【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及脈沖技術(shù)，尤其涉及一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源及控制方法。
技術(shù)介紹
1、納秒級脈沖高壓電源，屬于特種高壓電源設(shè)備。納秒級脈沖高壓可用于產(chǎn)生高壓脈沖放電，在大氣污染治理、水污染治理、材料表面處理、半導(dǎo)體材料加工等有廣泛的應(yīng)用前景。納秒級脈沖高壓放電具有多方面的顯著優(yōu)勢。納秒脈沖放電的電壓波形具有陡峭的上升沿和下降沿，能在極短的時間內(nèi)（納秒量級）釋放極高的能量，瞬間形成高強(qiáng)度電場，電離形成包含高密度自由基、正負(fù)離子的等離子體，在需要快速響應(yīng)和高效處理的場合具有極大優(yōu)勢。單次持續(xù)時間尺度短，納秒脈沖放電的時間尺度非常短，每個脈沖的處理時間在1微秒以下，具有超高瞬時能量與很低平均能量這個特點(diǎn)，并可以按需要精準(zhǔn)控制納秒脈沖放電的重復(fù)頻率，這使得放電過程更加高效與節(jié)能。
2、納秒級脈沖高壓電源雖然具有上述優(yōu)點(diǎn)，但僅產(chǎn)生納秒脈沖放電，輸出的平均電壓值偏低，導(dǎo)致限制了其應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果。
3、大氣污染治理臭味、異味治理領(lǐng)域，納秒級脈沖高壓電源，瞬間在反應(yīng)器中形成高強(qiáng)度電場，電離形成包含高密度自由基、正負(fù)離子的等離子體，分解氣體中的臭味、異味分子，達(dá)到去除臭味、異味治理的目的。但在大氣污染治理臭味、異味治理領(lǐng)域中污染氣體中往往同時還存在顆粒物污染物，如細(xì)微粉塵、含有污染物的細(xì)微霧滴、液滴等，納秒脈沖放電雖然可以使這些顆粒物污染物帶電、荷電，但由于其輸出的平均電壓值偏低，電壓不能持續(xù)輸出不能驅(qū)動荷電粉塵向收塵極運(yùn)動，因此并不能進(jìn)行捕集，捕集氣體中這些顆粒物污染物需要另外一套捕集顆粒物的裝備，如新增除塵、除
4、大氣污染治理粉塵治理領(lǐng)域，常用環(huán)保裝置為袋式除塵器與電除塵器，電除塵器比袋式除塵器運(yùn)行阻力至少低5倍以上，運(yùn)行能耗低，有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，但布袋除塵器細(xì)微粉塵的捕集效果比電除塵器要好，很多場合被布袋所替代，電除塵需要提升細(xì)微粉塵的捕集效率。電除塵器一般采用直流供電，高壓直流供電時產(chǎn)生的電子、離子密度較低，細(xì)微粉塵不容易荷電，很難被捕集。提高高壓直流供電的電壓，可以提高電子、離子密度，但隨著直流電壓的提高，電除塵電場變得很不穩(wěn)定，高的平均電場強(qiáng)度會直接導(dǎo)致電場局部擊穿短路，失去除塵效果。近年也有在直流基礎(chǔ)上加入脈沖供電用于電除塵器的研究，但脈沖供電的脈沖寬度在幾十微妙到毫秒之間，脈沖電壓寬度太寬，還是很容易出現(xiàn)高壓擊穿短路，失去除塵效果。要達(dá)標(biāo)排放需要，電除塵器要增加電場數(shù)量，電場級聯(lián)逐級過濾，導(dǎo)致電除塵器體積巨大，運(yùn)行費(fèi)用高。電除塵如果能夠利用納秒級脈沖高壓電源瞬間在除塵器中形成高強(qiáng)度電場，產(chǎn)生高密度電子、離子，快速完成對細(xì)微粉塵的荷電，然后在通過直流電壓驅(qū)動荷電粉塵向收塵極運(yùn)動，提升細(xì)微粉塵的捕集效率，將極大提升電除塵性能，降低體積，降低運(yùn)行能耗，提升電除塵在大氣污染治理粉塵治理領(lǐng)域的應(yīng)用價值。
5、如上所述，現(xiàn)有技術(shù)也有研究，其中比較具備代表性的技術(shù)有：
6、中國專利技術(shù)專利cn118174697b一種全固態(tài)層疊布魯姆萊因線脈沖發(fā)生器，公開了提供一種全固態(tài)層疊布魯姆萊因線脈沖發(fā)生器，涉及脈沖功率
，包括信號發(fā)生模塊、激光二極管、分光器、光電轉(zhuǎn)換電路、共模電感、脈沖形成電路模塊、負(fù)載和電源系統(tǒng)；信號發(fā)生模塊的輸出端連接激光二極管的輸入端，激光二極管的輸出端連接分光器的輸入端，分光器的輸出端連接光電轉(zhuǎn)換電路，分光器均分激光后通過光纖傳輸給每個脈沖形成電路模塊對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換電路，觸發(fā)脈沖形成電路模塊放電，在負(fù)載上得到了最終的高電壓脈沖。本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動高壓隔離供電與電壓疊加，并有效減少全固態(tài)層疊布魯姆萊因線的質(zhì)量和體積，促使全固態(tài)層疊布魯姆萊因線脈沖發(fā)生器向?qū)嵱没l(fā)展，解決了層疊布魯姆萊因線驅(qū)動供電的高壓隔離問題。
