【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高压等离子领域，具体涉及一种宽动态响应的高压等离子电源。
技术介绍
1、在高压等离子领域，等离子电源输出受负载即等离子发生器的影响较大，而等离子发生器正常工作时，通常存在充电→起弧→放电→灭弧等过程，上述一系列过程对等离子电源的输出需求变化极大，且变化过程极快，常见的等离子电源都是被动跟随等离子发生器的状态变化进行调整甚至不调整，且调整过程存在调整方式单一、响应时间慢、响应范围窄和能量转换效率低下的缺点。随着等离子发生器的更新升级，等离子应用越来越丰富，对等离子电源的动态响应能力提出了更高的需求。
技术实现思路
1、为达到上述目的，基于此，提出一种宽动态响应的高压等离子电源，其对等离子发生器的工作过程进行主动同步监测并响应，等离子发生器从起弧到灭弧的动态响应时间为1ms，响应负载能力为0~2kw，平均能量转换效率为90%，本专利技术的技术方案如下：一种宽动态响应的高压等离子电源，高压等离子电源包括全桥整流电路、变功率电路、高压升压电路、输出端反馈电路、输出端保护电路及mcu处理器，通过对等离子电源的输出端进行实时感知，感知数据经由输出端反馈电路送往mcu处理器，经由mcu处理器计算得到当前输出的功率参数，并将控制参数送往变功率电路进行执行，并通过高压升压电路执行低压转高压的电力变换，进而主动控制等离子输出参数。
2、作为本专利技术的一种改进，全桥整流电路由整流桥和滤波电路组成，整流桥输入端接市电三根火线，整流桥阴极对外接滤波电感css1一端，滤波电感另一端
3、基于上述技术方案，全桥整流电路用于将外接的交流电源转换为直流电源并供给后级变功率电路使用。
4、作为本专利技术的一种改进，变功率电路由h桥斩波逆变电路和lcc谐振电路组成，其中h桥斩波逆变电路由mos管、mos管驱动电阻、mos管滤波电容组成，lcc谐振电路由谐振电容、谐振电感和变压器分布电容组成。
5、基于上述技术方案，变功率电路用于实施快速功率变换，通过实时闭环调控h桥的占空比和开关频率，实现快速和高精度的功率控制，具体占空比和开关频率变换参数由mcu处理器计算后实时发出。
6、作为本专利技术的一种改进，h桥斩波逆变电路的mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4以角对称、桥臂互补形式工作，斩波输出，得到高频、带死区的方波，在两个桥臂中点引出输出线连接至lcc谐振电路，谐振电容c8、谐振电容c12、谐振电容c13、谐振电容c17、谐振电容c20一端连接至前桥臂q1和q3中点，另一端连接至变压器原边同名端，谐振电感css2一端连接至后桥臂q2和q4中点，另一端连接至变压器原边异名端，在变压器原边得到谐振后的高频正弦波。
7、作为本专利技术的一种改进，高压升压电路由升压变压器、滤波电容、整流二极管、采样电阻及采样电容组成，升压变压器t1原边连接至llc谐振电路的输出，升压变压器副边连接至滤波电容c3、滤波电容c4、滤波电容c9、滤波电容c10、滤波电容c14、滤波电容c15、滤波电容c23、滤波电容c24、滤波电容c26、滤波电容c27、滤波电容c30、滤波电容c31、滤波电容c37及滤波电容c38两端，并同时连接至全波整流桥d1~d4的中点桥臂处，整流桥的负极输出端（d1和d2的阳极）一端接滤波电容c1、c2的一端，整流桥的正极输出端（d3和d4的阴极）一端接滤波电容c1、c2的另一端，在滤波电容c1、c2两端得到高压直流电。
8、作为本专利技术一种改进，电路采样电阻r17串联入正极输出端形成输出电流采样，并在采样末端提供大地连接，采样电容c5、采样电容c11、采样电容c16、采样电容c25、采样电容c28、采样电容c34、采样电容c35及采样电容c36和采样电阻r3、采样电阻r6、采样电阻r9、采样电阻r10、采样电阻r11及采样电阻r16并联在输出正负极，形成输出电压采样。
9、基于上述技术方案，高压升压电路用于将变功率电路的输出电能从低压交流转换为等离子发生器需要的高压直流。
10、作为本专利技术的一种改进，输出端反馈电路由输出电压采样电路和输出电流采样电路组成，输出电流采样电路由分压电阻、模拟量隔离芯片、差分电阻、集成运算放大器、滤波电阻及滤波电容组成，输出电压采样电路由分压电阻、模拟量隔离芯片、差分电阻、集成运算放大器、滤波电阻及滤波电容组成。
