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Up-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(BVceo),。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Se：磁芯窗口面積,，Po：臭氧發(fā)生片功率×1.3，Sc：磁芯截面面積(cm2),，U：直流供電電源電壓(V),，Bm：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：Id：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Up-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BVceo的要求也越高,。