[发明专利]一种高压脉冲模块化水处理电源及其控制方法

说明书

本发明公开了一种高压脉冲模块化水处理电源及其控制方法，包括：A单元、第一～第2N SM单元、变压器、第一～第2N二极管、第一滤波器、第二滤波器，所述A单元为半桥模块的A单元或全桥模块的A单元，所述SM单元为半桥MMC模块；还包括输出电压误差计算环节，传递函数运算环节，载波环节，比较环节，延迟环节以及驱动信号产生环节。本发明能够减少开关器件应力同时抑制充电电流峰值，低压直流输入同时具有隔离功能，并且能够仅用一个电压传感器即可实现闭环控制生成双极性高压脉冲。

技术领域

本发明涉及变换器技术领域，尤其是一种高压脉冲模块化水处理电源及其控制方法。

背景技术

最近的研究证实了施加千伏幅度范围(1～100千伏)的高压脉冲，脉冲持续时间在纳秒和毫秒之间，就足以进行致命的电穿孔，从而对含有害微生物(如细菌和大肠杆菌)的水进行有效的消毒。

高压脉冲发生器有两个主要的类别，即：经典脉冲发生器和基于电力电子的脉冲发生器。主要的经典脉冲发生器包括Marx脉冲发生器，脉冲形成网络和Blumlein线。基于电力电子的脉冲发生器包括非基于MMC拓扑，基于MMC拓扑和混合拓扑，其中，非基于MMC拓扑又可分为开关电源，电容-二极管电压倍增器和固态Marx发生器。

专利申请号为(201710019493.7)公开了一种非基于MMC拓扑，通过更少的开关管和更多的控制来改善Marx脉冲发生器的结构，但该方法开关管的电流额定值并不相同，因此缺乏模块化；同时如果需要产生双极性脉冲，则在负载之间以差分连接时，需要使用两个相同的拓扑，因此缺乏通用性。

Luis Lamy Rocha等人2014年在IEEE Transactions on Plasma Science发表Multilevel High-Voltage Pulse Generation Based on a New Modular Solid-StateSwitch中提出了一种基于MMC的拓扑，该拓扑减轻了对高压开关的需求，并避免了非基MMC的脉冲发生器的串联连接，但主要限制为需要高压直流输入且MMC相臂只能产生峰值电压为高压直流输入一半的双极性脉冲，这些限制可由混合拓扑解决。

Mohamed A.Elgenedy等人2019年在IEEE Transactions on Power Electronics发表文章A Modular Multilevel Voltage-Boosting Marx Pulse-Waveform Generatorfor Electroporation Applications中提出了一种混合拓扑，虽然仅用一个电压传感器即可实现闭环控制生成双极性高压脉冲，但缺少必要的隔离功能，且升压级电压应力和充电电流峰值较大，对两级的器件选型要求较高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种能够减少开关器件应力同时抑制充电电流峰值，低压直流输入同时具有隔离功能，并且能够仅用一个电压传感器即可实现闭环控制生成双极性高压脉冲的一种高压脉冲模块化水处理电源及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高压脉冲模块化水处理电源，包括：A单元、第一～第2N SM单元、变压器、第一～第2N二极管、第一滤波器、第二滤波器，所述A单元为半桥模块的A单元或全桥模块的A单元，所述SM单元为半桥MMC模块；

所述半桥模块的A单元中第一电容C_L1首端同时连接V_in的正极和第一开关管Q₁的首端；第二电容C_L2的尾端同时连接V_in的负极和第二开关管Q₂的尾端；所述第一电容C_L1与所述第二电容C_L2的连接点与连接点E相连接；所述第一开关管Q₁与所述第二开关管Q₂的连接点与连接点D相连接；所述连接点D与变压器原边正极相连接；所述连接点E与变压器原边负极相连接；