Análisis de la fuente cuadrada bipolar de alto voltaje usada en sistemas de descarga de barrera dieléctrica - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2021

Análisis de la fuente cuadrada bipolar de alto voltaje usada en sistemas de descarga de barrera dieléctrica

Résumé

This work presents the analysis of the bipolar square voltage source composed of a full bridge and a step-up transformer, widely used to supply dielectric barrier discharge (DBD) systems for the generation of non-thermal plasma. First, an electrical schematic of the source is shown that includes the capacitive behavior of the discharges and parasitic elements of the transformer, to explain the operation. As a result of the proposed model, it was found that the leakage inductance of the transformer has an important role to explain the behavior of the voltage and current waveforms of the DBD. Using the electrical circuits classical theory and the state plane (commonly used in the analysis of the resonant converter), equations were developed for important characteristics in the design of plasma power supplies, such as the average power delivered to the DBD, the maximum peak voltage, and the discharge duration, as a function not only of the input voltage and the switching frequency but also of some parasitic elements of the transformer and the parameters of the electrical model of the reactor where the DBD happens. The analysis and the equations developed are a new contribution useful for designers of power supplies of non-thermal plasma systems, that permits to avoid transformer and semiconductor oversizing that increases manufacturing costs. Finally, the model and the equations are compared with some experimental results using an Excimer lamp as a reactor for the DBD.
Este trabajo presenta el análisis de una fuente de voltaje bipolar cuadrada compuesta por un puente completo y un transformador elevador, utilizada ampliamente como suministro para sistemas de descarga de barrera dieléctrica (DBD) en la generación de plasma no térmico. Primero se expone un esquema eléctrico de la fuente que incluye el comportamiento capacitivo de las descargas y elementos parásitos del transformador, para explicar el funcionamiento. Como resultado del modelo propuesto, se encontró que la inductancia de fugas del transformador tiene un rol importante para explicar el comportamiento de las formas de onda de voltaje y corriente de la DBD. Utilizando la teoría clásica de circuitos eléctricos y el plano de fase (usado más comúnmente en el análisis de convertidores resonantes), se obtuvieron ecuaciones para características importantes en el diseño de las fuentes de alimentación para plasma, como la potencia promedio suministrada a la DBD, el voltaje pico máximo y la duración de la descarga, en función no solo del voltaje de entrada y la frecuencia de conmutación, sino también de los algunos elementos parásitos del transformador y los parámetros del modelo eléctrico del reactor donde se produzca la DBD. El análisis y las ecuaciones desarrolladas son una nueva contribución útil para los diseñadores de fuentes de alimentación de sistemas de plasma no térmico, que permiten evitar el sobredimensionamiento en los semiconductores y del transformador que incrementan los costos de fabricación. Finalmente se compara el modelo y las ecuaciones con algunos resultados experimentales usando una lámpara Excimer como reactor para la DBD.
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Dates et versions

hal-03362647 , version 1 (01-10-2021)
hal-03362647 , version 2 (01-10-2021)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03362647 , version 2

Citer

Camilo Sanabria, R. Diez, Hubert Piquet, David Florez. Análisis de la fuente cuadrada bipolar de alto voltaje usada en sistemas de descarga de barrera dieléctrica. Encuentro Internacional de Educación en Ingeniería, 2021, Sep 2021, Cartagena de Indias, Colombia. ⟨hal-03362647v2⟩
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