檢測單元；輸出信號檢測單元包括反射功率測 量環節；一計算機檢測控制電路，用於對整個電源的檢測控制，分別連接H橋逆變電路的觸 發驅動電路單元和輸出及取樣電路的採樣處理電路單元。它公開了一個H全橋逆變高壓高頻電流提供等離子體反應器，所有檢測信號由計 算機處理後再輸出控制H全橋逆變電路的技術方案。不難看出，該發明H全橋逆變輸出的 高壓高頻電流是佔空比1 1的方波，能滿足等離子體反應器要求，計算機檢測、控制也很 全面。缺陷是H全橋逆變電路起用了四隻大功率M0SFET，還要配備一臺計算機，它的設備復 雜、造價高是不言而喻的。
發明內容為了解決上述現有技術存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種 匹配呈容性的等離子體反應器工作產生高濃度等離子體，而且結構簡單、體積小、可靠性 好、造價低的非熱等離子體電源。研究表明要使呈容性的等離子體反應器產生多的高能電子，激發氣體分子進行 電離或離解，產生強氧化性的自由基，最好採用窄脈衝(脈寬幾μ S、上升時間為幾十至幾 百nS)放電電流。在極短的時間內，電子被加速成為高能電子，而其它質子較大的離子由於 慣性作用，在脈衝瞬間來不及被電子加速而基本保持靜止。非熱等離子體電源所提供的能 量主要被用於產生高能電子，能量效率高於直流或交直流疊加電源。為了達到上述目的，本實用新型所設計的一種非熱等離子體脈衝電源，包括EMC 濾波器、整流電路、濾波電路、數字控制電路、脈衝發生器、脈衝變壓器依次序作電連接，脈 衝變壓器的輸出端外接等離子體反應器，其特徵在於所述的是臥式多槽絕緣線圈骨架制 成，體積小；脈衝發生器輸出端設有電流檢測電路，將檢測到的脈衝發生器輸出電流信號送入數字控制電路內的振蕩器、誤差放大器和Pmi比較器，轉換成數字控制電流後輸出至脈 衝發生器的輸入端，以自動調整脈衝發生器的輸出脈衝寬度；所述的脈衝變壓器的輸出地 電位端接有異常狀態保護電路，異常狀態保護電路的輸出端與數字控制電路輸入端連接， 將脈衝變壓器送至等離子體反應器的工作電流取樣、隔離後的信號電流送入數字控制電 路，經數字處理後的控制電流從數字控制電路輸出端送至脈衝發生器輸入端，以自動控制 脈衝發生器的工作狀態；所述的脈衝變壓器初級線圈的兩端設有脈衝限幅電路，對脈衝變 壓器初級線圈兩端的輸出電壓峰值箝位；所述的脈衝發生器與脈衝變壓器是按反激式逆變 器設置，脈衝變壓器的初級線圈和次級線圈的同名端al、a2和異名端bl、b2是反向設置的； 所述的次級線圈是分段繞製成至少是兩個線包串聯而成，每個線包的上端各設有一個高壓 快恢復二極體，高壓快恢復二極體的正極接在低電位線包末端，高壓快恢復二極體的負極 接在高電位線包的起始端。優先地所述的脈衝變壓器設有一個多槽絕緣線圈骨架，次級線圈是分三段至五段 繞制在多槽絕緣線圈骨架相對應的凹槽內串聯而成；所述的高壓快恢復二極體的耐電壓參 數至少是12KV，恢復時間小於SOnS ；所述的初級線圈和次級線圈的內孔中設有鐵基超微晶 鐵心作電磁耦合，鐵基超微晶鐵心的磁迴路中設有磁氣隙，磁氣隙的設置寬度是0. 15—— 0. 45mm ；所述的鐵基超微晶鐵心也可以是R2KD的鐵氧體磁心材料製成。優先地所述的脈衝發生器內設有絕緣柵雙極型電晶體Ql，Ql的集電極接初級線 圈同名端al，Ql的發射極經電流檢測電路(208)接整流電路的負輸出端；Ql的耐電壓參數 至少是輸入電源電壓額定值的2. 7倍；所述的絕緣柵雙極型電晶體Ql也可以是參數相近的 絕緣柵場效應電晶體將功能腳相對應連接製成。