一种具备自适应能力的废气处理用DBD高压电源电路的制作方法

一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路
技术领域
1.本发明涉及高压电源相关技术领域，尤其是指一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路。


背景技术：

2.基于介质阻挡放电的低温等离子体技术，已经成功的应用于恶臭废气和有机废气的处理。在工程应用中，dbd（dielectric barrier discharges，简称dbd）放电模块通常会放置于废气流通的管道或者箱体内，和待处理废气充分接触。dbd放电模块在高压电源输出的交流高压的激励下进行放电，产生大量的低温等离子体。低温等离子体内部富含大量的高能电子和自由基，能够有效的分解和氧化污染物气体分子，达到废气净化的目的。
3.为了保障废气净化的有效性，dbd放电模块需要在设计的功率范围内工作，以产生足够量的低温等离子体，去降解污染物气体分子。为了保证dbd设备的可靠性，dbd放电模块最大运行功率，不能超过设计的范围，否则会严重降低设备的使用寿命，或者触发dbd设备的保护，引起设备停机。正常情况下，这些情况是不允许出现的。
4.通常情况下，dbd放电模块配套的高压电源，只是负责提供足够高的激励电压，并提供一定范围的保护，比如过压、过流、过温和过功率保护。dbd放电模块消耗的功率，一方面取决于高压电源提供的激励电压，另外，一方面也取决于自身的放电电压和电容值。一般的讲，激励电压越高，放电电压越低，自身电容值越大，dbd放电模块的运行功率越大。激励电压越小，放电电压越高，自身电容值越小，dbd放电模块的运行功率越小。
5.在实际应用中，待处理废气的一些参数，比如风速、温度、湿度，颗粒物浓度，会经常处于变化中。这些参数的变化，会使得dbd放电模块的放电电压和电容值也出现变化，进而会影响dbd放电模块的运行功率，偏离设定值。比如，过快的废气风速，通常会使得dbd放电模块的放电电压变高，电容值变小；如果激励电压不变，则实际运行功率会变小。湿度大的废气，通常会使得dbd放电模块的放电电压变低，电容值变大；如果激励电压不变，则实际运行功率会变大。
6.在实际应用中，如果废气的参数发生较大的变化或者波动，会造成dbd放电模块运行功率也出现较大的波动。如果dbd放电模块运行功率偏小，可能会影响废气处理的效果。如果dbd放电模块运行功率偏大，可能会影响dbd设备的寿命，甚至严重的时候回触发dbd设备的保护，导致设备停机。出现这个问题的原因是，dbd放电模块配套的高压电源，不具备相应的功率调节能力。
7.而通常情况下，配套的高压电源只能提供固定幅值的激励电压和频率，无法作出相应的调整。这就会出现激励电压过高或者过低的问题，进而出现放电功率过大或者过小的情况，影响放电模块的正常运行，以及废气处理的效果。


