申请日2013.03.15
公开(公告)日2013.07.24
IPC分类号H02M9/06
摘要
本发明公开了一种用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，包括工频整流滤波电路、一级升压电路、二级升压电路和电压耦合电路，所述工频整流滤波电路与市电网相接将工频交流电转换为直流电，所述一级升压电路的输入端和输出端分别与所述工频整流滤波电路的输出端和所述二级升压电路的输入端相连完成升压及整流滤波作用，所述二级升压电路再次升压输出稳定的高压直流电和高压交流电，所述电压耦合电路将交直流电耦合叠加加载于等离子体反应器等效负载上;本发明改变了传统的利用两个独立的交、直流电源进行耦合放电的方式，很大程度上减小了所需硬件的数量，节省了空间，节约成本，进而减少损耗，提高了电源系统的可靠性和稳定性。
权利要求书
1.一种用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，包括工频整流滤波电路(1)、一级升压电路(2)、二级升压电路(3)和电压耦合电路(4)，其特征在于：所述工频整流滤波电路(1)与市电网相接将工频交流电转换为直流电，所述一级升压电路(2)的输入端和输出端分别与所述工频整流滤波电路(1)的输出端和所述二级升压电路(3)的输入端相连完成升压及整流滤波作用，所述二级升压电路(3)再次升压输出稳定的高压直流电和高压交流电，所述电压耦合电路(4)将交直流电耦合叠加加载于等离子体反应器等效负载(6)上。
2.根据权利要求1所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述工频整流滤波电路(1)包括三相不控整流电路和滤波电路，所述滤波电路包括滤波电感L1f和滤波电容C1f，所述三相不控整流电路的输出端串联滤波电感L1f后与滤波电容C2b并联，向所述三相不控整流电路输入三相电压，由所述滤波电容C2b两端输出直流电压。
3.根据权利要求1所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述一级升压电路(2)为全桥升压DC/DC变换器，所述全桥升压DC/DC变换器采用原副边匝数比较小的高频升压变压器T1进行一次升压，所述高频升压变压器T1的原边为由IGBTS21、IGBTS22、IGBTS23和IGBTS24分别独立对应地串联二极管D21、二极管D22、二极管D23和二极管D24构成的H桥逆变电路，副边为二极管D25、二极管D26、二极管D27和二极管D28构成的桥式整流电路。
4.根据权利要求3所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述H桥逆变电路的回路中串联隔直电容C2b和谐振电感L2r。
5.根据权利要求3所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述桥式整流电路在串联滤波电感L2f后与滤波电容C2f并联。
6.根据权利要求1所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述二级升压电路(3)为非对称多路输出结构的全桥LLC谐振变换器，所述全桥LLC谐振变换器采用原副边匝数比较大的高频升压变压器T2进行二次升压，所述高频升压变压器T2的原边由分别反向独立对应地并联二极管D31、二极管D32、二极管D33和二极管D34的IGBTS31、IGBTS32、IGBTS33和IGBTS34构成H桥逆变电路，副边第一路连接反相对称电路结构的倍压整流电路(5)输出放大的高压直流电，副边第二路输出高压交流电连接所述电压耦合电路(4)的隔直电容C4。
7.根据权利要求6所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述H桥逆变电路联谐振电感L3s和谐振电容C3s后与漏感电感L3m并联。
8.根据权利要求1所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述电压耦合电路(4)包括连接所述二级升压电路(3)的第一路输出的保护电阻R4和滤波电感L41用于输出高压直流电，以及与所述二级升压电路(3)的第二路输出相连的隔直电容C4输出高压交流电，高压直流电和高压交流电通过电感L42耦合加载于等离子体反应器等效负载(6)上。
9.根据权利要求1所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述一级升压电路(2)由PWM双闭环PI控制电路(7)控制。
10.根据权利要求1所述的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，其特征在于：所述二级升压电路(3)由PFM控制电路(8)控制。
说明书
一种用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源
技术领域
本发明涉及一种高压电源，具体涉及一种用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源。
背景技术
