脈沖電場殺菌用固態(tài)高壓開關(guān)的研制.pdf

1、食品殺菌（滅菌）技術(shù)是食品工業(yè)的核心技術(shù)之一，常用的食品殺菌技術(shù)主要分為兩大類：熱殺菌技術(shù)和非熱殺菌技術(shù)。在非熱殺菌技術(shù)中，脈沖電場殺菌技術(shù)具有處理時(shí)間短、能量消耗低、最大限度保持食品營養(yǎng)及風(fēng)味、殺菌率高等優(yōu)點(diǎn)，因此其在食品非熱殺菌，特別是液體食品非熱殺菌方面得到了廣泛的關(guān)注和深入的研究。
　　高壓脈沖發(fā)生器是脈沖電場滅菌裝置中的關(guān)鍵，要求其可以提供滅菌所需要特性參數(shù)（波形、頻率、幅值、脈寬、極性）的脈沖電壓。目前，脈沖電場殺菌技

2、術(shù)沒有獲得工業(yè)化應(yīng)用，其最主要原因是常用的輸出脈沖為指數(shù)衰減波，相比于方波脈沖，指數(shù)衰減波殺菌效果差、能量利用率低且易導(dǎo)致被處理液體出現(xiàn)溫升。而高壓方波脈沖電源對其開關(guān)具有很高的技術(shù)要求，高壓開關(guān)的性能好壞直接決定脈沖的理想程度，因此對脈沖電場殺菌用高壓開關(guān)的研制是十分迫切及必要的。
　　本文研究利用 IGBT串聯(lián)構(gòu)成高壓、大容量固態(tài)開關(guān)的技術(shù)。設(shè)計(jì)并實(shí)際制造出了可供高壓脈沖電場滅菌用額定電壓10 kV的固態(tài)高壓開關(guān)。該開關(guān)采用8

3、個(gè)1700 V、400 A的IGBT串聯(lián)，以柵極動(dòng)態(tài) RCD為基本均壓方式，以FPGA為主控單元，產(chǎn)生8路相對獨(dú)立的基準(zhǔn)控制脈沖，其脈寬、周期、延時(shí)均可調(diào)節(jié)，且以25 ns為步進(jìn)調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)各路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相對延時(shí)，使各單元分壓均勻，消除過壓影響，從而在負(fù)載端得到較為理想的方波脈沖。采用光纖隔離，使隔離電壓不受限制。
　　本文搭建了八單元 IGBT串聯(lián)固態(tài)高壓開關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在高壓10kV下進(jìn)行驗(yàn)證分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置性能良好