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基于空气电离的高压电源的研究与实现
资料介绍
现在随着科学技术的发展,高分子材料、微电子技术等新材料和新技术得到了越来越广泛的应用,此时静电所造成的危害也越发严重。然而人们也研究出了多种静电防护的方法,其中离子中和法是一种较常用的方法。这种方法需借助离子风枪、离子风棒等除静电设备产生的离子风来中和静电,而这些设备都需要一个最重要的部件——高压电源,该电源负责提供足够将空气电离的高电压。目前这些电源体积都较大,绝大部分电源都无法和气路一起内嵌于设备中。本文主要研究设计一种用于空气电离的,能够内嵌于离子风枪等除静电设备中的小型高压电源。
本文采用一种新型的变压器——压电变压器,来代替传统的变压器作为升压电路的核心元件。与传统变压器相比,压电变压器具有结构简单、体积小、重量轻、安全性高,无绕组,无电磁干扰无需电磁屏蔽;效率高,能量密度大,变比高等优点。通过对其工作特性的分析,知道压电变压器只有其输入电压频率为其谐振频率时,才能工作在最佳状态,得到最大变比和较高的效率,而其谐振频率会受到外界因数的影响发生变化,因此要使压电变压器能够稳定的输出,就需要为其设计有效的外围电路,其中包括逆变电路、倍压整流电路、反馈控制电路等。
本文中反馈控制电路采用了PFM与PWM联合控制的方式,首先使用PFM将输入压电变压器的电压频率调整到与其谐振频率一致,再利用PWM控制输入电压的占空比,从而控制压电变压器的输出电压大小。在控制电路设计时,选择了Atmage64单片机作为电源电路的主控芯片。倍压整流电路方面,本文对其相关原理进行了分析,选择了半波6倍压整流电路作为最后一级升压电路。整个电源电路设计了两个工作组,让这两个工作组交替工作,来实现在输出电极上输出1~60Hz可调的高压交流电。
最后根据研究的相关理论,设计了电路原理图、PCB板,并制作了用于调试、试的高压电源电路板,利用编程软件设计了一套完整的控制程序。并对电路中的关键控制信号和输出电压进行了调试。从而验证了相关理论的正确性和可行性。
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