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容性負(fù)載的中小功率高頻高壓電源的研究與設(shè)計

發(fā)布時間:2010-8-13 15:35    發(fā)布者:lavida
關(guān)鍵詞: 高頻 , 高壓
0 引言  

由于臭氧發(fā)生片負(fù)載性質(zhì)呈電容性,雙高變壓器的高壓線圈呈電感性,連接在一起構(gòu)成諧振回路,諧振回路都有自己固有的諧振頻率,只有在固有的諧振頻率下臭氧發(fā)生片才能獲得最大的能量。另高壓線圈存在分布電容,該電容一方面與負(fù)載的固有電容并聯(lián),增大諧振回路的電容量,同時又要消耗電路一部分能量。并且該回路交變電流產(chǎn)生的電磁場又要耦合到雙高變壓器的初級,影響功率開關(guān)管的工作狀況。為能達(dá)到臭氧發(fā)生片的技術(shù)要求,可以借鑒開關(guān)電源的部分資料和電路基本原理來進(jìn)行高頻高壓電源的設(shè)計。運用優(yōu)異的脈寬調(diào)制器采用結(jié)構(gòu)均流技術(shù),并配以各種完善的保護(hù)功能,使得高頻開關(guān)電源可靠性問題得到了圓滿解決。滿足低紋波要求,且體積小,重量輕,節(jié)能環(huán)保。  

1 臭氧發(fā)生片的技術(shù)指標(biāo)  

沿面陶瓷放電臭氧片的技術(shù)指標(biāo)如下:型號FCY-3500,電容量120土20pF,耐壓>7kV,產(chǎn)03率3500mg/h,工作頻率20~30kHz,電源功率45 W。  

根據(jù)負(fù)載要求,擬定高頻高壓電源的技術(shù)指標(biāo)如下:輸出功率(3500mg/h)≥60W,輸出高壓Up-p≥7.5kV,工作頻率≥20kHz,供電電壓DC24V±2V。  

2 高頻高壓電源的工作原理  

為使電源能夠帶動功率45W沿面陶瓷放電臭氧片,所以開發(fā)的雙高電源定義在中小功率的范圍內(nèi),選用單管他激式電路,該電路較簡單,調(diào)試方便。但開關(guān)功率管要承受比其它電路更高的反向擊穿電壓(BVce0)。其原理框圖如圖1所示。  



  


其工作原理如下:開關(guān)功率電路采用他激式單管脈沖功率放大電路,可為臭氧發(fā)生片提供足夠大的高頻、高壓脈沖電流,使臭氧發(fā)生片產(chǎn)生足夠的電暈。開關(guān)功率器件選用VMOS管。雙高變壓器視它為一個設(shè)在能源與負(fù)載問的一個適配器;它不但要傳送功率電路的能量到負(fù)載,而且它的性能(如分布電容、漏感等)又要制約功率電路的工作情況。為解決這一電路制作的難點。驅(qū)動電路使用CMOS與門集成電路,利用與門的特性,我們可以方便地控制VMOS管的工作狀態(tài)。關(guān)于控制接口電路,當(dāng)控制電平為低電平,驅(qū)動電路的輸出電平也為零,功率電路工作在截止?fàn)顟B(tài),為了防止誤觸發(fā),在控制電路接口中還應(yīng)設(shè)置防誤觸發(fā)電路,以保護(hù)電路準(zhǔn)確工作,避免大功率器件因瞬間高頻干擾而損壞。并且在電路中采用了過流自保護(hù)電阻,來保證電路的安全工作。  

3 高頻高壓變壓器的設(shè)計和制作工藝  

1)高頻高壓變壓器的設(shè)計  

為使雙高變壓器滿足擬定的技術(shù)指標(biāo),通過對變壓器初級繞組、磁芯截面積、繞組導(dǎo)線截面積的計算得出雙高變壓器的制作參數(shù)  

變壓器初級匝數(shù):  



  


磁芯截面積:  



  


式中Se:磁芯窗口面積,Po:臭氧發(fā)生片功率×1.3,Sc:磁芯截面面積(cm2),U:直流供電電源電壓(V),Bm:是磁性材料的飽和磁通密度,其值一般800~2 000,f:振蕩電路輸出頻率(Hz)  

繞組線徑:  



  


式中:Id:流過變壓器線圈電流有效值,j:為電流密度(2~3A/mm2)  

關(guān)于繞組線徑,這里只是概算,由于高頻電流的趨膚效應(yīng),使高頻電流只在導(dǎo)線的表面流動,因此,在公式中計算出的線徑,適當(dāng)加大一點,以線圈骨架能裝下為止。通過理論計算和實驗確定雙高變壓器參數(shù)如下:規(guī)格為DC24V3500,鐵氧體磁芯采用E128,初級匝數(shù)20圈,次級匝數(shù)1300圈,骨架結(jié)構(gòu)6 槽。  

2)高頻高壓變壓器制作  

變壓器骨架為了減少分布電容,變壓器骨架線圈繞組加工6槽,變壓器高壓線圈也采用分槽繞線。槽繞線圈約200圈。  

為解決雙高變壓器層間絕緣,中小型高壓變壓器一般都采用真空浸漆、環(huán)氧樹脂封裝,但此種工藝小批量不好加工,且價格昂貴。因此采用了較為成熟的高壓變壓器浸泡在絕緣油中的方法,來解決變壓器的絕緣處理。絕緣的設(shè)計關(guān)鍵在于容器,要求容器能夠在不斷的運動、巔簸中,油不漏不溢,能耐180℃的溫度、散熱性能良好,變壓器有近萬伏的高壓輸出,因此要求容器耐高壓電。為了滿足變壓器制作要求,變壓器容器的外殼采用0.2厚不銹鋼鐵皮,外殼的上蓋是一塊印制板,并在此印制扳上制作了緩沖電路、變壓器引出頭等,四周預(yù)留敷銅框,該銅框與外殼
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