工业领域使用的plasma设备的等离子体粒子是怎么形成的:
作为物质的第四态,以其独特的离子效应、优良的导电性和显著的集体运动行为,广泛应用于能源、信息材料、化学工业、医学、空间物理等领域。同时,等离子体的应用和推广也对plasma设备的设计提出了更高的要求。由于传统的直流等离子体发生器能耗高、效率低,设计新型高效等离子体发生器以满足现代工业对等离子体发生器的更高要求显得越来越重要。
针对传统直流plasma设备存在的问题,设计了一种高频高压等离子体发生器。该系统由移相全桥PWM控制模块、功率驱动模块、高稳定度双谐振升压模块等模块组成,可有效提高输入电源效率,大幅降低驱动电路热损耗,稳定产生等离子体。
当在感应线圈上施加一个高频电场后部分通过空气电离过程中产生的带电粒子做高速发展运动可以二次利用碰撞气体原子之间形成一种电离并在垂直于磁场作用方向的截面上没有形成闭合环形涡流。根据不同等离子体涡流效应分析可知,电流的频率越来越高磁通变化率越大感应电动势越大涡流效果越显著提高等离子体束越稳定。由于这些高频交变电流涡流效应的存在等离子体束具有趋肤效应。
电流频率越高,穿透深度越小,趋肤效应越显著,等离子体中带电粒子越集中。在表面层中,表面层的电子密度增加,并且自吸收现象(当从发射器辐射的谱线被其自身原子吸收时谱线中心的强度降低的现象)减少,并且等离子体变得更加稳定。
因此,当放电端的电压频率和交流电频率分别达到相应的阈值时,稳定性好、电子密度高的等离子体谐振升压电路可以增强输入信号,实现等离子体的稳定产生。
在高频升压电路的设计中,系统采用了基于LC谐振理论的高频谐振固态Tesla升压电路。该电路由低压输入端、主电容器组、谐振开关、初级线圈和放电端组成,可在放电端形成高压电场,实现高频高压条件下的等离子体产生。在高频等离子体设备系统中,移相全桥控制电路提供的控制信号由功率晶体管驱动,输入信号由高频谐振升压电路升压,实现等离子体的稳定产生,从而降低驱动管消耗,提高输入功率效率。