本发明专利技术公开了一种用于产生低温等离子体的谐振重频高压脉冲电源，涉及低温等离子体领域，包括：整流滤波模块、谐振模块、脉冲变压器和控制模块，谐振模块包括谐振电感、谐振电容和半导体开关，谐振电感的一端连接到整流滤波模块的输出正极端、另一端连接到谐振电容的一端和脉冲变压器的初级线圈的一端的公共端，谐振电容的另一端和脉冲变压器的初级线圈的另一端的公共端通过半导体开关连接到整流滤波模块的输出负极端，控制模块通过控制半导体开关的通断形成谐振脉冲电压并提供给脉冲变压器，脉冲变压器升压得到高压脉冲电压并输出给低温等离子体反应器，减少了半导体开关的使用数量，提高了稳定性和可靠性。提高了稳定性和可靠性。提高了稳定性和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于产生低温等离子体的谐振重频高压脉冲电源
[0001]本专利技术涉及低温等离子体领域，尤其是一种用于产生低温等离子体的谐振重频高压脉冲电源。
技术介绍
[0002]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。
[0003]目前，产生低温等离子体的方法包括电晕放电、介质阻挡放电和辉光放电等，常用的低温等离子体的激励电源包括正弦交流高压电源和高压脉冲电源，与正弦交流高压电源相比，高压脉冲电源放电产生的低温等离子体更加均匀，能量效率也更高。
[0004]现有技术中通常采用两种高压脉冲电源，第一种是将多个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属
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氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)串联起来作为高压脉冲电源的高压开关，由此组成推挽电路产生高压脉冲，这种方法对于开关的同步性要求较高，同时还需要复杂的均压电路。
[0005]在另一种方案中，高压脉冲电源使用半导体开关代替触痛Marx发生器的气体开关，用二极管或半导体开关代替充电电阻，形成全固态Marx发生器，虽然该高压脉冲电源在放电可控性、重复频率、寿命和效率等方面均有较大提升，但由于半导体开关的耐压限制，为了输出高压脉冲，这两种高压脉冲电源都需要大量的半导体开关，不仅增加了成本还由于其复杂程度较高降低了可靠性。
专利技术内容
[0006]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于产生低温等离子体的谐振重频高压脉冲电源，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种用于产生低温等离子体的谐振重频高压脉冲电源，其特征在于，包括整流滤波模块、谐振模块、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谐振模块，所述谐振模块包括谐振电感、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、另一端连接到所述谐振电容的一端和所述脉冲变压器的初级线圈的一端的公共端，所述谐振电容的另一端和所述脉冲变压器的初级线圈的另一端的公共端通过所述半导体开关连接到所述整流滤波模块的输出负极端，所述脉冲变压器的次级线圈用于连接到外部的低温等离子体反应器，所述控制模块通过控制所述半导体开关的通断形成谐振脉冲电压并提供给所述脉冲变压器，所述脉冲变压器升压得到高压脉冲电压并输出给所述低温等离子体反应器。
[0008]其进一步的技术方案为，当所述控制模块控制所述半导体开关导通后，所述谐振电感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；
当所述谐振电感的电流信号处于所述正弦曲线的负电流区间中时，所述控制模块控制所述半导体开关断开。
[0009]其进一步的技术方案为，所述半导体开关包括开关晶体管和开关二极管，所述谐振电容连接到所述开关晶体管的第一端和所述开关二极管的负极的公共端，所述开关晶体管的第二端和所述开关二极管的正极的公共端连接到所述整流滤波模块的输出负极端，所述开关晶体管的控制端连接到所述控制模块，则所述控制模块控制所述半导体开关断开，包括：
[0010]所述开关二极管导通，所述控制模块控制所述开关晶体管在零电流、零电压状态下断开。
[0011]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。
[0012]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值启动，则所述半导体开关由零电流值导通。
[0013]其进一步的技术方案为，所述控制模块包括控制芯片、开关控制电路、过零检测电路和峰值电压检测电路，所述开关控制电路、所述过零检测电路、所述峰值电压检测电路分别连接到所述控制芯片，所述控制芯片通过所述开关控制电路连接到所述半导体开关，所述过零检测电路获取所述谐振电感的电流值并传输给所述控制芯片，所述峰值电压检测电路获取所述脉冲变压器的输出电压并传输给所述控制芯片。
[0014]其进一步的技术方案为，所述开关控制电路包括施密特触发器、光耦隔离驱动芯片和第一电阻，所述控制芯片输出驱动信号经过施密特触发器整形后通过所述第一电阻输出给所述光耦隔离驱动芯片，所述光耦隔离驱动芯片的第一电压输出端和第二电压输出端连接到所述半导体开关。
