【正文】 載流子（電子和空穴）的運(yùn)動(dòng)形成，所以稱為雙極性晶體管。GTO 是多元的功率集成器件，它內(nèi)部包含了數(shù)十個(gè)甚至是數(shù)百個(gè)共陽極的 GTO 元，這些小的 GTO 元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，且每個(gè) GTO 元陰極和門極距離很短，有效的減小了橫向電阻因此我們可以從門極抽出電流而使它關(guān)斷。隨著全控型快速半導(dǎo)體器件性能價(jià)格比的提高和 PWM 技術(shù)的日漸完善和新技術(shù)新工藝新材料的使用，SPWM 技術(shù)將在電氣傳動(dòng)及電力系統(tǒng)中得到更廣泛的運(yùn)用。這個(gè)任務(wù)可以用模擬電子電路、數(shù)字電路或?qū)Ｓ玫拇笠?guī)模集成電路芯片等硬件電路來完成，也可以用計(jì)算機(jī)通過軟件生成 SPWM 波形。綜上所述，同步調(diào)制方式效果比異步調(diào)制方式好，但同步調(diào)制控制方式較復(fù)雜，一般要用微機(jī)進(jìn)行控制。正負(fù)半周的脈沖對(duì)稱，而且半個(gè)周期脈沖排列其左右也是對(duì)稱的，輸出波形等效于正弦波。所以在采用異步調(diào)制控制方式時(shí)，要盡量提高載波頻率 fc，使不對(duì)稱的影響盡量減少，輸出波形接近正弦波。在異步調(diào)制控制方式中，通常 fc 固定不變，逆變輸出電壓頻率的調(diào)節(jié)是通過改變 fr 的大小來實(shí)現(xiàn)的，所以載波比 N 也隨時(shí)跟著變化，就難以同步。逆變電路輸出的 u0為 PWM 波形，如圖 220 所示，u 0f為 u0的基波分量。②當(dāng) ur負(fù)半周時(shí)，讓 V2 一直保持通態(tài)，V1 保持?jǐn)鄳B(tài)。依據(jù)計(jì)算結(jié)果來控制逆變電路中各個(gè)開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的 PWM 波形，但是這種計(jì)算很繁瑣，較為實(shí)用的方法是采用調(diào)制控制，如圖 220 所示，把所希望輸出的正弦波作為調(diào)制信號(hào) ur，把接受調(diào)制的等腰三角波作為載波信號(hào) uc。電路如圖 219 所示，采用 IGBT 作為逆變電路的自關(guān)斷開關(guān)器件。如圖 218 所示，一個(gè)正弦半波完全可以用等幅不等寬的脈沖列來等效，但必須做到正弦半波所等分的 6 塊陰影面積與相對(duì)應(yīng)的 6 個(gè)脈沖列的陰影面積相等，圖 217 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖(a) (b) (c)其作用效果就基本相同，對(duì)于正弦波的負(fù)半周，用同樣方法可得到 PWM 波形來取代正弦負(fù)半波。（2）可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近正弦波的輸出電壓波形，低次諧波減少，在電氣傳動(dòng)中，可使傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈沖的大大減少，擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能。Oi14Tπ≤ωt≤π+θ 期間， 和 有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于電流 為負(fù)值， 、 不23 Oi23導(dǎo)通， 、 導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用， =－ 。圖 215 電流型逆變電路原理圖1）純電阻負(fù)載時(shí)同單相半橋逆變電路相比，在相同負(fù)載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。從上述可得出直流邊電壓無脈動(dòng)能輸出穩(wěn)定矩形波的電壓型逆變電路更適合本設(shè)計(jì)的需求。2）電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。3） 電感性負(fù)載時(shí)，需要提供無功功率。本設(shè)計(jì)中所要用到的是無源逆變。 DC/AC 逆變電路開關(guān)電源中的一個(gè)重要的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是把工頻整流后得到的直流電由電子開關(guān)變換成負(fù)載需要的交流電。電感濾波的優(yōu)點(diǎn)有：整流二極管的導(dǎo)電角大，峰值電流小，輸出特性較平坦。L 愈大，濾波效果愈好。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反，阻止電流的增加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能存儲(chǔ)于電感之中；當(dāng)通過電感線圈的電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相同，阻止電流的減小，同時(shí)釋放出存儲(chǔ)的能量，以補(bǔ)償電流的減小。 圖 212 電容濾波外特性曲線名 稱 VO(空載) VO(帶載) 二極管反向最大 電壓 每管平均電流半波整流 IO全波整流、電容濾波 * 橋式整流、電容濾波 * 橋式整流、電感濾波 *使用條件： 電感濾波電路在大電流的情況下，由于負(fù)載電阻 RL 很小。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。 圖 210 電容濾波電路波形需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù) RLC 增加時(shí)， t1點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減??