本实用新型涉及等离子发生器技术领域，尤其涉及一种等离子发生器的驱动电路，其包括：与电网输入端连接的隔离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、脉冲整形电路、相位检测电路、第一滤波放大电路、指示电路、信号放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控制器及后级电路。本实用新型提供的一种等离子发生器的驱动电路，通过采用高频信号驱动，将等离子发生器中的电容C等效为电路中的谐振电容，参与谐振，补偿容性负载带来的无功损耗，利于降低驱动总功率，使得等离子发生器的产出量大，设备的常规使用的寿命长，并能根据等离子发

  (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 213368205 U (45)授权公告日 2021.06.04 (21)申请号 0.9 (22)申请日 2020.09.27 (73)专利权人 李勇刚 地址 620500 四川省眉山市仁寿县虞丞乡 柏柳村8社 (72)发明人 李勇刚李玉兰 (74)专利代理机构 广州粤弘专利代理事务所 (普通合伙) 44492 代理人 王雪镅 (51)Int.Cl. H05H 1/24 (2006.01) 权利要求书2页 说明书10页 附图5页 (54)实用新型名称 一种等离子发生器的驱动电路 (57)摘要 本实用新型涉及等离子发生器技术领域，尤 其涉及一种等离子发生器的驱动电路，其包括： 与电网输入端连接的隔离电源、电压调节器、压 控脉冲发生器及放大器、脉冲整形电路、相位检 测电路、第一滤波放大电路、指示电路、信号放大 整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控制 器及后级电路。本实用新型提供的一种等离子发 生器的驱动电路，通过采用高频信号驱动，将等 离子发生器中的电容C等效为电路中的谐振电 容，参与谐振，补偿容性负载带来的无功损耗，利 于降低驱动总功率，使得等离子发生器的产出量 大，设备的常规使用的寿命长，并能根据等离子发生器 U 的实际状态做调整，并能满足大功率设备的要 5 求。因此，该等离子发生器的驱动电路具有效率 0 2 8 高，成本低，危险性低，且寿命长的优点。 6 3 3 1 2 N C CN 213368205 U 权利要求书 1/2页 1.一种等离子发生器的驱动电路，其特征是，包括：与电网输入端连接的隔离电源、 电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、脉冲整型电路、相位检测电路、第一滤波放大器、指 示电路、信号放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控制器及后级电路； 所述后级电路包括电容C1、电感L1、高频升压变压器、等离子发生器等效电路、电阻R1、 电容C2和电阻R2； 所述隔离电源，其输入端连接电网，输出端连接所述电压调节器，用于将电网电压转换 为隔离的工作主电压及小信号处理电路的工作电压； 所述电压调节器，其输入端分别连接所述隔离电源、所述指示电路和所述第二滤波放 大电路，其输出端连接所述压控脉冲发生器及放大器； 所述压控脉冲发生器及放大器，其输入端分别连接所述电压调节器和第一滤波放大电 路，其输出端与后级电路的电容C1连接，并且其输出电压用以控制压控脉冲发生器的工作 频率； 所述信号控制器，其输入端连接外部控制信号，其输出端与所述比较器连接； 所述电阻R2，其串接于高频升压变压器次级与等离子发生器等效电路的回路中；所述 电阻R2上的电压经过所述信号放大整流电路与所述比较器连接；所述比较器与第二滤波放 大电路连接，所述第二滤波放大电路与电压调节器连接； 所述高频升压变压器的初级输出端与脉冲整形电路连接，所述脉冲整形电路与相位检 测电路连接，所述相位检测电路与第一滤波放大器连接，所述第一滤波放大器与压控脉冲 发生器及放大器连接，并且所述第一滤波放大器与指示电路连接，所述指示电路与电压调 节器连接； 所述高频升压变压器的次级输出端通过机械结构件与等离子发生器等效电路的高压 输入端连接，其次级的另一输出端经过电阻R2与电路系统的地线连接；电路系统的地线还 与等离子发生器的外壳金属部分连接，外壳金属部分与等离子发生器的金属负极连接，形 成等离子发生器的电流回路； 所述隔离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器和后级电路组成所述等离子发 生器的驱动电路的整体的结构。 2.依据权利要求1所述的一种等离子发生器的驱动电路，其特征是，所述整体的结构的 工作参数包括工作频率和工作强度；所述整体的结构分别为所述第一滤波放大器、所述第二 滤波放大电路和所述指示电路提供受控接口；所述整体的结构分别为所述脉冲整形电路、所 述信号放大整流电路提供相连接的工作参数输出端口。 3.