脉冲激励下介质阻挡放电负载的特性研究

脉冲激励能大幅度提升介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)负载的放电效率。针对传统的实验研究由于受到实验环境和材料等的限制,无法对脉冲激励下介质阻挡放电的放电特性进行更细致的研究的现状。文中以电压型脉冲激励下填充气体为氩气(Ar)的DBD型负载为研究对象,通过构建DBD负载的一维流体模型对该模型的放电曲线以及在不同脉冲参数和介质层参数的条件下DBD的放电特性进行研究。结果表明:DBD负载在一个周期内产生两次极性相反的放电,第一次放电强度比第二次放电强度要高。此外,通过对放电过程的电气量的时空特征研究得出,可以通过提高脉冲电压的幅值、缩短脉冲升降沿时间、选择相对介电常数高的材料以及减少介质层厚度的方法来提高DBD负载的性能。

一种适用于介质阻挡放电负载的简易型单极性正向脉冲式供电电源

针对常用的负载谐振型波形连续式的供电电源无法充分发挥介质阻挡放电负载的性能,以及现有脉冲式供电电源拓扑结构比较复杂的不足,提出了一种由1个功率开关管、2个二极管和1个耦合电感构成的单极性正向脉冲式供电电源。通过对该供电电源工作模态的分析得出,该供电电源不仅能为介质阻挡负载提供快速上升的脉冲电压,而且功率器件工作于软开关状态。仿真和实验结果验证了该供电电源的可行性,所提出的单极性正向脉冲式供电电源对现有的介质阻挡放电负载的供电电源的升级改造有一定的借鉴意义。

一种适用于介质阻挡放电负载的紧凑型脉冲供电电源

针对现有的介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)负载供电电源难以发挥DBD负载性能这一现状,该文提出一种适用于介质阻挡放电负载的紧凑型脉冲供电电源。这种供电电源通过在现有基于反激电路的供电电源中引入反馈二阶管,可有效避免基于反激电路的供电电源出现的DBD负载电压震荡现象,且能为DBD负载提供高电压上升率的高频高压脉冲激励。此外,由于这种电路衍生于反激供电电源,因而继承了反激供电电源结构紧凑的特点。根据这种供电电源的工作过程,该文进行了详细的模态分析,并得到这种供电电源的特性。为验证理论分析的正确性,以DBD型准分子灯为负载对供电电源性能进行测试,实验结果表明,供电电源不仅可以为DBD负载提供电压平均上升率为4.521×10;V/s的脉冲激励电压,而且具有工作频率高、功率开关器件工作于软开关状态的特性。该紧凑型脉冲供电电源可为传统DBD负载供电电源改造提供一种方案。

一种介质阻挡放电型负载的等效电气模型

针对现有的介质阻挡放电(DBD)型负载等效电气模型存在的诸如只能适用特定激励波形、无法准确描述DBD型负载动态工作过程及模型系数确定过程繁琐等不足,本文在分析气隙内带电粒子的电离与复合过程的基础上,推导出一种DBD型负载等效电气模型,该等效电气模型由分别描述气隙被击穿时带电粒子的电离过程和气隙产生电离后带电粒子复合过程的两个子项构成。为验证模型准确性,本文以同轴圆柱型氯化氙(XeCl)准分子灯为测试对象,对比研究了这种DBD型负载在不同激励波形下的实验数据和等效电气模型输出数据。研究结果表明:在不同激励波形下,由本文构建的等效电气模型输出的“电压-电流-时间”曲线能与实验结果很好地吻合。此外,由本文构建的等效电气模型获得的放电电流波形与由DBD型负载流体动力模型获得的放电电流波形也有比较好的一致性。本文构建的电气等效模型可为DBD型负载供电电源的设计与优化提供一定的帮助。

脉冲电流源作用下大气压介质阻挡放电的特性分析

针对目前研究人员主要是对正弦电压或脉冲电压下大气压介质阻挡放电 (Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge, APDBD)的特性进行分析以及少有研究人员对电流源作用下APDBD特性进行分析这一现状,以双极性脉冲电流激励下的氦气(He)型APDBD为研究对象,通过构建APDBD一维流体模型对APDBD的伏安-时间特性、氦离子(He^(+))与激发态的氦原子(He;)的时空分布特征进行数值分析。结果表明:He^(+)、He^(+)的数密度与外施电流幅值存在正相关性、与气隙宽度存在负相关性;气隙击穿电压与外施电流幅值呈负相关性、与气隙宽度呈正相关性;气隙宽度和外施电流幅值的增加都会使He;密集区更分散。此外,还对APDBD的电气等效电路、气隙宽度的选择、电流幅值的设定、电流脉宽、电流上升时间及电源频率对APDBD特性的影响进行了讨论。