【正文】 源時將強弱電兩側串聯(lián)起來，起不到隔離的作用。如圖11所示，左側輸入的為從單片機接入的四路PWM。圖11 強弱電隔離電路在電路中，除了電力電子器件參數選擇合適，驅動電路設計良好之外，采用合適的保護電路也是很重要的，主要包括過電流保護，過電壓保護，dudt保護和didt保護。在全控型器件的驅動電路中要設置過流保護環(huán)節(jié)，這對器件過電流的響應是最快的。在本模塊中過電流保護功能是通過驅動芯片IR2136實現(xiàn)的，他的FAULT引腳具有過電流輸出功能，可以實現(xiàn)電路的過電流保護。系統(tǒng)中可以將這個引腳的信號接入到單片機中，當采集到的電流信號過大時，F(xiàn)AULT 和 RCIN 變?yōu)橛行У碗娖?，利?FAULT，ITRIP，RCIN 這三個管腳可以實現(xiàn)電源系統(tǒng)的過流保護電路設計，如圖12所示。采樣電流由小電阻和可變電阻獲得，經電容濾波后送給RCIN管腳，報警信號經過光耦隔離后送給單片機，單片機檢測到該信號后就會及時的關斷程序來保護系統(tǒng)，并且產生相應的報警信號，在數碼管上顯示0表示產生過電流信號，需要檢查原因，這樣最終可以很好的起到過電流保護的作用。圖12過電流保護電路另外，在IGBT模塊也設置了緩沖電路，也稱為吸收電路，如圖13所示。在沒有緩沖電路時，IGBT開通時電流迅速上升，didt很大，關斷時dudt很大，并出現(xiàn)很高的過電壓。在有緩沖電路時，IGBT開通時緩沖電容先通過電阻向IGBT放電，使電流iC先上升一個臺階，而后因為有didt抑制電路的Li，iC上升速度減慢。Ri，VDi是在IGBT關斷時為Li提供放電回路設置。在IGBT關斷時，負載電流通過VDs向Cs分流，減輕了IGBT的負擔，抑制了dudt和過電壓。但是，因為關斷時電感能量要釋放，會產生一定的過電壓。圖13 IGBT緩沖電路另外，為了防止程序跑飛，在系統(tǒng)中設置了看門狗電路。正常工作時，單片機通過RTI模塊定時產生一個脈沖信號通過一個I/O口發(fā)送給WDI，當系統(tǒng)出現(xiàn)死機時，單片機停止發(fā)送脈沖，超過一定時間之后，看門狗電路就會發(fā)出復位信號將電路復位，系統(tǒng)恢復工作。本模塊中選用的是MAX813L，只要單片機向WDI輸出脈沖，看門狗就不會復位。RESET信號接單片機的復位信號，WDI接來自單片機的脈沖，如圖14所示圖14 看門狗電路在等離子體系統(tǒng)中可以設置幾個檔位，來控制等離子體產生速率。在等離子體產生過程中，如果電壓值高，頻率快，那么等離子體的產生速率必然會加快，但是與此同時會導致少量臭氧的產生，極少量的臭氧可以起到另外的殺菌效果，但是臭氧一旦超標，則必然會影響到人身的健康。但是同時考慮到有時對較快速凈化的需要，必須設置不同的等離子體產生速率。這樣我們可以設置三個檔位，通過設置單片機的PWM不同占空比設置不同的工作頻率。在需要緩慢凈化，比如睡眠模式時可以調為最小的檔位，在有較高濃度的污染物時可以在人回避的情況下，在一段時間內開通最高的檔位，起到快速凈化的效果。檔位的設置通過遙控實現(xiàn)。但是為了避免誤操作，需要將當前的檔位顯示，所以增加了顯示模塊。本模塊中使用74HC244來驅動一個數碼管顯示，顯示有0，1,2,3,四個數字，其中0是過電流的表示信號。如圖15所示，74HC244是八同相三態(tài)緩沖器/線驅動器，內部共有兩個四位三態(tài)緩沖器，使用時可分別以1G和2G作為它們的選通工作信號，其他的1Y1等8個管腳可以用來直接驅動數碼管。圖15 顯示模塊電路由于設計的室內空氣凈化系統(tǒng)是家用型的，體積較小，多為懸掛于墻壁上，操作一定程度上不夠方便，所以為了增加其可操作性，增加遙控模塊，遙控模塊選擇的是PT2262和PT2272.其工作過程為：當/TE置0（低電平）時，PT2262將從A0～A5和A6/D5～A11/D0管腳輸入的“地址/數據”轉換為專用的波形由DOUT輸出。DOUT輸出提供給RF調制器或IR轉換器，然后用無線電波或紅外線將“地址/數據”信息發(fā)射出去。發(fā)射的無線電波或紅外線被RF解調器或IR接收器接收并恢復為原波形。然后PT2272對波形譯碼。如果地址正確，就將其中的數據由相應管腳輸出。至此，完成了一次編解碼。本模塊中設置了四路遙控，即用到了其六位數據引腳中的四位，使用的是D0，D1，D2，D3這四路，其他的懸空。其中一路為電源開關控制，可以同時接到強電側和弱電側，連接可以通過使用一個繼電器完成，其他三路為檔位控制。如圖所示，圖16為發(fā)射電路，圖17為接收電路。圖16遙控發(fā)射電路圖17 遙控接收電路電極選擇圖7所示的雙層介質的電極，電極材料選擇紫銅箔或者錫箔，因為這兩種金屬有著較好的導電性和延展性。阻擋介質選用石英玻璃，因為石英玻璃具有均勻介電性質。