[0015]其进一步的技术方案为，所述开关控制电路还包括抗干扰电路，所述抗干扰电路包括稳压二极管、两个电容和第二电阻，所述光耦隔离驱动芯片的电源端连接到供电电源、所述第二电阻的一端和第一电容的一端，所述光耦隔离驱动芯片的接地端连接到所述第一电容的另一端、第二电容的一端和所述稳压二极管的正极端，所述稳压二极管的负极端连接到所述开关晶体管的第二端，所述第二电容的另一端连接到所述第二电阻的另一端。
[0016]其进一步的技术方案为，所述过零检测模块包括霍尔电流传感器、光耦合器和两个电阻，所述霍尔电流传感器获取所述谐振电感的电流，所述霍尔电流传感器的输出正极端连接到光耦合器的一个输入端，所述霍尔电流传感器的输出负极端通过第三电阻连接到所述光耦合器的另一个输入端，所述光耦合器的一个输出端连接到所述控制芯片并通过第四电阻连接到供电电源，所述光耦合器的另一个输出端连接到所述控制芯片并接地连接。
[0017]其进一步的技术方案为，所述峰值电压检测电路包括两个电阻、第一二极管、第三电容、放大器、滤波器和AD采样器，第五电阻的一端连接到所述脉冲变压器的输出端并获取输出电压、另一端连接到第六电阻的一端和所述第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接到所述第三电容的一端和所述放大器的输入正极端，所述第三电容的另一端连接到所述放大器的输入负极端和所述第六电阻的另一端，所述第六电阻的另一端还接地连接，所述放大器、所述滤波器、所述AD采样器和所述控制芯片依次连接。
[0018]本专利技术的有益技术效果是：采用脉冲变压器升压，大大减少了半导体开关的使用
数量，提高了电源的稳定性；通过脉冲变压器升压，能够大大减少所需半导体开关的数量，同时次级线圈高压输出和初级线圈低压隔离，低压电路的设计；放电结束后，脉冲变压器漏感中存储的能量能够回到谐振电容中，而不是在电路中消耗；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
[0019]图1是本申请的电源的结构框图。
[0020]图2是本申请的电源的电路示意图。
[0021]图3是本申请的电源的各个电压和电流的波形图。
[0022]图4是本申请的开关控制电路的电路示意图。
[0023]图5是本申请的过零检测电路的电路示意图。
[0024]图6是本申请的峰值电压检测电路的电路示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于产生低温等离子体的谐振重频高压脉冲电源，其特征在于，包括整流滤波模块、谐振模块、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谐振模块，所述谐振模块包括谐振电感、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、另一端连接到所述谐振电容的一端和所述脉冲变压器的初级线圈的一端的公共端，所述谐振电容的另一端和所述脉冲变压器的初级线圈的另一端的公共端通过所述半导体开关连接到所述整流滤波模块的输出负极端，所述脉冲变压器的次级线圈用于连接到外部的低温等离子体反应器，所述控制模块通过控制所述半导体开关的通断形成谐振脉冲电压并提供给所述脉冲变压器，所述脉冲变压器升压得到高压脉冲电压并输出给所述低温等离子体反应器。2.根据权利要求1所述的谐振重频高压脉冲电源，其特征在于，当所述控制模块控制所述半导体开关导通后，所述谐振电感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；当所述谐振电感的电流信号处于所述正弦曲线的负电流区间中时，所述控制模块控制所述半导体开关断开。3.根据权利要求2所述的谐振重频高压脉冲电源，其特征在于，所述半导体开关包括开关晶体管和开关二极管，所述谐振电容连接到所述开关晶体管的第一端和所述开关二极管的负极的公共端，所述开关晶体管的第二端和所述开关二极管的正极的公共端连接到所述整流滤波模块的输出负极端，所述开关晶体管的控制端连接到所述控制模块，则所述控制模块控制所述半导体开关断开，包括：所述开关二极管导通，所述控制模块控制所述开关晶体管在零电流、零电压状态下断开。4.根据权利要求3所述的谐振重频高压脉冲电源，其特征在于，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。5.根据权利要求1
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4任一所述的谐振重频高压脉冲电源，其特征在于，所述谐振电感的电流信号由零电流值启动，则所述半导体开关由零电流值导通。6.根据权利要求1
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4所述的谐振重频高压脉冲电源，其特征在于，所述控制模块包括控制芯片、开关控制电路、过零检测电路和峰值电压检测电路，所述开关控制电路、...
【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：
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