高压脉冲电源制造技术

本发明专利技术公开了一种高压脉冲电源，包括有低压直流输入电源、脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块、斩波电路模块、隔离变压器、系统控制模块、按键与无线遥控模块和数码管显示模块，脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块构成开关电源闭环回路系统，有益效果：能够适应实际应用的需求，并且极大地降低了实际应用中的功耗，制作、使用成本低，击穿电压可做成脉冲的形式，其中该脉冲的电压、电流、频率和占空比能够做适应性调节。该脉冲源能够作为激发、点火和对物质电离等应用的高压脉冲电源。

High voltage pulse power supply

The invention discloses a high-voltage pulse power supply, including low voltage DC input voltage, pulse width modulation module, a step-up transformer, a voltage doubling circuit module, voltage and current feedback circuit, chopper circuit module, isolation transformer, system control module, keyboard and wireless remote control module and the digital display module, pulse width modulation module, boost transformer and voltage doubling circuit, voltage and current feedback circuit module switch power closed loop system, the beneficial effect: to adapt to the needs of practical application, and greatly reduces the power consumption of the practical application, and making use of low cost, the breakdown voltage can be made into the form of pulse, the pulse voltage, the current, frequency and the duty ratio can do adaptation. The pulse source can be used as a high voltage pulsed power source for excitation, ignition and ionization of matter.

