用于产生瞬态等离子体的脉冲电源的设计
基于脉冲电源的低温等离子技术
基于脉冲电源的低温等离子技术低温等离子技术是一种利用低温等离子体对材料表面进行处理的技术。
它可以在不加热或仅加热到较低温度的情况下，改善材料表面的性质，如增加表面能、提高附着力、增强耐磨性等。
而脉冲电源则是运用脉冲电流实现材料表面等离子体处理的一种电源。
脉冲电源是一种将直流电转换成脉冲电的设备。
它通过控制脉冲宽度、频率、电流等参数，使输出电流变为一定幅值和脉冲数的脉冲信号，从而实现对材料表面的等离子体处理。
相对于传统的直流电源，脉冲电源具有以下优势：1. 能够更精确地控制等离子体的参数，如气体流量、压强、功率等，以满足不同的处理需求。
2. 能够在处理材料表面时减少热量的影响，从而保护材料的结构和性质。
3. 能够在短时间内提供高能量，从而提高等离子体处理的效率。
基于脉冲电源的低温等离子技术已经在许多领域得到了广泛的应用。
例如，它被用于表面涂层、清洗和去污、表面改性和光刻等方面。
下面分别介绍这些领域的应用。
表面涂层是低温等离子技术的一个重要应用方向。
例如，使用脉冲电源的等离子体源可以在材料表面产生高能量的离子，并将其注入到基体材料中，从而形成一层厚度很薄的涂层。
这种涂层能够提高材料表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和附着力等性能，从而使其更适用于各种环境。
清洗和去污是低温等离子技术的另一个应用方向。
利用脉冲电源的等离子体源生成的化学活性物种，可以将固体表面的杂质和附着物去除，例如去除电子元器件的焊锡和油污。
相比于传统的化学清洗方法，这种技术无需使用有害的化学物质，同时对材料表面的热影响也很小。
表面改性是低温等离子技术的另一种重要应用。
通过脉冲电源的等离子体源可以改变表面的化学组成、形貌和晶体结构等。
例如，在金属表面形成一个高密度的氧化层，可以大幅提高它的抗腐蚀性。
而在聚合物表面，通过引入具有异丙基官能团的气体，可以大幅提高其表面能。
光刻是低温等离子技术的另一个应用。
通过使用脉冲电源的等离子体源可以在材料表面形成纳米级别的结构，从而实现微纳加工。
等离子体 偏压电源
等离子体偏压电源是指用于为等离子体提供电能的设备。
等离子体是一种在气体中产生电离的电介质，通常用于各种应用，例如显示器，烟雾探测器，空间推进和表面处理。
偏压电源的作用是为等离子体提供适当的电压差，以维持等离子体的电离状态并产生所需的电场。
在偏压电源的设计中，有几个关键因素需要考虑。
首先，电源需要能够提供足够的功率，以满足等离子体的需求。
这通常涉及到选择适当的功率放大器，如开关电源或线性电源。
其次，电源需要能够产生适当的偏压，以确保等离子体中的电场强度符合要求。
这通常涉及到使用适当的电路设计和调节参数，如电压和电流。
在某些应用中，偏压电源还需要考虑安全因素。
例如，对于用于处理危险材料的等离子体，电源必须符合相关的安全标准和法规。
这可能涉及到使用特殊的安全措施，如过电流保护和接地系统。
在操作等离子体时，偏压电源的稳定性至关重要。
如果电压波动或电流变化过大，可能会影响等离子体的性能和稳定性。
因此，电源通常需要配备适当的反馈和控制机制，以确保输出参数的稳定性和准确性。
总的来说，等离子体偏压电源是一种复杂而关键的设备，它需要考虑到许多因素，包括功率，偏压，安全性和稳定性。
随着等离子体技术的不断发展，偏压电源的设计和制造也在不断改进和创新，以满足日益增长的应用需求。
在未来的应用中，等离子体偏压电源可能会更加智能化和高效化。
例如，可以通过引入人工智能和机器学习技术来优化电源的性能和效率，同时还可以通过与物联网技术的结合，实现远程监控和故障诊断等功能，提高等离子体系统的整体可靠性和稳定性。
毕业设计(论文)低温等离子体消毒灭菌设备的电源设计
2012届毕业设计任务书一、课题名称：低温等离子体消毒灭菌设备的电源设计二、指导老师：林波三、设计内容与要求1、课题概述关于低温等离子体的消毒灭菌机理, 迄今为止人们还不能够给出比较圆满的答案。
大多数气体都能够放电形成等离子体。
而利用混合气体激发等离子体, 其消毒灭菌效果往往比单一中性气体好。
低温等离子体消毒灭菌技术的关键之一是其高压高频电源。
对高压高频电源的最重要的要求是体积小，重量轻，易于控制和高可靠性。
传统的高压电源因其体积和重量都比较大，且可靠性较低，不能满足各种实际应用场合的要求。
随着电力电子技术的发展，采用正弦波脉冲宽度（SPWM）调制的高压逆变电源可以达到上述要求，从而能较好地提高低温等离子体消毒灭菌技术的系统水平。
本课题就是设计一个SPWM调制的高压逆变电源，应用于低温等离子体消毒灭菌设备。
