誘電体バリア強イオン化放電-リチウム-イオン電池装置

誘電体バリアの強力なイオン化放電技術は、プラズマ応用技術の重要な新たな側面です。ガス放電間隙の両面または片側の薄い誘電体層を貼付などの方法で覆う。2つの電極間に特定の周波数の高電圧交流を印加すると、ギャップ内のガスがイオン化され、強力なガス放電を形成し、それによって高濃度のプラズマを生成します。ギャップ内のガスの放電強度は、周波数、電圧、材料、構造に関連する量です。高出力周波数変換器装置および技術の制限により、誘電体バリア放電用の従来の電源装置は、2つの方法でのみ実現できます:1つは、変圧器を使用して電源周波数ACを必要な電圧に直接昇圧することです。もう一つは、サイリスタなどのデバイスを使用して、電力周波数交流を比較的高い周波数交流に変調することです。これら2つの電源方法を使用すると、放電装置の2つの極間に高電圧を印加でき、サイリスタやGTRなどのデバイスのインバータ電源も放電装置の動作周波数を上げることができますが、それでも高性能ガス放電の要件を満たすことはできません。プロジェクトのニーズを満たすために、資金プロジェクトを解放します:中国国家自然科学財団(69871002)によって資金提供されたエンジニア、そして彼の研究方向はプラズマ工学におけるパワーエレクトロニクス技術の応用です。(リチウムイオン電池装置)

電気ギャップ内のガス放電は十分に強くありません。放電装置とインバーター電源装置はかさばり、インバーター電源の構造は複雑で不安定であり、実際のアプリケーションのニーズを満たすことができず、誘電体バリアの強力なイオン化放電の適用技術の開発を制限します。

IGBTなどの高周波・高出力パワーエレクトロニクスデバイスの出現と関連する周波数変換技術の開発は、新興技術である誘電体バリアの強力なイオン化放電の開発に信頼できる前提と保証を提供します。IGBTはMOSFETとGTRの複合デバイスであり、MOSFETとGTRの2つの利点があることを私たちは知っています。誘電体バリア強イオン化放電用のインバータ電源にIGBTを適用すると、誘電体バリア放電装置の性能が2倍になるだけでなく、放電装置と電源装置の体積が2倍になり、インバータ電源がさらに簡素化され、誘電体バリア放電装置が2倍になります。強力なイオン化放電技術の適用範囲はますます広くなっています。

2誘電体バリア放電の等価回路誘電体バリア放電の原理構造は、1は高電圧電極です。それは誘電体層です。3は放電ギャップです。4は接地電極です。5は電源です。物理構造分析によると、誘電体バリア放電は、実際には放電電極、誘電体層、放電エアギャップで構成される損失の多いコンデンサであり、電源の抵抗容量性負荷と同等です。bは誘電体バリア放電の等価回路図である。その中で、Cgは放電エアギャップの静電容量です。Rgは放電ギャップの等価抵抗であり、電極間に印加される電圧によって変化し、強い非線形性を有する。Csは誘電体の静電容量である。誘電体層の挿入は、放電電流の無制限の増加を効果的に抑制し、放電ギャップでの火花放電またはアーク放電を防止し、ギャップに形成されるガス放電をより激しくし、したがっていくつかの新機能を追加します:(1)誘電体バリア放電装置は、初期電圧と動作電圧が高くなっています。誘電体バリア放電装置の2つの電極間に印加される電圧が初期電圧よりも低い場合、ギャップにガス放電は形成されず、負荷を通過する電流は非常に小さい。ギャップ内の電圧が放電ギャップの初期電圧よりも高い場合、ギャップ内でガス放電が発生し始め、放電の強度は電圧に比例します。電圧が高いほど、放電は強くなります。(2)誘電体バリアの強力なイオン化放電を実現するには、電源が動作周波数が高い場合、誘電体バリア放電の強度は電源電圧の周波数に比例する必要があります。電極の両端に印加される電圧周波数が高いほど、ギャップ内のガス放電が強くなり、誘電体の損失が大きいほど、発熱が深刻になります。(3)最高の放電効果を達成するために、誘電体バリア放電装置の誘電体層は一般に非常に大きく薄くされ、印加電圧は臨界絶縁破壊電圧値の近くで動作することが多く、放電装置の過電圧能力は非常に低いです。(4)誘電体バリア放電装置は抵抗性および容量性負荷であり、動作中にトランスと回路の漏れインダクタンスで回路が形成される可能性があります。LC発振は、特に始動時に負荷の両端に過電圧が形成されるように、共振過電圧を形成しやすく、放電装置と電源自体の安全性を危険にさらします。したがって、回路の設計は、負荷に印加される電圧が始動電圧をすぐに超えることができるようにする必要があります初期電圧は過電圧を形成しません。

