專利名稱：大氣壓輝光放電用諧振恒流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種諧振恒流電路結(jié)構(gòu)，特別涉及大氣壓輝光放電用諧振恒流電源裝置。
背景技術(shù)：
輝光放電等離子體廣泛用于表面改性、臭氧合成、廢氣處理和電光源等領(lǐng)域。當(dāng)前 工業(yè)應(yīng)用的輝光放電多在低氣壓條件下產(chǎn)生，需使用昂貴的真空設(shè)備，應(yīng)用成本較高。相比而言，大氣壓輝光放電具有放電均勻、功率密度適中等特點，具有很好的工業(yè) 應(yīng)用前景。國際上對大氣壓輝光展開了大量的試驗研究，當(dāng)前可產(chǎn)生大氣壓輝光放電的技 術(shù)主要有DBD(介質(zhì)阻擋放電)和大電阻鎮(zhèn)流的直流輝光放電等。DBD放電使用交流電源， 放電電極之間必須放置介質(zhì)板，其放電多為細(xì)絲狀，對材料本身損害較大；大電阻鎮(zhèn)流的直 流輝光放電使用高壓直流電源，放電回路中需采用大電阻鎮(zhèn)流，以防止輝光放電轉(zhuǎn)化為電 弧放電，這一過程中鎮(zhèn)流電阻將會消耗大量的能量，電路效率較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種大氣壓輝光放電用諧振恒流 源，是在大氣壓條件下、不同的電極形式，針-針、針-板或者板-板電極等之間產(chǎn)生大體積 的輝光放電。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的調(diào)壓整流回路后連接高頻逆變回路，高頻逆變回路后連接諧振回路，諧振回路后 連接放電間隙。調(diào)壓整流回路通過交流調(diào)壓器連接整流橋得到幅值可調(diào)的直流電壓，后接穩(wěn)壓電 容Cl。高頻逆變回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為全橋或者半橋逆變回路，全橋逆變回路由四個全控型 器件MOS1、M0S2、M0S3和M0S4兩兩串聯(lián)之后并聯(lián)而成，半橋逆變電路由兩個電容Cb 1和Cb2 的串聯(lián)和兩個全控型器件MOS1和M0S2的串聯(lián)并聯(lián)而成。諧振回路中電感L2和電容C2的串聯(lián)與脈沖變壓器的原邊并聯(lián)，脈沖變壓器原邊 一端和電感Ll串聯(lián)，脈沖變壓器副邊一端和電感L3串聯(lián)。諧振回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可作改變， 具體參數(shù)需通過計算電路諧振條件得到。放電間隙由兩個金屬電極隔開間距構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)為針-針、針-板、板-板形式。本發(fā)明可在大氣壓條件下維持穩(wěn)定的輝光放電，放電直徑可到達8mm，放電能量 大，放電電極為裸露的金屬電極(針-板、針_板或者板_板電極)。本發(fā)明無須使用真空設(shè)備，可降低應(yīng)用成本。利用電容和電感組成諧振回路，利 用電路本身的恒流特性抑制放電由輝光向電弧轉(zhuǎn)化，可在裸露的金屬電極之間產(chǎn)生輝光放 電，而無需借助介質(zhì)阻擋；放電形式為均勻的輝光放電，對材料損害?。磺冶景l(fā)明未使用電 阻等耗能元件，故相較于大電阻鎮(zhèn)流方式的直流輝光產(chǎn)生方法其能量效率要高得多。
圖l是用于介紹諧振恒流回路工作原理的電路圖。
圖2是輝光放電用諧振恒流源系統(tǒng)的原理框圖。
圖3是輝光放電用諧振恒流源的電路圖(逆變回路為全橋電路)。
圖4是輝光放電用諧振恒流源的電路圖(逆變回路為半橋電路)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細(xì)說明。
具體實施方式
工作原理簡介
如圖l所示，假設(shè)所使用的脈沖變壓器為理想變壓器，則其原副邊漏感均為零，激磁電感為無窮大。根據(jù)電路原理有如下關(guān)系成立
當(dāng)電路滿足開路諧振條件cvl=l/cvc時，有如下關(guān)系式 根據(jù)上式，當(dāng)電路滿足諧振條件時，只要電源角頻率0、諧振電容C、諧振電感L和原邊電壓帥保持不變，則輸出電流L的大小不受負(fù)載影響，即輸出電流保持恒定。當(dāng)電路接負(fù)載時，諧振被破壞，恒流特性不變。