2、设计内容与要求1）设计内容●简单说明各种低温灭菌方法的优缺点，阐述等离子体低温灭菌的突出优越性，然后稍加展开说明离子体低温消毒灭菌的原理；●阐述等离子体的物理效应和应用；●简单论述系统构成；●简单论述低温等离子体消毒灭菌系统对高压高频电源的要求；●分析高压高频电源的系统组成，进行系统论证、主要电路模块的功能论证；●对高压高频电源的系统进行系统技术指标设计，对各部分电路进行设计计算。
●设计并说明对高压高频电源的系统及各部分电路进行调试的方法和步骤；●指明高压高频电源可能存在的问题，说明解决的方法与途径。
*（要求学生学习过电力电子技术）2）设计要点：a)本设计是基于SPWM脉宽调制技术的全桥高频逆变电路的一整套高压高频电源。
b)指标要求顺序：可靠、高精度、体积小、重量轻、简单、经济、低成本、低能c)耗、低电磁污染。
3）系统组态：a)服务对象——等离子体发生器；b)市电整流和滤波电路，获得需要的直流电源；c)直流斩波电路，获得可调的从0伏开始的直流电源；d)基于SPWM脉宽调制技术的全桥高频逆变电路和低通滤波器，获得频率可变的高频电压。
等离子射流电源设计
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第一章绪论1.1等离子体的概念1.2 等离子体的分类1.3等离子体的产生及原理1.4等离子体的应用第二章控制电路与驱动的设计2.1 mega16的简要介绍2.2基于 mega16的控制电路设计2.3基于mega16的显示电路设计2.4驱动电路设计2.5辅助电源的设计第三章逆变电源主电路的设计3.1高频变压器设计3.2逆变电路的设计3.3缓冲电路的设计第四章实验结果与分析4.1 PWM的调制信号仿真4.2 负载的记录第五章结论致谢摘要在工业中等离子体技术应用越来越普遍。
由于等离子体的环保、清洁性，因此，它在工业领域的应用非常的广泛。
经等离子处理过的材料表面的亲水性很好，而且材料表面的物理性质得到改变，因为他的这个特性，它在纸盒包装材料领域做出了非常大的贡献。
等离子体具有的独特的环保、清洁及化学性质，它的使用已经取替了学多污染化学物质的使用，使工业生产变得更加的清洁，高效。
本论文主要介绍了低温等离子体在工业中的应用以及设计了介质阻挡放电的等离子电源。
本论文由绪论介绍了等离子的应用广泛和在工业中起到的重要作用，由此，介绍了在纸盒包装材料领域的贡献。
论文主体对电源控制电路、驱动电路、逆变电路、缓冲电路和主电路中器件的的设计和保护等进行了详细的阐述。
由于IGBT驱动的要求很严格，所要我们选用了设计已经很成熟的驱动模块，它具有很强的驱动和过流保护能力，使我们的模块工作在可靠安全的状态。
最后我们合理的选择设计了IGBT缓冲电路，更加的保证了功率模块的可靠工作。
关键字：等离子体；逆变电路；缓冲电路AbstractApplication of plasma technology in the industry is becoming more common. Because of the plasma, clean environmental protection, therefore, it is widely applied in the field of industrial. Treated by the plasma hydrophilicity on the surface of the material is very good, and the physical properties of material surface is changed, because of his this feature, it in the carton packaging material field has made the very big contribution.Plasma has a unique environmental protection, clean, and chemical properties, its use has been taken for the use of many chemical pollution, industrial production has become more clean, efficient. This paper mainly introduces the application of low temperature plasma in the industrial and dielectric barrier discharge plasma power supply is designed. Widely used by the introduction of plasma are introduced in this paper, and plays an important