专利名称：基于全plc控制的高压脉冲电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于全PLC控制的高压脉冲电源，属于脉冲功率技术领 域。
背景技术：
近年来，高压脉冲电源广泛应用于等离子体表面处理、废水和烟雾处理、半导 体制造等领域，电源的稳定性、可靠性有了长足进步。与此同时，为了简化电源使用时 繁琐的操作流程以及避免一些很难通过人工来实现的工艺参数的调节，例如特定时间 内电压的线性加载、长时间内多步骤的流程控制等，迫切需要电源具有稳定可靠的智能 控制系统。高压脉冲电源主要由初始能源、调功系统、储能单元、开关、触发控制回路和 负载组成，其中，触发控制回路和开关是最为核心的部分。触发控制回路为开关器件提 供开关信号，从而形成高压脉冲，通过改变触发控制回路中触发信号的开关频率和每次 开通的时间，最终实现输出高压脉冲频率和脉宽的调节，触发控制回路中的稳定性直接 关系到整个电源系统的好坏。早一代高压脉冲电源的触发控制回路部分完全由分立电子元器件的搭建来实 现，这种控制模式虽然能够实现稳定的高压脉冲输出，但其最大的缺点在于操作界面不 够友好，例如手动旋钮式频率、脉宽等参数的调节及模拟表参数的显示，这样就很难实 现对各参数精确地显示和重复调节。另外，若要实现电源自身的一些自锁和保护功能， 就造成控制继电器较多，辅助电路较复杂，大大增加了整个电源系统的复杂性，降低了 可靠性。随着单片机技术的发展，已有一些高压脉冲电源采用单片机为主控芯片，加上 一些外围电路来实现触发控制，这类高压脉冲电源的参数一般采用键盘设定并用LCD显 示，克服了上述全分立组件控制电源的弊端，中国专利《一种脉冲高压电源》，专利号 为200420031116.3，授权公告号为CN2710252Y，授权公告日为2005年7月13日，公开 了一种脉冲高压电源，该专利提出用单片机控制作为触发电路的控制核心，但由于高压 脉冲电源系统空间辐射和高压脉冲的传导干扰较强，给单片机控制系统的抗干扰设计带 来一定的困难。可编程逻辑控制器PLC是一种常用的自动控制工具，具有可靠性高，抗干扰能 力强等优点，它具有I/O控制、DA/AD转换、PWM输出等功能，功能较为固化，软件 采用梯形图语言，易于掌握，二次开发的周期相对较短，配合触摸屏的使用，能很方便 地实现各个参数的显示和调节，为其在高压脉冲电源触发控制中的应用提供了便利的条 件，但由于PLC运算速度相对较慢，要通过其I/O输出微秒量级、脉宽和频率同时连续 可调的触发脉冲，实现短脉冲高压电源的控制显得力不从心，因此大大限制了 PLC在高 压脉冲电源系统中的应用。
实用新型内容本实用新型的目的是为了解决现有高压脉冲电源的单片机控制系统抗干扰能力 差及其主电路的原始体积大的问题，提供一种基于全PLC控制的高压脉冲电源。本实用新型由供电电源回路、主回路和控制回路组成，供电电源回路由主电路EMI滤波器、三相整流桥电路、主电路滤波电容、全桥 逆变器和升压变压器的初级线圈组成，主回路由升压变压器的次级线圈、高频高压硅堆整流电路、充电限流电阻、储 能电容、空心电感、负载放电限流电阻、真空四极管、灯丝电源、充电二极管、下拉电 阻、电容分压器和栅极电路组成，主电路EMI滤波器的输入端连接外部380V工频供电电源，主电路EMI滤波器的 输出端连接三相整流桥电路的输入端，三相整流桥电路的输出端连接主电路滤波电容的 输入端，主电路滤波电容的输出端连接全桥逆变器的输入端，全桥逆变器的输出端连接 升压变压器的初级线圈，升压变压器的次级线圈连接高频高压硅堆整流电路的输入端， 高频高压硅堆整流电路的第一输出端接地，高频高压硅堆整流电路的第二输出端连接充 电限流电阻的一端，充电限流电阻的另一端与脉冲电源的负载连接端之间串联储能电容，充电限流电阻的另一端与真空四极管的阳极之间串联空心电感和负载放电限流 