一種等離子體引弧電源的控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種電子電路，特別涉及到一種高壓電源控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，等離子技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，工業(yè)上應(yīng)用于等離子點火、等離子噴涂、金屬冶煉、等離子加熱制造納米材料、切割、垃圾焚燒和廢物處理等。近幾年來，利用等離子體處理危險有害的廢棄物和生活垃圾的技術(shù)發(fā)展很快，等離子體的處理方式和一般的焚燒方式大不一樣，等離子體是在電離層或放電現(xiàn)象下所形成的一種狀態(tài)，伴隨著放電現(xiàn)象將會生成了激發(fā)原子、激發(fā)分子、離解原子、游離原子團、原子或分子離子群的活性化學(xué)物以及它們與其它的化學(xué)物碰撞而引起的反應(yīng)。在等離子體發(fā)生器中，放電作用使得工作氣分子失去外層電子而形成離子狀態(tài)，經(jīng)相互碰撞而產(chǎn)生高溫，等離子體火炬的中心溫度可高達攝氏5萬度以上，火炬邊緣溫度也可達到3千度以上，被處理的垃圾廢物受到高溫高壓的等離子體沖擊時，其分子、原子將會重新組合而生成新的物質(zhì)，從而使有害物質(zhì)變?yōu)闊o害物質(zhì)。利用等離子體噴槍把水蒸汽氣化劑加熱分解后再噴入生活垃圾氣化爐內(nèi)或煤氣化爐內(nèi)與焦炭進行化學(xué)反應(yīng)，所發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可以為氣化爐提供原料烘干和熱解所需的熱量，從而使氣化爐不需輸入空氣或氧氣，生產(chǎn)的合成氣中氫氣的分?jǐn)?shù)比例高，廢氣的含量低，可作為生產(chǎn)甲醇的原料氣利用。因此，用等離子體噴槍加熱分解水蒸汽做氣化劑來氣化煤或垃圾將成為今后的首選。
[0003]等離子熱解水制氫技術(shù)是最近幾年提出來的水制氫候選技術(shù)之一，因為水是一種相當(dāng)穩(wěn)定的物質(zhì)，在常壓條件下，溫度在2000K時水分子幾乎不分解，2500K時有25%的水發(fā)生分解，3400?3500K時氫氣和氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)達到最大，分別為18%和6%，當(dāng)溫度達到4200K時，水分子將全部分解為氫氣、氫、氧氣、氧和氫氧原子團，一般的加熱方式難以達到這么高的溫度，而使用等離子體噴槍則很容易做到。
[0004]一般等離子體噴槍的電弧作用在噴槍之外，而用于分解水蒸汽的等離子體噴槍與一般等離子體噴槍不同，為了實現(xiàn)把水分子分解為氫和氧，提高水分子的分解率，用于分解水蒸汽的等離子體噴槍其電弧作用在噴槍的內(nèi)部，并且是多級電弧串聯(lián)，高溫等離子體電弧的能量集中作用在噴槍內(nèi)的水分子上，使水分子很容易分解，分解效率高。這類等離子體噴槍需要高壓電源進行引弧，使噴槍內(nèi)產(chǎn)生等離子體電弧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于內(nèi)電弧等離子體噴槍的引弧電源的控制電路，電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、效率高和操作方便。