依据权利要求1所述的一种等离子发生器的驱动电路，其特征是，所述整体的结构、 脉冲整形电路、相位检测电路、第一滤波放大电路组成频率控制环路；所述频率控制环路自 动检测所述主体结构中的等离子发生器参数变化、电路参数变化、环境变化带来的工作状 态变化；通过所述频率控制环路的处理后控制所述主体结构的工作频率，以适应上述所述 各种变化；所述频率控制环路是一个大环路负反馈系统。 4.根据权利要求1所述的一种等离子发生器的驱动电路，其特征在于，所述主体结构、 信号放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控制器组成强度控制环路；所述强度 控制环路自动检验测试所述整体的结构中的等离子发生器参数变化、电路参数变化，环境变化带 来的工作强度变化；通过所述强度控制环路的处理后控制所述整体的结构的工作强度，以适 2 2 CN 213368205 U 权利要求书 2/2页 应上述所述各种变化；所述强度控制环路是一个大环路负反馈系统。 5.依据权利要求3所述的一种等离子发生器的驱动电路，其特征是，所述隔离电源、 电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、后级电路、脉冲整形电路、相位检测电路、第一滤波 放大电路和指示电路组成等离子发生器检测系统；所述检测系统判别等离子发生器的接入 状态及损坏情况；等离子发生器接入故障或损坏时造成所述频率控制环路失去有效控制， 并输出错误信号反馈到所述指示电路；所述指示电路将信号输出到人机交互界面提示故 障，并强制将所述电压调节器的控制参数固定在较低水平，所述等离子发生器检测系统是 一个大环路临界负反馈系统。 3 3 CN 213368205 U 说明书 1/10页 一种等离子发生器的驱动电路 技术领域 [0001] 本实用新型涉及等离子发生器技术领域，具体涉及一种等离子发生器的驱动电 路。 背景技术 [0002] 等离子的产生机理包括紫外线照射，高压击穿空气等方式，也包括自然界日光照 射，雷电击穿空气，符合等离子产生条件的工业副产物等； [0003] 模拟雷电击穿空气的方式获取等离子涉及电子学领域技术，需要对等离子发生器 的电学模型，工作状态等进行时域分析。 [0004] 市场上现有的等离子发生器的驱动电路，都是采用主动式驱动，不能根据等离子 发生器的实际状态进行调整；事实证明，因为生产成本，制作工艺误差，环境的改变，工作时 况的不同，在没有施行有效控制的驱动电路驱动等离子发生器，等离子发生器的产出量不 确定，设备的使用寿命短。 [0005] 现有的等离子发生器的驱动电路一般工作于低频范围内，致使等离子发生器的产 出量低，不能充分发挥其功效。导致现有的等离子发生器驱动电路，在适配大功率设备使用 时因为效率低而造成内耗大，无法满足大功率要求。 实用新型内容 [0006] 本实用新型的目的在于提供一种等离子发生器的驱动电路，用于解决现有技术中 等离子发生器的驱动电路都是采用主动式驱动，不能根据等离子发生器的实际状态进行调 整，以及现有的等离子发生器的驱动电路一般工作于低频范围内，致使等离子发生器的产 出量低，不能充分发挥其功效，导致在适配大功率设备使用时因为效率低而造成内耗大，无 法满足大功率设备要求的技术问题。 [0007] 为了实现上述实用新型目的，提供如下技术方案： [0008] 本实用新型提供了一种等离子发生器的驱动电路，包括：与电网输入端连接的隔 离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、脉冲整型电路、相位检测电路、第一滤波放 大器、指示电路、信号放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控制器及后级电路； [0009] 所述后级电路包括电容C1、电感L1、高频升压变压器、等离子发生器等效电路、电 阻R1、电容C2和电阻R2； [0010] 所述隔离电源，其输入端连接电网，输出端连接所述电压调节器，用于将电网电压 转换为隔离的工作主电压及小信号处理电路的工作电压； [0011] 所述电压调节器，其输入端分别连接所述隔离电源、所述指示电路和所述第二滤 波放大电路，其输出端连接所述压控脉冲发生器及放大器； [0012] 所述压控脉冲发生器及放大器，其输入端分别连接所述电压调节器和第一滤波放 大电路，其输出端与后级电路的电容C1连接，并且其输出电压用以控制压控脉冲发生器的 工作频率； 4 4 CN 213368205 U 说明书 2/10页 [0013] 所述信号控制器，其输入端连接外部控制信号，其输出端与所述比较器连接； [0014] 所述电阻R2，其串接于高频升压变压器次级与等离子发生器等效电路的回路中； 所述电阻R2上的电压经过所述信号放大整流电路与所述比较器连接；所述比较器与第二滤 波放大电路连接，所述第二滤波放大电路与电压调节器连接； [0015] 所述高频升压变压器的初级输出端与脉冲整形电路连接，所述脉冲整形电路与相 位检测电路连接，所述相位检测电路与第一滤波放大器连接，所述第一滤波放大器与压控 脉冲发生器及放大器连接，并且所述第一滤波放大器与指示电路连接，所述指示电路与电 压调节器连接； [0016] 所述高频升压变压器的次级输出端通过机械结构件与等离子发生器等效电路的 高压输入端连接，其次级的另一输出端经过电阻R2 与电路系统的地线连接；电路系统的地 线还与等离子发生器的外壳金属部分连接，外壳金属部分与等离子发生器的金属负极连 接，形成等离子发生器的电流回路； [0017] 所述隔离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器和后级电路组成所述等离 子发生器的驱动电路的整体的结构。 [0018] 进一步的，所述主体结构的工作参数包括工作频率和工作强度；所述主体结构分 别为所述第一滤波放大器、所述第二滤波放大电路和所述指示电路提供受控接口；所述主 体结构分别为所述脉冲整形电路、所述信号放大整流电路提供相连接的工作参数输出端 口。 [0019] 进一步的，所述主体结构、脉冲整形电路、相位检测电路、第一滤波放大电路组成 频率控制环路；所述频率控制环路自动检验测试所述整体的结构中的等离子发生器参数变化、电 路参数变化、环境变化带来的工作状态变化；通过所述频率控制环路的处理后控制所述主 体结构的工作频率，以适应上述所述各种变化；所述频率控制环路是一个大环路负反馈系 统。 [0020] 进一步的，所述整体的结构、信号放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控 制器组成强度控制环路；所述强度控制环路自动检测所述主体结构中的等离子发生器参数 变化、电路参数变化，环境变化带来的工作强度变化；通过所述强度控制环路的处理后控制 所述主体结构的工作强度，以适应上述所述各种变化；所述强度控制环路是一个大环路负 反馈系统。 [0021] 进一步的，所述隔离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、后级电路、脉冲 整形电路、相位检测电路、第一滤波放大电路和指示电路组成等离子发生器检测系统；所述 检测系统判别等离子发生器的接入状态及破损毁坏情况；等离子发生器接入故障或损坏时造成 所述频率控制环路失去有效控制，并输出错误信号反馈到所述指示电路；所述指示电路将 信号输出到人机交互界面提示故障，并强制将所述电压调节器的控制参数固定在较低水 平，所述等离子发生器检测系统是一个大环路临界负反馈系统。 [0022] 本实用新型与现有技术相比较，有益效果在于： [0023] 本实用新型提供的一种等离子发生器的驱动电路，由于包括与电网输入端连接的 隔离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、脉冲整型电路、相位检测电路、第一滤波 放大器、指示电路、信号放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控制器及后级电 路，通过采用高频信号驱动，将等离子发生器中的电容C等效为电路中的谐振电容，参与谐 5 5 CN 213368205 U 说明书 3/10页 振，补偿容性负载带来的无功损耗，利于降低驱动总功率，能够有效驱动等离子发生器，并 且使得等离子发生器的产出量大，设备的使用寿命长，并能根据等离子发生器的实际状态 做调整，并能满足大功率设备的要求。因此，该等离子发生器的驱动电路具有效率高，成 本低，危险性低，且寿命长的优点。 [0024] 另外，本实用新型使用电子学技术控制等离子发生器持续模拟雷电击穿空气的方 式获取等离子，达到一定浓度的等离子具备消毒，杀菌，去除有机物，去烟等作用。 附图说明 [0025] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。 [0026] 图1为本实用新型实施例中提供的等离子发生器的电学模型图。 [0027] 图2为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图。 [0028] 图3为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的电压调节 器电路原理图。 [0029] 图4为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的压控脉冲 发生器及放大器电路原理图。 [0030] 图5为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的脉冲整形 电路原理图。 [0031] 图6为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的脉冲整形 电路波形时序图。 [0032] 图7为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的相位检测 电路原理图。 [0033] 图8为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的相位检测 电路波形时序图。 [0034] 图9为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的第一滤波 放大电路原理图。 [0035] 图10为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的信号放 大整流电路原理图。 [0036] 图11为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的比较器 以及第二滤波放大电路原理图。 [0037] 图12为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的指示电 路原理图。 [0038] 图13为本实用新型实施例中提供的一种等离子发生器的电路原理图中的信号控 制器电路原理图。 具体实施方式 [0039] 本实用新型实施例公开了一种等离子发生器，用于解决现有技术中等离子发生器 6 6 CN 213368205 U 说明书 4/10页 在外层电极上安装金属夹具导出电极的方式，存在着安装过程复杂以及降低等离子发生器 的工作效率的技术问题。 [0040] 在本实施例中，提供一种等离子发生器的驱动电路，如图2所示，包括：与电网输入 端连接的隔离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、脉冲整型电路、相位检测电路、 第一滤波放大器、指示电路、信号放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控制器及 后级电路； [0041] 所述后级电路包括电容C1、电感L1、高频升压变压器、等离子发生器等效电路、电 阻R1、电容C2和电阻R2； [0042] 所述隔离电源，其输入端连接电网，输出端连接所述电压调节器，用于将电网电压 转换为隔离的工作主电压及小信号处理电路的工作电压； [0043] 所述电压调节器，其输入端分别连接所述隔离电源、所述指示电路和所述第二滤 波放大电路，其输出端连接所述压控脉冲发生器及放大器； [0044] 所述压控脉冲发生器及放大器，其输入端分别连接所述电压调节器和所述第一滤 波放大电路，其输出端与后级电路的电容C1连接，并且其输出电压用以控制压控脉冲发生 器的工作频率； [0045] 所述信号控制器，其输入端连接外部控制信号，其输出端与所述比较器连接； [0046] 所述电阻R2，其串接于高频升压变压器次级与等离子发生器等效电路的回路中； 所述电阻R2上的电压经过所述信号放大整流电路与所述比较器连接；所述比较器与第二滤 波放大电路连接，所述第二滤波放大电路与电压调节器连接； [0047] 所述高频升压变压器的初级输出端与脉冲整形电路连接，所述脉冲整形电路与相 位检测电路连接，所述相位检测电路与第一滤波放大器连接，所述第一滤波放大器与压控 脉冲发生器及放大器连接，并且所述第一滤波放大器与指示电路连接，所述指示电路与电 压调节器连接； [0048] 所述高频升压变压器的次级输出端通过机械结构件与等离子发生器等效电路的 高压输入端连接，其次级的另一输出端经过电阻R2 与电路系统的地线连接；电路系统的地 线还与等离子发生器的外壳金属部分连接，外壳金属部分与等离子发生器的金属负极连 接，形成等离子发生器的电流回路； [0049] 所述隔离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器和后级电路组成所述等离 子发生器的驱动电路的主体结构。 [0050] 进一步的，所述主体结构的工作参数包括工作频率和工作强度；所述主体结构分 别为所述第一滤波放大器、所述第二滤波放大电路和所述指示电路提供受控接口；所述主 体结构分别为所述脉冲整形电路、所述信号放大整流电路提供相连接的工作参数输出端 口。 [0051] 进一步的，所述主体结构、脉冲整形电路、相位检测电路、第一滤波放大电路组成 频率控制环路；所述频率控制环路自动检测所述主体结构中的等离子发生器参数变化、电 路参数变化、环境变化带来的工作状态变化；通过所述频率控制环路的处理后控制所述主 体结构的工作频率，以适应上述所述各种变化；所述频率控制环路是一个大环路负反馈系 统。 [0052] 进一步的，所述主体结构、信号放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路、信号控 7 7 CN 213368205 U 说明书 5/10页 制器组成强度控制环路；所述强度控制环路自动检测所述主体结构中的等离子发生器参数 变化、电路参数变化，环境变化带来的工作强度变化；通过所述强度控制环路的处理后控制 所述主体结构的工作强度，以适应上述所述各种变化；所述强度控制环路是一个大环路负 反馈系统。 [0053] 进一步的，所述隔离电源、电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、后级电路、脉冲 整形电路、相位检测电路、第一滤波放大电路和指示电路组成等离子发生器检测系统；所述 检测系统判别等离子发生器的接入状态及损坏情况；等离子发生器接入故障或损坏时造成 所述频率控制环路失去有效控制，并输出错误信号反馈到所述指示电路；所述指示电路将 信号输出到人机交互界面提示故障，并强制将所述电压调节器的控制参数固定在较低水 平，所述等离子发生器检测系统是一个大环路临界负反馈系统。 [0054] 进一步对本实施例提出的一种等离子发生器的驱动电路进行说明。 [0055] 如图1所示，图1为等离子发生器的等效电路，其中，等离子发生器的等效电容C为 等离子发生器的内层高压电极与外层电极之间以介质层为介质的等效电容，影响等效电容 C值的因素有：内层高压电极的结构和密度、外层电极的结构和密度、介质层的厚度、介电常 数以及介质层的温度；需要进一步说明的是，等效电容C主要参数由内层高压电极的结构和 密度、外层电极的结构和密度、介质层的厚度以及介电常数决定；介质层的温度对等效电容 C有一定影响； [0056] 需要进一步说明的是，等离子发生器的等效电路中的等效电容C  的主等效电容数 量级由电极结构和介质层决定，等效电容C相对于设计的主等效电容存在差异，并且不可避 免；其次，等离子发生器本体的等效电容C在使用过程中受环境因素及使用密度影响。 [0057] 图1中，电阻值R为双向齐纳二极管击穿后产生放电电流的等效电阻；该电阻值只 在双向齐纳二极管击穿后存在，它是等离子发生器发生量的综合体现。需要进一步说明的 是，等离子发生器本体的电学模型中的等效电阻值R与等离子发生器本体的结构无关，且等 离子发生器本体所产生的放电量与流过齐纳二极管的电流成比例。 [0058] 图1中，双向齐纳二极管D由两个齐纳二极管组成，在输入端加载正反向电压，它的 击穿电压都受齐纳二极管限制；在所施加的电压不足以击穿齐纳二极管时，电阻值R上没有 电流，不产生离子。所施加的电压击穿齐纳二极管后，剩余电压加载在电阻值R上，产生电 流，产生离子，其中，齐纳二极管的齐纳值受介质层厚度，环境湿度，介质层温度，环境温度 影响。 [0059] 需要进一步说明的是，等离子发生器本体具有非线性的伏安特性曲线，等离子发 生器本体工作于截止区时不产生离子；等离子发生器本体工作于线性区时产生离子，离子 量与击穿深度成正比；等离子发生器本体工作于饱和区时，产生大量离子，但所产生的电流 更大，有二次击穿的可能。 [0060] 综上所述，等离子发生器本体的特性总结如下： [0061] A.等离子发生器本体是一个容性负载； [0062] B.等离子发生器本体具有非线性的伏安特性曲线] C.等离子发生器本体的各项参数存在个体差异； [0064] D.等离子发生器本体的各项参数都是动态的，受环境因素影响； [0065] E.等离子发生器本体存在发生二次击穿的可能(电学的一次击穿指齐纳击穿，是 8 8 CN 213368205 U 说明书 6/10页 工作区从截止区进入线性区的击穿，二次击穿指永久性结构损坏)，且二次击穿值受介质层 温度影响； [0066] F.等离子发生器本体在截止区，仍然存在电容量C所引起的无功损耗电流。 [0067] 如图2所示，图2为等离子发生器的电路原理图，在图2中，后级电路由电容C1、电感 L1、高频升压变压器、等离子发生器等效电路、电阻R1、电容C2和电阻R2组成；等离子发生器 等效电路经过高频变压器将等离子发生器本体的等效电容C连同高频升压变压器的分布电 容一起“折射”到变压器原边，可等效为整个后级电路的容性部分为一只电容Cx(“折射”为 电学一种用语，表示某个元件的作用经过某个电路或元件后等效到该电路或元件的另一端 的作用)；折射的公式如下： [0068] Cx＝n ·C   (1) [0069] 式中，Cx为折射到高频升压变压器原边的电容量，C为等离子发生器本体的等效电 容，n为变压器次级匝数(接等离子发生器本体一端)与初级匝数(接电路端)的比值。 [0070] 图2中，电阻R2串接于高频升压变压器次级与等离子发生器本体的回路中，流过电 阻R2的电流即为流过等离子发生器本体的电流，该电流在电阻R2上产生的压降正比于等离 子发生器本体发生器生产电流与等效电容C无功损耗电流之和。等效电容器C的无功损耗电 流为线性伏安特性曲线(交流信号分析)；等离子发生器本体发生器的生产电流为非线性伏 安特性曲线(交流信号分析)，在电阻R2上所产生的电压能够稳定的表征等离子发生器本体 所在的工作区。 [0071] 电阻R1，电容C2串联电路的作用说明：在不接入等离子发生器本体的时候，由高频 升压变压器的分布参数所产生的自由振荡，将对信号处理电路带来干扰，使其“运算”不准 确；电阻R1，电容C2的接入将吸收自由振荡，确保信号处理电路的“运算”准确(说明：本实施 例中所指信号处理电路是所有小信号工作电路的总称，是除后级电路，压控脉冲发生器及 放大器，电压调节器，隔离电源外的所有电路) [0072] 电容C1电容为一只较大容量的电容，它的选取值大于Cx的100 倍以上，其作用是 隔离前端的直流成分，使电感L1和高频升压变压器工作于交流状态，不致发生饱和现象。 [0073] 电感L1与Cx形成LC串联谐振电路，其谐振频率决定电路整体的工作频率。电感L1 与Cx将承受等量的无功功率，电感L1可视为无功功率补偿元件，接入电感L1后使电路工作 在谐振状态，在压控脉冲发生器及放大器的输出端可呈现阻性负载。 [0074] 在图2中，隔离电源的作用是将电网电压(包含市电电网，或者电池组件)转换为隔 离的工作主电压及小信号处理电路的工作电压；主电压为Vdd，辅助电压为+Vcc和‑Vee，电 路中要求Vdd值应达到使等离子发生器本体工作到要求最大值的电压，+Vcc和‑Vee为一组 对称正负电压，单端电压值为5V～15V； [0075] 电压调节器的作用是输入隔离电源提供的主供电，受指示电路输出电压，第一滤 波放大电路的输出电压控制后输出受控电压提供给压控脉冲发生器及放大器供电，电路图 示如图3所示。 [0076] 电压调节器工作原理如下：在图3中，U105是一只集成BUCK  降压芯片，芯片提供反 馈控制端Fb；D102是输出续流二极管，电感 L105是输出滤波电感；电容C101，电容C102分别 为输入输出滤波电容；电阻R102，电阻R107，电阻R126，电阻R158，D131共同作用于芯片Fb达 到控制输出电压的目的； 9 9 CN 213368205 U 说明书 7/10页 [0077] 来自指示电路的输出电压，当接入等离子发生器本体后该电压为 ‑Vee，当不接入 等离子发生器本体后该电压为+Vcc，在接入等离子发生器本体后输入的‑Vee将使D131反 偏，控制信号无效。当不接入等离子发生器本体后输入的+Vcc将使D131导通，控制信号有 效；当不接入等离子发生器本体后来自第一滤波放大电路的输出电压将为0V；为此根据： [0078] [0079] 可确定在不接入等离子发生器本体时输出给压控脉冲发生器及放大器的电压值； 其目的是在没有等离子发生器本体接入时，降低输出待机高压。 [0080] 式(2)中Vo为电压调节器的输出电压；V 为芯片的固有参数； Vbe为D131的导通压 Fb 降。在接入等离子发生器本体时，D131截止，来自指示电路的输出电压无效，此时来自第一 滤波放大电路的输出电压将控制Vo的电压大小，如下式所示： [0081] [0082] 式中，V为第一滤波放大电路的输出电压。 9 [0083] 图2中，压控脉冲发生器及放大器，用于接受滤波放大器的输出电压以控制压控脉 冲发生器的工作频率，压控脉冲发生器及放大器的供电由电压调节器提供。压控脉冲发生 器及放大器的输出脉冲幅度为电压调节器的输出电压值，其电路原理图如图4所示。 [0084] 图4中，U108为集成悬浮驱动，振荡器的控制芯片；Q106和 Q107为主放大MOSFET 管；D129、电阻R137以及Q104组成Q106  的驱动电路；D130、电阻R138以及Q105组成Q107的驱 动电路； D116以及电容C124组成自举供电电路，电阻R103以及电容C119 组为该部分电路 的供电滤波电路；该电路的振荡频率R(电阻R139，电阻R123，U109B共同作用)和电容C121决 定，使用电阻R123和电阻R139是为了限制输出方波频率的最大值和最小值；其中，R总阻值 越大，频率越低；R总阻值越小，频率越高。U109A和U109B是一只线为第一滤波放大电路提供的输出电压；Vo来自电压调节器的输出电压；P3为压 控脉冲发生器及放大器的输出脉冲，为一个占空比为50％的功率方波。 [0086] [0087] 其中，I 为光耦发光二极管电流，f 为输出脉冲频率。 u109A P3 [0088] 在图2中，脉冲整形电用于将“折射”到变压器初级的Cx上的正弦电压整形为一组 相位相反的方波电压，其电路原理图如图5所示。在图5中，U102A，U102B是一个高速运算放 大器；D105，D106的作用是分别将U102A，U102B的输出整流为正脉冲；电阻R129，D102，D104， 电阻R130，D114以及D115分别限制输入给运算放大器的差模输入电压；电容C116以及电容 C117为隔离直流；电阻R109为反相脉冲的输入电阻。电阻R110为同相脉冲的反馈电阻。A连 接高频脉冲变压器的输入端。在后级电路中，高频脉冲变压器的输入端己等效为Cx，它与电 感L1共同作用，将使高频脉冲变压器的输入端为正弦电压。为A点输入；波形时序图如14所 示； [0089] 图2中的相位检测电路用于检测电压的相位，在后级电路中，L 和Cx串联谐振后的 电压关系为：Cx上的电压滞后输入脉冲电压P3 相角90度，将脉冲整形电路的输出脉冲对S4 10 10 CN 213368205 U 说明书 8/10页 +，S4‑和方波信号P3进行分相比较，可得到一组无极点的正负脉冲信号，正负半周的宽度受 相位角的移动而变化。其电路原理图如图7所示； [0090] 在图7中，U103A及其外围电路组成差分放大器，其中电阻R134＝电阻R135；电阻 R131＝电阻R133；电阻R161≥电阻R133；电阻R112＝电阻R111；电阻R134＝电阻R112+电阻 R131；电路中电阻R161的作用在下文中描述。 [0091] 参考如图8所示的时序图，当P3为低电平时，S4+和S4‑的输入信号都被D107，D108 拉为低电平，此时S5输出零电平；当P3为高电平时，将S4+的高电平部分转换为S5的负半周 输出，将S4‑的高电平部分转换为S5的正半周输出，得到如时序图所示的S5输出信号； [0092] 当电路谐振时，P3与S4+和S4‑的相位差90度，S5的输出正半周宽度和输出负半周 宽度相等。