用于介质阻挡放电的串联谐振电源的研究

论文摘要

利用介质阻挡放电的方法在大气压下产生低温等离子体,是当前等离子体学科研究的热点,因此用于介质阻挡放电的高频高压脉冲电源成为研究的重点。本课题以串联谐振型高频脉冲电源为研究对象,采用容性移相PWM控制和频率跟踪技术,设计出适合于介质阻挡放电负载的高频高压电源,解决了电源在高频率下功率因数低、开关应力大的问题。利用电源专用的数字信号控制芯片dsPIC30F2020实现了数字化控制系统的设计,并对影响介质阻挡放电的因素进行了试验研究。本文的主要工作内容为:1.通过对介质阻挡放电负载特性分析的基础上,选择串联谐振电路作为主电路,采用移相PWM和频率跟踪的控制方案。重点比较了基于电流频率跟踪的移相PWM控制下的三种工作方式即感性、容性和谐振状态下电路的负载特性和换流过程,得到容性移相PWM控制适合于使用IGBT为开关器件的串联谐振电路,易于实现软开关技术。在频率跟踪环节选择上,对比传统的模拟锁相环技术,提出采用数字化的频率跟踪技术,并设计了基于数字控制芯片的频率跟踪方案。2.在理论分析的基础上,设计了介质阻挡供电电源的主电路参数,重点研究了容性移相PWM控制策略和电流频率跟踪的数字化实现,并设计了基于dsPIC30F2020的电流频率跟踪的容性移相PWM控制的数字化控制系统,包括电压电流采样电路、电流过零采样电路、发生器端电压PID控制等环节。通过对电流的频率跟踪,结合发生器端电压的PID闭环控制,实现了容性移相PWM控制策略和功率调节。3.在实验室组建了介质阻挡放电实验系统,研究了施加电压幅值、气隙距离、阻挡介质的厚度和介电常数、添加筛网、电极的结构等因素对DBD放电特性的影响,结果表明,DBD的放电功率随施加电压幅值和介质的介电常数的增加而增加,随气隙距离和介质厚度的增加而减小。在阻挡介质与电极间添加金属筛网能使放电更均匀,针-板电极比板-板电极在同样条件下能使放电更稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 等离子体与气体放电
• 1.2 介质阻挡放电
• 1.2.1 介质阻挡放电的物理机理及特点
• 1.2.2 介质阻挡放电的等效电路及负载特性分析
• 1.2.3 介质阻挡放电参数的测量
• 1.3 国内外供电电源的研究状况
• 1.4 介质阻挡供电电源的发展趋势
• 1.5 课题研究的意义和主要内容
• 第二章 DBD供电电源主电路拓扑和控制策略
• 2.1 主电路拓扑结构分析
• 2.1.1 串联谐振逆变器分析
• 2.1.2 并联谐振逆变器分析
• 2.1.3 串并联谐振逆变器比较
• 2.1.4 串联谐振电路负载特性分析
• 2.2 串联谐振DBD电源调功控制方式分析
• 2.2.1 直流调功
• 2.2.2 逆变调功
• 2.3 移相脉冲宽度调制方式
• 2.3.1 容性移相PWM方式
• 2.3.2 感性移相PWM方式
• 2.3.4 谐振式PWM方式
• 2.4 频率跟踪技术
• 2.4.1 模拟锁相技术
• 2.4.2 数字锁相技术及其实现
• 2.5 本章小结
• 第三章 主电路及控制电路的设计
• 3.1 主电路基本结构
• 3.1.1 主电路的参数设计
• 3.2 电源控制系统的结构
• 3.2.1 电源控制系统的硬件设计
• 3.2.2 电源控制系统的软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 影响介质阻挡放电特性的实验研究
• 4.1 试验装置
• 4.2 电压幅值的影响
• 4.3 间隙距离对DBD影响
• 4.4 介质材料对放电的影响
• 4.5 阻挡材料的厚度对放电的影响
• 4.6 筛网对放电的影响
• 4.7 极板结构对放电的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表