控制串联谐振式臭氧发生器电源分析

设计与分析♦Sheji yu Fenxi低成本小功率臭氧发生器电源模块设计张青兰（常德技师学院，湖南常德415000）摘要:设计了一种低成本小功率臭氧发生器电源模块。

利用Royer电路结构简单的特点，对臭氧发生器的变压器及驱动单元进行改进，实现了模块化设计。

臭氧发生设备通过多模块组合方式，可以实现不同功率等级的输出。

理论仿真和实验样机测试均证明了该设计方案的可行性。

关键词:臭氧电源;沿面放电陶瓷片;高频谐振;升压变压器0引言现常常用与抗生素等，使得水体中的品，水产品的[1],一种低成本的水体方案。

臭氧的氧化性，可以 水和生物的结构，进，。

了，臭氧的氧化性可以使机，一可以止水的化，臭氧的理方案孔陶沿面放电技成用的臭氧生成方法，放电陶-（图1）利用沿面放电理，沿和陶面放电，电压对低得多，体，生等体，成臭氧叫臭氧发生器的压电源，电源了臭氧发生器的体。

对模，一使用LC 电源，不但需功率的IGBT及的驱动电路，还需的压升压变压器，成本较[4]o但对于普通户而言，需对而言没用需，且对成本较，为，本文设计了低成本小功率臭氧发生器电源模块，同时小模块组合应用，最终也可以实现大规模制气。

1放电陶瓷片模型臭氧陶作时的放电路径主由陶介质放电气隙构成，和常见的体等放电（如荧光灯）所区别，对于荧光灯而言，发光管内的气体被激发后始处等体态，在整个工作周期内，都处于辉光放电状态。

而臭氧陶对压放电，激发为等立体态，激励电压存在一个门槛电压在整个工作周期内，电路的充放电持续交替进行的。

臭氧发生器的激励电源的工作率特性，很上能臭氧陶在实际作时的电路模型，体可为两种情况，即低频模型（50〜10kHz）和高频模型（大于10kHz）霍当施加在臭氧陶的电压的率在50〜10kHz时，由于频率较低，整个激励周期中，沿面放电陶的放电与否界限明显。

当陶激励电压处于阈值电压&以下时，电周边的电场还未达体的，可以陶等效为电储能，由于放电陶的结构特殊，该电的介由两串联构成，即磁介"和介Cf当陶激励电压过阈值电压！＞，电周边的电场已经达气体的，气体被激发为等离子态，处稳定放电状态时隙间承的电压处平衡状态，可以等效为一个反向的双向齐管，等效为与输电压方向反的电压源。

基于DBD的双放电气隙臭氧发生器串联谐振特性研究作者：刘庆君,朱天宇,李勇,韦彪,李俊伟来源：《现代电子技术》2010年第21期摘要:根据臭氧发生技术的现状和发展趋势,对介质阻挡放电技术进行了介绍。

研究了工业型臭氧发生器等效电感及负载大小对电晕功率和其他电性能参数的影响,从而优化结构参数和工作条件。

在CF-G-3-1K型臭氧发生器上进行了实验研究。

研究分析表明,设计1.5 kg/h的臭氧发生器,相应的最佳参数为电压峰值为20 kV,电源频率为1 227 Hz,等效电感为0.9 mH。

关键词:臭氧发生器; 介质阻挡放电; 双气隙; 串联谐振; 电性能参数中图分类号:TN710-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)21-0165-04Characteristics of Series Resonant of Ozone Generator withDouble Discharge Air Gaps Based on DBDLIU Qingjun, ZHU Tian-yu, LI Yong, WEI Biao, LI Jun-wei(College of Mechanical, Hohai University, Changzhou 213022, China)Abstract: The technology of dielectric barrier discharge is introduced according to the current situation and development of ozone generating technology. The influence of equivalent induction and loads of industrial ozone generator on corona power and other parameters of electrical performance is researched to optimize the structural parameters and working condition. The experiment research on large ozone generator CF-G-3-1K was performed. The results of research and analysis indicate thatthe designed ozone generator can produce ozone by 1.5 kg/h, and the best corresponding parametersof the peak voltage, power supply frequency and equivalent induction are 20 kV, 1227 Hz and 0.9 mH.Keywords: ozone generator; dielectric barrier discharge (DBD); double discharge; series resonant; parameter of electrical performance0 引言臭氧即O3,它是氧气O2的同素异构体,组成元素相同,构成形态相异。