；反之， RLC 減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。所以剛過 ?t=?/2 時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。當(dāng) v2到達(dá) ?t=?/2 時(shí)，開始下降。 電容濾波電路 現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來說明。 濾波電路的論證及設(shè)計(jì) 濾波的基本概念 濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。弱點(diǎn)是：輸出電壓脈動(dòng)沖大，負(fù)載電流脈沖大（電阻性負(fù)載時(shí)），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。因此選擇單相電源會(huì)更加合適。直到在負(fù)半周相當(dāng)于 角的時(shí)刻，給 VT2 和 VT3 同時(shí)加觸發(fā)脈沖，則因 VT2 的陽極電位比 VT1 高，VT3 的陰極電位比 VT4 的低，故 VT2 和 VT3 被觸發(fā)導(dǎo)通，分別替換了 VT1 和 VT4，而 VT1和 VT4 將由于 VT2 和 VT3 的導(dǎo)通承受反壓而關(guān)斷，負(fù)載電流也改為經(jīng)過 VT2 和 VT3 了。單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載電路參數(shù)的計(jì)算：輸出電壓平均值的計(jì)算公式2）、 電感性負(fù)載圖 29 單相橋式全控整流電感性負(fù)載(a) 電路圖 （b） 波形圖圖 29（a）單相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載時(shí)的電路。直到電源電壓負(fù)半周結(jié)束，電壓 u2 過零時(shí)，電流 id 也過零，使得 VT2 和 VT3 關(guān)斷。因?yàn)槭请娮栊载?fù)載，所以電流 id 也跟隨電壓的變化而變化。晶閘管和整流二極管的導(dǎo)通角為 ?????，電路的工作波形如圖 27 所示參照電路工作波形圖，可計(jì)算出如下數(shù)量關(guān)系：輸出電壓平均值 O(AV)U)ωd( sin2πα O(AV) ??????UU (225)晶閘管與整流二極管電流的平均值 (AV)I、 ()I與有效值 1VI、 2Oπα O(AV)21()V παt)(1II ??? (226)πα 221t)ωd(III? (227)續(xù)流二極管電流的平均值 5(AV)與有效值 5VOα0 O(AV)5πt)d(2πIII? (228)α0 5t)ω(III?? (229)變壓器二次繞組的有效值 2OOπα 22 παt)d(][1III ???? (2210)單相橋式全控整流電路1）、帶電阻負(fù)載的工作情況單相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)的電路及工作波形如圖 28 所示。當(dāng)在 2u的負(fù)半周 ωt =π+α 時(shí)， Gu觸發(fā) V2導(dǎo)通，電流流經(jīng) VL、R、V 3，負(fù)載上得到與正半周相同波形的整流輸出電壓 o?。電流又流經(jīng)VL、R、V 4，電感儲(chǔ)能，如此不斷循環(huán)下去，進(jìn)而導(dǎo)致處于直通狀態(tài)的晶閘管因過熱而損壞。當(dāng)電流到達(dá)最大值時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，而后電流隨 2沿正半周減小，電感感應(yīng)電勢(shì)改變極性，和 2u相同。由于電感性元件的存在，電路中的電流不能發(fā)生躍變，因此，整流電路接電感性負(fù)載和接電阻性負(fù)載的情況大不相同。由波形圖進(jìn)行分析，可得 2cos1πt)ωd( sin2π1() ?????Uα (221)即 (AV)? (222)由式可見，當(dāng) U固定時(shí)，只需改變 α 的大小，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓 O(AV)U，O(AV)U與 α 的關(guān)系曲線如圖 25。這時(shí) V1和 V4因承受反向電壓而處于阻斷狀態(tài)。由于晶閘管導(dǎo)通時(shí)管壓降很小，所以負(fù)載上的電壓 2o?。本節(jié)主要以單相橋式電路為例來討論其工作原理。負(fù)載不同時(shí)，其工作特點(diǎn)不同。負(fù)載電流的平均值結(jié)論：在輸入電壓相同的情況下，全波整流輸出電流平均值為半波整流電路的兩倍。u O=u2，D 1和 D3管承受的反向電壓為 u2。1. 單相橋式不可控整流電路 圖 22 單相橋式不可控整流電路1）、工作原理設(shè)變壓器 ，U 2為其有效值。隨著電力電子學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)開始使用可關(guān)斷的器件（例 IGBT等）來構(gòu)成斬波控制型的整流電路?？煽卣鞯碾娐芬话阌烧髌鞯闹麟娐罚ǔ：?jiǎn)稱為整流電路）及其觸發(fā)控制電路組成。控制電路由 SPWM 產(chǎn)生的電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、基準(zhǔn)正弦波電路、頻率調(diào)節(jié)電路、過流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路以及相應(yīng)的顯示電路組成。在此基礎(chǔ)上，成功研制了一臺(tái)單相輸出電壓可調(diào)、頻率連續(xù)可調(diào)的等離子體高壓電源。c)、 同時(shí)，滅菌后的器械沒有藥物殘留，對(duì)醫(yī)護(hù)人員沒有傷害。如：光纖軟硬式內(nèi)窺鏡，電子器械，金屬手術(shù)器械，非金屬手術(shù)器械，導(dǎo)聯(lián)線，電極片，顱腦鉆，呼吸面罩，探頭，擴(kuò)張器，電池，導(dǎo)聯(lián)線，玻璃器皿，硅橡膠，聚乙烯，機(jī)電器械，實(shí)驗(yàn)室各類非耐熱儀器等。