用于液体食品灭菌的双极性方波脉冲电源

为了满足高压脉冲电场(PEF)液体食品灭菌对脉冲电源的特殊要求,该文首先基于传统Marx电路提出了新的拓扑结构,以减少半导体开关的使用数量,设计了用于多样性负载残余电荷的放电回路,通过对双极性脉冲电路中半导体开关导通时序的控制,实现对双极性脉冲波形的陡化,并基于此设计搭建出可供液体食品灭菌实验用的双极性方波脉冲电源;其次,利用OrCAD仿真软件对电路进行可行性分析,验证了电源在阻容性负载下输出波形依然是方波,以及电路的钳位功能;最后,设计并搭建了3级双极性方波脉冲电源的实验样机。测试结果表明,双极性脉冲电源实现了±6 kV、50~500 Hz的高压脉冲输出,输出脉冲宽度达2~20µs,正、负极性脉冲上升沿与下降沿在300ns内。通过设计回路对负载及时放电,显著陡化了脉冲拖尾,具有良好的负载适应性。利用搭建的双极性方波脉冲电源灭菌实验平台对生鸡蛋清进行灭菌实验,结果表明,提高双极性方波脉冲输出的电压幅值、频率和宽度均可以增强对液体食品的灭菌效果,且脉冲电压幅值的提高对灭菌效果的提升更加显著,但脉冲电压幅值、频率和脉冲宽度的提高均会使液体食品温度升高从而导致异常放电,因此需要合理地调控三个参数来控制液体食品的温升以获得更好的灭菌效果。该文可为双极性方波脉冲液体灭菌技术提供理论和技术支持。

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。

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。

用于细胞电穿孔的双极性脉冲发生器的研制

脉冲电场下细胞电穿孔技术可应用于水处理、食品杀菌、组织消融等,而不同的电穿孔应用对脉冲的波形有不同的需求。本文提出了一种由一个特殊的全桥模块和多个半桥模块组成的新型脉冲发生器结构,除了能够产生双极性的方波脉冲电压之外,还可以通过仅改变开关时序实现阶梯波和窄脉冲与宽脉冲组合波。本文详细阐述了此新型电路的结构和工作原理,搭建了由12个开关构成的1个全桥模块和4个半桥模块组成的主电路;当每级电容充电220 V时,实现了±2 kV、脉宽1~10μs可调的双极性脉冲电压输出。此外,通过控制开关时序,可实现单极性9级阶梯电压以及宽窄脉冲组合波的输出。最后在马铃薯块茎处理实验中验证了该电源用于细胞电穿孔实验的可行性。

基于Boost闭环控制的恒峰值双极性脉冲发生器的研制

在肿瘤消融、污水处理等领域的脉冲功率技术应用中,研究发现双极性电脉冲往往比单极性电脉冲效果更佳,这极大地刺激了双极性高压脉冲电源的研发需求。设计了一台基于Boost闭环控制的恒峰值双极性脉冲发生器,该发生器结合boost电路与Marx发生器的特点,实现了具有升压功能的双极性脉冲的产生,且利用峰值检测电路对双极性脉冲发生器的输出峰值进行取样,并反馈到DSP处理器,实现峰值电压闭环控制,从而实现双极性脉冲恒定峰值的输出。为了验证提出的拓扑电路的可行性与稳定性,对5级恒峰值双极性脉冲发生器进行了仿真和实验研究。实验结果表明,当输入电压在100 V时,可产生重复频率5 kHz、脉冲宽度5~10μs、电压幅值为±2.0 kV的恒峰值双极性脉冲波形。该脉冲电源使用模块化设计,便于级联,结构紧凑,可灵活输出恒峰值的双极性或单极性正(负)脉冲。

具有负载普适性的高压双极性方波脉冲源研制

为满足高压脉冲杀菌灭藻实验的需求,研制了一种新型极性可调方波高压脉冲电源。该电源前端为半桥式Marx电路,产生单极性重复频率的方波高压脉冲,后端级联一个H桥,通过控制H桥正、负向放电通道开闭的不同时序实现对高压脉冲极性的调节。本文对拓扑结构设计思路、不同负载时的工作原理和开关控制策略进行了阐述和分析,并利用PSIM软件仿真验证了该脉冲源设计方案的正确性。最后,研制了脉冲源样机,经测试证明,该脉冲源所采用的IGBT浮地驱动技术安全可靠,其最大输出电压达±7k V,输出电流达±10A,脉冲数达1kpps,额定输出时上升沿可达160ns,脉宽3.5μs,且能在阻性、容性、感性等各类负载下正常工作,并易于实现电压、频率、脉宽、极性的调节,易于实现模块化和小型化。

