脉冲电源范文

脉冲电源范文第1篇

Abstract： This paper first introduces the micro-arc oxidation technology. Combined with the characteristics of micro-arc oxidation technology， it presents the design of the main circuit of micro-arc oxidation power， and puts forward the design requirement of micro-arc oxidation power supply. It regulates the pressure the output voltage by thyristor voltage regulator circuit， and the main circuit uses a combination of voltage regulator circuit and inverter circuit.

关键词： 微弧氧化；整流；逆变

Key words： micro-arc oxidation；rectifier；inverter

中图分类号：TM919 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）14-0053-02

0 引言

从日常生活到最尖端的科技，都离不开电源技术的参与和支持，我国金属表面处理用电力半导体电源行业，电源技术正是在这种环境中一步步发展起来，随着电力半导体器件品种和技术水平的不断提高，应用行业包括电镀、铝合金型材表面氧化、电子铝箔腐蚀等，金属表面处理用电力半导体整流电源的品种越来越多[1，2]。近几年来，微弧氧化技术由于广泛的用途和良好的金属表面加工效果，其中微弧氧化脉冲电源应用最为广泛，对应用于微弧氧化技术的大功率微弧氧化电源的研究取得了很大的进步，因其效果和广泛的用途而受到很大的关注[3]。

1 微弧氧化脉冲电源原理

微弧氧化脉冲电源因为可以输出不对称的正负两路电压脉冲，又被称为正负脉冲电源。微弧氧化电源在电源工作时，正负脉冲交替工作，但正脉冲峰值大于负脉冲峰值。在较低电压下，工件首先在水溶液中被氧化，表面生成一层薄薄的氧化膜，在这之后让工件处于正脉冲的高电压放电区，当达到一定程度的电场强度时，就在氧化膜与内层金属发生微弧放电，使工件表面的氧化膜在高温下被烧结而变得致密。

图1所示为微弧氧化电源的原理框图。

2 硬件主电路图

包括三相主变压器、三相全控整流电路、斩波电路，所设计的微弧氧化脉冲电源主电路如图2所示，整个电源主电路包括正、负两个电源，负电源经整流滤波后可向后级提供300V/300A直流，正电源经整流滤波后可向斩波电路提供600V/500A直流。

3 控制电路

本电源选择DSP为核心芯片，通过编程产生驱动信号去控制开关模块，并且对传感器采集的信号进行处理。DSP产生的斩波脉冲同时控制IGBT1和IGBT4的开通与关断，从而得到了微弧氧化的正向脉冲电源。

同样，当负电流经过IGBT2需要进行微弧氧化的工件和IGBT3时，DSP产生的另一路斩波脉冲也同时控制IGBT2和IGBT3的开通与关断，得到微弧氧化的反向脉冲电源。

4 软件

单片机系统上电后，主程序首先要对系统进行初始化，初始化程序包括内存空间的分配、初始变量的设置。（图4）

5 结论

本文对微弧氧化脉冲电源的主电路及控制电路的设计进行了详细的阐述，同时对微弧氧化脉冲电源的原理进行了详细的介绍。微弧氧化脉冲电源实际上也可以称作正负脉冲电源。本设计立足于实用的基础上对双向不对称脉冲式微弧氧化电源的主电路、控制电路及控制程序做了系统的研究。

参考文献：

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[7]慕伟意，杜继红，李争显，奚正平.铝在高温水蒸气中表面氧化膜的性能[J].表面技术，2004（02）.

脉冲电源范文第2篇

粉尘比电阻大于1011Ω·cm（高比电阻）时，采用传统工频、高频电源的电除尘器收尘，由于高电阻粉尘在电场中的高粘附力，使振打无法有效地将粉尘从收尘极板上除下，最终引成反电晕现象，降低了除尘器的除尘效率。脉冲电源独特的基础电压叠加脉冲电压的双电模式，相比于传统的工频、高频电源，能使粉尘的驱进速度明显提高，如图1所示，这使得同收尘面积的静电除尘器在使用不同电源控制系统时产生完全不同的除尘效果。增强系数H=Wp/Wdc，其中Wp为应用脉冲电源后的粉尘驱进速度，Wdc为应用常规电源后的粉尘驱进速度。从上图中看出，粉尘比电阻越高，应用脉冲电源后的效果越好，当粉尘比电阻为1013Ω·cm时，增强系数达到2.2倍，即脉冲电源对粉尘驱进速度的提高效果是常规电源的2.2倍，这就使得脉冲电源在高比电阻粉尘的除尘效率上完全优于常规电源。同时，脉冲电源的脉冲电流大，电压脉宽窄（≤120us），电除尘器电压上升率高，达2KV/us，荷电和电晕效果好，火花电压高，比常规电源提高几十KV，而基础电源电压总低于火花电压，能有效抑制反电晕和二次扬尘，有利于收尘。依据多年电除尘研究经验和相关工业应用，电除尘器电场越往后，粉尘比电阻越高。在除尘器后两级电场粉尘的平均比电阻一般都能达到1.0×1011～1.0×1013(Ω·cm)数量级。利用多伊奇公式η=1-e-w·A/Q及其他相关知识，可以计算出脉冲电源对不同比电阻粉尘的理论除尘效率，如表1所示。从表中可见，比电阻越高，脉冲电源的除尘效率越好，比电阻为1.0×1012～1.0×1013(Ω·cm)时，理论效率可达99.9934%。

2.脉冲电源的组成及结构

脉冲电源是适用于电除尘器的电源，目前在世界各地的电厂、钢铁厂及水泥厂的环保除尘机械设备中得到了广泛应用，除尘效果显著。它主要由控制柜和高压输出变压器两部分组成，分别放置于控制室和电除尘器顶部。脉冲电源系统一般由基础电压产生部分、脉冲电压产生部分、控制部分及通讯部分组成。其原理图如图2所示。1）基础电压Vdc产生部分三相交流电源输入至三相升压变压器，经三相整流桥和滤波电路后，产生一个高压直流电压，再经扼流电感L2和耦合电感L4送至电除尘器中，供应电除尘器ESP所需的基础电压。2）脉冲电压产生部分三相交流AC380V输入至三相升压变压器，经整流桥、滤波电路后，得到一个高压直流电压，经扼流电感L1给储能电容Cs充电。当高压IGBT（SW1）导通时，储能电容Cs、扼流电感L3、耦合电感L4、电除尘器ESP等效电容形成谐振回路，储能电容Cs内的电量在该回路内谐振，在电除尘器ESP两端形成一个脉冲电压。该脉冲电压与基础电压叠加，产生最终所需的加至电除尘器ESP上的电压波形，如图3所示。谐振后半部分，电量回充给储能电容Cs，节约电能。当高压IGBT关断时，谐振回路断开，电源继续给储能电容充电至原电压，等待下次脉冲的产生，如此循环。3）控制部分通过一个核心控制器（嵌入式系统），控制基础电压、脉冲电压的产生，并接收脉冲电源的反馈信号、监控关键位置的运行状况，调整脉冲电源的运行状态，使脉冲电源适应各种复杂工况的要求，产生最大的收尘效率及节能目标。同时采用快速、智能的火花响应、处理机制，保证火花状态下设备的安全、稳定运行。4）通讯部分通过以太网控制器，在通讯协议，比如Modbus的基础上搭建整个通讯系统，在上位机界面上监控各个脉冲电源的运行情况，并统一控制、调配，便于运行和管理，提高工作效率。

3.脉冲电源除尘的特点和优势

对于常规除尘器控制电源，脉冲电源具有如下主要优势：1）脉冲电源具有常规电源各种特性；2）在基准电压的基础上叠加脉冲电压，有效抑制高比电阻粉尘的反电晕现象，同时使电场获得尽可能大的电晕场强，使高比电阻粉尘充分实现电离、吸附、放电等过程；3）在获得较高场强的状态下，使得电耗最大可能的节省。对于电除尘器本体一类的改造，脉冲电源具有如下主要优势：（1）改造简便，可在不停炉、短期停电的状态下完成改造；（2）改造周期短，见效快；（3）故障时影响小，无需停炉整改；（4）改造成本低；（5）对于原本体小的除尘器有适当提效功能。综合考虑，脉冲电源较其他除尘器技术具有全面的、可靠的优势，采用脉冲电源对电除尘器进行改造是目前适应国家新环保标准的最佳改选方案。

