一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，用于向產(chǎn)生低溫等離子體的低溫等離子體反應器供電，包括主電路和控制電路；所述主電路由三相整流濾波電路、IGBT變換電路和升壓電路組成；所述控制電路由單片機控制電路、IGBT控制電路以及操作界面組成。三相交流電壓經(jīng)過整流濾波電路后變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓，直流電壓經(jīng)過IGBT變換電路后轉(zhuǎn)換為雙極性脈沖電壓，雙極性脈沖電壓經(jīng)過升壓電路后電壓放大，并向低溫等離子體反應器提供電能。本發(fā)明可以有效避免傳統(tǒng)電源大部分能量在系統(tǒng)中的振蕩損耗，從而可以有效提高反應器的能量注入，提高能量利用效率，減小電耗。
【專利說明】一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電源【技術領域】，具體涉及一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源。
【背景技術】
[0002]低溫等離子體在微電子、材料制備、環(huán)保、航空航天、軍事等領域起著越來越重要的作用，近年來，對低溫等離子體的研究逐漸成為等離子體學科的研究熱點。供電電源是低溫等離子體發(fā)生裝置的核心和關鍵部分，目前多種電源已被應用到等離子體發(fā)生中，包括直流電源、交流電源、脈沖電源等。
[0003]雙極性脈沖電源用于發(fā)生低溫等離子體具有很大的優(yōu)勢。單極性電源會致使反應器上積累電荷，如果不釋放會形成托尾電壓，從而增強后續(xù)供電脈沖所形成的空間電場，造成了間歇火花放電，不利于能量的注入，同時，放電空間內(nèi)電流分布均勻度不好。采用脈沖放電技術，可在反應器內(nèi)快速建立強電場，由于脈沖窄，離子沒有加速，而電子獲得較大的能量，避免了直流供電時的能量浪費，快的脈沖上升前沿和高的脈沖電壓峰值可以使電子在自由程內(nèi)受到突發(fā)性強電場的加速而得到足夠的能量，它們與中性氣體分子和原子進行非彈性碰撞，使這些中性粒子的激發(fā)、分解和電離更為強烈，同時放電間隙允許加上很高的過電壓而不產(chǎn)生火花放電。脈沖電源可以有效避免傳統(tǒng)電源大部分能量在系統(tǒng)中的振蕩損耗，從而可以有效提高向反應器能量注入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了更有效的提高注入低溫等離子體的能量效率，提供了一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，可降低低溫等離子體裝置的運行耗電成本，提高低溫等離子體的發(fā)生效率。
[0005]一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，用于向產(chǎn)生低溫等離子體的低溫等離子體反應器供電，所述的雙極性脈沖電源包括主電路和控制電路；
[0006]所述的主電路包括:
[0007]三相整流濾波電路，用于將三相交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓；
[0008]IGBT變換電路，用于將直流電壓轉(zhuǎn)化為脈沖電壓；
[0009]升壓電路，輸出端接有所述的低溫等離子體反應器，并用于對所述的脈沖電壓升壓；
[0010]所述的控制電路接入IGBT變換電路，并用于調(diào)節(jié)整流后的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
[0011]作為進一步改進，所述的三相整流濾波電路包括三相橋式全控整流電路和濾波電路。三相橋式全控整流電路把三相交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓，其包括晶閘管D1-D6 ；濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，濾波電路由電容C1-C2和電感L2組成。
[0012]作為進一步改進，所述的IGBT變換電路包括逆變電路和LC串聯(lián)諧振電路。IGBT變換電路由絕緣柵雙極型晶體管V1-V4、電感L3、和電容C3組成，把直流電壓轉(zhuǎn)化為脈沖電壓，V1-V4受IGBT控制電路控制。LC串聯(lián)諧振電路的電壓為三相整流濾波電路轉(zhuǎn)化得到的直流電壓，諧振電路的電感為L3，諧振電路的電容為C3與低溫等離子體反應器的等效電容。
[0013]作為進一步改進，所述的升壓電路為變壓器，變壓器Tl對脈沖電壓升壓，得到的幅值增大的脈沖電壓為低溫等離子反應器提供電壓。
[0014]作為進一步改進，所述的三相交流電壓經(jīng)濾波器進入所述的三相整流濾波電路。
[0015]作為進一步改進，所述的控制電路包括單片機控制電路、控制電源和IGBT控制電路:
[0016]單片機控制電路用于為控制電源和IGBT控制電路提供電信號；
[0017]控制電源用于把單片機控制電路信號放大，調(diào)節(jié)整流后的直流電壓；
[0018]IGBT控制電路調(diào)節(jié)IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率；
[0019]以及接入所述單片機控制電路的外部輸入模塊，外部輸入模塊包括觸發(fā)輸入、鍵盤或顯示觸摸屏等。
[0020]本發(fā)明的雙極性脈沖電源適用于各種低溫等離子體反應器，包括線筒式反應器、線板式反應器、板板式反應器、針板式反應器和介質(zhì)阻擋式反應器等。
[0021 ] 與現(xiàn)有技術比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022]采用雙極性脈沖電源為低溫等離子體反應器供電，電源的單極性不會使反應器上積累電荷，放電空間內(nèi)電流分布均勻度好，有利于能量的注入；脈沖電源可以有效避免傳統(tǒng)電源大部分能量在系統(tǒng)中的振蕩損耗，從而可以有效提高向反應器能量注入。因此，利用雙極性脈沖電源產(chǎn)生等離子體可以提高能量利用效率，節(jié)約電耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為電路系統(tǒng)框圖。
[0024]圖2為主電路電路圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本發(fā)明一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源包括主電路9和控制電路10，控制電路10包括IGBT控制電路5、控制電源6、單片機控制電路7和操作界面8。
