大气压下介质阻挡放电产生低温等离子体

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1、广西轻工业2009年4月GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY机械与电气第4期（总第125期）大气压下介质阻挡放电产生低温等离子体1222贾建平，刘克富，胡琼，邱剑（1.武汉大学东湖分校工学院，湖北武汉430212；2.华中科技大学电气与电子工程学院，湖北武汉430074）【摘要】利用电力电子和脉冲功率技术相结合研制了一台高频高压电源，用于介质阻挡放电产生低温等离子体。该电源利用电容储能技术，通过控制IGBT的通断对电容进行快速放电，形成高频脉冲，再通过高频变压器升压，实现高频高压输出。实验结果表明，利用该电源所产生的介质阻挡放电，其放电均匀，

2、实验装置所耗功率小，所产生的低温等离子体有着广阔的应用前景。【关键词】低温等离子体；高频高压电源；等离子发生器；介质阻挡放电【中图分类号】TM832【文献标识码】A【文章编号】1003-2673(2009)04－46－021引言污染;高频法的工作气压比直流法高，这对于安全使用等离子给物质施加显著的高温或通过加速电子、加速离子等给物体灭菌系统，提高系统的利用率是非常重要的。故此，我们这里采用高频电源[6-8]，其结构如下图1所示。质加上能量，中性的物质就会被离解成电子、离子和自由基。不断地从外部施加能量，物质被离解成阴、阳荷电粒子的状态称为等离子体[1]。将物质的状

3、态按从低能到高能的顺序排列为固体、液体、气体、等离子体。等离子体是具有化学反应性的，表现出与其他物质状态不同的特异性能的气体，也称为物质的第四态[1，2]。等离子的产生主要采用电场、光、高能射线或高温的作用方法，通过加速电子、离子，或高能中性粒子的碰撞作用而产生气体电离。气体电离产生等离子体主要有[3]：弧光放电、电晕放图1高频高压电源电、辉光放电、介质阻挡放电（DBD）和大气压下辉光放电该高频电源系统由充电回路、脉冲形成回路、驱动回路及[9，10]（APGD）等几种[1]。其中，弧光放电产生的等离子温度很高；电保护回路几个部分组成。晕放电产生的低温等离子体主要分

4、布在极不均匀电场中，而且其工作原理为：工频220V通过桥式整流给储能电容充这种放电较弱，产生等离子体及活性粒子的效率太低；辉光放电，由触发电路给出触发信号控制IGBT通断将储能电容能量电一般在低气压下进行，需要真空系统。基于这些因素，以上几迅速释放形成脉冲，通过高频升压变压器升压形成高频高压输种放电均不适合实际应用。因此，在实际应用中可以采用的是出。该高频电源输出电压峰值0~20kV可调、重复频率介质阻挡放电和大气压的辉光放电。0~30kHz可调，且正弦输出20kHz时波形最好。电源电压通过这里我们采用大气压下的高频介质阻挡放电[4，5]。高频法调节调压器输入电压

5、来实现，频率则通过IGBT触发信号的频是在高频电场中充入工作物质，则会产生高频放电形成等离子率调节来实现。体。由于外加电场方向可以反向，放电中的电荷在逃逸出放电体积之前就被反向而滞留在放电体积内，从而减少了电荷损失3等离子体发生器并提高了电荷密度。这样就可在较低的电压下（几十至几百伏常用的等离子体发生器有两种：一是平板式，二是同轴式。特）得到所需要的等离子体参数和稳定放电。而利用大气压下平板式等离子发生器易于观察放电现象，但是在利用等离子体的介质阻挡放电（APDBD）产生等离子体，功率小，放电产生的方面比较困难，而同轴式则较为容易的利用放电所产生的等离低温等离子体

6、均匀地充满放电气体间隙，且无需抽真空设备子体。故此，这里我们采用同轴式等离子体发生器，阻挡介质为等，这些优点对于我们在实际应用中利用其所产生的等离子体石英玻璃，内电极为与石英玻璃管同轴的铜电极，外电级为绕是十分有利的。在石英玻璃管外的金属丝。如图2所示：2等离子发生器用高频高压电源应用于等离子体发生器的电源最为常用的有直流和高频两种。而高频电源和直流电源相比，在产生等离子体方面具有显著的优点：在相同条件下，高频放电的电离率远比直流放电高;高频法工作电压低，不易产生电极溅射，被处理物品不易被图2等离子体发生器【作者简介】贾建平（1981-），女，硕士，研究方向：脉冲

7、功率电源及气体放电应用。46该等离子体发生器在内外电极间采用石英玻璃作为介质脉冲对应于放电空间的放电细丝。介质阻挡放电是一种高气压层，通以氩气作为载体工作质来实现大气压下均匀放电产生等下的非平衡放电，这种放电的击穿和其他放电的相似之处是在离子体。之所以采用石英玻璃作为介质，是因为石英玻璃的耐外电场作用下电子从电场中获取能量，通过电子与周围原子分热强度高，而且易于观察放电现象。而采用氩气作为载体工作子的碰撞，电子把自身的能量转移给它们，使它们发生电离，产质，则是根据巴申定律[11]，氩气的击穿电压与空气相比要低得生电子雪崩。当气体间隙上的外电场电压超过气体的击穿电压

8、多，易于在