大功率介質阻擋等離子體電源特性及工業應用分析
介質阻擋放電(DBD)*早起源于對臭氧發生及其應用技術的研究。近二十多年來，由于工業等離子體化學合成與分解、環境污染治理等方面的需求，同時又由于材料科學和電力電子技術等相關學科也取得了較大的發展，因此促進了對介質阻擋等離子體產生系統的研究，并很快成為低溫非平衡等離子體研究的熱點之一。 介質阻擋等離子體裝置作為一個由反應器、電源、媒質氣體等組成的系統，通常要在適當的氣體流量、氣體壓力、濕度和一定的電源電壓、頻率條件下工作，電源是給放電裝置提供能量的重要組成部分，亦是關鍵技術。
本文研制和開發了大功率介質阻擋等離子體發生電源系統，通過一系列實驗室和現場工程試驗，獲得了電源運行特性和穩定工作條件，進行了長期運行輸出功率20～30kW、*大輸出功率約80kW的工業試驗，實現適用介質阻擋放電的百千瓦級電源的工業應用，掌握了此類大功率電源的設計和制造核心技術。
1 電源工作原理與技術要點
介質阻擋等離子體發生器電源自上個世紀以來隨著電子技術、電力電子技術、控制技術和材料技術等相關學科和技術的發展，經歷了工頻(50/60Hz)、中頻(幾百至幾千Hz)和高頻(>10kHz)三個階段，高頻高壓串聯負載諧振式電源是目前主要發展方向。本文研制大功率電源的主電回路亦采用高頻高壓串聯負載諧振式工作方式，其諧振式控制采用電流過零關斷形式。
1)介質阻擋等離子體串聯諧振式電源工作原理
Hideaki Fujita和Kazuyuki Ohe分別設計了用于介質阻擋等離子體系統的脈沖密度控制電源和用于臭氧生產的時控逆變電源。電源的電壓和頻率是兩個重要參數，研究電壓和頻率對放電性能的影響的報道也很多，但在激勵電源變壓器參數與反應器結構參數相匹配方面的研究還未見報道。由于介質阻擋等離子體系統中存在具有感性的電源變壓器和具有容性的介質阻擋等離子體反應器，實際上構成了一個R、L、C串聯電路系統，該系統必然存在一個固有諧振頻率，并會影響到介質阻擋等離子體系統的頻率特性，進而影響介質阻擋等離子體的放電性能。因此，對介質阻擋等離子體系統諧振問題的研究對于提高系統放電性能參量具有十分重要的意義。
本文采用串聯諧振式電源，其主回路如圖1所示，線框I代表的是串聯逆變供電電源，其中整流二極管VDZ1～VDz6組成三相不可控整流，和濾波電感L和儲能電容C1、C2共同形成逆變電路輸入的直流電壓VD1;IGBT的VT1～VT2和快恢復二極管VD1～VD2構成半橋逆變電路;線框II是電流過零關斷諧振控制電路，由霍爾電流傳感器TFI檢測信號，輸入諧振控制器CTRL，CTRL產生IGBT控制信號，輸入IGBT控制極;線框III為阻擋介質反應器等效電路，其中Cd和Cg分別為未放電時介質和氣隙等效電容，VDZ為擊穿電壓為Uz的等效雙向穩壓二極管。TF為高頻升壓變壓器。
