高压脉冲直流等离子体电源的研制及其放电特性

为满足高超声速磁流体流动控制实验研究的需要,采用同步高压脉冲电离和直流维持放电技术,研制了一种适用于高超声速激波风洞实验系统的高压脉冲直流等离子体电源。首先进行了静止低气压条件下的放电特性研究。通过高速电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)可以发现:初始时刻直流放电强烈,放电电流达到16A;随着电容储存能量的消耗,放电电流逐渐减小,放电强度缓慢减弱,直至完全消失,放电形状近似为一圆形。然后进行了高超声速气流中无磁场激励、磁流体(magnetohydrodynamics,MHD)逆气流减速激励和MHD顺气流加速激励条件下的放电特性研究,提出了用于高超声速激波风洞实验系统的MHD激励强度判定标准。研究结果表明:高超声速气流中施加磁场能够起到稳弧的作用,有磁场激励条件下的电源能量消耗约是无磁场激励条件下的3～4倍;MHD加速激励同MHD减速激励的功率相等,而MHD加速激励的电源能量消耗高于MHD减速激励的电源能量消耗。

一种新型的中频交流等离子体电源

研制了一种新型的中频交流脉冲等离子体电源。该电源采用全桥逆变拓扑电路、PWM控制方式、输出功率叠加的方案,具有过流检测与保护功能。在等离子体负载下进行了抑制弧光放电和空心阴极效应的实验,结果表明:交流脉冲放电对弧光放电和空心阴极效应的抑制是非常有效的。它为解决材料表面处理中的难点(小孔、深孔、狭缝的处理)提供了一种新的方案;也为探索磁控溅射新工艺(交流孪生溅射技术)提供了研究设备。

基于SiC MOSFET的谐振软开关等离子体电源

利用SiC MOSFET能简化电路拓扑、提高电源的功率密度和效率.为推动大功率等离子体电源的升级换代,提出了一种采用新型SiC功率器件的全桥谐振变换器.该谐振变换器的主电路采用LLC Zero Voltage Switching(ZVS)拓扑结构,可将谐振换流频率范围增大至260～310 kHz.设计的高频高压全桥LLC ZVS谐振变换器样机的额定输出功率为8 kW,输出电压为270 V.对所研制的8 kW级SiC MOSFET全桥LLC ZVS谐振变换器样机的驱动性能、换流过程、温升以及效率进行了测试,结果表明,研制的谐振软开关等离子体电源性能优良,工作稳定可靠,效率和功率密度均优于使用传统Si MOSFET的LLC谐振变换器.

DCM模式下等离子体电源的频率控制方法设计

针对材料表面改性用等离子体电源存在控制能力差、瞬时输出功率低、系统损耗大等问题,该文分析不同工作模式下电流波形对放电效果和输出功率的影响,确定采用DCM的工作模式,并设计了一种自适应频率控制方法。该控制方法通过DSP的eCAP模块捕获电流过零点,利用所得负载电流谐振频率结合DCM频率条件以及电流间断时间自适应调整全桥逆变电路的PWM周期和占空比,从而实现频率调节。实验结果表明,该控制方法不仅能够保证电路工作在DCM及ZCS状态,还能显著提升瞬时输出功率,减小系统损耗,改善材料表面改性效果。

基于双处理器的等离子体电源控制系统设计

针对现有等离子体电源控制系统稳定性差,动态响应慢以及无法适应多种等离子体负载等问题,该文提出了一种基于双处理器的等离子体电源控制系统,通过前级双管级联Buck-Boost电路以及全桥逆变电路串联谐振电感实现了电源对多种等离子体负载的适应性,同时利用DSP和STM32双处理器分别进行电源管理和系统级控制,保证了在电源功率电路精确控制时还能持续对电源状态进行实时监测,从而提高了电源系统的控制精度和稳定性。通过研制样机验证了该电源控制系统的有效性,表明了该设计具有实际应用价值。

