一种具有能量回馈的介质阻挡放电负载供电电源

本发明涉及电力电子的特种电源领域，尤其涉及介质阻挡放电负载的供电电源设计，具体涉及一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源。

背景技术：

1、介质阻挡放电(dbd：dielectric barrier discharge)是气体放电的一种形式，常用于大气压下产生含有大量活性粒子的低温等离子体，因此被广泛应用于材料改性、能源转化、环境治理、生物医学和航天航空等领域。

2、随着介质阻挡放电技术的应用领域的不断拓展和脉冲功率技术的不断发展，高压脉冲功率电源作为重要的介质阻挡负载的激励源，其激励脉冲的幅值、上升率、频率、形状和极性等参数，都会影响介质阻挡放电的功耗、效率、均匀性和稳定性。理论研究表明，如果能消除介质阻挡放电负载中的累积电荷，将有助于提升介质阻挡放电负载的放电效率。但现阶段的供电电源，不论是基于多电平电路构造的脉冲电源、基于marx电路构造的脉冲电源还是基于谐振电路构造的脉冲电源，均无法实现这一功能。

3、因此，如何提供一种解决上述技术问题的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是为介质阻挡放电负载提供一种高频谐振脉冲式供电电源，以充分发挥介质阻挡放电负载性能。

2、有鉴于此，本申请提供了一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，包括：直流电源、第一二极管(d1)、第二二极管(d2)、第三二极管(d3)、第四二极管(d4)、第一谐振电感(l1)、第二谐振电感(l2)、第一功率开关管(s1)、第二功率开关管(s2)、第三功率开关管(s3)、第四功率开关管(s4)、第一谐振电容(c1)、第二谐振电容(c2)和带中心抽头的升压变压器；

3、所述直流电源的阳极分别与所述第一二极管(d1)的阴极、所述第四二极管(d4)的阴极、第三功率开关管(s3)的第二端和第四功率开关管(s4)的第二端相连；

4、所述第一二极管(d1)的阳极与所述第一谐振电感(l1)的第一端连接；

5、所述第一谐振电感(l1)的第二端分别与所述第一谐振电容(c1)的第一端和第二二极管(d2)的阴极相连；

6、所述第二二极管(d2)的阳极分别与所述第三二极管(d3)的阴极和所述变压器的第一原边绕组第一端相连；

7、所述第三二极管(d3)的阴极与所述第三功率开关管(s3)的第一端相连；

8、所述第一功率开关管(s1)的第一端与所述变压器的第一原边绕组第二端相连；

9、所述第四二极管(d4)的阳极与所述第二谐振电感(l2)的第一端连接；

10、所述第二谐振电感(l2)的第二端分别与所述第二谐振电容(c2)的第一端和第五二极管(d5)的阴极相连；

11、所述第五二极管(d5)的阳极分别与所述第六二极管(d6)的阴极和所述变压器的第二原边绕组第一端相连；

12、所述第六二极管(d6)的阴极与所述第四功率开关管(s4)的第一端相连；

13、所述第二功率开关管(s2)的第一端和所述变压器的第二原边绕组第二端相连；

14、所述直流电源的阴极分别与所述第一谐振电容(c1)的第二端、所述第二谐振电容(c2)的第二端、所述第一功率开关管(s1)的第二端和所述第二功率开关管(s2)的第二端相连；

15、所述变压器的副边绕组的第一端和第二端分别与介质阻挡负载的两端相连。

16、优选的，所述第一谐振电容(c1)的电容值与所述第二谐振电容(c2)的电容值相等。

17、优选的，所述第一谐振电感(l1)的电感值与所述第二谐振电感(l2)的电感值相等。

18、优选的，所述第一功率开关管(s1)与所述第二功率开关管(s2)的工作频率及占空比均相等，且所述占空比不高于0.5。

19、优选的，所述第三功率开关管(s3)与所述第四功率开关管(s4)的工作频率及占空比均相等，且所述占空比不高于0.5。

20、优选的，所述第一功率开关管(s1)的关断信号与所述第三功率开关管(s3)开通信号时刻相同、所述第二功率开关管(s2)的关断信号与所述第四功率开关管(s4)开通信号时刻相同与所述第四功率开关管(s4)的工作频率及占空比均相等，且所述第一功率开关管(s1)占空比、所述第二功率开关管(s2)占空比、所述第三功率开关管(s3)占空比和所述第四功率开关管(s4)占空比之和小于1。

