[发明专利]非热等离子体发射器和用于控制的设备

说明书

AC电源在受控制的功率电平处以期望频率驱动和控制非热等离子体发射器的阵列。该电源包括升压变压器、平衡驱动器和控制器。该变压器在阵列与将阵列连接到电源的电缆的组合电容的谐振频率下操作。进入阵列中的功率由控制器监控，并且可以由用户调整。平衡驱动器可以由控制器直接驱动。控制器监控变压器初级绕组电压与栅极驱动电压之间的相位关系，并且将驱动频率调整为谐振。替换地，平衡驱动器被配置为振荡器，该振荡器默认以谐振驱动变压器。来自变压器驱动器的信号生成对控制器的中断以用于同步用于功率控制的电流和电压测量。

相关申请的交叉引用

本申请要求保护2016年2月26日提交的序列号为15/055,028的美国专利申请和2016年7月18日提交的序列号为15/213,201的美国专利申请的优先权的权益，这两个专利申请都通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于驱动非热等离子体发射器并且控制所发射的等离子体以用在包括治疗应用和诊断应用的等离子体医学中的设备。

背景技术

等离子体是一种离子化的物质状态，其以当被施加于无生命的表面或施加于组织时的清洁的、去污的、消毒的、抗菌的和愈合的属性而众所周知。当能量被施加到物质时可以产生等离子体。随着能量输入增加，物质状态从固态变成液态、变成气态。如果将附加能量馈送到气态中，则气体中的原子或分子将发生电离并且变成富含能量的等离子体状态或物质的第四基本状态。

存在两种类型的等离子体，热等离子体和非热等离子体，非热等离子体也被称为冷等离子体。热等离子体处于热平衡中，即电子和重粒子在相同温度处。当前技术通过加热气体或使气体经受利用发电机所施加的强电磁场来产生热等离子体。当利用热或电磁场施加能量时，电子的数目可以减少或增加，从而产生被称为离子的带正电或带负电的粒子。热等离子体可以通过等离子炬或者在高压放电中产生。如果热等离子体被用在处理对热敏感的材料或表面中，其可能导致显著的热干燥、烧灼、疤痕以及其他损坏。

为了减轻这样的损坏，已经产生了用于将非热等离子体施加到热敏材料和表面的方法和设备。然而在热等离子体中，重粒子和电子处于与彼此的热平衡中，在非热等离子体中，离子和中性粒子在比电子低得多的温度（有时低至室温）处。非热等离子体在接触点处常常可以以小于104°F进行操作。因此，非热等离子体不太可能损坏人体组织。

为了产生非热等离子体，在两个电极之间施加电势梯度。通常，电极在诸如氦气、氮气、氦氧混合气、氩气或空气之类的流体环境中。当高压电极与接地电极之间的电势梯度足够大时，电极之间的流体发生电离并且变得导电。例如，在等离子体笔（plasma pencil）中，电介质管包含两个具有与该管大约相同的直径的被小空隙隔开的圆盘形电极。该盘是穿孔的。高压施加在两个电极之间，并且诸如氦气和氧气之类的气体混合物流过电极的孔。当电势梯度足够大时，等离子体在电极之间的空隙中被点燃，以及到达上至12 cm长的等离子体羽流通过外电极的孔口放电并且放电到周围的房间空气中。该羽流可以被用来通过跨越表面对其进行扫描来处理该表面。

需要强制气体的等离子体系统可能非常大型且笨重，从而需要使用气罐来供给必要的流体以产生等离子体。另一个缺点是，等离子体羽流与其要接触的表面之间仅存在狭窄的接触点。通常，羽流在直径上常常是大约1厘米。这使得处理较大区域是耗时且繁琐的，这是由于接触点必须跨越要处理的区域来回移动。遍及处理区域的处理均匀性可能难以控制。