0 引 言

    由于臭氧發(fā)生片負載性質呈電容性，雙高變壓器的高壓線圈呈電感性，連接在一起構成諧振回路，諧振回路都有自己固有的諧振頻率，只有在固有的諧振頻率下臭氧發(fā)生片才能獲得最大的能量。另高壓線圈存在分布電容，該電容一方面與負載的固有電容并聯(lián)，增大諧振回路的電容量，同時又要消耗電路一部分能量。并且該回路交變電流產生的電磁場又要耦合到雙高變壓器的初級，影響功率開關管的工作狀況。為能達到臭氧發(fā)生片的技術要求，可以借鑒開關電源的部分資料和電路基本原理來進行高頻高壓電源的設計。運用優(yōu)異的脈寬調制器采用結構均流技術，并配以各種完善的保護功能，使得高頻開關電源可靠性問題得到了圓滿解決。滿足低紋波要求，且體積小，重量輕，節(jié)能環(huán)保。

1 臭氧發(fā)生片的技術指標

    沿面陶瓷放電臭氧片的技術指標如下：型號FCY-3500，電容量120±20pF，耐壓＞7kV，產O₃率3500mg/h，工作頻率20～30kHz，電源功率45W。

    根據負載要求，擬定高頻高壓電源的技術指標如下：輸出功率(3500mg/h)≥60W，輸出高壓U_p-p≥7.5kV，工作頻率≥20kHz，供電電壓DC24V±2V。

2 高頻高壓電源的工作原理

    為使電源能夠帶動功率45W沿面陶瓷放電臭氧片，所以開發(fā)的雙高電源定義在中小功率的范圍內，選用單管他激式電路，該電路較簡單，調試方便。但開關功率管要承受比其它電路更高的反向擊穿電壓(BV_ceo)。其原理框圖如圖1所示。
 

圖1 雙高電源原理框圖

    其工作原理如下：開關功率電路采用他激式單管脈沖功率放大電路，可為臭氧發(fā)生片提供足夠大的高頻、高壓脈沖電流，使臭氧發(fā)生片產生足夠的電暈。開關功率器件選用VMOS管。雙高變壓器視它為一個設在能源與負載間的一個適配器；它不但要傳送功率電路的能量到負載，而且它的性能(如分布電容、漏感等)又要制約功率電路的工作情況。為解決這一電路制作的難點。驅動電路使用CMOS與門集成電路，利用與門的特性，我們可以方便地控制VMOS管的工作狀態(tài)。關于控制接口電路，當控制電平為低電平，驅動電路的輸出電平也為零，功率電路工作在截止狀態(tài)，為了防止誤觸發(fā)，在控制電路接口中還應設置防誤觸發(fā)電路，以保護電路準確工作，避免大功率器件因瞬間高頻干擾而損壞。并且在電路中采用了過流自保護電阻，來保證電路的安全工作。

3 高頻高壓變壓器的設計和制作工藝

    1）高頻高壓變壓器的設計

    為使雙高變壓器滿足擬定的技術指標，通過對變壓器初級繞組、磁芯截面積、繞組導線截面積的計算得出雙高變壓器的制作參數(shù)。

    

    式中S_e：磁芯窗口面積，P_o：臭氧發(fā)生片功率×1.3，S_c：磁芯截面面積(cm2)，U：直流供電電源電壓(V)，B_m：是磁性材料的飽和磁通密度，其值一般800～2000，f：振蕩電路輸出頻率(Hz)。

    

 繞組線徑：


    式中：I_d：流過變壓器線圈電流有效值，j：為電流密度(2～3A/mm2)。

    關于繞組線徑，這里只是概算，由于高頻電流的趨膚效應，使高頻電流只在導線的表面流動，因此，在公式中計算出的線徑，適當加大一點，以線圈骨架能裝下為止。通過理論計算和實驗確定雙高變壓器參數(shù)如下：規(guī)格為DC24V3500，鐵氧體磁芯采用EI28，初級匝數(shù)20圈，次級匝數(shù)1300圈，骨架結構6槽。

    2）高頻高壓變壓器制作

    變壓器骨架為了減少分布電容，變壓器骨架線圈繞組加工6槽，變壓器高壓線圈也采用分槽繞線。槽繞線圈約200圈。

    為解決雙高變壓器層間絕緣，中小型高壓變壓器一般都采用真空浸漆、環(huán)氧樹脂封裝，但此種工藝小批量不好加工，且價格昂貴。因此采用了較為成熟的高壓變壓器浸泡在絕緣油中的方法，來解決變壓器的絕緣處理。絕緣的設計關鍵在于容器，要求容器能夠在不斷的運動、巔簸中，油不漏不溢，能耐180℃的溫度、散熱性能良好，變壓器有近萬伏的高壓輸出，因此要求容器耐高壓電。為了滿足變壓器制作要求，變壓器容器的外殼采用0.2厚不銹鋼鐵皮，外殼的上蓋是一塊印制板，并在此印制扳上制作了緩沖電路、變壓器引出頭等，四周預留敷銅框，該銅框與外殼用錫密封焊接，在上面用環(huán)氧樹脂灌封；變壓器工作產熱后，油、氣體被加熱膨脹，為了只把膨脹的氣體排放到盒外，因此，需要安裝安全排氣裝置，并要求向盒內注油的高度是以淹沒變壓器為準，使盒內變壓器上部是空氣。安裝這種油封處理的變壓器時，為防止絕緣油泄漏要把安全排氣裝置的排氣口向上。經過上述方法處理的雙高變壓器，安裝在DC24V的電源上，經過測試運行基本滿足了設計要求。

4 雙高電源的測試

    用示波器測試雙高電源波形的幅值和頻率，工作頻率f為22kHz，波形幅值U_p-p為7.6kV。從示波器測試波形的參數(shù)和通過雙高電源對臭氧發(fā)生片加電后產生紫藍色輝光的分布和紫藍色的深度來看，都滿足了產生O₃的能量。

5 結束語

    DC24V雙高電源的設計，在電路上采用雙路設計，節(jié)約了元、器件，也大大縮小了電源體積。外殼采用上述密封處理，加裝了安全閥。在變壓器的殼溫上升到大約60℃，連續(xù)工作無不良現(xiàn)象。但因為采用單管它激式大功率開關電路，變壓器線圈在關斷電的瞬間，存在很大的自感電動勢，幾倍于電源電壓加在大功率管漏極和源極(或集電極與發(fā)射極)之間。因此，對功率管的反向擊穿電壓要求較高。供電壓越高，或所載臭氧發(fā)生片的產量越高，大功率管BV_ceo的要求也越高。