技术实现要素：

8.本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种能够自动调整激励电
压和频率的具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路。
9.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，包括整流桥、滤波电路、全桥逆变电路、串联谐振电路、电流检测电路、频率检测电路、功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路，所述整流桥的输入端连接交流电，所述整流桥的输出端连接滤波电路后与全桥逆变电路的输入端连接，所述全桥逆变电路的输出端与串联谐振电路的输入端连接，所述串联谐振电路的输出端连接有dbd负载，所述的全桥逆变电路连接有驱动电路，所述的驱动电路分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路，所述的串联谐振电路与电流检测电路连接，所述的电流检测电路与频率检测电路连接，所述的频率检测电路分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路。
10.该高压电源电路采取了全桥逆变，其中全桥逆变也可以由半桥逆变构成，以及串联谐振的电路拓扑结构。在该高压电源电路结构下，半导体开关能够工作在软开关的状态下，减小开关损耗，提升电源的转换效率。在该高压电源电路结构下，dbd放电模块电参数的变化，比如电容值，可以在该高压电源的主回路上体现出来，比如频率、电流、功率等；同时，设置有频率、电流检测电路，能够适时的探测到这个变化，并且可以根据恒流或者恒功率的控制方案，实时的对输出电压的幅值和频率进行调节，进而可以实现对输出功率的控制和调节。
11.作为优选，所述的整流桥是4个二极管构成的单相整流桥、6个二极管构成的三相电整流桥、采用了半控或者全控的半导体开关整流桥中的其中一种，所述的整流桥采用全桥整流，其输入端是单相电或三相电中的一种。
12.作为优选，所述的滤波电路由滤波用电解电容构成，所述的整流桥的输出端并联滤波用电解电容后与全桥逆变电路的输入端连接，交流电经过整流桥和滤波用电解电容的滤波平滑之后转变成直流电。
13.作为优选，所述的全桥逆变电路采用四个半导体开关器件组成，半导体开关器件是mosfet或者igbt中的一种；所述的全桥逆变电路把直流电转换成高频交流电后，高频交流电的频率范围为1khz-50khz。
14.作为优选，所述全桥逆变电路连接的驱动电路中对全桥逆变电路的控制方式采用pwm调节方式或者采取移相调节方式中的一种，使得输出电压能够进行调节。
15.作为优选，所述的串联谐振电路由谐振电容、谐振电感和升压变压器构成，所述全桥逆变电路的输出端依次串联谐振电容、谐振电感和升压变压器，其中谐振电容采用具有高频低损耗性能的薄膜电容，谐振电感是升压变压器的漏感或者独立的电感器中的一种或两种的组合。
16.作为优选，所述升压变压器的输入端串联在串联谐振电路中，所述升压变压器的高压输出端连接dbd负载进行电压的转换和提升，使得升压变压器的输出电压能提升到足够高的电压，能够有效激励dbd负载，进行高压放电，进而产生低温等离子体。
17.作为优选，所述的电流检测电路内含电流互感器，所述电流互感器的输入端串联在串联谐振电路中，所述电流互感器的输出端连接频率检测电路的输入端，所述频率检测电路的输出端分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路、保护电路。
18.作为优选，所述功率控制电路和恒流控制电路合并成一个电路，其中功率控制电
路对串联谐振电路的电流大小进行监控，使得串联谐振电路的电流不会超过设定的最大值；恒流控制电路对串联谐振电路的电流大小进行监控，通过调节全桥逆变电路中半导体开关的pwm的占空比，或者移相角度的方式，使得串联谐振电路的电流维持在设定值范围内。
19.作为优选，由于串联谐振电路的谐振频率是会随着应用工况的变化而改变的，故而设置频率跟踪电路确保驱动电路能够实时的跟踪这个频率的变化；所述保护电路用于该dbd高压电源的过流保护、短路保护、过温保护；所述功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路的输出信号输送给驱动电路，经过驱动电路的放大来驱动全桥逆变电路中的半导体开关。
20.本发明的有益效果是：半导体开关能够工作在软开关的状态下，减小开关损耗，提升电源的转换效率；实时的对输出电压的幅值和频率进行调节，进而可以实现对输出功率的控制和调节。
附图说明
21.图1是本发明的电路原理框图；图2是本发明的电路原理图。
实施方式
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
