[发明专利]一种等离子体起弧电路

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体起弧电路。

背景技术

等离子体近年来得到了较为广泛的应用，包括高温等离子体切割技术、航空航天等离子体推进技术、医疗器械等离子体灭菌技术等等。该类等离子体的电源控制技术是等离子发生环节中重要的一环，并成为该行业的技术难点。

传统的等离子体起弧电路首先需要在输出端产生脉冲式高压，将气体等离子体化，之后根据不同的工作需要及应用背景令电源实现稳流输出。因此，等离子体起弧电路需兼有高压脉冲电源及稳流源的双重功能。

在已有的等离子体起弧电路中，高压脉冲电源将气体离子化之后需切换至稳流源。传统等离子体起弧电源将高压脉冲电源与稳流源分别设计，由于两电源的输出端共同作用于同一负载，相当于两电源在输出端并联，这就造成两电源之间的切换电路的设计较为复杂，且器件需要耐受电压较高，给器件选型也带来一定困难。

发明内容

为了解决现有等离子体起弧电路中，高压脉冲电源与稳流源之间的切换电路结构复杂、器件需耐受电压高的技术问题，本发明提出一种等离子体起弧电路，包括降压型稳流源电路和高压脉冲电源电路，降压型稳流源电路包括控制器、电流采样电路、带有中心抽头的耦合电感L₁和电感L₂、以及接于直流电压源正负极之间的二极管D₁和第一开关装置，二极管D₁的负极接直流电压源的正极，二极管D₁的正极接第一开关装置的一端，第一开关装置的另一端接直流电压源的负极，第一开关装置的控制端接控制器，电流采样电路设于等离子体起弧电路的负载输出端，其输出端接控制器；高压脉冲电源电路包括触发驱动模块、第二开关装置、电感L₁和电感L₂，电感L₁的一端接二极管D₁的负极，电感L₁的另一端分别与电感L₂的异名端和第二开关装置连接，电感L₂的另一端作为等离子体起弧电路的输出端，第二开关装置的另一端分别与二极管D₁的正极和第一开关装置连接，第二开关装置的控制端与触发驱动模块连接。

进一步的，触发驱动电路包括依次连接的脉冲整形电路、上升沿单稳态触发电路和驱动电路，脉冲整形电路接收外部高压指令脉冲，驱动电路的输出端接第二开关装置的控制端。

进一步的，第一开关装置和控制器之间接有驱动器。

进一步的，电感L₁、第二开关装置与电感L₂之间接有二极管D₂，二极管D₂的负极与电感L₂连接。

进一步的，电感L₁、电感L₂与第二开关装置之间接有二极管D₃，二极管D₃的负极与第二开关装置连接。

进一步的，第一开关装置为MOS管M₁和/或第二开关装置为MOS管M₂。

进一步的，所述等离子体起弧电路还包括接于第二开关装置两端之间的吸收电路。

更进一步的，吸收电路包括二极管D₄、电容C和电阻R，电阻C和电阻R并接后一端与二极管D₄的负极连接，另一端与第二开关装置的一端连接，二极管D₄的正极接第二开关装置的另一端。

更进一步的，电感L₁、电感L₂和电容C满足以下关系：

当电源进入稳流输出的工作状态时，则有

L₁+L₂≥D*(1-D) *2V_i /(△I_o*f)

其中，V_i、I_o和△I_o分别为等离子体起弧电路的输入电压、输出电流为和输出电流纹波，D为稳流源稳态占空比，f为第一开关装置的开关频率；

高压脉冲电源驱动信号为高电平时，则有

V_o=(n-1)*V_i

其中，V_o为高压脉冲电源电路的输出电压为，n为电感L₁与L₂的匝比；

高压脉冲电源驱动信号为低电平时，则有