[发明专利]一种数字式恒功率高压等离子体电源

权利要求书

1.一种数字式恒功率高压等离子体电源，其特征在于，数字式恒功率高压等离子体电源包括电磁干扰滤波电路、软起动电路、单相整流电路、滤波储能电路、全桥电路、LLCC谐振电路、功率电压采样电路、功率电流采样电路、数字控制电路、MOSFET驱动电路以及RS485通信电路，输入电压经由电磁干扰滤波电路连接所述单相整流电路，通过滤波储能电路形成直流电压，连接至全桥电路斩波，继而连接至LLCC谐振电路进行震荡滤波，后续连接至高压变压器T2进行输出；其中软起动电路连接至单相整流电路，功率电压采样电路、功率电流采样电路连接至数字控制电路，提供闭环采样计算参数，数字控制电路通过MOSFET驱动电路连接至全桥电路，数字控制电路连接至所述RS485通信电路；

所述电磁干扰滤波电路包括保险管F2，压敏电阻VDR3，安规电容CX1、CX2、CY1、CY2、CY3、CY4，共模滤波电感FL1，保险管F2用于限制输入电流幅值，保护电路板不受大电流破坏；压敏电阻VDR3用于限制输入电压幅值，保护电路板不受大电压破坏；共模滤波电感FL1用于抑制线路中的共模干扰；安规电容CX1、CX2、CY1、CY2、CY3、CY4用于抑制线路中的差模干扰，所述保险管F2一端连接至输入市电火线L，另一端连接至压敏电阻VDR3一端，并连接至安规电容CX1一端，并连接至安规电容CY2一端，并连接至共模滤波电感FL1的2脚；压敏电阻VDR3另一端连接至输入市电零线N，并连接至安规电容CX1另一端，并连接至安规电容CY4一端，并连接至共模滤波电感FL1的4脚；安规电容CY2另一端与安规电容CY4另一端相连，并连接至输入市电的保护地FG，并连接至安规电容CY1一端，并连接至安规电容CY3一端；安规电容CY1另一端连接至共模滤波电感FL1的1脚，并与安规电容CX2一端相连，安规电容CY3另一端连接至共模滤波电感FL1的3脚，并与安规电容CX2另一端相连,所述软起动电路包括电磁继电器K3，热敏电阻VDR1、VDR2；热敏电阻VDR1、VDR2用于限制给储能电容的充电电流；热敏电阻VDR1一端与热敏电阻VDR2一端相连，并连接至共模滤波电感FL1的1脚，并连接至电磁继电器K3常开点的输入端；热敏电阻VDR1另一端与热敏电阻VDR2另一端相连，并连接至电磁继电器K3常开点的输出端；所述单相整流电路包括整流桥BR1；整流桥BR1用于将输入的正弦波电压转换为单向的脉动波电压，给后级储能滤波电路使用，所述整流桥BR1的AC输入一端连接至电磁继电器K3常开点的输出端；整流桥BR1的AC输入另一端连接至共模滤波电感FL1的3脚；整流桥BR1的直流负端连接至系统地GND；整流桥BR1的直流正端连接至系统直流母线DC_BUS；

所述滤波储能电路包括滤波电容C42、C43，储能电容C44、C45，限流电阻R90、R91、R92，指示灯D30；单相整流电路送来的脉动波电压会给储能电容C44、C45进行充电，在储能电容C44、C45两端得到直流电压；滤波电容C42、C43用于滤除高频分量；限流电阻R90、R91、R92连接至指示灯D30用于指示储能电容里的电量情况；所述滤波电容C42一端与整流桥BR1的直流正端连接，并连接至储能电容C44的正端，并连接至储能电容C45的正端，并连接至限流电阻R90一端，并连接至滤波电容C43一端；滤波电容C42另一端与整流桥BR1的直流负端连接，并连接至储能电容C44的负端，并连接至储能电容C45的负端，并连接至指示灯D30的阴极端，并连接至滤波电容C43另一端；限流电阻R90另一端与限流电阻R91一端相连，限流电阻R91另一端与限流电阻R92一端相连，限流电阻R92另一端与指示灯D30阳极相连；所述全桥电路包括MOS管Q5、Q6、Q7、Q8，吸收电容C40、C41、C51、C52；按照时序控制MOS管Q5、Q6、Q7、Q8的导通、关断，将储能滤波电路送来的直流电斩波为高频方波，吸收电容C40、C41、C51、C52用于吸收MOS管Q5、Q6、Q7、Q8在关断时候的尖峰电压，起保护MOS管的作用，所述MOS管Q5的漏极与储能电容C45的正端相连，并连接至吸收电容C40一端，吸收电容C40另一端与MOS管Q5的源极相连；MOS管Q6的漏极与储能电容C45的正端相连，并连接至吸收电容C41一端，吸收电容C41另一端与MOS管Q6的源极相连；MOS管Q7的漏极连接至MOS管Q5的源极，并与吸收电容C51一端相连，吸收电容C51另一端连接至MOS管Q7的源极，并与储能电容C45的负端相连；MOS管Q8的漏极连接至MOS管Q6的源极，并与吸收电容C52一端相连，吸收电容C52另一端连接至MOS管Q8的源极，并与储能电容C45的负端相连；

