CN111697870A - 一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置和产生方法 - Google Patents

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    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device

Abstract

提供一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲‑交流组合式纳秒脉冲放电产生装置，交流市电电源(1)引入市电；第一开关(2)一端接交流市电电源(1)输出端；第一开关电源(3)的输入端接第一开关(2)的另一端；交流高电压发生器(4)的输入端接第一开关电源(3)的输出端；针尖正电极(5)接交流高电压发生器(4)的输出端；第二开关(6)一端接交流市电电源(1)输出端；第二开关电源(7)的输入端接第二开关(6)的另一端；微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)的输入端接第二开关电源(7)的输出端；针尖负电极(9)接微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)的输出端。针尖正电极(5)和针尖负电极(9)的尖端彼此相对，针尖正电极(5)和针尖负电极(9)之间可以间隔介质(10)。本发明能够解决在电源负载较大时，实现在低电压、低功率条件下的纳秒脉冲放电。

Description

一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉 冲放电产生装置和产生方法
技术领域
本发明涉及电气物理领域，具体涉及一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置和产生方法。
背景技术
纳秒脉冲放电是指在两个电极之间，施加上升沿为纳秒时间尺度的超短高电压脉冲，从而引起的脉冲式放电。由于纳秒脉冲放电的传播时间尺度与电压上升时间尺度相当，这种放电具有很高的电场强度，在点火助燃、气体净化、生物医学中都有很广泛的应用。
产生纳秒脉冲放电主要依靠纳秒脉冲电源产生高压脉冲。现有的纳秒脉冲电源的共性缺点是：设备笨重(几到几十公斤)、成本极高(最便宜的也上万元) 且可靠性较低，其主要的原因在于为了形成放电，需要将220V的交流市电升压为特定脉冲高压波形，由于升压级数很高，为了保证负载较大情况下的放电功率，需要在电源中集成变压器、磁压缩环等重设备，且电磁干扰严重。而如果降低脉冲波形电压，则无法击穿气体形成放电，难以发挥纳秒脉冲放电的功效。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置，其特征在于，包括：针尖正电极5、针尖负电极9、交流高电压发生器4、微型纳秒脉冲低压信号发生器8、第一开关电源3、第二开关电源7、交流市电电源1、第一开关2和第二开关6；其中
交流市电电源1引入市电，其负端接地；
第一开关2一端接交流市电电源1输出端；
第一开关电源3的输入端接第一开关2的另一端；
交流高电压发生器4的输入端接第一开关电源3的输出端；
针尖正电极5接交流高电压发生器4的输出端；
第二开关6一端接交流市电电源1输出端；
第二开关电源7的输入端接第二开关6的另一端；
微型纳秒脉冲低压信号发生器8的输入端接第二开关电源7的输出端；
针尖负电极9接微型纳秒脉冲低压信号发生器8的输出端。
本发明还提供一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置，其特征在于，包括：针尖正电极5、针尖负电极9、交流高电压发生器4、微型纳秒脉冲低压信号发生器8、第一开关电源3、第二开关电源 7、交流市电电源1、第一开关2、第二开关6和介质10；其中
交流市电电源1引入市电，其负端接地；
第一开关2一端接交流市电电源1输出端；
第一开关电源3的输入端接第一开关2的另一端；
交流高电压发生器4的输入端接第一开关电源3的输出端；
针尖正电极5接交流高电压发生器4的高压输出端；
第二开关6一端接交流市电电源1输出端；
第二开关电源7的输入端接第二开关6的另一端；
微型纳秒脉冲低压信号发生器8的输入端接第二开关电源7的输出端；
针尖负电极9接微型纳秒脉冲低压信号发生器8的输出端；
针尖正电极5和针尖负电极9的尖端彼此相对，针尖正电极5和针尖负电极9之间间隔介质10；
介质10为绝缘板，板厚度以保证放电起辉为最大厚度。
此外，本发明提供一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生方法，其特征在于，包括下列步骤：
Step1：接通交流市电电源1，设备通电；
Step2：闭合第一开关2，交流市电电源1的输出信号经过第一开关电源3 被整流成直流电压信号；
Step3：第一开关电源3输出的直流电压信号进入交流高电压发生器4后被转换为高压交流信号；
Step4：闭合第二开关6，交流市电电源1的输出信号经过第二开关电源7 被整流成直流电压信号；
Step5：第二开关电源7输出的直流电压信号进入微型纳秒脉冲低压信号发生器8后，被整流成纳秒脉冲信号；
Step6：微型纳秒脉冲低压信号发生器8输出的纳秒脉冲信号到达针尖负电极9、交流高电压发生器4输出的高压交流信号到达针尖正电极5后，两针尖电极产生的高压电场叠加能够达到等离子体电离阈值，从而引发纳秒脉冲放电；
Step7：通过控制微型纳秒脉冲低压信号发生器8的输出电压幅值和频率，可以控制该介质阻挡放电的整体放电强度与频率。
在本发明的一个实施例中，在两个针尖电极之间放置介质10，利用介质10 隔开两个针尖电极。
本发明致力于解决在电源负载较大时，实现在低电压、低功率条件下的纳秒脉冲放电。本发明的装置与方法能够解决电源重量大、成本高、电磁干扰严重的缺点。
附图说明
图1示出本发明一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置的第一实施例；
图2示出本发明一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置的第二实施例；
图3示出示出本发明一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明通过一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置实现，如图1所示，本发明的装置包括：针尖正电极5、针尖负电极9、交流高电压发生器4、微型纳秒脉冲低压信号发生器8、第一开关电源3、第二开关电源7、交流市电电源1，以及第一开关2与第二开关6。各部件具体介绍如下：
交流市电电源1引入市电，其负端接地；
第一开关2一端接交流市电电源1输出端；
第一开关电源3的输入端接第一开关2的另一端；
交流高电压发生器4的输入端接第一开关电源3的输出端；
针尖正电极5接交流高电压发生器4的高压输出端；
第二开关6一端接交流市电电源1输出端；
第二开关电源7的输入端接第二开关6的另一端；
微型纳秒脉冲低压信号发生器8的输入端接第二开关电源7的输出端；
针尖负电极9接微型纳秒脉冲低压信号发生器8的输出端；
针尖正电极5和针尖负电极9的尖端彼此相对，针尖正电极5和针尖负电极9之间可以间隔一个介质10(如图2所示)，也可以不间隔；
介质10为绝缘板，板厚度以保证放电起辉为最大厚度。介质10的形状通常不影响纳秒脉冲放电，不过常采用薄板材料。通过在两个针尖电极之间放置介质10，利用介质10隔开两个针尖电极，可以防止两个针尖电极有可能发生的短路现象。
本发明一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生方法，其实现步骤为(如图2所示)：
Step1：接通交流市电电源1，设备通电；
Step2：闭合第一开关2，交流市电电源1的输出信号经过第一开关电源3 被整流成直流电压；
Step3：第一开关电源3输出的直流电压信号进入交流高电压发生器4后被转换为高压交流信号；
Step4：闭合第二开关6，交流市电电源1的输出信号经过第二开关电源7 被整流成直流电压信号；
Step5：第二开关电源7输出的直流电压信号进入微型纳秒脉冲低压信号发生器8后，被整流成纳秒脉冲信号；
Step6：微型纳秒脉冲低压信号发生器8输出的纳秒脉冲信号到达针尖负电极9、交流高电压发生器4输出的高压交流信号到达针尖正电极5后，两针尖电极产生的高压电场叠加能够达到等离子体电离阈值，从而引发纳秒脉冲放电；
Step7：通过控制微型纳秒脉冲低压信号发生器8的输出电压幅值和频率，可以控制该介质阻挡放电的整体放电强度与频率。
与现有的高压纳秒脉冲源相比，本发明具有以下优点：
1)重量轻。由于没有大型升压装置和波形压缩装置，逆变器、高压包与微型纳秒脉冲电源总重量仅为1kg，不到普通高压纳秒脉冲源重量的10％；
2)成本低。由于不需要购买大型电容和大功率开关器件，本发明的硬件成本仅为普通高压纳秒脉冲电源的1-10％；
3)电磁干扰弱。由于微型纳秒脉冲模块产生的电压脉冲幅值很低功率较小，不会像传统纳秒脉冲源产生巨大的电磁干扰。