23.如图1、图2所述的实施例中，一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，包括整流桥、滤波电路、全桥逆变电路、串联谐振电路、电流检测电路、频率检测电路、功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路，整流桥的输入端连接交流电，整流桥的输出端连接滤波电路后与全桥逆变电路的输入端连接，全桥逆变电路的输出端与串联谐振电路的输入端连接，串联谐振电路的输出端连接有dbd负载，全桥逆变电路连接有驱动电路，驱动电路分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路，串联谐振电路与电流检测电路连接，电流检测电路与频率检测电路连接，频率检测电路分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路。
24.整流桥可以是4个二极管构成的单相整流桥，也可以是6个二极管构成的三相电整流桥，也可以是采用了半控或者全控的半导体开关整流桥。整流桥采用全桥整流，其输入端可以是单相电，也可以是三相电。
25.滤波电路由滤波用电解电容构成，整流桥的输出端并联滤波用电解电容后与全桥逆变电路的输入端连接，交流电经过整流桥和滤波用电解电容的滤波平滑之后转变成直流电，起到平滑电压的作用。
26.全桥逆变可以由两个半桥逆变构成，全桥逆变电路采用的是四个半导体开关器件，半导体开关器件可以是mosfet或者igbt中的一种；全桥逆变电路的功能是：把直流电转换成高频交流电后，高频交流电的频率范围为1khz-50khz。
27.全桥逆变电路连接的驱动电路中对全桥逆变电路的控制方式可以是采用pwm调节方式，也可以是采取移相调节方式，使得输出电压能够进行调节。
28.串联谐振电路由谐振电容、谐振电感和升压变压器构成，全桥逆变电路的输出端
依次串联谐振电容、谐振电感和升压变压器，其中谐振电容采用具有高频低损耗性能的薄膜电容，谐振电感可以是升压变压器的漏感，也可以是独立的电感器，或者是两个的组合。
29.升压变压器的输入端串联在串联谐振电路中，升压变压器的高压输出端连接有dbd负载（放电盘），它的功能是进行电压的转换和提升，使得升压变压器的输出电压能提升到足够高的电压，能够有效激励dbd负载，进行高压放电，进而产生低温等离子体。
30.电流检测电路内含电流互感器，电流互感器的输入端串联在串联谐振电路中，电流互感器的输出端连接频率检测电路的输入端，频率检测电路的输出端分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路、保护电路。
31.功率控制电路和恒流控制电路合并成一个电路，其中功率控制电路对串联谐振电路的电流大小进行监控，使得串联谐振电路的电流不会超过设定的最大值。恒流控制电路对串联谐振电路的电流大小进行监控，通过调节全桥逆变电路中半导体开关的pwm的占空比，或者移相角度的方式，使得串联谐振电路的电流维持在设定值范围内。
32.由于串联谐振电路的谐振频率是会随着应用工况的变化而改变的，故而设置频率跟踪电路确保驱动电路能够实时的跟踪这个频率的变化；保护电路用于该dbd高压电源的过流保护、短路保护、过温保护。
33.以上功率控制电路的输出信号、恒流控制电路的输出信号、频率跟踪电路的输出信号和保护电路的输出信号均输送给驱动电路，经过驱动电路的放大，可以有效的驱动全桥逆变电路中的半导体开关。
34.在实际应用中，需要一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，能够根据待处理废气参数的变化，自动调整供给dbd放电模块的激励电压和频率，使得dbd放电模块的运行功率，一直维持在一个恒定的范围内，不会出现功率偏小或者偏大的情况。当待处理废气的参数出现变化的时候，dbd放电模块的电参数也会出现变化；相应的，配套的高压电源电路会适时的调整自己输出的电压幅值和频率，使得dbd放电模块的运行功率维持在一个恒定的范围内，不会出现功率过大或者过小的问题。
35.该高压电源电路采取了全桥逆变，其中全桥逆变也可以由两个半桥逆变构成，半导体开关可以是igbt或者mosfet，以及串联谐振的电路拓扑结构。在该高压电源电路结构下，半导体开关能够工作在软开关的状态下，减小开关损耗，提升电源的转换效率。在该高压电源电路结构下，设置有电流检测、频率检测、频率跟踪、功率检测的软硬件电路，设置有恒流和恒功率控制功能，升压变压器可以是干式的（适应于小功率），也可以是油浸变压器（大功率），dbd放电模块电参数的变化，比如电容值，可以在该高压电源的主回路上体现出来，比如频率、电流、功率等；同时，设置有频率、电流检测电路，能够适时的探测到这个变化，并且可以根据恒流或者恒功率的控制方案，实时的对输出电压的幅值和频率进行调节，进而可以实现对输出功率的控制和调节。

