介质阻挡放电负载等效模型及其双极性窄脉冲供电电源的研究

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介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge,DBD)技术广泛应用于工业生产低温等离子体中,其供电电源的研究受到学者们的广泛关注。当前,DBD的负载等效模型存在模型精确度不高、模型及参数确定过程复杂等不足。同时,如何使用简单而成熟的拓扑电路为介质阻挡放电负载提供高性能的激励波形,一直是DBD应用领域待解决的关键问题。为解决上述问题,本文主要从推导DBD型负载等效电气模型、寻求高效的驱动方案应用于成熟的电路拓扑、设计供电电源实验装置这三个方面进行研究与探讨,主要内容如下:(1)首先,本文在分析气隙内带电粒子的电离与复合过程的基础上,推导出一种DBD型负载等效电气模型,该等效电气模型由两个分别描述气隙被击穿时带电粒子的电离过程和气隙发生电离后带电粒子复合过程的子项构成。为验证模型准确性,本文以同轴圆柱型氯化氙(XeCl)准分子紫外灯为测试对象,对比研究了这种DBD型负载在不同激励波形下的实验数据和等效电气模型输出数据。研究结果表明:由本文构建的等效电气模型输出的电压、电流、功率数据与实验结果能很好地吻合。(2)其次,在利用介质阻挡放电负载独有的等效电路和升压变压器寄生参数的基础上,发现一组利用全桥逆变电路产生高效脉冲激励波形的模态,并依据这些模态设计了控制方案。仿真结果表明,在这组工作模态下,逆变电路不仅能为DBD负载提供高效的脉冲激励波形,而且实现了供电电源的高频化、变压器寄生参数的高效利用和确保所有功率器件工作在软开关状态下。通过仿真系统结果,验证了本文供电电源的电路模态分析的准确性。(3)最后,为了验证上述供电电源方案的可行性,以DBD型准分子灯为负载,搭建了基于全桥逆变电路的供电电源实验装置的实物平台,对其中的整流电路、逆变电路、驱动电路和高频变压器的参数进行设计。通过与不同拓扑结构的供电电源下准分子负载的性能对比分析,本文使用的供电电源能较好地发挥DBD负载的性能,同时通过研究不同激励的停留时间的DBD负载输出效率,发现合理地设置激励停留时间对提高DBD负载输出效率具有重要意义。
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