【技术实现步骤摘要】
高压脉冲电源
本专利技术涉及一种电源，特别涉及一种高压脉冲电源。
技术介绍
目前，微等离子体是一种被限制在尺度为毫米量级甚至更低的有限空间范围内的等离子体，兼具有常规等离子体的一些特性。由于微等离子体的几何尺寸至少在一个维度上小于1mm，所以微等离子体具备一些特殊的性质，例如在高压下稳定存在、非热力学平衡、电子能量分布函数偏离麦克斯韦分布、高电子密度和与常规等离子体不同的动力学模式。另外，微等离子体的低功耗、低密度、高稳定等特性以及微等离子体源小巧、经济的优势使得微等离子体在紫外光源的获得、微化学分析系统、生物医学、材料表面改性和加工、环境污染物的处理等领域提供了广泛的应用空间。高压脉冲电源是产生微等离子体的一个重要条件。直流辉光等离子体的放电条件遵循帕刑定律，即等离子体的放电击穿电压U与电极距离d和等离子体压力p存在一定的关系，具体为在两个平行平板电极上加上直流电压后，在两极间形成均匀电场，在等离子体成分、电极材料等条件一定的情况下，击穿电压U是电极距离d和等离子体压力p的函数，改变电极距离d和等离子体压力p时，等离子体的放电击穿电压U存在一个极小值。为满足应用的要求，所使用的高压电源电压必须高于这个极小值。为适应实际应用的需求和降低功耗的考虑，击穿电压U可做成脉冲的形式，其中该脉冲的占空比可调节。另外该脉冲源的电压、电流和频率亦可做适应性调节。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种参数可调的高压脉冲电源，在降低产品成本的基础上，作为激发、点火和对物质电离等应用的高压脉冲电源。本专利技术所述的高压脉冲电源包括有低压直流输入电源、脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块、斩波电路模块、隔离变压器、系统控制模块、按键与无线遥控模块和数码管显示模块，其中低压直流输入电源与升压变压器初级线圈一端相连接，脉宽调制模块与升压变压器初级线圈另一端之间通过开关管连接，升压变压器次级线圈的一端与倍压电路模块连接，倍压电路模块的一侧与电压和电流反馈电路模块连接，电压和电流反馈电路模块的一端与脉宽调制模块连接，脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块构成开关电源闭环回路系统，倍压电路模块的一端与斩波电路模块相连接，斩波电路模块的一侧与输出端口连接，斩波电路模块的一端还与隔离变压器连接，隔离变压器通过振荡器与系统控制模块连接，系统控制模块还分别与电压和电流反馈电路模块、按键与无线遥控模块和数码管显示模块相连接。系统控制模块核心部件是微控制单元，其内部集成有微处理器、数模转换器和定时计数器，其中在功能上两个数模转换器并联后与微处理器的一侧连接，微处理器的另一侧与定时计数器连接。按键与无线遥控模块包含的按键和无线遥控两种独立方式能够单独实现对系统参数的直接设定，所述的数码管显示模块实时显示设定的参数值。电压和电流反馈电路模块使用两个光耦隔离模块将电压采集信号和电流采集信号与电路隔离开来。电压和电流反馈电路模块将输出电压和电流的信息同时反馈给脉宽调制模块，能够对电压和电流同时控制。斩波电路模块使用频率与占空比可调的低压脉冲控制信号控制电子开关的开关状态将直流高压斩断成脉冲的形式进入输出端口，输出脉冲的频率和占空比与低压脉冲控制信号的频率和占空比相同。隔离变压器采用耐高温与耐高压设计。振荡器将将定时计数器输出的矩形脉冲进一步处理后输入隔离变压器。倍压电路模块主要由电容和二极管组成。升压变压器采用耐高温和耐高压设计。本专利技术的工作原理：脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块构成开关电源闭环回路系统，保证了输出直流高压信号的电压和电流的稳定性。升压变压器初级线圈串接于低压直流输入电源与开关管之间，开关管另一端与地连接，脉宽调制模块产生的PWM信号控制开关管产生开和关两种状态，当开关管处于开状态时，低压直流输入电源、升压变压器初级线圈、开关管与地形成一个闭合回路，升压变压器初级线圈有电流流过，反之，当开关管处于关状态时，升压变压器初级线圈没有电流流过，于是升压变压器初级线圈便有交流信号输入，其次级线圈间则有升压后的交流信号输出。倍压电路模块主要由电容和二极管组成，二极管以其单向导通特性将升压变压器输出的交变信号给不同的电容进行充放电，通过多个电容上电荷的累加实现倍压的功能；倍压后的直流高电压引出两路电压反馈信号和电流反馈信号并且经过两个光耦隔离模块后分别和两路电压值可调的控制电压和电流值可调的控制电流作为电压和电流反馈电路模块的四路输入信号，电压反馈信号与一路可调控制电压的比较值和电流反馈信号与另一路可调控制电流的比较值作为电压和电流反馈电路模块的输出信号进入脉宽调制模块。通过改变可调控制电压的电压值和可调控制电流的电流值分别改变电压和电流反馈电路模块的输出信号，进而改变脉宽调制模块的输出信号，进而改变直流高电压的电压值(请参见图2所示)；其中两个光耦隔离模块的作用是将电压采集信号和电流采集信号与后续电路隔离开来，避免了高压电路烧坏低压电路，起到电路保护的效果。在系统处于平衡状态的情况下，改变两路可调比较信号，两个比较器输出给脉宽调制模块的信号改变，进而使得脉宽调制模块控制开关管的PWM信号占空比改变以及流过升压变压器初级线圈的交流电流占空比改变，经升压后的倍压电路模块输出的直流高压改变，继而电压采集信号或者电流采集信号改变，分别与两路可调比较信号的比较值趋于稳定，系统重新达到平衡状态。斩波电路模块主要起到开关的作用，倍压电路模块输出的直流高压通过斩波电路模块对外输出，频率与占空比可调的低压脉冲信号控制斩波电路模块中电子开关管的开关状态，从而将直流高压斩断成脉冲的形式进入输出端口。隔离变压器作用是将低压脉冲控制电路与高压电路隔离开来，防止高压电路烧坏低压电路。按键与无线遥控模块向系统控制模块发出命令。系统控制模块接收来自按键与无线遥控模块的输出参数设定后，发出改变输出脉冲高压的电压值、电流值、频率与占空比这些参数的命令继而改变输出脉冲高压。数码管显示模块将脉冲高压的电压、电流、频率和占空比这些参数值显示出来(请参见图3所示)；其具体工作为系统控制模块中的微处理器接受来自按键与无线遥控模块的指令，这些指令包括高压脉冲的频率、占空比、电压和电流，其中针对电压和电流的指令通过微处理器控制两个数模转换器产生两路可调比较信号进入图2所示的电压和电流反馈电路模块中，其作用如前所述。另外微处理器根据高压脉冲的频率、占空比的指令控制内部定时计数器产生一个频率、占空比与之对应的矩形脉冲，该矩形脉冲的频率和占空比即是高压脉冲的频率和占空比。矩形脉冲通过一个由施密特触发器构成的振荡器。该振荡器将矩形脉冲高电位部分形成频率更高的交流脉冲后输入隔离变压器。隔离变压器的输出波形控制斩波电路模块完成对倍压电路模块输出直流高压的截断，向输出端口输出高压脉冲。本专利技术的有益效果：能够适应实际应用的需求，并且极大地降低了实际应用中的功耗，制作、使用成本低，击穿电压可做成脉冲的形式，其中该脉冲的电压、电流、频率和占空比能够做适应性调节。该脉冲源能够作为激发、点火和对物质电离等应用的高压脉冲电源。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术中所述电压和电流反馈电路模块原理示意图。图3为本专利技术中所述系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压脉冲电源，其特征在于：包括有低压直流输入电源、脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块、斩波电路模块、隔离变压器、系统控制模块、按键与无线遥控模块和数码管显示模块，其中低压直流输入电源与升压变压器初级线圈一端相连接，脉宽调制模块与升压变压器初级线圈另一端之间通过开关管连接，升压变压器次级线圈的一端与倍压电路模块连接，倍压电路模块的一侧与电压和电流反馈电路模块连接，电压和电流反馈电路模块的一端与脉宽调制模块连接，脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块构成开关电源闭环回路系统，倍压电路模块的一端还与斩波电路模块相连接，斩波电路模块的一侧与输出端口连接，斩波电路模块的一端还与隔离变压器连接，隔离变压器通过振荡器与系统控制模块连接，系统控制模块还分别与电压和电流反馈电路模块、按键与无线遥控模块和数码管显示模块相连接，脉宽调制模块产生的PWM信号控制开关管产生开和关两种状态；斩波电路模块使用频率与占空比可调的低压脉冲控制信号；在电压和电流反馈电路模块中，电压反馈信号与一路可调控制电压的比较值作为电压和电流反馈电路模块的电压输出信号，电流反馈信号与一路可调控制电流的比较值作为电压和电流反馈电路模块的电流输出信号，通过改变可调控制电压的电压值和可调控制电流的电流值分别改变电压和电流反馈电路模块的输出信号，进而改变脉宽调制模块的输出信号，进而改变直流高电压的电压值。...

