高功率脈沖電源

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1、高功率脈沖電源一．概述所謂高功率并不是指電源的輸出功率大，而是指將低功率存貯壓縮后，在瞬間釋放出大能量脈沖。該項技術(shù)主要是用在具有激發(fā)性質(zhì)的負載上，用以在瞬間獲得更高的激發(fā)效果。由于功率在存儲期間不消耗能量，因此電源效率得到大大增強，電能利用率比傳統(tǒng)電源高1個甚至幾個量級，負載上幾乎不會產(chǎn)生熱量損耗。由于實現(xiàn)原理復(fù)雜，對原器件要求苛刻等原因，目前國內(nèi)幾乎沒有商業(yè)化產(chǎn)品，只限在大功率微波源、激光器、電磁軌道炮、電子對撞機等軍事科技領(lǐng)域。但小型化產(chǎn)品已經(jīng)開始出現(xiàn)在相關(guān)院校和各種實驗室中。我們就是在這種情況下開發(fā)出類似功能的實用化脈沖電源。所謂類似是因為我們采用的是前級壓縮

2、技術(shù)，用壓縮后的脈沖驅(qū)動功率元件，比直接末級壓縮仍有一定的差距，因為末級壓縮技術(shù)需要更高地研發(fā)成本。還有就是我們針對的應(yīng)用對象不具備那樣高的價值。當然與傳統(tǒng)電源相比它仍然具有很高的效率，各項指標超過1倍以上。仍屬于高功率電源范疇。二．電路組成1、處理器微處理器是采用意法半導(dǎo)體（ST）公司生產(chǎn)的STM32F系列Cortex-M3內(nèi)核的32位產(chǎn)品。處理器主用來產(chǎn)生基準時鐘頻率和各種信號的采集和運算。根據(jù)采集到的各種包括鍵盤輸入、運行中的電壓、電流、頻率、占空比、主元件運行中的溫度等信號，判斷電源的工作狀態(tài)，根據(jù)運算結(jié)果指揮整個電路完成保護、跟蹤調(diào)整等工作，并將結(jié)果顯示在控

3、制面板上。2、控制電路控制電路通過兩個控制面板完成對電源的控制和參數(shù)讀取。主控制面板包括5個按鍵，分別是占空比+、占空比-、頻率+、頻率-和頻率位選擇。分別用來調(diào)整占空比和頻率，其中頻率位選擇是用來選擇調(diào)整個位、十位、百位、千位或萬位的哪一位來調(diào)整，以節(jié)約調(diào)整時間。副控制面板包括上下兩個翻頁，分別用來翻閱運行中的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率等運行參數(shù)。3、顯示電路顯示電路通過2個顯示面板來顯示運行中的參數(shù)。主顯示面板用來顯示運行頻率和占空比、副顯示面板用來顯示運行中的電氣參數(shù)。4、整流電路整流電路是由大功率半導(dǎo)體整流模塊組成，把三相交流電變換成直流電，并由

4、電力濾波電容進行濾波，以保證功率輸出電路正常工作。5、脈沖壓縮電路脈沖壓縮電路是采用微分電路對從CPU經(jīng)過分頻后得到的脈沖信號進行壓縮整形，得到理想的信號前沿，保證信號質(zhì)量。6、驅(qū)動電路驅(qū)動電路是采用瑞士CONCEPT公司原裝進口2SD315AI專用IGBT驅(qū)動模塊。適用于1200V和1700V耐壓的IGBT，具有短路保護和過電流保護，具有極高的可靠性和長使用壽命。能適用惡劣的工作環(huán)境。7、功率輸出電路功率輸出電路采用德國Infineon公司生產(chǎn)的IGBT模塊組成橋式逆變電路，將整流電路得到的直流電轉(zhuǎn)換成具有頻率和占空比可調(diào)的高功率脈沖，輸出到脈沖變壓器或直接作用在負

5、載上。8、通訊電路通訊電路采用485通訊模塊，可以直接和電腦進行通信，也可以通過發(fā)射模塊經(jīng)過移動或網(wǎng)通網(wǎng)絡(luò)直接與手機通信，用來適時讀取電源工作信息和所授權(quán)操作。三．應(yīng)用1、臭氧發(fā)生器1.1.臭氧的產(chǎn)生臭氧是氧的同素異形體，是氧氣分子吸收能量后被激發(fā)為原子狀態(tài)，再由原子狀態(tài)還原為氧氣過程中產(chǎn)生的一種過度產(chǎn)物，隨著時間的推移它最終還要還原為氧氣。如果激發(fā)一直存在，它就會一直存在著產(chǎn)生-還原這個不斷重復(fù)的過程，最后達到平衡狀態(tài)。這個過程所產(chǎn)生的氧氣、臭氧以及空氣中的其它氣體混合體稱任臭氧氧化氣體。簡稱臭氧。大氣層中的臭氧是空氣中的氧氣吸收太陽紫外線能量而激發(fā)產(chǎn)生，而臭氧發(fā)生

6、器通常是用高能量電場來激發(fā)空氣中的氧氣來產(chǎn)生臭氧。1.2臭氧發(fā)生器基本原理空氣或氧氣有預(yù)地經(jīng)過一個人為產(chǎn)生的高壓電場，氧氣在這里獲得足夠的能量被激發(fā)，就發(fā)生了上述“產(chǎn)生-還原”的過程，于是臭氧就被源源不斷產(chǎn)生出來。無論是空氣還是氧氣，最后形成的臭氧化氣體都不是純臭氧，而是一種混合體。因此控制臭氧產(chǎn)生和還原的過程是臭氧發(fā)生器效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是掌控臭氧產(chǎn)生技術(shù)的關(guān)鍵所在。各臭氧發(fā)生器制造商生產(chǎn)臭氧發(fā)生器的水平高低，往往就是對這個關(guān)鍵技術(shù)掌控程度的具體體現(xiàn)。1.3影響臭氧產(chǎn)生因素臭氧產(chǎn)生的過程是氧分子和氧原子結(jié)合的過程，氧分子可以被源源不斷地送到臭氧發(fā)生器中，量非常大，因

7、此產(chǎn)生臭氧的決定因素是氧原子的數(shù)量。氧分子吸收能量后就會發(fā)生離解現(xiàn)象，氧分子會分裂成為氧原子，這個過程可以用e+O2—O+O來表示。其中e表示氧分子吸收的能量，稱為氧氣的離解能。實驗結(jié)果顯示e=6eV。如果氧原子繼續(xù)吸收能量，當e大于8.4eV，就會產(chǎn)生電離，失去電子成為離子態(tài)，失去氧原子的性質(zhì)。由此可見當氧分子吸收能量小于6eV，不會發(fā)生離解現(xiàn)象，出現(xiàn)不了氧原子，我們是在一臺設(shè)計產(chǎn)量為150g/h的傳統(tǒng)臭氧發(fā)生器上進行的試驗，這臺臭氧發(fā)生器采用直徑50mm的石英管作為介質(zhì)材料，電極是用直徑38mm的304不銹鋼圓管，電極長度為1100mm，共7個放