自适应调整低温等离子体脉冲电源的设计与研究

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低温等离子体作为一种新型能量利用手段,在生物医学、废气处理、流动控制和材料表面改性等各领域受到广泛关注。脉冲电源作为低温等离子体的激励电源形式之一,具有功率密度高、折合电场强度大以及能产生大量高能粒子等优点,因此受到了国内外广泛研究。但目前对于低温等离子体脉冲电源的研究主要集中在高功率和单一放电装置领域,而对于能适应多种放电装置的低温等离子体脉冲电源,传统扫频驱动方式的效率较低。为了设计一款能适应不同放电装置、更高效率地产生低温等离子体的小功率脉冲电源,论文做了如下研究:基于对气体放电理论分析,总结了低温等离子体的放电条件;通过放电实验,对低温等离子体的放电影响因素进行了分析;确定了以检测电压有效值的方法计算放电装置最佳工作频率,从而实现脉冲放电自适应控制的方案。通过对电源技术指标进行分析,设计了自适应调整低温等离子体脉冲电源总体实现方案。其中,放电电路以半桥逆变电路和高频变压器结合的方式驱动放电装置产生低温等离子体;对于脉冲放电的自适应控制,基于输出电压的有效值转换电路,以二分法缩小扫频范围计算出放电装置的最佳工作频率,达到放电效果。根据电源总体方案完成了低温等离子体脉冲电源的电路设计。基于电路工作条件,对放电电路中半桥逆变电路、高频变压器进行了设计,并对各关键参数进行了计算;完成了自适应控制硬件电路和供电模块的设计。根据电路设计,分模块搭建了自适应调整低温等离子体脉冲电源系统,并对系统进行了实验及分析。结果表明所设计的脉冲电源实现了预期的要求,能满足不同放电装置的放电要求,同时实现了自适应控制功能。通过放电性能实验发现,相比较于传统扫频方式,自适应方式能降低放电时的最低输入电源电压,减小变压器的发热速度,提高效率。此外,在尖端放电装置处理水雾时,自适应方式能达到更加稳定的放电效果。
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