等离子体应用中高压脉冲电源的研制
华中科技大学硕士学位论文等离子体应用中高压脉冲电源的研制姓名：钟生辉申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：李胜利2003.5.6华中科技大学硕士学位论文
摘要
ｌ脉冲功率电源是低温等离子体技术在环境工程应用中的关键设备，其总体能量转化效率和脉冲功率的容量是影响等离子体技术工业化应用的重要因素十
本文首先综述了一系列典型的脉冲电源回路，以及当前国内外脉冲电源研究的最
新进展，提供了了几种新的电源结构。结合脉冲功率电源在环境工程应用中的要求和
以往的设计经验，提出了新的设计思路。
在研制处理垃圾渗滤液的实用化电源中，分别对高压脉冲放电回路的原理电路进行了数值分析和仿真分析。ｆ根据分析结果，对电路进行了具体的改进措施。在电源控
制回路中的设计中，考虑了一般的电路保护项目，加入了零电压启动的闭锁回路，并
利用Ｒｏｇｏｗｓｋｉ线圈实现了放电电压幅值的自动保护功能。最后针对现场运行时复杂的放电环境，提出了绝缘匹配方案。、ｌ
在脉冲高压开关电源的研制中，给出了电源的总体设计方案。在其中的Ｂｕｃｋ变
换器设计中，首先通过数值计算，给出电路元件的参数，然后利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对电路仿
真分析，发现功率晶体管在开关瞬间在集一射极之间有浪涌电压出现，根据结果对电路加入了保护电路。（经电路实验，验证了电路保护设计的成功；在半桥逆变回路设计
部分，给出了电路的原理分析，依据电路设计参量选取了相应的电路参数；高频高压变压器作为半桥逆变回路的关键设备，影响着电路工作的可靠性和性能，主要针对它进行了具体的设计和分布参数分析。１
关键词：脉冲功率电源’／Ｒｏｇｏｗｓｋｉ线圈、／Ｂｌｌｃｋ变换器；半桥逆琴高频变压器华中科技大学硕士学位论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｉｓｄｅｖｏｔｅｄｔｏｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｎｐｕｌｓｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｕｌｓｅｄｃｏｒｏｎａｐｌａｓｍａｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ・
Ｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｐａｒｔ．ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｕｌｓｅｄＣＯｒＯｌＬａｐｌａｓｍａｉｎ
ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ，ｔｈｕｓ，ｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋ
ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．Ｉｎｖｉｒｔｕｅｏｆｒｅｖｉｅｗｉｎｇｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｄｖａｎｃｅｓｏｎｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅ
ｐｕｌｓｅｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｏｎｅｐｕｌｓｅｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｃｈｅｍｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．
Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｐａｒｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓｏｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｌｌｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｌｙａｖａｉｌａｂｌｅｐｕｌｓｅｐｏｗｅｒ
ｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｌｍｔｅ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｉｔｓｎｕｍｅｒｉｃａｌ＆
ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｐｒａｃｔｉｃａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓＲｏｇｏｗｓｋｉｗｉｎｄｉｎｇｉｓ
ｕｔｉｌｉｚｅｄｔＯｃｏｎｆｉｎｅｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｉｎｃａｓｅｏｆｂｒｅａｋｄｏｗｎｉｎ
ｔｈｅｒｅａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｍａｔｃｈｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｉｓｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ．
Ｔｈｅｔｈｉｒｄｐａｒｔｍａｉｎｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｈｉｇｈ＿ｖｏｌｔａｇｅｐｕｌｓｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｂｙ
ｐｏｗｅｒｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｉｒｃｕｉｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｂｕｃｋｃｏｎｖｅｒｔａｒｅ
ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ＢｙｍｅａｎｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈＳｉｍｕｌｉｎｋｆｏｒｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｂｕｇｓｉｎｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔａｒｅ
ｆｏｕｎｄａｎｄｔｈｅｎｒｅｍｅｄｉｅｄ．ＩｎｔｈｅｌｌａＩｏｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｂｅｓｉｄｅｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ’ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎａｎｄｐａｒａｓｉｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆａＵｇｈｖｏｌｔａｇｅｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｋｅｙｐａｒｔｏｆｓｕｃｈｉｎｖｅｒｔｅｒｓａｒｅｍａｄｅｉｎｄｅｔａｉｌｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｕｌｓｅＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ
Ｈａｌｆ＿＿ｂｒｉｄｇｅＩｎｖｅｒｔＲｏｇｏｗｓｋｉＷｉｎｄｉｎｇＢｕｃｋＣｏｎｖｅｒｔ
ＨｉｇｌｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
ＩＩ华中科技大学硕士学位论文
Ｉ绪论
随着人类文明的发展，生产力的不断提高，矿物燃料的消耗逐年递增，导致了Ｓ０２和ＮＯｘ的大量排放，由于我国能源结构的特殊性，情况更加严重；同时它与工业和生
活污水的排放一起破坏人类的生存环境，危害着人们的身体健康。
近年来，在环境污染物治理的研究中，不断涌现出多种高新技术，如：超声波、超临界流体、中空纤维膜分离技术、反渗透技术、光化学氧化法、光催化氧化法、催
化湿式氧化技术等，大多尚处在研究阶段，也有些已经进行了中试，少数达到了工业化的水平。
Ｉ．Ｉ低温等离子体在环境工程领域的应用概况
等离子体是物质存在的第四种形态，按热力学平衡状态，可分为平衡态等离子体
（Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｐｌａｓｍａ）与非平衡态等离子体（Ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｐｌａｓｍａ）。所谓平衡态等离子体，其电子温度Ｔｅ和离子温度Ｔｉ相等时，等离子体在宏观上处于热力学平衡状态，体系温度可达到上万度，故又称之为高温等离子体（Ｔｈｅｒｍａｌｐｌａｓｍａ）。
当电子温度Ｔｅ＞＞离子温度Ｔｉ时，其电子温度可达ｉ０４Ｋ以上，而离子和中性粒子的
温度只有３００—５００Ｋ，整个体系的表观温度还是很低，又称为低温等离予体（Ｃｏｌｄ
ｐｌａｓｍａ）。在２０世纪６０年代产生了等离子体化学，它利用等离子体放电来实现一定化学反