电阻，灯丝电源给真空四极管的阴极灯丝供电，真空四极管阴极的一端连接脉冲电源的 负载接地端，栅极电路用来给真空四极管的一栅、二栅供电；脉冲电源的负载连接端和脉冲电源的负载接地端之间并联有充电二极管、下拉 电阻和电容分压器，其中充电二极管的阳极连接脉冲电源的负载连接端，充电二极管的阴极连接脉冲电 源的负载接地端；控制回路包括可编程逻辑控制器、逆变控制电路、四极管栅极触发控制电路、 人机界面、过流保护电路、电压检测电路和电流传感器，电压检测电路用于检测电容分压器低压端的电压，电压检测电路的输出端连接 可编程逻辑控制器的电压信号输入端；电流传感器用于检测所述主回路的电流，电流传感器的输出端连接过流保护电 路的输入端，过流保护电路的过流信号输出端连接可编程逻辑控制器过流信号输入端；可编程逻辑控制器的触发信号输出端连接四极管栅极触发控制电路的触发信号 输入端，四极管栅极触发控制电路的电流信号输入端连接过流保护电路的电流信号输出 端，四极管栅极触发控制电路的触发信号输出端连接栅极电路的触发信号输入端，可编程逻辑控制器的逆变控制信号输出端连接逆变控制电路的逆变控制信号输 入端，逆变控制电路的逆变信号输出端连接全桥逆变器的逆变信号输入端；可编程逻辑控制器的显示信号输出端连接人机界面的输入端，人机界面的输出 端连接可编程逻辑控制器的控制信号输入端。本实用新型的优点是本实用新型以可编程逻辑控制器PLC为控制核心来产生 瞬间高压脉冲，实现了高压电源的智能控制。由于可编程逻辑控制器自身具有可靠性高 及抗干扰能力强等优点，使本实用新型所述电源具有强抗干扰能力。它的人机界面友好，可以方便地设定和显示电源的各工作参数，并对电源的工作状态实时监控，发现故 障能及时提示报警，大大提高了电源的可靠性和安全性。主回路采用真空四极管作为高 压主开关，稳定可靠地实现了高压脉冲的调制。它的各部分供电电路都采用全桥逆变结 构，大大减小了电源系统的体积和重量。整个高压脉冲电源具有操作简单、方便，性能 稳定可靠等优点，适用于离子注入、废水处理及等离子体电解沉积等领域。
图1为本实用新型的电路原理框图；图2为栅极电路的电路原理框图；图3为本实用新型的工作原理框图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式由供电电源回 路、主回路和控制回路组成，供电电源回路由主电路EMI滤波器1-2、三相整流桥电路1_3、主电路滤波电容 1-4、全桥逆变器1-5和升压变压器1-6的初级线圈组成，主回路由升压变压器1-6的次级线圈、高频高压硅堆整流电路1-7、充电限流电 阻1-8、储能电容1-9、空心电感1-10、负载放电限流电阻1-11、真空四极管1-12、灯丝 电源1-13、充电二极管1-14、下拉电阻1-15、电容分压器1-16和栅极电路1_17组成，主电路EMI滤波器1-2的输入端连接外部380V工频供电电源1_1，主电路EMI 滤波器1-2的输出端连接三相整流桥电路1-3的输入端，三相整流桥电路1-3的输出端连 接主电路滤波电容1-4的输入端，主电路滤波电容1-4的输出端连接全桥逆变器1-5的输 入端，全桥逆变器1-5的输出端连接升压变压器1-6的初级线圈，升压变压器1-6的次级 线圈连接高频高压硅堆整流电路1-7的输入端，高频高压硅堆整流电路1-7的第一输出端 接地，高频高压硅堆整流电路1-7的第二输出端连接充电限流电阻1-8的一端，充电限流电阻1-8的另一端与脉冲电源的负载连接端A之间串联储能电容1-9，充电限流电阻1-8的另一端与真空四极管1-12的阳极之间串联空心电感1-10和 负载放电限流电阻1-11，灯丝电源1-13给真空四极管1-12的阴极灯丝供电，真空四极管 1-12阴极的一端连接脉冲电源的负载接地端T，栅极电路1-17用来给真空四极管1-12的 