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臭氧电源
阅读:89时间:2021-01-12 17:21:25

    沿面放电陶瓷片是目前广泛使用的一种臭氧发生元件。与之配套的驱动电源普遍采用自激式电路。

普通自激式电路结构简单、成本较低,但存在以下缺陷

    1)工作频率不稳定;
    2)输出高频电压随输入交流电压变化。
    本文介绍的臭氧电源采用他激式电路,设计有EMI滤波电路、PFC电路,有过流、过热、过压保护等功能,还采用了稳压稳流措施,输出功率稳定。具有效率高、产气量高、工作稳定等特点。

工作原理概述

    工频市电220V经EMI滤波后送入桥式全波整流电路,整流后进入Boost电路,在PFC电路的作用下,以临界不连续导电模式(DCM)进行工作,输出375V左右的直流稳定电压。同时使输入电流跟随输入电压正弦变化,功率因数达到0.97以上,大大减少了谐波电流对电网的污染。PFC电路还起稳压作用。
    PFC电路输出的3.75V直流稳定电压,供给频率一功率变换器电路,输出20kHz左右的高频方波,经高压变压器,加到沿面放电陶瓷片臭氧发生元件。负载电容与高压变压器的漏感发生谐振,产牛峰峰值约为7kV的准正弦波高压,使氧分子电离而产生臭氧。
    为了保证臭氧产量的稳定,采用了电流、电压反馈调节,以稳定输出功率。
    为提高电源工作的可靠性,设计了完善的保护电路。直流电压过压保护由PFC电路完成;输出电压、电流的采样信号和机内温度信号送人保护电路与限定值进行比较,当其超限时,保护电路会及时动作,使电源停止工作。

EMI滤波器

    EMI滤波电路如图在AC220V电源的输入端,接入的C1、C2、C3、LT1组成EMI滤波电路。其作用是抑制来自电网的电磁干扰,同时对电路自身产生的电磁干扰起衰减作用,防止其干扰其他用电设备。

有源PFC电路

    PFC电路采用FAN7527B作控制芯片。在输入电压为160~260V时能输出375V的稳定直流电压,使高频变压器初级电压保持不变,消除了电网电压波动对高频输出的影响。

主电路和控制电路

    采用半桥电路。控制电路包括驱动信号发生器、PI调节器及保护电路等。
    驱动信号发生器采用专用芯片,外接R、C的值决定驱动信号的频率。由于陶瓷片两端所加电压的频率越高,放电电压越低,所以,该电路在供电后先输出大约5s左右的高于正常工作频率的两路驱动信号,使半桥电路工作,用于启动陶瓷片,防止陶瓷片在冷态时突然加入高压而损坏。
    保护电路由电压比较器组成。在正常情况下,从外电路检测到的温度信号和电流、电压信号送入控制板上的比较电路,当检测信号未超出允许范围时,控制电路正常丁作。当检测值超出允许范围时,比较器输出的信号将使驱动信号发生器停止工作。当温度降低到允许值以下时,电路自动恢复工作。当检测到过流、过压时,电路停止工作,须重新上电才能恢复工作。
    输出电流、电压的采样信号送到PI调节器,产生误差信号去控制变换器的频率,从而稳定电源的输出功率,达到稳定产气量的目的。实验证明,陶瓷片两端所加电压略高于起晕电压能提高效率和稳定性,因此,稳定工作电压和工作电流是必要的。

负载特性

    沿面放电陶瓷片是利用陶瓷介质表面上的沿面放电,产生低温等离子体来实现臭氧发生功能的元件。电极分别布置在陶瓷基片的两边。当两电极间所加的高频正弦交流电压大于临界起晕电压时,在放电电极的表面上产生电晕放电。
    陶瓷片在未放电时表现为纯电容性质,介质表面充电面积越大,等效电容越大。当放电时,器件表现出电阻和电容双重特性。
    陶瓷片在放电时有以下两个特点。
    1)供电频率相同吋,陶瓷片的放电能量和放电发光长度随两端电压峰峰值(Vpp)的增大而增加,即Vpp越大,臭氧产量越高,但是,陶瓷片放电时能量密度较高,放电越强烈,温升越高,温度的升高反过来会降低臭氧产量。另外,Vpp太高有可能使陶瓷基片击穿损坏。所以,必须将Vpp控制在一定的范围内。
    2)陶瓷片的临界起晕电压是供电频率的函数,供电频率越高,临界值越低。所以,在高频的条件下陶瓷片具有更低的起始工作电压,有利于臭氧产率的提高。
    陶瓷片的上述两个特性要求与其匹配的供电电源必须具备较高的工作频率和适当的Vpp,这样才能保证陶瓷片高效、可靠地工作。同时,为了使臭氧产量稳定,供电电源的输出功率应该保持恒定。

结语

    本文介绍的陶瓷片臭氧电源具备EMI滤波电路、PFC电路,可有效抑制来自电网的干扰,符合有关标准规定的交流输入电流谐波含量限制要求,功率因数大于0.97;采用了稳压稳流措施,保证臭氧产量的稳定,延长了臭氧发生元件的使用寿命;振荡电路工作在20kHz左右,臭氧产率高,效率达90%以上。对比试验表明,在同等条件下使用该电源吋臭氧产量是使用普通自激式电源的1.8倍,而功耗是自激式电源的70%。在大、中型臭氧产品中使用可降低产品成本,节省安装空间。

试验结果

    在同等条件下,即气源为空气;流量为10L/min;负载为2片50mmx90mm陶瓷片并联;散热方式为强制风冷时,和普通自激式电源对比测试,结果如下:
    1)产气量使用该电源吋,工作稳定后臭氧产量为1.98g,使用自激式电源的产气量为1.08g;
    2)产气量的稳定性使用该电源时,开机连续工作30min后臭氧产量下降不到5%,而普通自激式电源产气量下降20%;
    3)功耗使用该电源时功耗为75W,自激式电源功耗为11OW。