技术特征：
1.一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，包括整流桥、滤波电路、全桥逆变电路、串联谐振电路、电流检测电路、频率检测电路、功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路，所述整流桥的输入端连接交流电，所述整流桥的输出端连接滤波电路后与全桥逆变电路的输入端连接，所述全桥逆变电路的输出端与串联谐振电路的输入端连接，所述串联谐振电路的输出端连接有dbd负载，所述的全桥逆变电路连接有驱动电路，所述的驱动电路分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路，所述的串联谐振电路与电流检测电路连接，所述的电流检测电路与频率检测电路连接，所述的频率检测电路分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路。2.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，所述的整流桥是4个二极管构成的单相整流桥、6个二极管构成的三相电整流桥、采用了半控或者全控的半导体开关整流桥中的其中一种，所述的整流桥采用全桥整流，其输入端是单相电或三相电中的一种。3.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，所述的滤波电路由滤波用电解电容构成，所述的整流桥的输出端并联滤波用电解电容后与全桥逆变电路的输入端连接，交流电经过整流桥和滤波用电解电容的滤波平滑之后转变成直流电。4.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，所述的全桥逆变电路采用四个半导体开关器件组成，半导体开关器件是mosfet或者igbt中的一种；所述的全桥逆变电路把直流电转换成高频交流电后，高频交流电的频率范围为1khz-50khz。5.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，所述全桥逆变电路连接的驱动电路中对全桥逆变电路的控制方式采用pwm调节方式或者采取移相调节方式中的一种，使得输出电压能够进行调节。6.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，所述的串联谐振电路由谐振电容、谐振电感和升压变压器构成，所述全桥逆变电路的输出端依次串联谐振电容、谐振电感和升压变压器，其中谐振电容采用具有高频低损耗性能的薄膜电容，谐振电感是升压变压器的漏感或者独立的电感器中的一种或两种的组合。7.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，所述升压变压器的输入端串联在串联谐振电路中，所述升压变压器的高压输出端连接dbd负载进行电压的转换和提升，使得升压变压器的输出电压能提升到足够高的电压，能够有效激励dbd负载，进行高压放电，进而产生低温等离子体。8.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，所述的电流检测电路内含电流互感器，所述电流互感器的输入端串联在串联谐振电路中，所述电流互感器的输出端连接频率检测电路的输入端，所述频率检测电路的输出端分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路、保护电路。9.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，所述功率控制电路和恒流控制电路合并成一个电路，其中功率控制电路对串联谐振电路的电流大小进行监控，使得串联谐振电路的电流不会超过设定的最大值；恒流控制电路对串联谐振电路的电流大小进行监控，通过调节全桥逆变电路中半导体开关的pwm的占空
比，或者移相角度的方式，使得串联谐振电路的电流维持在设定值范围内。10.根据权利要求1所述的一种具备自适应能力的废气处理用dbd高压电源电路，其特征是，由于串联谐振电路的谐振频率是会随着应用工况的变化而改变的，故而设置频率跟踪电路确保驱动电路能够实时的跟踪这个频率的变化；所述保护电路用于该dbd高压电源的过流保护、短路保护、过温保护；所述功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路的输出信号输送给驱动电路，经过驱动电路的放大来驱动全桥逆变电路中的半导体开关。

技术总结
本发明公开了一种具备自适应能力的废气处理用DBD高压电源电路。它包括整流桥、滤波电路、全桥逆变电路、串联谐振电路、电流检测电路、频率检测电路、功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路，整流桥、滤波电路、全桥逆变电路、串联谐振电路依次连接，串联谐振电路的输出端连接有DBD负载，全桥逆变电路连接有驱动电路，驱动电路分别连接功率控制电路、恒流控制电路、频率跟踪电路和保护电路后与频率检测电路连接，串联谐振电路、电流检测电路、频率检测电路依次连接。本发明的有益效果是：能够工作在软开关的状态下，减小开关损耗，提升电源的转换效率；实时对输出电压的幅值和频率进行调节，实现对输出功率的控制和调节。调节。调节。


技术研发人员：杨小卫
受保护的技术使用者：湖州普罗科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/8/14