Claims (4)

1.一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置，其特征在于，包括：针尖正电极(5)、针尖负电极(9)、交流高电压发生器(4)、微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)、第一开关电源(3)、第二开关电源(7)、交流市电电源(1)、第一开关(2)和第二开关(6)；其中
交流市电电源(1)引入市电，其负端接地；
第一开关(2)一端接交流市电电源(1)输出端；
第一开关电源(3)的输入端接第一开关(2)的另一端；
交流高电压发生器(4)的输入端接第一开关电源(3)的输出端；
针尖正电极(5)接交流高电压发生器(4)的输出端；
第二开关(6)一端接交流市电电源(1)输出端；
第二开关电源(7)的输入端接第二开关(6)的另一端；
微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)的输入端接第二开关电源(7)的输出端；
针尖负电极(9)接微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)的输出端。
2.一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生装置，其特征在于，包括：针尖正电极(5)、针尖负电极(9)、交流高电压发生器(4)、微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)、第一开关电源(3)、第二开关电源(7)、交流市电电源(1)、第一开关(2)、第二开关(6)和介质(10)；其中
交流市电电源(1)引入市电，其负端接地；
第一开关(2)一端接交流市电电源(1)输出端；
第一开关电源(3)的输入端接第一开关(2)的另一端；
交流高电压发生器(4)的输入端接第一开关电源(3)的输出端；
针尖正电极(5)接交流高电压发生器(4)的高压输出端；
第二开关(6)一端接交流市电电源(1)输出端；
第二开关电源(7)的输入端接第二开关(6)的另一端；
微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)的输入端接第二开关电源(7)的输出端；
针尖负电极(9)接微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)的输出端；
针尖正电极(5)和针尖负电极(9)的尖端彼此相对，针尖正电极(5)和针尖负电极(9)之间间隔介质(10)；
介质(10)为绝缘板，板厚度以保证放电起辉为最大厚度。
3.一种低电压、低功率和低电磁干扰的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生方法，其特征在于，包括下列步骤：
Step1：接通交流市电电源(1)，设备通电；
Step2：闭合第一开关(2)，交流市电电源(1)的输出信号经过第一开关电源(3)被整流成直流电压信号；
Step3：第一开关电源(3)输出的直流电压信号进入交流高电压发生器(4)后被转换为高压交流信号；
Step4：闭合第二开关(6)，交流市电电源(1)的输出信号经过第二开关电源(7)被整流成直流电压信号；
Step5：第二开关电源(7)输出的直流电压信号进入微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)后，被整流成纳秒脉冲信号；
Step6：微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)输出的纳秒脉冲信号到达针尖负电极(9)、交流高电压发生器(4)输出的高压交流信号到达针尖正电极(5)后，两针尖电极产生的高压电场叠加能够达到等离子体电离阈值，从而引发纳秒脉冲放电；
Step7：通过控制微型纳秒脉冲低压信号发生器(8)的输出电压幅值和频率，控制该介质阻挡放电的整体放电强度与频率。
4.如权利要求3所述的脉冲-交流组合式纳秒脉冲放电产生方法，其特征在于，在两个针尖电极之间放置介质(10)，利用介质(10)隔开两个针尖电极。
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