4.脉冲电源工程应用及发展前景

脉冲电源自上世纪九十年代问世以来，已经在世界各地得到广泛应用，产品应用数量截至2013年已超200多台。近两年，由于环保问题的日益严峻，世界各国对大气污染治理问题的越加重视，传统电源技术已无法满足除尘需求，性能优越的脉冲电源得到了极大的发展，迅速在世界各地得到应用。脉冲电源应用后也取得了显著的除尘效果。表3罗列了一部分脉冲电源的应用项目及取得的效果。典型项目之一：波兰Dabrowa项目项目情况：(1)项目目标：出口粉尘浓度≤50mg/Nm3(2)入口最大粉尘浓度3500mg/Nm3(3)设计最大除尘效率η=1-（50/3500）=98.57%改造前后对照表如表4所示。改造后的电耗如表5所示。

脉冲电源范文第3篇

摘要：

随着美国第三次“抵消战略”的推进，电磁轨道炮等新概念武器成为关注的焦点。在介绍电磁轨道炮的基础上，总结了外军的发展现状和技术瓶颈，详细阐述了电磁轨道炮脉冲功率电源的超导储能技术和变流装置的拓扑结构。研究表明，电磁轨道炮和超导储能技术将是发展的趋势。

关键词：

电磁轨道炮；超导储能；抵消战略

引言

电磁轨道炮是利用电磁轨道发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器，通过电磁力来加速弹丸，很容易突破传统化学能火炮技术的初速极限，因此具有高速度、大威力和远射程等优点[1]。当前，美军高度重视电磁轨道炮的研发和试验，称电磁轨道炮为可“改变游戏规则”的新概念武器[2]。电磁炮具备广泛的用途，据文献报道，可能的用途包括以下几个方面：打击地面和海上目标；陆地和海上防空反导；发射导弹和卫星；天基战略反导和反卫星；实施空中作战[3]。电磁轨道炮通过洛伦兹力加速弹丸，相较于传统火炮依靠化学能实现发射方式，具有初速快和精确可控等优点。电磁轨道炮不仅能突破传统火炮初速的限制，而且可实现弹丸的初速、威力和射程的连续精确调控，这使得电磁轨道炮顺应了信息化战争对装备智能化的要求。此外，由于电磁炮未使用火药，作战时不会产生火焰和烟雾，所以隐蔽性和安全性高。而且电磁炮发射成本低廉，同时降低了后勤补给负担。因此，电磁轨道炮的广泛应用将是未来的发展趋势。文中对国内外电磁轨道技术发展现状进行了阐述，并指出了电磁轨道炮目前的发展瓶颈。最后详细阐述了电磁轨道炮脉冲电源的超导储能系统，指出复杂的电源储能技术的突破将会极大推动电磁轨道炮技术的成熟。

一、外军电磁轨道炮技术发展现状与瓶颈

（一）外军电磁轨道炮技术发展现状

美国对于电磁发射技术在军事领域内应用的研究始于21世纪初，目前处于世界领先水平。早在2000年，电磁发射技术就作为超前技术纳入美军的未来战斗系统（FCS）应用规划中。2001年，美国海军完成了舰载电磁轨道炮可行性分析，认为可以64MJ的炮口动能发射20Kg的弹丸，完成动能毁伤。之后，美国海军2005年启动了电磁轨道炮研制项目，并于2008年至2012年进行了多次实验和试射。2013年，美国海军授权BAE系统公司正式启动连续发射的发射样机和脉冲电源的研发工作。2014年3月7日，美国海军研究实验室所属材料试验研究室成功试射了新研发的小口径电磁轨道炮试验台，标志着美军电磁轨道炮研究进入新阶段。该试验台口径仅为25.4mm，每分钟可进行数次发射，并可安装在配有先进电池的机动平台上。2014年9月，美防长第一次在公开场合提出第三次“抵消战略”，旨在利用美国的技术优势发展新的装备和战略战术，谋求与对手新的不对称军事优势[4]。美军电磁轨道炮的未来的实战化应用，将增大相对战争成本，并削弱其对手的导弹生存能力。在此背景下，美军加速了电磁轨道炮的测试和应用。美海军计划于2016年在“米利诺基特”联合高速舰上暂时安装一部用于海试的电磁炮原型机。2015年4月，美海军计划未来将一套新型电磁轨道炮武器整合在朱姆沃尔特级驱逐舰（DDG1000）上。法德国防部共同组建的联合实验室法•德圣路易斯研究所是继美国之后在电磁发射领域的重要研究力量，目前已经能够实现电磁轨道炮的多发快速发射。1998年ISL建成的“PEGASUS”电磁轨道发射器是其主要发射装置，并在随后的几年中进行了多次优化与改进。2002年，该试验型发射器优化为方口径，如图3所示，此结构更加容易控制条件和拆换部件，有利于试验研究。此发射装置可以将质量为300g的电枢加速至2.4km/s，也可将质量为1kg的弹丸发射到2.0km/s以上的速度，发射效率超过25%。2006年，ISL已实现将质量1～4kg的弹丸加速到2300m/s的发射。ISL基于这些发射系统获得的基础数据，研究获得了发射器口径结构、电枢结构、分布式馈电和材料等因素对发射稳定性和轨道寿命的关系。

（二）电磁轨道炮技术发展瓶颈

电磁轨道炮虽然具有很多优势，但也存在能量储存困难、电源复杂的缺点。可以预见，电磁炮从概念走向广泛应用还需要经历一个长期的发展过程。尽管美军的电磁炮项目目前已进入工程化阶段，但要在未来实现实用化和武器化，仍面临着以下技术突破的巨大挑战。

一是脉冲电源问题。电磁轨道炮在工作时，弹丸的加速时间极短，但为了获得所需的初速，所需的能量却非常巨大。脉冲电源负责为电磁炮提供能量，要在几毫秒的时间内提供几十至上百兆焦的电能。如此巨大的能量存储依赖于储能技术的进步，目前较为成熟的储能技术是体积和重量都较大的电容器。例如，美国通用电子公司推出的“闪电”电磁轨道炮所使用的电容器大小如两辆拖车式卡车，无法实现高机动性。为实现电磁炮车载化的目标，电源储能装置需进一步小型化。因此脉冲电源设计时，不仅要考虑材料的强度、效能和温度控制等因素，而且要考虑储能装置的小型化问题。

二是炮管长寿命问题。炮管寿命制约着电磁炮技术的发展，长寿命是连续发射的前提。虽然目前已经解决了电弧烧蚀和高速刨削等问题，但发射器的寿命依然只有百发量级。发射器在发射时承受着巨大推力，以及流经轨道和电枢的电流都会对炮管造成磨损。因此在解决炮管长寿命问题时，要设计可承受轨道斥力的炮管结构，并攻克热管理技术等等。

三是炮弹设计和抗过载问题。首先，电磁轨道炮的杀伤机制为单纯的动能毁伤，因此炮弹的材料和结构设计直接影响了最终的杀伤效果。其次，电磁炮要实现远距离的精确打击，必须进行制导和弹道修正。在电磁炮发射的瞬间，炮弹将承受巨大的空气阻力、百万安培的强大电流和35000-40000g的高过载。所以炮弹及其制导组件必须具备耐高温、高压和巨大过载的性能。制导炮弹的抗过载能力越强，对应的精确打击射程就越远。

四是与作战平台集成的问题。电磁轨道炮无论用于执行何种作战任务，在使用过程中都将基于特定的作战平台，因此需要将武器系统与已有或未来的作战平台进行集成。具体包括动态功率共享、空间和质量、冷却、电磁场管理等方面的问题。

