一.课题研究背景及意义

低温等离子体在环境污染治理、医学杀菌、材料改性及流动控制等领域具有广泛的应用及独特的优越性。而大气压非平衡低温等离子体由于其低成本、易于应用等优势受到人们的格外关注。

目前用于产生等离子体的电源主要有工频交流电源、高频电源、微秒脉冲电源与纳秒脉冲电源。与工频交流电源相比，高频电源、微秒脉冲电源与纳秒脉冲电源产生的大气压等离子体具有许多优势，如在对介质表面处理时能达到更好的处理效果和更高的效率，更易产生均匀的大面积等离子体，所产生等离子体的非平衡性更高、灭菌效果更好等。但是高频电源自身发热较严重，对电源内部散热要求较高，所产生的等离子体温也比较高。而纳秒脉冲电源，虽然具有放电均匀性好，反应器发热量较低的优点，但其生产成本较高，脉冲控制难度大，难以得到大规模的生产和推广应用。微秒脉冲电源与纳秒脉冲电源相比具有制造成本低，脉冲功率大的优势，单个脉冲所携带的能量更大，更适合用于大功率应用，尤其是小型化的微秒脉冲电源，在继承传统微秒脉冲电源的优势的同时还有方便灵活的特点，应用前景更加广泛。

因此，从大规模工业应用及医学领域能够得到推广的角度出发,研究低成本、小型化的高压μs脉冲电源具有重要意义。

二.国内外研究现状及发展趋势

早在1994年，中国工程物理研究院应用电子学研究所陈裕涛等人用高频镍锌铁氧体作磁开关的铁心材料，将脉冲电压200KV、脉冲宽度5μs、脉冲电流20A的信号前沿从1.6μs压缩到0.3μs，使脉冲电压损失小于10%。

杨针对微秒级脉冲电解加工的工艺特点，采用全桥逆变和PWM（脉冲宽度调制）技术研制了一套大功率高频微秒级脉电源。设计了三相整流电路、以IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为斩波器件的全桥逆变电路、驱动电路、高频变压器和吸收缓冲回路。建立了以SG3525A作为PWM控制芯片的脉冲信号发生电路和电压调节电路。他在分析了微秒级脉冲电解加工过程中，阴阳极间产生短路或火花时极间电压与电流的异常表现，确定了三种主要的检测信号，研发了一套快短路保护系统。并设计了电源的整体结构并进行安装，最后对电源的各个模块进行调试。在电源接入负载后，输出波形为稳定的高频方波，满足微秒级脉冲电解加工的要求。

图2.1 杨胜设计的电源主体电路