3 誘電体バリア放電用IGBTインバータ電源の基本構造誘電体バリア放電の技術要件に従って設計されたIGBTインバータ電源のブロック図を図に示します。三相交流は、EMCでフィルタリングされた後、整流フィルタ回路によって滑らかな直流に整流されます。IGBTフルブリッジインバータは、この直流電力を一定範囲内でデューティ比を均一に調整可能な単相交流電力に変換し、高周波高圧トランスで昇圧した後、誘電体バリア放電装置に出力します。システムのすべてのレギュレーションは、IGBTフルブリッジインバータによって実現されます。電力システムでEMCフィルター回路を使用する目的は、インバーター回路と高周波および高電圧ガス放電によって発生する電磁ノイズと伝導ノイズを効果的に抑制して、インバーター電源と高周波および高電圧ガス放電が主電源ネットワークと電力システム自体に影響を与えるのを防ぐことです。そしてその周りの他の機器。システムの整流およびフィルタリング部分は、三相フルブリッジの制御不能整流およびLCフィルタリングを採用しているため、回路を簡素化し、コストを削減できます。IGBTインバータは、誘電体バリア放電技術の要件を満たすだけでなく、インバータ電源システムの構造を簡素化するフルブリッジPWM技術を採用しています。高周波高電圧トランスは、高周波作業に適したフェライトコアを使用しています。巻線を巻くときは、絶縁性能の良い薄い絶縁材料を使用すると同時に、二次コイルの中央に巻数が少ない一次コイルを巻くようにしてください。、漏れインダクタンスを低減します。

4制御回路制御回路は、誘電体バリア放電電源システムにおいて非常に重要な側面です。誘電体バリア放電のすべての機能は、IGBTインバータを制御する制御回路によって実現されます。電源の制御回路は、信号検出回路、PWM制御回路、駆動および保護回路などの部品で構成されています。

4.1信号検出電源には、入力電圧信号検出、IGBT過電流信号検出、出力電圧信号検出、負荷電流信号検出などが装備されています。入力電圧信号は補助変圧器によって取得されます。IGBT過電流検出は、ダイオードを介してIGBTのソースから取得されます。出力電圧検出は分圧器を介して得られます。負荷電流検出とは、放電装置の低電圧側から得られる誘電体バリアに測定用コンデンサCを直列に接続することである(参照)。なぜなら:out)、そして理由:Cはコンデンサの静電容量を検出する。コンデンサの電圧が検出されている限り、負荷を流れる電流を知ることができることがわかります。測定コンデンサを使用して負荷電流を測定する目的:一方では、誘電体バリア放電装置自体が容量性負荷であり、測定コンデンサを使用して負荷電流を検出すると、測定精度を確保しながら回路が簡素化されます。一方、回路損失は発生しません。

42PWM制御回路PWM制御回路で使用されるコアコンポーネントは、SG3524パルス幅変調コンポーネントです。図に示すように、システムのソフトスタート回路は、加算器とオペアンプで構成される積分器で構成され、SG9のピン3524に接続されています。システムの電源がオンになると、ソフトスタート回路はSG9のピン3524のレベルを制御して、出力電圧が放電の初期電圧になり、一定期間維持され、積分器がピン9のレベルを特定の勾配に従って徐々に上げて、出力電圧を放電電圧まで上昇させます。電圧設定。これにより、起動時の負荷への影響を回避できます。出力電圧の安定性は、SG3524のエラーアンプ(ピン1、ピン2)と周辺回路によって実現されます。電源システムで過電圧、過電流、過負荷、低電圧などの障害が発生した場合、信号処理回路で処理した後、トリガーはSG10のピン3524にハイレベルを送信し、出力電圧を20msロックしてから、ソフトスタートプロセスを繰り返します。故障現象が一定時間内に続くと、電源出力が完全に遮断され、故障アラームが発行されます。

出力PWM変調波は、絶縁型フォトカプラを直接駆動できます。

PWM制御回路 4.3 駆動回路の改良 EXB841は、富士商事が製造する特殊なIGBT駆動モジュールです。構造と使用により、いくつかの問題が頻繁に発生するため、アプリケーションの駆動回路にいくつかの改善が加えられました:(1)EXB841ドライブモジュールは単一の+20Vを使用します 電源には、負のバイアス電圧が5Vの電圧レギュレータチューブを使用して形成されます。電力が小さいため、グリッド電圧の変動をうまく抑制できず、IGBTに損傷を与えやすくなります。そのため、電力1Wの6Vレギュレータ管を回路の外側に接続し、電源電圧を少し上げます。このようにして、ドライブモジュールの損傷を効果的に防止すると同時に、IGBTをより確実に駆動およびオフにすることができます。(2)EXB841駆動回路の過電流検出端子とIGBTのドレインの間に直列に接続された高速回復整流ダイオードは、IGBTを過電流から保護する非常に重要な影響を及ぼし、順方向電圧降下は一般に3Vである必要があります。しかし、国内市場で購入できる高速回復5の結論は、誘電体バリア放電技術で成功しています。アプリケーション。実際には、インバータ電源システムの設計が誘電体バリア放電技術のニーズを完全に満たすことが証明されています。電源は、回路構造がシンプルで体積が2倍になり、安定した信頼性の高い性能を備えているだけでなく、電源を使用した誘電体バリア放電装置の体積を大幅に削減し、性能を大幅に向上させます。高収率、高濃度オゾン発生器における出力電力20kW、動作周波数20kHzの電源ユニットの適用結果は、電源ユニットの体積が元の体積の5分の1に過ぎず、オゾン発生器の体積が元の体積の6分の1にすぎないことを示しています。 同じ製造条件下で、O3の濃度は数倍に増加し、最高濃度は200g / m3に達する可能性があり、生ガスの消費量も減少します。インバータ電源によってもたらされる問題は、周波数の増加が放電装置のエネルギー消費を増加させ、効率を低下させることである。次の開発目標は、オゾン発生装置の高濃度・高出力を維持しながら、制御方式を改良し、装置の効率向上を図ることである。