優先地所述的異常狀態保護電路內設有光耦IC2，光耦IC2的輸入端1腳接地，光 耦IC2輸入端2腳與脈衝變壓器的次級線圈異名端b2連接，光耦IC2輸出端3腳接整流電 路的負輸出端，光耦IC2的4腳是輸出端；光耦IC2的2、3腳並聯高壓電容器C7，取樣電阻 R6並聯在光耦IC2輸入端；流經取樣電阻R6上是脈衝變壓器送至等離子體反應器的工作 時取樣電流，由光耦IC2光電轉換作電隔離後，將等離子體反應器工作信號電流送至數字 控制電路。優先地所述的電流檢測電路內設有電阻器R5，電阻器R5既是絕緣柵雙極型晶體 管Ql的發射極電阻器，又是電流檢測電路的電流取樣電阻器。優先地所述的脈衝限幅電路內設有瞬變二極體D5和快恢復二極體D6反向串聯後 與初級線圈並聯，瞬變二極體D5的正極與整流電路的正輸出端連接，快恢復二極體D6的正 極與絕緣柵雙極型電晶體Ql集電極連接，電容器C6與瞬變二極體D5並連。優先地所述的EMC濾波器設有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯，EMC濾 波器輸入端並聯電容器Cl，EMC濾波器輸出端並聯電容器C2。優先地所述的所述的數字控制電路內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是 製成一個模塊，也可以選用開關電源控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D製成；或數 字控制電路和脈衝發生器是合用一塊單片集成電路的，三端開關電源ICl包括T0P225或 T0P224製成，也可以是用性能更好的單片五端開關電源ICl包括MC33374製成。本實用新型與現有技術相比具有以下的有益效果本實用新型所設計的一種非熱等離子體脈衝電源所述的臥式多槽絕緣線圈骨架製成，比現有立式多槽高壓變壓器的高度低，只佔立式的二分之一以下，本實用新型體積 小，甚至能裝入轎車空調器內。脈衝發生器輸出端設有電流檢測電路，將檢測到的脈衝發生 器輸出電流信號送入數字控制電路內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器，轉換成數字控 制電流後輸出至脈衝發生器的輸入端，以自動調整脈衝發生器的輸出脈衝寬度。電流檢測 電路與數字控制電路的默契配合，獲得高頻窄脈衝驅動電流，使呈容性的等離子體反應器 產生高濃度等離子體，工作時的放電電流穩定。所述的脈衝變壓器的輸出地電位端接有異常狀態保護電路，異常狀態保護電路的 輸出端與數字控制電路輸入端連接，將脈衝變壓器送至等離子體反應器的工作電流取樣、 隔離後的信號電流送入數字控制電路，經數字處理後的控制電流從數字控制電路輸出端送 至脈衝發生器輸入端，以自動控制脈衝發生器的工作狀態。當呈容性的等離子體反應器工 作中發生過熱、過電流、過電壓或短路等異常狀態時，數字控制電路輸出端無脈衝驅動電流 輸出，實現自動保護。所述的脈衝變壓器初級線圈的兩端設有脈衝限幅電路，對脈衝變壓器初級線圈兩 端的輸出電壓峰值箝位；所述的脈衝發生器與脈衝變壓器是按反激式逆變器設置，脈衝變 壓器的初級線圈和次級線圈的同名端al、a2和異名端bl、b2是反向設置的；所述的次級 線圈是分段繞製成至少是兩個線包串聯而成，每個線包的上端各設有一個高壓快恢復二極 管，高壓快恢復二極體的正極接在低電位線包的末端，高壓快恢復二極體的負極接在高電 位線包的起始端。脈衝變壓器的初級線圈和次級線圈的分布電容按分段繞制線包個數的指 數倍率下降，極大地提高其輸出脈衝電壓的上升、下降速率。