当电路工作频率低于L和Cx的谐振频率时，S4+与P3的相位差小于90度，S4‑与P3 的相位差大于90度，即图中S4‑和S4+往右移动；S5的输出负脉宽将大于输出正脉宽，正负脉 宽的差值正比于电路失谐程度，反之，当电路工作频率高于L和 Cx的谐振频率时，S5的输出 正脉宽大于输出负脉宽。 [0093] 当不接入等离子发生器本体时，Cx仅表示脉冲变压器结构所引起的总分布电容， 其值很小，它与电感L1所组成的谐振电路的固有频率很高，而在3压控脉冲发生器中因为电 阻R123以及电阻R139  的作用，使其输出频率在一个适合等离子发生器本体工作的频率范 围内；所以此时的电路工作频率低于L和Cx的谐振频率，S4+与P3的相位差小于90度，S4‑与 P3的相位差大于90度，即图中S4‑和S4+往右移动；S5的输出负脉宽将大于输出正脉宽。 [0094] 在图2中，第一滤波放大电路用于将相位检测电路输出的S5正负脉冲信号经过积 分电路后转换为直流信号并将其放大，其电路原理图如图9所示，在图9中，U103B及其外围 电路组成积分电路；S5 输入的脉冲信号，如果正负脉宽相等，在一个周期内电容C110的充 放电刚好完成一个周期归零。S6输出零电压；S5输入的正脉宽大于负脉宽时，电容C110在一 个周期内完成充放电后将使S6输出正电压，反之S5输入的负脉宽大于正脉宽时，S6输出负 电压。电阻R128≥电阻R132，保证直流放大倍数，电容C110将短路交流信号使S6只输出由电 阻R128和电阻R132所放大的直流成分。 [0095] [0096] 式中，t 为S5的正脉冲时间，t 为S5的负脉冲时间，S6为输出的直流电压信号。 S5+ S5‑ [0097] 在图2中，信号放大整流电路用于将检测电阻R2所检测到的表征等离子发生器本 体电流大小的弱电压信号V电阻R2经电压放大并整流后获得表征等离子发生器本体电流大 小的直流电压信号，其电路原理图如图10所示，在图10中，电阻R104与电阻R113的比值决定 电路的放大倍数；电阻R117＝电阻R118；D109和D110分别负责正负半周整流并输出钟形波； 电感L102是对钟形波平滑的电感，输出S7 表征钟形波均方根值的直流信号；D121是电感 L102的续流二极管；电容C112为输出滤波电容；电阻R105输出端假负载，用于调节输出信号 S7对V电阻R2的瞬态响应时间，S7正比于V电阻R2。 [0098] 在图2中，比较器以及第二滤波放大电路用于将信号10控制器输出的控制信号 S10，与信号放大整流电路的S7进行比较，获得误差电压，经过滤波放大后输出控制电压调 节器的S9；其电路原理图如图11所示，在图11中，由U104C及其外围电路组成的差分比较器， 将S7与S10进行比较，并进行二阶滤波后输出S9直流信号。S10  由系统中的10信号控制器设 11 11 CN 213368205 U 说明书 9/10页 定；系统工作时S ＝A ·(S‑S )， A 为该电路的放大倍数 电阻R106，D111， 9 v9 7 10 v9 D112，D113  以及电阻R120组成钳位电路，使S9的值在Vbe～+Vcc之间。 [0099] 在图2中，指示电路用于为电路自身检测等离子发生器本体的接入情况和损坏情 况的电路，并将检测结果输出到控制面板方便故障排查，控制系统工作状态，其电路原理如 图12所示；在图12中，指示电路检测S5的正负脉冲宽度，当严重失谐时S5的正负脉冲宽度将 严重不平衡，含有较大的直流分量，给过电阻R154，电感L101以及电容C106滤波后提供给由 Q110A以及Q110B组成的直流检测电路，电阻R121以及电阻R153为其偏置电阻；当S5有正直 流时，Q110A导通，S5有负直流时，Q110B导通，导通的结果使Q112导通，输出 S11＝+Vcc；电 阻R110以及D124是安装于线路板上的状态指示灯，便于调试维修判定电路状态。 [0100] 在图2中，信号控制器用于承接外部控制信号，并提供等离子发生器本体的偏置基 准，使外部控制信号的控制范围在等离子发生器本体的线性区；其电路原理图如图13所示， 在图13中，Vin为控制器输出的控制信号；电阻R115与电阻R108电容C107组成分压结构，可 以使控制设备输出的控制信号更大；能够提高控制分辨率及精度； U101B组成电压跟随器 与Q101，电阻R122以及电容C108组成的基准电压相加后输入给U101A，并输出S10。 [0101] 需要进一步说明的是，在本实施例中，由电压调节器，压控脉冲发生器及放大器、 脉冲整形电路、相位检测电路、第一滤波放大电路以及指示电路组成检测系统；该检测系统 能判别在任何环境下等离子发生器本体的接入状况及自身工作状况；该检测系统输出信号 的一系列控制，使等离子发生器本体在故障状态通过失谐，降低工作电压的方式来降低电 路的输出电压，从而避免故障扩大。 [0102] 需要进一步说明的是，在本实施例中，由压控脉冲发生器及放大器、脉冲整形电 路、相位检测电路、第一滤波放大电以及后级电路组成第一闭环控制系统，第一闭环控制系 统迫使电路的工作频率适应于等离子发生器本体的具体参数，克服环境改变或等离子发生 器本体个体差异带来的问题，始终使电路工作于等离子发生器本体的最佳状态(即谐振状 态)；极大地降低等离子发生器本体的加工工艺要求，原材料要求、电路元件的精度要求以 及产出合格率，从而降低成本，使等离子发生器本体在任何工作环境中都能发挥最佳工作 状态。第一闭环控制系统环路的控制过程为： [0103] 设环境或等离子发生器本体个体差异造成等离子发生器本体或电路参数改变，而 使电感L1和Cx谐振频率变低，电路的返馈作用应降低工作频率的反馈过程： [0104] f ↓ S4+与P3相位差大于90度，S4‑与P3相位差小于90度(脉冲整形电路的控制结 0 果) t ＞t (相位检测电路的控制结果)  S ↓(滤波放大器的控制结果) I ↓ R↑ S5+ S5‑ 6 u109A f ↓(压控脉冲发生器的控制结果)，反之亦然。 P3 [0105] 第一闭环控制系统的结果是使压控脉冲发生器的工作频率跟随电感L1和Cx的串 联谐振频率，由于电路中所选取的元件并不是理想元件，存在寄生参数和自身性能上限，在 第一闭环控制系统中脉冲整形电路存在延时现象，将使实际控制结论与理论存在误差，在 相位检测电路中使用电阻R161，加大S4‑进入电路的幅度，以补偿电路误差；实际应用时，可 固定强度控制信号，调节电阻R161使2电压调节器的输出电压Vo为最小值以此来确定电阻 R161的实际生产用值。 [0106] 需要进一步说明的是，由电压调节器、压控脉冲发生器及放大器、后级电路、信号 12 12 CN 213368205 U 说明书 10/10页 放大整流电路、比较器、第二滤波放大电路以及信号控制器组成第二闭环控制系统；第二闭 环控制系统迫使离子管的工作电流稳定在强度控制信号所设的值；克服环境改变或等离子 发生器本体个体差异带来的问题：它始终使等离子发生器本体工作于固定的工作区，使等 离子发生器本体产生的等离子量不受环境因素及等离子发生器本体个体差异的影响；极大 地降低等离子发生器本体的加工工艺要求，原材料要求，电路元件的精度要求，以及产出合 格率，从而降低成本；使等离子发生器本体在任何工作环境中长期稳定的按工程设计输出 等离子量。第二闭环控制系统环路的控制过程为： [0107] 设应用环境或等离子发生器本体的个体差异造成等离子发生器本体的电流变大， 控制电路的环路控制过程： [0108] I ↑ V ↑(I 为等离子发生器本体工作电流，交流电流， V 为后级电路 loading R2 loading R2 中检测电阻R2的压降，交流电压) S ↑(直流电压，信号放大整流电路的控制结果) S ＞ 7 7 S S ↑(比较器，滤波放大器的控制结果) Vo↓(电压调节器的控制结果) V ↓(V 是脉 10 9 P3 P3 冲放大电路输出的脉冲信号幅度) I ↓(后级电路输入幅度变小造成后级功率减小， loading 最终表现为等离子发生器本体工作电流减小)  V ↓ S ↓(信号放大整流电路的控制结 R2 7 果) S→S (表示S7无限接近S10，在电路运算时可视为S7＝S10)，反之亦然。 7 10 [0109] 第二闭环控制系统的控制过程将始终使S →S ，即S10决定了等离子发生器本体 7 10 的工作区。 [0110] 其中， 是放大整流电路的放大倍数；k为进行均方根值转换 时，电压有效值与钟形波均方根值的比值，为常数。 [0111] 综上所述，本申请的等离子发生器的电路采用高频信号驱动，其中，超过1KHz的工 作频率即为高频信号驱动。本申请的电路将工作频率设置为20KHz以上，防止其产生可闻噪 音。利用高频信号驱动相较于现有的低频信号驱动具有效率高，耗电小的优点。另外，通过 高频信号驱动电路能够提高等离子管的产出效率，降低电路中元件的成本，激活电压更低 进而使得电路及等离子管工作电压数量级降低，从而使电路及等离子管的常规使用的寿命延长， 并能减少电击损伤人体或其它电器危险的发生。 [0112] 以上对本实用新型所提供的一种等离子发生器进行了详细介绍，对于本领域的一 般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之 处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。 13 13 CN 213368205 U 说明书附图 1/5页 图1 图2 图3 14 14 CN 213368205 U 说明书附图 2/5页 图4 图5 图6 15 15 CN 213368205 U 说明书附图 3/5页 图7 图8 图9 16 16 CN 213368205 U 说明书附图 4/5页 图10 图11 17 17 CN 213368205 U 说明书附图 5/5页 图12 图13 18 18

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