【技术特征摘要】
1.一种高压脉冲电源，其特征在于：包括有低压直流输入电源、脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块、斩波电路模块、隔离变压器、系统控制模块、按键与无线遥控模块和数码管显示模块，其中低压直流输入电源与升压变压器初级线圈一端相连接，脉宽调制模块与升压变压器初级线圈另一端之间通过开关管连接，升压变压器次级线圈的一端与倍压电路模块连接，倍压电路模块的一侧与电压和电流反馈电路模块连接，电压和电流反馈电路模块的一端与脉宽调制模块连接，脉宽调制模块、升压变压器、倍压电路模块、电压和电流反馈电路模块构成开关电源闭环回路系统，倍压电路模块的一端还与斩波电路模块相连接，斩波电路模块的一侧与输出端口连接，斩波电路模块的一端还与隔离变压器连接，隔离变压器通过振荡器与系统控制模块连接，系统控制模块还分别与电压和电流反馈电路模块、按键与无线遥控模块和数码管显示模块相连接，脉宽调制模块产生的PWM信号控制开关管产生开和关两种状态；斩波电路模块使用频率与占空比可调的低压脉冲控制信号；在电压和电流反馈电路模块中，电压反馈信号与一路可调控制电压的比较值作为电压和电流反馈电路模块的电压输出信号，电流反馈信号与一路可调控制电流的比较值作为电压和电流反馈电路模块的电流输出信号，通过改变可调控制电压的电压值和可调控制电流的电流值分别改变电压和电流反馈电路模块的输出信号，进而改变脉宽调制模块的输出信号，进而改变直流高电压的电压值。2.根据权利要求1所述的高压脉冲电源，其特征在于：所述的系统控制模块的核心部件是微控制单元，其内部集成有微处理器、数模转换器和定时计数器，其中在功能上两个数模转换器并联后与微处理器的一侧连接，微处理器的另一侧与定时计数器连接。3.根据权利要求1所述的高压脉冲电源，其特征在于：所述的按键与无线遥控模块包含的按键和无线遥控两种独立方式能够单独实现对系统参数的直接设定，所述的数码管显示模块实时显示设定的参数值。4.根据权利要求1所述的高压脉冲电源，其特征在于：所述的电压和电流反馈电路模块使用两个光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，郭广盟，李春生，丁宇，乔淑君，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22