CN114157127A - 一种用于等离子体炬的恒流电源电路及等离子体炬系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于等离子体炬的恒流电源电路及等离子体炬系统，用于等离子体炬的恒流电源电路包括逆变电路，用于将电源输出的直流电源信号转换为交流电源信号；变压调节电路，用于调节交流电源信号的电压并输出；整流电路，用于将变压调节电路输出的调压后的交流电源信号转换为直流电源信号；负载调节电路，用于向等离子体炬负载输出恒流电源信号；负载调节电路包括第一电感、第二电感和第一电容，第一电感与第二电感串联于整流电路的正输出端与等离子体炬负载的正端之间，第一电容串联于第一电感和第二电感的串联节点与等离子体炬负载的负端之间。通过本公开的技术方案，有效降低了电源电路输出电流的波动值。

Description

一种用于等离子体炬的恒流电源电路及等离子体炬系统

技术领域

本公开涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种用于等离子体炬的恒流电源电路及等离子体炬系统。

背景技术

在等离子体炬运行过程中，能够对等离子体进行精确的控制尤其重要，对等离子体的控制过程不仅影响热流气体的温度和速度，而且影响等离子体的分布状态。通常，为了应用效果的稳定性，等离子体必须具有稳定的参数，这就要求等离子体炬电源需要具有稳定的输出电流。电源的波动性影响电弧的波动，为消除电源对电弧波动带来的不良影响，应使电源输出电流的工频纹波尽量小。

但是，目前采用的三相桥式全控整流结构中，电路调整的开关频率为工频的六倍，此频率较低，需要的输出电感值就较大，输出电流会伴随有六倍工频的较大纹波。另外，目前采用的高频开关电源整流输出结构，电路对应的开关频率可以设计到高频段，但是恒流源输出由输出电感实现，输出的电流无可避免的带有与开关频率同频的纹波电流，此纹波电流的波动值可达到输出电流平均值的10％以上。因此，如何有效降低电源输出电流的纹波已经成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种用于等离子体炬的恒流电源电路及等离子体炬系统，有效降低了电源电路输出电流的波动值，能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动的要求。

第一方面，本公开实施例提供了一种用于等离子体炬的恒流电源电路，包括：

电源；

逆变电路，与所述电源连接，用于将所述电源输出的直流电源信号转换为交流电源信号；

变压调节电路，与所述逆变电路连接，用于调节所述交流电源信号的电压并输出；

整流电路，与所述变压调节电路连接，用于将所述变压调节电路输出的调压后的交流电源信号转换为直流电源信号；

负载调节电路，分别与所述整流电路和等离子体炬负载连接，用于向所述等离子体炬负载输出恒流电源信号；其中，所述负载调节电路包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电感与所述第二电感串联于所述整流电路的正输出端与所述等离子体炬负载的正端之间，所述第一电容串联于所述第一电感和所述第二电感的串联节点与所述等离子体炬负载的负端之间。

可选地，所述的用于等离子体炬的恒流电源电路还包括：

导通缓冲电路，所述逆变电路包括多个功率开关管，所述导通缓冲电路用于控制所述功率开关管零电参数导通；和/或，

整流缓冲电路，所述整流电路包括多个整流二极管，所述整流缓冲电路用于控制所述整流二极管无续流电流通过，以及调节所述第一电感和所述第二电感两端的电压差。

可选地，

所述多个功率开关管构成全桥结构，所述多个功率晶体管至少包括对应正向电源信号设置的第一功率晶体管和第二功率晶体管，所述第一功率开关管与所述第二功率开关管的串联节点用于输出所述正向电源信号；

