臭氧发生器的高频高压脉冲电源

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1、58重床师范学曉学报（自然科学版）第】1卷 1994-2009 China .Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hltpr/Aki.nei58重床师范学曉学报（自然科学版）第】1卷臭氧发生器的高频高压脉冲电源.李复生（重庆师范学院物理系，重庆630047）摘 要 臭氧在食品保鲜、消毒杀苗等领域的应用越来越广泛。它以空气为原料经 高压电离产生臭氧（。3）,不受原材料和场地的限制。本文报告了已运行的高效臭氧 发生器高频高压脉冲电源。关键词 高频高压脉冲电源，臭氧发生器，食品消毒中图法分类号0591电

2、源的选择由电极击穿产生臭氧的电压一般为几百一几千伏随电极的结构而变。所以现在大约屯扱有两种方案可选择。1.1工频直接升压开压原理如图1所示。此法的优点是结构较简单，但其 显著的缺点是变压器长期处于连续的工作状态，效率很低 体积大，对升压变压器要求高。功率越大，电极击穿电压葱 高绕组的绝缘性能就要求高，故绕制工艺等较因难，成本 也较高，所以现在较少采用。：N1.2高频脉冲电源、在奇频高压脉冲电淤屯賂中由于功率晶体管工作于高频开关状态开压变压器工作于高频脉冲状态因而臭氧电极在高频状态下间歇工作效率很高。同时高频开关运行状态使脉冲升压变压器的体积极大地缩小。这种线路近年来越 来越多地被采用。其原理框

3、图如图2所示订电极图22高频脉冲电源的设计 )994-03-02 收稿2.1频率的选择为了防止对工业设备和家用电器的干扰国际上一般要求高頻电子设备的工作频率大 于20 kHz.当然，提高效率可进一步提高频率和缩小体积，但频率提高对电子元件的要求也 就更高，且价格昂贵。因此，我们选择20 kHz作为本奇频高压发生器的工作頻率U 2.2主振电路 1994-2009 China .Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hltpr/Aki.nei58重床师范学曉学报（自然科学版）第】1卷主振部分是用集成块N

4、E555时基电路构成的无稳态振荡器。此电路为定周期但占空比 可调的矩形脉冲发生器。具体线路图4所示。2. 2. 1 振荡频率的确定振荡周期由RS?及W的充放电时间常数确定。其工作波形如图5所示。当接通电源后叫通过R5 和左向匚充电按指数规律上升。其充电时间常数为竝=0. 693（& + H ）G当叭】（2,6脚）充电至心的2/3时.NE555内部触发器翻转输岀几（3脚）为低电平。即 图5中4时刻这时NE555（7卿）内部的放电管导通J右通过W右、山及放电管放电必丄呈 1994-2009 China .Academic Journal Electronic Publishing House. A

5、ll rights reserved. hltpr/Aki.nei第2期李复生；臾氧发生壽的高频离&脉冲电源61指数规律下降，其放电时间常数为加=0. 693（“ + *右）Ci当|（26脚）放电到1/3*时,NE555内部触发再次翻转，输出厶（3脚）为高电平。即 图5中的4时刻。如此重复形成振荡输出系列的矩形脉冲。其振荡周期为T =以 + 加=0.693（?, + 鸟 +由上式可见:R，C参数一经确定周期就不会改变。/ = y = 1 / 0. 693（&取C| = 0 01 pF. / 20 kHz则从 + & + 闪=1 / 0. 693CJ = 6. 7 kQ若乩=& = 1 2,则W

6、 = 47 kQ （直线式电位器）2. 2.2 占空比根据占空比定义 = 1 = 693（乩 +=乩 + w左帀0693（弘+ & + & +斤2 + *由此可见改变W即可改变占空比几 当W旋到最左边时即= 0-Ri +砂左瓦+鸟+ w1 kQ+ 01 kQ + 1 kQ+ 4.7 kQ 1994-2009 China .Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hUprY第2期李复生；臾氧发生壽的高频离&脉冲电源61当W旋到最右边时即W右=4. 7 k1 kQ + 4 7 kQ1 kQ + l kQ