21、优选的，所述第一二极管(d1)、第二二极管(d2)、第三二极管(d3)、第四二极管(d4)、第五二极管(d5)、第六二极管(d6)均为快速恢复二极管。

22、优选的，所述第一功率开关管(s1)、第二功率开关管(s2)、第三功率开关管(s3)和第四功率开关管(s4)均为nmos，其中，所述第一功率开关管(s1)、所述第二功率开关管(s2)、所述第三功率开关管(s3)和所述第四功率开关管(s4)第一端均为nmos的漏极；所述第一功率开关管(s1)、所述第二功率开关管(s2)、所述第三功率开关管(s3)和所述第四功率开关管(s4)第二端均为nmos的源极。

23、优选的，可以改变所述第一功率开关管(s1)、所述第二功率开关管(s2)、所述第三功率开关管(s3)和所述第四功率开关管(s4)的工作频率，调节供电电源的输出频率。

24、优选的，所述变压器的副边可以连接多种不同形式的负载，如准分子灯、臭氧发生器等。

25、性能优点：

26、本发明与现有技术相比的优点在于：

27、(1)本发明公开的供电电源能消除介质阻挡放电负载中的累积电荷，有助于提升介质阻挡放电负载的放电效率。

28、(2)本发明公开的供电电源能为介质阻挡负载提供具有高上升率的高频双极性脉冲激励电压且激励电压的上升率可以通过调整谐振电容的数值来改变，具有更广泛的适用性；

技术特征：

1.一种具有能量回馈的介质阻挡放电负载供电电源，其特征在于，包括：直流电源、第一二极管(d1)、第二二极管(d2)、第三二极管(d3)、第四二极管(d4)、第五二极管(d5)、第六二极管(d6)、第一谐振电感(l1)、第二谐振电感(l2)、第一功率开关管(s1)、第二功率开关管(s2)、第三功率开关管(s3)、第四功率开关管(s4)、第一谐振电容(c1)、第二谐振电容(c2)和带中心抽头的升压变压器；

2.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，所述第一谐振电容(c1)的电容值与所述第二谐振电容(c2)的电容值相等。

3.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，所述第一谐振电感(l1)的电感值与所述第二谐振电感(l2)的电感值相等。

4.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，所述第一功率开关管(s1)与所述第二功率开关管(s2)的工作频率及占空比均相等，且所述占空比不高于0.5。

5.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，所述第三功率开关管(s3)与所述第四功率开关管(s4)的工作频率及占空比均相等，且所述占空比不高于0.5。

6.根据权利要求1所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，所述第一功率开关管(s1)的关断信号与所述第三功率开关管(s3)开通信号时刻相同、所述第二功率开关管(s2)的关断信号与所述第四功率开关管(s4)开通信号时刻相同与所述第四功率开关管(s4)的工作频率及占空比均相等，且所述第一功率开关管(s1)占空比、所述第二功率开关管(s2)占空比、所述第三功率开关管(s3)占空比和所述第四功率开关管(s4)占空比之和小于1。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，所述第一二极管(d1)、第二二极管(d2)、第三二极管(d3)、第四二极管(d4)、第五二极管(d5)、第六二极管(d6)均为快速恢复二极管。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，所述第一功率开关管(s1)、第二功率开关管(s2)、第三功率开关管(s3)和第四功率开关管(s4)均为nmos，其中，所述第一功率开关管(s1)、所述第二功率开关管(s2)、所述第三功率开关管(s3)和所述第四功率开关管(s4)第一端均为nmos的漏极；所述第一功率开关管(s1)、所述第二功率开关管(s2)、所述第三功率开关管(s3)和所述第四功率开关管(s4)第二端均为nmos的源极。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，可以改变所述第一功率开关管(s1)、所述第二功率开关管(s2)、所述第三功率开关管(s3)和所述第四功率开关管(s4)的工作频率，调节供电电源的输出频率。

10.根据权利要求1-6任一项所述的一种具有能量回馈的高频谐振脉冲式双极性介质阻挡放电供电电源，其特征在于，所述变压器的副边可以连接多种不同形式的负载，如准分子灯、臭氧发生器。

技术总结本发明公开了一种具有能量回馈的介质阻挡放电负载供电电源，本发明公开的供电电源由两个对称的多谐振回路和能量回馈电路。多谐振回路的前级利用二极管、谐振电感和谐振电容组成的第一谐振回路实现谐振电容的充电。多谐振回路的后级利用谐振电容、变压器漏抗及负载组成的第二谐振回路在介质阻挡负载上生成高频脉冲激励。通过控制能量回馈电路中的开关管，就能将存储在介质阻挡负载上的残余能量回馈到直流电源中。此外，供电电源中变压器的副边可以连接多种不同形式的负载，如准分子灯、臭氧发生器等。技术研发人员：唐雄民,黎成辉,周逸平,梁淘,张淼,李学聪受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25