脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计

脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计

作者：陈志波

来源：《中国新通信》 2018年第10期

【摘要】我国对于润滑油的消费需求非常大，但由于润滑油在使用过程中会有水分和其它杂质的掺入，会导致润滑油的理化性能下降成为废润滑油，在各种废润滑油净化脱水的常见方

法中，静电破乳脱水方法具有高效、处理量大、快速的优点，在实践中得到了广泛的应用。本

论文通过脉冲破乳的验证试验和高压静电破乳的原理提出高压脉冲进行破乳需要的条件设计一

台电源输出幅值、频率和脉宽都可调的高压脉冲电源。采用单片机控制PWM 调制芯片IR2101

的方法，改变全桥逆变电路的工作状态, 得到稳定的脉冲输出波形。

【关键词】高压脉冲电源单片机幅值脉宽频率可调

一、硬件电路设计

1.1 电源电路

系统电源主要分两部分：直流可调电源和辅助电源。其中直流可调电源为逆变回路供电，

该电源输入全桥逆变电路经DC-AC 变换得到双极性脉冲电压作为升压变压器初级绕组输入电压。辅助电源则是为其他部分电路供电。

1.2 脉冲形成回路及其驱动电路

电源输出电压经全桥逆变回路逆变为双极性脉冲电压后输入到升压变压器。

为增强驱动能力，使MOS 管能够迅速打开与关断，其驱动芯片选用的是IR 公司的IR2101，两片IR2101 进行分离式驱动，控制核心电路输出四路PWM 信号经光耦隔离分别输入到两个

IR2101 的输入端

全桥逆变电路采用改进的有限双极性控制方式控制两个桥臂的开关管。每个桥臂的高端侧

按PWM 方式工作，两个脉冲相差半个周期，底端侧两个开关管分别轮流导通半个周期。

1.3 输出电压控制电路

电源在工作过程中，当输入输出的条件变化时，电源应具备自动调节的功能。这就要求电

源的控制电路具有稳定输出的功能。控制电路应能对主电路的输出电压进行检测，然后将检测

值同设定的参考值相比较得出误差值，利用该误差值进行一定计算和处理后去控制主电路，使

输出值不断的接近设定值，从而达到稳定输出的目的。输出高压幅值大小是通过调节直流可调

电源输出电压即升压变压器输入级电压来实现的。

1.4 隔离电路

为降低输出级高压大电流对控制核心芯片的干扰，系统还对数字部分与模拟部分进行了光

电隔离。

1.5 键盘输入电路和液晶接口电路

设计了六个键盘按钮，第一个设置输出脉冲的幅度，第二个设置输出脉冲的频率，第三个

输出脉冲的占空比，第四个为修改按钮，第五个为多功能复用按钮，第六个为开始按钮，以完

成对输出参数的设定。

当用户通过键盘设定脉冲参数时，在液晶同步显示设定的参数值，并且通过电压和电流传

感器检测的原边电压和电流也能得到显示，当用户对设定的参数进行修改时，程序控制单片机

引脚输出低电平，多路选择器的引脚得到导通，此时可以在液晶显示屏上显示数值设定界面。

二、软件部分的设计

软件中设计主要是利用主电机作为一个反馈信号来控制净油设备上的电压。

假如在机器被人工停机后，高压控制板检测到主电机停止运作，那就不在高压设备上加电压，当检测到主电机再次运行的时候，高压控制板就会尽快的提高电压到停机之前的电压，形

成这样的小循环。

系统整体程序要对控制全桥逆变电路的输出脉冲进行控制，要控制PWM 输出脉冲的幅度、

占空比和频率三个电场参数。

系统上电后，键盘输入设定的输出脉冲的三个参数，然后通过电压电流传感器对电压电流

进行检测并显示在液晶显示屏上，程序包括PWM 脉冲产生程序、A/D 转换程序、过压过流保护

程序、键盘输入程序和液晶显示程序。

三、结论

本文采用脉冲变压器升压的方案研发可控的高压脉冲电源。采用全桥逆变加脉冲变压器升压，利用IGBT 或MOSFET 开关管的工作特性产生具有陡峭上升沿的脉冲。

这种脉冲成形电路的优点是降低了初级电路的设计难度，与脉冲倍压发生器相比，可得到

相对理想的可控方波脉冲波形。

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