7、+ 4 7 kQ这样通过调节则可调节输出电压厶的脉冲宽度，从而控制功率救出级的输岀脉冲宽 度进而改变总的输出电压幅度，使臭氧发生电极获得垠适当的击穿龙作电压。2.2.3 隔离缓冲级一由下（3DK7）及外甩元件组成。f -主振级NE555的3曲）输岀电压厶经,脉冲分压后送往7（3DK7）倒相放大后送推 动级。此级电路主要是为防止后级电路对主振电路的影响而设置的。2. 2.4推动级由T2（3DK9）及外圉元件组成。由于本级是感性负载（推动变压器），在脉冲条件下工作将产生瞬时高压可能将准动管击穿。所以本级采用了反极性激励的方式。即推动管和末级功率开关管工作于相反的状态（当推动管截止时，功率开关管导通

8、反之亦然）。这样感性负载产生的反蜂脉冲得到了抑制同时还在惟动管的集电极接入了由R9、6构成的尖蜂吸收电路使推动管工作更安全。2. 2.5 功率输岀级功率输岀级由7VDD03C）及外围元件构成.其等效电 路如图6所示。厲工作于高电压、大电流的脉冲开关状态。将T3模拟戍开关.芹脉冲升压原理分析如下：在咒仏-* ）期间正脉冲T、使八饱和导通。久向J 提供电流5将电能转变为磁能储存在人中极性为亠0下（图3）.在件仏一 $）期间，负脉冲几使八截止，在 = 4的瞬时，八突然断开，如果脉冲后沿足 够陡中产生极奇的电压，。上的瞬态峰值电压幅度叫决定于电流变化率。IZr Am叫=一云？此时O中的感生电压为上下（

9、图3）.这样Ec和VL顺向串联后向S充电，将La中的磁能转化为储存在Ca中的电能，以上的电压Vc为瞬态峰值。Vc = Ec + VL之后,经。放电（电能-磁能），如此循环形成振荡。匚=/mCoScoZ人就是功率开关管两端的电压，由此脉冲电压经脉冲升压变压器升压后，获得臭氧电极所需的击穿电压。c 7U f所以匚被称为升压电容。3 整机的调试整机组装完后。适当地选好C,通电后再调整W.使臭氧发生电极击穿放电到正常为止，并让其R有一可调 整范国。若H可控范的偏向一边则可适当改变匚值。但180 VJ图7T:i i_: t| 18 4 n 厂535值不能取得太小否则外太小会使r. *急剧斤高后将功率开关

10、管击穿损坏。当然C绝不能 开路哪怕是瞬时断开所以对Ca定要避免虚焊。调试时若有示波器可监测各点脉冲电压其波形如图7所示。4关键材料的选取根据人=号& 一 1）+ 1%，若咒取810rs,T取50 us,则4 = （7 9） Ec所以电容G的反向耐压 2几.=350 V,取标称值400 V.功率开关管八的要求是：（1）反向耐压，即BVcao 350 V. （2）耗散功率Pen 30 W（视臭氧发生电极所需功率而定）.（3）饱和压降BV 1. 5 V,且越小越好若 % 太大， 开关损耗将增大，发热，甚至烧坏开关管。（4）开关时间V 1声为好。否则也要增大开关损 耗。本高频高压发生器已被制成了厚膜电

11、路，且已应用到高效臭氧发生器产品上。由于臭氧发生器应用领域的日益拓宽，为适应各种环境条件的需要扩大其应用范围， 可考虑：（1）可丢掉电源变压器，使用开关电源，以进一步提高效率和开发更大功率的发生 器。（2）开发微小功率发生器。以电池和电瓶为电源，以缩小体积，便于携带。（3）进一步完 善其功能。增设定时自控装置以适应各种条件所需的臭氧产生量。卷考文献a；I清华大学电子教研室数字电子技术基础北京：高等教育岀版社1985M5C4652朱鸿関翁默颖，梁子南等.晶体背电视接收机原理与设计（上册）北京：人耳葩电岀版社，179,?2 2923 日曾田纯夫电视接收机的电路设计（上册）北京用学岀版出107771

12、High-freguency and high-presure pulsed-power to ozonizerLi Kushen(Dept, of PhysicstChongqing Teachers College Chongqing 1630047)Abstract The application of ozone is on the increase to keep food fresh and disinfecting Uzene may be made from air through ionization where there is air. This paper reports a high-frequency and high presure pulsed-power.which has been applied to ozonizerKey Words high frequency and high presure pulsed-power, ozonizert food disinfection 1994-2009 China .Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hUprY