应的。作为一门交叉学科，等离子体化学涉及高能物理、放电物理、放电化学、反应
工程学、高压脉冲技术等领域。近十五年来，低温等离子体逐渐被用于支持污染控制和可持续发展战略，成为国内外学者研究的热门之一，处理领域从除臭、室内空气净
化到烟气脱硫等方面，尤其对有毒及难降解物质应用前景更好。【ｌ卅。
（１）汽车尾气治理净¨
汽车尾气有ＳＯ。、ＮＯｘ、ＣＯ及微尘，危害人体健康，西安交通大学应用脉冲电晕等离子体活化法来控制尾气的排放。研究表明，与其他方法相比，净化效率高，去除率可以达到８０％以上，能够满足日益严格的排放标准，而且不产
生其他的有害气体，负效应少，突显等离子体活化法的优越性与先进性。特别
是，采用高压超窄脉冲流注电晕放电可使ＣＯ的氧化脱除率达８０％以上。不过，华中科技大学硕士学位论文＝＝＝＝≈＝＝＝＝＝＝＝≈；＝＝＝＝＝；≈＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝自
反应器的结构尺寸和反应器与脉冲电源的匹配对ＣＯ的氧化脱除有很大影响，
它决定能量的转化利用率；由于车载的考虑，还要求高压电源小型化。总之，对电源的各种电参数和尺寸都有严格的要求，
（２）烟气脱硫
我国的能源构成以煤炭为主，煤直接燃烧释放出大量Ｓ０２，造成大气环境污染，
加大火电厂Ｓ０２的控制力度显得非常紧迫和必要。降低Ｓ０２排放的方法根据不同的控
制点位置可分为三类：一类是燃前脱硫，例如微波法煤炭脱硫技术和高硫煤强磁分离
技术：另一类是燃烧中脱硫，例如喷石灰石粉直接入炉法；还有一类，也是应用得最
为广泛的一类，即燃后脱硫，也称烟气脱硫技术（ＦＧＤ），这类方法中应用较广的是湿式石灰石——石膏法，此法存在二次污染、设备腐蚀、工艺复杂等间题，投资和运
行费偏高。烟气脱氮的方法主要是氨气接触催化还原法，但烟气粉尘控制严格，所以
探求一种技术上先进，经济上合理的脱硫脱硝新工艺一直是环保界关注的焦点。目前，一种以在烟气中产生自由电子和活性基团为特征的新方法得到了很快发
展，该法主要有两大类：电子柬法（ＥＢＡ）［ｓｌ和将脉冲功率技术与等离子技术相结合
的脉冲电晕等离子法（ＰＰＣＰ）１９。１０Ｈ”，前者在二十世纪七十年代由日本荏原制作所提出，它利用高能电子柬（５００－－８００ｋｅＶ）辐射烟气。使烟气中０２和水蒸汽等产生分
解，生成Ｏ、．ＯＨ等活性自由基，将Ｓ０２氧化后，与氨气反应生成氨肥，其脱硫率和脱硝率分别可达９０％和８０％。但该法需昂贵的电子加速器，处理单位体积烟气的能耗
也较高，并要求有ｘ射线屏蔽装置，难以大规模推广。后者是在电子束法的基础上发展起来的，不同的是利用脉冲电晕放电产生高能电
子（５－－２０ｅＶ）【ｌＩ】，省去电子加速器，不存在辐射防护。它由Ｓ．Ｍａｓｕｄａ和ＡｋｉｒａＭｉｚｕｎｏ首先提出。当治理大流量工业废气（比如烟气脱硫）时，由于废气中污染物浓度不高，
我们不希望在净化废气的同时，使气体的温度升得很高而浪费电能。利用脉冲电晕等
离子体法产生５—２０ｅｖ能量的活化电子，轰击气体污染物；同时，产生大量的Ｏ、ＯＨ等活性自由基团，在电场局部区域造成氧化或还原氛围，进行氧化还原反应，促使污染物发生解离，能量效率比ＥＢＡ高二倍，投资是ＥＢＡ法的６０％，成为国际上千法脱硫脱硝的研究前沿。
低温等离子体技术的工业化应用的关键是在保证污染物去除率的基础上，降低能耗。Ｈ前Ｒ本、意大利、荷兰、美国都在积极开展研究，已建成１４０００Ｎｍ３ｍ的试验
装景，能耗１２－１５Ｗｈ／Ｎｍ３Ｉ捌。我国在“八五”期间，“脉冲等离子体加氨脱硫”方
２华中科技大学硕士学位论文＝；＝；＝＝—＝＃＝＝＝＝≈＝自；＝＝＝＝＝＝≈＝＝％一一：法被列为重点科学基金项目；“九五”期间，科技部又投资于该项目的中试研究。不过，此法离实用化尚有差距，存在的主要问题有：高功率、长寿命纳秒级高压脉冲电源的研制，反应器结构优化，高温氨盐的回收、运行费用的降低和氨泄漏等问题。（３）废水处理１１６”Ｊ脉冲电晕法进行废水处理是通过在气液两相体中放电，产生与水充分接触的非平衡等离子体，造成一种既有高能电子，又有紫外照射及臭氧作用的强氧化氛围的水处理环境，进而氧化、降解有机物，使污染物转化为低毒或无毒物质。华中科技大学已将它成功地用于印染废水的脱色上，并针对硝基苯及焦化废水展开应用研究。目前，此技术要获得进一步的应用，首要解决能耗和去除率。总而言之，在众多的环境污染治理新技术中，等离子体作为一种高效率、低能耗、使用范围广、处理量大、操作简单的环保新技术，利用还原、氧化降解等反应，处理有毒及难降解物质，将之转化为低毒或无毒物质，有其独到之处，在油水脱离、食品保鲜、臭氧制造、核废料处理、烟气脱硫、废水处理等环保领域已取得了积极的进展，具有广阔的应用前景。但若广泛应用于工业生产尚须作更深入及更系统的研究，在能效上有所突破。１．２研究脉冲等离子体电源的必要性及国内外研究概况１．２．