一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路及驱动方法

技术领域

本发明涉及驱动电路技术领域，特别涉及一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路及驱动方法。

背景技术

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为10～10000。电源频率可从50Hz至1MHz。介质阻挡放电可以在常温下产生等离子体。目前，阻挡放电已被广泛应用于各个工业领域。传统的介质阻挡放电供电方式为交流高频高压电源，但是在大负载的条件下，该电源体积过大，且效率低，无法实现家用式设备安装及调试。

针对上述问题，本申请提供了一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路及驱动方法，通过各个电路模块之间转换及相互调节的方式获得高频高压脉冲，频率可达20KHZ，最大输出电压10KV，输出方式为正弦波，形成完整的电路保护系统，可实时监测电路，对电路中异常状况进行电路保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路及驱动方法，通过各个电路模块之间转换及相互调节的方式获得高频高压脉冲，并实时监测电路，对电路中异常状况进行电路保护。

本发明提供了一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路，包括：供电电源；

供电电源依次电连接EMC滤波电路、AC-DC转换电路、半桥高压逆变电路和介质阻挡放电模块，依次对电源信号进行滤波、整流、半桥高压逆变、谐振匹配和阶段升压，实现等离子体均匀化；

所述AC-DC转换电路的输出端还电连接PWM驱动电路和辅助电源模块，所述PWM驱动电路用于提供调节驱动半桥高压逆变电路的控制信号，所述辅助电源模块给所述PWM驱动电路和主控电路提供稳定的供电电源；

所述半桥高压逆变电路的输出端电连接过流过压保护电路和主控电路，所述过流过压保护电路用于采集所述半桥高压逆变电路输出的高压脉冲信号，并处理后传输给所述主控电路，所述辅助电源模块、PWM驱动电路均与主控电路电连接，所述AC-DC转换电路的输出端依次连接阶梯升压驱动控制模块和主控电路，所述主控电路通过控制所述阶梯升压驱动控制模块，控制所述AC-DC转换电路的输出电压，进而调节所述半桥高压逆变电路的输出电压呈阶梯性升高，并通过回路电流对所述介质阻挡放电模块进行预加热，逐步降低所述介质阻挡放电模块的容抗，使高压脉冲输出电压与介质阻挡放电模块进行匹配得到均匀的等离子体。

进一步地，所述主控电路与通讯模块电连接，所述通讯模块通过串口方式连接用于电源调试的上位机。

进一步地，所述过流过压保护电路内部包括比较器及外围电阻电路，所述过流过压保护电路通过控制将过流过压结果输入所述主控电路，所述主控电路通过对过流过压情况进行计数，控制关断所述AC-DC转换电路的继电器开关进行电路保护。

进一步地，所述半桥高压逆变电路输出端的设置温控开关，用于在超温时刻，控制所述半桥高压逆变电路停止输出高压保护电路。

进一步地，应用一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路的驱动方法，包括如下步骤：

供电电源输出电源信号至EMC滤波电路进行滤波，滤波后的信号输入到AC-DC转换电路中，将该信号整流得到相应的直流电信号；

半桥高压逆变电路接收该直流高压电信号，在PWM驱动电路的驱动下将直流电信号转换为高压脉冲信号，同时所述主控电路通过控制阶梯升压驱动控制模块使半桥高压逆变电路输出电压呈阶梯性升高，同时通过回路电流对介质阻挡放电块进行预加热，逐步降低介质阻挡放电模块的容抗，使高压脉冲输出电压与介质阻挡放电模块达到最佳匹配；

过流过压保护电路采集输出高压脉冲信号的电压信号和电流信号，将采集到的电压信号和电流信号经处理后传输至主控电路，主控电路对接收的处理后的电压信号进行判断，若判断次数大于程序中的预设值，则判断此刻为过流或过压异常，所述主控电路输出OFF信号关断AC-DC转换电路的高压输出。

进一步地，所述主控电路根据采样的电流信号，输出F_ADJ信号调节PWM驱动电路的频率，通过谐振匹配的方式调节半桥高压逆变电路的高压脉冲输出电压及频率，使高压脉冲输出电压与介质阻挡放电模块匹配得到均匀的等离子体。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(一)本发明提出了一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路及驱动方法，通过闭环控制设计，使半桥高压逆变电路的高压脉冲信号与介质阻挡放电模块放电达到最佳匹配得到均匀的等离子体，避免了由于负载不匹配而造成能量损耗。采用谐振匹配和阶段升压的方式驱动介质阻挡放电，放电面积可达95％以上。

(二)本发明提出了一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路及驱动方法，通过谐振匹配的方式获得高频高压脉冲，并实时监测电路，对电路中异常状况进行电路保护，以较小的体积驱动较大的容性负载，并通过谐振匹配和阶段升压的方式获得均匀的等离子体，实现了小型化、高效率、低成本、低功耗。不需要复杂的高压电阻、高压电容、高压电感在内的匹配网络电路，减少了电路计算的复杂性。