随着现代工业的迅猛发展，水资源受到严重污染和破坏，由此带来的危害引起全世界的广泛关注，各种工业污水处理方法应运而生。其中，利用高压脉冲进行电晕放电的低温等离子体高级氧化污水处理技术兼备传统方法的优点，又有适用性广、有机物去除率高和无二次污染等独特的优势，成为污水处理领域中具有极大发展前途的技术。
在各种产生高压脉冲的方式之中，交直流叠加技术具有能量利用率高、对非均匀放电电极敏感度低、成本低便于工业化等优势，受到广泛关注，成为等离子体处理污染物领域的研究热点。
高压脉冲电源是交直流叠加技术的核心部分之一。因此，脉冲电源的性能是实现该方法的先决条件，电源的设计和优化至关重要。传统的高压脉冲电源利用独立的高压直流电源和交流电源，对二者的输出进行耦合叠加后作用于反应器以产生低温等离子体，存在体积大成本高、升压环节单一、能耗大等方面问题，亟待解决。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种通过分级升压的方式输出稳定的高压交直流电并进行叠加的用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源。
技术方案：本发明所述的一种用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，包括工频整流滤波电路、一级升压电路、二级升压电路和电压耦合电路，所述工频整流滤波电路与市电网相接将工频交流电转换为直流电，所述一级升压电路的输入端和输出端分别与所述工频整流滤波电路的输出端和所述二级升压电路的输入端相连完成升压及整流滤波作用，所述二级升压电路进一步升压输出稳定高压直流电和高压交流电，所述电压耦合电路将交直流电耦合叠加加载于等离子体反应器等效负载上。
优选地，所述工频整流滤波电路包括三相不控整流电路和滤波电路，所述滤波电路包括滤波电感L1f和滤波电容C1f，所述三相不控整流电路的输出端串联滤波电感L1f后与滤波电容C1f并联，向所述三相不控整流电路输入市电网的三相电压，三相不控整流电路将三相电压转换成直流电压，滤波电路去除干扰信号后由所述滤波电容C1f两端输出直流电压传递给一级升压电路。
优选地，所述一级升压电路为全桥升压DC/DC变换器，所述全桥升压DC/DC变换器采用原副边匝数比较小的高频升压变压器T1进行一次升压工作，且起到电气隔离的作用，原边为由IGBTS21、IGBTS22、IGBTS23和IGBTS24分别独立对应地串联二极管D21、二极管D22、二极管D23和二极管D24构成的H桥逆变电路，H桥逆变电路将直流电转换为交流电以便高频升压变压器T1进行升压工作，副边为二极管D25、二极管D26、二极管D27和二极管D28构成的桥式整流电路再将升压后的交流电转换为直流电。
进一步，所述H桥逆变电路的回路中串联隔直电容C2b和谐振电感L2f，隔直电容C2b不仅能够改善高频升压变压器T1的直流偏磁问题，还能解决原副边的占空比丢失问题，与IGBTS21、IGBTS22、IGBTS23和IGBTS24串联的二极管D21、二极管D22、二极管D23和二极管D24和包含变压器漏感的谐振电感L2f可以使开关器件IGBTS21、IGBTS22、IGBTS23和IGBTS24工作在零电流开关状态(ZCS)，降低了开关损耗用以提高开关频率，提高了效率;进一步，所述桥式整流电路在将交流电转换为直流电后串联滤波电感L2f并与滤波电容C2f并联进行滤波。
优选地，所述二级升压电路为非对称多路输出结构的全桥LLC谐振变换器，采用原副边匝数比较大的高频升压变压器T2进行二次升压，原边由分别反向独立对应地并联二极管D31、二极管D32、二极管D33和二极管D34的IGBTS31、IGBTS32、IGBTS33和IGBTS34构成H桥逆变电路，二极管D31、二极管D32、二极管D33和二极管D34作为续流二极管防止电压电流突变造成过大电压击穿IGBTS31、IGBTS32、IGBTS33和IGBTS34，高频升压变压器T2的副边第一路连接反相对称电路结构的倍压整流电路输出放大倍数的高压直流电，副边第二路输出高压交流电连接所述电压耦合电路的隔直电容C4。进一步地，所述H桥逆变电路串联谐振电感L3s和谐振电容C3s后与电感L3m并联，电感L3m为变压器漏感。
优选地，所述电压耦合电路包括连接所述二级升压电路的第一路输出的保护电阻R4和滤波电感L41用于输出高压直流电，以及与所述二级升压电路的第二路输出相连的隔直电容C4输出高压交流电，高压直流电和高压交流电通过电感L42耦合加载于等离子体反应器等效负载上。
进一步，所述一级升压电路由PWM双闭环PI控制电路控制;所述二级升压电路由PFM控制电路控制。
有益效果：1、本发明采用的分级升压方案降低了高频升压变压器的设计难度，减少了电磁干扰以及线路损耗;2、本发明一级分压电路的引入，为高压脉冲电源系统提供了可靠有效的电气隔离，提高了系统的可靠性和稳定性;该部分以串接有二极管的IGBT为功率器件，可以工作在零电流开关状态(ZCS)，使其在开关通断时流过开关的电流为零，从而减少开关损耗以提高开关频率，有助于提高电源的功率密度;原边串接的隔直电容能够改善变压器的直流偏磁问题和原副边的占空比丢失问题;3、在二级升压电路中，全桥LLC谐振变换器采用了非对称多路输出结构，副边第一路通过反向对称倍压整流电路输出放大倍数后的高压直流电，第二路输出交流电，改变了传统的利用两个独立的交、直流电源进行耦合放电的方式，很大程度上减小了所需硬件的数量，节省了空间，节约成本，进而减少损耗，提高了电源系统的可靠性和稳定性。