一栅、二栅供电；脉冲电源的负载连接端A和脉冲电源的负载接地端T之间并联有充电二极管 1-14、下拉电阻1-15和电容分压器1-16，其中充电二极管1-14的阳极连接脉冲电源的负载连接端A，充电二极管1-14的阴极 连接脉冲电源的负载接地端T；控制回路包括可编程逻辑控制器2-1、逆变控制电路2-2、四极管栅极触发控制 电路2-3、人机界面2-4、过流保护电路2-6、电压检测电路2-7和电流传感器2-8，电压检测电路2-7用于检测电容分压器1-16低压端的电压，电压检测电路2_7 的输出端连接可编程逻辑控制器2-1的电压信号输入端；电流传感器2-8用于检测所述主回路的电流，电流传感器2-8的输出端连接过流保护电路2-6的输入端，过流保护电路2-6的过流信号输出端连接可编程逻辑控制器2-1 过流信号输入端；可编程逻辑控制器2-1的触发信号输出端连接四极管栅极触发控制电路2-3的触 发信号输入端，四极管栅极触发控制电路2-3的电流信号输入端连接过流保护电路2-6的 电流信号输出端，四极管栅极触发控制电路2-3的触发信号输出端连接栅极电路1-17的 触发信号输入端，可编程逻辑控制器2-1的逆变控制信号输出端连接逆变控制电路2-2的逆变控制 信号输入端，逆变控制电路2-2的逆变信号输出端连接全桥逆变器1-5的逆变信号输入 端；可编程逻辑控制器2-1的显示信号输出端连接人机界面2-4的输入端，人机界面 2-4的输出端连接可编程逻辑控制器2-1的控制信号输入端。本实施方式中人机界面2-4可采用触摸屏控制，它的操控界面友好，可以方便 地实现各个参数的显示和调整。图1中380V工频供电电源1-1为三相供电电源，主电路EMI滤波器1_2能够 抑制高频干扰，三相整流桥电路1-3用来将三相交流电变成三相直流电，主电路滤波电 容1-4起平波作用，全桥逆变器1-5可采用四个IGBT组成，将直流斩成高频脉冲，下拉 电阻1-15用于脉冲关断时，释放回路电缆的寄生电容和容性负载残存的电荷，控制高压 脉冲拖尾时间，电容分压器1-16用于检测负载3的电压，逆变控制电路2-2用来控制逆 变桥开关工作占空比，实现调功调压，栅极电路1-17用于给真空四极管1-12的一栅、二 栅供电，四极管栅极触发控制电路2-3通过控制栅极来实现对真空四极管1-12的通断控 制，故障监控电路2-5用于实时监测真空四极管1-12的栅极和灯丝工作状态，发现异常 立即向PLC发出故障处理请求，过流保护电路2-6，根据实时监测到的电流判断是否过 流，如过流立即关断四极管栅极触发控制电路2-3，并报警提示，同时将处理后的过流信 号传送给PLC，如长时间过流，则由PLC执行关机程序，电压检测电路2-7将检测到的 电压处理后传送给PLC，并可由触摸屏显示，同时PLC还将该检测到的电压值与预设定 的电压值进行比较，再根据比较后的误差大小控制全桥逆变器1-5的工作占空比，实现 闭环恒压控制。
具体实施方式
二下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对实 施方式一的进一步限定，所述栅极电路1-17由栅极EMI滤波器1-17-2、栅极整流桥 1-17-3、栅极滤波电路1-17-4、二栅逆变桥1-17-5、二栅变压器1_17_6、二栅高频整流 桥1-17-7、二栅阻容滤波电路1-17-8、二栅限流电阻1-17-9、一栅负逆变桥1_17_10、 一栅负变压器1-17-11、一栅负高频整流桥1-17-12、一栅负阻容滤波电路1-17-13、 耦合电阻1-17-14、一栅负限流电阻1-17-15、一栅正逆变桥1_17_16、一栅正变压器 1-17-17、一栅正高频整流桥1-17-18、一栅正阻容滤波电路1_17_19、一栅正限流电阻 