二、电磁轨道炮脉冲功率电源技术

（一）脉冲电源超导储能技术进展

电磁轨道炮的脉冲功率电源一般包括初级电源、中间储能系统和脉冲形成网络。其中储能系统常见类型包括：电容储存静电能，电感储存磁能，旋转机械储存惯性动能[5]。在几种储能方式中，电容储能技术最为成熟，应用最为广泛但能量密度最低；旋转机械储能的能量密度大，但其结构非常复杂且难以实施；电感型储能的储能密度高于电容，易于冷却且只需储存一次发射的能量即可。所以，电感储能型高能大功率脉冲电源是满足电磁发射需求的可能方案。超导磁储能装置（SuperconductingMagneticEnergyStorage,SMES）通过对超导线圈供电励磁产生磁场而储存能量[6]。超导储能具有很多优点：直接存储能量，所以效率高；储能密度大，理论上存储能量没有限制；可控性好；由于线圈处于超导态，所以能量在磁场中的几乎没有损耗，并且可极大降低对充电电源的要求。SMES本质上是电流源，它的电压随着负载而变化。脉冲功率SMES可以应用在诸多需要大功率电流源的领域，例如电磁轨道炮、舰载机弹射装置和载荷电磁发射器。目前，第二代高温超导带材（YBCO）的发展，为提高超导储能技术奠定了材料基础。HTSSMES相比于低温超导,在高磁通密度下可以提供更大的电流密度，而且具有更大的热稳定性。使用HTS，在15K温度以上进行操作有了可能，这也降低了冷却降温的成本。2007年，法国总军械代表团框架下的HTSSMES发生器‘SMESI’进行了测试。2011年，ISL设计了储能84KJ的三模块高温超导磁储能XRAM发生装置，是第一个设计并实验成功的超导XRAM发生器[7]。该XRAM发生器在27m的负载上得到了峰值为600A的34s时长的脉冲电流。‘SMESI’的升级版‘SMESII’实现了2╳200KJ-1MW的脉冲功率高温超导磁储能装置的设计和测试，其双饼绕组如图6所示。

（二）脉冲电源变流装置研究现状

虽然电感型储能具有诸多优点，但也具有一个典型缺点。在关断大电感电流时，由于电流的突变和充电回路中的漏磁场能量，使得在关断开关两端会产生很大的电压应力而超出半导体开关所能承受的范围。因此人们一直在提高关断开关的耐压和探索对主管耐压要求低的换流电路。美国IAT实验室提出的STRETCHmeatgrinder和由德法ISL联合实验室提出的ICCOS换流的XRAM是两种基本的电流脉冲压缩拓扑，两者的典型电路分别如图7和图8所示。STRETCHmeatgrinder是利用磁通压缩原理实现电流倍增的，电流放大倍数大，拓扑结构简单。采用全控型器件IGCT作为关断开关，成本高且关断电流较小；而ICCOS换流的XRAM通过从电流源串联充电转换为并联放电，从而产生一幅值约为各电感电流之和的输出电流。该拓扑模块化性能好，但结构相对复杂。我国清华大学提出的STRETCHmeatgrinderwithICCOS将ICCOS换流技术应用于STRETCHmeatgrinder拓扑中，典型电路如图9所示。该拓扑结合了前2个拓扑的优势，同时具备高电流放大倍数、较小关断开关电压和关断开关能关断较大电流的优势，并且显著降低了系统成本。电感型储能脉冲电源在电磁轨道炮中的应用尚在探索中，目前超导磁储能技术也已经能够达到MW级，变流装置的研究也在快速发展。超导储能装置的小型化和能量转换所用大容量短路开关及变流技术的突破是电磁炮从概念走向实际的有效桥梁。

三、电磁轨道炮及其脉冲功率电源技术的发展趋势

（1）电磁发射技术的研究热潮。从弓箭到火炮，人类实现了从机械能到化学能发射的转变，未来由化学能转换为更高发射速度的电磁能发射将是必然趋势。随着美国第三次“抵消战略”的加速推进，电磁发射技术的研究也将越来越引起人们的关注。

（2）超导储能成为未来的主要方向。由于超导储能与其它储能方式相比，具有较高的储能密度和功率密度，存储容量没有限制，而且几乎没有电能损耗等诸多优点，所以超导储能未来最有望成为电磁轨道炮脉冲功率电源所用储能装置。

（3）储能装置小型化。为了实现脉冲功率电源的车载化目标，最终实现电磁轨道炮的武器化和实战化应用，电源小型化是必然趋势。因此储能装置小型化是未来一段时间的发展目标。

四、结束语

随着美国第三次“抵消战略”的推进，将在无人作战、定向能、动能武器等领域掀起新一轮军事科技革命。电磁轨道炮作为高速动能新概念武器，将在未来的军事科技竞争中成为抢夺战略制高点的关键。目前，美国处于世界领先水平，电磁轨道炮也已经进入工程化阶段。我国应结合自身国情，科学合理制定电磁轨道炮的发展规划。当前，应加强电磁轨道炮基础理论科学和关键技术的研究，为将来电磁轨道炮的实战应用提供技术储备和经验积累。此外，超导储能技术不仅可以用于电磁轨道炮，而且可用于电网中的脉冲功率电源。超导储能技术将随着超导材料和相关技术的进步，逐步提高功率密度和能量密度。相信在不久的将来，电磁轨道炮会进入实战化和武器化应用阶段。

参考文献：

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脉冲电源范文第4篇

电机扩大技术成熟、可靠性高,控制绕组多,是传统的消磁主电源励磁装置的首选。但扩大机作为特殊的直流发电机,本身时间常数大,且参数可调范围有限,并不适用于图2所示工况。研究和实践表明,针对图2所示的特殊工况,其励磁装置需采用适用于电机控制、参数可调范围大、反应迅速的基于数字控制的整流式励磁装置,得到消磁脉冲电源电气部分物理模型如图3所示。消磁脉冲电源交流发电机采用有刷励磁、励磁装置功率部分采用晶闸管整流,通过传感器将机端强电信号转换成弱电信号作为反馈信号,经模数转换,与给定信号比较,经数字PID调节形成控制信号控制晶闸管的开关,将三相交流电整成6脉波直流电,大小由控制信号决定,通过电刷给发电机励磁绕组供电,从而控制消磁电流波形。虽然图3所示模型中晶闸管整流部分和不控整流部分都是离散的工作模式,但相对于消磁主电源系统的机械时间常数来说,其间隔时间可忽略,从控制的角度讲图3所示的模型可当做连续系统处理[1]。系统的储能飞轮重达数吨,再加上其它机械结构,系统有很大的惯性,工作过程中电枢转速可视为恒定:晶闸管整流部分可视为增益为k0、时间常数为T0的一阶惯性环节;发电机励磁绕组的电感为L、电阻为R;发电机电枢连同负载(包括不控整流装置和消磁绕组)可视为增益为k1、时间常数为T1的一阶惯性环节;反馈通道视为增益为k2、时间常数为T2的一阶惯性环节,则消磁主电源电气部分数学模型如图4所示。图4所示模型中,励磁装置的时间常数为毫秒级;交流发电机直接带整流负载,非对称工作模式,可认为它总是处于超瞬态,交流电机电枢的超瞬态电抗很小[3-6],电枢连同负载的时间常数为0.1s左右;反馈环节的时间常数约为数十毫秒;交流发电机励磁绕组的时间常数一般可达数秒,所以消磁主电源电气部分的惯性主要来自发电机励磁绕组,在计算PID控制环节参数时,可先不计其它各环节的影响,在不考虑PID环节的D参数时(D参数在后面考虑),得到简化的消磁脉冲电源励磁控制模型如图5所示。

2控制参数计算

消磁脉冲电流最后一个脉冲的幅值很小,这就需要对发电机输出的剩磁电压进行控制。根据图6所示的同步发电机短路特性曲线和图7所示的空载特性曲线可知,要使最后一个脉冲满足要求,发电机空载剩磁电压须控制在20V以下,而该发电机的空载剩磁电压接近100V,故励磁装置需产生偏置电流以补偿剩磁电压。补偿后实际输出空载剩磁电压小于2V。