３研翩脉冲等膏予体电豫的必要性在利用低温等离子体烟气脱硫和污水处理时，根据作用机理，必须满足以下两个基本条件：（１）脉冲电场要使电子在自由行程内得到的能量足以有效地激活反应物，产生各类活性自由基团，促进Ｓ０２或水中有机物的解离；（２）外加电场还要将对电子施加能量的时间控制在一定范围内，保证在此时间段内电子得到很高的能量，而其它离子则处于刚起动状态，得到的能量很低，外界提供的能量即终止，从而在常温常压状态下抑制气体或液体的温度上升，提高能量利用率。由此可见，产生此种放电的唯一手段是利用脉冲功率技术产生的前沿陡峭的窄脉宽高压脉冲供电，激发高能电子。所谓脉冲功率技术是指将很大的能量（通常为几十万焦耳至几十兆焦耳）储存在储能元件（通常为电容器、电感器等），然后通过快速开关（动作时间在纳秒量级）将此能量在纳秒至微秒时间内释放到负载上，以得到极高瞬时功率
脉冲振荡波高压产生原理
脉冲振荡波高压产生原理
脉冲振荡波高压产生原理
脉冲振荡波高压技术是一种常用的高压电源，它可以在很短的时间内产生几千伏至几十万伏的高电压，被广泛应用于科技领域中的粒子加速器、等离子体物理、物种杀灭等领域。本文将介绍脉冲振荡波高压产生原理。
一、简介
脉冲振荡波高压产生基于电磁波的反馈过程，主要由截止器、储能电容和屏蔽等组成。通过周期性放电的方式产生谐振，然后将储能电容器内的电能释放在放电线圈中，形成一个短脉冲的高压信号。
二、工作原理
1. 储能电容充电
在正常工作状态下，储能电容器内充满了电能，电容的电压随时间线性增长。在电容内充满了足够的电能之后，放电冲击波就可以完全激发。
2. 放电环节
放电冲击波不仅仅是由电容电压持续增长的结果。当电容器中能量集中时，高压释放通道也会在此时彻底打开，将电容器内的能量释放到两端的放电线圈中。能量释放的过程就是脉冲振荡波高压的产生过程。
3. 感应
当从电容器中释放出一个很强的电磁脉冲时，它会通过感应的方式，在放电线圈中产生一个比储能电容器本身的电流大几倍的瞬间电流脉冲。这种瞬间电流脉冲就形成了一个非常强大且短暂的瞬间高压脉冲。
三、结论
以上就是脉冲振荡波高压产生的基本原理。它是由电容器储能和电容器放电引起的谐振产生的高压，整个过程需要严格的控制，才能产生效果可靠、稳定的高压信号。同时，这种高压产生技术也有一定的危险性，需要专业人士进行使用和维护。
igbt的固态高压脉冲电源的设计原理
少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - 百度文库
1 IGBT的固态高压脉冲电源的设计原理
由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用，其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分。为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，文中提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源，系统主要由高压直流充电电源和脉冲形成电路两部分组成，由DSP作为主控制芯片，控制IGBT的触发和实现软开关技术，并用仿真软件PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析，验证了设计思想的正确性。
由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用。比如说高能量物理、粒子加速器、金属材料的加工处理、食品的杀菌消毒、环境的除尘除菌等方面，都需要这样一种脉冲能量--可靠、高能量、脉宽和频率可调、双极性、平顶的电压波形。无论将此高功率脉冲电源用于何种用途，高压脉冲电源均是其设计的核心部分。传统的高功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，然后采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节，脉冲波形易变化，可靠性较低，控制较困难，成本较高。文中采用固态电器--IGBT来获取高压脉冲波形。将IGBT作为获取高压脉冲的电子开关，利用IGBT构成LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源，同时利用IGBT构成全桥组成脉冲形成电路，输出双极性高压脉冲波形。文中给出了系统结构、系统各个部分功能说明，通过仿真电力电子仿真软件PSIM对LCC充电过程和脉冲形成电路进行仿真分析。
1 高压脉冲电源系统结构
1.1 高压脉冲电源的拓扑结构
高压脉冲电源常用的主电路拓扑可以归纳为两类：电容充放电式和高压直流开关电源加脉冲生成的两级式两种。电容充放电式是通过长时间充电、瞬间放电，即通过控制充放电的时间比例，达到能量压缩、输出高压大功率脉冲的目的。优点是可以输出的脉冲功率和电压等级较高，脉冲上升沿较陡;但是，输出脉冲的精度难以控制，而且重复频率低，因而应用范围比较有限，主要应用在核电磁物理研究、烟气除尘、污水处理、液体杀菌等场合。两级式结构为高压直流开关电源级加上脉冲形成级的结构。文中采用这种两级式拓扑结构，电源系统结构框图如图1所示。两级式有脉冲稳定、可控性好、精度高、重复频率变化范围大等特点，因而适用范围较广，通用性较好。