所述导通缓冲电路包括第三电感，所述第三电感串联于所述第一功率开关管和所述第二功率开关管的串联节点与所述变压调节电路的原边正输入端之间。

可选地，

所述整流缓冲电路包括第三电容，所述第三电容串联于所述整流电路的正输出端与负输出端之间。

可选地，所述逆变电路包括多个功率开关管，至少一个所述功率开关管对应设置有关断缓冲电路，所述关断缓冲电路用于控制所述功率开关管零电参数关断。

可选地，所述关断缓冲电路包括第一阻抗元件和第二电容，所述第一阻抗元件和所述第二电容串联于对应的功率开关管的第一端与所述功率开关管的第二端之间。

可选地，所述变压调节电路的原边对应设置有变压缓冲电路，所述变压缓冲电路包括第二阻抗元件和第四电容，所述第二阻抗元件和所述第四电容串联于所述变压调节电路的原边正输入端与所述变压调节电路的原边负输入端之间。

可选地，所述的用于等离子体炬的恒流电源电路还包括：

偏磁平衡电路，所述偏磁平衡电路包括第五电容，所述逆变电路包括多个功率开关管，第一功率开关管与第二功率开关管的串联节点用于输出正向电源信号，所述第五电容串联于所述第一功率开关管和所述第二功率开关管的串联节点与所述变压调节电路的原边正输入端之间。

可选地，所述整流电路包括多个整流二极管，所述变压调节电路包括一组或两组副边线圈，每组所述副边线圈对应设置有一组所述整流二极管构成的桥状电路。

第二方面，本公开实施例还提供了一种等离子体炬系统，包括如第一方面所述的用于等离子体炬的恒流电源电路。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的用于等离子体炬的恒流电源电路及等离子体炬系统，在实现了向等离子体炬的恒流电源输出的同时，利用第一电感、第二电感和第一电容构成的负载调节电路有效降低了用于等离子体炬的恒流电源电路的负载端的整体电抗，克服了目前电源电路存在的电源输出电流波动大的缺点，进而有效降低了用于等离子体炬的恒流电源电路输出电流的波动值，使得用于等离子体炬的恒流电源电路能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动的要求，有利于等离子体炬的优化运行。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种用于等离子体炬的恒流电源电路的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一种用于等离子体炬的恒流电源电路的工作时序图；

图3为本公开实施例提供的一种流经第三电感的电流变化示意图；

图4为本公开实施例提供的另一种用于等离子体炬的恒流电源电路的结构示意图；

图5为本公开实施例提供的另一种用于等离子体炬的恒流电源电路的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为本公开实施例提供的一种用于等离子体炬的恒流电源电路的结构示意图。如图1所示，用于等离子体炬的恒流电源电路包括电源V1、逆变电路1、变压调节电路2、整流电路3和负载调节电路4，逆变电路1分别与电源V1和变压调节电路2连接，整流电路3分别与变压调节电路2和负载调节电路4连接，负载调节电路4与等离子体炬负载RL连接。

逆变电路1用于将电源输出的直流电源信号转换为交流电源信号，变压调节电路2用于调节交流电源信号的电压并输出，整流电路3用于将变压调节电路2输出的调压后的交流电源信号转换为直流电源信号，负载调节电路4用于向等离子体炬负载RL输出恒流电源信号。

具体地，逆变电路1例如可以包括多个功率开关管，多个功率开关管构成全桥电路，电源V1输出直流电源信号，逆变电路1则将电源V1输出的直流电源信号逆变为交流电源信号并输出至变压调节电路2。变压调节电路2例如可以包括变压器T1，全桥电路的两个桥臂均与变压器T1的原边电路连接。整流电路3例如可以包括多个整流二极管，变压调节电路2对逆变电路1输出的交流电源信号的电压进行调节，可以通过调节变压器T1的原边电路与副边电路的线圈的绕线圈数调节变压器T1的电压调节倍数，变压调节电路2将调节后的交流电源信号输出至整流电路3。变压器T1的副边电路的两路输出先分别通过不同的整流二极管进行全桥整流，即将调压后的交流电源信号转换为直流电源信号，然后串联输出，并通过包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1的负载调节电路4输出至等离子体炬负载RL。

