本发明专利技术公开了一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，涉及低温等离子体领域，包括：整流滤波模块、两个谐振充电模块、双原边绕组脉冲变压器和控制模块，每个谐振充电模块都包括谐振电感、谐振二极管、谐振电容和半导体开关，谐振电感的一端作为谐振充电模块的输入正极端，半导体开关的第二端作为谐振充电模块的输入负极端和输出负极端，谐振电容的另一端作为谐振充电模块的输出正极端，次级线圈的一端与第一初级线圈的第一端以及第二初级线圈的第一端分别互为同名端，控制模块通过控制两个半导体开关的交替导通，在次级线圈得到双极性高压脉冲，减少了半导体开关的数量，更加稳定的产生均匀的低温等离子体。
【技术实现步骤摘要】
一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源
本专利技术涉及低温等离子体领域，尤其是一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源。
技术介绍
低温等离子体是继固态、液态和气态之后的物质第四态，低温等离子体中的电子温度远高于离子和中性粒子温度，电子足以使反应物分子激发、离解和电离，而整个反应体系保持常温，因而低温等离子体在材料表面改性、废气处理、流体控制和生物医学等领域具有广阔的应用前景。现有技术中，低温等离子体采用低频或中频的正弦高压驱动，尽管正弦驱动有一些优点，但脉冲驱动的低温等离子体在能量效率和放电均匀性等方面更有优势，此外，与单极性正脉冲或负极性驱动相比，双极性脉冲驱动低温等离子体可以产生更加均匀、放电强度更高的低温等离子体。双极性高压脉冲可以通过多个技术产生，最直接的方法是通过高压开关将直流高压电源连接到负载，主电路采用半桥或全桥结构，每个高压开关均有绝缘栅极型晶体管IGBT或金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET串联叠加而成，这种方案对于开关的同步性要求较高，同时还需要复杂的均压电路，如果个别开关延时导通，将会被过压击穿而处于短路状态。另外一种方案是采用全固态Marx，其最基本的思想是并联给储能电容充电，再将储能电容串联起来放电，从而输出高压脉冲，全固态Marx避免了开关串联，而且由于具备钳位功能，不会出现开关过压的情况，这两种方案的优点是可以输出标准方波脉冲，然而，它们都需要大量半导体开关，由于开关处于不同电位，因此还需要隔离驱动电路，同时这些开关工作时处于硬开关状态，开关损耗和电磁干扰的问题较为严重，导致可靠性较差。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，本专利技术的技术方案如下：一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，包括整流滤波模块、电路结构相同的两个谐振充电模块、双原边绕组脉冲变压器和控制模块，所述整流滤波模块对外部电源进行整流滤波后提供给所述两个谐振充电模块，所述双原边绕组脉冲变压器包括两个初级线圈和次级线圈，所述次级线圈用于连接到外部的低温等离子体反应器，每个所述谐振充电模块都包括谐振电感、谐振二极管、谐振电容和半导体开关，所述谐振电感的一端连接到所述整流滤波模块的输出正极端并作为所述谐振充电模块的输入正极端，所述谐振电感的另一端连接到所述谐振二极管的正极，所述谐振二极管的负极连接到所述谐振电容的一端和所述半导体开关的第一端，所述半导体开关的第二端作为所述谐振充电模块的输入负极端和输出负极端，所述谐振电容的另一端作为所述谐振充电模块的输出正极端，第一初级线圈的第一端连接到一个所述谐振充电模块的输出正极端，第二初级线圈的第一端连接到另一个所述谐振充电模块的输出负极端，所述次级线圈的一端与所述第一初级线圈的第一端以及所述第二初级线圈的第一端分别互为同名端，所述控制模块通过控制两个所述半导体开关的交替导通，在所述次级线圈得到双极性高压脉冲。其进一步的技术方案为，每个所述谐振充电模块还包括续流电路，所述续流电路包括续流二极管和续流电阻，所述续流二极管的正极连接到一个所述谐振电容和对应的所述初级线圈的公共端，所述续流二极管的负极通过所述续流电阻连接到所述整流滤波模块的输出负极端和对应的所述初级线圈的公共端。其进一步的技术方案为，所述在所述次级线圈得到双极性高压脉冲，包括：当一个所述半导体开关导通时，通过对应的所述谐振充电模块在所述次级线圈上产生预定极性的高压脉冲，当另一个所述半导体开关导通时，另一个所述谐振充电模块在所述次级线圈上产生与预定极性相反的高压脉冲。其进一步的技术方案为，所述谐振电感的电流信号由零电流启动，则所述半导体开关由零电流导通。其进一步的技术方案为，每个所述半导体开关包括开关晶体管和开关二极管，每个所述开关二极管的负极和对应的所述开关晶体管的第一端的公共端连接到对应的谐振二极管的负极，每个所述开关二极管的正极和对应的所述开关晶体管的第二端的公共端连接到所述整流滤波模块的输出端负极和对应的所述初级线圈的公共端，每个所述开关晶体管的控制端连接到所述控制模块。其进一步的技术方案为，所述半导体开关的电流信号为随时间变化的正弦曲线，所述正弦曲线包括正电流区间和负电流区间，当对应的所述半导体开关的电流信号处于负电流区间时，对应的所述开关二极管导通，则所述控制模块控制对应的所述开关晶体管在零电流、零电压状态下断开。其进一步的技术方案为，所述开关晶体管包括绝缘栅双极晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管、电力场效应晶体管、集成门极换流可关断晶闸管中的任意一种。