等离子体技术的应用
1
等离子体技术的应用
-------废气处理及航天推进器
等离子体是一种电离气体，由电子、离子、中性粒子等组成，属于物质的高能凝聚态。等离子体中含有大量的带电粒子，使得它与普通气体有着本质的区别，具有很多普通气体没有的特性。对等离子体的研究己发展成为一门独立的物理学分支——等离子体物理学，等离子体物理学在工程技术中的应用形成了大有发展前景的专门技术，即等离子体技术。近年来，等离子体技术的实际应用获得了快速的发展，应用领域越来越广泛。目前，世界各国正加紧研究把等离子体技术用于武器系统隐身、通信和探测、火炮发射、飞行器拦截、环境污染、航天推进等方面，等离子体技术的应用对未来具有深远的意义
一、环境污染
近几年来，等离子体技术在能源、信息、材料、化工、物理医学、军工、航天等领域中大量应用，同时，国外许多研究机构不断将等离子体技术应用在环境工程中。目前，等离子体技术处理废水、废气及固体废弃物的研究已经取得了一定进展。在环境监测中电感耦合等离子体原子发射光谱法和质谱法已广泛应用于生态环境监测体系中(包括大气、水、土壤等)微量元素的测定。在大气污染治理中主要应用于烟气净化、脱硫、脱硝等方面。在水污染治理中主要应用于高浓度有机废液、垃圾渗滤液等废水的治理。在固体废物处理方面，等离子体技术逐渐取代传统的焚烧法应用于城市固体废弃物及生物武器、化学武器、化学毒品等特种固体废物的处理。1997年，美国开始采用等离子体废物处理系统处理军方废弃武器，1999年初，美国、欧盟、日本等逐渐关闭焚化炉后开始转向等离子废物处理系统，目前，瑞典、美国、德国、日本等国已建立了一定规模的城市固体废物的等离子体处理厂。
随着工业现代化的不断进步和发展，排放到大气中的硫氧化物、氮氧化物及有机废气等不断增加，大气污染造成的大气质量的恶化、酸雨现象、温室效应及臭氧层破坏足以威胁人类在地球上的生存和居住，其后果十分严峻，废气排放造成的环境污染问题逐渐引起人们的广泛重视。大气压等离子体技术是一门新兴的环境污染处理手段，其在废气处理应用中具有成本低，效果好、操作简单，无需高价格的真空系统等特点，具有广泛的应用前景。大气压等离子体技术的实质也就是气体放电原理，气体在电场作用下被击穿而导电，由此产生的电离气体叫做气体放电等离子体。大气压等离子体分解气态污染物的机理为：等离子体中的高能电子在大气压等离子体分解气体污染物中起决定性的作用，数万度的高能电子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞，巨大的能量转换成基态分子(原子)的内能，发生激发、离解以及电离等一系列物理和化学变化使气体处于活化状态。电子能量小于10ev时产生活性自由基，活化后的污染物分子经过等离子体定向链化学反应后被脱除。而当电子平均能量超过污染物分子化学键结合能时，污染物气体分子键断裂，污染物分解，在大气压等离子体中可能发生各种类型的化学反应，反应程度取决于电子的平均能量、电子密度、气体温度、污染物气体分子浓度及共存的气体成分。大气压等离子体在废气处理中应用的机理是在等离子体中的高能电子、离子、自由基、激发态分子和原子等的作用下，将NOx与SO2被氧化成更易参与反应和更易吸收的NO2和SO3，从而实现对废气的净化处理。大气压等离子体降解污染物是一个十分复杂的过程，而且影响这一过程的因素很多，虽然目前已有大量有关低温等离子体降解污染物机理的研究，但还未形成能指导实践的理论体系，使其工业应用缺乏理论保障。其
纳秒脉冲空气辉光放电等离子体及应用
第２２卷第１０期 ２０１０年１０月 强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩＧＨ Ｉ （）ＷＥＲ Ｉ ＡＳＥＲ Ａ Ｄ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＢＥＡＭＳ Ｖｏ１．２２，ＮＯ．１０ Ｏｃｔ．，２０１０
文章编号： １００１ ４３２２（２０１０）１０ ２２９９ ０４
纳秒脉冲空气辉光放电等离子体及应用
万 军， 贾向红， 宋铭炜， 王守国
（中国科学院微电子研究所，微电子器件与集成技术重点实验室，北京１０００２９）
摘要： 采用基于半导体断路开关的纳秒脉冲高压电源，在两个金属电极之间产生放电区间为１ ６００
ｍｍ×１００ Ｆｉｌｍ×２５ ＦＩ１ＦＩＩ的常压辉光空气等离子体。等离子体发生器采用负高压针电极阵列与平板阳极结构，
针电极的直径为１ ｌＴｌＩｎ，长度为２０ ＩＩ／ＩＴＩ，针电极之间的间隔为２０ ＦＩ１Ｉ］１，针电极与平板零电位之间的距离为２
