基于半桥结构的双极性脉冲电源的研究

为了满足脉冲电场消融的应用需求,解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题,研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号,经过驱动芯片放大控制信号后,利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少,信号控制时序简单,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高了电路的抗电磁干扰能力,使电源能稳定运行。通过电阻负载实验,对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响,驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明:所设计的高频双极性脉冲电源在100Ω纯阻性负载上能够稳定产生重复频率双极性纳秒脉冲,输出电压0~±4 kV可调,脉宽0.2~1.0μs可调,正负脉冲相间延时0~1 ms可调,上升沿和下降沿60~150 ns之间。该双极性脉冲电源电路设计结构紧凑,能满足应用的参数需求。

自触发驱动的双极性脉冲叠加器

为了简化全固态双极性脉冲发生器中多个开关管的同步隔离驱动电路的复杂性,提出了一种自触发驱动的双极性脉冲叠加器。该电路将自触发驱动结构与特殊全桥电路相结合,只需提供2路隔离信号分别控制正、负极性第1级开关管,其他开关管通过自触发驱动电路逐级导通与关断,从而实现双极性高压脉冲输出。对电路的结构设计、工作原理、参数设计进行了分析,并利用Pspice软件对电路的可行性进行了仿真验证。所研制的15级电源样机上的实验结果表明:在10 k?阻性负载上产生了稳定的重频双极性脉冲,正压与负压幅值2~5 kV可调,脉宽1~10μs可调,频率0~1k Hz可调。该脉冲叠加器体积小巧,结构紧凑,可进行模块化设计,为研制小型化脉冲电源提供了技术支持。

一种适用于介质阻挡放电型准分子灯的双极性脉冲式供电电源

如何为介质阻挡放电(DBD)负载构建结构简单的高性能供电电源一直是DBD应用领域面临的难题。通过利用DBD负载呈容性这一特性,结合DBD负载对激励波形特殊需求的基础上,本文提出了一种适用于DBD负载的双极性脉冲式供电电源。该供电电源仅由一个直流电源、两个功率开关器件、两个二极管和一个升压变压器构成。为了在DBD负载上生成同时具有高上升率、下降率和间歇时间的高频高压双极性脉冲激励,本文设计了该供电电源的工作时序,并进行理论分析和以准分子灯为负载的实验装置来验证供电电源的可行性。实验结果表明,本文构造的供电电源不仅能在准分子灯上生成期望的脉冲激励,而且实现了所有功率开关器件工作在软开关状态。此外,本文构造的供电电源除了具有元器件少的优点,而且能实现准分子灯放电光强线性调节和充分发挥准分子灯性能的特征。

双极性脉冲高压介质阻挡放电降解氯苯和甲苯

将双极性脉冲高压引入介质阻挡反应器(螺旋棒式不锈钢电极、石英玻璃介质),分别对氯苯和甲苯的分解特性进行了实验研究.结果发现,这种放电形式可以高效注入能量,兼有脉冲电晕放电和介质阻挡放电的特点.脉冲高压使电场强度急剧增强,瞬间产生大功率放电和高能粒子,可以实现对VOCs化学键的高效裂解.与工频交流高压、单极性脉冲高压的试验结果比较表明,双极性脉冲高压取得了最高的降解效果;氯苯比甲苯难以分解.

双极性脉冲放电降解水中五氯酚的实验分析

双极性脉冲放电是一种有效的水处理方法。为此,研究了在双极性脉冲放电条件下气液固三相混合体反应器内五氯酚的降解情况,考察了放电过程中液相中H2O2和气相中O3的产生规律及电压、气体体积流量等工况条件对H2O2产生反应速率和O3生成速率的影响。结果表明,反应体系对典型持久性有机物五氯酚有良好的降解效果,初始质量浓度50mg/L的五氯酚溶液,反应进行6min后,五氯酚基本转化为其他中间产物;60min后,苯环基本被打开,五氯酚基本被完全降解。放电过程中液相中H2O2的生成反应呈零级反应特征,反应速率常数与电压和气量呈正相关;气相中O3存在类似的规律。

双极性脉冲放电处理四溴双酚A的试验研究

利用新型高效的双极性脉冲放电等离子体水处理技术对常用有毒阻燃剂四溴双酚A(tetrabromobisphenol A,TBBPA)进行了降解试验。研究了在双极性脉冲放电不同条件包括放电电压、气体体积流量,填料球粒径,溶液电导率,TBBPA溶液初始质量浓度以及负载TiO2光催化剂等对TBBPA的降解效果。实验结果表明:双极性脉冲放电等离子体系对TBBPA有着良好的降解效果。放电电压越高,降解效果越好;在一定范围内,气量变小,降解效果更好;填料球粒径越小,降解效果越优;溶液电导率越小,TBBPA去除率越高;负载TiO2光催化剂能够明显提升放电等离子体对TBBPA的降解效果。在降解过程中,TBBPA被分解为小分子,并且存在脱溴环节。