负载调节电路4能够向等离子体炬负载RL输出恒流电源信号，示例性地，可以设置对应等离子体炬负载RL设置有电流传感器，该电流传感器能够实时检测流经等离子体炬负载RL的电流，并根据电流检测结果反馈控制信号至逆变电路1，例如反馈控制信号至逆变电路1中不同功率开关管的控制端，以控制不同功率开关管的开关顺序和开关时间，利用反馈调节方式实现向等离子体炬负载RL的恒流输出，具体调节过程为本领域技术人员所熟知，这里不再赘述。

如图1所示，设置负载调节电路4包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，第一电感L1与第二电感L2串联于整流电路3的正输出端A1与等离子体炬负载RL的正端B1之间，第一电容C1串联于第一电感L1和第二电感L2的串联节点a与等离子体炬负载RL的负端B2之间。

具体地，由于第一电感L1与第二电感L2串联于整流电路3的正输出端A1与等离子体炬负载RL的正端B1之间，第一电容C1串联于第一电感L1和第二电感L2的串联节点a与等离子体炬负载RL的负端B2之间，用于等离子体炬的恒流电源电路的输出阻抗为第一电感L1与第一电容C1的并联电抗，与第二电感L2电抗的和，使得用于等离子体炬的恒流电源电路的输出阻抗小于单独设置一个电感元件时的输出阻抗，在用于等离子体炬的恒流电源电路中的其它条件不变时，降低了负载端的整体电抗，克服了目前存在的电源输出电流波动大的缺点，进而有效降低了电源输出电流的波动值，使得用于等离子体炬的恒流电源电路能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动的要求，有利于等离子体炬的优化运行。

示例性地，可以根据电源输入电压、输出电流、输出电压以及开关频率等工作参数对电感和电容进行优化选择，例如可以设置第一电感L1的电感值大于等于330uH，小于等于1500uH，第一电容C1的电容值大于等于1uF，小于等于5uF，第二电感L2的电感值大于等于30uH，小于等于200uH，其中第一电感L1的电感值与负载对应的输出电压有关，第一电容C1的电容值以及第二电感L2的电感值与输出负载范围以及电信号的波动量有关。

可选地，如图1所示，用于等离子体炬的恒流电源电路还可以包括导通缓冲电路5，逆变电路1包括多个功率开关管，导通缓冲电5路用于控制功率开关管零电参数导通；和/或，整流缓冲电路7，整流电路7包括多个整流二极管，整流缓冲电路7用于控制整流二极管无续流电流通过，以及调节第一电感L1和第二电感L2两端的电压差。示例性地，用于等离子体炬的恒流电源电路可以仅包括导通缓冲电路5，也可以仅包括整流缓冲电路7，也可以同时包括导通缓冲电路5和整流缓冲电路7。可选地，如图1所示，用于等离子体炬的恒流电源电路、包括导通缓冲电路5，逆变电路1包括多个功率开关管，导通缓冲电路5用于控制功率开关管零电参数导通。

电源的波动性影响电弧的波动，为消除电源对电弧波动带来的不良影响，应尽可能抑制电源开关瞬态带来的电流噪声。但是，无论目前采用的三相桥式全控整流结构还是高频开关电源整流输出结构，都存在较高的开关噪声，尤其是高频开关电源整流输出结构，由于开关频率高，环路中电压电流变动剧烈，开关噪声尤其显著。

具体地，本公开实施例利用导通缓冲电路5控制功率开关管零电参数导通，例如零电流导通或者零电压导通，实现了功率开关管的软开关，降低了各个功率开关管导通时的损耗，进而降低了用于等离子体炬的恒流电源电路的开关噪声，使得用于等离子体炬的恒流电源电路能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动和低噪声的要求，有利于等离子体炬的优化运行。示例性地，功率开关管例如可以包括MOS(Metal OxideSemiconductor)管，也可以根据电源工作参数选择合适的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)功率开关管。

可选地，如图1所示，可以设置多个功率开关管构成全桥结构，多个功率晶体管至少包括对应正向电源信号设置的第一功率晶体管Q1和第二功率晶体管Q2，第一功率开关管Q1与第二功率开关管Q2的串联节点b用于输出正向电源信号，导通缓冲电路5包括第三电感L3，第三电感L3串联于第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2的串联节点b与变压调节电路2的原边正输入端D1之间。

示例性地，可以设置多个功率晶体管至少包括对应正向电源信号设置的第一功率晶体管Q1和第二功率晶体管Q2，以及对应独负向电源信号设置的第三功率晶体管Q3和第四功率晶体管Q4，四个功率开关管构成全桥结构，其中第一功率晶体管Q1与第二功率晶体管Q2串联以形成全桥结构中的一条串联支路，第三功率晶体管Q3与第四功率晶体管Q4串联以形成全桥结构中的另一条串联支路，两条串联支路形成并联关系以形成整个全桥结构。具体地，第一功率晶体管Q1至第四功率晶体管Q4的具体连接关系为，第一功率晶体管Q1的第一端与第三功率晶体管Q3的第一端连接，第一功率晶体管Q1的第二端与第二功率晶体管Q2的第一端连接，第三功率晶体管Q3的第二端与第四功率晶体管Q4的第一端连接，第二功率晶体管Q2的第二端与第四功率晶体管Q4的第二端连接，图1中每个功率晶体管的上端为功率晶体管的第一端，每个功率晶体管的下端为功率晶体管的第二端。

具体地，用于等离子体炬的恒流电源电路实现全桥移相恒流输出，第一功率晶体管Q1与第二功率晶体管Q2串联并通过串联节点b输出正向电源信号，第三功率晶体管Q3与第四功率晶体管Q4串联并通过串联节点e输出负向电源信号，即第一功率开关管Q1与第二功率开关管Q2构成全桥结构的第一桥臂，第三功率开关管Q3与第四功率开关管Q4构成全桥结构的第二桥臂，第一桥臂中的串联节点b先连接第三电感L3的一端，第三电感L3的另一端与变压调节电路2的原边正输入端D1连接，第二桥臂中的串联节点e与变压调节电路2的原边负输入端D2连接。

设置导通缓冲电路5包括第三电感L3，且第三电感L3串联于第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2的串联节点b与变压调节电路2的原边正输入端D1之间，利用第三电感L3中的电流不会急速上升的特点，使得在用于等离子体炬的恒流电源电路工作的不同时段，第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2零电压导通，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4零电流导通，在克服了目前存在的电源输出电流波动大的缺点，降低了输出电流波动的同时，实现了功率开关管的软开关，降低了各个功率开关管导通时的损耗，进而降低了用于等离子体炬的恒流电源电路的开关噪声，使得用于等离子体炬的恒流电源电路能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动和低噪声的要求，有利于等离子体炬的优化运行，实现了低波纹和低开关噪声的用于等离子体炬的恒流电源电路。

可选地，如图1所示，用于等离子体炬的恒流电源电路包括整流缓冲电路7，整流电路3包括多个整流二极管，整流缓冲电路7用于控制整流二极管无续流电流通过，以及调节第一电感L1和第二电感L2两端的电压差。示例性地，可以设置整流缓冲电路7包括第三电容C3，第三电容C3串联于整流电路3的正输出端A1与负输出端A2之间。

具体地，由于整流缓冲电路7，即第三电容C3的设置，当与变压调节电路2的副边连接的整流二极管的电压换向时，整流二极管中无续流电流，也就是即使整流二极管上存在反向电压，整流二极管中也不存在反向恢复电流，有效实现了整流二极管的软开关，在克服了目前存在的电源输出电流波动大的缺点，降低了输出电流波动的同时，降低了各个整流二极管的损耗，进而降低了用于等离子体炬的恒流电源电路的开关噪声，使得用于等离子体炬的恒流电源电路能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动和低噪声的要求，有利于等离子体炬的优化运行，实现了低波纹和低开关噪声的用于等离子体炬的恒流电源电路。