11、基于上述技术方案，输出端反馈电路对输出高压电能参数进行采样，预处理之后送往mcu处理器。
12、作为本专利技术的一种改进，输出端保护电路由输出过压保护电路和输出过流保护电路组成，输出过压保护电路由匹配电阻，集成比较器芯片及基准阈值电阻组成，输出过流保护电路由匹配电阻，集成比较器芯片及基准阈值电阻组成。
13、基于上述技术方案，输出端保护电路对输出高压电能参数进行阈值判定，判定之后送往mcu处理器。
14、作为本专利技术的一种改进，mcu处理器包括晶振、匹配电容、mcu处理器芯片、滤波电感和滤波电容。
15、基于上述技术方案，mcu处理器对反馈参数进行计算，计算并判定当前负载状态，判定输出控制对象并进行闭环计算，然后输出控制参数到功率变换电路，最终实现宽动态响应的等离子电源输出。
16、作为本专利技术的一种改进，在整流桥后级设有无源lc滤波电路，无源lc滤波电路对整流桥的输出进行滤波和储能，通过低频电感限制后级电流的变化率。
17、相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过对等离子电源的输出端的输出电压电流参数进行实时感知，感知数据经由输出端反馈电路送往mcu处理器，经由mcu处理器计算得到当前等离子负载的工作状态及输出的功率参数，mcu处理器通过对负载状态的判定之后智能选择合适的调控对象，并将闭环计算后的调控参数送往变功率电路进行执行，并通过高压升压电路执行低压转高压的电力变换，进而主动控制等离子输出参数。在等离子负载充电阶段快速调节送往升压电路的有效电能，极大缩短充电时间；在等离子负载起弧阶段维持较大功率输出，保证一次性起弧成功，不断弧；在等离子放电阶段快速调节电能交换比例，实现等离子放电的高精度控制，最终实现宽动态响应的等离子电源输出。
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1.一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，高压等离子电源包括全桥整流电路、变功率电路、高压升压电路、输出端反馈电路、输出端保护电路及MCU处理器，通过对等离子电源的输出端进行实时感知，感知数据经由输出端反馈电路送往MCU处理器，经由MCU处理器计算得到当前输出的功率参数，并将控制参数送往变功率电路进行执行，并通过高压升压电路执行低压转高压的电力变换，进而主动控制等离子输出参数。
2.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，全桥整流电路由整流桥和滤波电路组成，整流桥输入端接市电三根火线，整流桥阴极对外接滤波电感CSS1一端，滤波电感另一端接滤波电容C18的阳极和电容C19的阳极，同时接正DCBUS，整流桥阳极对外接滤波电容阴极，同时接负GND，经过整流滤波，在正负之间得到平稳的直流电源。
3.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，变功率电路由H桥斩波逆变电路和LCC谐振电路组成，其中H桥斩波逆变电路由MOS管、MOS管驱动电阻以及MOS管滤波电容组成，LCC谐振电路由谐振电容、谐振电感和变压器分布电容组
4.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，H桥斩波逆变电路的MOS管（Q1、Q2、Q3、Q4）以角对称、桥臂互补形式工作，斩波输出，得到高频、带死区的方波，在两个桥臂中点引出输出线连接至LCC谐振电路，谐振电容（C8、C12、C13、C17、C20）一端连接至前桥臂（Q1、Q3）中点，另一端连接至变压器原边同名端，谐振电感（CSS2）一端连接至后桥臂（Q2、Q4）中点，另一端连接至变压器原边异名端，在变压器原边得到谐振后的高频正弦波。
5.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，高压升压电路由升压变压器、滤波电容、整流二极管、采样电阻及采样电容组成，升压变压器（T1）原边连接至LLC谐振电路的输出，升压变压器副边连接至滤波电容（C3、C4、C9、C10、C14、C15、C23、C24、C26、C27、C30、C31、C37、C38）两端，并同时连接至全波整流桥（D1~D4）的中点桥臂处，整流桥的负极输出端一端接滤波电容（C1、C2）的一端，整流桥的正极输出端一端接滤波电容（C1、C2）的另一端，在滤波电容（C1、C2）两端得到高压直流电。