role in the industry, as a result, the contribution in the field of carton packaging material are introduced. Paper subject to the power supply control circuit, drive circuit, inverter circuit, snubber circuit and main circuit devices in the design and protection are detailed described. By IGBT drive is very strict, will we choose the driver module design has been very mature, it has a strong drive and overcurrent protection ability, make our module work in a reliable safety condition. Finally, we reasonable choice IGBT snubber circuit is designed, more to ensure the reliable work of power module.Key words: plasma; Inverter circuit; The buffer circuit第一章绪论1.1等离子体的概念在自然界中的各种物质，由于温度的不同变现出不同的状态，主要分为以下三种，分别是固态、液态和气态。
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2019.02
设计与研发
用于产生瞬态等离子体的脉冲电源的设计
刘志强，李占贤
(华北理工大学机械工程学院，河北唐山，063210)
摘要：
为了更好的进行瞬态等离子体机理的研宄,瞬态等离子体的产生是其实验研宄的关键，为此设计一台可调节高压
方波脉冲电源。该脉冲电源主要有高压直流电源和固态调制器组成，电压调节主要由直流电源完成，固态调制器是基于
单片机为控制中心，信号经过隔离和功率放大，实现固态调制器的控制，由于输出电压较高,单个开关管无法承受耐压，
所以采用MOSFET串联分压的方式。
关键词：等离子体；脉冲电源；单片机；Pspice
Modal Analysis of Secondary Reducer Follower Gear Based on
SolidWorks and ANSYS Workbench
Liu Zhiqiang, Li Zhanxian
(Hebei Province Industrial Robot Industry Technology Research Institute, North ChinaUniversity of
Sciencie and Technology, Tangshan Hebei
, 063210)
Abstract: In order to study the mechanism of transient plasma, the generation of transient plasma is
the key to its experimental research. To this end, an adjustable high-voltage square wave pulse power
supply is designed. The pulse power supply mainly consists of a high-voltage DC power supply and a
solid-state modulator. The voltage regulation is mainly completed by a DC power supply. The solid
-
state modulator is based on a single-chip microcomputer as a control center. The signal is isolated
and power amplified to achieve solid-state modulator control. Since the high output voltage, a single
switch tube cannot withstand the voltage, so the MOSFET is connected in series to achieve the purpose
of voltage division
.
