【摘 要】
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介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge,DBD）装置可以在常温常压下生成活性高的低温等离子体,并且无需对装置进行昂贵且缓慢的抽真空操作,在表面改性、臭氧制备、等离子体灭菌以及挥发性有机气体处理等领域极具应用前景。注入到DBD负载的电流是控制负载放电的关键因素之一,构造电流型供电电源来控制注入到DBD负载的电流,不仅能对DBD负载的放电产物进行控制,而且还能有效防止电
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介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge,DBD）装置可以在常温常压下生成活性高的低温等离子体,并且无需对装置进行昂贵且缓慢的抽真空操作,在表面改性、臭氧制备、等离子体灭菌以及挥发性有机气体处理等领域极具应用前景。注入到DBD负载的电流是控制负载放电的关键因素之一,构造电流型供电电源来控制注入到DBD负载的电流,不仅能对DBD负载的放电产物进行控制,而且还能有效防止电压型供电电源作用下不可避免的尖峰电流对供电电源及DBD负载的损坏。但令人遗憾的是,目前少有文献对电流型供电电源作用下的DBD负载进行内部机理分析,也少有文献为DBD负载构造电流型供电电源以及进行该供电电源下的负载特性分析,针对这一现状,本文进行了以下内容研究:（1）建立了一个以纯氦气作为工作气体,包含6种微观粒子,27个化学反应的DBD一维流体模型。采用正弦电压对DBD负载进行驱动,从电压、电流等宏观参量角度以及电场、粒子密度等微观参量角度验证了本文所建模型的正确性,可用于后续交变方波电流作用下的DBD内部机理分析。（2）对交变方波电流作用下的DBD内部机理问题进行分析。研究发现:在该供电电源作用下,放电气隙的场强和粒子束电流的时空分布特征显示氦气DBD是一种均匀放电现象;电流是控制氦离子He+密度的关键因素,电压是控制激发态氦原子He*密度的重要因素;电流幅值Im的增加对放电起促进作用,但会使He*在空间上更加发散;电流脉宽tw的增加对放电起促进作用,但过大的tw会明显增加DBD负载的端电压并造成负载损坏;电流上升时间tr的增加对放电起抑制作用,更短的tr对DBD负载的性能提升有显著的作用;气隙宽度dg的增加对放电起先促进后抑制的作用,但会使He*在空间上更加发散;介质厚度db的增加对放电起抑制作用,且会延缓气隙击穿时间,故应选择更薄的介质材料;介质介电常数εb的增加对放电起促进作用,且会缩短气隙击穿时间,故应该选择介电常数更大介质材料。（3）根据交变方波电流作用下的DBD负载特性,将DBD负载等效成一种二极管钳位等效电路以支撑供电电源的设计。基于此等效电路,阐述了交变方波电流供电电源相较于正弦电压供电电源的优势所在,并设计了一款由直流电源、两象限斩波电路、滤波电感、电流逆变电路、高频变压器以及二极管钳位等效电路组成的交变方波电流供电电源。对电路的工作原理和模态进行分析和推导,并探讨了变压器励磁电感Lm和寄生电容Cs对负载功率的影响。（4）对软、硬件电路进行设计以及相关元器件选型,搭建可生成交变方波电流的实验平台,点亮了一种基于DBD原理的准分子灯负载。实验发现:负载工作波形基本符合预期效果,且f=70k Hz为本实验条件下的最佳工作频率,该频率作用下的准分子灯的紫外辐射强度UV值相较于其他频率下的值更高;电流占空比D与UV始终呈正相关,但D值过大会缩短电流为零的间歇期,这既不利于微观粒子间的复合反应,也不利于准分子灯的持续工作;该供电电源作用下,负载的实验功率与理论计算功率的误差能够控制在10%左右。
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