脈衝變壓器在周邊箝位電路配 合下，輸出脈衝電壓穩定，呈容性的等離子體反應器工作中不會出現打火之類故障。必須說 明的是，脈衝發生器與脈衝變壓器是按反激式逆變器設置，它除了完成升壓任務，還使外接 的等離子體反應器與市電隔離，其外殼可以直接接地，電磁屏蔽、安全性能好。同時獲得意 想不到的有益效果是反激式逆變器輸出的脈衝電流是脈衝發生器關斷時使存儲在脈衝變 壓器內的磁能瞬間釋放，獲得脈衝上升時間SOnS以下的高壓電暈放電電流；再是當等離子 體反應器意外短路，由於反激式逆變器的隔離作用，即脈衝發生器關閉時脈衝變壓器次級 才導通輸出，因而非熱等離子體電源工作是安全的。上述各部件之間相輔相成，有機聯繫，使本實用新型實現匹配呈容性的等離子體 反應器工作產生高濃度等離子體，而且結構簡單、體積小、可靠性好、造價低的非熱等離子 體電源之目的。同時還有以下三個優點由於窄脈衝電壓高，不容易過渡到火花放電，可提供的活性粒子比直流放電法高 出幾個數量級；在窄脈衝高上升速率電場中，電暈區域也大，放電空間的電子密度也增高，在反應 器內的空間電荷效應分布趨於均勻，因而活性空間也比交直流疊加電源放電法大得多；由於上述二點的優勢，本實用新型外接的非熱等離子體反應器內的電子密度大、 分布廣，反應器設計有較大的空間，所以製造時允許有一定的誤差。

圖1是本實用新型非熱等離子體脈衝電源的結構立體圖；[0031]圖2是本實用新型非熱等離子體脈衝電源結構框圖；圖3是本實用新型非熱等離子體脈衝電源的電原理圖；圖4是本實用新型脈衝變壓器結構示意圖；圖5是本實用新型脈衝變壓器電路結構圖；圖6是本實用新型脈衝變壓器輸出高壓放電電流波形圖；圖7是本實用新型的電磁兼容、傳導幹擾測試報告。主要部件附圖標記說明201-EMC濾波器202-整流電路[0039]203-濾波電路204-數字控制電路[0040]205-脈衝發生器206-脈衝變壓器[0041]207-等離子體反應器208-電流檢測電路[0042]209-異常狀態保護電路210-脈衝限幅電路[0043]211-初級絕緣線圈骨架212-多槽絕緣線圈骨架[0044]213-高壓導線214-初級線圈[0045]215-次級線圈216-鐵基超微晶鐵心[0046]217-高壓快恢復二極體218-磁氣隙[0047]219-電源連接器
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型的實施例作進一步的詳細描述。實施例一參照圖1本實用新型非熱等離子體脈衝電源的結構立體圖，圖2的非熱等離子體 脈衝電源結構框圖，圖3是本實用新型非熱等離子體脈衝電源的電原理圖。本實用新型非熱等離子體脈衝電源，包括EMC濾波器201、整流電路202、濾波電 路203、數字控制電路204、脈衝發生器205、脈衝變壓器206依次序作電連接，脈衝變壓器 206的輸出端外接等離子體反應器207。所述的脈衝發生器205輸出端設有電流檢測電路 208，將檢測到的脈衝發生器輸出電流信號送入數字控制電路204內的振蕩器、誤差放大器 和PWM比較器，轉換成數字控制電流後輸出至脈衝發生器205的輸入端，以自動調整脈衝發 生器205的輸出脈衝寬度。所述的脈衝變壓器206是臥式多槽絕緣線圈骨架製成，體積小； 脈衝變壓器206的輸出地電位端接有異常狀態保護電路209，異常狀態保護電路209的輸出 端與數字控制電路204輸入端連接，將脈衝變壓器206送至等離子體反應器207的工作電 流取樣、隔離後的信號電流送入數字控制電路204，經數字處理後的控制電流從數字控制電 路204輸出端送至脈衝發生器205輸入端，以自動控制脈衝發生器205的工作狀態。