1-17-20、脉冲变压器1-17-21和栅极IGBT1-17-22组成，栅极EMI滤波器1-17-2的输入端连接外部220V工频供电电源，栅极EMI滤波 器1-17-2的输出端连接栅极整流桥1-17-3的输入端，栅极整流桥1-17-3的输出端连接 栅极滤波电路1-17-4的输入端，二栅逆变桥1-17-5的输入端、一栅负逆变桥1-17-10的 输入端及一栅正逆变桥1-17-16的输入端均与栅极滤波电路1-17-4的输出端连接；[0044]二栅逆变桥1-17-5的输出端连接二栅变压器1-17-6的初级线圈，二栅变压器 1-17-6的次级线圈连接二栅高频整流桥1-17-7的输入端，二栅高频整流桥1-17-7的输 出端连接二栅阻容滤波电路1-17-8的输入端，二栅阻容滤波电路1-17-8的第一输出端接 地，二栅阻容滤波电路1-17-8的第二输出端与栅极电路1-17的二栅输出端P之间串联二 栅限流电阻1-17-9，栅极电路1-17的二栅输出端P用来给真空四极管1-12的二栅供电；一栅负逆变桥1-17-10的输出端连接一栅负变压器1-17-11的初级线圈，一栅负 变压器1-17-11的次级线圈连接一栅负高频整流桥1-17-12的输入端，一栅负高频整流 桥1-17-12的输出端连接一栅负阻容滤波电路1-17-13的输入端，一栅负阻容滤波电路 1-17-13的第一输出端接地，一栅负阻容滤波电路1-17-13的第二输出端与栅极电路1_17 的一栅输出端Q之间串联耦合电阻1-17-14和一栅负限流电阻1-17-15，栅极电路1-17 的一栅输出端Q用来给真空四极管1-12的一栅供电；—栅正逆变桥1-17-16的输出端连接一栅正变压器1-17-17的初级线圈，一栅 正变压器1-17-17的次级线圈连接一栅正高频整流桥1-17-18的输入端，一栅正高频整 流桥1-17-18的输出端连接一栅正阻容滤波电路1-17-19的输入端，一栅正阻容滤波 电路1-17-19的第一输出端接地，一栅正阻容滤波电路1-17-19的第二输出端与栅极 IGBT1-17-22的集电极之间依次串联一栅正限流电阻1_17_20和脉冲变压器1-17-21的初 级线圈，脉冲变压器1-17-21的次级线圈与耦合电阻1-17-14相关联，栅极IGBT1-17-22 的发射极接地，栅极IGBT1-17-22的栅极是栅极电路1_17的触发信号输入端。本实施方式中采用真空四极管1-12作为主开关，具有耐压高、可靠性好等特 点，它的控制栅极，一栅电压通过一栅负逆变桥1-17-10的通断来控制，实现脉冲的调 制，而一栅负逆变桥1-17-10则是由PLC控制的触发信号控制通断。本实用新型中主回 路和真空四极管1-12的二栅、一栅电路都采用全桥逆变结构，栅极电压调节方便，并且 大大减小了整个系统的体积和重量。本实施方式中的栅极电路1-17采用外部220V工频供电电源1-17-1供电，所述 220V工频供电电源1-17-1为单相供电电源，二栅逆变桥1-17-5可采用四个IGBT组成， 栅极IGBT1-17-22，用来控制真空四极管1_12的一栅脉冲电压。一栅抑制电压一般范围 为-950V -450V，而一栅导通电压范围为+40V +400V，当栅极IGBT1-17-22在触 发信号控制下导通时，一栅的正、负两个电源的耦合作用，使得真空四极管1-12导通。供电电源回路部分三相380V工频供电电源1-1经过主电路EMI滤波器1-2滤波后，由三相整流桥 电路1-3整流，再由主电路滤波电容1-4滤波后供给全桥逆变器1-5，全桥逆变器1-5将 直流电压斩成方波后由升压变压器1-6升压，然后给主回路部分供电。主回路部分首先将负载3连接在脉冲电源的负载连接端A和脉冲电源的负载接地端T之间，将升压变压器1-6升压后的信号再经过高频高压硅堆整流电路1-7整流后给储能电容1-9 充电，储能电容1-9存储的能量在真空四极管1-12开通时以瞬间脉冲的形式释放供给负 载3，从而在负载3上形成一个高压脉冲，真空四极管1-12关断时，开始进入下一个循环 周期。