The invention relates to an adaptive sliding mode control plasma power supply, which includes a BUCK dual-tube self-excitation circuit, a voltage output mode selection module, a sampling control module, a pre-excitation algorithm and a digital sliding mode control algorithm, and can efficiently output different types of voltage with adjustable voltage amplitude and frequency. The control process of plasma load consists of two stages: pre-excitation stage and normal working stage. Firstly, the ideal working state and initial control parameters of plasma load are obtained in pre-excitation stage. Then, the control parameters are adjusted in normal working stage. Through sliding mode control, the plasma load adaptively works in ideal working state and has excellent dynamic response. It can excite various plasma loads stably and effectively.
【技术实现步骤摘要】
一种自适应滑模控制等离子体电源
本专利技术涉及一种自适应滑模控制等离子体电源,属于等离子
技术介绍
气体放电产生的等离子体在杀菌消毒、材料表面改性、废气处理等方面具有良好的应用前景。等离子体负载种类繁多,不同的等离子体负载特性差异较大,针对不同的等离子体负载往往需要设计与之匹配的激发电源,否者会出现激发效率低下,激发不稳定,甚至无法激发的现象。就目前而言,还没有一种电源能通用于大多数的等离子体负载,这对等离子体的应用带来了极大的不便于限制。此外,等离子体负载激发过程中,其工作状态的稳定性十分重要,然而在等离子体负载激发过程中,由于温度等因素的影响,等离子体的负载特性随时间变化较大。这对目前绝大多数采用硬开关全桥逆变技术的等离子体电源而言,不易保证等离子体负载在某一状态稳定激发,这将导致等离子体负载激发过程中产生的自由基以及电子密度等发生一定程度的改变,不利于精确控制,从而一致性和稳定性不高。对于传统的硬开关全桥逆变技术,其电路结构简单,控制方便,在低压低频的逆变电源中广泛使用,然而在需要高压、高频电源的等离子体负载中,除了上述问题外,还存在以下问题:首先,基于硬开关全桥逆变技术的等离子体电源的工作频率往往较低,使得高压变压器的尺寸、重量、输出电压纹波显著提高,从而导致电源笨重,性能大大降低;其次,处于硬开关工作状态下的高压电源,其开关损耗相对较大,由此带来开关管发热严重,不仅极大地降低了电源效率,还会导致器件本身使用寿命缩短,使得电源的稳定性、寿命等大大降低。传统的等离子体电源的众多缺点,明显限制了等离子体负载的激发效果,因此,迫切需要一种能够自 ...
【技术保护点】
1.一种自适应滑模控制等离子体电源,由BUCK型双管自激电路(1)、电压输出模式选择模块(2)、采样控制模块(3)、预激发算法(4)、数字滑模控制算法(5)组成;其特征在于:BUCK型双管自激电路(1)是由BUCK型DC‑DC电路,双管自激电路构成,其中,BUCK型DC‑DC电路中的开关管开关频率可以选择为1k~10MHz,双管自激电路中的谐振电容采用压控电容;电压输出模式选择模块(2)是由整流滤波路,三个功率开关管、交直流耦合器构成,负责提供三种电压输出模式,分别为:直流、交流和交直流;采样控制模块(3)是由整流桥、滤波电容、滤波电感、取样电阻、FPGA电路组成,负责获取等离子体负载的实时工作特性和控制参数输出;等离子体负载的控制过程是由预激发阶段和正常工作阶段2个阶段组成,首先在预激发阶段获取等离子体负载的理想工作状态和初始控制参数,之后在正常工作阶段调节控制参数,通过滑模控制方式使得等离子体负载自适应工作于理想工作状态;其中,等离子体负载的工作状态是指等离子体负载的电压幅值,频率和电压模式;理想工作状态是指达到期望的等离子体负载功率时的等离子体负载的工作状态;控制参数是指:(1) ...
【技术特征摘要】
1.一种自适应滑模控制等离子体电源,由BUCK型双管自激电路(1)、电压输出模式选择模块(2)、采样控制模块(3)、预激发算法(4)、数字滑模控制算法(5)组成;其特征在于:BUCK型双管自激电路(1)是由BUCK型DC-DC电路,双管自激电路构成,其中,BUCK型DC-DC电路中的开关管开关频率可以选择为1k~10MHz,双管自激电路中的谐振电容采用压控电容;电压输出模式选择模块(2)是由整流滤波路,三个功率开关管、交直流耦合器构成,负责提供三种电压输出模式,分别为:直流、交流和交直流;采样控制模块(3)是由整流桥、滤波电容、滤波电感、取样电阻、FPGA电路组成,负责获取等离子体负载的实时工作特性和控制参数输出;等离子体负载的控制过程是由预激发阶段和正常工作阶段2个阶段组成,首先在预激发阶段获取等离子体负载的理想工作状态和初始控制参数,之后在正常工作阶段调节控制参数,通过滑模控制方式使得等离子体负载自适应工作于理想工作状态;其中,等离子体负载的工作状态是指等离子体负载的电压幅值,频率和电压模式;理想工作状态是指达到期望的等离子体负载功率时的等离子体负载的工作状态;控制参数是指:(1)中的前端开关管的占空比、(1)中的压控电容两端的电压、以及(2)中三个功率开关管的开关控制信号,分别对应等离子体负载的电压幅值,频率和电压模式。2.如权利要求1所述的采样控制模块(3),其特征在于,整流桥连接到(2);所述滤波电感连接到滤波电容和取样电阻;FPGA电路连接到取样电阻;FPGA电路中储存有M组典型的控制参数,预激发算法(4)、数字滑模控制算法(5);其中M的取值为30~50。3.如权利要求1所述的预激发算法,其特征在于:首先遍历所有典型的控制参...
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