Fast and flexible solid-state linear transformer driver for plasma discharge based on metal oxide semiconductor field effect transistor

晶体管 材料科学 半导体 场效应晶体管 变压器 等离子体 固态 光电子学 电气工程 电压 工程物理 工程类 物理 量子力学
作者
Haorui Xue,Qi Yuan,Weidong Ding,Yang Meng,Zhenbo Wan,Yanan Wang
出处
期刊:Review of Scientific Instruments [American Institute of Physics]
卷期号:95 (5) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0202802
摘要

A pulsed power supply with a short rise time and high repetition frequency is favorable to driving diffusive plasma for strongly oxidizing radical (O3, OH) generation and increasing the system’s energy efficiency. In this paper, a 10-stage solid-state linear transformer driver (LTD) with a nanosecond rise time is developed to drive plasma for wastewater treatment. To decrease the rise time, a control system with low jitter is developed to improve the synchronization of pulses using an optocoupler isolation chip. A 10-stage LTD with a rise time of 6.2 ns is realized in the case that the rise time of the single-stage LTD is 5.4 ns. The results show that the LTD can generate pulses on a 300 Ω resistive load with a repetition frequency of 10 kHz, an amplitude of 8.80 kV, an overshoot less than 3.97%, and a reverse overshoot less than 4.82%. The rise time (6.2–33.0 ns), the pulse width (35.9–200.0 ns), and the fall time (10.5–27.6 ns) can be adjusted flexibly and independently by controlling the drive signals of metal oxide semiconductor field effect transistors. The pulsed generator is utilized to drive plasma in the needle-water electrode system. The preliminary experimental results show that the plasma includes abundant oxygen atoms and hydroxyl radicals with high activity, and it is suitable for wastewater treatment.

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