一种采用全固态开关的高压双极性脉冲源

为满足高压脉冲电场灭菌实验的需要,提出一种结合经典Marx发生器与全固态开关器件的高压双极性方波脉冲源设计方案. 选用全固态开关器件替代传统的火花间隙开关,以单极性Marx发生器为核心,实现能量压缩,通过全桥固态调制器可实现高压方波脉冲的双极性输出. 详细分析了电路的结构、工作过程、控制策略和负载适应能力. 以全固态IGBT为主开关器件,研制了脉冲源的高压主回路部分;设计了相应的控制电路和开关同步触发电路,通过光纤和隔离供电模块实现了信号传输和强弱电的隔离. 相比于常规的双极性高压脉冲源,该方案具有更简洁的电路结构和良好的负载适应能力,实现了输出脉冲极性可控、前沿更陡,脉冲频率、脉宽、电压幅值可调等优点. 实验结果表明,该脉冲源系统可以产生幅值范围-7~7 kV、每秒脉冲数1~1 000、脉宽范围2~10μs、极性可变的高压方波脉冲,为开展高压脉冲电场灭菌实验,寻找最佳灭菌电参数条件,提供了硬件支持.

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.

双极性高压脉冲介质阻挡放电降解甲醛及臭氧生成质量浓度控制

为进一步提高介质阻挡放电(DBD)降解甲醛的效率,并控制副产物的生成量,采用正负双极性高压脉冲电源对同轴式介质阻挡反应器供电,系统地研究了脉冲电压、脉冲重复频率、放电间隙、气体体积流量及甲醛初始质量浓度等影响因素对甲醛降解率及臭氧生成质量浓度的影响。实验结果表明:升高脉冲电压有利于甲醛的降解,当脉冲电压达到19 k V时,脉冲电压继续升高对甲醛降解率的影响不大,而臭氧生成质量浓度随着脉冲电压的增加而不断增大;放电间隙对甲醛降解率有很大的影响,随着放电间隙的减小,甲醛降解率增大,但放电间隙过小时,臭氧生成质量浓度较大;随着气体体积流量的增大,甲醛降解率降低;随着脉冲重复频率的增大,甲醛降解率增大,当脉冲重复频率达到60 Hz时,继续增加脉冲重复频率,甲醛降解率增大不明显;在一定实验条件下,甲醛初始质量浓度越大,甲醛降解率降低,而甲醛去除质量浓度增大并趋近于反应器的最大处理量。

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.

双极性高频高压方波脉冲电源研究述评

为推动双极性高频高压方波脉冲电源的研究和发展,对双极性高频高压方波脉冲电源的应用领域和发展概况进行归纳。以固态电力电子开关器件为基础,总结了几种主要的技术实现方案并加以述评,以及对改善脉冲电源使用性能的相关技术进行了简要介绍。对现今依然存在的问题做出阐述,并对未来发展趋势进行了展望。

双极性脉冲高压介质阻挡放电降解苋菜红

印染废水具有水量大、有机污染物质量浓度高等特点.利用双极性高压脉冲电源引发的介质阻挡放电产生的非平衡等离子体降解偶氮染料苋菜红(AR27),研究了影响色度去除的因素,如初始质量浓度、电导率、放电频率等,得到了较好的处理效果.结果表明:在初始质量浓度50 mg/L、电导率2.5×103μS/m、曝气量0.6 m3/h、频率50 Hz、电压18 kV时,放电处理90 min,脱色率可达到91%.

新型双极性高压快脉冲源的基本理论和实验

提出一种新型双极性高压快脉冲源,该脉冲源由两个boost变换器交错并联构成,工作于间断模式(DCM)下。通过对开关器件的寄生电容快速充放电,使输出脉冲具有很快的上升沿;基本恒定的滤波电压对负载放电形成平坦的脉冲顶部。耦合电抗器的能量可以实现开关器件的软导通。分析了该脉冲源的工作原理,并进行了仿真和实验。

