一種低溫等離子體產生電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種低溫等離子體產生電路，它包括整流電路、正弦逆變電路、高頻升壓變壓器和放電電路；整流電路用于將交流電壓轉換成直流電壓；正弦逆變電路用于將直流電壓轉換成一定頻率的正弦交流電壓；高頻升壓變壓器用于將正弦電壓升壓；放電電路用于形成介質阻擋電暈放電來產生低溫等離子體；本發明將合適的電暈放電與介質阻擋放電相結合，形成比介質阻擋放電穩定均勻，能量利用效率又高于電暈放電的介質阻擋電暈放電，可用于獲得低溫等離子體。利用本發明電路所制作的消毒箱解決了傳統滅菌方式能耗高，效率低，滅菌后有殘留，對操作人員及器械有損害，對周圍環境有影響的問題。
【專利說明】一種低溫等離子體產生電路
【技術領域】
[0001]本發明屬于氣體放電與應用領域，更具體地，涉及一種低溫等離子體產生電路，它尤其適用于低溫等離子體消毒箱。
【背景技術】
[0002]消毒殺菌是醫療單位日常工作的重要組成部分。統計表明，為達到預防感染的目的，醫務人員在一個工作日內需要進行幾十次至上百次消毒，平均約每十分鐘一次，傳統的液體滅菌的方式需要沖洗數分鐘，而頻繁地使用消毒液將會對醫療人員皮膚造成不良刺激；醫療器皿消毒多采用高溫高壓或藥物熏蒸類的方法，能耗高，操作繁瑣。安全、簡便、快速且無殘留毒性的低溫消毒滅菌方法已成為需要。
[0003]低溫等離子體中有大量的電子、離子、原子、分子、活性自由基以及射線。其中活性自由基和紫外射線及帶電粒子對細菌產生強烈的相互作用，構成了全方位對細菌或病毒的滅殺環境，效率高，時間短，且產生等離子體的氣體可以完全采用無毒氣體，不會對人體和環境產生危害。因此，低溫等離子體滅菌技術有取代傳統的滅菌方法的趨勢，成為新一代消毒滅菌技術。
[0004]現有技術如中國專利201220409057.3，需要在真空裝置中產生非熱等離子體，不能直接用于人員消毒；又如中國專利200910038771.9，需要滅菌液(如過氧化氫)來達到消毒的目的；再如中國專利201010536684.9，采用脈沖放電產生低溫等離子體，往往需要非常高的高壓電源激勵，絕緣安全處理較難。
[0005]通過外加高頻交流電源促使電極放電是產生低溫等離子體的常用方法，其放電形式通常為電暈放電和介質阻擋放電。電暈放電容易在常壓下實現，但其均勻性差，電子密度和能量低，活性物質相對較少，且不容易獲得大體積的等離子體。介質阻擋放電功率密度適中，放電產生的低溫等離子體均勻的充滿放電氣體間隙，不需要抽真空設備，放電噪聲小，但由于在空氣中介質阻擋放電放電由大量的高能密放電電流細絲組成，因此其產生的低溫等離子體均勻性欠佳且穩定性較差。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提出了一種低溫等離子體產生電路，目的在于能在常壓下產生低溫等離子體，能量密度適中，放電電流極小，噪音小、無明顯的溫升，福射小。
[0007]本發明提供的一種低溫等離子體產生電路，其特征在于，它包括整流電路、正弦逆變電路、高頻升壓變壓器和放電電路；
[0008]整流電路用于將交流電壓轉換成直流電壓；它包括單相整流全橋、第一濾波電感、限流電阻、繼電器和直流側電容；單相整流全橋的輸入端接交流電源，單相整流全橋輸出端的正極接到第一濾波電感的一端，第一濾波電感的另一端連接到限流電阻的一端，繼電器與限流電阻并聯，限流電阻的另一端連接到直流側電容的一端，直流側電容的另一端連接到單相整流全橋輸出端的負極；
[0009]正弦逆變電路用于將直流電壓轉換成一定頻率的正弦交流電壓；它包括IGBT逆變全橋、第一濾波電容和第二濾波電感；IGBT逆變全橋的輸入端與直流側電容的兩端并接，IGBT逆變全橋輸出端的陽極接到第一濾波電容的一端，第一濾波電容的另一端接到第二濾波電感的一端，第二濾波電感的另一端用于連接高頻升壓變壓器；
[0010]高頻升壓變壓器用于將正弦電壓升壓；高頻升壓變壓器的原方線圈的一端與第二濾波電感的另一端連接，另一端接到IGBT逆變全橋輸出端的陰極；高頻升壓變壓器的鐵芯接地，高頻升壓變壓器的副方線圈的一端連接放電電路；高頻升壓變壓器副方繞組的另一端接地；
[0011]放電電路用于形成介質阻擋電暈放電來產生低溫等離子體；它包括第二濾波電容、第一放電電極和第二放電電極；放電電極和放電電極的陽極均與高頻升壓變壓器的副方線圈的一端連接，并聯電容與高頻升壓變壓器的副方繞組并聯，放電電極和放電電極的陰極接地。