Ｆｉｌｍ，在每个负高压针电极末端周围同时形成圆锥形辉光放电，在平板地电极则形成大面积辉光放电。采用电 压探针测量了该新型等离子体的放电特性，结果表明：放电脉冲的上升时间为２６ ＦｉＳ，最高脉冲输出峰值电压为
２７ ｋＶ；利用该辉光等离子体对幅宽为１ ０００ ｎｌｌ＇ｌｌ聚四氟乙烯薄膜进行了表面改性处理，处理后其表面接触角
由原来的１２４。降到６９。，亲水性能大为提高。
关键词： 纳秒脉冲放电； 半导体断路开关； 空气辉光等离子体； 表面处理
中图分类号：０６４６．９ 文献标志码： Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＩ ＰＢ２０１０２２ｌ０．２２９９
常压低温冷等离子体是在大气压下使气体击穿电离并维持较低温度的气体放电现象，其主要的放电形式
有电晕放电、介质阻挡放电和辉光放电等 。电晕放电是使用曲率半径很小的电极并在电极上加高电压，由于
电极的曲率半径很小，靠近电极区域的电场特别强，电子逸出电极发生非均匀放电 。。电晕放电属于高压尖端
放电，电流弱，放电效率低，并且很容易从电晕过渡到火花甚至电弧放电。
等离子体发生器结构
等离子体发生器结构
等离子体发生器是一种用于产生等离子体的装置，广泛应用于科学研究、工业生产和医疗技术等领域。其结构设计主要包括等离子体源、高频电源和反应室等组成部分。本文将从等离子体发生器的结构和工作原理、不同类型的等离子体发生器以及应用领域等方面进行阐述。
一、等离子体发生器的结构和工作原理
等离子体发生器的结构主要分为三个部分，即等离子体源、高频电源和反应室。
1. 等离子体源：等离子体源是产生等离子体的核心部件，可以通过不同的方法产生等离子体。常见的等离子体源包括直流放电源、射频放电源、电子束源等。其中，直流放电源是通过高电压电场激发气体分子或原子，使其电离形成等离子体；射频放电源是通过高频电场激发气体分子或原子，使其电离形成等离子体；电子束源则是通过高速运动的电子束撞击气体分子或原子，使其电离形成等离子体。
2. 高频电源：高频电源是为等离子体源提供能量，使其工作在正常的工作状态下。高频电源通常采用射频电源，通过高频振荡电路产生一定频率和功率的交流电信号，然后将信号输入到等离子体源中，使其产生等离子体。高频电源的频率和功率可以根据具体的需求进行调节。
3. 反应室：反应室是等离子体发生器的容器，用于容纳等离子体和待处理的物质。反应室的材料通常选择具有良好耐高温、耐腐蚀性和导电性的材料，如不锈钢或石英等。反应室的结构和尺寸可以根据不同的需求进行设计，以满足处理物质的尺寸和形状要求。
等离子体发生器的工作原理是将电能或者其他形式的能量输入到等离子体源中，激发气体分子或原子产生电离，形成等离子体。在等离子体中，电子、离子和中性粒子之间发生相互作用和碰撞，从而产生一系列的物理和化学过程。这些过程包括电子冲击、碰撞激发、自由基反应等，可以用于表面处理、材料改性、化学合成、气体清洁等领域。
二、不同类型的等离子体发生器
根据等离子体源的不同，可以将等离子体发生器分为以下几种类型：
1. 高频感应等离子体发生器：采用高频电源产生交变电场，通过感应耦合作用，使等离子体源中的气体分子或原子电离形成等离子体。
等离子显示系统专用电源电路图
等离子显示系统专用电源电路图
本文设计了一个用于多屏拼接等离子显示系统的专用电源。该电源采用两级变换，前级
AC/DC变换采用Boost型有源功率因数校正电路，后级变换器对于不同的回路根据功率的
大小分别采用全桥变换器和单端反激变换器。对传统Boost型功率因数校正电路提出了一
点改进，有效抑制了传统Boost型功率因数校正电路中大功率时开关管开通时二极管上瞬
时大电流。后级变换器中主回路采用一种次级无源箝位ZVZCS全桥变换器，适宜大功率的
输出且有效降低了开关损耗。0引言
等离子体显示技术是利用氦、氖、氮等混合气体在密闭空间加压放电产生等离子体生成
紫外线使荧光屏成像的技术。等离子显示屏（PlasmaDisplayPanel）作为平板显示器的
佼佼者，它的厚度只有普通显像管电视的1/10,重量仅为普通显像管电视的1/6,观看视角达
到160°以上，画面不受磁场影响，具有较高亮度和对比度。等离子显示屏中，电源担负着
所有电路和显示屏的供电。包括向驱动电路提供维持电压和扫描电压，以及控制板、接口板
等部件的+5V,+15V电压。同时，电源还应具有针对显示屏故障的过压过流保护功能，为
了保护显示屏和扫描电路，电源必须有严格的工作时序。所以对于等离子显示屏而言，电源
的设计是其中举足轻重的一部分。1PDP屏专用电源的参数要求
PDP电源是一种具有保护功能的大功率电源。本设计电源用于一种由多块显示屏拼接
而成的显示系统中，每块屏的大小为16英寸，整个屏幕由5×4块屏组成。每块屏的功率约
为80W,整个屏幕的功率约为1600W.本设计的专用电源设计输出负载要在2kW左右。专
用电源的输入电压为85~260V,频率为50/60Hz.
