Prozessstromquellen zur Erzeugung bipolarer, steilflankiger Mittelspannungspulse für die dielektrische Barriereentladung

Derzeit übliche Prozessstromquellen (PSQ) für die dielektrische Barriereentladung (DBD) erzeugen sinusförmige Spannungen mit Amplituden bis zu 10kV und Frequenzen bis zu 100kHz und arbeiten dabei nach einer resonanten Funktionsweise. Diese PSQs haben den Nachteil, nicht gezielt Einfluss nehmen zu können auf Intensität, Form oder Anzahl der Mikroentladungen. Mit PSQs, welche bipolare, steilflankige Spannungspulse (Scheitelwerte bis zu 10kV und Pulsanstiegszeiten kleiner als 50ns) erzeugen, können die Intensität, Form und Anzahl der Entladungen direkt beeinflusst werden. Solche PSQs liefern damit das Potential, die Eigenschaften der DBD zu optimieren. Aktuelle Lösungsansätze für gepulste PSQs unter Verwendung von Leistungshalbleitern haben die Einschränkungen, dass sie entweder nur unipolare Ausgangsspannungen erzeugen können oder die Pulsanstiegszeit zu groß ist. Im Rahmen dieser Arbeit werden drei unterschiedliche Schaltungskonzepte unter Verwendung von MOSFETs vorgestellt, analysiert und miteinander verglichen. Sie sind in der Lage, die gewünschten bipolaren, steilflankigen Spanungspulse zu erzeugen.
Das zuerst vorgestellte Schaltungskonzept ist ein Vierquadrantensteller mit Hochspannungsschaltern. Die Hochspannungsschalter werden durch eine Serienschaltung von MOSFETs realisiert unter Einsatz einer transformatorischen Präzisionsansteuerung in Kombination mit Kappgliedern. Die zweite Topologie ist ein Marxgenerator. Hier wird ein neuartiges Konzept vorgestellt, welches im Gegensatz zu bereits bekannten Marxgeneratoren mit einer geringeren Anzahl an Leistungshalbleiter-Bauelementen auskommt. Das dritte Schaltungskonzept basiert auf Pulstransformatoren. Für die Aufgabenstellung erweisen sich Pulstransformatoren in koaxialer Struktur als zielführend.