[发明专利]一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源

说明书

本发明公开了一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，涉及低温等离子体领域，包括：整流滤波模块、两个谐振充电模块、双原边绕组脉冲变压器和控制模块，每个谐振充电模块都包括谐振电感、谐振二极管、谐振电容和半导体开关，谐振电感的一端作为谐振充电模块的输入正极端，半导体开关的第二端作为谐振充电模块的输入负极端和输出负极端，谐振电容的另一端作为谐振充电模块的输出正极端，次级线圈的一端与第一初级线圈的第一端以及第二初级线圈的第一端分别互为同名端，控制模块通过控制两个半导体开关的交替导通，在次级线圈得到双极性高压脉冲，减少了半导体开关的数量，更加稳定的产生均匀的低温等离子体。

技术领域

本发明涉及低温等离子体领域，尤其是一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源。

背景技术

低温等离子体是继固态、液态和气态之后的物质第四态，低温等离子体中的电子温度远高于离子和中性粒子温度，电子足以使反应物分子激发、离解和电离，而整个反应体系保持常温，因而低温等离子体在材料表面改性、废气处理、流体控制和生物医学等领域具有广阔的应用前景。

现有技术中，低温等离子体采用低频或中频的正弦高压驱动，尽管正弦驱动有一些优点，但脉冲驱动的低温等离子体在能量效率和放电均匀性等方面更有优势，此外，与单极性正脉冲或负极性驱动相比，双极性脉冲驱动低温等离子体可以产生更加均匀、放电强度更高的低温等离子体。

双极性高压脉冲可以通过多个技术产生，最直接的方法是通过高压开关将直流高压电源连接到负载，主电路采用半桥或全桥结构，每个高压开关均有绝缘栅极型晶体管IGBT或金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET串联叠加而成，这种方案对于开关的同步性要求较高，同时还需要复杂的均压电路，如果个别开关延时导通，将会被过压击穿而处于短路状态。

另外一种方案是采用全固态Marx，其最基本的思想是并联给储能电容充电，再将储能电容串联起来放电，从而输出高压脉冲，全固态Marx避免了开关串联，而且由于具备钳位功能，不会出现开关过压的情况，这两种方案的优点是可以输出标准方波脉冲，然而，它们都需要大量半导体开关，由于开关处于不同电位，因此还需要隔离驱动电路，同时这些开关工作时处于硬开关状态，开关损耗和电磁干扰的问题较为严重，导致可靠性较差。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，本发明的技术方案如下：

一种产生均匀低温等离子体的双极性高压脉冲电源，包括整流滤波模块、电路结构相同的两个谐振充电模块、双原边绕组脉冲变压器和控制模块，所述整流滤波模块对外部电源进行整流滤波后提供给所述两个谐振充电模块，所述双原边绕组脉冲变压器包括两个初级线圈和次级线圈，所述次级线圈用于连接到外部的低温等离子体反应器，每个所述谐振充电模块都包括谐振电感、谐振二极管、谐振电容和半导体开关，所述谐振电感的一端连接到所述整流滤波模块的输出正极端并作为所述谐振充电模块的输入正极端，所述谐振电感的另一端连接到所述谐振二极管的正极，所述谐振二极管的负极连接到所述谐振电容的一端和所述半导体开关的第一端，所述半导体开关的第二端作为所述谐振充电模块的输入负极端和输出负极端，所述谐振电容的另一端作为所述谐振充电模块的输出正极端，第一初级线圈的第一端连接到一个所述谐振充电模块的输出正极端，第二初级线圈的第一端连接到另一个所述谐振充电模块的输出负极端，所述次级线圈的一端与所述第一初级线圈的第一端以及所述第二初级线圈的第一端分别互为同名端，所述控制模块通过控制两个所述半导体开关的交替导通，在所述次级线圈得到双极性高压脉冲。

其进一步的技术方案为，每个所述谐振充电模块还包括续流电路，所述续流电路包括续流二极管和续流电阻，所述续流二极管的正极连接到一个所述谐振电容和对应的所述初级线圈的公共端，所述续流二极管的负极通过所述续流电阻连接到所述整流滤波模块的输出负极端和对应的所述初级线圈的公共端。

其进一步的技术方案为，所述在所述次级线圈得到双极性高压脉冲，包括：