交流高壓發(fā)生電路

4 軟件編程

　　采取瑞薩8位單片機(jī)R8C/2L, R8C/2L采用R8C CPU內(nèi)核，最高工作頻率為20 MHz。單片機(jī)具備以下功能：

　　● 采用8位預(yù)定標(biāo)器(定時(shí)器RA和RB)的8位多功能定時(shí)器：2通道;

　　● 輸入捕捉/輸出比較定時(shí)器(定時(shí)器RC、RD)：16位 x 3通道;

　　● UART/時(shí)鐘同步串行接口：2通道;

　　● LIN模塊：1通道(定時(shí)器RA、UART0);

　　● 10位A/D轉(zhuǎn)換器：9通道;

　　● 檢測(cè)定時(shí)器;

　　● 時(shí)鐘生成電路：XIN時(shí)鐘生成電路、片上振蕩器(高/低速);

　　● 振蕩停止檢測(cè)功能;

　　● 電壓檢測(cè)電路;

　　● 上電復(fù)位電路;

　　● I/O端口：25(包括LED驅(qū)動(dòng)端口);

　　● 外部中斷引腳：7;

　　● 數(shù)據(jù)閃存：2 KB。

　　使用定時(shí)器TB作為系統(tǒng)時(shí)鐘，每距0.1ms中斷一次，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過(guò)中斷服務(wù)程序內(nèi)部設(shè)置不同的計(jì)數(shù)變量以形成不同的時(shí)間間距標(biāo)志，作為系統(tǒng)不同功能程序的運(yùn)行時(shí)間，定時(shí)器TA設(shè)置為PWM輸出模式，作為高壓發(fā)生電路的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，單片機(jī)中斷口INT1設(shè)置為下降沿觸發(fā)，用于高頻升壓變壓器初級(jí)頻率檢測(cè)。單片機(jī)AD采樣口AN7用于高頻升壓變壓器電壓值檢測(cè)。芯片其它I/O口作為產(chǎn)品其它功能的輸入輸出接口，如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制、電源過(guò)零信號(hào)檢測(cè)等。

　　高壓輸出啟動(dòng)，定時(shí)器TA發(fā)出啟動(dòng)脈沖，脈沖關(guān)斷時(shí)間固定在 16.5μs逐步加大脈沖的導(dǎo)通時(shí)間，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間達(dá)到 3.5μs時(shí)，每間距10ms計(jì)算一次中斷口檢測(cè)到的脈沖個(gè)數(shù)，當(dāng)脈沖個(gè)數(shù)為300-700之間時(shí)，相應(yīng)的頻率為40KHz左右，判斷為輸出負(fù)載正常條件，否則視為負(fù)載較輕或者負(fù)載斷路情況，重復(fù)判斷，累計(jì)判斷正常負(fù)載20次，則進(jìn)入正常運(yùn)行，脈沖關(guān)斷時(shí)間固定在16.5μs，導(dǎo)通時(shí)間根據(jù)輸出電壓要求逐步加大，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，實(shí)時(shí)判斷高頻升壓變壓器初級(jí)的頻率變化，如檢測(cè)到負(fù)載較輕或斷路情況，將導(dǎo)通時(shí)間降低至3.5μs，重新進(jìn)入啟動(dòng)判斷循環(huán)，以保證電路的可靠運(yùn)行。實(shí)時(shí)檢測(cè)輸出高壓的電壓變化，如檢測(cè)到電壓偏離合理范圍，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，關(guān)閉脈沖信號(hào)輸出。

5 電路性能參數(shù)

　　輸入電壓：直流12V低電壓輸入;輸出電壓：1KV-4KV交流電壓可調(diào);頻率：關(guān)斷時(shí)間固定在16.5μs，開(kāi)啟時(shí)間3.5μs-9μs，頻率范圍：40KHz-50KHz，輸出功率15W。

6 電路驗(yàn)證

　　通過(guò)產(chǎn)品整機(jī)性能驗(yàn)證，使用同一規(guī)格的臭氧陶瓷片，使用此電路相比線性升壓變壓器方式，臭氧量提升100%以上，通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，電路運(yùn)行穩(wěn)定，并能智能檢測(cè)臭氧陶瓷片斷路或短路等情形，MOS管溫升在20K以下，高頻變壓器溫升控制在30K左右，電路長(zhǎng)期運(yùn)行可靠。

7 注意事項(xiàng)

　　MOS管除了剛啟動(dòng)時(shí)無(wú)法避免沖擊電流的產(chǎn)生外，后面連續(xù)脈沖的開(kāi)通時(shí)段需保證在MOS管漏極電壓較低的位置。以控制MOS的沖擊電流，減少M(fèi)OS管的熱損耗。根據(jù)負(fù)載情況調(diào)節(jié)關(guān)斷時(shí)間可達(dá)到此目的。

　　高壓電路啟動(dòng)時(shí)，需給MOS管一個(gè)小的導(dǎo)通信號(hào)，使電路振蕩起來(lái)后，再慢慢增加導(dǎo)通時(shí)間，以避免剛導(dǎo)通時(shí)沖擊電流持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)MOS造成損壞。

　　需根據(jù)負(fù)載的不同，選擇不同的關(guān)斷時(shí)間，并在運(yùn)行當(dāng)中實(shí)時(shí)檢測(cè)判斷負(fù)載的變化，以避免MOS管漏極電壓超過(guò)限值，導(dǎo)致MOS的電壓擊穿。

　　由于電路運(yùn)行頻率在40KHz-50KHz左右，為保證電路的穩(wěn)定性，需注意元器件的選型，特別是開(kāi)通、關(guān)斷速度的要求。

　　根據(jù)輸出電壓的要求不同，需對(duì)高頻升壓變壓器的初級(jí)與次級(jí)的絕緣耐壓進(jìn)行充分的評(píng)估，以避免高壓串接到初級(jí)線圈，導(dǎo)致元器件的損壞。如快速光耦，在電路調(diào)試過(guò)程中，由于高頻升壓變壓器的選型問(wèn)題，多次導(dǎo)致光耦的擊穿。

8 電路其它應(yīng)用

　　本電路主要產(chǎn)生交流高壓輸出，如需要直流并且更高電壓輸出，可在電路后端增加倍壓電路，如離子風(fēng)空氣凈化器一般需要1萬(wàn)伏以上的直流高壓輸出。為實(shí)現(xiàn)更高直流電壓的輸出，需增加倍壓電路，其原理圖如圖6所示：二極管需采取快速恢復(fù)高壓二極管，如UHVM8L，電容可根據(jù)電容及負(fù)載能力選擇相應(yīng)耐壓值及容量的規(guī)格。

9 總結(jié)

　　通過(guò)分析高壓發(fā)生電路的原理，提出一種交流發(fā)生電路，以滿(mǎn)足臭氧產(chǎn)生的高壓電路要求，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，臭氧發(fā)生量比采取線性變壓器升壓的方式有了較為明顯的提升，該電路通過(guò)在后端增加倍壓電路的方式可達(dá)到更高壓輸出，可應(yīng)用于離子風(fēng)空氣凈化器的高壓模塊中去，具備良好的應(yīng)用前景。

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