[发明专利]一种参数可调的负高压脉冲电源装置及参数化调节方法

说明书

本发明公开了一种参数可调的负高压脉冲电源装置及参数化调节方法，属于高压脉冲电源结构设计领域，包括参数输入模块、驱动控制模块、高压直流电源模块和开关模块；参数输入模块，用于设置所需的负高压脉冲波形参数并发送至驱动控制模块；驱动控制模块，用于将设置的负高压脉冲波形参数处理并转化为开关模块的控制信号，并发送至开关模块；高压直流电源模块，用于给开关模块提供直流工作电压；开关模块，用于对接收到的控制信号做出相应的响应，并输出符合所设置的负高压脉冲波形参数的负高压脉冲。

技术领域

本发明属于高压脉冲电源结构设计领域，具体涉及一种参数可调的负高压脉冲电源装置及参数化调节方法。

背景技术

采用高压脉冲驱动的气体放电等离子体及其应用技术发展迅速，相关研究和应用领域涵盖生物医学、环境保护、废弃物处理、材料表面改性、流动控制、等离子体点火和辅助燃烧等。研究表明外加电压正负极性不同导致气体放电等离子体的特性存在明显差别。例如，在使用高压脉冲负电晕荷电喷雾提高农药利用效率的试验研究中，宜采用负电晕充电，因为在相同电压条件下，负高压脉冲驱动的电晕放电产生的突发性电场强，能够使气体分子激发、分解和电离，放电为收敛，且农药一般为中型分子构成的高分子化合物，易获得电子而呈负性。以上结论表明气体放电等离子体在负极性高压脉冲驱动下与在正极性高压脉冲驱动下相比拥有一定的优势，具有独特的应用价值。

此外，当采用脉冲驱动而非其他方式产生大气压非平衡等离子体时，脉冲的各项参量对等离子体放电特性有着直接的影响。研究表明，脉冲电压幅度越高，电子产生效率越高；脉冲上升沿影响电子平均能量大小，而脉冲下降沿影响二次放电过程；脉冲重复频率越高，等离子体复合程度越低；脉冲宽度则会影响放电电流的大小。由于面向应用的等离子体研究的最终目标就是要实现对关键等离子体参量的有效调控，而等离子体参量与脉冲的各项参量又有着密不可分的联系，因而等离子体放电领域的研究对脉冲电源参数的可调性提出了越来越高的需求。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种参数可调的负高压脉冲电源装置及参数化调节方法，能够通过控制和调节悬浮级联的若干个开关组的工作状态，从而使输出的负高压脉冲符合所设置的波形参数。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种参数可调的负高压脉冲电源装置，包括参数输入模块、驱动控制模块、高压直流电源模块和开关模块；

参数输入模块，用于设置所需的负高压脉冲波形参数并发送至驱动控制模块；驱动控制模块，用于将设置的负高压脉冲波形参数处理并转化为开关模块的控制信号，并发送至开关模块；高压直流电源模块，用于给开关模块提供直流工作电压；开关模块，用于对接收到的控制信号做出相应的响应，并输出符合所设置的负高压脉冲波形参数的负高压脉冲；

其中，所述开关模块，由悬浮级联的m级开关组SWi组成，其中，i＝1,2,…,m；m大于2；驱动控制模块，能够输出m路控制信号，m路控制信号对m级开关组的工作状态进行控制和调节，改变最终输出的负高压脉冲波形参数。

优选地，开关模块中的每一级开关组均有一个用于接收控制信号的控制端，每一级开关组对控制信号的响应是相互独立的。

优选地，负高压脉冲波形参数包括上升沿、下降沿、电压幅值、重复频率、脉冲宽度和脉冲个数，且上述负高压脉冲波形参数连续可调或非连续可调。

进一步优选地，m路控制信号给m个开关组分配一定的导通延时和关断延时，使m个开关组按照对应时序依次导通和关断，从而使负高压脉冲输出具有相应的上升沿和下降沿；其中：

在产生上升沿的过程中，m个开关组全部工作或部分工作，导通延时在工作的开关组中均匀分配或非均匀分配；

在产生下降沿的过程中，m个开关组全部工作或部分工作；关断延时在工作的开关组中均匀分配或非均匀分配。