CN103747606A - 一种低温等离子体产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温等离子体产生电路，它包括整流电路、正弦逆变电路、高频升压变压器和放电电路；整流电路用于将交流电压转换成直流电压；正弦逆变电路用于将直流电压转换成一定频率的正弦交流电压；高频升压变压器用于将正弦电压升压；放电电路用于形成介质阻挡电晕放电来产生低温等离子体；本发明将合适的电晕放电与介质阻挡放电相结合，形成比介质阻挡放电稳定均匀，能量利用效率又高于电晕放电的介质阻挡电晕放电，可用于获得低温等离子体。利用本发明电路所制作的消毒箱解决了传统灭菌方式能耗高，效率低，灭菌后有残留，对操作人员及器械有损害，对周围环境有影响的问题。

Description

一种低温等离子体产生电路

技术领域

本发明属于气体放电与应用领域，更具体地，涉及一种低温等离子体产生电路，它尤其适用于低温等离子体消毒箱。

背景技术

消毒杀菌是医疗单位日常工作的重要组成部分。统计表明，为达到预防感染的目的，医务人员在一个工作日内需要进行几十次至上百次消毒，平均约每十分钟一次，传统的液体灭菌的方式需要冲洗数分钟，而频繁地使用消毒液将会对医疗人员皮肤造成不良刺激；医疗器皿消毒多采用高温高压或药物熏蒸类的方法，能耗高，操作繁琐。安全、简便、快速且无残留毒性的低温消毒灭菌方法已成为需要。

低温等离子体中有大量的电子、离子、原子、分子、活性自由基以及射线。其中活性自由基和紫外射线及带电粒子对细菌产生强烈的相互作用，构成了全方位对细菌或病毒的灭杀环境，效率高，时间短，且产生等离子体的气体可以完全采用无毒气体，不会对人体和环境产生危害。因此，低温等离子体灭菌技术有取代传统的灭菌方法的趋势，成为新一代消毒灭菌技术。

现有技术如中国专利201220409057.3，需要在真空装置中产生非热等离子体，不能直接用于人员消毒；又如中国专利200910038771.9，需要灭菌液(如过氧化氢)来达到消毒的目的；再如中国专利201010536684.9，采用脉冲放电产生低温等离子体，往往需要非常高的高压电源激励，绝缘安全处理较难。

通过外加高频交流电源促使电极放电是产生低温等离子体的常用方法，其放电形式通常为电晕放电和介质阻挡放电。电晕放电容易在常压下实现，但其均匀性差，电子密度和能量低，活性物质相对较少，且不容易获得大体积的等离子体。介质阻挡放电功率密度适中，放电产生的低温等离子体均匀的充满放电气体间隙，不需要抽真空设备，放电噪声小，但由于在空气中介质阻挡放电放电由大量的高能密放电电流细丝组成，因此其产生的低温等离子体均匀性欠佳且稳定性较差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种低温等离子体产生电路，目的在于能在常压下产生低温等离子体，能量密度适中，放电电流极小，噪音小、无明显的温升，辐射小。

本发明提供的一种低温等离子体产生电路，其特征在于，它包括整流电路、正弦逆变电路、高频升压变压器和放电电路；

整流电路用于将交流电压转换成直流电压；它包括单相整流全桥、第一滤波电感、限流电阻、继电器和直流侧电容；单相整流全桥的输入端接交流电源，单相整流全桥输出端的正极接到第一滤波电感的一端，第一滤波电感的另一端连接到限流电阻的一端，继电器与限流电阻并联，限流电阻的另一端连接到直流侧电容的一端，直流侧电容的另一端连接到单相整流全桥输出端的负极；

正弦逆变电路用于将直流电压转换成一定频率的正弦交流电压；它包括IGBT逆变全桥、第一滤波电容和第二滤波电感；IGBT逆变全桥的输入端与直流侧电容的两端并接，IGBT逆变全桥输出端的阳极接到第一滤波电容的一端，第一滤波电容的另一端接到第二滤波电感的一端，第二滤波电感的另一端用于连接高频升压变压器；

高频升压变压器用于将正弦电压升压；高频升压变压器的原方线圈的一端与第二滤波电感的另一端连接，另一端接到IGBT逆变全桥输出端的阴极；高频升压变压器的铁芯接地，高频升压变压器的副方线圈的一端连接放电电路；高频升压变压器副方绕组的另一端接地；