如圖2所示，它包含調(diào)壓整流回路lol、高頻逆變回路102、諧振回路103和放電間隙104四個部分。調(diào)壓整流回路lol用于產(chǎn)生幅值可調(diào)的穩(wěn)定直流電壓；高頻逆變回路102將直流電壓逆變?yōu)轭l率為幾千到上百千赫茲可調(diào)的方波電壓；諧振回路103可由方波電壓得到高壓的正弦交流電壓，且具有維持負(fù)載電流穩(wěn)定的特性；放電間隙104所用電極可以是針一針、針一板和板一板等多種形式的金屬電極。
圖3和圖4所示為輝光放電用諧振恒流源電路圖的兩種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中圖3所使用的逆變回路102為全橋電路，圖4所使用的逆變回路102為半橋電路。調(diào)壓整流回路lol由調(diào)壓器、整流橋和穩(wěn)壓電容組成；逆變回路102使用全橋或者半橋逆變回路產(chǎn)生頻率幾千到上百千赫茲可調(diào)的高頻交流電壓；諧振回路103由脈沖變壓器和外圍諧振電路組成，脈沖變壓器可提高輸出電壓的幅值，外圍諧振電路用于和脈沖變壓器產(chǎn)生諧振；放電間隙104則用于產(chǎn)生輝光放電。
調(diào)壓整流回路lol中整流橋和穩(wěn)壓電容需根據(jù)回路中實際電流和電壓進行選擇；逆變回路102的全橋或者半橋逆變電路需選擇通流能力和耐壓能力合適的全控型器件；諧振回路103中脈沖變壓器需根據(jù)輸出電壓的幅值確定層間絕緣強度，根據(jù)原副邊電流大小確定繞線的直徑；放電間隙104可使用針-板、針-針或者板_板金屬電極。
工作過程在較低的輸入電壓下，調(diào)節(jié)逆變回路的輸出電壓頻率，當(dāng)其輸出電流達 到最大時認(rèn)為回路處于諧振狀態(tài)；在諧振狀態(tài)下，增大電源的輸入電壓幅值直至電極間發(fā) 生放電，配合調(diào)節(jié)放電間距(放電間距在lmm-20mm可調(diào))，即可產(chǎn)生輝光放電。
權(quán)利要求
大氣壓輝光放電用諧振恒流源，其特征在于，調(diào)壓整流回路(101)后連接高頻逆變回路(102)，高頻逆變回路(102)后連接諧振回路(103)，諧振回路(103)后連接放電間隙(104)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣壓輝光放電用諧振恒流源，其特征在于，調(diào)壓整流回路(101)通過交流調(diào)壓器連接整流橋得到幅值可調(diào)的直流電壓，后接穩(wěn)壓電容C1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣壓輝光放電用諧振恒流源，其特征在于，高頻逆變回路(102)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為全橋或者半橋逆變回路，全橋逆變回路由四個全控型器件M0S1、M0S2、 M0S3和M0S4兩兩串聯(lián)之后并聯(lián)而成，半橋逆變電路由兩個電容Cb 1和Cb2的串聯(lián)和兩個全 控型器件M0S1和M0S2的串聯(lián)并聯(lián)而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣壓輝光放電用諧振恒流源，其特征在于，諧振回路(103) 中電感L2和電容C2的串聯(lián)與脈沖變壓器的原邊并聯(lián)，脈沖變壓器原邊一端和電感L1串 聯(lián)，脈沖變壓器副邊一端和電感L3串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣壓輝光放電用諧振恒流源，其特征在于，放電間隙(104) 由兩個金屬電極隔開間距構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)為針_針、針_板、板_板形式。
全文摘要
本發(fā)明公開了大氣壓輝光放電用諧振恒流源，調(diào)壓整流回路后連接高頻逆變回路，高頻逆變回路后連接諧振回路，諧振回路后連接放電間隙。本發(fā)明無須使用真空設(shè)備，可降低應(yīng)用成本。利用電容和電感組成諧振回路，利用電路本身的恒流特性抑制放電由輝光向電弧轉(zhuǎn)化，可在裸露的金屬電極之間產(chǎn)生輝光放電，而無需借助介質(zhì)阻擋；放電形式為均勻的輝光放電，對材料損害??；且本發(fā)明未使用電阻等耗能元件，故相較于大電阻鎮(zhèn)流方式的直流輝光產(chǎn)生方法其能量效率要高得多。
文檔編號H05B41/24GK101902862SQ201010232759
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者丁衛(wèi)東, 李峰, 李芳 , 蘇春強 申請人:西安交通大學(xué)