粒径对双极性脉冲放电水处理效果的影响

为将非热等离子体技术用于液态污染物的治理,用双极性脉冲水处理平台,研究了玻璃珠的粒径d对染料废水的脱色处理效果的影响,同时考察了通入气体流量qV的作用。结果表明:在反应器中填充玻璃珠能有效的提高处理效率;处理效果随玻璃珠d变化存在窗口效应,d在6～9mm时效果最好,偏离这个范围的程度越大,处理效果越差;在前所述窗口范围内qV对处理效果影响不大,而在其余d时,处理效果随气量增大而增强。

双极性脉冲放电等离子体处理染料废水时化学需氧量去除效果相关因素分析

在双极性脉冲放电等离子体用于染料废水的降解过程中,废水化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的变化是在更深层次上反映该技术对有机污染物的降解能力的重要指标。为此,重点研究了在气液固三相混合体双极性脉冲放电条件下典型染料废水COD的去除规律,测试了不同电压、气体流量、初始浓度等条件下染料废水COD的变化。实验结果表明:当负载电压较高时,染料废水的COD值会先升高然后不断降低;而负载电压较低时,COD值会在一定程度内缓慢上升;气体流量越高,COD的去除效果越好;废水初始浓度增加,COD的去除率略有下降;初始电导率增加,COD的去除率降低;对具有不同官能团的染料废水进行放电处理发现,双极性脉冲放电对于各种结构的染料均有良好的处理效果。

基于双极性脉冲电压的水电导率仪控制系统的设计

介绍了一种智能型水电导率仪的测量原理及软硬件结构.仪器采用双极性脉冲电压作为电导率测量的激励源,较好地解决高纯水电导率测量中的极化效应和电容效应对测量结果的影响.该仪器可以实现量程自动换档,温度自动补偿,电导率超限报警,清洗池进水和放水自动控制等功能;同时系统还具有人机交互界面,数据存储,与上位PC机通信等功能.上位机软件采用LabVIEW编程,通过串口实现了电导率数据的实时采集和显示.

双极性脉冲高压无声放电法降解间二甲苯/苯

将双极性脉冲高压和工频交流高压分别引入无声放电反应器,对混合气态污染物间二甲苯/苯进行了降解实验.结果表明,双极性脉冲高压的引入对间二甲苯/苯的降解非常有效,间二甲苯与苯的去除率分别为100%、75.2%.气体成分不同降解特性不同,间二甲苯比苯容易降解.与单一组分相比,混合气体中苯受间二甲苯影响较大,最大降解率由单一组分的85.4%降到75.2%;而间二甲苯受苯的影响不大,降解特性基本不变.双极性脉冲高压供电中的脉冲形成电容对放电能量的注入和降解特性产生影响,当脉冲形成电容为2nF时与反应器匹配较为理想.

高频双极性脉冲诱导SKOV–3细胞生物电效应的实验研究

不可逆电穿孔技术以其非热、微创的独特优势而广泛应用于肿瘤治疗领域,但在治疗过程中会出现消融不彻底与肌肉收缩这2个问题;高频双极性脉冲作为新式脉冲形式可在肿瘤组织中产生均匀电场来解决肌肉收缩难题,同时与传统脉冲相比能有效缓解肌肉收缩。为此,以SKOV–3细胞为研究对象,采用CCK–8检测细胞活性,采用JC–1荧光探针分子观察线粒体膜电位变化,采用免疫组化技术检测凋亡蛋白表达。研究发现：传统单极性脉冲对肿瘤细胞的杀伤机理主要是对细胞膜的不可逆破坏,继而导致细胞坏死;ns高频双极性脉冲虽然与传统脉冲具有相同的电场强度与高电平时间,但却不能有效杀死肿瘤细胞;而μs高频双极性脉冲不仅能有效诱导细胞坏死,而且通过活性检测发现也可能诱导细胞凋亡;进一步研究发现,μs高频双极性脉冲能作用于线粒体使线粒体膜电位崩溃;同时也检测出BAX、BCL–2、Caspase–3和Caspase–9凋亡蛋白的表达。该研究结果表明μs高频双极性脉冲不仅可诱导细胞坏死,而且可启动线粒体凋亡程序来杀死细胞。

双极性脉冲磁控溅射电源设计

双极性脉冲电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌溅射处理装置的技术要求,研制了一套输出电压0~800V可调、脉冲宽度20~200μs可调、频率0~60Hz可调、脉冲电流最大幅值约150A的双极性脉冲电源,分别给出了该电源在水电阻负载和等离子体负载下的实验结果。设计上采用DSP控制开关电源的方式对储能电容器进行恒流充电;综合应用FPGA,PLC及触摸屏组成人机交互系统,控制输出光脉冲信号,经负压偏置驱动后使桥式结构的脉冲形成网络产生正负交替双极性脉冲。通过大量实验论证,该电源解决了等离子体负载放电打弧等问题,达到了理想的溅射效果,满足了指标要求。