放电电路用于形成介质阻挡电晕放电来产生低温等离子体；它包括第二滤波电容、第一放电电极和第二放电电极；放电电极和放电电极的阳极均与高频升压变压器的副方线圈的一端连接，并联电容与高频升压变压器的副方绕组并联，放电电极和放电电极的阴极接地。

本发明将合适的电晕放电与介质阻挡放电相结合，形成比介质阻挡放电稳定均匀，能量利用效率又高于电晕放电的介质阻挡电晕放电，可用于获得低温等离子体。具体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)电极放电形式为沿面介质阻挡电晕放电，综合了电晕放电和介质阻挡放电的优点，能在常压下产生低温等离子体，能量密度适中，放电电流极小，噪音小、无明显的温升，辐射小，对操作人员和周围环境无不良影响。

(2)本发明电路用于消毒箱时，两组放电电极对称放置，固定在消毒箱腔体，同时产生低温等离子体，且放电均匀，活性粒子浓度高，电源能量利用效率高，放电面积可根据实际需求调节。解决了传统灭菌方式能耗高，效率低，灭菌后有残留，对操作人员及器械有损害，对周围环境有影响的问题。

附图说明

图1是本发明实例提供的低温等离子体产生电路图；

图2是放电电极的结构示意图；

图1中：整流电路1，包括单相整流全桥11，第一滤波电感12，限流电阻13，继电器14，直流侧电容15；正弦逆变电路2，包括IGBT逆变全桥21、第一滤波电容22，第二滤波电感23；高频升压变压器3；放电电路4，包括第二滤波电容41，第一放电电极42、第二放电电极43；

图2中，金属丝网431，绝缘材料432，金属箔433。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供的低温等离子体产生电路包括整流电路1、正弦逆变电路2、高频升压变压器3和放电电路4；

整流电路1用于将交流电压转换成直流电压；它包括单相整流全桥11，第一滤波电感12，限流电阻13，继电器14，直流侧电容15；单相整流全桥11的输入端接交流电源，单相整流全桥11输出端的正极接到第一滤波电感12的一端，第一滤波电感12的另一端连接到限流电阻13的一端，继电器14与限流电阻13并联，限流电阻13的另一端连接到直流侧电容15的一端，直流侧电容15的另一端连接到单相整流全桥11输出端的负极。

正弦逆变电路2用于将直流电压转换成一定频率的正弦交流电压；培训包括IGBT逆变全桥21、第一滤波电容22，第二滤波电感23；IGBT逆变全桥21的输入端与直流侧电容15的两端并接，IGBT逆变全桥21输出端的阳极接到第一滤波电容22的一端，第一滤波电容22的另一端接到第二滤波电感23的一端，第二滤波电感23的另一端用于连接高频升压变压器3。

高频升压变压器3用于将正弦电压升压；高频升压变压器3的原方线圈的一端与第二滤波电感23的另一端连接，另一端接到IGBT逆变全桥21输出端的阴极。高频升压变压器3的铁芯接地，高频升压变压器3的副方线圈的一端连接放电电路4。高频升压变压器3副方绕组的另一端接地。

放电电路4用于形成介质阻挡电晕放电来产生低温等离子体。它包括第二滤波电容41，第一放电电极42和第二放电电极43。放电电极42和放电电极43的阳极均与高频升压变压器3的副方线圈的一端连接，并联电容41与高频升压变压器3的副方绕组并联，放电电极42和放电电极43的阴极接地。

整流电路1用于将输入的交流电压转换成直流电压。具体工作过程是：交流电压经单相整流全桥11后转换成直流电压，经第一滤波电感12滤波后，通过限流电阻13对直流侧电容15充电，待直流侧电容15充电接近饱和时，继电器14吸合将限流电阻13短路，直流侧电容15充电稳定后，两端输出为纹波较小直流电压。

正弦逆变电路2用于将直流侧电容15两端电压转换成一定频率的正弦交流电压。具体工作过程是：直流侧电容15两端的直流电压通过IGBT逆变全桥21转换成频率和幅值一定的交流方波电压，再通过由第一滤波电容22、第二滤波电感23和高频升压变压器3原方绕组的电感组成的串联谐振电路滤波，得到高频正弦电压，正弦电压的频率和幅值通过IGBT逆变全桥21的驱动信号的频率和占空比来设定。

高频升压变压器3用于将高频正弦电压升压；

放电电路4用于形成介质阻挡电晕放电来产生低温等离子体。具体工作过程是：并联电容41与高频升压变压器3的副方绕组电感形成并联谐振电路，过滤高频正弦电压中含有的高次谐波，高频正弦电压加在第一放电电极42和第二放电电极43的阳极上，第一放电电极42和第二放电电极43的阴极接地，第一放电电极42和第二放电电极43对称固定，当加在放电电极阳极的正弦交流电压的频率和幅值满足条件时，即可在放电电极阴极的周围产生低温等离子体。