[0012]本發明將合適的電暈放電與介質阻擋放電相結合，形成比介質阻擋放電穩定均勻，能量利用效率又高于電暈放電的介質阻擋電暈放電，可用于獲得低溫等離子體。具體而言，本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果:
[0013](I)電極放電形式為沿面介質阻擋電暈放電，綜合了電暈放電和介質阻擋放電的優點，能在常壓下產生低溫等離子體，能量密度適中，放電電流極小，噪音小、無明顯的溫升，輻射小，對操作人員和周圍環境無不良影響。
[0014](2)本發明電路用于消毒箱時，兩組放電電極對稱放置，固定在消毒箱腔體，同時產生低溫等離子體，且放電均勻，活性粒子濃度高，電源能量利用效率高，放電面積可根據實際需求調節。解決了傳統滅菌方式能耗高，效率低，滅菌后有殘留，對操作人員及器械有損害，對周圍環境有影響的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明實例提供的低溫等離子體產生電路圖；
[0016]圖2是放電電極的結構示意圖；
[0017]圖1中:整流電路1，包括單相整流全橋11，第一濾波電感12，限流電阻13，繼電器14，直流側電容15 ;正弦逆變電路2，包括IGBT逆變全橋21、第一濾波電容22，第二濾波電感23 ;高頻升壓變壓器3 ;放電電路4，包括第二濾波電容41，第一放電電極42、第二放電電極43 ；
[0018]圖2中，金屬絲網431，絕緣材料432，金屬箔433。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0020]如圖1所示，本發明提供的低溫等離子體產生電路包括整流電路1、正弦逆變電路2、高頻升壓變壓器3和放電電路4 ；
[0021]整流電路I用于將交流電壓轉換成直流電壓；它包括單相整流全橋11，第一濾波電感12，限流電阻13，繼電器14，直流側電容15 ;單相整流全橋11的輸入端接交流電源，單相整流全橋11輸出端的正極接到第一濾波電感12的一端，第一濾波電感12的另一端連接到限流電阻13的一端，繼電器14與限流電阻13并聯，限流電阻13的另一端連接到直流側電容15的一端，直流側電容15的另一端連接到單相整流全橋11輸出端的負極。
[0022]正弦逆變電路2用于將直流電壓轉換成一定頻率的正弦交流電壓；培訓包括IGBT逆變全橋21、第一濾波電容22，第二濾波電感23 ; IGBT逆變全橋21的輸入端與直流側電容15的兩端并接，IGBT逆變全橋21輸出端的陽極接到第一濾波電容22的一端，第一濾波電容22的另一端接到第二濾波電感23的一端，第二濾波電感23的另一端用于連接高頻升壓變壓器3。
[0023]高頻升壓變壓器3用于將正弦電壓升壓；高頻升壓變壓器3的原方線圈的一端與第二濾波電感23的另一端連接，另一端接到IGBT逆變全橋21輸出端的陰極。高頻升壓變壓器3的鐵芯接地，高頻升壓變壓器3的副方線圈的一端連接放電電路4。高頻升壓變壓器3副方繞組的另一端接地。
[0024]放電電路4用于形成介質阻擋電暈放電來產生低溫等離子體。它包括第二濾波電容41，第一放電電極42和第二放電電極43。放電電極42和放電電極43的陽極均與高頻升壓變壓器3的副方線圈的一端連接，并聯電容41與高頻升壓變壓器3的副方繞組并聯，放電電極42和放電電極43的陰極接地。
[0025]整流電路I用于將輸入的交流電壓轉換成直流電壓。具體工作過程是:交流電壓經單相整流全橋11后轉換成直流電壓，經第一濾波電感12濾波后，通過限流電阻13對直流側電容15充電，待直流側電容15充電接近飽和時，繼電器14吸合將限流電阻13短路，直流側電容15充電穩定后，兩端輸出為紋波較小直流電壓。
[0026]正弦逆變電路2用于將直流側電容15兩端電壓轉換成一定頻率的正弦交流電壓。具體工作過程是:直流側電容15兩端的直流電壓通過IGBT逆變全橋21轉換成頻率和幅值一定的交流方波電壓，再通過由第一濾波電容22、第二濾波電感23和高頻升壓變壓器3原方繞組的電感組成的串聯諧振電路濾波，得到高頻正弦電壓，正弦電壓的頻率和幅值通過IGBT逆變全橋21的驅動信號的頻率和占空比來設定。
[0027]高頻升壓變壓器3用于將高頻正弦電壓升壓；
[0028]放電電路4用于形成介質阻擋電暈放電來產生低溫等離子體。具體工作過程是:并聯電容41與高頻升壓變壓器3的副方繞組電感形成并聯諧振電路，過濾高頻正弦電壓中含有的高次諧波，高頻正弦電壓加在第一放電電極42和第二放電電極43的陽極上，第一放電電極42和第二放電電極43的陰極接地，第一放電電極42和第二放電電極43對稱固定，當加在放電電極陽極的正弦交流電壓的頻率和幅值滿足條件時，即可在放電電極陰極的周圍產生低溫等離子體。
