中心議題：

• 設計脈寬調製型高壓逆變電源
• 介紹逆變電源主回路
  、PWM控製電路及過流保護回路
• 實驗並得出結論

解決方案：

• 升壓變壓器工作於高頻脈衝狀態，減小脈衝電源體積
• 電流較大時關斷係統
  ，避免器件的損壞
• 使用等離子體荷電噴霧技術
  ，降低農藥的使用量，減輕對環境的汙染

環境保護和可持續發展是21世(shi)紀(ji)農(nong)業(ye)發(fa)展(zhan)優(you)先(xian)考(kao)慮(lv)的(de)問(wen)題(ti)。目(mu)前(qian)對(dui)農(nong)作(zuo)物(wu)的(de)病(bing)蟲(chong)害(hai)進(jin)行(xing)化(hua)學(xue)防(fang)治(zhi)是(shi)植(zhi)物(wu)保(bao)護(hu)的(de)主(zhu)要(yao)手(shou)段(duan)。但(dan)是(shi)隨(sui)著(zhe)農(nong)藥(yao)使(shi)用(yong)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，使(shi)病(bing)蟲(chong)害(hai)的(de)抗(kang)藥(yao)性(xing)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)，迫(po)使(shi)農(nong)藥(yao)用(yong)量(liang)愈(yu)來(lai)愈(yu)大(da)
，由(you)此(ci)而(er)造(zao)成(cheng)的(de)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)也(ye)愈(yu)來(lai)愈(yu)嚴(yan)重(zhong)。鑒(jian)於(yu)農(nong)藥(yao)危(wei)害(hai)的(de)存(cun)在(zai)，世(shi)界(jie)各(ge)國(guo)都(dou)在(zai)進(jin)行(xing)旨(zhi)在(zai)減(jian)少(shao)農(nong)藥(yao)使(shi)用(yong)量(liang)的(de)研(yan)究(jiu)。我(wo)國(guo)目(mu)前(qian)在(zai)生(sheng)產(chan)第(di)一(yi)線(xian)使(shi)用(yong)的(de)施(shi)藥(yao)器(qi)械(xie)主(zhu)要(yao)還(hai)都(dou)是(shi)二(er)三(san)十(shi)年(nian)前(qian)設(she)計(ji)的(de)產(chan)品(pin)，其(qi)中(zhong)以(yi)背(bei)負(fu)手(shou)動(dong)噴(pen)霧(wu)器(qi)為(wei)主(zhu)，噴(pen)霧(wu)技(ji)術(shu)落(luo)後(hou)製(zhi)約(yue)著(zhe)農(nong)藥(yao)效(xiao)力(li)的(de)發(fa)揮(hui)，精(jing)密(mi)噴(pen)霧(wu)是(shi)目(mu)前(qian)國(guo)際(ji)上(shang)施(shi)藥(yao)技(ji)術(shu)上(shang)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)。利(li)用(yong)物(wu)理(li)學(xue)原(yuan)理(li)開(kai)發(fa)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)噴(pen)霧(wu)技(ji)術(shu)是(shi)新(xin)近(jin)發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)高(gao)效(xiao)低(di)汙(wu)染(ran)施(shi)藥(yao)新(xin)技(ji)術(shu)。本(ben)文(wen)在(zai)傳(chuan)統(tong)靜(jing)電(dian)噴(pen)灑(sa)技(ji)術(shu)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)
，將(jiang)利(li)用(yong)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)IGBT研yan製zhi的de高gao頻pin高gao壓ya逆ni變bian電dian源yuan應ying用yong於yu噴pen霧wu技ji術shu

，與yu靜jing電dian施shi藥yao方fang法fa相xiang比bi，能neng夠gou提ti高gao霧wu滴di的de沉chen積ji量liang，增zeng加jia霧wu滴di的de荷he電dian性xing能neng，噴pen灑sa施shi藥yao可ke減jian少shao藥yao用yong量liang四si分fen之zhi一yi。

等離子體荷電原理
圖1所示為等離子體荷電原理圖，當在電極上施加一定的脈衝高壓時，窄脈衝電暈放電中產生的高能電子能使氣體電離成正
、fulizi，tongshizaikongjiandianchangzhong，youyugaoyamaichongshangshengyandouqiao，dianzikeshunjianjiasu，erlizijihubujiasu。zaizhezhongfangdiandenglizitizhong，dianziwendutebiegao，kexingchengdaliangdejifataifenzi
，gezhongjifufanyingdeziyoujijianghuiyinfaqitifenzidianli。zaidianjifujin,極性與電極極性相異的離子被電極吸附
，與電極極性相同的離子受電排斥並在周圍形成離子區[1]。dangyaoyezaibenghuoqitawailidezuoyongxiayoupentouwuhuahouxingchengwudibingtongguodianliquyulizipengzhuangshi，jiubadianhechuangeiwudi，shiwudihedian。erwudiyouduilizichanshengpaichili，shichongdiansuduxiajiang，zhizhichongdiantingzhierdadaobaohe。
 

    飽和帶電量:

