[實用新型]一種用于大氣壓下等離子體放電的改進式射頻電源

無效

• 申請號: 200920018081.2
• 申請日: 2009-01-19
• 公開（公告）號: CN201369677Y
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 李慶榮;徐向宇;卓慧鋒;李建華;劉文革
• 申請（專利權）人: 李慶榮;徐向宇;卓慧鋒;李建華;劉文革
• 主分類號: H02M5/40
• 分類號: H02M5/40;H02M7/527;H02M7/219;H05H7/02
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司
• 代理人: 張 勇

技術領域

本實用新型涉及一種用于大氣壓下等離子體放電的改進式射頻電源。

背景技術

近年來，由于大氣壓下等離子體放電打破了真空室的限制，不但降低了設備成本，而且操作方便，不受空間限制，更易于實現大規模的工業化生產，因此在大氣壓下穩定的低溫冷等離子體射流的產生及其應用引起了人們的廣泛關注。由于射頻下(激勵頻率1～100MHz)等離子體的擊穿電壓比較低，并且放電特性與低氣壓下的輝光放電比較接近，所以射頻激勵的大氣壓等離子放電已經成功的應用在了殺菌、表面處理以及半導體工藝等領域。射頻發生器一般有兩種輸出方式；自激式振蕩輸出和他激式振蕩輸出。其中，自激式振蕩電路簡單，與負載的匹配好，但是自激式振蕩電路工作在較高的頻率下，頻率穩定性差，轉換效率較低(～75％)，并且射頻傳導和諧波問題較難解決。如相關技術領域的那些普通技術人員公知的那樣，射頻等離子體設備通常采用他激式射頻電源，然后通過匹配網絡實現射頻源和等離子體設備的射頻能量最佳耦合。他激式射頻電源具有較高的DC-AC轉換(高于85％)，但成本通常較為昂貴。

此外，大氣壓下的射頻氣體放電通常采用有介質的放電結構形式，又稱為介質阻擋放電。由于射頻電源的激勵頻率較高，累積在電極介質上的電荷壽命會大于放電的周期，會在兩個周期內一直存在，也就是所謂的介質阻擋放電的“記憶效應”，從而容易產生絲狀放電。而絲狀放電的存在使等離子體處理效果不均勻，因此對于很多方面的應用如材料表面處理，材料改性等均要求在大氣壓等離子體放電產生穩定并且均勻的輝光放電。對于連續射頻激勵的等離子體，當嚴格的控制等離子體工作參數，如氣體組份構成、電極結構等，并且對等離子體周圍的工作環境有較苛刻的要求時，也可以實現均勻的放電，但是等離子體較易從輝光放電狀態轉化為絲狀放電狀態。此外，等離子體產生后由于熱傳導和離子碰撞過程的存在，電極和介質很快就會被加熱到較高的溫度。這種溫升會導致被處理材料的熱破壞，通常需要對射頻放電的電極進行冷卻處理，從而需要對電極附加額外的冷卻系統。一種改進的辦法是對射頻電源的射頻控制信號進行調節，使射頻源最終輸出為為脈沖調制下的射頻波，通過頻率及脈寬的控制實現對絲狀放電的抑制。參見N.Balcon，“Pulsed?RF?discharges，glow?and?filamentarymode?at?atmospheric?pressure?in?argon”，Plasma?Sources?Sci.Technol.16，217(2007)。

實用新型內容

本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提出一種用于大氣壓下等離子體放電的改進式射頻電源。它符合國標EMC標準，功率因數高；同時具有電路簡單、體積小、性價比高、運行可靠、經久耐用等優點。電路采用了開關調整器電路，實現了可控的脈沖波對射頻信號的調制作用。因此當該射頻源應用于大氣壓等離子體放電時，通過調節調制用的脈沖波的頻率和脈沖寬度，可以有效地克服大氣壓等離子體在射頻激勵為連續狀態時易產生的絲狀放電以及電極過熱問題。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種用于大氣壓下等離子體放電的改進式射頻電源，它的電路結構如下：交流輸入與采用通用的共差模濾波器組合而成的工頻、高頻濾波器連接，工頻、高頻濾波器與工頻整流電路連接將交流電平電整流為直流電平，工頻整流電路與自激式高頻逆變電源連接，變為穩定的直流電平；該直流電平經過射頻濾波器后連接脈沖調整器，脈沖調整器輸出可控的脈沖調制信號后控制下一級的自激式射頻振蕩器，然后通過射頻匹配器輸出間隙式的射頻波并最終與等離子體負載相連；同時自激式射頻振蕩器還輸出取樣信號到信號處理器，信號處理器則將該信號反饋到脈沖調整器，對脈沖頂部進行調整并可對整個電路進行保護。

所述的自激式高頻逆變電源是由自激式高頻振蕩電路和高頻整流電路構成；其中，