3小结

脉冲电源范文第5篇

关键词：串联谐振 脉冲电源 PWM IGBT

随着重复频率脉冲功率技术的发展，那种体积庞大、低效率的恒压充电方式已不能满足实际需求。传统电源与串联谐振充电电源相比，其具有如下优点:高效率、恒流充电、大功率密度、体积小、适用于变化范围宽的负载等，是理想的电容充电电源。本文将对适合电容充电的串联谐振恒流脉冲电源进行了设计。

1、串联谐振充电的原理

串联谐振充电电路中，当电源电压恒定保持不变时，随即变换器从每一个开关管（IGBT）正向导通开始至谐振电流反向续流结束，在这样的情况下完成一个自然谐振周期后，此时储能元件上的电压增量相等，因此这种谐振式逆变充电方法通常被称为等台阶充电或等电荷充电。之所以能实现等台阶充电，因为当电路稳定工作时正向谐振峰值电流会随自然谐振周期的个数增加而增大，反向续流峰值则减小，但两者之和不变，从而在每完成一个自然谐振周期后能保证储能元件的电压增量相等。

2、串联谐振恒流脉冲电源结构设计

脉冲电源主要由脉冲变压器、谐振电容、直流源、高频全桥逆变电路、高频高压整流、谐振电感、储能电容器以及脉冲成形结构（能量转换和释放系统）组成。主电路见图1。

图1 图主电路拓扑图

图中VD为直流电源，可通过对交流电进行滤波、整流得到;高频全桥逆变电路由4个 IGBT 和与其反向并联的续流二极管组成，二极管选用高速恢复二极管，有利于实现软开关，选用IGBT是因为它既有功率晶体管的导通电压低、通态电流大的优点，又有MOSFET 易于驱动、开关频率高、控制简单的优点;谐振电路由谐振电容、谐振电感、线路等效电阻以及变压器组成，其中谐振电容和谐振电感的等效阻抗远大于线路等效电阻;4个整流二极管形成了高频全桥整流电路;蓄能电容为电解电容;脉冲成形结构由晶闸管和晶闸管触发板组成。

2.1 高频全桥逆变电路

在脉冲电源中，核心部分是逆变电路，在逆变电路中将会有很多的保护和控制电路，整个功率器件的很多参数都将受到逆变电路的影响，系统的其它各部分也会相应的受到影响，所以，逆变电路的设计是非常关键的一个环节。逆变电路的拓扑结构多种多样，由于本论文所设计的脉冲电源输出功率大、电压高，所以选择全桥变换器。选择全桥变换器主要是因为它具有功率开关电压及额定电流较小，功率变压器利用率较高等明显优点。本文选用脉宽调制控制的方式在变压器的副边得到占空比可调的正负半周对称的交流方波电压。逆变器件为IGBT，IGBT的驱动为两片IR2110，分别位于逆变电路中的两个桥臂上，每一片IR2110驱动一个桥臂。

2.2 储能电容器

电容器是脉冲电源储存能量，并释放能量产生脉冲的前提。所以电容器的好坏直接影响了脉冲电源的工作效率和性能。当电容器放电时相当于两端直接短路，一般情况下电容器不能在这种短路条件下工作，因此要选择能够应用于冲击大电流装置的专用电容器。在放电电压达到万级以上时，全都使用无极性的脉冲电容器。但在放电电压为千伏级，并且放电频率不超过5次/每分钟的场合采用电解电容器，能够充分发挥其成本低廉以及储能密度高的优点。在脉冲电源工作时，电解电容器通过充电电路补充每次脉冲电容器放电时所放出的能量。故本系统选用电容器型号为日立HCGF5的电解电容器，最高充电电压为400V，容量为3300μF。

2.3 脉冲成形系统

放电开关及其控制电路是脉冲成形系统的主要部分。由于本文的设计对控制时序要求很高，故以DSP的时钟作为时钟基准，按照设定好的时序，由TMS320LF2407A的引脚IOPE1输出控制信号，控制晶闸管开关来控制电容放电。晶闸管的具体参数如下:正向阻断峰值电压700V、正向额定平均电流 50A、最大正向平均压降 1.2V、控制极触发电压2.8V、控制极触发电流 76mA、正向平均漏电流0.1mA、反向阻断峰值电压600V、反向平均漏电流0.1mA。

3、结果

由理论推导与仿真结果可知，当控制开关工作在频率为5kHz时充电效果最好。修改DSP中PWM模块子程序，使PWM1周期为200μs，正脉宽占90μs;使PWM2周期为200μs，正脉宽占90μs，并且延时100μs触发。实验测得IGBT栅极和发射极的电压波形。示波器显示屏最大显示电压为80V，无法达到测量要求，为此使用衰减倍数为10倍的可衰减探头，其中储能电容为3300μF。储能电容两端的充电电压波形由于探头使用了10倍衰减，图中坐标纵轴电压每格为50V，横轴时间每格为1s。可见在4.6s时储能电容电压达到400V。充电电压波形接近直线且整个充电过程也几乎为恒流充电，符合设计要求。

4、结语

脉冲电源范文第6篇

关键词：高压隔离变压器； 低压开关电源； 高压脉冲扼流圈； 抗干扰

中图分类号：TN710-34； TL823 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2011)24-0026-03

High-stability Filament Power Supply against High-voltage Pulse

CHEN Jing, LIU Wen-hong

(Institute of Electronic Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China)

Abstract： The anti-impact capability of filament power supplies bearing 30 kV high voltage feedback pulse when the strong current switch turns on is discussed emphatically. By the design of high voltage and current impact, high stability power output is provided by low-voltage power supply for the filament of high current switch. The high voltage isolation transformer is taken to isolate the influence on the instruments around, which comes from high voltage trigger feedback pulse through power supply. The choking coil is adopted to retard the input of feedback high voltage peak current and reduce the damage to the filament heating power supply, which is caused by instantaneous heavy current produced after the discharge of high-power equipments. This design provided a high stability DC power supply for the heating of heavy current switch filament.

Keywords： high-voltage isolation transformer; low-voltage switch power supply; high-voltage pulse choking coil; anti-interference

0 引 言

灯丝加热电源是为某大功率装置大电流开关的灯丝提供加热的直流稳压电源。该大电流开关在触发动作时，会输出一个幅度近30 kV，脉宽约为10 μs的高压触发脉冲，这个高压触发脉冲会返回到灯丝加热电源装置。若不采取措施，不仅会导致灯丝加热电源装置的损坏，而且所形成的短路通路有可能致使大电流开关的管子受损；同时大电流开关在触发的瞬间，由于大电容对地放电，致使地电流迅速增大，地电位也随之迅速提高，这些突变，会通过220 V交流电来影响周围其他的仪器设备，导致这些设备的损坏。

为了确保灯丝加热电源能够正常的工作，灯丝加热电源本身必须具有抗高压、强电流冲击等功能。这就要求灯丝加热电源，不仅要为大功率装置大电流开关的灯丝加热提供4路高稳定度的电源输出，还必须具有抗大电流开关的反馈脉冲高压及强电流的冲击，并隔离与市电（220 V）的相互干扰等特性。

1 灯丝电源装置的设计思想

抗高压高精度灯丝电源应具有以下特点：

(1) 因为灯丝电压的高低直接影响到大电流开关的触发质量，如：灯丝电压太低，阴极发射能力不足，增益会降低；灯丝电压太高，阴极活性物过分蒸发，会导致大电流开关寿命缩短。因此要求灯丝电源必须提供高稳定度的电压输出。

(2) 大电流开关的灯丝具有冷态电阻小，热态电阻大的特点，灯丝电源在开机的瞬间易受浪涌电流（十几安培）的冲击，会影响其寿命。因此灯丝电源要具有抗大电流冲击的能力。

(3) 大电流开关触发后，会反馈回一个幅度近30 kV脉冲电压和100 kA脉冲电流的高压脉冲，会直接损坏电源本身及影响周围其他仪器。因此灯丝电源还要具有抗高压反馈脉冲冲击的能力。

为满足以上要求，抗高压高精度灯丝电源采用图1的方法加以研究。

1.1 隔离高压触发反馈脉冲干扰技术

高压隔离变压器的设计是利用高压隔离变压器初次极间的电容所形成的交流阻抗并且断开地环路来隔离高压脉冲的冲击。同时在高压隔离变压器的输入端也接入高压旁路电容，这样就可以隔离高压触发反馈脉冲通过电源对后面测试仪器的影响。

