Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 11 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

Pulse repetition rate influence on switching characteristics in a high-voltage switch

P.A. Bokhan1, P.P. Gugin1, D.E. Zakrevsky1, M.A. Lavrukhin1

1 A.V. Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, SB RAS, Novosibirsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.11.8 UDC 621.387.3 EDN WNPZTJ

Abstract

The work is devoted to the study of the influence of the pulse repetition frequency on the switching characteristics of a composite gas-discharge switch - Eptron. It consists of two sections: hollow cathode and a capillary. The frequency range of 5-500 kHz was studied at a pulsed anode voltage of up to 30 kV. A comparative analysis of the inter-sectional conditions coordination of the discharge ignition and combustion was carried out with an increase in the pulse repetition rate and the use of a preliminary discharge to increase the initial electrons concentration in the cathode cavity.

  • capillary discharge
  • plasma cathode
  • high-voltage switch
  • high frequency
  • nanosecond pulse
Аннотация (на русском)

Влияние частоты повторения импульсов на коммутационные характеристики в высоковольтном коммутаторе

Работа посвящена исследованию влияния частоты повторения импульсов на коммутационные характеристики составного газоразрядного коммутатора эптрона, состоящего из секций полого катода и капилляра. Исследован диапазон частот 5-500 кГц при импульсном анодном напряжении до 30 кВ. