基于光化学的紫外线灯电子镇流器技术研究
作者单位：合肥学院
学位级别：硕士
导师姓名：徐海珍;刘会钊
授予年度：2023年
摘 要：近年来,基于光化学222nm波长的准分子紫外线灯消毒技术引起了社会的广泛关注,相较于传统的灭菌消毒技术,该技术安全系数高、污染少,在医疗消毒领域上具有广阔的应用前景。准分子紫外线灯需要在高频高压的条件下才能够利用介质阻挡放电来激发灯管内相应的混合气体,产生对应的准分子并在短时间内跃迁为基态的同时释放出光子,产生相应波长的紫外线,从而实现灭菌消毒的目的。目前对日常生活中所使用的普通的紫外线灯电子镇流器研究和设计已经有很多,但普通的紫外线灯电子镇流器无法提供小功率准分子紫外线灯正常工作时所需要的高频高压条件,因此,面向小功率准分子紫外线灯电子镇流器的研究和设计有待深入。由于电子镇流器的输出特性和控制策略决定了准分子紫外线灯的工作状态,研究设计出性能优越的准分子紫外线灯电子镇流器对准分子紫外线灯消毒技术的推广有着积极的作用。论文针对基于光化学的准分子紫外线灯电子镇流器的拓扑电路和控制电路进行研究,设计并搭建一台最大输出功率为70W、有着良好输出特性的准分子紫外线灯电子镇流器,保证准分子紫外线灯在该电子镇流器的作用下能够正常稳定工作。主要研究内容包括:(1)对紫外线灭菌原理以及紫外线灯的结构、工作原理、介质阻挡放电条件下紫外线产生过程等进行了详细分析。根据准分子紫外线灯的工作要求,分析得出准分子紫外线灯电子镇流器应具备的输出特性,对准分子紫外线灯电子镇流器常见的拓扑结构进行比较分析,并根据设计目标确定本文中电子镇流器所采用的拓扑结构。(2)在对电子镇流器功率因数校正电路和LLC谐振电路工作原理进行分析的基础上,确定了Boost电路作为电子镇流器功率因数校正电路,以及半桥LLC谐振电路作为电子镇流器的DC/AC电路。对Boost型功率因数校正电路和半桥LLC谐振电路的主电路和控制电路进行了设计,并对开关管、磁性元件、高频变压器等主要器件进行了选型和参数及结构设计。(3)为保证紫外线灯的正常运行,通过设计合理的控制策略保证电子镇流器电压稳定输出。首先,针对半桥LLC谐振电路输出高频高压采样困难的问题,提出在高频变压器中增设辅助绕组的采样方案;其次,以辅助绕组整流滤波后的电压输出为被控对象,采用扫频法建立半桥LLC谐振电路小信号模型,实现了简单、精确的小信号建模;然后基于所建立的小信号模型,通过优化零极点配置,提出使用一个单零点单极点网络对其补偿,实现输出电压的稳定性控制和快速响应。最后通过设计搭建相对应的控制器硬件电路实现所提出的控制策略。(4)完成70W准分子紫外线灯电子镇流器的样机搭建,并测试样机关键工作波形,结合紫外线灯的工作情况,验证了所设计的硬件电路和所提控制策略的可行性。
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