馈能型恒压钳位双极性脉冲电流源

在地球物理探测、PCB深孔电镀领域,需要下降沿高度线性、高度稳定、短关断延时、良好的正负向一致性的双极性脉冲电流源,但在大电感负载、小回路电阻以及低电压供电电源场合,要得到理想的脉冲电流非常困难。基于此,提出一种馈能型恒压钳位脉冲电流源电路,该电路通过对电流下降期间的负载实行恒定的高压钳位,达到加速负载电流下降的目的。分析了电路的工作原理,讨论了电路参数优化计算,从负载电流下降沿波形的线性度和稳压电容电压波动范围出发,给出了恒压电路中电感值和提升电容值的最优值选取方法,并通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性。与已报道电路相比,该电路关断延时短,下降沿线性度高,能量消耗少,且具有脉冲上升沿提升能力,适用于要求较高的脉冲电流源场合。

时域多时宽双极性脉冲电磁感应地雷探测系统的设计和实现

基于电磁感应原理的金属探测技术在探雷领域一直都占有主导地位。介绍了脉冲式电磁感应的基本原理,并在此基础上提出了一种基于时域多时宽双极性脉冲电磁感应的金属探测方法,同时给出了部分实验结果。该方法不仅保留了传统的电磁感应金属探测方法的高灵敏度特性,同时又具有良好的土壤抑制特性,可适用于不同的探测环境,是地雷探测技术一个新的发展。

一种基于感应隔离的双极性脉冲发生器

脉冲功率技术在诸多领域有着广泛的应用前景,对脉冲发生器的输出参数也提出了更高的要求,包括脉冲电压幅值、电流峰值、脉宽和重复频率等。该文针对脉冲电场的生物医学应用背景,提出一种基于感应隔离的可调极性脉冲发生器方案。在每级电路模块中包含了1个电容、2个开关和1个隔离变压器。通过控制开关的导通时序,可以实现正负极性的脉冲输出,隔离变压器在放电时可以隔离电位变化。理论分析及实验结果表明,该脉冲发生器的基本原理仍为"并联充电、串联放电",可以输出双极性方波脉冲,且脉冲极性、宽度、幅值均可灵活调节。研制的感应隔离脉冲发生器可输出幅值为±6kV、脉宽为200~1000ns、上升沿为10ns的极性可调脉冲。此外,模块化的设计可以通过增加模块数量等实现更高参数的脉冲输出。

基于双极性脉冲电流技术的电阻层析成像硬件系统的研制

提出了一种利用双极性脉冲电流源作为激励源的电阻层析成像硬件系统设计的新原理 。

基于双极性脉冲间歇电压源的土壤电导测量仪

从理论上分析了直流激励下土壤的极化效应,提出了一种双极性脉冲间歇电压激励的测量方法,设计了相应的转换电路、程控放大电路,实现了土壤电导的快速测量。双极性脉冲间歇电压激励信号和脉冲法激励信号的对比试验说明,改进后的激励信号能更好地削弱极化效应,测量的结果更加的平稳。

一种基于双极性脉冲信号的沉底及掩埋小目标探测方法

针对沉底及掩埋小目标探测需求,设计低频双极性脉冲信号,提出基于双极性脉冲信号的空间与时间(简称空时)联合探测方法。分别从频谱、模糊度函数分析探测信号,根据声纳方程分析探测沉底及掩埋目标信混比情况,并搭建试验平台,完成了探测沉底小目标的试验验证。理论分析、仿真计算及试验结果表明:低频、窄波束、小掠射角方式有利于探测沉底及掩埋小目标;低频双极性脉冲信号及空时联合探测方法作为一种新型探测信号及处理方法,可提高沉底及掩埋小目标的空间分辨能力及混响抑制性能。

MHz重频双极性脉冲感应加速组元研制

采用感应同步加速原理,能在MHz重复频率下连续运行的双极性脉冲感应加速单元可以替代传统的射频加速单元应用于环形加速器中。针对MHz重频双极性脉冲功率源设计、感应腔负载特性等关键技术开展了实验研究,研制了一套MHz重频双极性脉冲感应加速单元。相比于日本高能加速器研究机构(KEK)研制的感应同步加速单元,该加速单元对电路结构进行了优化,在加速脉冲具备相同顶降的前提下,将加速腔纵向尺寸缩小了5倍以上,可有效改善现有脉冲感应加速单元在加速电压调节方面的局限性,提高了功率系统的稳定性,减小了组元连续运行时的功率损耗,更加适应各类环形加速器对重频脉冲感应加速组元的应用需求。

硬质合金的双极性脉冲电液束加工工艺研究

在弱碱性（ｐＨ：10～11无机水基电解液中，针对YG类硬质合金材料，采用双极性脉冲电流电解一磨料流喷射的电液束复合加工方法，对加工机理及加工过程进行了初步的分析和研究．在实验的基础上，总结出电参数、电解液参数等主要工艺参数对材料去除率、加工精度、表面粗糙度、电流效率等工艺性能指标的作用规律，并获得了较好的加工效果．其中，材料去除率最高为130mm3／min，加工精度达0．08mm． 表面粗糙度达 Ra 0．4 μm．