医用低温等离子体激励电源与控制系统设计

发布时间：2017-08-06 23:13

  本文关键词：医用低温等离子体激励电源与控制系统设计

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【摘要】：近年来,人们在等离子体技术方向的研究取得了飞速进展,事实已经证明低温等离子体具有优异的灭菌效果。低温等离子体灭菌技术正逐步成为新一代的消毒灭菌技术,因其灭菌时间短、灭菌效率高且无污染无残留等优势,在现代食品卫生、生物医疗等领域的应用前景非常可观。对于低温等离子的产生方法国内外展开广泛研究,其中利用高压脉冲电源进行介质阻挡放电是一种典型的大气压下气体放电产生低温等离子的技术。本文首先简单讨论了等离子的产生机理,而后对几种常规的气体放电形式进行了介绍,并着重探讨了大气压下介质阻挡放电的原理及其产生等离子体的方法。基于介质阻挡放电的原理设计了一款医用低温等离子体激励电源。文章重点阐述了激励电源的硬件电路设计。分别介绍了整流滤波电路、半桥式逆变结构电路、PWM控制电路、光耦隔离及驱动电路、过流过压保护电路等的设计。采用串并联谐振软开关技术有效减小开关过程耗损提高能量利用率。同时讨论了高频脉冲变压器的基本理论并根据本文需求设计出一款性能良好的高压脉冲变压器。本文的重点是对于医用低温等离子激励电源的研究设计,根据电源功率的需要本文采用隔离型半桥式逆变结构,其具有对称性好、易于驱动的特点。采用SG3525作为PWM的主控制芯片,快速光耦隔离及集成IC驱动MOS开关管的方案,实现激励电源的频率10 kHz-25 kHz可调、脉冲宽度2 us-25 us可调。最后,通过实验测试低温等离子激励电源工作基本达到设计标准,并能稳定进行介质阻挡放电,但产生低温等离子体射流效果并不十分理想,电源电路及控制系统方案仍需进行一定的改进,文章最后也对改进后效果进行了展望。
【关键词】：低温等离子体 高压脉冲电源 介质阻挡放电 PWM控制
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN86;TP273
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-22
• 1.1 课题概述17-18
• 1.1.1 课题研究背景17-18
• 1.1.2 课题研究目的及意义18
• 1.2 国内外研究现状18-20
• 1.3 本文主要研究内容20-21
• 1.4 本课题研究的主要技术难点21-22
• 第二章 等离子产生机理与方法22-30
• 2.1 等离子概述22-23
• 2.1.1 等离子体概念及特性22-23
• 2.1.2 等离子体的分类23
• 2.2 等离子体的产生方式23-25
• 2.3 介质阻挡放电25-28
• 2.3.1 介质阻挡放电定义及特点25-26
• 2.3.2 典型介质阻挡放电结构26-27
• 2.3.3 介质阻挡放电的等效电路分析27-28
• 2.4 等离子灭菌机理28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 激励电源电路工作原理与设计30-47
• 3.1 方案设计30
• 3.2 整流滤波电路30-32
• 3.2.1 整流电路30-31
• 3.2.2 滤波屏蔽电路31
• 3.2.3 桥式整流电路31-32
• 3.3 逆变电路32-37
• 3.3.1 逆变电路原理32-34
• 3.3.2 逆变电路设计34-35
• 3.3.3 功率开关管的选取35-37
• 3.4 软开关谐振电路37-40
• 3.4.1 软开关技术简介37-39
• 3.4.2 软开关技术的不同谐振方式39-40
• 3.4.3 软开关谐振电路设计40
• 3.5 PWM控制电路设计40-43
• 3.6 隔离与驱动电路43-44
• 3.6.1 隔离电路43
• 3.6.2 驱动电路43-44
• 3.7 保护电路44-46
• 3.7.1 过流保护电路44-45
• 3.7.2 过压保护电路45-46
• 3.7.3 过热保护46
• 3.8 本章小结46-47
• 第四章 高压脉冲变压器设计47-54
• 4.1 高压脉冲变压器特点及特性参数47-48
• 4.2 高压脉冲变压器设计流程48-50
• 4.2.1 磁芯材料的选取48-50
• 4.2.2 磁芯结构的选择50
• 4.3 变压器设计AP方法50-51
• 4.4 高压脉冲变压器参数计算51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 系统控制方案设计54-61
• 5.1 系统控制方案总体框图54-55
• 5.2 电源模块55-56
• 5.3 信号采集模块56-57
• 5.4 控制电路模块57-58
• 5.5 人机交互模块58-59
• 5.6 微控制器模块59-60
• 5.7 本章小结60-61
• 第六章 系统调试及实验61-68
• 6.1 电源系统电路设计与制作61-64
• 6.2 控制及驱动电路测试64-65
• 6.3 高压脉冲输出测试65-67
• 6.4 介质阻挡放电实验测试67
• 6.5 本章小结67-68
• 第七章 总结与展望68-70
• 7.1 总结68
• 7.2 后续工作与展望68-70
• 参考文献70-72
• 攻读硕士学位期间的发表论文情况72

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本文编号：631853