低温等离子体电源的设计及有机物降解研究

设计了一种高效纳秒(ns)级低温等离子脉冲电源,该电源主要由高压直流发生装置和脉冲形成单元两部分构成。分析了电源主电路工作原理,并在给定电路和负载参数下对电源主电路进行仿真,得出实验波形。在负载为400Ω时,输出最大电压幅值是25kV,ns级上升沿,脉冲重复频率1.2 kHz左右。在不同电压峰值和脉冲频率的情况下,考察对100mg/L对氯苯酚废水的处理效果。结果表明,对氯苯酚的降解率随着电压峰值和脉冲频率的增大不断升高。

基于并联均流等离子体电源的研究及仿真

基于并联均流技术和DSP实现两个交流电源模块的并联运行,单模块输出功率5～15kW可调的交流电。均流方式为主从控制方法进行仿真得到较为理想的输出电压和电流。证明了主从控制法可以应用于等离子体电源,并且通过改进,可以满足其他应用的需求。

应用于生活垃圾处理的等离子体电源的研究

随着等离子体技术应用在生活垃圾处理中的不断深入,对于等离子体电源性能的要求越来越高。因此,提出以三相不控整流电路和逆变全桥电路作为电源主功率电路,选用移相脉宽调制技术结合软开关技术的调功方案。此外,对比分析常用调频方案,提出基于比例积分(PI)-数字锁相环(DPLL)的复合式频率跟踪策略,实验结果表明,新型等离子体电源能实现输出功率的无级调节和频率自动跟踪,提高电源整体效率。

基于ZVS双管自激电路的等离子体电源设计

目前等离子体激励电源通常以工频交流电作为供电输入,体积较大,与便携式等离子体发生装置不匹配,限制了等离子体技术的应用与推广。以此为研究背景,设计并研究了便携式介质阻挡放电电源。该电源重量为200 g,尺寸为102 mm×57 mm×30 mm,电源主电路采用ZVS双管自激电路。通过电路仿真软件辅助设计主电路,并进行了实验测试。结果表明,当电源输入电压为3~12 V时输出电压可达2~5 kV,输出频率可在20~30 kHz范围内变化,最大输出功率为60 W,功率重量比为300 W/kg,高于目前商品化高频高压等离子体电源。采用设计的电源能够成功激发沿面型介质阻挡放电SDBD(surface dielectric barrier discharge)等离子体发生器和悬浮电极介质阻挡放电FE-DBD(floating electrode dielectric barrier discharge)柔性等离子体发生器产生冷等离子体,经过实验研究,其相关特性满足大气压开放条件下空气介质阻挡放电工作电压2~20 kV、工作频率50 Hz~1 MHz的要求,为介质阻挡放电电源的便携性提供了良好的技术支撑。

一种高效模块化等离子体电源研究

传统等离子体电源结构复杂,采用晶闸管直流调速器或高频整流逆变的拓扑结构和相应控制电路实现,导致产品故障率高、可靠性较差、维护不便、成本高转换效率较低。在此采用一种单极Buck电路拓扑结构的等离子体电源方案,工频交流输入后,经过整流模块变换为直流,再通过斩波恒流,多路独立并联。各并联回路进行模块化、标准化。级数少、单绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结构功耗小、效率高。最终产品实验及应用表明,该方案拓扑简单、可靠性高、性能稳定、维护方便、成本低、效率高、全模块化设计,易于根据功率需求进行灵活配置。

石墨舟清洁等离子电源设计与控制

针对现有的石墨舟清洁等离子体电源控制系统动态响应不及时,无法适应大功率调节范围和系统稳定性差的问题,提出了一种等离子体电源设计与控制方法,根据等离子电源的工作原理与负载特性,通过PFM&PSPWM混合调制的控制策略,改变执行频率和移相角,实现了对于多种等离子负载宽功率范围的适应性和全桥逆变的软开关,提高了系统的适应性和稳定性。基于TMS280049研制样机验证了方案的可行性,表明本设计具有实际应用价值。

等离子体中频电源的驱动与保护电路设计

讨论了150 kHz等离子体中频电源的驱动与保护电路设计方案。该电路采用脉冲变压器耦合MOSFET管驱动电路,具有输出变压器原边平均电流和副边峰值电流的过流保护功能。结果表明:驱动波形的上升和下降时间都不超过80 ns,并能在检测到过流信号时封锁驱动信号,关断变换器中的开关器件,切断过流故障,有效进行电路保护。