Keywords: plasma; pulse power supply; Solid state modulator; single chip microcomputer
〇引言
纳秒脉冲气体放电在很多方面都有很好的应用,如材料
表面改性、流动控制、点火助燃领域和甲烷转化等领域均得
到了较好的效果[1_2]，因此瞬态等离子体机理[3]的研究是推
动科学技术发展的关键,同时对等离子体产生的电源提出了
很高的要求，要有高电压幅值、高重复频率和纳秒级时间的
上升沿，传统脉冲脉冲变压器和磁压缩的方式是不能满足要
求的，本文以高速MOSFET为开关器件,设计了 一台高压且输
出波形可控的脉冲电源。
1脉冲电源系统设计
1.1脉冲电源的舰
本文设计的脉冲电源总体结构如图1所示，脉冲高压主
电路由直流电源、储能电容、固态调制器和负载组成，辅助电
路由隔离驱动和单片机组成的控制系统。根据瞬态等离子的
产生要求，该脉冲电源设计指标为具有纳秒时间上升沿，峰
值电压为6kV,频率为l-5kHz,占空比可调范围为10-60%。
1.2脉冲高压主电路
本文设计的脉冲高压主电路简化框图如图2所示，直流
电源VCC通过充电电阻R1,在一定时间内对储能电容C1进
131
MB
行充电，然后通过控制固态调制器S1的快速闭合，把储存的
能量快速释放，在负载电阻R2上得到高压脉冲。固态调制器
采用5个场效应管IXBH40N160串联，单个开关管能承受住电
压1600 V，开关速度40 ns，为了提高固态调制器的稳定性，
可以在开关器件上增加缓冲保护电路。
保护电路
直流电源 储能电容 固态调制器 负载
显示界面 单片机 故障检测
按键输入
图1脉冲电源总体结构
该主电路的储能电容C1和充电电阻R1的选择是一个
重点问题，在固态调制器开通之前，储能电容应该充分充电,
RC回路的充电常数为r = i?C
,电容上的电压为：
251
设计与研发
2019.02
严） (1)
T
越大,充电速度越慢，为保证固态调制器导通前储能
电容能够充满电，需要至少10 T的充电时间[4],实际电路中
电阻可选用200 fi的无感线绕电阻，电容可选用0. 1 UF的低
感高压储能电容。
1.3隔离驱动
常用的驱动电路有两种，即分立器件构成的驱动电路和
采用集成器件构成的驱动电路。若采用分立器件构成的驱动
电路，由于开关管较多，会造成系统设计过于复杂，各路驱动
信号在传输的时间上将会存在较大的差异；现在集成器件的
的生产工艺非常成熟且使用方便，所以本文采用集成器件的
驱动电路。
HCPL-316J
是一款高度集成的控制器件，集成了大功率
开关管栅极驱动电路的所有必要组件，内部具有光耦隔离和
故障保护功能。隔离驱动电路如图3所示，输出的控制信号经
过由三极管Q1和Q2组成的推挽电路，最高实现2000 V的电
压隔离，进一步保护HCPL-316J。开通电压15 V,关断电压-5
V
,开通和关断能力强劲。本文设计的高压脉冲电源由5个开
关管构成，因此需要5个这样的隔离驱动。
1.4控制系统
本电源的控制系统采用意法半导体公司生产的
STM32F103RBT6型单片机，属于32位ARM
微控制器，拥有丰
富的外设接口，可实现显示，参数设定，故障检测等功能。本
文用其产生一路PWM信号，用于隔离驱动电路的同步控制，设
置了四个键盘,进行占空比和频率的调节。
2仿真结果与分析
Pspice
软件[5]被公认为是通用电路模拟程序中最优秀
的软件,因此采用该软件进行电路仿真分析，图4所示为仿真
电路图，主要是进行主电路的原理仿真，用S1代表固态调制
器，图5所示为负载R2两段电压仿真波形图,从仿真波形图
上,能得到6kV的脉冲电压，说明这种方案是可行的。
图4仿真电路图
3结论
本文采用MOSFET串联分压的方式的形式，设计了一种
高压方波脉冲电源，并用Pspice软件进行了仿真分析，得到
了所需脉冲，为今后瞬态等离子体的脉冲电源的设计提供了
借鉴。
参考文献
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high voltage pulses [J] .Plasma Sources Science and
Technology
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北京：机械工业出版社,2017.
作者简介
刘志强（1992.9-),男，河北唐山人，硕士研究生，研究方向为
机器人技术。
26
ISliB