双极性频率可调高压脉冲电源的建模与仿真

采用模块化设计,确立了同时灭除青霉菌、酵母菌、大肠杆菌3种菌的灭菌系统结构,分别建立了双极性方波且频率可调的高压脉冲电源和处理室等效模型。结果表明,该系统在频率为100~1 000Hz,脉宽为10μs稳定运行时,可输出不同峰值的多个双极性方波波形,并分别对不同的病菌进行灭菌处理;系统电源在100Hz稳定运行时,可产生幅值分别为4.417,6.153,9.663kV的3种脉冲;在1 000Hz稳定运行时,可产生幅值分别为4.272,6.082,9.393kV的3种脉冲。当处理室间距为3mm时,青霉菌、酵母菌、大肠杆菌的较好处理电压峰值分别为3.75,6.00,9.00kV,故该电源稳定运行时产生的3种电压脉冲能够满足对青霉菌、酵母菌和大肠杆菌同时进行灭除的要求。

双极性高压脉冲DBD降解气态苯的实验研究

为了研究挥发性有机化合物的降解特性,将气态苯引入线-筒式介质阻挡放电反应器,利用双极性脉冲高压进行降解.考察了放电间隙、放电长度和Mn/γ-Al2O3催化剂对苯降解的影响.结果表明:在相同电压下,小放电间隙注入的能量较大,有利于苯的降解,放电间隙对苯的降解效果影响由大到小依次为3.5 mm、6 mm、8.5 mm;苯的降解率随着放电长度的增加而增大;加入Mn/γ-Al2O3,进一步提高了苯的降解率,Mn质量分数增大到15%时,苯的降解率和碳氧化物选择性都有所提高,分别为91.8%和94.6%.

一种基于NIOS的双极性相控高压脉冲信号源设计

通过分析相控声波测井技术对高压激励信号源的需求,提出了一种基于NIOS的双极性相控高压脉冲信号源设计方案。选用具备NIOS处理器的FPGA芯片作为控制器,提高了系统逻辑处理的灵活性,降低了外围电路的复杂程度。利用高压储能电容作为储能元件,结合电阻分压电路和AD采样芯片构成闭环幅度控制回路,保证了脉冲幅度的准确性。利用浮地驱动芯片和高速MOSFET构成脉冲驱动及转换电路,实现了脉冲信号的双极性转换及功率放大。利用最小二乘法对输出脉冲进行幅度和脉宽修正,提高了脉冲幅度和宽度的精度。实验结果表明:该脉冲信号源可产生幅度范围在-300~300 V,脉冲宽度范围在200 ns^10 ms的双极性高压方波脉冲,且脉冲幅度、脉冲宽度、发射频率、通道延时等参数均可灵活调节,为声波相控测井技术的应用提供了必要的硬件支持。

带截尾控制的双极性高压脉冲电源研究

在此基于一类双极性高压脉冲发生电路拓扑提出了一种带主动截尾的改进型控制策略。该拓扑是将全固态单极性Marx电路和全桥结构相结合构成可级联全固态双极性Marx单元。在不增加半导体开关数量的前提下,通过在双极性高压脉冲电源中引入主动截尾控制,实现了双极性脉冲下降沿陡化,将下降沿时间控制在20ns以内。研制了一台双极性高压脉冲电源原理样机,并进行了实验验证。结果表明主动截尾控制方法显著陡化了脉冲下降沿,并提升了双极性脉冲放电的能量利用效率和含氮激发态成分浓度。

可控双极性高压脉冲超声激励电源设计与实现

基于超声检测技术对检测对象无影响的特点,当前被广泛应用于工业生产中,通过阐述可控双极性高压脉冲超声激励电源内涵,进一步研究可控双极性高压脉冲超声激励电源的设计思路,最终论述了可控双极性高压脉冲超声激励电源的实现方式。从系统软件的开发、上位机软件开发、测试的最终结果等几方面逐一分析,仅供参考。

四通道/双通道数字脉冲发生器

Maxim Integrated Products推出四通道，双通道、高压数字脉冲发生器MAX4940／MAX4940A。器件提供2．0A（典型值）输出电流．可独立配置为从低压逻辑输入产生高压单极性或双极性脉冲。

MAX481x：双通道数字脉冲发生器

Moxim推出双通道、高压数字脉冲发生器MAX4810／MAX4811／MAX4812。器件具有1．3A（最小值）输出电流，能够独立配置为从低压逻辑输入向高压系统提供单极性或双极性脉冲信号。每通道的3个逻辑输入以及2个独立的使能输入能够确保输出MOSFET可靠关断.