[0026]如圖2所示，主電路9包括三相整流濾波電路1、IGBT變換電路2、升壓電路3，升壓電路的輸出端接入低溫等離子體反應器4。
[0027]三相整流濾波電路I由晶閘管D1-D6、電容C1-C2和電感L2組成，IGBT變換電路2由絕緣柵雙極型晶體管V1-V4、電感L3、和電容C3組成，升壓電路3為變壓器。
[0028]三相交流電壓經(jīng)開關K1、濾波器LI送到三相整流濾波電路I轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，該直流電壓經(jīng)IGBT變換電路2轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，該脈沖電壓經(jīng)升壓電路3升壓后對低溫等離子體反應器充電。
[0029]控制電路接入IGBT變換電路，并用于調(diào)節(jié)整流后的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。控制電路包括單片機控制電路、控制電源和IGBT控制電路:單片機控制電路用于為控制電源和IGBT控制電路提供電信號；控制電源用于把單片機控制電路信號放大，調(diào)節(jié)整流后的直流電壓；IGBT控制電路把單片機控制電路信號放大，調(diào)節(jié)IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
[0030]低溫等離子體反應器4的放電功率由峰值電壓、峰值電流、脈沖寬度和頻率決定，其中峰值電壓由C1、C2、T1以及C3與反應器的等效電容的比值β決定，C1、C2、T1和β越大則低溫等離子體反應器4的峰值電壓越大；峰值電流由峰值電壓和電感L3決定，峰值電壓越大、L3越小，則低溫等離子體反應器4的峰值電流越大；脈沖寬度由V1-V4的導通時間d和IGBT變換電路2的諧振周期T決定，當d〈T〈2d時，低溫等離子體反應器4輸出電壓波形較穩(wěn)定可靠；低溫等離子體反應器4的頻率由V1-V4決定。
[0031]以下是采用本發(fā)明的低溫等離子體反應器發(fā)生臭氧的一個具體實例:
[0032]低溫等離子體反應器采用介質(zhì)阻擋放電的方式發(fā)生臭氧，介質(zhì)阻擋放電反應器在雙極性脈沖電源的作用下產(chǎn)生低溫等離子體，低溫等離子體的自由電子、自由基和其他活性粒子與氧氣反應生成臭氧。臭氧發(fā)生器采用氧氣源，流量為5L/min，雙極性脈沖電源的峰值電壓為5kV，峰值電流為0.8A，脈沖寬度為50 μ S，頻率為2000Hz，結(jié)果顯示，采用雙極性脈沖電源比采用交流電源能量效率提高10%以上，提高了臭氧產(chǎn)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
[0033]以下是采用本發(fā)明的低溫等離子體反應器滅菌的又一具體實例:
[0034]低溫等離子體反應器采用針板式結(jié)構，針板式反應器在雙極性脈沖電源的作用下發(fā)生流光放電產(chǎn)生大量的活性粒子、紫外線和臭氧，這些活性粒子、紫外線和臭氧會對菌類起到殺滅的作用。處理對象為大腸桿菌，處理水量2L，初始細胞濃度為2.4X106cfu/ml，溶液電導為100 μ s/cm，雙極性脈沖電源的峰值電壓為3kV，峰值電流為107A，脈沖寬度為60 μ s，頻率為50Hz，處理2分鐘后，細胞濃度約下降4個對數(shù)。結(jié)果顯示，采用雙極性脈沖電源可以提聞滅菌效率，提聞電源能量效率。
【權利要求】
1.一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，用于向產(chǎn)生低溫等離子體的低溫等離子體反應器供電，其特征在于，所述的雙極性脈沖電源包括主電路和控制電路； 所述的主電路包括: 三相整流濾波電路，用于將三相交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓； IGBT變換電路，用于將直流電壓轉(zhuǎn)化為脈沖電壓； 升壓電路，輸出端接有所述的低溫等離子體反應器，并用于對所述的脈沖電壓升壓； 所述的控制電路接入IGBT變換電路，并用于調(diào)節(jié)整流后的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
2.如權利要求1所述的用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，其特征在于，所述的三相整流濾波電路包括三相橋式全控整流電路和濾波電路。
3.如權利要求1所述的用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，其特征在于，所述的IGBT變換電路包括逆變電路和LC串聯(lián)諧振電路。
4.如權利要求1所述的用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，其特征在于，所述的升壓電路為變壓器。
5.如權利要求1所述的用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，其特征在于，所述的三相交流電壓經(jīng)濾波器進入所述的三相整流濾波電路。
6.如權利要求1所述的用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，其特征在于，所述的控制電路包括單片機控制電路、控制電源和IGBT控制電路: 單片機控制電路用于為控制電源和IGBT控制電路提供電信號； 控制電源用于把單片機控制電路信號放大，調(diào)節(jié)整流后的直流電壓； IGBT控制電路把單片機控制電路信號放大，調(diào)節(jié)IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。
7.如權利要求6所述的用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，其特征在于，還設有接入所述單片機控制電路的外部輸入模塊。
8.如權利要求1所述的用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，其特征在于，所述的低溫等離子體反應器為線筒式反應器、線板式反應器、板板式反應器、針板式反應器或介質(zhì)阻擋式反應器。
【文檔編號】H02M9/06GK103795287SQ201410015231
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權日:2014年1月14日
【發(fā)明者】閆克平, 馮衛(wèi)強, 劉振, 黃逸凡 申請人:浙江大學