[发明专利]非热等离子体脉冲电源

说明书

技术领域：

本发明属于非热等离子体空气消毒净化技术领域，具体涉及非热等离子体脉冲电源。

背景技术：

现在对于常温、常压状态下的室内空气消毒净化，选用电晕放电的非热等离子体空气消毒净化器是一种优先。非热等离子体空气消毒净化器的核心部件有两个：非热等离子体反应器和相匹配的高压电源。非热等离子体反应器主要是由金属丝、锯齿状或尖针状的正电极和金属板的负电极构成，在外加高压电源的强电场作用下，产生的非热等离子体打开气体分子键，生成单原子分子、负氧离子、OH离子和自由氧原子、H₂O₂等自由基，它对细菌、病毒具有极强的活化和氧化能力，有很强的杀伤力。它还能分解甲醛、苯、氡、氨气、一氧化碳、烟气、TVOC等高分子有毒有机物，转化成低分子无毒无味的无机物，如炭、水等。等离子体反应器工作时含静电场，能吸附小至0.1um粒径的颗粒物，进一步净化空气。

非热等离子体空气消毒净化技术的先进性已被业内专家学者所认可，其杀菌消毒机理的科学性和先进性是无可比拟的，被国际上称之为“二十一世纪环境科学四大技术之一”。但是，市场上推广应用还不多见，进展缓慢。过滤吸附、高压静电、臭氧、紫外线及TiO₂光催化等空气消毒净化器仍在各大医院、办公大楼、商场、公共娱乐场所被广泛采用。甚至食品厂、制药厂及半导体IC制造业大都选用FFU空气过滤单元。它在新安装时空气净化效果虽然好；但能耗大、有噪音，而且维护费用昂贵，尚有二次污染之虞，恰恰占有极大市场。

究其原因主要有两个：

一是目前非热等离子体反应器设计不合理，构成非热等离子体反应器的放电正电极选用细金属丝所产生等离子体浓度虽然高，但是容易被烧断。为此，正电极大多选用不锈钢制成锯齿状或尖针状结构，结果是等离子体浓度低，臭氧及氮氧化物浓度高，消毒净化效果差。

二是非热等离子体电源对于呈容性负载的等离子体反应器匹配不是很恰当。试验表明：在大气压下要想使反应器作电晕放电产生高浓度等离子体以提高其杀菌消毒净化效率应具备两个条件。首先是外加高压电场只对空气中的电子施加能量，在瞬间(nS级)增温、加速，获得动能，使质量很小的电子温度高达数万度，而其它粒子获得极少低能量。另一个条件是：外加电场对电子施加能量的时间(uS级)要远小于不给电子施加能量的时间，使气体获得的能量能够及时传导出去，防止过渡到热等离子体而降低效率。这就要求非热等离子体电源不但提供10——20KV的直流高压电外，还必需有高的占空比，上升速率达到80nS，至少是120nS的高频窄脉冲电流。同时考虑到等离子体反应器是容性负载，正、负极难免被意外短路，这些对非热等离子体电源的安全性、稳定性之苛刻是可想而知的。鉴于目前半导体功率开关器件的导通和关断时间是uS级，采用常规的设计方法是很难满足上述两个条件的。nS级的耐高压大功率开关器件价格昂贵，而且工作寿命短，设计在民用产品上是不切实际的。

为此，市场上多数选用了简单、价廉的直流高压电源。众所周知，直流电晕放电形成的等离子体活性空间小，仅限于电晕放电附近。当直流电压高于反应器正、负电极临界值时气体会被击穿而形成火花放电，使气体温度升高，效率低、能耗大是显而易见。因此，直流高压电源只用于杀菌、消毒及分解有毒有机化合物较差的静电吸附型空气消毒净化器。例如采用高压交流整流滤波的技术方案就是属于直流高压电源。有的厂家直接选用压电陶瓷变压器，它输出的是高频交流电，必须采用倍压整流滤波电路，结果输出的也是直流高压电流。上述电源对于呈容性负载的非热等离子体反应器匹配不恰当是无可非议的。

被世界上许多厂家所采纳用于等离子体反应器的交直流叠加电源，是在高压直流电基础上叠加一个高频高压交流成份实现的。它比直流电源的电晕放电峰值电压低，电压范围宽，但又稍损于窄脉冲电晕放电法，所以活性粒子的数量及活性空间都介于两者之间。它作为非热等离子体反应器的匹配电源也不是理想的。