[0006]本發(fā)明的一種等離子體引弧電源的控制電路，主要由電阻、電容器、二極管和與非門電路組成，其特征是與非門電路包括振蕩門IC1、延遲門IC2、第一輸出門IC3和第二輸出門IC4，其中，振蕩門ICl的第一輸入端構(gòu)成振蕩電阻Rl和振蕩電容器Cl的接入端，振蕩門ICl的第二輸入端構(gòu)成控制輸入端，振蕩門ICl的輸出端連接到延遲門IC2的第一輸入端、第一隔離二極管VD2的陽極和死區(qū)控制電阻R3的第一腳，死區(qū)控制電阻R3的第二腳連接到延遲電容器C2的第一腳、延遲門IC2的第二輸入端、鉗位二極管VDl的陽極和第二隔離二極管VD3的陽極，延遲電容器C2的第二腳連接到地線；延遲門IC2的輸出端連接到第三隔離二極管VD4的陽極，第三隔離二極管VD4的陰極連接到第一輸出門IC3的二個輸入端，第一輸出門IC3的輸出端構(gòu)成振蕩周期的前半周信號輸出端；第一隔離二極管VD2的陰極和第二隔離二極管VD3的陰極連接到第二輸出門IC4的二個輸入端，第二輸出門IC4的輸出端構(gòu)成振蕩周期的后半周信號輸出端。
[0007]本發(fā)明中，在電路中或在電路的外圍有振蕩電阻R1、振蕩電容器Cl和電位器RP，振蕩門ICl的輸出端連接到振蕩電阻Rl的第二腳和電位器RP的左端，振蕩電阻Rl的第一腳連接到振蕩門ICl的第一輸入端和振蕩電容器Cl的第二腳，振蕩電容器Cl的第一腳連接到地線；當(dāng)在電路中或在電路的外圍有電位器RP時，電位器RP連接為可變電阻方式，振蕩門ICl的輸出端通過電位器RP連接到死區(qū)控制電阻R3的第一腳；在控制電路中有工作電源輸入端9和過流保護電路，過流保護電路由第一負(fù)載電阻R4、偏置電阻R5、第二負(fù)載電阻R6、取樣二極管VD7、第一反相三極管VT1、第二反相三極管VT2、第四隔離二極管VD5和第五隔離二極管VD6構(gòu)成；與非門電路的電源端、第一負(fù)載電阻R4的第一腳和第二負(fù)載電阻R6的第一腳連接到工作電源輸入端9，與非門電路的接地端連接到地線；取樣二極管VD7的陰極構(gòu)成電流取樣信號輸入端，取樣二極管VD7的陽極通過偏置電阻R5連接到第一反相三極管VTl的基極，第一反相三極管VTl的集電極連接到第一負(fù)載電阻R4的第二腳和第二反相三極管VT2的基極，第二反相三極管VT2的集電極連接到第二負(fù)載電阻R6的第二腳、第四隔離二極管VD5的陽極和第五隔離二極管VD6的陽極，第一反相三極管VTl的發(fā)射極和第二反相三極管VT2的發(fā)射極連接到地線，第四隔離二極管VD5的陰極連接到第一輸出門IC3的二個輸入端，第五隔離二極管VD6的陰極連接到第二輸出門IC4的二個輸入端；電路中有控制接口 8，鉗位二極管VDl的陰極和振蕩門ICl的第二輸入端連接到控制接口 8，在振蕩門ICl的第二輸入端與地線之間有第一傍路電阻R2 ;在第一輸出門IC3的二個輸入端與地線之間有第二傍路電阻R7 ;在第二輸出門IC4的二個輸入端與地線之間有第三傍路電阻R8。
[0008]本發(fā)明在等離子體噴槍的引弧電源中應(yīng)用，等離子體噴槍的引弧需數(shù)萬至數(shù)十萬伏的高壓電源，為高頻化的開關(guān)型電源，所述的高頻工作頻率為ΙΟ-ΙΟΟΚΗζ，高頻開關(guān)電源具有高效率和小型化的特點。等離子體噴槍的引弧電源主要由電源輸入電路、控制電路和功率升壓電路組成，其中，功率升壓電路由功率開關(guān)管和升壓變壓器構(gòu)成，功率開關(guān)管包括上功率開關(guān)管和下功率開關(guān)管，升壓變壓器包括初級低壓線圈和次級高壓線圈。工作時，控制電路使上功率開關(guān)管和下功率開關(guān)管交替導(dǎo)通，使得升壓變壓器的初級低壓線圈中流過交變電流，次級高壓線圈便感應(yīng)產(chǎn)生數(shù)萬至數(shù)十萬伏的高電壓。