7、中國專利技術(shù)專利cn118523755b脈沖輸出方法、裝置、源表及存儲介質(zhì)，公開了一種脈沖輸出方法、裝置、源表及存儲介質(zhì)，通過能量檢測單元和儲能控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)對正輸出電容組、負(fù)輸出電容組的充能，完成儲能，并在主控制單元的控制下，讓輸出調(diào)整單元實(shí)現(xiàn)瞬時輸出，完成高能量脈沖信號輸出。本申請實(shí)施例不再需要使用高壓電源，從而可以極大的降低成本，并且可以極大的降低功耗，降低安全風(fēng)險。
8、這些現(xiàn)有技術(shù)能形成高壓脈沖的基本都是采用布魯姆萊因線的技術(shù)路線，而布魯姆萊因線的技術(shù)路線的現(xiàn)有技術(shù)幾乎都具備如下缺陷：
9、1、脈沖寬度不易調(diào)節(jié)：傳統(tǒng)的布魯姆萊因線在設(shè)計完成后，其脈沖寬度基本固定，難以根據(jù)不同的應(yīng)用需求靈活調(diào)整，限制了其在一些對脈沖寬度有多樣化要求的場景中的應(yīng)用。
10、開關(guān)選取困難：與marx電路不同，布魯姆萊因線的開關(guān)與負(fù)載不在同一側(cè)，不能采取逐級擊穿的方式，導(dǎo)致開關(guān)的選取面臨困難。例如層疊布魯姆萊因線常采用光導(dǎo)開關(guān)作為放電開關(guān)，但光導(dǎo)開關(guān)的壽命受電壓電流和觸發(fā)用的激光強(qiáng)度影響，整體壽命不長。
11、2、對驅(qū)動隔離要求高：當(dāng)選用如igbt開關(guān)等低成本的商用開關(guān)作為放電開關(guān)時，存在驅(qū)動的隔離問題，如果不做隔離會導(dǎo)致igbt開關(guān)損壞。雖然可以采取級聯(lián)變壓器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的隔離供電，但級聯(lián)變壓器會造成系統(tǒng)的體積增大，不符合脈沖功率技術(shù)的發(fā)展趨勢。
12、3、結(jié)構(gòu)設(shè)計和布線復(fù)雜：其雙傳輸線結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的元件布局，使得整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和布線相對復(fù)雜。在實(shí)際制作和安裝過程中，需要更高的技術(shù)要求和更精細(xì)的操作，以確保兩根傳輸線的參數(shù)一致以及各部件之間的良好匹配，否則可能會影響到脈沖的傳輸效率和質(zhì)量。
13、4、對負(fù)載匹配要求嚴(yán)格：為了實(shí)現(xiàn)高效的能量傳輸和獲得理想的脈沖輸出，布魯姆萊因線對負(fù)載的匹配要求較為嚴(yán)格。如果負(fù)載阻抗與傳輸線的特性阻抗不匹配，會導(dǎo)致脈沖反射，不僅降低了負(fù)載上獲得的脈沖功率，還可能會在傳輸線上產(chǎn)生過高的電壓，損壞設(shè)備。
14、5、空間占用較大：相比于一些單傳輸線結(jié)構(gòu)或其他簡單的脈沖產(chǎn)生電路，布魯姆萊因線的雙傳輸線結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的配套元件通常需要占據(jù)較大的空間，這在一些對空間要求緊湊的應(yīng)用場景中，如小型化的電子設(shè)備或便攜式儀器中，可能會受到限制，不利于系統(tǒng)的集成和小型化設(shè)計。
15、6、電磁兼容性問題：在脈沖產(chǎn)生和傳輸過程中，布魯姆萊因線會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場，可能會對周圍的電子設(shè)備或電路產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作。同時，它自身的性能也可能會受到外界電磁場的影響，因此在設(shè)計和使用時，需要考慮電磁兼容性問題，采取相應(yīng)的屏蔽和濾波措施，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。
16、因此在
，急需開發(fā)一種克服如上缺陷的高壓脈沖電源，用于空氣凈化等領(lǐng)域。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于
技術(shù)介紹