[0029]電極結構示意如圖2所示，第二放電電極43由金屬絲網431、絕緣材料432和金屬箔433依次疊加組成，金屬箔433作為第二放電電極43的陽極，絕緣材料432作為阻擋介質，金屬絲網431作為第二放電電極43的陰極并接地。
[0030]第一放電電極和第二放電電極的結構及大小相同，電極放電面積可根據實際使用情況調整。兩組電極的間距為數厘米，構成金屬絲網431的金屬絲的直徑小于I毫米，絕緣材料432和金屬箔433的厚度為毫米級，網孔大小一致均勻分布且每平方厘米約5?10個。
[0031]高頻交流電壓加在金屬箔433上，電壓峰值為5?15kV，頻率范圍在10?15kHz。低溫等離子體在金屬絲網431的每個網孔均勻產生。放電功率限定在lW/cm2以內，放電電流極小，且無明顯溫升，噪音小，輻射弱，不會對操作人員、設備及周圍環境產生不良影響。
[0032]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種低溫等離子體產生電路，其特征在于，它包括整流電路(I)、正弦逆變電路(2)、高頻升壓變壓器(3)和放電電路(4)； 整流電路(I)用于將交流電壓轉換成直流電壓；它包括單相整流全橋(11)、第一濾波電感(12)、限流電阻(13)、繼電器(14)和直流側電容(15);單相整流全橋(11)的輸入端接交流電源，單相整流全橋(11)輸出端的正極接到第一濾波電感(12)的一端，第一濾波電感(12)的另一端連接到限流電阻(13)的一端，繼電器(14)與限流電阻(13)并聯，限流電阻(13)的另一端連接到直流側電容(15)的一端，直流側電容(15)的另一端連接到單相整流全橋(11)輸出端的負極； 正弦逆變電路(2)用于將直流電壓轉換成一定頻率的正弦交流電壓；它包括IGBT逆變全橋(21)、第一濾波電容(22)和第二濾波電感(23) ;IGBT逆變全橋(21)的輸入端與直流側電容(15)的兩端并接，IGBT逆變全橋(21)輸出端的陽極接到第一濾波電容(22)的一端，第一濾波電容(22)的另一端接到第二濾波電感(23)的一端，第二濾波電感(23)的另一端用于連接高頻升壓變壓器(3)； 高頻升壓變壓器(3)用于將正弦電壓升壓；高頻升壓變壓器(3)的原方線圈的一端與第二濾波電感(23)的另一端連接，另一端接到IGBT逆變全橋(21)輸出端的陰極；高頻升壓變壓器(3)的鐵芯接地，高頻升壓變壓器(3)的副方線圈的一端連接放電電路(4);高頻升壓變壓器(3)副方繞組的另一端接地； 放電電路(4)用于形成介質阻擋電暈放電來產生低溫等離子體；它包括第二濾波電容(41)、第一放電電極(42)和第二放電電極(43);放電電極(42)和放電電極(43)的陽極均與高頻升壓變壓器(3)的副方線圈的一端連接，并聯電容(41)與高頻升壓變壓器(3)的副方繞組并聯，放電電極(42)和放電電極(43)的陰極接地。
2.根據權利要求1所述的低溫等離子體產生電路，其特征在于，第二放電電極(43)由金屬絲網(431)、絕緣材料(432)和金屬箔(433)依次疊加組成，金屬箔(433)作為第二放電電極(43)的陽極，絕緣材料(432)作為阻擋介質，金屬絲網(431)作為第二放電電極(43)的陰極并接地。
3.根據權利要求1或2所述的低溫等離子體產生電路，其特征在于，第二放電電極(43)與第一放電電極(42)結構及大小相同。
4.根據權利要求2所述的低溫等離子體產生電路，其特征在于，絕緣材料(432)和金屬箔(433)的厚度為毫米級。
5.根據權利要求2或4所述的低溫等離子體產生電路，其特征在于，構成金屬絲網(431)的金屬絲的直徑小于I毫米，金屬絲網(431)網孔大小一致均勻分布且每平方厘米約5?10個。
6.根據權利要求2或4所述的低溫等離子體產生電路，其特征在于，高頻交流電壓加在金屬箔(433)上，電壓峰值為5?15kV，頻率范圍在10?15kHz，放電功率限定在lW/cm2以內。
7.根據權利要求2或4所述的低溫等離子體產生電路，其特征在于，該電路用于消毒箱，第二放電電極(43)與第一放電電極(42)對稱放置，固定在消毒箱腔體內。
【文檔編號】A61L2/14GK103747606SQ201310740052
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】李黎, 劉倫, 張欽, 胡文, 林福昌 申請人:華中科技大學