水处 理 ， 空 气净 化及 烟道气 体 中有 毒物 质 的去除 ， 医疗 器具 的消毒 杀 菌 等方 面 。 目前 ， 合 成 臭 氧 的方法 采用介 质 阻挡放 电 ， 具 有能耗 低 ， 单机 产量高 和易 于工业 现场 生产等 优点 。早期 的臭 氧发 生器 主要
采用 工频 升压 方式供 电 ， 由于臭 氧发生 器 的非线性 容 性负 载 特性 ， 这种 电路存 在 功 率 因数 低 、 向电 网注 人 大量谐 波 、 工作频 率低 和难 以大功 率等 缺点 。
第３ ５卷 第 １ 期
２ ０ １ ４ 年 ２月
河 南 科 技 大 学 学 报 ：自 然 科 学 版
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ： Ｎａ ｔ ｕｒ ａ ｌ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
提 供 了理 论 基 础 。
关键词 ： 介质阻挡放 电； 臭 氧 发生 器 ； 基波等效电路 ； ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ１ ３ １ 文献标志码 ： Ａ
０ 引 言
臭氧作 为一 种强 氧化剂 ， 具有 消毒 ， 杀菌 ， 脱色 等作用 ， 现 已广泛 应用 于食用 水 的净化 消毒 和工业 污
目前 ， 国内外研 究 串联谐振 式介 质 阻挡 放 电 （ Ｄ Ｂ Ｄ） 型臭 氧 发 生器 供 电电源 主要 集 中在 控 制 方 面 ，
没 有对 Ｄ Ｂ Ｄ型臭 氧发 生器工作 的各 个模 态进行 分 析 ， 然而 ， 对Ｄ Ｂ Ｄ负载特 性特 有 的充 电和放 电模态 的 分 析对 合理设 计 和优化 供 电电源参 数具有 很重 要 的意 义 。本 文分 析 了 Ｄ Ｂ Ｄ型 臭 氧发 生 器逆 变 电源 的 基 本原 理 ， 将 供 电 电源 等效 为正弦 波 电流源 ， 同时 深入 分析 了各 种模 态 的动态 特性 ， 提 出 了正 弦 波 电 流供 电 的基 波等 效 电路 ， 对 串联谐 振式 Ｄ Ｂ Ｄ型臭 氧发生 器逆 变 电源 的设计 具 有重要 意义 。

串联谐振感应加热电源逆变器负载状态分析
串联谐振型的感应加热电源在实际工作过程中，其工作状态是由逆变器的工作频率和负载设计而决定的，共有四个常见的负载状态。

为了帮助工程师更加全面的了解其运行负载状态，本文将会从该种类型的加热电源负载设计入手，为工程师解析其四个负载状态的具体工作情况。

 在这里我们以最基础的串联谐振加热电源为例，进行负载状态分析。

在整机保持正常工作的过程中，当处于小感性换流模式下时，串联谐振的加热电源逆变器工作频率会略高于谐振负载的固有谐振频率，即负载电流IH滞后于负载电压一个电角度φ，换流过程中各元件的电压、电流波形如下图所示。

从下图中我们可以看到，其中的参数tdead=t3-to为触发脉冲的死区时间，t4为负载电流的换向时刻。

触发脉冲的死区时间，t4为负载电流的换向时刻。

 
 小感性状态下换流模式电压、电流波形图
 接下来我们将会就串联谐振型DC-DC转换器的四个负载工作状态展开简要的分析。

其感性负载状态换流过程如下图所示：
 图为感性负载状态换流过程
 首先我们来看状态1，此时t在结束状态1的运行之后，逆变器进入状态2，此时t0在结束状态2的运行之后，谐振逆变器进入状态3，此时t2在结束状态3的运行之后，加热电源的谐振逆变器进入状态4，此时t>t4，谐振逆变器工作状态如上图中的图（d）所示。

从上图中我们可以看到，在t4时刻负载电流开始换向，二极管D2、D4截止，S2、S4开始流过负载电流。

由于换流是发生在同桥臂的快恢复二极管和开关器件之间，所以二极管没有反。