    
式中，ε0、εr為空氣介電常數和液體相對介電常數
，E為電場強度
，d為霧滴直徑。

霧滴在高壓電場的作用下定向飛向植株並在植株上沉積
，可提高農藥在植株上的沉積量。

與yu普pu通tong靜jing電dian噴pen霧wu相xiang比bi，在zai脈mai衝chong放fang電dian情qing況kuang下xia產chan生sheng的de電dian流liu主zhu要yao由you電dian子zi漂piao移yi形xing成cheng，而er離li子zi漂piao移yi速su度du遠yuan小xiao於yu電dian子zi漂piao移yi速su度du，在zai窄zhai脈mai衝chong期qi間jian離li子zi電dian流liu可ke忽hu略lve，所suo以yi這zhe種zhong放fang電dian能neng量liang利li用yong率lv很hen高gao。另ling外wai
，在zai高gao頻pin高gao壓ya脈mai衝chong電dian源yuan電dian路lu中zhong，升sheng壓ya變bian壓ya器qi工gong作zuo於yu高gao頻pin脈mai衝chong狀zhuang態tai，升sheng壓ya變bian壓ya器qi的de體ti積ji極ji大da地di縮suo小xiao，因yin而er使shi脈mai衝chong電dian源yuan體ti積ji得de以yi減jian小xiao

，方fang便bian了le在zai實shi際ji中zhong的de使shi用yong。

等離子體荷電噴霧電源的設計
脈衝放電主電路設計
脈衝電源整個電路由主電路和控製電路組成。考慮到荷電噴霧基本上都用在室外，主電路的輸入設計為可用蓄電池供電的12V直流電壓，將它加在由電容C4
、C5、IGBT大功率管U1、U2和高頻變壓器組成的半橋式逆變電路。控製電路采用PWM方式。控製電路輸出二路彼此絕緣、相位差180°並有一定死區的脈衝。這兩路脈衝分別控製U1


、U2的導通和關斷，使得直流電轉換為高頻脈衝。高頻脈衝經脈衝變壓器升壓後輸出高壓高頻脈衝[2-3]。電路如圖2所示。

研製的高壓窄脈衝電源改善了高壓荷電係統的性能且穩定性好。實際運行表明，電源輸出電壓峰值為0～30kV，頻率為15kHz，脈寬為500ns～800ns。脈衝供電與直流供電相比
，其起暈電壓低50%以上。此種電源功率變壓器的輸入頻率大幅度提高，同時變壓器和平波電抗器體積重量大為減小
，且電源輸出紋波小、響應速度快。變壓器高壓側波形如圖3所示。

PWM控製電路的設計
在以IGBT設計的逆變電源中
，PWM控製電路是極其重要的組成部分

，SG3525脈寬調製型控製器作為SG3524的改進型，更適合於開關器件的雙端DC-DC變換器，它的外圍電路原理圖如圖4所示，輸出波形如圖5所示。

SG3525主要功能如下：
(1)內部設置欠壓鎖定電路。當電壓從8V降至7.5V時
，欠壓鎖定電路開始工作，僅用0.5V的固定滯後電壓便可消除箝位電路在閾值處的振蕩，能有效地使輸出保持關斷狀態。

(2)設置軟啟動保護，由內部50μA電流源和8腳外接電容構成軟啟動
，引腳16參考電壓經可調電阻RV與8腳相連

，可連續調節占空比
，RV調節範圍為0～1kΩ。

(3)設置關斷保護電路，由內部元件與外部電路相結合，實現對輸出脈衝的快速關斷，當引腳10電壓超過0.7V時
，芯片將進行限流操作;當引腳10電壓超過1.4V時，將關斷PWM鎖存器輸出

，直到下一個時鍾周期才恢複。

(4)芯片振蕩頻率由Ct、Rd、Rt決定，頻率調節範圍從50Hz～400kHz，芯片振蕩頻率估算公式為f=1/Ct(0.7Rt+3Rd)。

應用時設計頻率調節範圍為250Hz～30kHz,由此可定Ct=0.01μF，Rd=150Ω，Rt=0～50kΩ。

過流保護電路
過電流保護電路的主要任務是檢測輸出電流的變化，並將其反饋到SG3525的控製端，在電流較大時可可靠關斷係統，以避免器件的損壞。其電路原理如圖6所示。圖中，電阻R1
、R2對主電路的輸出進行采樣，當輸出電路中電流增大到設定值時，采樣電壓U1隨之增大，該信號經CA239反饋到SG3525的+V端，封鎖PWM脈衝。

采樣電壓U1與輸出電壓UF的關係如下：
當輸入電壓U1為正時，輸出電壓UF為：
當輸入電壓U1為負時
，輸出電壓UF為： 
適當選擇各電阻值，過電流時，就可以可靠地關斷控製電路[6]。

實驗結論
植株模擬測試
將模擬植株分別放在距噴頭20cm、40cm、60cm、80cm處進行測量，放電電流選用較穩定的－4μA，流速為5.259ml/s
，測量時間為6分鍾
，其實驗結果如表1所示。

荷質比測試
荷質比是衡量霧滴荷電性能的重要指標,荷質比越大，霧滴的荷電性能及充電效果越好
，通過實驗手段可對霧滴荷電情況進行測量。不同荷電情況下荷質比測試數據如表2所示。

 由表1可以看出，由於使用了等離子體荷電噴霧技術，農藥落在植株上的藥量有了明顯的增加
，達到了設計要求。由表2可(ke)見(jian)

，等(deng)離(li)子(zi)體(ti)荷(he)電(dian)與(yu)普(pu)通(tong)靜(jing)電(dian)噴(pen)霧(wu)相(xiang)比(bi)
，能(neng)在(zai)較(jiao)小(xiao)的(de)放(fang)電(dian)電(dian)壓(ya)下(xia)得(de)到(dao)較(jiao)高(gao)的(de)荷(he)質(zhi)比(bi)。從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)農(nong)藥(yao)的(de)使(shi)用(yong)量(liang)，也(ye)減(jian)輕(qing)了(le)對(dui)環(huan)境(jing)的(de)汙(wu)染(ran)。