另外，电路左侧的电源信号经过整流后，向第三电容C3充电，同时也向第三电容C3右侧的负载调节电路4充电，由于整流缓冲电路7，即第三电容C3的设置，使得第一电感L1和第二电感L2两端的电压差减小，进一步减小了电源的输出电流的波动量，使得用于等离子体炬的恒流电源电路能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动的要求，有利于等离子体炬的优化运行。

示例性地，可以根据电源输入电压、输出电流、输出电压以及开关频率等工作参数对第三电容C3进行优化选择，例如可以设置第三电容C3的电容值大于等于1uF，小于等于10uF，第三电容C3的电容值的选择需要确保第三电容C3两端的电压不为零。

可选地，如图1所示，可以设置逆变电路1包括多个功率开关管，至少一个功率开关管对应设置有关断缓冲电路6，关断缓冲电路6用于控制功率开关管零电参数关断。示例性地，关断缓冲电路6可以包括第一阻抗元件R1和第二电容C2，第一阻抗元件R1和第二电容C2串联于对应的功率开关管的第一端E1与功率开关管的第二端E2之间。

图1示例性地设置所有功率开关管均对应设置有关断缓冲电路6，每个关断缓冲电路6包括串联的第一阻抗元件R1和第二电容C2，第一阻抗元件R1与第二电容C2构成的RC网络使得对应的功率开关管缓冲关断，即使得在用于等离子体炬的恒流电源电路工作的不同时段，第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2零电压关断，第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4零电流关断，在克服了目前存在的电源输出电流波动大的缺点，降低了输出电流波动的同时，实现了功率开关管的软开关，降低了各个功率开关管导通时的损耗，进而降低了用于等离子体炬的恒流电源电路的开关噪声，使得用于等离子体炬的恒流电源电路能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动和低噪声的要求，有利于等离子体炬的优化运行，实现了低波纹和低开关噪声的用于等离子体炬的恒流电源电路。

可选地，如图1所示，变压调节电路2的原边对应设置有变压缓冲电路8，变压缓冲电路8包括第二阻抗元件R2和第四电容C4，第二阻抗元件R2和第四电容C4串联于变压调节电路2的原边正输入端D1与变压调节电路2的原边负输入端D2之间。

具体地，设置变压调节电路2的原边对应设置有变压缓冲电路8，变压缓冲电路8包括第二阻抗元件R2和第四电容C4，第二阻抗元件R2和第四电容C4构成的RC网络能够有效降低变压调节电路2原边电路侧的尖峰脉冲电压，使得变压调节电路2副边电路侧的尖峰脉冲电压也得到降低，进而有效降低了变压调节电路2副边的脉冲噪声。

图2为本公开实施例提供的一种用于等离子体炬的恒流电源电路的工作时序图，图3为本公开实施例提供的一种流经第三电感的电流变化示意图，图3中横坐标表示时间t，纵坐标表示流经第三电感L3的电流iL，第三电感L3工作在电流断续状态，定义第三电感L3中电流由左向右流动为正，由右向左流动为负。为说明用于等离子体炬的恒流电源电路的整体工作原理，以逆变电路1中的功率开关管包括NMOS管为例进行说明，图2中Q10至Q40信号分别对应第一功率开关管Q1至第四功率开关管Q4的控制端的信号。也可以设置功率开关管包括PMOS管，对应至功率开关管的控制端的电平的高低反向即可，本公开实施例对此不作限定。

