液相放电等离子体脉冲电源设计

发布时间：2017-10-29 00:00

  本文关键词：液相放电等离子体脉冲电源设计

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【摘要】：脉冲电源是开关电源的一种,其电压或电流波形为脉冲状。高频脉冲电源有许多优良特性,可用于发生等离子体。等离子体可由气体放电和液体放电产生,具有较高研究价值。气体放电等离子体脉冲电源研究较为成熟；但对液体放电等离子体脉冲电源的研究相对较少；另外,现有的等离子体脉冲电源大多针对较大间隙电极结构,对可在小间隙电极结构中产生等离子体的脉冲电源的研究较少。论文设计了一种用于在间隙小于1 mm的电极结构下实现液相放电的等离子体脉冲电源。根据相关文献及理论分析,确定电源的输出电压幅值范围为50 V-300 V,频率为50 kHz-100 kHz,低电平为负值。电源可通过独立键盘分档位调节电压,根据输出电压的不同,设置了“低功率”、“高功率”两按钮和“低压”、“正常”两工作模式,工作模式可根据不同等离子体电极结构被自动确定。电源分模拟电路和数字电路两部分,模拟电路分三个模块进行设计,分别为：整流滤波模块、直流一直流(DC-DC)模块和逆变模块。论文分析了DC-DC模块的工作模式,确定了临界电感值,设计了DC-DC模块的高频变压器。论文中,DC-DC模块通过电压反馈实现闭环控制,逆变模块由开环调节占空比；两模块的拓扑结构均为全桥,主控芯片均为UC3525,并用IR2113实现浮地驱动。数字电路部分以单片机AT89S52为核心,基于C语言程序和电路,控制A/D芯片实现电极识别,控制数字电阻X9C103实现按键调压,控制数码管实现档位显示。在完成原理图设计基础上,采用Saber软件仿真了模拟电路,完成了直流、时域及频域分析,Saber的仿真结果较理想,输出纹波电压和总谐波失真比较小；用Proteus软件仿真了数字电路及控制程序,仿真结果达到设计预期目标。基于仿真结果,借助Protel软件绘制了印制电路板(PCB),给出了电路的调试计划。上述工作为建立液相放电等离子体研究装置,进而开展液相放电等离子体理论与应用研究提供了条件。
【关键词】：脉冲电源 等离子体 DC-DC模块 UC3525 Saber
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86;O531
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题背景和研究意义9-12
• 1.2.1 等离子体及其产生方法9-10
• 1.2.2 脉冲电源及其工作原理10-12
• 1.3 脉冲电源的发展历史和应用现状12-16
• 1.3.1 国外发展历史12-13
• 1.3.2 国内发展历史13-14
• 1.3.3 脉冲电源的发展趋势14-15
• 1.3.4 脉冲电源的应用现状15-16
• 1.4 当前研究存在的问题16
• 1.5 本文的研究目标及研究内容16-18
• 2 脉冲电源整体结构设计18-21
• 2.1 电源的指标参数18-19
• 2.1.1 确定电源的电压和频率18-19
• 2.1.2 确定电源的功能要求19
• 2.2 总体方案19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 模拟电路设计21-62
• 3.1 模拟电路的模块化21-22
• 3.1.1 电路模块化的意义21
• 3.1.2 模拟电路部分的模块化21-22
• 3.2 整流滤波电路22-26
• 3.2.1 整流滤波电路总体结构22-23
• 3.2.2 EMI滤波器23-24
• 3.2.3 整流电路与滤波电容24-25
• 3.2.4 整流滤波电路的保护25-26
• 3.3 DC-DC模块26-55
• 3.3.1 电路拓扑结构26-29
• 3.3.2 变压器及其原边电路29-36
• 3.3.3 电路的工作模式及电感36-43
• 3.3.4 滤波电容43-44
• 3.3.5 输出整流电路44
• 3.3.6 PWM发生电路44-51
• 3.3.7 驱动电路51-55
• 3.4 逆变电路55-58
• 3.4.1 逆变模块主电路56
• 3.4.2 逆变模块控制电路56-58
• 3.5 过流保护电路设计58-61
• 3.5.1 DC-DC模块的过流保护电路59-60
• 3.5.2 逆变模块的过流保护电路60-61
• 3.6 本章小结61-62
• 4 数字电路设计62-75
• 4.1 数字电路部分的总体结构62-64
• 4.2 硬件电路64-69
• 4.2.1 电极识别部分电路64-66
• 4.2.2 按键调压部分电路66-68
• 4.2.3 显示部分电路68-69
• 4.3 控制程序69-74
• 4.3.1 电极识别程序69-70
• 4.3.2 按键调压程序70-72
• 4.3.3 显示部分程序72
• 4.3.4 初始化程序72-73
• 4.3.5 主程序73-74
• 4.4 本章小结74-75
• 5 电源的仿真及PCB设计75-89
• 5.1 模拟电路仿真75-82
• 5.1.1 时域分析75-81
• 5.1.2 频域分析81-82
• 5.2 数字电路仿真82-86
• 5.2.1 电极识别部分仿真82-84
• 5.2.2 按键调压及显示部分仿真84-86
• 5.3 PCB设计及调试86-88
• 5.3.1 PCB设计86-88
• 5.3.2 电路调试88
• 5.3 本章小结88-89
• 结论89-91
• 参考文献91-94
• 致谢94-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 祁泽武;张伟;张鹏飞;许海鹰;;低频高压脉冲放电水处理电源设计[J];电力电子技术;2014年12期

2 纪宗南;;高精度的数字电位器X9C103[J];集成电路应用;1999年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 郝宇，

本文编号：1110484