【正文】 以解決這些問題。等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體。低溫等離子體又稱為非平衡態(tài)等離子體，是當(dāng)TeTi時，即電子溫度Te高達104K以上，而其離子和中性粒子的溫度卻低至300—500 K，因此，整個體系的表觀溫度還是很低的，故又稱之為低溫等離子體[[] [D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2009.]。（1）等離子體的凈化主要是以下幾方面的綜合作用[[] Michel Moisan, Jean Barbeau, MarieCharlotte, Crevier Jacques, Pelletier, Nicolas Philip andBachirSaoudi. Plasma sterilization methods and mechanisms [J].Pure ., , , 349–358, 2002.]：1）高速粒子的穿透效應(yīng)：等離子體裝置能源源不斷的產(chǎn)生高濃度的正負離子，這些正負離子含有較高的能量，與細菌等接觸時會釋放能量。3）紫外光作用：在等離子體產(chǎn)生過程中可放出大量紫外光。高濃度的負離子同空氣中的有毒化學(xué)物質(zhì)和病菌懸浮顆粒物相互碰撞使其帶負電。（2）等離子體凈化過程1）高頻放電產(chǎn)生的瞬時高能量，打開某些有害氣體分子的化學(xué)鍵，使其分解成單質(zhì)原子或無害分子；2）等離子體中包含有大量高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子和具有強氧化性的自由基，這些活性粒子的平均能量高于氣體分子的鍵能，它們和有害氣體分子發(fā)生頻繁的碰撞，打開氣體分子的化學(xué)鍵生成單原子分子和固體顆粒，同時產(chǎn)生的大量1）活性碳吸附：發(fā)生的是物理化學(xué)反應(yīng)，是對污染物進行選擇性的吸附以及反應(yīng)。2）紫外線殺菌：紫外線是一種低能量的電磁輻射，穿透力較差，紫外線可分為長波段(320～400nm)、中波段(275～32Onm)、短波段(180～275nm)三組，短波段中240～280 nm波長的紫外線殺菌力較強。3）靜電收集器：是通過高電壓放電對微粒進行充電，其有效成分為帶電粒子，最終的產(chǎn)物為可吸入顆粒，有機污染物可以吸附于這些可吸入顆粒上，但是能量需求較高，并且需要定期清理極板，同時高電壓以及反應(yīng)過程中產(chǎn)生臭氧會對健康造成一定的隱患。雖然凈化過程可能會產(chǎn)生一定量的臭氧，但這個過程是可以控制[[]王曉明,史文祥,趙瑩,唐宇,張建功,[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2004，5（6）：9093]。（1）氣體放電法通常把在電場作用下氣體被擊穿的物理現(xiàn)象稱之為氣體放電，通過這種方式產(chǎn)生的電離氣體叫做放電等離子體。電暈放電裝置是由一個高壓直流電源、一塊梳針狀電極板和一塊平板電極組成，當(dāng)梳針電極與電源的負極相連，而平板電極與電源正極相連時，射向樣品的是以電子流為主，我們稱它為負電暈，反之則以正離子流為主，我們稱它為正電暈。此時的電流隨著電極施加的電壓提高而略有增加，但仍然很小，接近于零。此外，還有靠加熱來使物質(zhì)發(fā)生狀態(tài)變化的熱電離法和利用光子能量產(chǎn)生等離子[5]。電暈放電的特點是容易在常壓下實現(xiàn)，但其均勻性差，電子密度和能量低，活性物質(zhì)相對較少，因此在處理過程中效率相對較低，另外，電暈放電一般在較小范圍內(nèi)工作，不容易獲得大體積的等離子體，對整個室內(nèi)的空氣凈化作用不夠。介質(zhì)阻擋放電是有絕緣介質(zhì)插人放電空間的一種非平衡放電 ,又稱介質(zhì)阻擋電暈或無聲放電,是一種比較典型的通過氣體放電產(chǎn)生等離子體的技術(shù)，適用于室內(nèi)的空氣凈化。另外設(shè)計了顯示電路，遙控電路等，與以上的幾部分共同構(gòu)成整個系統(tǒng)，系統(tǒng)是開環(huán)的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所電源主電路控制電路整流逆變驅(qū)動模塊放電電極顯示，遙控等控制電路隔離變壓器變變壓器圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 主電路總體結(jié)構(gòu) 主電路設(shè)計思路主電路主要是等離子體電源部分，電源為高幅值高頻電源，頻率為幾十KHz，幅值為千伏級別，所以選擇的是逆變電源。逆變部分可以選擇全控型的橋式電路，全控型的電路可以自由的控制開關(guān)器件的開通以及關(guān)斷，由于對電源的頻率要求比較高，需要能夠及時的開通以及關(guān)斷，所以選擇的是電壓型全橋逆變電路，如圖3所示，S1和S4為一組，S2和S3為一組，兩組交替導(dǎo)通，產(chǎn)生方波。主電路具體的電路圖如圖4所示圖4主電路整體電路圖 主電路關(guān)鍵器件選擇 （1）整流橋選擇整流橋已經(jīng)有集成的原件，只需要選擇其耐壓值以及耐流值即可。2）第二代逆變電源的特點是采用自全控型器件作為逆變器的開關(guān)器件。在全控型器件當(dāng)中，IGBT以其開關(guān)頻率高、通態(tài)壓降小、驅(qū)動功率小，模塊的電壓電流等級高等優(yōu)點己成為中小功率逆變器的首選器件。