0 引 言

    由于臭氧發(fā)生片負(fù)載性質(zhì)呈電容性，雙高變壓器的高壓線圈呈電感性，連接在一起構(gòu)成諧振回路，諧振回路都有自己固有的諧振頻率，只有在固有的諧振頻率下臭氧發(fā)生片才能獲得最大的能量。另高壓線圈存在分布電容，該電容一方面與負(fù)載的固有電容并聯(lián)，增大諧振回路的電容量，同時又要消耗電路一部分能量。并且該回路交變電流產(chǎn)生的電磁場又要耦合到雙高變壓器的初級，影響功率開關(guān)管的工作狀況。為能達(dá)到臭氧發(fā)生片的技術(shù)要求，可以借鑒開關(guān)電源的部分資料和電路基本原理來進(jìn)行高頻高壓電源的設(shè)計。運用優(yōu)異的脈寬調(diào)制器采用結(jié)構(gòu)均流技術(shù)，并配以各種完善的保護(hù)功能，使得高頻開關(guān)電源可靠性問題得到了圓滿解決。滿足低紋波要求，且體積小，重量輕，節(jié)能環(huán)保。

1 臭氧發(fā)生片的技術(shù)指標(biāo)

    沿面陶瓷放電臭氧片的技術(shù)指標(biāo)如下：型號FCY-3500，電容量120±20pF，耐壓＞7kV，產(chǎn)O₃率3500mg/h，工作頻率20～30kHz，電源功率45W。

    根據(jù)負(fù)載要求，擬定高頻高壓電源的技術(shù)指標(biāo)如下：輸出功率(3500mg/h)≥60W，輸出高壓U_p-p≥7.5kV，工作頻率≥20kHz，供電電壓DC24V±2V。

2 高頻高壓電源的工作原理

    為使電源能夠帶動功率45W沿面陶瓷放電臭氧片，所以開發(fā)的雙高電源定義在中小功率的范圍內(nèi)，選用單管他激式電路，該電路較簡單，調(diào)試方便。但開關(guān)功率管要承受比其它電路更高的反向擊穿電壓(BV_ceo)。其原理框圖如圖1所示。
 

圖1 雙高電源原理框圖

    其工作原理如下：開關(guān)功率電路采用他激式單管脈沖功率放大電路，可為臭氧發(fā)生片提供足夠大的高頻、高壓脈沖電流，使臭氧發(fā)生片產(chǎn)生足夠的電暈。開關(guān)功率器件選用VMOS管。雙高變壓器視它為一個設(shè)在能源與負(fù)載間的一個適配器；它不但要傳送功率電路的能量到負(fù)載，而且它的性能(如分布電容、漏感等)又要制約功率電路的工作情況。為解決這一電路制作的難點。驅(qū)動電路使用CMOS與門集成電路，利用與門的特性，我們可以方便地控制VMOS管的工作狀態(tài)。關(guān)于控制接口電路，當(dāng)控制電平為低電平，驅(qū)動電路的輸出電平也為零，功率電路工作在截止?fàn)顟B(tài)，為了防止誤觸發(fā)，在控制電路接口中還應(yīng)設(shè)置防誤觸發(fā)電路，以保護(hù)電路準(zhǔn)確工作，避免大功率器件因瞬間高頻干擾而損壞。并且在電路中采用了過流自保護(hù)電阻，來保證電路的安全工作。

3 高頻高壓變壓器的設(shè)計和制作工藝

    1）高頻高壓變壓器的設(shè)計

    為使雙高變壓器滿足擬定的技術(shù)指標(biāo)，通過對變壓器初級繞組、磁芯截面積、繞組導(dǎo)線截面積的計算得出雙高變壓器的制作參數(shù)。

    

    式中S_e：磁芯窗口面積，P_o：臭氧發(fā)生片功率×1.3，S_c：磁芯截面面積(cm2)，U：直流供電電源電壓(V)，B_m：是磁性材料的飽和磁通密度，其值一般800～2000，f：振蕩電路輸出頻率(Hz)。

    

 繞組線徑：


    式中：I_d：流過變壓器線圈電流有效值，j：為電流密度(2～3A/mm2)。

    關(guān)于繞組線徑，這里只是概算，由于高頻電流的趨膚效應(yīng)，使高頻電流只在導(dǎo)線的表面流動，因此，在公式中計算出的線徑，適當(dāng)加大一點，以線圈骨架能裝下為止。通過理論計算和實驗確定雙高變壓器參數(shù)如下：規(guī)格為DC24V3500，鐵氧體磁芯采用EI28，初級匝數(shù)20圈，次級匝數(shù)1300圈，骨架結(jié)構(gòu)6槽。

    2）高頻高壓變壓器制作

    變壓器骨架為了減少分布電容，變壓器骨架線圈繞組加工6槽，變壓器高壓線圈也采用分槽繞線。槽繞線圈約200圈。

    為解決雙高變壓器層間絕緣，中小型高壓變壓器一般都采用真空浸漆、環(huán)氧樹脂封裝，但此種工藝小批量不好加工，且價格昂貴。因此采用了較為成熟的高壓變壓器浸泡在絕緣油中的方法，來解決變壓器的絕緣處理。絕緣的設(shè)計關(guān)鍵在于容器，要求容器能夠在不斷的運動、巔簸中，油不漏不溢，能耐180℃的溫度、散熱性能良好，變壓器有近萬伏的高壓輸出，因此要求容器耐高壓電。為了滿足變壓器制作要求，變壓器容器的外殼采用0.2厚不銹鋼鐵皮，外殼的上蓋是一塊印制板，并在此印制扳上制作了緩沖電路、變壓器引出頭等，四周預(yù)留敷銅框，該銅框與外殼用錫密封焊接，在上面用環(huán)氧樹脂灌封；變壓器工作產(chǎn)熱后，油、氣體被加熱膨脹，為了只把膨脹的氣體排放到盒外，因此，需要安裝安全排氣裝置，并要求向盒內(nèi)注油的高度是以淹沒變壓器為準(zhǔn)，使盒內(nèi)變壓器上部是空氣。安裝這種油封處理的變壓器時，為防止絕緣油泄漏要把安全排氣裝置的排氣口向上。經(jīng)過上述方法處理的雙高變壓器，安裝在DC24V的電源上，經(jīng)過測試運行基本滿足了設(shè)計要求。

4 雙高電源的測試

    用示波器測試雙高電源波形的幅值和頻率，工作頻率f為22kHz，波形幅值U_p-p為7.6kV。從示波器測試波形的參數(shù)和通過雙高電源對臭氧發(fā)生片加電后產(chǎn)生紫藍(lán)色輝光的分布和紫藍(lán)色的深度來看，都滿足了產(chǎn)生O₃的能量。

5 結(jié)束語

    DC24V雙高電源的設(shè)計，在電路上采用雙路設(shè)計，節(jié)約了元、器件，也大大縮小了電源體積。外殼采用上述密封處理，加裝了安全閥。在變壓器的殼溫上升到大約60℃，連續(xù)工作無不良現(xiàn)象。但因為采用單管它激式大功率開關(guān)電路，變壓器線圈在關(guān)斷電的瞬間，存在很大的自感電動勢，幾倍于電源電壓加在大功率管漏極和源極(或集電極與發(fā)射極)之間。因此，對功率管的反向擊穿電壓要求較高。供電壓越高，或所載臭氧發(fā)生片的產(chǎn)量越高，大功率管BV_ceo的要求也越高。