所述的問題，本申請?zhí)岢隽艘环N直流高壓疊加納秒級脈沖電源及控制方法的技術(shù)解決方案，實(shí)現(xiàn)直流高壓疊加功能，將高壓直流電壓和納秒級脈沖高壓電壓疊加在一起，形成一種新的電壓波形，克服了布魯姆萊因線層疊存在的脈沖寬度不易調(diào)節(jié)、對驅(qū)動隔離要求高、空間占用較大等問題，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，由交流直流轉(zhuǎn)換電路、高壓直流電路、納秒級脈沖高壓電路組成，其特征在于：高壓直流電路可輸出直流高壓，納秒級脈沖高壓電路輸出納秒級脈沖高壓，高壓直流電路輸出端經(jīng)由限流電阻連接，納秒級高壓脈沖輸出端則通過脈沖隔離變壓器與高壓耦合電容相連接，二者共同作用，在反應(yīng)器上形成直流高壓與納秒級脈沖高壓相疊加的輸出；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述高壓耦合電容容值大于等于所述反應(yīng)器電容容值的5倍；所述納秒級脈沖高壓電路，由脈沖直流供電電源、脈沖發(fā)生器、高壓脈沖儲能電容、磁壓縮電路、脈沖隔離變壓器組成，脈沖隔離變壓器變比范圍為：1、2、3；高壓脈沖儲能電容應(yīng)滿足如下公式：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述交流直流轉(zhuǎn)換電路，把三相工頻交流電轉(zhuǎn)換為一路直流電源，直流電源同時為高壓直流電路與納秒級脈沖高壓電路供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述高壓直流電路，由高頻H橋逆變器、諧振電容、諧振電感、高頻升壓變壓器、高頻高
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述納秒級脈沖高壓電路輸出脈沖高壓的峰值電壓，通過兩路PWM驅(qū)動控制所述脈沖直流供電電源中高頻全控H橋逆變器的頻率，改變脈沖直流供電電源的直流電壓值進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；所述納秒級脈沖高壓電路輸出脈沖高壓的重復(fù)頻率，通過一路PWM驅(qū)動控制脈沖發(fā)生器中半導(dǎo)體全控開關(guān)的頻率調(diào)節(jié)，在應(yīng)用于大氣污染凈化時滿足如下公式：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述高壓直流電路采用改進(jìn)型的Boost算法，將直流電壓升壓至高壓直流電壓，高壓直流電壓的計算公式為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述納秒級脈沖高壓電路采用改進(jìn)型的Flyback算法，將直流電壓轉(zhuǎn)換為納秒級脈沖高壓電壓，納秒級脈沖高壓電壓的計算公式為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述限流電阻的計算公式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述脈沖隔離變壓器的匝數(shù)比計算公式為：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述直流高壓與納秒級脈沖高壓相疊加的輸出，疊加電壓的計算公式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，由交流直流轉(zhuǎn)換電路、高壓直流電路、納秒級脈沖高壓電路組成，其特征在于：高壓直流電路可輸出直流高壓，納秒級脈沖高壓電路輸出納秒級脈沖高壓，高壓直流電路輸出端經(jīng)由限流電阻連接，納秒級高壓脈沖輸出端則通過脈沖隔離變壓器與高壓耦合電容相連接，二者共同作用，在反應(yīng)器上形成直流高壓與納秒級脈沖高壓相疊加的輸出；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述高壓耦合電容容值大于等于所述反應(yīng)器電容容值的5倍；所述納秒級脈沖高壓電路，由脈沖直流供電電源、脈沖發(fā)生器、高壓脈沖儲能電容、磁壓縮電路、脈沖隔離變壓器組成，脈沖隔離變壓器變比范圍為：1、2、3；高壓脈沖儲能電容應(yīng)滿足如下公式：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述交流直流轉(zhuǎn)換電路，把三相工頻交流電轉(zhuǎn)換為一路直流電源，直流電源同時為高壓直流電路與納秒級脈沖高壓電路供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流高壓疊加納秒級脈沖電源，其特征在于，所述高壓直流電路，由高頻h橋逆變器、諧振電容、諧振電感、高頻升壓變壓器、高頻高壓整流電路組成，通過兩路pwm驅(qū)動控制所述高頻h橋逆變器的頻率，控制調(diào)節(jié)高壓直流電路的輸出電壓大小，高壓直流電路的輸出電壓大于等于1.2倍反應(yīng)器的起暈...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：施秦峰，祝建軍，翁林鋼，施小東，陳俊標(biāo)，毛益萍，羅安飛，
申請(專利權(quán))人：浙江大維高新技術(shù)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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