将电源和仪器之间加入高压隔离变压器，可以起到阻断耦合路径的作用。接入高压隔离变压器后可以断开地环路，如图2所示。而且这种连接对正常传输电流的阻抗是很低的，但对纵向的噪声电流来说，它却有着很高的阻抗［1］，即50 Hz的基波成分几乎可以畅通无阻地通过，而高频成分却被削弱，所以在灯丝电源装置中，高压隔离变压器是必不可少的。

图2 高压隔离变压器接入高压隔离变压器把设备电源与进线电源隔离开来，把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰。隔离变压器属于感性负载，能抑制电流的突变，能有效地减少浪涌电流，减小电压高低的突变性及电源波动等，抑制从电源线引人的高压脉冲对电源产生干扰;能从根本上防止由于地电位扰动所引起的电源工作失常。

1.2 抗大电流冲击、高稳定度电源的技术

大电流开关的灯丝具有冷态电阻小，热态电阻通电后逐渐增大的特点，因此在开机时直流电源易受浪涌电流(十几安培)的冲击，会影响到灯丝加热电源的寿命和可靠性。同时为保证大电流开关的可靠性，稳定触发及其寿命，要求灯丝加热电源提供高稳定度的电压输出。

为此，低压电源部分采用缓起动和集成稳压技术来实现。以集成稳压技术实现为大电流开关的灯丝提供高稳定度的电源输出；以缓启动技术实现阻遏开机瞬间浪涌电流（大于10 A）对低压电源的冲击。

为了减小浪涌电流的冲击，避免低压开关电源提前损坏，在低压开关电源电路的设计上采取措施，即将低压开关电源电路与缓起动电路设计相接合。使灯丝电压缓慢增加至额定值，使电流亦缓慢增加，从而避免了浪涌电流的冲击。缓起动电路采取从零开始平滑提升的办法，利用其输出电压相应改变的原理，达到了输出电压从零平滑升高的目的（见图3）。

图3 改进前后电流曲线它的基本电路结构框图如图4所示。缓起动电路的作用是对VAdj进行控制，使输出电压逐步形成一个上升的曲线，上升时间的长短可以借助R3C3参数的调整，在较大的范围内改变，刚开机时PNP晶体管导通，Adj的电位被Vces箝位得很低，使输出电压不能瞬间建立，随着电容C3的充电，PNP晶体管最终达到截止，这时输出电压Vo＝VAdj＋Vces。达到了缓起动的目的，起到了对灯丝电源的稳流控制。

1.3 大功率扼流圈

由于低压开关电源的输出工作电流达到了1.6 A，因此要求扼流圈自身的直流阻抗很小，使其自身的直流压降很小；同时为了增加脉冲高压在它上面的压降，又要求它的交流阻抗要很大。为了得到较高的交流阻抗，在选择扼流圈磁芯时，要优选导磁率高的磁芯。

工作频率远高于截止频率时，电阻增量远大于电抗增量，阻抗增量接近电阻增量，此时扼流圈接近于一个电阻器，它不仅能抑制而且能吸收反馈脉冲的能量。

按图5所示电路连接，L为用2 m长的Φ1 mm的高强度漆包线,分别在μ0=2 kH/m和μ0=7 kH/m的磁芯（Ф50 mm×30 mm×20 mm）上绕制的扼流圈（自制）。当输入电压为5 V的正弦波信号时，通过测量输出的电压值，就可以得到L上交流阻抗的压降大小。因为主脉冲的脉宽为10 μs，频率应选用100 kHz，但仅有的SG503信号源没有100 kHz档，所以只能利用信号源现有的50 kHz和220 kHz档来做实验。实验数据见表1。

图5 感抗测量实验电路若交流阻抗高，L上的压降就大，输出的电压值Vo就低。通过实验数据比较可以看出，在试验的频段内μ0=7 kH/m的磁芯的交流阻抗，优于μ0=2 kH/m的磁芯的交流阻抗。

1.4 抗干扰技术

（1） 低压开关电路的输出直流电流达1.6 A，因此要求高压脉冲扼流圈的直流电阻要很小，以使其直流压降很小；为了增加反馈高压脉冲在它上面的压降，又要求它的交流阻抗很大。为了得到较高的交流阻抗，在扼流圈磁芯的选材上，要选磁导率高的磁芯。

（2） 在低压开关电路与氢闸管灯丝之间串入电感量为10 mH的并行双扼流圈，使100 kHz的频率信号能形成约6.3 kΩ的阻抗。因而高压触发反馈脉冲就有约3/4的峰值压降在了高压脉冲扼流圈上。

（3） 在低压开关电路的输入/输出线间，以及输入/输出与地之间，大量使用了高压旁路电容，组成了抗高压组件，遏制和泄放高压反馈脉冲的冲击，以防止在低压开关电路上形成过高的峰值电压，损坏低压开关电源的器件。同时接地也采用 “浮地”的方法来抑制环境的干扰。

（4） 高压隔离变压器在绕制时将初级和次级分开绕制，并加屏蔽来减少其分布电容，以提高抗干扰能力。在220 V交流电源通过隔离变压器后又加装了滤波电路。这种滤波器对滤掉干扰频率有一定效果。因为L对较高频率有一定的阻抗，从电容C来说，对高频阻抗小，因此可以为干扰频率提供回路，这对滤除干扰有效。

大电流开关在动作时，高压隔离变压器等效为大电容C；由于高压电容的旁路作用，此时的低压开关电源模块交流阻抗趋于零；高压脉冲扼流圈等效为电感L。总之，要使整个回路的交流阻抗尽可能大，使流入的高压峰值电流趋于零。整个回路可以等效为Γ型滤波电路，见图6。

2 实验验证

采用本文的抗干扰技术进行了实验。其结果：

（1） 并行双扼流圈：测量得到扼流圈两端的高压分别是16 kV和6 kV，因而高压触发反馈脉冲就有约10 kV的峰值电压降在了高压脉冲扼流圈上。

（2） 旁路电路：测量得到低压电源上的高压已经泄放到几百伏，通过对低压电源器件耐压参数的冗余设计，保证了灯丝电压在高压强流特殊的应用环境下正常工作，满足了可靠性设计和使用要求。

为了提高电源的可靠性，还采取了关键器件筛选老化、防高压打火、电磁屏蔽、高频高压隔离和系统稳定性设计等技术，以保证该电源的稳定性和可靠性。同时在整机设计上，采用合理的电路及工艺，特别是接地、电磁屏蔽等，以隔离后级产生的高压脉冲对前级仪器的干扰影响。

3 结 语

由于使用环境的特殊性，因此要求灯丝电源装置，不光要提供4路独立可调、高稳定度的直流输出；还要让其本身能抗住和隔离30 kV峰值电压的冲击。经实际应用证明，在高压强流特殊的应用环境下，灯丝电源具有稳定性好，抗高压反馈干扰，强电流冲击能力强等特性，为处在高压强流环境(尤其是单次高压强流环境)中的仪器设备提供了一种可靠的抗高压强流冲击直流电源。

参 考 文 献

［1］ [美 ]W O 亨利.电子系统噪声抑制技术 [M ].北京:人民铁道出版社,1978.

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［3］ [苏 ]A M 扎列茨基.高压电器的绝缘 [M ].北京:机械工业出版社,1965.

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［6］ 马昌贵.抗EMI磁性元件的发展动向［J］.磁性材料及器件，2000,31(3):32-35.

［7］ [日 ]山崎弘郎.电子电路的抗干扰技术［M］.北京:科学出版社，1989.

［8］ 张瑛,李向群,许晓林.电子设备的电磁兼容［J］.电子器件,2003,26(2):199-200.

［9］ 欧健昌.电子设备的电磁兼容性设计［M］.北京:电子工业出版社,2003.

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［11］ 清华大学电力系高电压技术专业.冲击大电流技术 [M ].北京:科学出版社,1978.