改变全桥逆变器1-5的工作占空比，可以调节输出电压的大小。本实施方式中利 用逆变式主电路结构，与传统工频变压器的升压方式相比，具有体积小、重量轻、电压纹波小优点。控制回路部分PLC在现有电气系统中用于继电器控制，其相关技术已较为成熟，而用作高压电源的主控制器，关键技术在于实现微秒量级的短脉冲控制。由于PLC自身运算速度 的限制，它很难通过I/O 口直接输出一个几百赫兹频率、微秒量级脉宽并同时连续可调 的脉冲，本实用新型通过外围电路的设计，用PLC的I/O 口输出一个占空比一定、频 率连续可调的脉冲，同步触发产生一个同频率、脉宽固定的矩形波，再经过积分电路将 其变为宽度一定的锯齿波，该锯齿波与PLC数模转换模块输出的模拟量比较产生一个新 的脉冲，通过改变输出模拟量的大小，实现脉宽的连续调节，最小输出脉宽可以达到几 个微秒，该脉冲再经过功率放大，驱动栅极控制一栅负逆变桥1-17-10和一栅正逆变桥 1-17-16，实现高压脉冲的调制。另外，由于负载3条件的变化，会引起输出电压的波动，普通开环电压控制系 统无法实现恒定的电压输出，本实用新型用PLC实时监测负载3电压，通过逆变控制实 时调节调压系统，实现电压的闭环控制，可以得到恒定的输出电压。对负载3的脉冲 电流通过电流传感器2-8实时检测，当发现过流或短路的情况，会立即关断真空四极管 1-12的栅极驱动脉冲，可采用蜂鸣报警，同时将过流信号发送给PLC，若在一定时间内 有多次过流发生，PLC会自动关断主回路高压。当真空四极管1-12的灯丝或栅极电路 1-17出现故障后，会被相应的监测电路检测到后送给PLC，PLC会立即切断高压并在触 摸屏上提示故障。本实用新型的输出电压、频率和脉宽可以方便地通过人机界面2-4，采用触摸屏 进行设定，系统各部分供电顺序和加载过程按既定程序执行，大大减少了人工操作的过 程。另外，还可以根据工艺需要，预先设定多步不同的加工参数，让电源按照设定好的 流程自动运行。图3是本实用新型的实现原理图，它通过脉冲整形将可编程逻辑控制器2-1PLC 发出的固定占空比频率连续可调的脉冲，可以采用由CD4098构成的单稳态触发器电路变 成脉宽固定的矩形波，再经过积分电路变为脉宽一定的锯齿波，然后由比较器将锯齿波 信号与PLC发出的直流电平进行比较，产生脉宽可调的方波脉冲，光电隔离电路可以保 护PLC系统不受电磁干扰，过流保护可以在检测到过流信号时，迅速关断四极管栅极触 发控制电路2-3的驱动脉冲，实现“打嗝”式保护，同时将过流信号传给PLC，若长时 间过流，则由PLC关断主回路高压和驱动脉冲。图3中所示的比较器的参考电压可以由PLC的模拟量输出DA模块直接输出，也 可以先由PLC发出频率连续变化的脉冲，再经过频压转化后得到。图3中的光电隔离，它可以采用光电耦合的方式实现主电与控制信号的隔离， 防止PLC系统受外界干扰，也可以将触发信号先放大，再由脉冲变压器传输信号，通过 电磁耦合方式实现隔离。
具体实施方式
三本实施方式是对实施方式一或二的进一步限定，所述储能电 容1-9的电容容量范围为0.05yF-5yF。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。当电压一定时，可以根据脉冲高压电源输出的最大脉冲电流和脉宽的要求，来 选择储能电容1-9的容量。[0062]具体实施方式
四本实施方式是对实施方式一或二的进一步限定，所述下拉电 阻1-15是可调电阻，其阻值可调范围为IOkQ-IOOkQ。其它组成及连接关系与实施方式 一或二相同。由于负载3的容性和回路电缆的分布电容的存在，使得输出的高压脉冲关断 时，脉冲的拖尾很长，下拉电阻1-15用来释放残存的电荷，可以有效控制脉冲拖尾，下 拉电阻1-15的阻值变化需根据拖尾时间长短的要求进行选择。