附图说明

图1为本发明提供的驱动电路结构框图；

图2为本发明提供的驱动电路工作流程图。

附图标记说明：1-EMC滤波电路，2-AC-DC转换电路，3-半桥高压逆变电路，4-介质阻挡放电模块，5-PWM驱动电路，6-辅助电源模块，7-过流过压保护电路，8-主控电路，9-通讯模块，10-阶梯升压驱动控制模块。

具体实施方式

下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

为了便于理解和说明，如附图1所示，本发明提供了一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路，包括：供电电源；

供电电源依次电连接EMC滤波电路1、AC-DC转换电路2、半桥高压逆变电路3和介质阻挡放电模块4，依次对电源信号进行滤波、整流、半桥高压逆变、谐振匹配和阶段升压，实现等离子体均匀化；

所述AC-DC转换电路2的输出端还电连接PWM驱动电路5和辅助电源模块6，所述PWM驱动电路5用于提供调节驱动半桥高压逆变电路3的控制信号，所述辅助电源模块6给所述PWM驱动电路5和主控电路8提供稳定的供电电源；

所述半桥高压逆变电路3的输出端电连接过流过压保护电路7和主控电路8，所述过流过压保护电路7用于采集所述半桥高压逆变电路3输出的高压脉冲信号，并处理后传输给所述主控电路8，所述辅助电源模块6、PWM驱动电路5均与主控电路8电连接，所述AC-DC转换电路2的输出端依次连接阶梯升压驱动控制模块10和主控电路8，所述主控电路8通过控制所述阶梯升压驱动控制模块10，控制所述AC-DC转换电路2的输出电压，进而调节所述半桥高压逆变电路3的输出电压呈阶梯性升高，并通过回路电流对所述介质阻挡放电模块4进行预加热，逐步降低所述介质阻挡放电模块4的容抗，使高压脉冲输出电压与介质阻挡放电模块4进行最优的匹配得到均匀的等离子体。

其中，所述主控电路8与通讯模块9电连接，所述通讯模块9通过串口方式连接用于电源调试的上位机，上位机通过约定的通讯协议对高压脉冲输出电压进行修改和调试，便于电源调试及电路中各个参数的设定。

所述过流过压保护电路7内部包括比较器及外围电阻电路，将采集到的电压信号和电流信号进行模数转换后传输至主控电路8，所述过流过压保护电路7将过流过压结果输入所述主控电路8，所述主控电路8通过对过流过压情况进行计数，控制关断所述AC-DC转换电路2的继电器开关进行电路保护。

所述半桥高压逆变电路3输出端的设置温控开关，用于在超温时刻，控制所述半桥高压逆变电路3停止输出高压保护电路。

本发明提供的一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路，通过闭环控制设计：半桥高压逆变电路3-主控电路8-PWM驱动电路5-半桥高压逆变电路3-介质阻挡放电模块4放电，使半桥高压逆变电路3的高压脉冲信号与介质阻挡放电模块4放电达到最佳匹配得到均匀的等离子体，避免了由于负载不匹配而造成能量损耗。该小型化高压脉冲等离子体驱动电路谐振匹配和阶段升压的方式驱动介质阻挡放电，放电面积可达95％以上。

实施例1

如图2所示，一种小型化高压脉冲等离子体驱动电路的驱动方法，包括如下步骤：

供电电源输出电源信号至EMC滤波电路1进行滤波，滤波后的信号输入到AC-DC转换电路2中，将该信号整流得到相应的直流电信号；

半桥高压逆变电路3接收该直流高压电信号，在PWM驱动电路5的驱动下将直流电信号转换为高压脉冲信号，同时所述主控电路8通过控制阶梯升压驱动控制模块10使半桥高压逆变电路3输出电压呈阶梯性升高，同时通过回路电流对介质阻挡放电块4进行预加热，逐步降低介质阻挡放电模块4的容抗，使高压脉冲输出电压与介质阻挡放电模块4达到最佳匹配；

过流过压保护电路7采集输出高压脉冲信号的电压信号和电流信号，将采集到的电压信号和电流信号经处理后传输至主控电路8，主控电路8对接收的处理后的电压信号进行判断，若判断次数大于程序中的预设值，则判断此刻为过流或过压异常，所述主控电路8输出OFF信号关断AC-DC转换电路2的高压输出。

其中，主控电路8根据采样的电流信号，输出F_ADJ信号调节PWM驱动电路5的频率，通过谐振匹配的方式调节半桥高压逆变电路3的高压脉冲输出电压，使高压脉冲输出电压与介质阻挡放电模块4进行匹配得到均匀的等离子体。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。