Sources d'Alimentation Électrique pour l'Étude et l'Utilisation Efficace des Lampes Excimères DBD

With the aim to provide a scientific tool for the enhancement of the Dielectric Barrier Discharge (DBD) Excimer Lamps (Excilamp) performance, a current-mode converter that allows an accurate adjustment of the electrical power injected into one of those lamps, is designed and implemented. With the proposed converter, the current supplied to the lamp has a square shape, controlled by means of three parameters: amplitude, duty cycle and frequency, which provides full control of the lamp electrical power. Implementation is made considering a step-up transformer interfacing the high-voltage lamp with the converter. Experiments demonstrate the operating principle of this converter, including UV power measurements for a DBD XeCl Excilamp. The capabilities of the converter are used to analyze the lamp behavior under different combinations of these three parameters, illustrating its capabilities for finding the optimal operating point. Then a series-resonant inverter for the supply of DBD) excilamp is proposed. In order to effectively control the lamp power, the operating mode of this converter combines discontinuous current-mode and soft-commutation (ZCS), obtaining as well low electromagnetic emissions, and reduced switching losses. The mathematical relationships obtained from state plane analysis, are validated with simulations and experimental results. Finally, several topologies of DBDs power supplies are compared analytical and experimentally to elucidate the advantages of each approach. After thisWith the aim to provide a scientific tool for the enhancement of the Dielec- tric Barrier Discharge (DBD) Excimer Lamps (Excilamp) performance, a current-mode converter that allows an accurate adjustment of the electrical power injected into one of those lamps, is designed and implemented. With the proposed converter, the current supplied to the lamp has a square shape, controlled by means of three parameters: amplitude, duty cycle and frequency, which provides full control of the lamp electrical power. Implementation is made considering a step-up transformer interfacing the high-voltage lamp with the converter. Experiments demonstrate the operating principle of this converter, including UV power measurements for a DBD XeCl Excilamp. The capabilities of the converter are used to analyze the lamp behavior under different combinations of these three parameters, illustrating its capabilities for finding the optimal operating point. Then a series-resonant inverter for the supply of DBD) excilamp is proposed. In order to effectively control the lamp power, the operating mode of this converter combines discontinuous current-mode and soft-commutation (ZCS), obtaining as well low electromagnetic emissions, and reduced switching losses. The mathematical relationships obtained from state plane analysis, are validated with simulations and experimental results. Finally, several topologies of DBDs power supplies are compared analytical and experimentally to elucidate the advantages of each approach. After this work, one of the perspectives is the application of the square-shape supply in the per- formance study of other types of DBD excilamps and DBD reactors.Avec l'objectif d'améliorer le rendement des lampes à excimères (Excil-ampe) à décharge à barrière diélectrique (DBD), un convertisseur en mode de courant, qui permet un ajustement précis de la puissance électrique injectée dans ce type des lampes, à été conçu et mis en œuvre. Ce convertisseur fournit à la lampe un courant de forme d'onde carrée contrôlé au moyen de trois paramètres: l'amplitude, la fréquence et le rapport cyclique, pour obtenir un contrôle total de l'énergie électrique transmise à l'excilampe DBD. La mise en œuvre intègre un transformateur élévateur comme interface entre la lampe et un commutateur. Les expériences démontrent le principe de fonctionnement de ce convertisseur, y compris les mesures de puissance du rayonnement UV. Les degrés de liberté du convertisseur sont utilisées pour analyser le comportement de la lampe sous différentes combinaisons de ces trois paramètres, et sont utilisés pour déterminer le point de fonctionnement optimal de la lampe. Ensuite, un convertisseur à résonance du type onduleur série, est proposé pour alimenter la lampe avec une grande efficacité électrique. Afin de contrôler effectivement la puissance de la lampe, le mode de fonctionnement de ce convertisseur utilise le mode de conduction discontinue et la commutation douce (ZCS), avec lequel on obtient aussi de faibles émissions électromagnétiques et l'on réduit les pertes de commutation. Les relations mathématiques obtenues à partir de l'analyse du diagramme de phase, ont été validées par des simulations et avec des résultats expérimentaux. Enfin, différentes topologies d'alimentations pour DBD sont comparées analytiquement et expérimentalement pour évaluer objectivement les avantages de chaque approche. Une des perspectives de ce travail est l'application de l'alimentation en créneaux pour l'étude de la performance d'autres types de réacteurs et d'excilampes DBD