所述 的脈衝變壓器206初級線圈的兩端設有脈衝限幅電路210，對脈衝變壓器206初級線圈兩端 的輸出電壓峰值箝位。所述的脈衝發生器205與脈衝變壓器206是按反激式逆變器設置， 脈衝變壓器206的初級線圈214和次級線圈215的同名端al、a2和異名端bl、b2是反向設 置的；所述的次級線圈215是分段繞製成至少是兩個線包串聯而成，每個線包的上端各設 有一個高壓快恢復二極體217，高壓快恢復二極體217的正極接在低電位線包的末端，高壓 快恢復二極體217的負極接在高電位線包的起始端。濾波電容器C3與整流電路202直流輸出端並聯。降壓電阻器Rl串聯在數字控制電路204供電迴路中，濾波電容器C4與數字 控制電路204供電迴路並聯。數字控制電路204內的振蕩器迴路外接振蕩電阻器Rs和振 蕩電容器Cs。整流電路202是由二極體D1、D2、D3和D4按橋式整流電路連接。本實用新 型非熱等離子體脈衝電源的L、N輸入端設有電源連接器219。實施例二 圖4是本實用新型脈衝變壓器結構示意圖；圖5是本實用新型脈衝變壓器電路結 構圖。本實用新型非熱等離子體脈衝電源所述的脈衝變壓器206設有一個臥式多槽絕緣線 圈骨架212，次級線圈215是分三段至五段繞制在多槽絕緣線圈骨架212相對應的凹槽內串 聯而成。脈衝變壓器206的輸出端設有高壓導線213與等離子體反應器207的正極連接。 所述的高壓快恢復二極體217的耐電壓參數至少是12KV，恢復時間小於SOnS ；所述的初級 線圈214是繞在初級絕緣線圈骨架211內，初級絕緣線圈骨架211和多槽絕緣線圈骨架212 的內孔中設有鐵基超微晶鐵心216作電磁耦合。鐵基超微晶鐵心216的磁迴路中設有磁氣 隙218，磁氣隙218的設置寬度是0. 15——0. 4mm，是根據工作頻率和輸出功率予以調整；最 佳實施例工作頻率38KHz，輸出功率7W，磁氣隙218設置寬度是0. 25mm。所述的鐵基超微晶 鐵心216也可以是R2KD的鐵氧體磁心材料製成。臥式多槽絕緣線圈骨架212使整機體積 縮小，安裝方便。實施例三本實用新型非熱等離子體脈衝電源所述的脈衝發生器205內設有絕緣柵雙極型 電晶體Q1，Q1的集電極接初級線圈214同名端al，Ql的發射極經電流檢測電路208接整流 電路202的負輸出端。Ql的柵極經電阻器R4接數字控制電路204輸出端。Ql的耐電壓參 數至少是輸入電源電壓額定值的2. 7倍。所述的絕緣柵雙極型電晶體Ql也可以是參數相 近的絕緣柵場效應電晶體將功能腳相對應連接製成。本實用新型非熱等離子體脈衝電源設有電感儲能式變換器，其工作原理當脈衝 發生器205中的開關管Ql被PWM脈衝激勵而導通時，次級高壓快恢復二極體217截止，脈衝 變壓器206的次級線圈215輸出脈衝電流給外接等離子體反應器207供電。整流電路202 直流輸出電壓施加到脈衝變壓器206初級線圈的兩端，此時初級線圈214相當於一個純電 感，流過初級線圈214的電流線性上升，電源能量以磁能形式存儲在電感中當開關管Ql截 止時，由於電感電流不能突變，初級線圈214兩端電壓極性反向，次級線圈215上的電壓極 性顛倒使高壓快恢復二極體217導通，初級線圈214儲存的能量傳送到次級線圈215，提供 輸出脈衝電流給外接的等離子體反應器207供電。本實用新型脈衝變壓器206要求磁芯剩餘的磁感應強度低，即Br/Bs較小。選用鐵 基超微晶低剩磁(Br/Bs彡0. 2)材料的磁芯，飽和磁感應強度Bm = 1. 2T，剩磁Br < 0. 2T， 損耗P0. 35 (IOkHz) < 18W/kg。