基于PDM控制的电晕处理电源的研究

　　1 概述

　　塑料与传统的包装材料(如纸、玻璃、金属)相比[1]，具有质轻、防潮、防腐、价廉、易成型等优点，塑料薄膜表面电晕处理原理是通过在电极上施加高频高压电源（对于塑料薄膜表面处理来说，电压一般在10kV～13kV之间，频率在10kHz～30kHz左右），使电极放电，气体电离后产生的各种能量粒子(如正负离子、电子、光子等)在强电场的作用下，加速冲击处在电极之间的高聚物表面，使表层分子连接的化学键断裂而绛解，增加表面的粗糙度。 电晕放电负载的物理结构和等效电路如图1所示。当电晕负载两端的外加电压低于气体放电起始电压Vs时，放电通道不发生放电现象，此时电晕负载可以等效为放电通道的间隙电容Cg和绝缘介质电容Cd串联。

　　当外加电压高于Vs时，放电通道开始放电，绝缘介质电容Cd基本保持不变，但负载总的等效电容CZ具有随外加电压的升高而逐渐变大的特点，其等效电路如图1（b）所示。电阻R等效为放电时能量的消耗[2]。 电晕放电处理的目的是增加塑料表面的粘结程度。总体来说，电晕放电处理过程需要特殊设计的电源，能够提供10～20kV，20～50kHz的电压，并在大气压的情况下保持稳定的放电[3]。在工业应用中还需要该电源能够对不同材料，不同厚度的材料进行相应的处理。这就要求该电源能够具有宽范围调功的能力。脉冲密度调制（PDM）控制策略能够满足以上要求。

　　2 PDM控制基本原理

　　为了简化起见，升压变压器和电晕放电负载用简单的LCR谐振电路来表示，如图2所示。图3为电压型串联谐振逆变PDM的开关工作模式。传统的电压型逆变器在模式1和模式2之间交替工作，从而产生方波交流状态。而PDM逆变器的工作模式除了模式1和模式2外，还有模式3，即将门极驱动信号提供给S3和S4，使得一个IGBT和另一个IGBT的反并联二极管导通，给输出电流提供双向流动的通路，使输出端产生零电压状态。这样，PDM便以一定的控制序列调制输出电压，并且与谐振负载的谐振电流同步。