下面结合图1至图3，对用于等离子体炬的恒流电源电路的整体工作原理进行详细说明：

模态1：即t0至t1时段，第三电感L3储能释放。在t0时刻之前，第二功率开关管Q2和第三功率开关管Q3为导通状态，流经第三电感L3的电流iL为负。t0时刻，第二功率开关管Q2关闭，流经第三电感L3的电流iL开始由负值向零电流变化，由于第二功率开关管Q2对应的RC网络中的第二电容C2两端的电压为零，第二功率开关管Q2关闭时近似认为是零电压关断，有利于降低第二功率开关管Q2关断时的损耗。此时流经第三电感L3的电流给第二功率开关管Q2对应的RC网络中的第二电容C2充电，第一功率开关管Q1对应的RC网络中的第二电容C2放电，在死区时间内第一功率开关管Q1对应的RC网络中的第二电容C2放电结束，节点b处的电压等于电源电压，此时第一功率开关管Q1打开，第一功率开关管Q1为零电压开通，即第三电感L3的设置使得第一功率开关管Q1缓冲导通，降低了第一功率开关管Q1的导通损耗。此后第一功率开关管Q1和第三功率开关管Q3处于导通状态，第二功率开关管Q2和第四功率开关管Q4处于关闭状态。到t1时刻，流经第三电感L3的电流iL升高到零。在上述过程中，第三电感L3中存储的能量，除了给第二功率开关管Q2对应的RC网络中的第二电容C2充电和反馈回电源外，还通过变压调节电路2传递到变压器T1的副边电路。由于整流电路3将交流电源信号整流为直流电源信号，t0时刻后与变压调节电路2的副边电路连接的整流二极管中的电流逐渐下降，第三电容C3开始对第一电感L1放电，到t1时刻，整流二极管中电流降为零，由于第三电容C3的存在，整流二极管中无续流电流。

模态2：即t1至t2时段，变压调节电路2原边电路的电流为零，t1时刻后，变压调节电路2原边电路无电流，第一功率开关管Q1和第三功率开关管Q3为导通状态，第二功率开关管Q2和第四功率开关管Q4为关闭状态，电源不输出能量。变压调节电路2的副边电路连接的整流二极管无电流，第三电容C3对第一电感L1放电，第一电感L1中电流下降。

模态3：即t2至t3时段，电源的正半周期向变压调节电路2的副边电路输出能量。t2时刻，第三功率开关管Q3关闭，且第三功率开关管Q3为零电压关闭，经过死区时间后，第四功率开关管Q4导通，由于第三电感L3的存在，流经第三电感L3的电流iL不能立刻上升，第四功率开关管Q4为零电流导通，进而降低了第四功率开关管Q4的导通损耗。第四功率开关管Q4导通后，电源电流通过第一功率开关管Q1、第三电感L3、变压调节电路2的原边电路以及第四功率开关管Q4后流回电源负极。流经第三电感L3的电流iL逐渐增大，并在t3时刻的第一功率开关管Q1关断前到达最大值。在上述过程中，电源通过变压调节电路2向副边输出能量。与变压调节电路2的副边电路连接的整流二极管的电流逐渐增大，第三电容C3充电，流经第一电感L1的电流逐渐增大，到t3时刻第三电容C3的电压达到最大，流经第一电感L1中的电流达到最大。

模态4：即t3至t4时段，第三电感L3储能释放。t3时刻，第一功率开关管Q1关断，由于第一功率开关管Q1对应的RC网络中的第二电容C2的存在，第一功率开关管Q1的漏源极间电压不能突变，第一功率开关管Q1零电压关断，进而降低了第一功率开关管Q1的关断损耗。第一功率开关管Q1关断后，流经第三电感L3的电流iL使得第二功率开关管Q2对应的RC网络中的第二电容C2放电，第一功率开关管Q1对应的RC网络中的第二电容C2充电。在死区时间内，第二功率开关管Q2对应的RC网络中的第二电容C2放电到零电压后，第二功率开关管Q2中并联的二极管导通，第二功率开关管Q2为零电压导通，有效降低了第二功率开关管Q2的导通损耗。此时，第二功率开关管Q2和第四功率开关管Q4为导通状态，第一功率开关管Q1和第三功率开关管Q3为关闭状态。到t4时刻，流经第三电感L3的电流iL降为零。与变压调节电路2的副边电路连接的整流二极管电流逐渐降低，第三电容C3向第一电感L1输出电流。