等離子體滅菌器作用原理：（1）活性基團(tuán)的作用，等離子體中含有大量活性氧離子，高能自由基團(tuán)等成分，極易與細(xì)菌，霉菌，芽孢和病菌中蛋白質(zhì)和核酸物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)而變性 ，從而使各類微生物死亡?；瘜W(xué)滅菌劑必須有揮發(fā)性，以便清除滅菌后材料上殘余的藥物。 滲透壓滅菌 　 利用高滲透壓溶液進(jìn)行滅菌的方法。 輻射滅菌 　 在一定條件下利用射線進(jìn)行滅菌的方法。 間歇滅菌 　 連續(xù) 3 天,每天進(jìn)行一次蒸氣滅菌的方法。 濕熱滅菌 　 以沸水、蒸氣和蒸氣加壓滅菌。 熱滅菌法 　 利用高溫使微生物細(xì)胞內(nèi)的一切蛋白質(zhì)變性，酶活性消失，致使細(xì)胞死亡。 滅菌的定義所謂滅菌，就是用理化方法殺死一定物質(zhì)中的微生物的微生物學(xué)基本技術(shù)。牛奶、飲料等食品可放在 62～63℃下處理 30 分鐘進(jìn)行消毒。常用的消毒劑種類很多，有 75%酒精、碘酒、紅溴汞（紅藥水）、龍膽紫（紫藥水）、氯等。常用的消毒法有物理的加熱消毒法和化學(xué)的藥劑消毒法。關(guān)鍵詞：低溫等離子體；SPWM 調(diào)制技術(shù)；電源 AbstractThe technology of the lowtemperature sterilization has been researched by all over the world because of its many advantages such as fast, safe and high efficiency. The present design is the use of dielectric barrier discharge plasma principle, the development of a plasma sterilization design is based on the SPWM pulseduration modulation technology. And take advantage of the LM4651 drives PWM control’s entire bridge high frequency inversion electric circuit and the low pass filter, obtains the frequency adjustable voltage, the power supply can track the load resonant frequency rapidly and accurately.Key words: lowtemperature plasma。摘 要低溫等離子消毒技術(shù)因其具有快捷、安全和高效率等優(yōu)點(diǎn)而受到國(guó)內(nèi)外廣泛研究。例如對(duì)于不適宜用高溫蒸汽法和紅外法消毒處理的塑膠、光纖、人工晶體及光學(xué)玻璃材料、不適合用微波法處理的金屬物品，以及不易達(dá)到消毒效果的縫隙角落等地方，采用本技術(shù)，能在低溫下很好地達(dá)到消菌滅菌處理而不會(huì)對(duì)被處理物品造成損壞。隨著電力電子技術(shù)和開關(guān)器件的發(fā)展，高壓逆變電源的高頻化及脈寬調(diào)制波形改善技術(shù)使得高壓電源的性能成倍提高，體積成倍減小，應(yīng)用范圍越來越廣。因而要求等離子體發(fā)生器具有體積小，重量輕，易于控制和高可靠性的特點(diǎn)。 曲線圖標(biāo)要求：所有曲線、圖標(biāo)、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識(shí)、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法、試驗(yàn)方法、測(cè)試方法，測(cè)試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。4） 、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：輸出電壓幅度變化范圍；輸出電壓頻率變化范圍：10℃—40℃；市電電源供電。 b) 指標(biāo)要求順序：可靠、高精度、體積小、重量輕、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、低成本、低能耗、低電磁污染。? 對(duì)高壓高頻的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)，對(duì)各部分電路進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。? 闡述等離子體的物理效應(yīng)和應(yīng)用。傳統(tǒng)的高壓電源因其體積和重量都比較大，且可靠性較低，不能滿足各種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的要求。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課題名稱：低溫等離子體消毒滅菌設(shè)備的電源設(shè)計(jì)二、指導(dǎo)老師：林波三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求課題概述關(guān)于低溫等離子體的消毒滅菌機(jī)理，迄今為止人們還不能夠給出比較圓滿的答案。 對(duì)高壓高頻電源的最重要的要求是體積小，重量輕，易于控制和高可靠性。設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1)、設(shè)計(jì)內(nèi)容? 簡(jiǎn)單說明各種低溫滅菌方法的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述等離子體低溫滅菌的突出優(yōu)越性，然后稍加展開說明離子體低溫消毒滅菌的原理。? 分析高