本設計脈衝變壓器206是按反激式逆變器設置，磁芯工作在 磁滯回線的第一象限，對材料的要求是具有大的ΔΒ(ΔΒ = Bm-Br)，鐵基超微晶材料的飽 和磁感應強度無論經過怎樣的磁場處理都是不會變的，所以要使ΔΒ增大，只有採用低Br 的磁芯。特別對於脈衝變壓器206要求有足夠的飽和磁感應強度Bm和合適的磁導率。因 為脈衝變壓器206要求儲能，線圈儲能的多少取決於兩個因素一是材料的工作磁感應強 度Be或初級線圈214電感量L ；另一個是工作磁場Hm或開關管Ql工作電流。飽和磁感應 強度Bm由鐵基超微晶材料決定，低Br的磁芯利於恆磁導，使磁芯在一定的工作電流下不飽和。鐵基超微晶磁心的優越性能作為本實用新型優選。實施例四本實用新型非熱等離子體脈衝電源所述的異常狀態保護電路209內設有光耦 IC2，光耦IC2的輸入端1腳接地，光耦IC2輸入端2腳與脈衝變壓器206的次級線圈異名 端b2連接，光耦IC2輸出端3腳接整流電路202的負輸出端，光耦IC2的4腳是輸出端。光 耦IC2的2、3腳並聯高壓電容器C7，取樣電阻R6並聯在光耦IC2的輸入端。流經取樣電阻 R6上是脈衝變壓器206送至等離子體反應器207的工作時取樣電流，由光耦IC2光電轉換 作電隔離後，將等離子體反應器207的工作信號電流送至數字控制電路204內的誤差放大 器和PWM比較器。異常狀態信號電流經過光耦IC2轉換成光信號，進行光電隔離後再還原 成電信號送至數字控制電路204處理。實施例五本實用新型非熱等離子體脈衝電源所述的電流檢測電路208內設有電阻器R5。電 阻器R5既是絕緣柵雙極型電晶體Ql的發射極電阻器，又是電流檢測電路208的電流取樣 電阻器。電阻器R5上的取樣電流送入數字控制電路204，由設在數字控制電路204內部的 振蕩器、誤差放大器和PWM比較器處理，轉換成數字控制電流後輸出至脈衝發生器205的輸 入端，自動調整脈衝發生器205的輸出脈衝寬度，進一步自動控制離子體反應器207工作電 流穩定性能。實施例六本實用新型非熱等離子體脈衝電源所述的脈衝限幅電路210內設有瞬變二極體 D5和快恢復二極體D6反向串聯後與初級線圈214並聯，瞬變二極體D5的正極與整流電路 202的正輸出端連接。快恢復二極體D6的正極與絕緣柵雙極型電晶體Ql集電極連接，電容 器C6與瞬變二極體D5並連。瞬變二極體D5在脈衝限幅電路210中起重要作用，本實施例 當市電電壓為220V時，優選1. 5KE250A型，工作電流4. 2A，限幅電壓237——263V。實施例七本實用新型非熱等離子體脈衝電源所述的EMC濾波器201設有差模電感器LI和 共模電感器L2兩者串聯。EMC濾波器201輸入端並聯電容器C1，EMC濾波器201輸出端並 聯電容器C2。所說的電容器Cl是耐電壓250VAC優先。實施例八本實用新型非熱等離子體脈衝電源所述的數字控制電路204內的振蕩器、誤差放 大器和PWM比較器是製成一個模塊，也可以選用開關電源控制集成電路ICl包括UC3842、 SG6848D製成。另一種方案是數字控制電路204和脈衝發生器205是合用一塊單片集成電 路的，三端開關電源ICl包括T0P225或T0P224製成，T0P225或T0P224的D極與脈衝變壓 器al端連接，C極經電阻R4與數字控制電路204輸入端連接，S極接整流電路202的負輸 出端。電路結構簡單，可靠性及技術指標稍差。也可以是用性能更好的單片五端開關電源 ICl包括MC33374製成，它的5腳與T0P224的D極對應，1、2腳與T0P224的C極對應，4腳 與T0P224的S極對應。設計時選用輸出功率更大的單片開關電源安全性能會好些，製造成 本相應增多。