调试

    连接好的臭氧电源经过细心调试可以发挥它的大潜能,做到长期稳定的工作。1先认识四只电位器。频率调整电位器:为10k实芯电位器,紧靠加密盒,固定在电路板上。
    符号(f),正时针频率高,反时针频率低,总电流为大值时,频率为佳点,(通过自动调宽电位器保持额定电流)
    宽度调整电位器:宽度调整电位器:为4.7k实芯电位器。固定在电路板上。
    符号(TK)正时针宽度大(总电流大)反时针宽度小(总电流小)当电流过大,电路保护时,关机,将宽度电位器略微调小,开机。配合自动调宽电位器,自动调宽电位器逐渐关小,宽度电位器逐渐开大,直至大(不超过额定电流)
    宽度微调电位器:宽度微调电位器为1k_1.5k/1w转柄电位器固定在机壳面板上,调整电路时,首先把他正时针开到大值。

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    自动调宽电位器:自动调宽电位器:为10k实芯电位器,离高压包较近。固定在电路板上。
    符号(ZDK),开始时,自动调宽电位器顺时针开到大。在保护点范围内,逐渐开大内调宽电位器并逐渐关小自动调宽电位器,直至,调宽电位器大,自动调宽电位器小到一定程度,以达到额定电流为度。
    故障保护电位器:为200欧姆实芯电位器。固定在电路板上。
    符号(BH)开始反时针放到小值,逐渐开大调宽电位器,使出现保护。正时针调大保护电位器30度角,重启。再调大宽度,再调大保护30度角,再重启。直至保护点为额定电流质的1.2倍。
    调整过程:2调整过程:A试运行。检查电路连接确实无误,在交流输入端,一定要串联匹配的电流表。
    ~220V
    电流表电路板负载

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    交流电流表一定要用磁电式
    水路连接完好,并且水路中应有水在流动,确保调试过程中功率管散热良好。将自动调宽电位器正时针调到大,其余所有电位器(包括面板上的手动调宽电位器)反时针调到小。开启电源,此时,电流表指示应远小于电路工作正常值。细心听取,应该有发生器工作时所固有的沙沙声。否则,应检查电路连接。检查电路连接时应首先关掉电源。
    正常工作电流的调整。将手动电位器正时针调到大;宽度电位器(4.7k)徐徐开大,使电流表指针达到正常值,此过程中电路如果出现保护(蜂鸣器啸叫,电流表指示降为零),先关掉电源,再将故障保护电位器(200欧姆)顺时针慢慢开大一些(30度角),开启电源再试,如果还出现故障保护,就将故障保护电位器再开大一些,重复上述动作,直至电流在正常范围内电路不再出现保护性动作,调动宽度调整电位器,使电流表指示达到正常值。如果电流调不到正常工作值,可将频率调整电位器(10k)适当开大,直到调出电流的正常值。频率调整电位器的锁定点应该在电流峰值点,峰值点大于或小于额定电流,用自动调宽电位器进行校正。
    调整保护点。
    这一过程很重要,关系到电路的安全使用。方法是:在工作电流额定的情况下,将故障保护电位器正时针开到大,徐徐开大宽度调整电位器,使指示电流为额定工作电流的1.2倍,再反时针徐徐调整故障保护电位器刚好使

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    过流保护,总电流超过保护点电路自动关机。不可预测的停断冷却水,IGBT超过摄氏65度,电路自动关机。臭氧电源正常调整后的正常使用的情况下应该说可以使用相当长的时间,01年到09年的电源到现在仍然工作良好。但调整不当时(失去保护),一改锥,毫秒级,就可以捅出几百到几千伏。所以,调整好的整机,用户千万不要动电路板的实心电位器,尤其是(BH)保护电位器。
    臭氧电源的故障检测和简单维修电源在正常使用时,极少出现问题,极少问题当中发现的:
    a电流减小。发生器气路中进水,解决的方法把连接发生器气嘴的气管拔掉,水放出。重新开启电源,电路恢复正常。发生器玻管断裂,当发生器玻管断裂时,总电流表的指数也减小,这时,电路如果正在工作,可发现玻管断裂处明显跳火,关掉电源,断开断裂玻管的高压线,开启电源,整个发生器可照常工作(指多根玻管),拧开活接头,换上新玻管。
    当输入的氧气带有压力,总电流表指数可能有变化,此现象并非故障,如果电流增大,可以用外部面板电位器调小,如果减小,可配合内部自动调宽电位器将电流调到正常值。

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    在个别情况下,由于不正当地调整了电路板,造成保险丝熔断,换上新的保险丝,立即熔断。这就说明,故障扩大了,此时,要检查的有两项内容。IGBT功率管和给IGBT功率管钳位的稳压管。
    IGBT功率管的简单测量方法如下:GBT功率管的简单测量方法如下1准备一块万用表并拨到X10K电阻当。红表笔接E,黑表笔接C,用手指连接EG,IGBT管子截止。用手指连接CG,IGBT导通。有上述功能的,表示被测IGBT管导通关闭功能良好,否则,IGBT管已经损坏。
    功率热敏电阻的检查,功率热敏电阻的检查功率热敏电阻串接在电路的输入端,元片竖立安装,判断他的完好是不断路。取样电阻的检查,取样电阻50W以上全部采用水泥电阻,一般阻值在零点几欧到两欧,他的完好标准是不断路。如果取样电阻断路,光耦合器MOC3021也很可能损坏,在没有测试条件的情况下,应该环一个同型号新的。

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