一种基于ZVS高频电路的等离子点火器的制作方法

本发明涉及工业点火设备，具体为一种基于 zvs高频电路的等离子点火器。

背景技术：

1、工业燃烧系统中，点火器是核心关键部件，广泛应用于电站锅炉、工业窑炉、燃气轮机、石化火炬、重油燃烧器等场景。目前主流的工业点火器主要存在以下技术缺陷：

2、一、传统工频高压点火器采用 50hz 工频变压器升压，存在体积大、重量大、转换效率低的问题，且在潮湿、多尘、油污、高海拔等恶劣工况下，高压击穿能力不足，点火成功率大幅下降，甚至无法完成点火；

3、二、电容储能脉冲点火器采用电容储能，瞬时放电的工作模式，虽能实现瞬时高压脉冲，但存在持续电离能力弱的缺陷，无法形成稳定的持续等离子体，难以点燃重油、低热值燃气等难燃燃料，且频繁的瞬时大电流放电易导致高压变压器绝缘击穿，设备使用寿命短，维护成本高；

4、三、现有基于高频技术的点火装置部分方案采用 zvs 电路实现高频升压，但大多采用带中心抽头的变压器拓扑，初级绕组利用率低，高频工况下集肤效应严重，绕组发热量大，功率损耗高；且多直接输出高频交流高压，电弧抖动、发散、稳定性差，无法形成持续的高温等离子喷焰，同时缺乏完善的闭环控制与保护机制，无法适配工业自动化燃烧系统的控制需求，为此，提出一种基于 zvs高频电路的等离子点火器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于 zvs高频电路的等离子点火器，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于 zvs高频电路的等离子点火器，包括供电模块、无抽头 zvs 高频逆变模块、高频升压变压器模块、高压整流储能模块、点火电极模块和火焰检测与闭环控制模块；

3、所述供电模块，用于提供直流工作电源；

4、所述无抽头 zvs 高频逆变模块，用于将供电模块输入的直流电逆变为高频交流电；

5、所述高频升压变压器模块，用于将 zvs 高频逆变模块输出的低压高频交流电升压为高压高频交流电；

6、所述高压整流储能模块，用于将高压高频交流电整流为直流高压并进行能量储能，输出至点火电极模块形成持续直流等离子喷焰；

7、所述点火电极模块，用于作为点火源引燃燃料；

8、所述火焰检测与闭环控制模块，用于检测点火电极处是否产生火焰；

9、所述供电模块输出端与无抽头 zvs 高频逆变模块输入端电性连接，所述无抽头zvs 高频逆变模块输出端与高频升压变压器模块输入端电性连接，所述高频升压变压器模块输出端与高压整流储能模块输入端电性连接，所述高压整流储能模块输出端与点火电极模块输入端电性连接；

10、所述火焰检测与闭环控制模块分别与供电模块和无抽头 zvs 高频逆变模块相连接。

11、作为优选，所述火焰检测与闭环控制模块包括火焰检测单元、主控单元和驱动保护单元；

12、所述火焰检测单元的信号输出端与主控单元的信号输入端连接，所述主控单元的控制输出端通过所述驱动保护单元分别与无抽头zvs高频逆变模块和供电模块电连接；

13、所述火焰检测单元，用于火焰状态检测；

14、所述主控单元，用于调节点火时长和点火间隔；

15、所述驱动保护单元，用于将主控单元输出的控制信号转换为适合无抽头zvs高频逆变模块和供电模块的驱动信号，控制其正常工作。

16、作为优选，所述无抽头 zvs 高频逆变模块包括第一mos管、第二mos管、第一谐振电容、第二谐振电容、第一快恢复二极管、第二快恢复二极管和谐振电感；

17、所述高频升压变压器模块包括初级绕组和次级绕组；

18、所述第一mos管的漏极与供电模块的正极输出端连接，所述第一mos管的源极与第二mos管的漏极连接，所述第二mos管的源极与供电模块的负极输出端连接；

19、所述第一谐振电容与第二谐振电容串联后并联在所述供电模块的正负极输出端之间；

20、所述高频升压变压器模块的初级绕组与谐振电感串联后，一端连接至所述第一mos管与第二mos管的连接中点，另一端连接至所述第一谐振电容与所述第二谐振电容的连接中点；

21、所述第一快恢复二极管反向并联在所述第一mos管的漏极与源极之间，所述第二快恢复二极管反向并联在所述第二mos管的漏极与源极之间。

22、作为优选，所述第一谐振电容与第二谐振电容的容量范围为470pf～0.1μf，耐压值＞2000v；

23、所述第一mos管与所述第二mos管的耐压值＞100v，导通电流＞30a。

24、作为优选，所述高频升压变压器模块的磁芯开设有0.1mm～0.3mm的防磁饱和气隙；

25、所述初级绕组的匝数为5～8匝；

26、所述次级绕组的匝数为3000～6000匝。

27、作为优选，所述高压整流储能模块包括高压全桥整流单元、限流电阻和高压储能电容；

28、所述高压全桥整流单元的输入端与次级绕组输出端连接；

29、所述高压全桥整流单元的正极输出端通过限流电阻与高压储能电容的一端连接；

30、所述高压储能电容的另一端与高压全桥整流单元的负极输出端连接；

31、所述高压储能电容的两端分别与点火电极模块的正极、负极对应连接。

32、作为优选，所述高压全桥整流单元的耐压值＞30kv、额定电流＞1a；

33、所述限流电阻的阻值为20kω～50kω，额定功率＞50w；

34、所述高压储能电容的耐压值＞20kv，容量范围为1000pf～0.01μf。

35、作为优选，所述点火电极模块的正极与负极之间的放电间隙为5mm～150mm。

36、作为优选，所述点火电极的外层设置有氧化铝陶瓷绝缘套筒，所述氧化铝陶瓷绝缘套筒的耐温＞1300℃。

37、作为优选，所述火焰检测单元的响应时间＜100ms。

38、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

39、一、本发明采用无抽头 zvs 零电压软开关拓扑，开关损耗接近零，整机逆变转换效率可达 92% 以上，相比传统工频点火器效率提升 50% 以上，相比带抽头 zvs 电路效率提升 15% 以上，大幅降低能耗。

40、二、本发明通过高压整流储能模块输出直流高压，在点火电极端形成持续、稳定的高温直流等离子喷焰，电弧核心温度可达 5000-10000℃，相比交流电弧，无极性翻转带来的电弧中断问题，等离子通道持续稳定，在潮湿、多尘、油污、高海拔等恶劣工况下，可稳定击穿 120mm 以内的空气间隙，点火成功率 100%，可轻松点燃重油、低热值燃气、煤粉等难燃燃料。

41、三、本发明配套火焰检测与闭环控制模块，可实现火焰状态实时检测、熄火自动重燃，点火时长、点火间隔可灵活设定，同时具备过流、过压、过热、短路保护功能，配套有线或无线遥控功能，可适配工业自动化燃烧系统的远程控制需求，大幅提升设备运行的安全性与可靠性。

42、四、本发明支持市电整流与锂电池双供电模式，既可在固定工业场景下使用市电供电，也可在野外无市电场景下通过锂电池供电，满电状态下可持续工作 30 分钟以上，适用场景大幅拓展。