所述的光耦IC2的型號是PC817或P721，互換時四隻功能引腳對應連接。圖6是本實用新型脈衝變壓器輸出高壓放電電流波形圖。此放電電流波形是在脈 衝變壓器206的輸出端外接等離子體反應器207接地端的取樣電阻器上測得的。數字式示波器顯示表明脈衝佔空比為16%，脈衝寬度是3uS，脈衝上升時間為70nS。本實用新型脈 衝變壓器輸出高壓放電電流波形一致性好，等離子體反應器207的電暈放電穩定。圖7是本實用新型的電磁兼容、傳導幹擾測試報告。由於本實用新型非熱等 離子體脈衝電源設有EMC濾波器201，脈衝變壓器206初級線圈的兩端設有脈衝限幅電 路210，脈衝發生器205與脈衝變壓器206是按反激式逆變器設置，外接的等離子體反應 器207與市電隔離，其外殼直接接地，電磁屏蔽、安全性能好。測試報告顯示本發明從 0. 009—30MHz頻段範圍內，電磁兼容指標符合國內外有關規定。以上所述，僅僅是參照附圖的實施例對本實用新型的非熱等離子體脈衝電源作了 進一步說明，並非是對本實用新型的限定。在本實用新型的技術理念範圍內，本領域技術人 員可以按上述揭示的技術內容作出包括電子元件、材料在內的各種方式簡單變形或等同替 代，均屬於本實用新型技術方案的範圍內，以本發明的權利要求書所限定範圍為準。
權利要求非熱等離子體脈衝電源，包括EMC濾波器(201)、整流電路(202)、濾波電路(203)、數字控制電路(204)、脈衝發生器(205)、脈衝變壓器(206)依次序作電連接，脈衝變壓器(206)的輸出端外接等離子體反應器(207)，其特徵在於所述的脈衝發生器(205)輸出端設有電流檢測電路(208)，將檢測到的脈衝發生器輸出電流信號送入數字控制電路(204)內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器，轉換成數字控制電流後輸出至脈衝發生器(205)的輸入端，以自動調整脈衝發生器(205)的輸出脈衝寬度；所述的脈衝變壓器(206)的輸出地電位端接有異常狀態保護電路(209)，異常狀態保護電路(209)的輸出端與數字控制電路(204)輸入端連接，將脈衝變壓器(206)送至等離子體反應器(207)的工作電流取樣、隔離後的信號電流送入數字控制電路(204)，經數字處理後的控制電流從數字控制電路(204)輸出端送至脈衝發生器(205)輸入端，以自動控制脈衝發生器(205)的工作狀態；所述的脈衝變壓器(206)初級線圈的兩端設有脈衝限幅電路(210)，對脈衝變壓器(206)初級線圈兩端的輸出電壓峰值箝位；所述的脈衝發生器(205)與脈衝變壓器(206)是按反激式逆變器設置，脈衝變壓器(206)的初級線圈(214)和次級線圈(215)的同名端a1、a2和異名端b1、b2是反向設置的；所述的次級線圈(215)是分段繞製成至少是兩個線包串聯而成，每個線包的上端各設有一個高壓快恢復二極體(217)，高壓快恢復二極體(217)的正極接在低電位線包的末端，高壓快恢復二極體(217)的負極接在高電位線包的起始端。
2.根據權利要求1所述的非熱等離子體脈衝電源，其特徵在於所述的脈衝變壓器 (206)設有一個多槽絕緣線圈骨架(212)，次級線圈(215)是分三段至五段繞制在多槽絕緣 線圈骨架(212)相對應的凹槽內串聯而成；所述的高壓快恢復二極體(217)的耐電壓參數 至少是12KV，恢復時間小於SOnS ；所述的初級線圈(214)和次級線圈(215)的內孔中設有 鐵基超微晶鐵心(216)作電磁耦合，鐵基超微晶鐵心(216)的磁迴路中設有磁氣隙(218)， 磁氣隙(218)的設置寬度是0. 15——0. 4mm ；所述的鐵基超微晶鐵心(216)也可以是R2KD 的鐵氧體磁心製成。