具体实施方式
五本实施方式是对实施方式一或二的进一步限定，所述负载放 电限流电阻1-11是可调电阻，其阻值可调范围为10 Ω-200 Ω。其它组成及连接关系与实 施方式一或二相同。
具体实施方式
六本实施方式是对实施方式一或二的进一步限定，所述真空四 极管1-12的型号为TM-702F。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。
具体实施方式
七本实施方式是对实施方式一或二的进一步限定，所述可编程 逻辑控制器2-1的型号为松下FPX-C30T PLC。其它组成及连接关系与实施方式一或二 相同。
具体实施方式
八本实施方式是对实施方式一或二的进一步限定，所述升压变 压器1-6的升压比为1 65。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。
具体实施方式
九本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于，所述控制回 路还包括故障监控电路2-5，故障监控电路2-5用于灯丝电源1-13和栅极电路1-17的故 障监测，故障监控电路2-5的输出端连接可编程逻辑控制器2-1故障信号输入端。其它 组成及连接关系与实施方式一或二相同。本实用新型不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征 的合理组合。
权利要求1. 一种基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于它由供电电源回路、主回路 和控制回路组成，供电电源回路由主电路EMI滤波器(1-2)、三相整流桥电路(1-3)、主电路滤波电容 (1-4)、全桥逆变器(1-5)和升压变压器(1-6)的初级线圈组成，主回路由升压变压器(1-6)的次级线圈、高频高压硅堆整流电路(1-7)、充电限流电 阻(1-8)、储能电容(1-9)、空心电感(1-10)、负载放电限流电阻(1-11)、真空四极管 (1-12)、灯丝电源(1-13)、充电二极管(1-14)、下拉电阻(1-15)、电容分压器(1_16)和 栅极电路(1-17)组成，主电路EMI滤波器(1-2)的输入端连接外部380V工频供电电源，主电路EMI滤波 器(1-2)的输出端连接三相整流桥电路(1-3)的输入端，三相整流桥电路(1-3)的输出端 连接主电路滤波电容(1-4)的输入端，主电路滤波电容(1-4)的输出端连接全桥逆变器 (1-5)的输入端，全桥逆变器(1-5)的输出端连接升压变压器(1-6)的初级线圈，升压变 压器(1-6)的次级线圈连接高频高压硅堆整流电路(1-7)的输入端，高频高压硅堆整流电 路(1-7)的第一输出端接地，高频高压硅堆整流电路(1-7)的第二输出端连接充电限流电 阻(1-8)的一端，充电限流电阻(1-8)的另一端与脉冲电源的负载连接端(A)之间串联储能电容 (1-9)，充电限流电阻(1-8)的另一端与真空四极管(1-12)的阳极之间串联空心电感(1-10) 和负载放电限流电阻(1-11)，灯丝电源(1-13)给真空四极管(1-12)的阴极灯丝供电，真 空四极管(1-12)阴极的一端连接脉冲电源的负载接地端(T)，栅极电路(1-17)用来给真 空四极管(1-12)的一栅、二栅供电；脉冲电源的负载连接端(A)和脉冲电源的负载接地端(T)之间并联有充电二极管 (1-14)、下拉电阻(1-15)和电容分压器(1-16)，其中充电二极管(1-14)的阳极连接脉冲电源的负载连接端(A)，充电二极管(1-14)的阴 