本文關(guān)鍵詞：用于驅(qū)動(dòng)APNP-Js的全固態(tài)快邊沿納秒脈沖發(fā)生器的研制

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【摘要】：大氣壓非平衡等離子體射流(APNP-Js)是近年來興起的一種低溫等離子體技術(shù)。目前已被廣泛的應(yīng)用于材料表面處理、納米科技生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域。納秒脈沖發(fā)生器作為驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生APNP-Js的激勵(lì)源有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),為了獲得效果較好的APNP-Js,需要設(shè)計(jì)一臺(tái)具有快速上升沿和下降沿的納秒脈沖發(fā)生器�，F(xiàn)有納秒脈沖發(fā)生器由于受到開關(guān)等元器件的限制,其工作壽命、重復(fù)頻率等有限。與傳統(tǒng)采用火花氣體開關(guān)的方式相比,固態(tài)開關(guān)具有可靠性高、使用壽命長、電路簡單和損耗小等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合脈沖功率中納秒脈沖產(chǎn)生的相關(guān)原理和固態(tài)開關(guān)技術(shù),研制了可以獲取快邊沿輸出脈沖的高性能全固態(tài)納秒脈沖發(fā)生器,并開展了納秒脈沖驅(qū)動(dòng)APNP-Js的實(shí)驗(yàn)研究。本文首先介紹了全固態(tài)快邊沿納秒脈沖發(fā)生器的基本工作原理,對(duì)發(fā)生器中脈沖形成電路—固態(tài)Marx電路模型進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)分析,在電路仿真軟件Pspice中建立MOSFET模型并對(duì)其開關(guān)特性進(jìn)行分析。隨后建立帶有尾切開關(guān)的固態(tài)Marx電路模型,并與傳統(tǒng)Marx電路輸出特性進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明引入尾切開關(guān)后輸出脈沖波形的下降沿大大縮短。在此基礎(chǔ)上,仿真分析了影響納秒脈沖發(fā)生器裝置主電路輸出特性的因素,結(jié)果表明固態(tài)開關(guān)器件的固有特性對(duì)輸出脈沖前沿有較大影響;雜散參數(shù)的增加也會(huì)減緩輸出脈沖前沿,并有可能引起波形畸變。詳細(xì)闡述了納秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)過程,根據(jù)納秒脈沖發(fā)生器作為APNP-Js驅(qū)動(dòng)源的要求,對(duì)發(fā)生器所需的主要設(shè)備和器件進(jìn)行選型和參數(shù)計(jì)算;對(duì)MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,采用光纖隔離和DC-DC模塊對(duì)納秒脈沖發(fā)生器的高壓和低壓部分進(jìn)行隔離,實(shí)現(xiàn)納秒脈沖發(fā)生器的模塊化設(shè)計(jì);結(jié)合實(shí)際控制需求,以FPGA為控制核心,利用FPGA數(shù)字控制方式及電平轉(zhuǎn)換電路為核心設(shè)計(jì)同步觸發(fā)模塊,實(shí)現(xiàn)觸發(fā)脈沖信號(hào)參數(shù)的任意調(diào)節(jié)。配合以過流保護(hù)電路,實(shí)現(xiàn)了保護(hù)控制模塊對(duì)發(fā)生器裝置出現(xiàn)短路和直流電源故障情況時(shí)自動(dòng)停止輸出的功能;研究了固態(tài)納秒脈沖發(fā)生器電磁干擾的抑制方法,從電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)和金屬屏蔽兩個(gè)方面提高脈沖發(fā)生器的抗干擾能力。本文對(duì)全固態(tài)快邊沿納秒脈沖發(fā)生器的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室總體調(diào)試和輸出波形的測(cè)量,結(jié)果表明:該發(fā)生器可產(chǎn)生幅值0~8kV、脈寬200~1000ns、重復(fù)頻率1~1000Hz和脈沖個(gè)數(shù)1~10000個(gè),上升沿和下降沿均小于30ns的方波脈沖,并具有智能測(cè)控的功能;設(shè)計(jì)并制作了基于介質(zhì)阻擋放電的針-環(huán)結(jié)構(gòu)的等離子體射流裝置,并對(duì)脈沖等離子體的放電機(jī)理進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)并研制了等離子體射流電極裝置,搭建了納秒脈沖APNP-J的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),開展納秒脈沖驅(qū)動(dòng)大氣壓非平衡等離子體射流實(shí)驗(yàn)的研究。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從脈沖電源參數(shù)、氣體參數(shù)等角度探究這些因素對(duì)等離子體射流長度的影響機(jī)制,為進(jìn)一步探索APNP-Js的特性及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN782

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本文編號(hào)：1246803