模态5：即t4至t5时段，变压调节电路2的原边电路的电流为零阶段。t4时刻，流经第三电感L3的电流iL降为零，一直到t5时刻，第四功率开关管Q4关闭。该过程中电源不向副边传递能量，副边电路对应的第三电容C3、第一电感L1、第二电感L2和第二电容C2向等离子体炬负载RL输出能量。由于第三电容C3的存在，整流二极管始终承受反向电压而无续流电流。

模态6：即t5至t6时段，负半周期电源向变压调节电路2的副边电路输出能量阶段。t5时刻，第四功率开关管Q4关闭，经过死区时间后第三功率开关管Q3打开。由于第三电感L3的存在，第三功率开关管Q3为零电流导通，进而有效降低了第三功率开关管Q3的导通损耗。电源电流通过第三功率开关管Q3、变压调节电路2的原边电路、第三电感L3、第二功率开关管Q2回到电源负极，此时电源通过变压调节电路2向副边电路输出能量，同时第三电感L3中存储能量，t6时刻，第二功率开关管Q2关闭，在t6时刻之前流经第三电感L3的电流iL达到最大值。变压调节电路2的副边输出的电源信号经过整流二极管整流后，给第三电容C3及第一电感L1充电，t6时刻，第三电容C3的电压和流经第一电感L1的电流达到最大值，这里的最大值指负向最大值。t6时刻以后，用于等离子体炬的恒流电源电路进入下一个周期，重复上述各模态过程。

这样，在克服了目前存在的电源输出电流波动大的缺点，降低了输出电流波动的同时，利用第三电感L3以及功率开关管接入的RC网络实现了功率开关管，利用第三电容C3实现了整流二极管的软开关，降低了用于等离子体炬的恒流电源电路的开关噪声，使得用于等离子体炬的恒流电源电路能够更好地满足等离子体炬运行时对电源电流低脉动和低噪声的要求，有利于等离子体炬的优化运行，实现了低波纹和低开关噪声的用于等离子体炬的恒流电源电路。

图4为本公开实施例提供的另一种用于等离子体炬的恒流电源电路的结构示意图。在图1所示结构的用于等离子体炬的恒流电源电路的基础上，图4所示结构的用于等离子体炬的恒流电源电路还包括偏磁平衡电路9，偏磁平衡电路9包括第五电容C5，逆变电路1包括多个功率开关管，第一功率开关管Q1与第二功率开关管Q2的串联节点b用于输出正向电源信号，第五电容C5串联于第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2的串联节点b与变压调节电路2的原边正输入端D1之间。

具体地，变压调节电路2存在偏磁现象，即变压调节电路2对应的交流电源信号的正半周与负半周不平衡，本公开实施例设置偏磁平衡电路9包括第五电容C5，第五电容C5串联于第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2的串联节点b与变压调节电路2的原边正输入端D1之间，即在变压调节电路2的原边接入具有隔直作用的第五电容C5，通过对第五电容C5两端电压的调节，能够有效平衡变压调节电路2对应的交流电源信号的正半周与负半周，进而改善电压调节电路存在的偏磁问题。另外，图4所示结构的用于等离子体炬的恒流电源电路的工作原理与图1所示结构的用于等离子体炬的恒流电源电路的工作原理相同，这里不在赘述。图4示例性地设置第五电容C5位于第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2的串联节点b与第三电感L3之间，也可以设置第五电容C5位于第三电感L3与变压调节电路2的原边正输入端D1之间。

可选地，如图1所示，整流电路3包括多个整流二极管，变压调节电路2包括两组副边线圈，每组副边线圈对应设置有一组整流二极管构成的桥状电路10，每个桥状电路10例如可以包括四个整流二极管，即变压调节电路2的副边电路为两路全波整流串联输出，可以有效降低整流二极管反向承受的电压值。图5为本公开实施例提供的另一种用于等离子体炬的恒流电源电路的结构示意图。与图1所示结构的用于等离子体炬的恒流电源电路不同的是，图5所示结构的用于等离子体炬的恒流电源电路中变压调节电路2包括一组副边线圈，该组副边线圈对应设置有一组整流二极管构成的桥状电路10，桥状电路10例如可以包括四个整流二极管，变压调节电路2的副边电路为单路全波整流输出。

