[发明专利]一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法

说明书

本发明公开了一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法，包括三相整流电路、双管升降压电路和全桥逆变电路组成，其中三相整流电路由三相二极管整流桥构成，双管升降压电路由第一开关管、第二开关管、第一电感、第一二极管、第二二极管和第二电容构成，全桥逆变电路由第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第二电感、第三电容和升压变压器构成，通过控制器对双管升降压电路输出的直流电压和电流信号进行采样和调节，实现电源输出电压或功率的闭环控制；通过控制器对全桥逆变电路输出交流电压的相位信号进行采样和调节，实现电源输出频率闭环控制。本发明在提高输出频率的同时保证了开关管工作频率在适宜频率范围内。

技术领域

本发明涉及等离子体电源技术领域，具体涉及一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法。

背景技术

应用于织物、高分子薄膜等材料进行表面处理的等离子体发生电源一般采用交流谐振电源驱动，其负载为电容性负载，与变压器和电感共同构成谐振回路。功率调节方法主要有频率调节控制、脉冲密度调节控制、多级电路调节等。

对于等离子体材料表面处理应用而言，在相同功率下，增加频率可以使表面电荷耗散程度减轻、等离子体寿命延长，从而使处理效果得到改善；同时，增加频率也使放电气隙电场强度减小、电子能量降低，从而使处理效果劣化，因此针对相同材料在同一放电架上进行处理时，一般存在最优工作频率点。以商用聚乙烯薄膜为例，进行表面处理的等离子体电源其输出电压一般高于10千伏，功率等级在数十千瓦级，最优频率点在30千赫兹到40千赫兹之间。电路功率开关器件主要使用IGBT，目前高功率的IGBT适宜工作频率一般在20千赫兹以下，过高的开关频率会导致额定电流下降，开关损耗增加，发热量上升。

单极性倍频调制用于串联谐振全桥电路，与传统全桥互补导通调制相比，在相同开关频率下可实现两倍于开关频率的谐振频率输出。当改变工作频率时，开关管工作频率变动范围为传统方式的一半，因此开关管可以工作在合适的频率下，增加系统的稳定性。但应用于升压输出时，全桥输出方波幅值为传统调制方法的一半，在变压器绕组高压侧设计不变的情况下，变压器绕组变比需增加一倍，低压侧绕组匝数减小一半，导致低压侧峰值电流增大为两倍，开关管电流应力大大增加。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种宽电压宽频率输出的等离子体电源及其控制方法。本发明在提高输出频率的同时保证了开关管工作频率在适宜频率范围内，降低器件损耗，提升稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种宽电压宽频率输出的等离子体电源，包括三相整流电路、双管升降压电路和全桥逆变电路；

所述三相整流电路由三相二极管整流桥构成，三相整流电路的输出端之间连接有第一电容C_in；

所述的双管升降压电路包括第一开关管S_A、第二开关管S_B、第一电感L_dc、第一二极管D_A、第二二极管D_B和第二电容C_bus；所述第一开关管S_A、第一电感L_dc、第二二极管D_B和第二电容C_bus串联后连接在三相整流电路的两个输出端之间，其中第二二极管D_B的阳极与第一电感L_dc相连，第二二极管D_B的阴极与第二电容C_bus相连；所述第一二极管D_A的阴极连接在第一开关管S_A和第一电感L_dc之间，第一二极管D_A的阳极连接在第二电容C_bus与三相整流电路的输出端之间；所述第二开关管S_B的一端连接在第一电感L_dc和第二二极管D_B的阳极之间，第二开关管S_B的另一端连接在第二电容C_bus与三相整流电路的输出端之间；