[實用新型]基于全PLC控制的高壓脈沖電源

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020540368.4
• 申請日: 2010-09-25
• 公開（公告）號: CN201797448U
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 田修波;朱宗濤;鞏春志;楊士勤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H02M7/155
• 分類號: H02M7/155;H02M3/335;H02M1/14;H02H7/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本實用新型涉及一種基于全PLC控制的高壓脈沖電源，屬于脈沖功率技術領域。

背景技術

近年來，高壓脈沖電源廣泛應用于等離子體表面處理、廢水和煙霧處理、半導體制造等領域，電源的穩(wěn)定性、可靠性有了長足進步。與此同時，為了簡化電源使用時繁瑣的操作流程以及避免一些很難通過人工來實現(xiàn)的工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，例如：特定時間內(nèi)電壓的線性加載、長時間內(nèi)多步驟的流程控制等，迫切需要電源具有穩(wěn)定可靠的智能控制系統(tǒng)。

高壓脈沖電源主要由初始能源、調(diào)功系統(tǒng)、儲能單元、開關、觸發(fā)控制回路和負載組成，其中，觸發(fā)控制回路和開關是最為核心的部分。觸發(fā)控制回路為開關器件提供開關信號，從而形成高壓脈沖，通過改變觸發(fā)控制回路中觸發(fā)信號的開關頻率和每次開通的時間，最終實現(xiàn)輸出高壓脈沖頻率和脈寬的調(diào)節(jié)，觸發(fā)控制回路中的穩(wěn)定性直接關系到整個電源系統(tǒng)的好壞。

早一代高壓脈沖電源的觸發(fā)控制回路部分完全由分立電子元器件的搭建來實現(xiàn)，這種控制模式雖然能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的高壓脈沖輸出，但其最大的缺點在于操作界面不夠友好，例如手動旋鈕式頻率、脈寬等參數(shù)的調(diào)節(jié)及模擬表參數(shù)的顯示，這樣就很難實現(xiàn)對各參數(shù)精確地顯示和重復調(diào)節(jié)。另外，若要實現(xiàn)電源自身的一些自鎖和保護功能，就造成控制繼電器較多，輔助電路較復雜，大大增加了整個電源系統(tǒng)的復雜性，降低了可靠性。

隨著單片機技術的發(fā)展，已有一些高壓脈沖電源采用單片機為主控芯片，加上一些外圍電路來實現(xiàn)觸發(fā)控制，這類高壓脈沖電源的參數(shù)一般采用鍵盤設定并用LCD顯示，克服了上述全分立組件控制電源的弊端，中國專利《一種脈沖高壓電源》，專利號為200420031116.3，授權公告號為CN2710252Y，授權公告日為2005年7月13日，公開了一種脈沖高壓電源，該專利提出用單片機控制作為觸發(fā)電路的控制核心，但由于高壓脈沖電源系統(tǒng)空間輻射和高壓脈沖的傳導干擾較強，給單片機控制系統(tǒng)的抗干擾設計帶來一定的困難。

可編程邏輯控制器PLC是一種常用的自動控制工具，具有可靠性高，抗干擾能力強等優(yōu)點，它具有I/O控制、DA/AD轉換、PWM輸出等功能，功能較為固化，軟件采用梯形圖語言，易于掌握，二次開發(fā)的周期相對較短，配合觸摸屏的使用，能很方便地實現(xiàn)各個參數(shù)的顯示和調(diào)節(jié)，為其在高壓脈沖電源觸發(fā)控制中的應用提供了便利的條件，但由于PLC運算速度相對較慢，要通過其I/O輸出微秒量級、脈寬和頻率同時連續(xù)可調(diào)的觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)短脈沖高壓電源的控制顯得力不從心，因此大大限制了PLC在高壓脈沖電源系統(tǒng)中的應用。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有高壓脈沖電源的單片機控制系統(tǒng)抗干擾能力差及其主電路的原始體積大的問題，提供一種基于全PLC控制的高壓脈沖電源。

本實用新型由供電電源回路、主回路和控制回路組成，

供電電源回路由主電路EMI濾波器、三相整流橋電路、主電路濾波電容、全橋逆變器和升壓變壓器的初級線圈組成，

主回路由升壓變壓器的次級線圈、高頻高壓硅堆整流電路、充電限流電阻、儲能電容、空心電感、負載放電限流電阻、真空四極管、燈絲電源、充電二極管、下拉電阻、電容分壓器和柵極電路組成，

主電路EMI濾波器的輸入端連接外部380V工頻供電電源，主電路EMI濾波器的輸出端連接三相整流橋電路的輸入端，三相整流橋電路的輸出端連接主電路濾波電容的輸入端，主電路濾波電容的輸出端連接全橋逆變器的輸入端，全橋逆變器的輸出端連接升壓變壓器的初級線圈，升壓變壓器的次級線圈連接高頻高壓硅堆整流電路的輸入端，高頻高壓硅堆整流電路的第一輸出端接地，高頻高壓硅堆整流電路的第二輸出端連接充電限流電阻的一端，

充電限流電阻的另一端與脈沖電源的負載連接端之間串聯(lián)儲能電容，

充電限流電阻的另一端與真空四極管的陽極之間串聯(lián)空心電感和負載放電限流電阻，燈絲電源給真空四極管的陰極燈絲供電，真空四極管陰極的一端連接脈沖電源的負載接地端，柵極電路用來給真空四極管的一柵、二柵供電；

脈沖電源的負載連接端和脈沖電源的負載接地端之間并聯(lián)有充電二極管、下拉電阻和電容分壓器，其中

充電二極管的陽極連接脈沖電源的負載連接端，充電二極管的陰極連接脈沖電源的負載接地端；

控制回路包括可編程邏輯控制器、逆變控制電路、四極管柵極觸發(fā)控制電路、人機界面、過流保護電路、電壓檢測電路和電流傳感器，

電壓檢測電路用于檢測電容分壓器低壓端的電壓，電壓檢測電路的輸出端連接可編程邏輯控制器的電壓信號輸入端；