等离子体高压脉冲电源

科技成果——高压特种电源技术技术开发单位中科院电工研究所项目简介将现代电力电子及控制技术与传统高压特种电源技术相结合，采用新型元件、材料和优化的拓扑结构，研发并形成四个高压特种电源系列：高压变频特种电源、纳秒脉冲特种电源、大电流脉冲电源、充电电源，技术参数如下：1、高频高压特种电源功率等级：2kW及以下；输出形式：1-50kHz交流电压、直流电压；输出电压：高频交流输出高达1-30kV，直流输出高达100kV或更高。

高压变频电源2、纳秒脉冲特种电源功率等级：2kW及以下；输出电流：0.1-1000A；输出电压：5-50kV；脉冲宽度：30ns-几百ns，分档可调。

3、大电流脉冲电源储能：兆焦级及以下；输出电流：百千安级及以下；输出电压：30kV及以下；脉冲宽度：几十微秒-几毫秒，通过叠加技术可以增加宽度。

纳秒脉冲电源大电流脉冲电源4、充电电源功率等级：单机功率1-40kW，采用并联技术，系统功率可达几百千瓦；输出电压：1-30kV，采用倍压技术可达到更高输出电压；输出形式：恒定脉动直流；功率密度：最高2MW/m3。

以上电源均实现了嵌入式数字控制，通过光纤通信实现了远程控制。

充电电源应用范围高压电源在军事、科研、工业、农业、医疗、环境保护等各领域均有应用，主要作为各领域所需的高压电信号（高压直流、高压交流、高压大电流脉冲、高压纳秒脉冲）发生装置使用。

如高压交、直流电源可用于材料处理、高压高频信号发生器、绝缘耐压测试仪等使用，纳秒脉冲电源可用于等离子体放电应用，高压大电流脉冲电源可用于地质勘探、脉冲功率源使用，充电电源主要作为脉冲电源的供电电源，用于给大容量高压电容器快速充电。

项目所处阶段样机研制阶段。

市场前景高压特种电源多年来由于用户量少而发展缓慢，而国外产品早在十几年甚至几十年前就已系列化，国内技术和应用发展均相对滞后。

基于高压脉冲功率技术研究需求，电工所自主研发涵盖多个应用领域的不同输出形式的高压特种电源，不断开展应用研究，不仅用于科研，还大力与工、农、医、环境等各行业接轨，具有较好的经济效益和社会效益。

「电力系统」等离子电源的干扰与抑制文/江苏熔盛重工有限公司工务保障部倪振峰造船行业有大量的钢板需切割加工，数控切割机因切割速度快，精度高及切口质量好而被普遍使用。

目前，国内数控等离子切割机使用量最大，其配置的美国HYPRETHERM等离子电源占相当大的比例。

电源具有大电流斩波器及引弧用的高压高频信号，产生的等离子弧是一种高电场强度、高能量的压缩电弧，是一种强干扰源。

H T4400 等离子电源系统组件包括电源、机割炬、阀组、气体操作台、高频操作台和冷却器等。

其中电源里有 4 个 100 A，15 kHz 的斩波器，可生成高达400 A 的恒定直流电输出；高频操作台产生一种高压、高频信号，并将信号接到电极接头和引弧接头。

由此可知，等离子电源工作时的高频信号、大电流及高强度电弧将对控制部分及周围设备产生干扰。

其干扰途径为经公共阻抗的耦合干扰和电磁场的耦合干扰。

如果必须这样使用，应尽力减小公共阻抗，使其达到系统抗干扰容限要求。

图 2 是并联接地方法，并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关，互相之间不会造成耦合干扰。

因此，有效地克服了公共地线阻抗的耦合干扰问题。

接地抗干扰技术接地抗干扰技术的主要内容，其一是避开地环电流的干扰；其二是降低公共地线阻抗的耦合干扰。

“一点接地”有效地避开了地环电流；而在“一点接地”前提下，并联接地则是降低公共地线阻抗的耦合干扰的有效措施。

1. 串联接地及并联接地图1 是公共接地线成为公共阻抗的典型例子，2. 等离子电源系统接地包括设备接地和工作台接地良好的接地系统能有效抑制等离子电源产生的公共阻抗的耦合干扰和电磁场耦合干扰。