[0009]上述的發(fā)明中，振蕩門ICl產(chǎn)生的振蕩頻率由振蕩電阻Rl和振蕩電容器Cl的值確定，即f=l/1.4RC，振蕩門ICl的輸出為高低電平交替的矩形脈沖波。為了獲取使上功率開關(guān)管和下功率開關(guān)管交替導(dǎo)通的開關(guān)信號，在本發(fā)明中，利用延遲門IC2和第一輸出門IC3構(gòu)成的二級串聯(lián)電路來獲取振蕩周期的前半周信號，用來驅(qū)動上功率開關(guān)管，利用第二輸出門IC4來獲取振蕩周期的后半周信號，用來驅(qū)動下功率開關(guān)管，第一輸出門IC3和第二輸出門IC4交替輸出開關(guān)信號，從而使上功率開關(guān)管和下功率開關(guān)管交替導(dǎo)通。
[0010]為了避免上功率開關(guān)管和下功率開關(guān)管共態(tài)導(dǎo)通而造成損壞，本發(fā)明具有死區(qū)控制時間，所述死區(qū)控制時間為輸出開關(guān)信號的占空時間，應(yīng)略大于功率開關(guān)管的存儲時間。由死區(qū)控制電阻R3和延遲電容器C2的值確定第一輸出門IC3輸出前半周開關(guān)信號的占空時間和第二輸出門IC4輸出后半周開關(guān)信號的占空時間，使延遲電容器C2的充電時間或放電時間小于振蕩頻率的1/2周期；當(dāng)振蕩門ICl輸出端的矩形脈沖波呈高電平時，高電平通過死區(qū)控制電阻R3對延遲電容器C2進行充電，在延遲電容器C2的充電電壓低于2/3工作電壓時，延遲門IC2的輸出端為高電平，把第一輸出門IC3的輸出端鎖死在低電平，使上功率開關(guān)管截止，直至延遲電容器C2的充電電壓達到2/3工作電壓時，延遲門IC2的輸出端反轉(zhuǎn)為低電平，使第一輸出門IC3輸出開關(guān)信號，上功率開關(guān)管導(dǎo)通，這時，上功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間已獲取延時，其延時時間即為振蕩周期的前半周死區(qū)時間；當(dāng)振蕩門ICl輸出端的矩形脈沖波呈高電平或延遲電容器C2的電壓高于2/3工作電壓時，振蕩門ICl輸出端的高電平通過第一隔離二極管VD2輸入到第二輸出門IC4的二個輸入端，或延遲電容器C2上的高電平通過第二隔離二極管VD3輸入到第二輸出門IC4的二個輸入端，把第二輸出門IC4的輸出端鎖死在低電平，使下功率開關(guān)管截止；當(dāng)振蕩門ICl輸出端的矩形脈沖波呈低電平時，延遲電容器C2通過死區(qū)控制電阻R3進行放電，在延遲電容器C2的殘余電壓高于1/3工作電壓時，第二輸出門IC4的輸出端仍鎖死在低電平，下功率開關(guān)管保持截止，直至延遲電容器C2放電至小于1/3工作電壓時，使第二輸出門IC4的輸出端反轉(zhuǎn)為高電平，下功率開關(guān)管導(dǎo)通，這時，下功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間已獲取延時，其延時時間即為振蕩周期的后半周死區(qū)時間。本發(fā)明中，延遲門IC2為與非門電路，只有當(dāng)振蕩門ICl的輸出端與延遲電容器C2的正極同時為高電平時，延遲門IC2的輸出端才能反轉(zhuǎn)為低電平，才能使第一輸出門IC3的輸出端輸出開關(guān)信號，而延遲電容器C2的正極只能在設(shè)定充電至2/3工作電壓的時間達到后才能呈高電平，因此，本發(fā)明對第一輸出門IC3輸出的開關(guān)信號所設(shè)置的死區(qū)控制電路是可靠的；只有當(dāng)振蕩門ICl的輸出端與延遲電容器C2的正極同時為低電平時，第二輸出門IC4的輸出端