脉冲电源范文第7篇

【关键词】电子脉冲 高压灭菌 脉冲电源

液体食品（饮用水、饮料、啤酒、牛奶）的灭菌是食品工业的重要加工工序，高压脉冲电子灭菌和传统上普遍使用的巴氏灭菌法相比，因其除仍保持有不改变液体成分的优点外，还有设备小、成本低、消费少、易操作、灭菌强度可控、环保等著多优点，是灭菌方法的技术革新主方向。

高压脉冲电子灭菌是在食品处理设备中的传输液体食品的管道中设置高压电极，高压电极上加上高压电脉冲，使流经电极腔的液体内的细菌在瞬态的高压、大功率电击下死亡。

食品工业管道内的液体食品因为种类不同、悬浮物颗粒浓度及体积不同、离子种类及浓度不同而导致其电导不同，对灭菌高压脉冲的功率要求不同；管道内的液体食品需杀灭的细菌不同，对高压灭菌脉冲的电压要求不同；管道内的液体食品的流速及流量不同、对脉宽和脉冲频率要求也不同。这就是脉冲变压器直接升压式的电子灭菌高压脉冲电源不能满足工业灭菌实用要求的原因，新的灭菌高压脉冲电源要有足够的高压功率（瞬态）输出，要有一定宽度的高压可调范围，要有可调的放电脉冲宽度。

1 工作原理

该电子灭菌高压脉冲电源由电源电路部分、高压储能电路部分与高压脉冲放电电路部分及电脑控制部分构成。

1.1 电源电路

电源电路见图1所示。电路由整流电路（Z）、稳压控制器（K）、开关管Q、高频变压器（B）构成。整流电路（Z）先将220V交流整流为310V左右的直流，再经频率是30K的脉宽调控式稳压控制器（K）控制开关管Q，受到调控的电流经高频变压器（B）的初级绕组L，高压由高频变压器（B）的次级高压绕组L1-Ln多路输出，其输出电压的稳定值大小由稳压控制器（K）根据电脑指令控制开关管Q导通角实现。Lp是取样绕组，给稳压控制器（K）提供稳压调控参数。

1.2 高压储能电路

高压储能电路见图2。高压储能电路元件包括高频变压器（B）的次级绕组Ln，高压整流二极管Dn，高压电容Cn（n=1，2…n-1，n）。Ln、Dn、Cn串联成环路，Ln上输出的高压经Dn整流后给电容Cn充电，在2脉冲内充电达到饱和并被高压电容储存。高频变压器（B）的次级绕组有n组等电压输出级，分别给n个高压电容冲电，灭菌的放电电压则是所有高压电容上的电压之和。

1.3 高压脉冲放电电路

高压脉冲放电电路见图2。电路由放电三极管Qn、偏压阻尼二极管Dbn、限流电阻Rn、 放电脉冲耦合变压器（B1）的次级Lin（n=1，2…n-1，n）构成。偏压阻尼二极管Dbn和三极管Qn的发射结反向并联，三极管Qn的基极通过限流电阻Rn和Lin一端相连，Lin另一端接Qn发射极。工作时，放电脉冲形成与控制电路产生的放电脉冲信号经脉冲耦合变压器（B1）初级Li耦合给次级Lin（n=1，2…n-1，n），经Rn、Dbn产生正向偏压使Qn导通，n个导通的三级管使得n个相应的存储着高电压的电容得到叠加级联，叠加后的n倍高压直接释放到灭菌放电电极上实现灭菌的功效。当三极管Qn关断时，Lin中的反向电压被偏压阻尼二极管Dbn所释放。

1.4 控制电路

该电子灭菌高压脉冲电源的电源电路和放电电路均由电脑控制，电脑依据各种传感器获取的参数和操作者输入的参数运算出合适的灭菌脉冲电压峰值和脉冲宽度及脉冲频率。电脑通过稳压控制电路控制灭菌脉冲电压峰值的大小，以确保灭菌脉冲电压大于被灭菌的电压耐压值。电脑通过放电脉冲形成与控制电路控制着灭菌脉冲的宽度和频率，是针对不同灭菌溶液的流量变化和电导变化。

2 结论

本文所设计研究的电子灭菌高压脉冲电源采用了高压电容级联进行能量储存，使用电子开关进行放电控制，极大降低了高压脉冲电源的输出内阻，增加了高压脉冲的瞬态输出功率，是高压脉冲灭菌有效的高压电源，其可调控的输出高压值对不同种类的细菌确保有可靠且稳定的灭菌率，其脉宽脉频的可调性则加强了灭菌设备对不同食品液体和处理量要求不同的适应。

参考文献

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作者简介

陈爱群（1956-），男，汉族，山东省泰安市人，本科，副教授。主要研究方向：电子应用技术研究。

作者单位

脉冲电源范文第8篇

摘要：文章指出叠加直流的HPPMS技术有直流部分占空比较高和不可控制2大缺点，在做沉积薄膜实验时无法提供溅射所需的高功率，导致空比较低，溅射效率稍低的高功率脉冲产生。为了解决问题，需要研制一台电源，并且该电源可以用中频调制脉冲高功率磁控溅射MPP（Modulated pulsed power），普通高功率磁控溅射系统中的直流部分可以用低频脉冲来代替，尽可能减少低频脉冲占空比并且可以确保充分预处理，使高功率脉冲占空比尽可能最大，提高系统的溅射效率。

关键词：调制脉冲；磁控溅射；HPPMS；MPP

近年来，国外发展了HPPMS（高功率脉冲磁控溅射）技术，并且这种技术具备一定高的离化率和很好的薄膜性能，因此在技术领域有一定的影响力。HPPMS的峰值功率高出普通磁控溅射达2个数量级；溅射材料离化率更是高达70%以上。高功率脉冲磁控溅射技术目前在国内外得到了广泛的研究。本文将在HPPMS的基础上设计研制一台基于MPP（Modulatedpulsed power）技术的脉冲电源，其特点是：要想使低频脉冲与高功率脉冲的占空比得到合理的控制必须采用起弧预处理低频脉冲来实现，通过变化电路参数使低频脉冲所占比例最小而高频脉冲最大，并确保可以有效的预处理，从而使电源在实际应用中的工作效率达到最大程度的提高。

1国内的研究现状

现如今，我国现有的高功率脉冲磁控溅射电源有2种：（1）没有经过预处理，而使高功率脉冲信号加为负载。不足之处在于：难以使高功率脉冲信号的峰值功率保持不变，电流过大可能会引起起弧打火；（2）用并联或者串联的形式来设计脉冲电源叠加直流。其缺点是低频脉冲占空大和预处理时间长，但是由于很难控制直流部分占空比，出现高功率脉冲部分（对于金属离子的沉积具有实际意义的部分）占空比相对较低的情况，导致沉积效率在实际应用中也不理想。

2研究现状分析

目前在国内外广泛的研究是高功率脉冲磁控溅射技术，这种技术具有溅射粒子离化率和能够沉积出非常致密且具有高性能薄膜两大优点。成为目前在制造耐蚀和光学及其他各种功能薄膜领域内一种新的突破的。

目前研制高功率脉冲磁控溅射电源的系统的技术有以下2种：（1）具有高功率脉冲峰值和没有预处理两大特点的高功率脉冲电源，这种电源容易产生起弧打火现象并且电压和功率很难被控制；（2）具有不易起弧打火和有稳定的工作状态直流形式的脉冲叠加电源，这种电源靠直流部分来实现起弧预处理，但由于高功率脉冲占空比少于直流部分的占空比，金属离子沉积效率在应用中也相对比较低。

3电源的设计与研究

调制脉冲电源包括主电路、控制电路和保护电路。主电路包括高电压（低频预处理部分）和低电压（磁控溅射部分）2部分，电路结构的模式是直流串联。控制电路可以通过CD4098改变脉冲信号脉宽、峰值密度、峰值电流。保护电路有主回路和功率器件2部分。

3.1主电路设计思路

主电路脉冲信号的产生分为2个步骤：

（1）初始脉冲信号的产生靠驱动电路和斩波电路来完成；（2）在控制电路中，改变脉冲信号脉宽可以依据调整电路参数来控制电路，从而2个不同宽矩形脉冲信号，单稳态触发电路（如CD4098）参数控制电路继续调整，2个宽矩形脉冲被转换为2个尖峰值高频触发脉冲信号。