需要说明的是，本公开实施例仅以负载为等离子体炬负载为例进行说明，本公开实施例提供的恒流电源电路也可以为其它类型的负载提供恒流电源，利用本公开实施例所提供的恒流电源电路向其它类型的负载供电的技术方案也属于本公开的保护范围。

本公开实施例还提供了一种等离子体炬系统，等离子体炬系统包括上述实施例所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，因此本公开实施例提供的等离子体炬系统也具备上述实施例所述的有益效果，这里不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，包括：

电源；

逆变电路，与所述电源连接，用于将所述电源输出的直流电源信号转换为交流电源信号；

变压调节电路，与所述逆变电路连接，用于调节所述交流电源信号的电压并输出；

整流电路，与所述变压调节电路连接，用于将所述变压调节电路输出的调压后的交流电源信号转换为直流电源信号；

负载调节电路，分别与所述整流电路和等离子体炬负载连接，用于向所述等离子体炬负载输出恒流电源信号；其中，所述负载调节电路包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电感与所述第二电感串联于所述整流电路的正输出端与所述等离子体炬负载的正端之间，所述第一电容串联于所述第一电感和所述第二电感的串联节点与所述等离子体炬负载的负端之间。

2.根据权利要求1所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，还包括：

导通缓冲电路，所述逆变电路包括多个功率开关管，所述导通缓冲电路用于控制所述功率开关管零电参数导通；和/或，

整流缓冲电路，所述整流电路包括多个整流二极管，所述整流缓冲电路用于控制所述整流二极管无续流电流通过，以及调节所述第一电感和所述第二电感两端的电压差。

3.根据权利要求2所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，所述多个功率开关管构成全桥结构，所述多个功率晶体管至少包括对应正向电源信号设置的第一功率晶体管和第二功率晶体管，所述第一功率开关管与所述第二功率开关管的串联节点用于输出所述正向电源信号；

所述导通缓冲电路包括第三电感，所述第三电感串联于所述第一功率开关管和所述第二功率开关管的串联节点与所述变压调节电路的原边正输入端之间。

4.根据权利要求2所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，所述整流缓冲电路包括第三电容，所述第三电容串联于所述整流电路的正输出端与负输出端之间。

5.根据权利要求1所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，所述逆变电路包括多个功率开关管，至少一个所述功率开关管对应设置有关断缓冲电路，所述关断缓冲电路用于控制所述功率开关管零电参数关断。

6.根据权利要求5所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，所述关断缓冲电路包括第一阻抗元件和第二电容，所述第一阻抗元件和所述第二电容串联于对应的功率开关管的第一端与所述功率开关管的第二端之间。

7.根据权利要求1所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，所述变压调节电路的原边对应设置有变压缓冲电路，所述变压缓冲电路包括第二阻抗元件和第四电容，所述第二阻抗元件和所述第四电容串联于所述变压调节电路的原边正输入端与所述变压调节电路的原边负输入端之间。

8.根据权利要求1所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，还包括：

偏磁平衡电路，所述偏磁平衡电路包括第五电容，所述逆变电路包括多个功率开关管，第一功率开关管与第二功率开关管的串联节点用于输出正向电源信号，所述第五电容串联于所述第一功率开关管和所述第二功率开关管的串联节点与所述变压调节电路的原边正输入端之间。

9.根据权利要求1所述的用于等离子体炬的恒流电源电路，其特征在于，所述整流电路包括多个整流二极管，所述变压调节电路包括一组或两组副边线圈，每组所述副边线圈对应设置有一组所述整流二极管构成的桥状电路。

10.一种等离子体炬系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的用于等离子体炬的恒流电源电路。

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