將金屬箔粘貼在石英玻璃表面,用重物壓一段時間使之緊貼在一起，然后接上電線即可。阻擋介質尺寸為8cm*8cm，紫銅箔尺寸為7cm*7cm，這樣的尺寸能夠起到最好的介質阻擋放電的效果，效率比較高[[]張梅, 張文靜. 低溫等離子體滅菌實驗裝置研究[J]. 大學物理, 2007, 26(6)：4446]。第五章仿真波形本文使用Orcad進行主要部分的仿真，驅動信號由四個vpulse代替，設置vpulse的參數，能夠起到與IR2136的輸出近似的效果。設置頻率為最大頻率30KHz時，逆變器輸出電壓波形幅值應該與整流器輸出的電壓波形的幅值相同，其幅值為：UM=（）U2（）如圖18所示為逆變輸出的波形，幅值大約為260V，為頻率為30KHz的近似的方波圖18 逆變輸出波形在啟動介質阻擋放電裝置時，電源輸出的波形在到達穩(wěn)定后可以達到10Kv以上，頻率為30KHz，為近似的正弦波，完全能夠滿足等離子體發(fā)生裝置的工作要求，如圖19圖19 等離子體電源輸出波形在設置好相應的參數時，等離子體電源的輸出能夠滿足產生等離子體的要求，其頻率和幅值都可以基本達到預期的數值。并且其他的遙控，顯示等外圍的電路也可以工作?？偨Y本文主要目的是設計一個基于等離子體技術的室內空氣凈化系統(tǒng)，在本文中涉及到的主要內容有以下幾點：首先介紹了一下選題的背景，等離子體的興起原因等，之后對等離子體做了一個詳細的介紹，包括等離子體定義，產生方法，凈化原理，與其他凈化方案對比等，由于本題選的是室內空氣凈化，所以對室內空氣污染的情況也做出了一定的闡述。然后結合等離子體的這些特點，得出本題目選擇等離子體技術的原因。系統(tǒng)的整體結構主要包含三部分，等離子體電源，控制電路以及放電電極。我們根據實際需要選擇了介質阻擋放電方式產生等離子體，所以對放電電源提出了要求，需要高頻高幅值的電源，我們選擇MC9S12DG128B控制的逆變電源。根據系統(tǒng)的要求對電源的控制器件以及開關器件都做出選擇。在這一部分，規(guī)劃出了系統(tǒng)的整體結構圖，并且最后用Altium Designer設計出電源整體的電路圖。系統(tǒng)整體分成三部分，每一部分都是由幾個模塊組成。之后的內容即對這些小的模塊進行設計，選擇合適的元器件，并且畫出具體的電路圖。這些模塊主要包括整流模塊，逆變模塊，逆變驅動模塊，強弱電隔離模塊，過電流保護模塊，顯示模塊，遙控模塊，放電電極模塊，這些模塊組合起來即一個完整的系統(tǒng)。最后的是系統(tǒng)的波形顯示以及結論。系統(tǒng)是用Orcad仿真，最終的波形能夠符合介質阻擋放電的要求，頻率和幅值都能達標。另外，其他的如顯示，遙控等外圍電路也能夠正常工作，系統(tǒng)的功能基本能夠實現(xiàn)。等離子體室內空氣凈化系統(tǒng)僅僅實現(xiàn)以上功能是最基本的，在以后的研究中我們可以再增加以下幾點：1）建立化學氣體成分的微量濃度檢測以及顯示系統(tǒng)；2）根據檢測的結果自動的調節(jié)等離子體發(fā)生速率以及開關，向智能化方向發(fā)展；3）等離子體空氣凈化器與其他的催化劑配合作用，與其他的凈化方法結合共同作用；4）脈沖電壓的高幅值雖然有利于電子動能的提高 ,但提高受到擊穿電壓的制約，所引起的溫升則是另一個不利因素。新型反應器以及電源的設計和組合是解決問題的出路之一。5）系統(tǒng)可以與空調系統(tǒng)等集成[[] Michael J. Gallagher, Alexander Gutsol, Gary Friedman, Plasma Applications in AirSterilization [J].Pure ., , , –358]。綜合以上幾點可以全面調節(jié)室內空氣質量，最終達到改善人居生活和工作室內環(huán)境的目標。同時，相信等離子體技術可以將我國的空氣凈化技術提高到更高的水平。致謝本文是在馬思樂老師和王平老師的悉心指導下完成的，從論文的開題、方案的論證、仿真實驗的進行，直到最后完成，處處都滲透了兩位老師的心血和勞動。兩位老師學識淵博，教學嚴謹而又平易近人，對科研精益求精，這些優(yōu)秀品質帶給我的影響，無論在以后的研究生生活中還是更長遠的工作中，我將備受激勵，受益匪淺！在此，衷心感謝兩位老師對我的指導和關懷。同時我還要特別感謝在我的畢業(yè)設計工作一直給予極大支持和幫助的黃斌老師，以及幾位碩士研究生學長們，在畢業(yè)設計中遇到的各種問題，他們也全心地幫忙解決，在此表示衷心的感謝！還要特別感謝與我一起學習和工作的同學們，在畢業(yè)設計中我們互相幫助，互相鼓勵，一起學習，共同進步，并且對我的論文提出了很多的寶貴的意見，感謝他們！最后，我感謝我的父母對我的無私奉獻，親人們對我的殷切關懷，感謝你們這么多年來一直默默的關懷我、鼓勵我。感謝所有關心和支持我的人。參考文獻