双潘宁离子源等离子体发生器电源系统

针对强流双潘宁离子源等离子体发生器电源系统的特殊要求,介绍了灯丝电源和弧电源的组成及其作用,并对其主电路设计思路进行了相关的分析。离子源等离子体放电实验结果表明,该套等离子体电源系统达到了设计指标要求。

耦合状态等离子体高频电源特性

根据实验,观察耦合状态等离子体高频电源的工作特性,讨论了在装置中形成的等离子体,对装置的反作用与装置固有条件的综合效果,制约着等离子体的行为和量子效应。

峰值电流控制模式微等离子体氧化电源研究

针对微等离子体氧化技术的特点,利用IGBT和峰值电流控制模式设计了一种高频大功率微等离子体氧化电源,它可以克服目前普遍使用的晶闸管整流式电源的缺陷,并能满足微等离子体氧化技术对电源的要求。

基于模糊PID混合控制等离子体手术电源的设计与研究

提出一种关于等离子体电源电路集成化的设计思路,由220 V工频作为输入电源,通过环形变压器降压输入、全桥整流电路实现不可控整流和高集成化的调压电路,其外围控制PID与模糊智能算法结合实现快速调节功能,最后利用全桥可控逆变输出满足医疗需求的高频方波。本文最后通过MATLAB仿真软件对整个电路进行设计和仿真。

应用于污泥处理的等离子体动态匹配电源的研究

随着等离子体技术应用在污泥处理中的不断深入,对于等离子体电源性能的要求也越来越高,因此文中重点研究了污泥处理装置中的等离子体电源的动态匹配功能。采用三相不可控整流电路,IGBT全桥逆变电路,DC侧Buck斩波功率调节和频率自动跟踪算法的策略。最后通过Simulink对电源系统进行仿真,验证了系统的正确性和动态匹配算法的有效性。

等离子体点火技术在脉冲爆震发动机中的应用研究现状

等离子体点火技术是航空航天动力领域研究前沿。本文概括了等离子体点火研究背景和基本原理,总结了国内外等离子体点火技术在脉冲爆震发动机中的应用研究现状,指出脉冲爆震发动机中利用等离子体点火具有诸多优势,如点火能量大、能有效缩短点火延迟时间、提高DDT特性等。在此基础上,本文分析了应用于脉冲爆震发动机的等离子体点火驱动电源、等离子体点火器以及两种典型等离子体点火方案。最后针对等离子体点火技术在脉冲爆震发动机中的应用研究现状,对其发展方向进行了展望。

一种新型超高压直流等离子体变换器研究

等离子体高压电源是等离子体发生系统中核心关键的组成部分,直接决定等离子体发生器的性能。传统的高压等离子电源具有体积重量大、效率低的特点,无法在航空飞行器有限的体积范围内装载,这是超高压产生等离子体方式的难点之一。以超高压直流电源(UHVDC)为核心,提出了一种新型的多倍压整流谐振变换器,提高了等离子体电源系统的效率,减少了电源系统的重量和体积,同时解决了高压保护的问题,最终通过8 kW输出功率实验验证了方案的有效性,其效率达90%。

可编程的多波形脉冲低温等离子电源

高压脉冲已经运用于许多领域,其中一个就是可以用来产生等离子体电源。脉冲输出参数是脉冲波形、脉冲电压幅度、脉冲频率以及脉冲持续时间等。本文应用现代电力电子技术提出了一种脉冲电路的拓扑结构,通过一定的控制算法可以产生不同的脉冲波形且脉冲幅度可以成倍增加以输出高压脉冲,并开发出了一套可编程的脉冲输出设备以用于生物组织或者材料等的改性加工。电路拓扑采用电容、二极管及开关管配合的方式工作,控制算法由复杂可编程逻辑器件FPGA来实现,通过导通或者关闭开关管来控制电容的充电或者放电以形成脉冲波形。电路拓扑通过Saber仿真软件和实测波形图证实了其可行性。通过单脉冲和多波形脉冲在生物组织上的实验对比,反应了多波形脉冲能够更好的对生物组织进行消融处理。