6.根据权利要求5所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，电路采样电阻（R17）串联入正极输出端形成输出电流采样，并在采样末端提供大地连接，采样电容（C5、C11、C16、C25、C28、C34、C35、C36）和采样电阻（R3、R6、R9、R10、R11、R16）并联在输出正负极，形成输出电压采样。
7.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，输出端反馈电路由输出电压采样电路和输出电流采样电路组成，输出电流采样电路由分压电阻、模拟量隔离芯片、差分电阻、集成运算放大器、滤波电阻及滤波电容组成，输出电压采样电路由分压电阻、模拟量隔离芯片、差分电阻、集成运算放大器、滤波电阻及滤波电容组成。
8.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，输出端保护电路由输出过压保护电路和输出过流保护电路组成，输出过压保护电路由匹配电阻，集成比较器芯片及基准阈值电阻组成，输出过流保护电路由匹配电阻，集成比较器芯片及基准阈值电阻组成。
9.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，MCU处理器包括晶振、匹配电容、MCU处理器芯片、滤波电感和滤波电容。
10.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，在整流桥后级设有无源LC滤波电路，无源LC滤波电路对整流桥的输出进行滤波和储能，通过低频电感限制后级电流的变化率。
...【技术特征摘要】
1.一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，高压等离子电源包括全桥整流电路、变功率电路、高压升压电路、输出端反馈电路、输出端保护电路及mcu处理器，通过对等离子电源的输出端进行实时感知，感知数据经由输出端反馈电路送往mcu处理器，经由mcu处理器计算得到当前输出的功率参数，并将控制参数送往变功率电路进行执行，并通过高压升压电路执行低压转高压的电力变换，进而主动控制等离子输出参数。
2.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，全桥整流电路由整流桥和滤波电路组成，整流桥输入端接市电三根火线，整流桥阴极对外接滤波电感css1一端，滤波电感另一端接滤波电容c18的阳极和电容c19的阳极，同时接正dcbus，整流桥阳极对外接滤波电容阴极，同时接负gnd，经过整流滤波，在正负之间得到平稳的直流电源。
3.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，变功率电路由h桥斩波逆变电路和lcc谐振电路组成，其中h桥斩波逆变电路由mos管、mos管驱动电阻以及mos管滤波电容组成，lcc谐振电路由谐振电容、谐振电感和变压器分布电容组成。
4.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，h桥斩波逆变电路的mos管（q1、q2、q3、q4）以角对称、桥臂互补形式工作，斩波输出，得到高频、带死区的方波，在两个桥臂中点引出输出线连接至lcc谐振电路，谐振电容（c8、c12、c13、c17、c20）一端连接至前桥臂（q1、q3）中点，另一端连接至变压器原边同名端，谐振电感（css2）一端连接至后桥臂（q2、q4）中点，另一端连接至变压器原边异名端，在变压器原边得到谐振后的高频正弦波。
5.根据权利要求1所述的一种宽动态响应的高压等离子电源，其特征在于，高压升压电路由升压变压器、滤波电容、整流二极管、采样电阻及采样电容组成，升压变压器（t1...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶忠元，雷鸿，
申请(专利权)人：南京威登等离子科技设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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