等离子显示屏有多种工作方式，这里不做赘述。本文中的显示屏为三电极表面放电方式。
其驱动电压比较复杂，显示一幅画面需要经过3个时期：准备期、寻址期、维持显示期。准
备期负责擦除所有点的残余壁电荷，寻址期负责在需要发光的点上积累壁电荷，到了维持期
基于脉冲激发等离子体的高速开关设计
第２６卷第６期
２００６年１１月 核电子学与探测技术 Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．６
Ｎｏｖ． ２００６
基于脉冲激发等离子体的高速开关设计
吴兵，阴泽杰
（中国科学技术大学核信息处理实验室，安徽合肥２３００２６）
摘要：在等离子体的基础研究中，用可调高频脉冲来激发等离子体是一种重要的研究手段。介绍 了用单片机系统控制线性开关来实现可调高频激励脉冲源的电路原理和方法。 关键词：高速有源负载；脉冲调制；隔离度 中圈分类号：ＴＮ７８ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５８－０９３４（２００６）０６—０８６０—０３
在等离子体的基础研究中，一种重要的手
段是用高频脉冲来激发等离子体。当向充满被
激发气体的玻璃腔中送入一串串的宽度可调的
高频正弦波序列时，被激发的等离子体系统和
物理参数会有新的变化。如果我们能够定量地
改变一个序列周期内正弦波的有效时间，便可 对所激发的等离子体信息进行定量的分析。这
里我们用单片机产生一个固定周期为ｌＯ００￣ｓ
但占空比可调的方波，用它作为高速线性门的
控制信号。从射频信号源输出０￣３００ＭＨｚ幅
度可调的标准正弦波，得到正弦波有效时间可
调的、周期为ｌＯ００￣ｓ的脉冲波束。图ｌ为输
出波形。
１ 系统整体结构以及脉冲调制模块的
介绍
系统的整体结构如图２。
在这主要介绍脉冲调制模块，如图３所示。
射频信号源产生的高频正弦波信号通过高带宽
隔离放大器ＭＡＸ４２２３，进入高速有源负载
ＡＤ１３１５，被调制后通过ＭＡＸ４２２４隔离输出至
收稿日期．２００５－１０－１５ 作者简介：吴兵（１９８１一），男，安徽安庆人，中国科学 技术大学近代物理系博士生，从事石英晶体微天平 方面的研究
８６０ 图１脉宽可调、频率可调以及幅度可调的 激励信号时域波形
图２系统的整体框图 射频功放。单片机给出的ＴＴ乙脉冲信号转为
PSM高压脉冲电源用多绕组变压器分布参数的分析
高电压技术第36卷第6期2010年6月30日HighVoltageEngineering,Vol.36,No.6,June30,2010
PSM高压脉冲电源用多绕组变压器分布参数的分析
徐伟东,宣伟民,姚列英,王英翘
(核工业西南物理研究院,成都610041)
摘要:为保护PSM高压脉冲电源的大功率微波管、回旋管和离子源这类负载的安全,要求该电源系统在打火时
注入负载的能量非常小,而保护时系统对负载的释能主要由滤波电容和系统分布参数提供。由于滤波电容的储能
大小一定,因而多副边绕组变压器的分布参数,尤其是分布电容的大小对该系统的储能大小有极为重要的影响,为
清楚了解这一影响,通过仿真分析得到分布电容电压与电源输出电压的对应关系以及系统储能大小与分布电容大
小、输出电压的对应关系。根据系统所要求的储能大小确定分布电容的最大值,在此基础上研制了多副边绕组变
压器并进行PSM单元的初步调试实验,测得了单元系统的分布电容大小。实验结果表明所研制的多副边绕组变
压器的分布电容能够满足该系统的要求,整个系统的构建是合理可行的。
关键词:PSM技术;高压脉冲电源;辅助加热系统;分布电容;多副边绕组变压器;仿真分析;开关电源模块
中图分类号:TM89文献标志码:A文章编号:10036520(2010)06153007
基金资助项目:国家核能开发项目(H6600003)。
ProjectSupportedbyNationalNuclearEnergyDevelopmentProjectofChina(H6600003).AnalysisoftheStrayParameterinMultipleSecondaryWindings
TransformerofthePSMHVPulsePowerSupply
XUWeidong,XUANWeimin,YAOLieying,WANGYingqiao
(SouthwestInstituteofPhysics,Chengdu610041,China)