在逆變過程中，因為逆變的驅(qū)動需要的是兩組互補的信號，所以我們可以選取較簡單的PWM控制作為其控制方式，通過控制芯片產(chǎn)生兩組互補的PWM信號，PWM信號再經(jīng)過驅(qū)動電路來驅(qū)動兩組IGBT。MC9S12DG128B具有高速信號處理功能必須的結(jié)構(gòu)特點。 SCI、SPI、PWM串行接口模塊。（2）逆變驅(qū)動芯片選擇在本文中逆變驅(qū)動器件選擇的是IR2136，這是整流器公司（IR）推出的逆變器驅(qū)動器集成電路系列。IR2136集成電路的性能超過光耦或變壓器，并支持高頻工作，死區(qū)時間低至250ns，一般接通/關(guān)斷時間為400ns，還可將柵驅(qū)動電路的尺寸縮減一半。PT2262和PT2272相匹配的遙控編碼器，采用CMOS工藝制造。此處可以選擇他們作為遙控器件。圖6 介質(zhì)位于金屬電極一側(cè)圖7 雙層介質(zhì) 圖8 單層介質(zhì)位于金屬電極中間 系統(tǒng)控制方式首先，選擇的控制芯片MC9S12DG128B脈寬調(diào)制(PWM)模塊可以設(shè)置為8個8位通道和4個16位通道，PWM所有通道都可以軟件編程的，包括PWM的周期和占空比等。頻率越高，產(chǎn)生等離子體的速率就越快，但是同時產(chǎn)物中會有一定量的臭氧產(chǎn)生。在0~2π周期以內(nèi)，每個二極管只有半個周期導(dǎo)通，最終得到的是單極性的脈動直流信號。這時二極管導(dǎo)通角度不是半個周期，而是小于半個周期；并且負載的平均電壓UL升高，輸出電壓紋波減小，并且RLC越大，輸出電壓越高，紋波越小。當(dāng)開通后電流先通過限流電阻，此時電流比較小，對電容充電，當(dāng)電容兩端的電壓足夠大時三極管導(dǎo)通，繼電器觸頭閉合，將限流電阻短路，此時220V的電壓完全接入整流電路中。四個IGBT的開關(guān)配合作用，在逆變之后得到方波電壓。如圖10所示兩組IGBT輪流導(dǎo)通，需要互補的信號，互補信號由單片機產(chǎn)生，但是產(chǎn)生的PWM信號不能直接用于驅(qū)動，而是需要有專門的驅(qū)動電路。如圖10所示，4路PWM信號經(jīng)HIN1，HIN2，LIN1，LIN2接入到IR2136中然后經(jīng)HO1，HO2，LO1，LO2輸出來驅(qū)動四個IGBT.圖10 逆變及逆變驅(qū)動模塊電路在系統(tǒng)中，控制模塊為弱電部分，主電路，包括整流部分以及逆變模塊為強電部分，為了防止期間損壞必須在強弱電單元之間加一個隔離單元。另外，最應(yīng)該注意的是，光耦兩側(cè)的電源不應(yīng)該共用，可以和單片機系統(tǒng)共用，強電側(cè)還需要用到一個5V的電壓源，應(yīng)該獨立提供。在全控型器件的驅(qū)動電路中要設(shè)置過流保護環(huán)節(jié)，這對器件過電流的響應(yīng)是最快的。圖12過電流保護電路另外，在IGBT模塊也設(shè)置了緩沖電路，也稱為吸收電路，如圖13所示。在IGBT關(guān)斷時，負載電流通過VDs向Cs分流，減輕了IGBT的負擔(dān)，抑制了dudt和過電壓。本模塊中選用的是MAX813L，只要單片機向WDI輸出脈沖，看門狗就不會復(fù)位。這樣我們可以設(shè)置三個檔位，通過設(shè)置單片機的PWM不同占空比設(shè)置不同的工作頻率。本模塊中使用74HC244來驅(qū)動一個數(shù)碼管顯示，顯示有0，1,2,3,四個數(shù)字，其中0是過電流的表示信號。發(fā)射的無線電波或紅外線被RF解調(diào)器或IR接收器接收并恢復(fù)為原波形。本模塊中設(shè)置了四路遙控，即用到了其六位數(shù)據(jù)引腳中的四位，使用的是D0，D1，D2，D3這四路，其他的懸空。阻擋介質(zhì)選用石英玻璃，因為石英玻璃具有均勻介電性質(zhì)。設(shè)置頻率為最大頻率30KHz時，逆變器輸出電壓波形幅值應(yīng)該與整流器輸出的電壓波形的幅值相同，其幅值為：UM=（）U2（）如圖18所示為逆變輸出的波形，幅值大約為260V，為頻率為30KHz的近似的方波圖18 逆變輸出波形在啟動介質(zhì)阻擋放電裝置時，電源輸出的波形在到達穩(wěn)定后可以達到10Kv以上，頻率為30KHz，為近似的正弦波，完全能夠滿足等離子體發(fā)生裝置的工作要求，如圖19圖19 等離子體電源輸出波形在設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)時，等離子體電源的輸出能夠滿足產(chǎn)生等離子體的要求，其頻率和幅值都可以基本達到預(yù)期的數(shù)值。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)主要包含三部分，等離子體電源，控制電路以及放電電極。系統(tǒng)整體分成三部分，每一部分都是由幾個模塊組成。系統(tǒng)是用Orcad仿真，最終的波形能夠符合介質(zhì)阻擋放電的要求，頻率和幅值都能達標(biāo)。5）系統(tǒng)可以與空調(diào)系統(tǒng)等集成[[] Michael J. Gallagher, Alexander Gutsol, Gary Friedman, Plasma Applications in AirSterilization [J].Pure ., , , –358]。兩位老師學(xué)識淵博，教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而又平易近人，對科研精益求精，這些優(yōu)秀品質(zhì)帶給我的影響，無論在以后的研究生生活中還是更長遠的工作中，我將備受激勵，受益匪淺！在此，衷心感謝兩位老師對我的指導(dǎo)