LLCC谐振电路包括谐振电感L2，谐振电容C47、C49、C50、C53，变压器漏感Lm，变压器分布电容Cm；LLCC谐振电路将全桥电路送来的高频方波按照一定增益，即增益1转换为高频正弦波，同时，谐振过程为MOS管Q5、Q6、Q7、Q8的软开关提供硬件条件，通过选择谐振参数来实现全桥电路的软开关，高压变压器T2将谐振电路产生的高频正弦波按照一定比例即比例10转换为高压高频电，用于给聚合喷射等离子负载供电，所述谐振电感L2一端连接至MOS管Q5的源极，谐振电感L2另一端连接至变压器初级一端；谐振电容C47一端连接至MOS管Q6的源极，并连接至谐振电容C49一端，并连接至谐振电容C50一端，并连接至谐振电容C53一端；谐振电容C47另一端连接至变压器初级另一端，并连接至谐振电容C49另一端，并连接至谐振电容C50另一端，并连接至谐振电容C53另一端；

所述功率电流采样电路包括整流二极管D1、D2、D4、D5，采样电阻R9，储能电容C69，滤波电容C5，滤波电阻R10、R11，滤波电容C10、C11、C2，集成运算放大器U2A，反馈电阻R5、R6，基准设定电阻R2、R3、R4，滤波电阻R7、R12，滤波电容C4、C9，集成比较器U1A，滤波电容C12，限流电阻R8、R17，报警指示灯D6；电流采样电路信号来源为LLCC谐振电路的电流，由整流二极管D1、D2、D4、D5整流形成单向脉动波电流，电流信号流经采样电阻R9，在R9两端形成脉动波电压，储能电容C69将单向脉动波电压转换为直流电压，滤波电容C5用于滤除高频分量，滤波电阻R10、R11和滤波电容C10、C11组成两级RC滤波，用于滤除低频分量，滤波电容C2用于给集成运算放大器U2A的供电电源进行滤波，集成运算放大器U2A和反馈电阻R5、R6构成电压放大电路，将采样的电流信号按照一定比例即比例1进行缩放，集成运算放大器U2A的输出电压与采样电流呈线性关系，该采样电流将送至数字控制芯片，用于闭环计算，滤波电阻R7、R12和滤波电容C4、C9构成RC滤波，用于滤除高频分量，集成比较器U1A用于对采样信号和基准设定信号进行比较，限流电阻R8、R17和报警指示灯D6组成告警指示灯电路，用于指示当前的告警状态；所述整流二极管D1的阴极连接至整流二极管D4的阳极；整流二极管D2的阴极连接至整流二极管D5的阳极；整流二极管D1的阳极连接至整流二极管D2的阳极，并连接至系统的信号地SGND，并连接至储能电容C69一端，并连接至采样电阻R9一端，并连接至滤波电容C5一端；整流二极管D4的阴极连接至整流二极管D5的阴极，并连接至储能电容C69另一端，并连接至采样电阻R9另一端，并连接至滤波电容C5另一端，并连接至滤波电阻R10一端；滤波电阻R10另一端连接至滤波电容C10一端，并连接至滤波电阻R11一端；滤波电容C10另一端连接至系统的信号地SGND；滤波电阻R11另一端连接至滤波电容C11一端，并连接至集成运算放大器U2A的同相输入端；滤波电容C11另一端连接至系统的信号地SGND；集成运算放大器U2A的反相输入端连接至反馈电阻R6一端，并连接至反馈电阻R5一端；反馈电阻R6另一端连接至系统的信号地SGND；反馈电阻R5另一端连接至集成运算放大器U2A的输出端，并连接至滤波电阻R12一端；集成运算放大器U2A的电源正端与滤波电容C2一端相连，并连接至系统电源+12V；滤波电容C2另一端连接至系统的信号地SGND；集成运算放大器U2A的电源负端连接至系统的信号地SGND；滤波电阻R12另一端连接至集成比较器U1A的反相端，并连接至滤波电容C9一端；滤波电容C9另一端连接至系统的信号地SGND；集成比较器U1A的同相端连接至滤波电阻R7一端，并连接至滤波电容C4一端；滤波电容C4另一端连接至系统的信号地SGND；滤波电阻R7另一端连接至基准设定电阻R2一端；并连接至基准设定电阻R3一端；基准设定电阻R2另一端连接至系统的信号地SGND，基准设定电阻R3另一端连接至基准设定电阻R4一端，基准设定电阻R4另一端连接至系统电源+12V；集成比较器U1A的电源正端连接至滤波电容C12一端，并连接至系统电源+12V；滤波电容C12另一端连接至系统的信号地SGND；集成比较器U1A的电源负端连接至系统的信号地SGND；集成比较器U1A的输出端连接至限流电阻R8一端，并连接至报警指示灯D6的阴极；限流电阻R8另一端连接至系统电源VCC；报警指示灯D6的阳极连接至限流电阻R17一端，限流电阻R17另一端连接至系统电源VCC。