3.2控制电路设计

初始脉冲、预放电脉冲和主放电脉冲信号的产生需要靠不断改变电路内部的参数来控制电路，从而使各部分脉冲信号可控，控制电路有主放电脉冲宽度设定电路、主放电IGBT保护电路、振荡及预放电脉宽控制电路、电流反馈保护电路等4种。

3.2.1振荡电路

振荡电路被用来控制初始脉冲频率和预放电时长、主放电脉冲频率和脉宽、预放电脉冲频率和脉宽，通过各个CD4098振荡电路对信号进行控制。

3.2.2主放电脉冲宽度的设定

CD4098为下降沿触发需要和预放电脉冲后的主放电脉冲相连接，初始脉冲振荡电路中设定预放电脉冲宽度的触发器10脚（Q端）连接11脚下降并沿触发端，预放电脉冲结束时，10脚（Q端）为下降沿。

3.2.3电流反馈保护电路

为了与设定基准值进行比较，因此用从信号采集电路采集到的反馈信号输入比较器LF353的负输入端得出结论，如果表征电路中电流的反馈信号过小，那么比较器的输出端输出就会为正，电路关断，起到了一定的保护作用。电位器的设定值与比较器输出的电位值相比，如果反馈电位超过设定电位，比较器输出电位就会翻转，再通过CD4098翻转来达到输出负电位，起到保护作用。

3.2.4预放电IGBT驱动电路设计

需要把预放电IGBT电路合成到控制电路板上是因为预放电设计电流值较低（1～10A），电压高达甚至超过500V。通过采用光耦对2部分的电路来进行物理隔离可以使驱动电路与控制电路互不影响和干扰。当光耦后面的电路出现短路或者过流时不会对前级电路造成影响，从而也方便对电路的检查，同时也提高了电路的安全与稳定性能。为了保险起见，采用2个IGBT并联的方式以减少单管的电流，并采用高压光容和其他的方式一起进行保护。

3.2.5主放电IGBT驱动电路设计

本文采用的是基于M57962L的IGBT驱动电路保护设计方案，光电耦合是一种可以用来实现输入与输出的电气隔离的方法，由于隔离电压高达2500V，因此需要配置短路/过载保护电路，以确保IGBT工作更加可靠。

电源输出脉冲信号的波形如图1所示，从该波形可以得出输出脉冲信号是符合设计思路的，说明此设计电路具有一定的可靠性。

4结语

脉冲电源范文第9篇

电火花线切割脉冲电源是数控电火花线切割机床的重要组成部分，本文所设计脉冲电源主要应用于快走丝电火花线切割机。

为了满足电火花线切割加工条件和工艺指标的需要，对脉冲电源要求如下：1）脉冲峰值电流要适当并便于调整；2）脉冲宽度要能在一定范围内分档调宽或调窄；3）脉冲间隙在脉冲宽度确定后，一定范围内可分档调节；4）只能输出单向脉冲；5）功放管输出的脉冲波形前沿和后沿以陡些为好；6）使用稳定可靠，易于制造和便于维修。

整个开发过程分成四个步骤：

第一步：绘制电路原理图。这一步主要是对电路硬件加以全面认识，为后面的编程做好准备。在这个环节上感觉一些基础的电子安装和维修很有必要，模电和数电的相关基础知识也要具备，当然单片机知识也要扎实。

电源部分电路元件包括：整流二极管、滤波电容、7805、7815、LM317等。电路左侧两路交流低压AC10V、AC18V经连接插座输入两个桥式整流电路，再经过滤波、稳压（7805和7815）、调压（LM317）后分别输出+5V、+15V、+18V三路直流电压给板上其它部分供电。这里尤其要注意+5V电源部分的地线（GND1）与另外两组直流电源的地线（GND2）是分开的。RP1用于调整LM317的输出电压。

数码管显示部分电路包括：共阳数码管3只、9012三极管3只、限流电阻等。PNP型三极管9012受AT89S51单片机的P0.1、P0.6、P0.7引脚控制，低电平有效接通共阳极数码管公共端电源，分时接通三只数码管可实现动态扫描显示。R9、R10、R11是基极控制电阻，R20-R27是各段限流电阻。

单片机最小系统及按钮、数据存储部分。该部分电路元件包括：AT89S51单片机、脉冲参数调整按钮、X5045EEPROM芯片等。X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程芯片，共有八个引脚，各引脚的功能及连接描述如下：

CS：芯片选择端，低电平有效。在规定的看门狗定时时间内给CS端一个上升沿，即可复位看门狗定时器，本电路将其与AT89S51的P1.4相连。

SO：串行数据输出端，在此与AT89S851的P1.6相连。

WP：写保护输入端，低电平有效，在此将其与5V电源正极相连，不加保护，可随时通过按钮对X5045中的脉冲参数进行修改。

GND：接地端。

SI：串行数据输入端，在此与AT89S51的P1.5相连。

SCK：串行时钟输入端，在此与AT89S51的P1.7相连。

RST：复位输出端，通过上拉电阻R8与AT89S51的RST相连实现看门狗复位，即在规定时间（此电路设定为1.4秒）内单片机没有喂作，X5045将给单片机一个高电平复位信号，使其从头开始执行程序。

VCC：电源正端，接+5V。

第二步：查找相关元件资料及驱动程序。在这个电路中主要是查找X5045芯片资料及驱动程序，回想查找过程，上网是必不可少的，但网上的驱动程序通常要加以改动才能适用于自己的电路，还有些网站的程序是有错误的，这点在查找其它资料时也要注意加以辨识。

第三步：加工工艺对脉冲电源要求脉冲宽度与脉冲间隙二者均要可调，但脉冲间隙档位所对应的时间与脉冲宽度档位有关，简单的说，脉冲宽度档位调定后，调整脉冲间隙档位时，脉宽档位及其所对应的时间均保持不变，但脉冲间隙档位调定后，调整脉宽档位时，脉冲间隙档位不变，但该档位对应的时间会随着脉宽档位的调整而相应变化。两个参数示意如图1所示，此波形是脉宽和脉间均为1档时的波形。这里特别说明，此处的脉冲波形是测量的单片机P3.1引脚输出的脉冲波形，它还要经过HP3120光耦的反相放大后才加到功率放大管，所以我们看到此处的波形是高电平时间（脉冲间隙）比低电平时间（脉冲宽度）长，实际经HP3120反相后加到电极丝上的高电平时间比低电平时间短。

第四步：编写程序并调整直至达到要求。经过前面三个步骤，到这里就可以着手进行程序编写了，我的做法是先局部再整体，即先编写各个局部的驱动程序，再将它们进行组合调试。第一个写的是数码管显示程序，使之能实现正常的查表显示；第二个写的是按钮检测程序，用数码管显示出各个按钮的调整状态；第三个写的是脉冲输出程序，用两个定时器轮流工作实现不同的脉宽和脉间维持时间；第四个写的是X5045的读取程序，能够用单片机对它的指定单元进行数据读取和写入；第五个是进行整体组合调试，由脉冲参数表格可见，所有的脉冲输出状态分支较多，共有9*9=81个分支状态，要根据按钮的调整档位进行对应的查询，输出对应参数的脉冲。我的做法是先假定脉宽和脉间都只有两个档位，再将脉冲输出、按钮、数码管、X5045芯片几个部件进行联合调试，这样做的好处是先将程序总体调通，再进行档位和分支参数的添加，最终达到要求。程序流程图如图2所示。在调试过程中最大的问题在于，用延时程序进行按钮去抖动时，脉冲会消失，数码管也会失去显示，这在实际当中是不允许的，脉冲的瞬时有无会给电极丝很大的冲击，严重时会烧断电极丝，可见一般的延时程序是不可取的，经过尝试，我将脉冲输出、数码管显示部分进行子程序包装，利用若干次调用这个子程序实现一定时间的延时，较好地解决了按钮延时去抖动的问题。由此可见教学编程与工程应用编程还是有区别的。