极连接脉冲电源的负载接地端(T)；控制回路包括可编程逻辑控制器(2-1)、逆变控制电路(2-2)、四极管栅极触发控制 电路(2-3)、人机界面(2-4)、过流保护电路(2-6)、电压检测电路(2-7)和电流传感器 (2-8)，电压检测电路(2-7)用于检测电容分压器(1-16)低压端的电压，电压检测电路(2-7) 的输出端连接可编程逻辑控制器(2-1)的电压信号输入端；电流传感器(2-8)用于检测所述主回路的电流，电流传感器(2-8)的输出端连接过流 保护电路(2-6)的输入端，过流保护电路(2-6)的过流信号输出端连接可编程逻辑控制器 (2-1)过流信号输入端；可编程逻辑控制器(2-1)的触发信号输出端连接四极管栅极触发控制电路(2-3)的 触发信号输入端，四极管栅极触发控制电路(2-3)的电流信号输入端连接过流保护电路 (2-6)的电流信号输出端，四极管栅极触发控制电路(2-3)的触发信号输出端连接栅极电 路(1-17)的触发信号输入端，可编程逻辑控制器(2-1)的逆变控制信号输出端连接逆变控制电路(2-2)的逆变控制 信号输入端，逆变控制电路(2-2)的逆变信号输出端连接全桥逆变器(1-5)的逆变信号输入端；可编程逻辑控制器(2-1)的显示信号输出端连接人机界面(2-4)的输入端，人机界面 (2-4)的输出端连接可编程逻辑控制器(2-1)的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于所述 栅极电路(1-17)由栅极EMI滤波器(1-17-2)、栅极整流桥(1_17_3)、栅极滤波电路 (1-17-4)、二栅逆变桥(1-17-5)、二栅变压器(1-17-6)、二栅高频整流桥(1-17-7)、二 栅阻容滤波电路(1-17-8)、二栅限流电阻(1-17-9)、一栅负逆变桥(1-17-10)、一栅负 变压器(1-17-11)、一栅负高频整流桥(1-17-12)、一栅负阻容滤波电路(1-17-13)、耦 合电阻(1-17-14)、一栅负限流电阻(1-17-15)、一栅正逆变桥(1-17-16)、一栅正变压 器(1-17-17)、一栅正高频整流桥(1-17-18)、一栅正阻容滤波电路(1_17_19)、一栅正 限流电阻(1-17-20)、脉冲变压器(1-17-21)和栅极IGBT (1_17_22)组成，栅极EMI滤波器(1-17-2)的输入端连接外部220V工频供电电源，栅极EMI滤波器 (1-17-2)的输出端连接栅极整流桥(1-17-3)的输入端，栅极整流桥(1-17-3)的输出端 连接栅极滤波电路(1-17-4)的输入端，二栅逆变桥(1-17-5)的输入端、一栅负逆变桥 (1-17-10)的输入端及一栅正逆变桥(1-17-16)的输入端均与栅极滤波电路(1-17-4)的输 出端连接；二栅逆变桥(1-17-5)的输出端连接二栅变压器(1-17-6)的初级线圈，二栅变压器 (1-17-6)的次级线圈连接二栅高频整流桥(1-17-7)的输入端，二栅高频整流桥(1-17-7) 的输出端连接二栅阻容滤波电路(1-17-8)的输入端，二栅阻容滤波电路(1-17-8)的第一 输出端接地，二栅阻容滤波电路(1-17-8)的第二输出端与栅极电路(1-17)的二栅输出端 (P)之间串联二栅限流电阻(1-17-9)，栅极电路(1-17)的二栅输出端(P)用来给真空四 极管(1-12)的二栅供电；一栅负逆变桥(1-17-10)的输出端连接一栅负变压器(1-17-11)的初级线圈，一栅 负变压器(1-17-11)的次级线圈连接一栅负高频整流桥(1-17-12)的输入端，一栅负高 频整流桥(1-17-12)的输出端连接一栅负阻容滤波电路(1-17-13)的输入端，一栅负阻 容滤波电路(1-17-13)的第一输出端接地，一栅负阻容滤波电路(1-17-13)的第二输出 