[发明专利]一种用于产生低温等离子体的谐振重频高压脉冲电源

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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-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。

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。

发明内容

本发明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，本发明的技术方案如下：

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。

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。

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：

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。

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。