电极结构示意如图2所示，第二放电电极43由金属丝网431、绝缘材料432和金属箔433依次叠加组成，金属箔433作为第二放电电极43的阳极，绝缘材料432作为阻挡介质，金属丝网431作为第二放电电极43的阴极并接地。

第一放电电极和第二放电电极的结构及大小相同，电极放电面积可根据实际使用情况调整。两组电极的间距为数厘米，构成金属丝网431的金属丝的直径小于1毫米，绝缘材料432和金属箔433的厚度为毫米级，网孔大小一致均匀分布且每平方厘米约5～10个。

高频交流电压加在金属箔433上，电压峰值为5～15kV，频率范围在10～15kHz。低温等离子体在金属丝网431的每个网孔均匀产生。放电功率限定在1W/cm²以内，放电电流极小，且无明显温升，噪音小，辐射弱，不会对操作人员、设备及周围环境产生不良影响。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低温等离子体产生电路，其特征在于，它包括整流电路(1)、正弦逆变电路(2)、高频升压变压器(3)和放电电路(4)；

整流电路(1)用于将交流电压转换成直流电压；它包括单相整流全桥(11)、第一滤波电感(12)、限流电阻(13)、继电器(14)和直流侧电容(15)；单相整流全桥(11)的输入端接交流电源，单相整流全桥(11)输出端的正极接到第一滤波电感(12)的一端，第一滤波电感(12)的另一端连接到限流电阻(13)的一端，继电器(14)与限流电阻(13)并联，限流电阻(13)的另一端连接到直流侧电容(15)的一端，直流侧电容(15)的另一端连接到单相整流全桥(11)输出端的负极；

正弦逆变电路(2)用于将直流电压转换成一定频率的正弦交流电压；它包括IGBT逆变全桥(21)、第一滤波电容(22)和第二滤波电感(23)；IGBT逆变全桥(21)的输入端与直流侧电容(15)的两端并接，IGBT逆变全桥(21)输出端的阳极接到第一滤波电容(22)的一端，第一滤波电容(22)的另一端接到第二滤波电感(23)的一端，第二滤波电感(23)的另一端用于连接高频升压变压器(3)；

高频升压变压器(3)用于将正弦电压升压；高频升压变压器(3)的原方线圈的一端与第二滤波电感(23)的另一端连接，另一端接到IGBT逆变全桥(21)输出端的阴极；高频升压变压器(3)的铁芯接地，高频升压变压器(3)的副方线圈的一端连接放电电路(4)；高频升压变压器(3)副方绕组的另一端接地；

放电电路(4)用于形成介质阻挡电晕放电来产生低温等离子体；它包括第二滤波电容(41)、第一放电电极(42)和第二放电电极(43)；放电电极(42)和放电电极(43)的阳极均与高频升压变压器(3)的副方线圈的一端连接，并联电容(41)与高频升压变压器(3)的副方绕组并联，放电电极(42)和放电电极(43)的阴极接地。

2.根据权利要求1所述的低温等离子体产生电路，其特征在于，第二放电电极(43)由金属丝网(431)、绝缘材料(432)和金属箔(433)依次叠加组成，金属箔(433)作为第二放电电极(43)的阳极，绝缘材料(432)作为阻挡介质，金属丝网(431)作为第二放电电极(43)的阴极并接地。

3.根据权利要求1或2所述的低温等离子体产生电路，其特征在于，第二放电电极(43)与第一放电电极(42)结构及大小相同。

4.根据权利要求2所述的低温等离子体产生电路，其特征在于，绝缘材料(432)和金属箔(433)的厚度为毫米级。

5.根据权利要求2或4所述的低温等离子体产生电路，其特征在于，构成金属丝网(431)的金属丝的直径小于1毫米，金属丝网(431)网孔大小一致均匀分布且每平方厘米约5～10个。

6.根据权利要求2或4所述的低温等离子体产生电路，其特征在于，高频交流电压加在金属箔(433)上，电压峰值为5～15kV，频率范围在10～15kHz，放电功率限定在1W/cm2以内。

7.根据权利要求2或4所述的低温等离子体产生电路，其特征在于，该电路用于消毒箱，第二放电电极(43)与第一放电电极(42)对称放置，固定在消毒箱腔体内。

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