总结整个开发过程，感受很多。语言方面我是用的是汇编语言，对于这个课题，我认为汇编是比较合适的，可以较准确地实现微秒级的定时控制。电路方面我感受到工程应用的电路与实验实习板上的电路是不一样的，这里的所有输出都有光耦进行隔离，接地也是分开的，这样可以有效的抑制外部干扰，当然看门狗也是必不可少的，因为总有些难以预料的原因会导致单片机死机。程序方面我根据一些资料的介绍，在各处添加了NOP空指令陷井，效果如何要等到一定时间的试机后才能知道。

脉冲电源范文第10篇

【关键词】脉冲电源;反电晕;多伊奇公式

1.引言

目前我国传统的电除尘器，大部分除尘效率达不到国家的排放标准，无法除去高比电阻粉尘、无法有效抑制反电晕现象，同时能耗较高，未能充分利用电能。针对这些问题，国内外采用了一些改进措施。比如增大除尘面积，这种方法对一般比电阻粉尘有较好效果，但对高比电阻粉尘没有作用，改造后仍达不到排放标准;将电除尘器改为电袋除尘器，虽然能够达标，但由于维护量大，电化学腐蚀严重，运行费用高昂，且二次处理和污染比较麻烦，不适宜大面积推广;控制电源更换为高频电源，虽有效解决了高能耗问题，但对高比电阻粉尘作用不大，仍达不到排放标准。

面对国内电除尘器存在的问题，脉冲电源应运而生，它独特的电路原理、高效的输出波形，充分解决了大部分难题。

图1 比电阻与增强系数关系

图2 原理图

图3 脉冲电源ESP上的电压波形

2.脉冲电源除尘的原理

静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电后，在电场作用下与气流分离。大量的带有负电荷的粉尘粒子在电场作用下向收尘极移动，在收尘极板上捕集后通过振打清灰脱落。

在实际应用中，由于粉尘比电阻的差异，会导致不同的收尘效果。

粉尘比电阻在104～1011Ω・cm（正常比电阻）范围时，采用传统工频、高频电源的电除尘器收尘过程无反电晕现象，脉冲电源除尘的效果与工频、高频电源相当。

粉尘比电阻大于1011Ω・cm（高比电阻）时，采用传统工频、高频电源的电除尘器收尘，由于高电阻粉尘在电场中的高粘附力，使振打无法有效地将粉尘从收尘极板上除下，最终引成反电晕现象，降低了除尘器的除尘效率。

脉冲电源独特的基础电压叠加脉冲电压的双电模式，相比于传统的工频、高频电源，能使粉尘的驱进速度明显提高，如图1所示，这使得同收尘面积的静电除尘器在使用不同电源控制系统时产生完全不同的除尘效果。

增强系数H=Wp/Wdc，其中Wp为应用脉冲电源后的粉尘驱进速度，Wdc为应用常规电源后的粉尘驱进速度。从上图中看出，粉尘比电阻越高，应用脉冲电源后的效果越好，当粉尘比电阻为1013Ω・cm时，增强系数达到2.2倍，即脉冲电源对粉尘驱进速度的提高效果是常规电源的2.2倍，这就使得脉冲电源在高比电阻粉尘的除尘效率上完全优于常规电源。

同时，脉冲电源的脉冲电流大，电压脉宽窄（≤120us），电除尘器电压上升率高，达2KV/ us，荷电和电晕效果好，火花电压高，比常规电源提高几十KV，而基础电源电压总低于火花电压，能有效抑制反电晕和二次扬尘，有利于收尘。

依据多年电除尘研究经验和相关工业应用，电除尘器电场越往后，粉尘比电阻越高。在除尘器后两级电场粉尘的平均比电阻一般都能达到1.0×1011～1.0×1013（Ω・cm）数量级。利用多伊奇公式η=1-e-w・A/Q及其他相关知识，可以计算出脉冲电源对不同比电阻粉尘的理论除尘效率，如表1所示。从表中可见，比电阻越高，脉冲电源的除尘效率越好，比电阻为1.0×1012～1.0×1013（Ω・cm）时，理论效率可达99.9934%。

3.脉冲电源的组成及结构

脉冲电源是适用于电除尘器的电源，目前在世界各地的电厂、钢铁厂及水泥厂的环保除尘机械设备中得到了广泛应用，除尘效果显著。它主要由控制柜和高压输出变压器两部分组成，分别放置于控制室和电除尘器顶部。

脉冲电源系统一般由基础电压产生部分、脉冲电压产生部分、控制部分及通讯部分组成。其原理图如图2所示。

1）基础电压Vdc产生部分

三相交流电源输入至三相升压变压器，经三相整流桥和滤波电路后，产生一个高压直流电压，再经扼流电感L2和耦合电感L4送至电除尘器中，供应电除尘器ESP所需的基础电压。

2）脉冲电压产生部分

三相交流AC380V输入至三相升压变压器，经整流桥、滤波电路后，得到一个高压直流电压，经扼流电感L1给储能电容Cs充电。

当高压IGBT（SW1）导通时，储能电容Cs、扼流电感L3、耦合电感L4、电除尘器ESP等效电容形成谐振回路，储能电容Cs内的电量在该回路内谐振，在电除尘器ESP两端形成一个脉冲电压。该脉冲电压与基础电压叠加，产生最终所需的加至电除尘器ESP上的电压波形，如图3所示。谐振后半部分，电量回充给储能电容Cs，节约电能。

当高压IGBT关断时，谐振回路断开，电源继续给储能电容充电至原电压，等待下次脉冲的产生，如此循环。

3）控制部分

通过一个核心控制器（嵌入式系统），控制基础电压、脉冲电压的产生，并接收脉冲电源的反馈信号、监控关键位置的运行状况，调整脉冲电源的运行状态，使脉冲电源适应各种复杂工况的要求，产生最大的收尘效率及节能目标。同时采用快速、智能的火花响应、处理机制，保证火花状态下设备的安全、稳定运行。

4）通讯部分

通过以太网控制器，在通讯协议，比如Modbus的基础上搭建整个通讯系统，在上位机界面上监控各个脉冲电源的运行情况，并统一控制、调配，便于运行和管理，提高工作效率。

4.脉冲电源除尘的特点和优势

对于常规除尘器控制电源，脉冲电源具有如下主要优势：

1）脉冲电源具有常规电源各种特性;

2）在基准电压的基础上叠加脉冲电压，有效抑制高比电阻粉尘的反电晕现象，同时使电场获得尽可能大的电晕场强，使高比电阻粉尘充分实现电离、吸附、放电等过程;

3）在获得较高场强的状态下，使得电耗最大可能的节省。

对于电除尘器本体一类的改造，脉冲电源具有如下主要优势：

（1）改造简便，可在不停炉、短期停电的状态下完成改造;

（2）改造周期短，见效快;

（3）故障时影响小，无需停炉整改;

（4）改造成本低;

（5）对于原本体小的除尘器有适当提效功能。

综合考虑，脉冲电源较其他除尘器技术具有全面的、可靠的优势，采用脉冲电源对电除尘器进行改造是目前适应国家新环保标准的最佳改选方案。

5.脉冲电源工程应用及发展前景

脉冲电源自上世纪九十年代问世以来，已经在世界各地得到广泛应用，产品应用数量截至2013年已超200多台。近两年，由于环保问题的日益严峻，世界各国对大气污染治理问题的越加重视，传统电源技术已无法满足除尘需求，性能优越的脉冲电源得到了极大的发展，迅速在世界各地得到应用。脉冲电源应用后也取得了显著的除尘效果。表3罗列了一部分脉冲电源的应用项目及取得的效果。

典型项目之一：波兰Dabrowa项目

项目情况：

（1）项目目标：出口粉尘浓度≤50 mg/Nm3

（2）入口最大粉尘浓度3500 mg/Nm3

（3）设计最大除尘效率η=1-（50/3500）=98.57%

改造前后对照表如表4所示。

改造后的电耗如表5所示。

参考文献

[1]环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.火电厂大气污染物排放标准（二次征求意见稿），2011.

[2]电除尘器.JB/T 5910.