[發(fā)明專利]一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源

在審

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• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103795287A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆克平;馮衛(wèi)強(qiáng);劉振;黃逸凡
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02M9/06
• 分類號: H02M9/06;H05H1/24
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源。

背景技術(shù)

低溫等離子體在微電子、材料制備、環(huán)保、航空航天、軍事等領(lǐng)域起著越來越重要的作用，近年來，對低溫等離子體的研究逐漸成為等離子體學(xué)科的研究熱點。供電電源是低溫等離子體發(fā)生裝置的核心和關(guān)鍵部分，目前多種電源已被應(yīng)用到等離子體發(fā)生中，包括直流電源、交流電源、脈沖電源等。

雙極性脈沖電源用于發(fā)生低溫等離子體具有很大的優(yōu)勢。單極性電源會致使反應(yīng)器上積累電荷，如果不釋放會形成托尾電壓，從而增強(qiáng)后續(xù)供電脈沖所形成的空間電場，造成了間歇火花放電，不利于能量的注入，同時，放電空間內(nèi)電流分布均勻度不好。采用脈沖放電技術(shù)，可在反應(yīng)器內(nèi)快速建立強(qiáng)電場，由于脈沖窄，離子沒有加速，而電子獲得較大的能量，避免了直流供電時的能量浪費，快的脈沖上升前沿和高的脈沖電壓峰值可以使電子在自由程內(nèi)受到突發(fā)性強(qiáng)電場的加速而得到足夠的能量，它們與中性氣體分子和原子進(jìn)行非彈性碰撞，使這些中性粒子的激發(fā)、分解和電離更為強(qiáng)烈，同時放電間隙允許加上很高的過電壓而不產(chǎn)生火花放電。脈沖電源可以有效避免傳統(tǒng)電源大部分能量在系統(tǒng)中的振蕩損耗，從而可以有效提高向反應(yīng)器能量注入。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了更有效的提高注入低溫等離子體的能量效率，提供了一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，可降低低溫等離子體裝置的運行耗電成本，提高低溫等離子體的發(fā)生效率。

一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源，用于向產(chǎn)生低溫等離子體的低溫等離子體反應(yīng)器供電，所述的雙極性脈沖電源包括主電路和控制電路；

所述的主電路包括：

三相整流濾波電路，用于將三相交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓；

IGBT變換電路，用于將直流電壓轉(zhuǎn)化為脈沖電壓；

升壓電路，輸出端接有所述的低溫等離子體反應(yīng)器，并用于對所述的脈沖電壓升壓；

所述的控制電路接入IGBT變換電路，并用于調(diào)節(jié)整流后的直流電壓和IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的三相整流濾波電路包括三相橋式全控整流電路和濾波電路。三相橋式全控整流電路把三相交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓，其包括晶閘管D1-D6；濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，濾波電路由電容C1-C2和電感L2組成。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的IGBT變換電路包括逆變電路和LC串聯(lián)諧振電路。IGBT變換電路由絕緣柵雙極型晶體管V1-V4、電感L3、和電容C3組成，把直流電壓轉(zhuǎn)化為脈沖電壓，V1-V4受IGBT控制電路控制。LC串聯(lián)諧振電路的電壓為三相整流濾波電路轉(zhuǎn)化得到的直流電壓，諧振電路的電感為L3，諧振電路的電容為C3與低溫等離子體反應(yīng)器的等效電容。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的升壓電路為變壓器，變壓器T1對脈沖電壓升壓，得到的幅值增大的脈沖電壓為低溫等離子反應(yīng)器提供電壓。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的三相交流電壓經(jīng)濾波器進(jìn)入所述的三相整流濾波電路。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的控制電路包括單片機(jī)控制電路、控制電源和IGBT控制電路：

單片機(jī)控制電路用于為控制電源和IGBT控制電路提供電信號；

控制電源用于把單片機(jī)控制電路信號放大，調(diào)節(jié)整流后的直流電壓；

IGBT控制電路調(diào)節(jié)IGBT變換電路的輸出電壓以及脈沖頻率；

以及接入所述單片機(jī)控制電路的外部輸入模塊，外部輸入模塊包括觸發(fā)輸入、鍵盤或顯示觸摸屏等。

本發(fā)明的雙極性脈沖電源適用于各種低溫等離子體反應(yīng)器，包括線筒式反應(yīng)器、線板式反應(yīng)器、板板式反應(yīng)器、針板式反應(yīng)器和介質(zhì)阻擋式反應(yīng)器等。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果是：

采用雙極性脈沖電源為低溫等離子體反應(yīng)器供電，電源的單極性不會使反應(yīng)器上積累電荷，放電空間內(nèi)電流分布均勻度好，有利于能量的注入；脈沖電源可以有效避免傳統(tǒng)電源大部分能量在系統(tǒng)中的振蕩損耗，從而可以有效提高向反應(yīng)器能量注入。因此，利用雙極性脈沖電源產(chǎn)生等離子體可以提高能量利用效率，節(jié)約電耗。

附圖說明

圖1為電路系統(tǒng)框圖。

圖2為主電路電路圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明一種用于產(chǎn)生低溫等離子體的雙極性脈沖電源包括主電路9和控制電路10，控制電路10包括IGBT控制電路5、控制電源6、單片機(jī)控制電路7和操作界面8。