根據(jù)降壓型開關(guān)電源、串聯(lián)諧振的原理和頻率調(diào)制技術(shù)成功制成40KV(VP-P)、0-30 KHZ可調(diào)四相等離子放電電源，應(yīng)用于軍民用等離子體新技術(shù)研究，并取得了比較理想的效果。

Development of Four-phase Plasma Discharge H.V.Power Supply

Abstract: According to step-down switching power supply, series-resonant frequency modulation of the principles and successfully made 40KV (VP-P) ,0-30 KHZ adjustable four equal plasma discharge power, applied to military and civilian research of new technologies with the plasma, and have achieved Comparing the desired results.

Key words: Four-phase; Plasma Discharge; H.V.Power Supply

0引言

等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)。它由電離的導(dǎo)電氣體組成，其中包括六種典型的粒子，即電子、正離子、負(fù)離子、激發(fā)態(tài)的原子或分子、基態(tài)的原子或分子以及光子。 等離子體輔助加工被用來制造特種優(yōu)良性能的新材料、研制新的化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)過程，加工、改造和精制材料及其表面，具有極其廣泛的工業(yè)應(yīng)用如薄膜沉積、等離子體聚合、微電路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等離子體噴涂、等離子體冶金、等離子體化工、微波源等。另外還有一個很重要的應(yīng)用領(lǐng)域那就是如果在飛機的機身和機翼上包裹上一層等離子體時，飛機飛行時的空氣阻力會大大減小。

低溫等離子體的產(chǎn)生方法主要有 輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻低溫等離子體放電等。我們設(shè)計開發(fā)的四相高壓等離子放電電源主要應(yīng)用于減小飛機阻力的實驗，低溫等離子體的產(chǎn)生方法采用介質(zhì)阻擋放電法產(chǎn)生。

1主要技術(shù)指標(biāo)

該電源輸入電壓是市電220VAC輸出電壓0-40KV(Vp-p)可調(diào)，頻率從0-30KHZ連續(xù)可調(diào)的高頻高壓電，高壓輸出共分為0°、90°、180°、270°四個相位，電源的負(fù)載是介質(zhì)阻擋等離子放電電極。

2電路原理

該電路采用兩級變換第一級采用一個BUCK降壓電路，第二級采用串聯(lián)諧振式半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用變壓器升壓后再直接輸出供給負(fù)載使用，其主要主要設(shè)計框圖如下：

3一次電源部分

該部分采用典型的BUCK降壓電路，輸入電壓在250VDC-360VDC輸出為0-200VDC連續(xù)可調(diào)，輸出功率大于500W。用戶使用的時候通過調(diào)節(jié)該電壓改變達到改變輸出電壓的目的。PWM芯片選用TL494，工作頻率選定50KHZ，BUCK開關(guān)管選用IXYS26N50，原理電路圖如下：

4四相頻率產(chǎn)生部分

該部分實現(xiàn)由兩種方法：1.單片機電路寫程序?qū)崿F(xiàn)2.用數(shù)字電路硬件進行頻率和成。考慮到本高壓電源自身就工作在高頻狀態(tài)下而且功率也不小，共做是會產(chǎn)生一些電磁干擾，方法1雖然實現(xiàn)起來比較簡單但其抗干擾能力較差，一旦受到干擾后出現(xiàn)單片機死機現(xiàn)象，將會造成一系列的炸機現(xiàn)象，所以我們選用方法2來產(chǎn)生四相頻率可調(diào)的信號，然后將該組信號分別加至四個半橋逆變電路。該部分的原理框圖如下：

5諧振半橋電路

此部分功能是將輸入的0-200V直流電壓變換成0-200V的交流方波電壓，然后把0-200V(記為Ui)的交流方波電壓加到一個LC串聯(lián)諧振回路上，假定LC串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)為Q，那么在交流方波的頻率f1接近或等于LC串聯(lián)回路的諧振頻率f0時在C上會得到一個高于輸入電壓的電壓(記為Uo1)，其電壓值的大小為Uo1=Q*Ui，再把Uo1加到一個匝比為N的升壓變壓器上，從變壓器的次級輸出的電壓Uo直接供給負(fù)載其值大小為Uo=N*Uo1,這部分的電路原理圖如下：

6實驗結(jié)果

根據(jù)以上的設(shè)計原理，我們制作了一臺四相等離子放電電源，經(jīng)過測試和長期工作運行，性能穩(wěn)定可靠，輸出高壓的幅值和頻率都連續(xù)可調(diào)，并且在電極負(fù)載上產(chǎn)生了定向移動的等離子風(fēng)，達到了預(yù)期的效果。以下是正常工作時的高壓波形和實驗照片：

正常工作時某一相的高壓波形

定向移動的等離子風(fēng)吹蠟燭

7結(jié)束語

本文從理論分析了四相等離子放電電源的工作原理及工作過程，并成功制作了一臺樣機，實驗結(jié)果達到了預(yù)期的效果，對軍民用等離子體領(lǐng)域新技術(shù)的研究和應(yīng)用有著重要的意義。