介质阻挡放电型负载特性分析与新型驱动电路研究

Dielectric barrier discharge (DBD) has been widely applied, including ozone synthesizing, low temperature plasma generating and ultraviolet light source manufacturing and so on. In this project, the mechanism model and equivalent electrical model for DBD will be established and the characteristics of DBD load will be analyzed, based on which the appropriate excitation waveform and its parameters are determined, and then a new topology of driving circuit for DBD load will be constructed..①The spatial and temporal distribution of the electron density, ion density and electric field in the discharge space during gas discharging process will be studied when the local electric field is under balance condition. The ionization and restructuring characteristics of electronics and ionics, and it's the relation with external conditions will be researched. Through the researches, the mechanism model for DBD load, which can descript the process of discharge, and the electrical model for DBD load, which can reflect the process of discharge accurately, are achieved..②The influences of different excitation waveforms on the dynamic and static characteristics of DBD load will be studied, based on which the constraint relationships among excitation waveform parameters, input-output characteristics of driver and the discharge efficiency of DBD load are achieved, and then the design principles of excitation waveform of DBD load are established..③A new topology driver for DBD load which can generate the desired waveform is built. The electrical model and analysis method of the new driver will be built to reveal the operation mechanism and regulation characteristics of the new driver. . The research production will improve the level of research and applied technology of DBD system, and hence has important theoretical value and application prospect.

介质阻挡放电（DBD）广泛应用于臭氧发生、低温等离子体发生、紫外光源等领域。本课题旨在建立介质阻挡放电的放电机理模型和等效电气模型、分析DBD型负载的特性、确定适合的DBD型负载激励波形与参数、构建新型驱动电路：①研究局域电场处于平衡状态时，气体放电过程中电子、离子密度和电场在放电空间的时空分布规律，电子、离子的电离与重组特性，以及与外部条件的内在联系，建立描述DBD型负载放电过程的机理模型和能准确反映DBD型负载放电过程的电气模型；②研究不同激励波形对DBD型负载动态和稳态特性的影响，获得激励波形参数与驱动电路输入输出特性跟负载效率的约束关系，建立DBD型负载工作的有效激励波形设计原则；③构建能生成期望激励波形的DBD型负载驱动电路，建立驱动电路的电气模型及分析方法，揭示驱动电路的运行机理和调节特性。本项目研究成果将有助于提高DBD系统的研究水平和应用技术，具有重要的理论价值和应用前景。

介质阻挡放电广泛应用于臭氧发生、表面改性和光源发生等工业领域。现阶段对DBD型负载特性及其驱动电路的研究大多采用经验方法，得到的结论不具有普适性，难以形成系统性的理论成果。针对这一现状，项目建立了介质阻挡放电的放电机理模型和等效电气模型、分析了DBD型负载的特性、确定适合的DBD 型负载激励波形的类型、构建了多个新型驱动、对串联和并联谐振型驱动电路供电状况下的DBD型负载调节特性进行分析：①在将特定的假设条件与等离子放电的微观模型相结合的基础上，使用一个压控电导来近似描述DBD 型负载放电过程，用压控电导模型获得仿真波形与经典文献中的实验波形有较高的相似度；②利用DBD型负载仿真模型，对比了DBD负载在正弦波激励、交变三角波激励、交变梯形波激励和交变方波激励下功率的大小。通过对比分析，得出了在同等条件下(频率，幅值相等)，使用交变梯形激励波可获得最大的放电功率这一结论；③通过构造新的驱动电路拓扑、设计驱动电路的工作时序，使DBD型负载与驱动电路中的电容和电感形成双频谐振电源，从而标准交变梯形激励，实验结果验证了这类驱动电路的可行性；④在分析DBD型电路的放电特征基础上，提出了DBD型负载可用与其放电功率成线性关系的等效电阻和等效电容串联的电路进行等效，实验结果证明了该结论的合理性；⑤对DBD型臭氧发生器在PFM、PAM和CLI三种典型调节方式下的负载调节特性进行了理论分析和实验验证，在PAM调节方式下，DBD型负载的输入变量和输出变量具有良好的线性关系，是一种适合DBD型负载的调节方式；⑥对电流源型DBD臭氧发生器电源的工作原理与功率调节方式进行了研究，分析了斩波调功电流型逆变器的工作原理，推导出了驱动电路工作的时域模型，研究了这种驱动电路的主要特性。本项目的成果有助于提高DBD系统的研究水平和应用技术，具有较好的理论价值和应用前景。