[發(fā)明專利]一種負(fù)載自適應(yīng)的高壓寬頻交流電源電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010028290.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN111193425B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉東平;趙志國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/48
• 分類號(hào): H02M7/48;H02M1/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜威威;李洪福

本發(fā)明公開了一種負(fù)載自適應(yīng)的高壓寬頻交流電源電路，屬于涉及應(yīng)用于分析儀器、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、科研等領(lǐng)域，該電路包括整流濾波調(diào)壓電路、變頻逆變電路、初級(jí)匹配電路、匹配變壓器組、次級(jí)匹配電路、輸出電壓電流采樣電路和自適應(yīng)匹配控制電路；整流濾波調(diào)壓電路與變頻逆變電路的輸入端相連接，變頻逆變電路的輸出端與初級(jí)匹配電路的輸入端相連接，初級(jí)匹配電路輸出端與匹配變壓器組的輸入端相連接，匹配變壓器組的輸出端與次級(jí)匹配電路的輸入端相連接，次級(jí)匹配電路的輸出端與輸出電壓電流采樣電路的輸入端相連接，該電路不僅因其寬頻的自適應(yīng)匹配特性可廣泛推廣實(shí)驗(yàn)室使用，也因其單變頻電路與變壓器組輸出結(jié)構(gòu)的低成本和高可靠性可廣泛應(yīng)用于工業(yè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及應(yīng)用于分析儀器、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、科研等領(lǐng)域中的一種負(fù)載自適應(yīng)的高壓寬頻交流電源電路。

背景技術(shù)

目前等離子體發(fā)生器的使用的交流電源有低頻高壓交流電源，高頻交流電源和射頻高壓電源。

低頻高壓電源可靠性高，但是體積大，效率低，應(yīng)用范圍窄。射頻高壓電源成本高，電壓低，甚至反應(yīng)器需要低氣壓密封環(huán)境。而高頻高壓電源通常采用高壓諧振交流電源或者高壓放大器。

傳統(tǒng)的高壓諧振交流電源雖可以調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)電壓，但其在中心頻率附近電壓增益最大，頻率偏離中心頻率后電壓快速衰減，所以高壓輸出時(shí)負(fù)載匹配范圍窄，很多情況下只能調(diào)節(jié)頻率到適用于電源的頻率，而電路往往不能實(shí)現(xiàn)在電路頻率范圍內(nèi)任意的調(diào)節(jié)頻率，這樣電壓和頻率可能無法滿足等離子發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)要求；同時(shí)偏離中心頻率輸出波形易產(chǎn)生畸變，在寬負(fù)載范圍的條件下電路無法寬電壓和寬頻率輸出，畸變波形也可能造成在相同輸出峰值電壓和頻率條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大差別；再者因?yàn)樯鲜霾ㄐ位儭⑵x中心頻率增益過小、以及中心頻率增益過大等原因，傳統(tǒng)的高壓交流諧振電源不適合采用閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，否則容易造成控制系統(tǒng)震蕩。因此傳統(tǒng)高壓諧振交流電源也具有輸出精度低，輸入調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率低，負(fù)載匹配范圍窄等問題。

高壓放大器電源在其工作范圍內(nèi)改變負(fù)載輸出電壓衰減小，因此輸入調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率相對(duì)很高，但是電源成本高，輸出電壓低，效率低，高壓輸出時(shí)變壓器體積大，電源可靠性低，無法廣泛推廣于工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明公開了一種負(fù)載自適應(yīng)的高壓寬頻交流電源電路，包括整流濾波調(diào)壓電路、變頻逆變電路、初級(jí)匹配電路、匹配變壓器組、次級(jí)匹配電路、輸出電壓電流采樣電路和自適應(yīng)匹配控制電路；

所述整流濾波調(diào)壓電路與所述變頻逆變電路的輸入端相連接，所述變頻逆變電路的輸出端與所述初級(jí)匹配電路的輸入端相連接，所述初級(jí)匹配電路輸出端與所述匹配變壓器組的輸入端相連接，所述匹配變壓器組的輸出端與所述次級(jí)匹配電路的輸入端相連接，所述次級(jí)匹配電路的輸出端與所述輸出電壓電流采樣電路的輸入端相連接；

所述自適應(yīng)匹配控制電路分別與所述整流濾波調(diào)壓電路、所述變頻逆變電路、所述初級(jí)匹配電路、所述匹配變壓器組、次級(jí)匹配電路和所述輸出電壓電流采樣電路相連接。

進(jìn)一步地，所述變頻逆變電路包括第一電容、第二電容、第三電容、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)和第一電感；

所述第一電容一端分別與所述第二電容的一端、所述第一開關(guān)的一端和所述第三開關(guān)的一端相連接；

所述第一電容的另一端分別與所述第三電容的一端、所述第二開關(guān)的一端和所述第四開關(guān)的一端相連接；

所述第二電容的另一端和所述第三電容的另一端均與所述第一電感的一端相連接；

所述第一開關(guān)的另一端和所述第二開關(guān)的另一端相連接；

所述第一電感的另一端與所述匹配變壓器組相連接；

所述第三開關(guān)的另一端和所述第四開關(guān)的另一端均與所述初級(jí)匹配電路相連接。