(1) 设备接地等离子电源系统组件及辅助组件需连接到电源的P E 接头或设备的接地体上，每个组件只能采用“一点接地”，以免形成接地回路，产生地环流干扰。

如果有机壳接地到工作台上，则工作台必须与电源接地相连接。

图 3 为接地连接配置图，通常高频操作台安装在工作台附近，并直接与工作台接地相连，其他组件安装在电源附近，并直接与其接地相连。

等离⼦体源（plasma sources）的原理及应⽤R&R公司同时提供等离⼦体源以及等离⼦体源相关的刻蚀、薄膜沉积设备。

其等离⼦体源主要分成平⾏平板等离⼦体源、微波等离⼦体源以及ICP⾼频等离⼦体源。

平⾏平板等离⼦体源（电容耦合）电容耦合等离⼦体源采⽤直径300mm的两圆型平⾏平板作为上下电极，平板间距离从30mm到100mm可调。

射频电源频率为13.56 MHz，通过配⽹耦合到上下极板上。

样品采⽤电阻式加热，最⾼加热温度600℃，均匀性较好；为了获得更均匀的⽓场，上极板采⽤淋浴头型多孔结构。

微波等离⼦体微波等离⼦体的放电原理与微波离⼦源基本相同，也同样可以利⽤微波电⼦回旋共振(ECR)技术来维持对反应⽓体的辉光放电，对控制薄膜的成分和镀膜内应⼒的较为灵活，它具有运⾏⽓压低(10-1 Pa量级)、等离⼦体密度⾼(1011～1012 cm-3)、电离度⾼(约10%)、反应粒⼦活性⾼、离⼦能量低、⽆⾼能粒⼦损伤、且⽆内电极放电、没有污染、磁场约束、减少等离⼦体与反应室壁的相互作⽤、薄膜杂质含量少等许多其它⼯艺⽆法相⽐的优点，因⽽具有低温下制备均匀、致密、光滑、纯净的⾼品质功能性薄膜的巨⼤潜⼒。

电感耦合(ICP)⾼频等离⼦体利⽤电感耦合⾼频等离⼦体（ICP）装置由⾼频发⽣器和感应圈、辉光放电管和供⽓系统、试样引⼊系统三部分组成。

⾼频发⽣器的作⽤是产⽣⾼频磁场以供给等离⼦体能量。

当有⾼频电流通过线圈时，产⽣轴向磁场，这时若⽤⾼频点⽕装置产⽣放电，形成的离⼦与电⼦在电磁场作⽤下，与原⼦碰撞并使之电离，形成更多的载流⼦，当载流⼦多到⾜以使⽓体有⾜够的导电率时，在垂直于磁场⽅向的截⾯上就会感⽣出流经闭合圆形路径的涡流，强⼤的电流产⽣⾼热⼜将⽓体加热。

感应线圈将能量耦合给等离⼦体，并维持等离⼦辉光放电。

等离⼦体源的应⽤反应离⼦刻蚀RIE反应离⼦刻蚀：这种刻蚀过程同时兼有物理和化学两种作⽤。

第9卷第3期强激光与粒子束V o l. 9, N o . 31997年8月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM SA ug . , 1997等离子体发生器高压放电特性研究Ξ陈林周之奎孙承纬(中国工程物理研究院流体物理研究所, 成都523信箱58分箱, 610003摘要从实验和理论两个方面研究了等离子体发生器随毛细管的几何尺寸和PFN 网络的初始充电电压等参数变化的放电规律, 结果将有助于改进等离子体发生器的设计和提高放电的效能。

关键词PFN 网络等离子体发生器定态等温模型放电特性ABSTRACT In th is paper , the dependence of discharge character of p las m a generato r on the geom etric scale of cap illary and the in itial charge vo ltage of PFN has been studied in exper 2i m en ts and the resu lts w ill con tribu te to i m p rove the design of p las m a generato r and increase it’sdischarge efficiency .KEY WOR D S PFN , p las m a generato r , iso therm al and steady model , discharge charac 2ter .等离子体发生器的放电过程:随着PFN 网络放电而形成的脉冲大电流通过金属箔, 金属箔经历固态加热、熔化、汽化、电爆炸以至电离的过程, 形成毛细管内的初始电弧, 烧蚀聚乙烯管壁, 形成等离子体。

随着温度和压力的升高, 等离子体在管口形成喷射, 一段时间后, 形成以当地声速的稳定喷射。

基于磁压缩技术的陡前沿脉冲电源的研制罗健;王述仲【摘要】高功率脉冲技术是当前国际上很活跃的前沿学科之一,被广泛应用于等离子体发生器、准分子激光器、激光武器等领域,该技术的关键之一是高压纳秒脉冲电源的研制.本文基于磁脉冲压缩技术设计出了一种磁开关,基于此开关所研制的高压脉冲电源能够产生幅值6kV,上升沿约300ns的脉冲.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】3页(P8-10)【关键词】脉冲功率技术;磁脉冲压缩;磁开关;脉冲陡化【作者】罗健;王述仲【作者单位】中电普瑞电力工程有限公司,中国北京 102200;中电普瑞电力工程有限公司,中国北京 102200【正文语种】中文【中图分类】TM564;TN780 引言高功率脉冲技术（High Pulsed Power Technology），实质是将脉冲能量在时间尺度上进行压缩，以获得在极短时间内的高峰值功率输出。

它是基于国防科研需要而发展兴起的一门新兴科学技术。

高功率脉冲技术目前已经应用到许多科学研究领域，成为有力的研究工具，例如核爆模拟器，高能闪光灯X射线照相，惯性约束聚变等 [1]。

同时它也在商业被广泛应用 [2-3]，例如，食品保鲜、医用灭菌、水处理等。

磁开关技术在高功率脉冲技术中占据特别重要的地位，它本质上是一种具有特定磁滞特性的非线性可饱和电感。

相比于传统的火花间隙开关、机械触点式开关、真空开关，磁开关可以提高输出功率，降低开关损耗，延长开关寿命。

而且磁开关可靠性高，噪声小，无空气污染，特别适合在高电压、高重复频率的条件下工作。

本文首先使用IGBT作为控制器件搭建电路产生幅值达数百伏的脉冲，然后设计脉冲变压器对此脉冲升压至幅值数千伏，最后搭建磁压缩电路对脉冲变压器副边输出脉冲进行陡化，产生纳秒级脉冲。

1 陡前沿脉冲电源整体电路原理1.1 脉冲变压器原边脉冲的产生原理以IGBT作为控制器件的主电路如图1所示。