本专利技术的有益技术效果是：两个初级线圈的同名端相反，控制模块通过控制两个半导体开关的交替导通，在次级线圈得到双极性高压脉冲，减少了半导体开关的数量，更加稳定的产生均匀的低温等离子体；续流电路防止出现高电压使半导体开关击穿损坏，同时续流电路上的续流电阻能够避免出现振荡；实现半导体开关的零电流导通，同时实现半导体开关的零电流、零电压断开，降低了半导体开关的损耗，减小了电磁干扰，有利于实现高频率的重复使用。附图说明图1是本申请的高压脉冲电源的结构框图。图2是本申请的高压脉冲电源的电路示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，如图1和2所示，包括整流滤波模块、电路结构相同的两个谐振充电模块、双原边绕组脉冲变压器和控制模块，整流滤波模块将外部电源的市电进行整流滤波后转变为直流电压提供给两个谐振充电模块，整流滤波模块采用市售的整流单元、滤波单元即可，例如如图2中所示，整流单元包括四个整流二极管，由此构成一个整流桥对交流电进行整流，滤波单元包括一个滤波电容C1，滤波电容C1连接到整流单元的输出正负极之间。双原边绕组脉冲变压器包括第一初级线圈Lp1、第二初级线圈Lp2和次级线圈Ls，次级线圈Ls的第一端与第一初级线圈Lp1的第一端以及第二初级线圈Lp2的第一端互为同名端，由此通过两个初级线圈能够在次级线圈上得到极性相反的电压，次级线圈Ls用于连接到外部的低温等离子体反应器DBD。每个谐振充电模块都包括谐振电感、谐振二极管、谐振电容和半导体开关，下面以第一谐振充电模块为例：第一谐振电感Lr1的一端连接到整流滤波模块的输出正极端并作为第一谐振充电模块的输入正极端，第一谐振电感Lr1的另一端连接到第一谐振二极管Dr1的正极，第一谐振二极管Dr1的负极连接到第一谐振电容Cs1的一端和半导体开关的第一端，半导体开关的第二端作为第一谐振充电模块的输入负极端和输出负极端，第一谐振电容Cs1的另一端作为第一谐振充电模块的输出正极端。第一初级线圈Lp1的第一端连接到第一谐振充电模块的输出正极端，第二初级线圈Lp2的第一端连接到第二谐振充电模块的输出负极端，次级线圈Ls的第一端与第一初级线圈的第一端以及第二初级线圈的第一端互为同名端，控制模块包括控制芯片，通过控制模块控制两个半导体开关的通断，从而在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，其特征在于，包括整流滤波模块、电路结构相同的两个谐振充电模块、双原边绕组脉冲变压器和控制模块，所述整流滤波模块对外部电源进行整流滤波后提供给所述两个谐振充电模块，所述双原边绕组脉冲变压器包括两个初级线圈和次级线圈，所述次级线圈用于连接到外部的低温等离子体反应器，每个所述谐振充电模块都包括谐振电感、谐振二极管、谐振电容和半导体开关，所述谐振电感的一端连接到所述整流滤波模块的输出正极端并作为所述谐振充电模块的输入正极端，所述谐振电感的另一端连接到所述谐振二极管的正极，所述谐振二极管的负极连接到所述谐振电容的一端和所述半导体开关的第一端，所述半导体开关的第二端作为所述谐振充电模块的输入负极端和输出负极端，所述谐振电容的另一端作为所述谐振充电模块的输出正极端，第一初级线圈的第一端连接到一个所述谐振充电模块的输出正极端，第二初级线圈的第一端连接到另一个所述谐振充电模块的输出负极端，所述次级线圈的一端与所述第一初级线圈的第一端以及所述第二初级线圈的第一端分别互为同名端，所述控制模块通过控制两个所述半导体开关的交替导通，在所述次级线圈得到双极性高压脉冲。/n...
【技术特征摘要】
1.一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，其特征在于，包括整流滤波模块、电路结构相同的两个谐振充电模块、双原边绕组脉冲变压器和控制模块，所述整流滤波模块对外部电源进行整流滤波后提供给所述两个谐振充电模块，所述双原边绕组脉冲变压器包括两个初级线圈和次级线圈，所述次级线圈用于连接到外部的低温等离子体反应器，每个所述谐振充电模块都包括谐振电感、谐振二极管、谐振电容和半导体开关，所述谐振电感的一端连接到所述整流滤波模块的输出正极端并作为所述谐振充电模块的输入正极端，所述谐振电感的另一端连接到所述谐振二极管的正极，所述谐振二极管的负极连接到所述谐振电容的一端和所述半导体开关的第一端，所述半导体开关的第二端作为所述谐振充电模块的输入负极端和输出负极端，所述谐振电容的另一端作为所述谐振充电模块的输出正极端，第一初级线圈的第一端连接到一个所述谐振充电模块的输出正极端，第二初级线圈的第一端连接到另一个所述谐振充电模块的输出负极端，所述次级线圈的一端与所述第一初级线圈的第一端以及所述第二初级线圈的第一端分别互为同名端，所述控制模块通过控制两个所述半导体开关的交替导通，在所述次级线圈得到双极性高压脉冲。
2.根据权利要求1所述的双极性高压脉冲电源，其特征在于，每个所述谐振充电模块还包括续流电路，所述续流电路包括续流二极管和续流电阻，所述续流二极管的正极连接到一个所述谐振电容和对应的所述初级线圈的公共端，所述续流二极管的负极通过所述续流电阻连接到所述整流滤波模块的输出负极端和对应的所述初级线圈的公共端。
【专利技术属性】
技术研发人员：王永刚，孙懿，凌钧，
申请(专利权)人：无锡复溪电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。