3.根據權利要求1所述的非熱等離子體脈衝電源，其特徵在於所述的脈衝發生器(205)內設有絕緣柵雙極型電晶體Q1，Q1的集電極接初級線圈(214)同名端al，Ql的發射 極經電流檢測電路(208)接整流電路(202)的負輸出端；Ql的耐電壓參數至少是輸入電源 電壓額定值的2. 7倍；所述的絕緣柵雙極型電晶體Ql也可以是參數相近的絕緣柵場效應晶 體管將功能腳相對應連接製成。
4.根據權利要求1所述的非熱等離子體脈衝電源，其特徵在於所述的異常狀態保護電 路(209)內設有光耦IC2，光耦IC2的輸入端1腳接地，光耦IC2輸入端2腳與脈衝變壓器(206)的次級線圈異名端b2連接，光耦IC2輸出端3腳接整流電路(202)的負輸出端，光耦 IC2的4腳是輸出端；光耦IC2的2、3腳並聯高壓電容器C7，取樣電阻R6並聯在光耦IC2 的輸入端；流經取樣電阻R6上是脈衝變壓器(206)送至等離子體反應器(207)的工作時取 樣電流，由光耦IC2光電轉換作電隔離後，將等離子體反應器(207)的工作信號電流送至數 字控制電路(204)。
5.根據權利要求1或3所述的非熱等離子體脈衝電源，其特徵在於所述的電流檢測電 路(208)內設有電阻器R5，電阻器R5既是絕緣柵雙極型電晶體Ql的發射極電阻器，又是電 流檢測電路(208)的電流取樣電阻器。
6.根據權利要求1所述的非熱等離子體脈衝電源，其特徵在於所述的脈衝限幅電路(210)內設有瞬變二極體D5和快恢復二極體D6反向串聯後與初級線圈(214)並聯，瞬變二 極管D5的正極與整流電路(202)的正輸出端連接，快恢復二極體D6的正極與絕緣柵雙極 型電晶體Ql集電極連接，電容器C6與瞬變二極體D5並連。
7.根據權利要求1所述的非熱等離子體脈衝電源，其特徵在於所述的EMC濾波器 (201)設有差模電感器LI和共模電感器L2兩者串聯，EMC濾波器(201)輸入端並聯電容器 Cl，EMC濾波器(201)輸出端並聯電容器C2。
8.根據權利要求1或4所述的非熱等離子體脈衝電源，其特徵在於所述的數字控制電 路(204)內的振蕩器、誤差放大器和PWM比較器可以是製成一個模塊，也可以選用開關電源 控制集成電路ICl包括UC3842、SG6848D製成；或數字控制電路(204)和脈衝發生器(205) 是合用一塊單片集成電路的，三端開關電源ICl包括TOP225或TOP224製成，也可以是用 性能更好的單片五端開關電源ICl包括MC33374製成；所述的光耦IC2的型號是PC817或 P721。
專利摘要本實用新型屬空氣消毒淨化技術領域，涉及非熱等離子體脈衝電源。它包括EMC濾波器、整流濾波電路、數字控制電路、脈衝發生器、脈衝變壓器依次電連接。脈衝發生器輸出端設有電流檢測電路，脈衝變壓器的輸出端接有異常狀態保護電路，初級線圈的兩端設有脈衝限幅電路，脈衝變壓器是按反激式逆變器設置，次級線圈是分段繞製成至少是兩個線包串聯而成，每個線包的上端各設有一個高壓快恢復二極體。本實用新型匹配呈容性的等離子體反應器工作產生高濃度等離子體，而且結構簡單、脈衝變壓器是臥式的體積小，可靠性好、造價低。它廣泛應用於非熱等離子體空氣消毒淨化器。
文檔編號H02M9/06GK201726335SQ20092021569
公開日2011年1月26日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者周雲正 申請人:周雲正