高压强脉冲电源的设计西安兆福电子有限公司史平君—中国兵器工业
高压强脉冲电源的设计
西安兆福电子 史平君 —中国兵器工业第二0六研究所特种电源部主任、高级工程师，IEEE会员,中国电源学会常务理事、中国电源学会特种电源专业委员会主任委员，陕西省电源学会副理事长，西安市电源学会副理事长，陕西省笫五届科协委员。专业特长为高压电源、高压脉冲电源，军用特种电源，雷达发射机及导航发射机电源，高能物理及加速器电源，高压充电电源等。
摘要：本文提出了一种强脉冲发生器电源的设计方案，应用此方案设计了高压电源、IGBT控制充电、可控硅控制放电，可以自动运行的脉冲磁场发生设备。最大直流电压到达3KV且连续可调，放电脉冲电流高达10000A。该设备由一片AT89C52单片机控制，可实现与电脑的连接。
关键词：高压电源； IGBT ；可控硅
The Design of High Voltage Pulsed Power Supply
Abstract: This paper presents a strong pulse generator power supply design,
applications for this program designed high-voltage power supply, IGBT
control the charging and SCR controlled discharge, can be run
automatically pulse magnetic field equipment. Maximum DC voltage 3KV and
continuously adjustable discharge pulse currents up to 10000A. The device
is controlled by an AT89C52 microcontroller can be realized with the
computer.
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真
张晗
【摘 要】利用电力电子技术与脉冲功率技术设计了一台纳秒级高压脉冲电源。电源低压部分采用电力电子技术中的BUCK电路与串联谐振电路，高压部分采用脉冲功率技术中的磁脉冲压缩（MPC）网络与半导体断路开关（SOS）。对高压脉冲电源的整体设计作了阐述，介绍了可饱和变压器与磁开关、晶闸管、半导体断路开关的参数设计。利用PSPICE软件和泰克示波器两种方式对所设计的电源进行了仿真和试验。试验测得在输出负载上产生了一个峰值高达50kV、半高宽为120ns的负极性脉冲。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》
【年(卷),期】2016(000)008
【总页数】6页(P63-68)
【关键词】电力电子技术;脉冲功率技术;纳秒级高压脉冲电源;磁脉冲压缩;半导体断路开关;PSPICE软件
【作 者】张晗
【作者单位】南方电网超高压输电公司检修试验中心,广东广州510663
【正文语种】中 文
【中图分类】TM910.2
脉冲电源可应用于等离子体物理、强脉冲X射线技术、高频脉冲焊接、核医疗 γ
照像机高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电爆炸、闪击航空和航天器的模拟等，范围极其广泛。
近年来,随着半导体开关技术的发展,逐步实现了开关技术的大功率、耐高压、大电流驱动等优点,实现了脉冲电源的高电压峰值与窄脉冲宽度[1-8];磁脉冲压缩技术从工作电压、峰值电流、重复频率、使用寿命等方面有效地克服了火花隙开关、IGBT、闸流管、晶闸管等大功率开关性能的不足给脉冲功率系统带来的限制。近年来，以非晶态合金、铁基纳米晶为代表的新一代高频软磁材料的出现，打破了磁开关在高重复率脉冲功率系统中应用的限制,且最近出现的一种新颖电路解决了磁芯复位这一难题,使得磁开关能够达到更高的重复频率[9-16]。
因此,本文结合电力电子技术和脉冲功率技术,设计了一台纳秒级高压脉冲电源。首先利用电力电子技术中的整流、逆变、串联谐振等原理设计了一台串联谐振电源,然后利用磁脉冲压缩(MPC)技术与半导体断路开关(SOS)技术将脉冲升压和整形,最终得到一个纳秒级的高压脉冲电源。