端与栅极电路(1-17)的一栅输出端(Q)之间串联耦合电阻(1-17-14)和一栅负限流电阻 (1-17-15)，栅极电路(1-17)的一栅输出端(Q)用来给真空四极管(1-12)的一栅供电；一栅正逆变桥(1-17-16)的输出端连接一栅正变压器(1-17-17)的初级线圈，一栅 正变压器(1-17-17)的次级线圈连接一栅正高频整流桥(1-17-18)的输入端，一栅正高 频整流桥(1-17-18)的输出端连接一栅正阻容滤波电路(1-17-19)的输入端，一栅正阻 容滤波电路(1-17-19)的第一输出端接地，一栅正阻容滤波电路(1-17-19)的第二输出 端与栅极IGBT (1-17-22)的集电极之间依次串联一栅正限流电阻(1_17_20)和脉冲变压 器(1-17-21)的初级线圈，脉冲变压器(1-17-21)的次级线圈与耦合电阻(1_17_14)相关 联，栅极IGBT (1-17-22)的发射极接地，栅极IGBT (1_17_22)的栅极是栅极电路(1_17) 的触发信号输入端。
3.根据权利要求1或2所述的基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于所述 储能电容(1-9)的电容容量范围为0.05 μ F-5 μ F。
4.根据权利要求1或2所述的基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于所述下拉电阻(1-15)是可调电阻，其阻值可调范围为IOkQ-IOOkQ。
5.根据权利要求1或2所述的基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于所述 负载放电限流电阻(1-11)是可调电阻，其阻值可调范围为10 Ω-200 Ω。
6.根据权利要求1或2所述的基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于所述 真空四极管(1-12)的型号为TM-702F。
7.根据权利要求1或2所述的基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于所述 可编程逻辑控制器(2-1)的型号为松下FPX-C30TPLC。
8.根据权利要求1或2所述的基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于所述 升压变压器(1-6)的升压比为1 65。
9.根据权利要求1或2所述的基于全PLC控制的高压脉冲电源，其特征在于所述 控制回路还包括故障监控电路(2-5)，故障监控电路(2-5)用于灯丝电源(1-13)和栅极电 路(1-17)的故障监测，故障监控电路(2-5)的输出端连接可编程逻辑控制器(2-1)故障 信号输入端。
专利摘要基于全PLC控制的高压脉冲电源，属于脉冲功率技术领域。它解决了现有高压脉冲电源的单片机控制系统抗干扰能力差及其主电路的原始体积大的问题。它由主回路和控制回路组成，用可编程逻辑控制器输出占空比一定、频率连续可调的脉冲，同步触发产生一个同频率、脉宽固定的矩形波，再将其变为宽度一定的锯齿波，该锯齿波与PLC输出的模拟量比较产生一个新的脉冲，通过改变输出模拟量的大小，实现脉宽的连续调节，最小输出脉宽可以达到几个微秒，该脉冲再经过功率放大，驱动栅极电路，实现高压脉冲的调制，它以可编程逻辑控制器作为控制核心，通过人机界面，方便地设定和显示电源的各工作参数。本实用新型用作高压脉冲电源。
文档编号H02M1/14GK201797448SQ201020540368
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者巩春志, 朱宗涛, 杨士勤, 田修波 申请人:哈尔滨工业大学