关键词：电晕处理电源；功率控制；脉冲密度调制

    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。

    3 pdm控制系统的实现

    图4所示是pdm逆变器的控制框图。控制电路分为两个部分：一个是pdm中的锁相控制电路，另一个是pdm反馈控制电路。pdm控制中的锁相电路包括相位探测器（pd），低频滤波（lpf1），压控振荡器（vco），模拟开关（as）和峰值探测器（pcd）。因为无法精确地探测到数值很小的电流，传统的pll电路不能在轻度表面处理时正常工作，as和pcd的组合能够解决该问题。从pcd检测的输出信号在lpf1的输入端开通或着关闭as。在输出电流的峰值比预设的电平大的时候，as保持关断，从而是传统的锁相电路。在峰值电流比预设的电流小的时候，as开通。在这种情况下，lpf1中的电容使得vco以as开通前相同的频率工作。

    pdm反馈电路包括比较电路，同步电路和低通滤波电路（lpf2）。控制信号波形如图5所示。平均输出电压的参考电压v＊控制零电平的宽度。实际平均电压vo是实际的交流电压状态m通过lpf2得到的。v＊和vo的比较产生一个交流电压状态参考，将选择pdm逆变器工作于何种模式，要么是方波交流状态,要么是子谐振序列中的零电压状态。包含有d类型触发器的同步电路将防止在谐振周期内电流状态发生变化，vco的输出信号和交流状态参考m＊分别做为时钟信号和数据信号输入d型触发器中。同步电路在时钟信号即vco的输出的每一个上升沿读取m＊并在下一个子谐振周期内保持逻辑信号m。逻辑电路在交流方波状态m=1产生交替的模式1和模式2，在m=0时产生第三个模式。经过逻辑运算得到的信号a、信号b及它们反相后的信号将输入给死区电路，从而产生2μs的死区以避免直流输入的短路现象。

&nbs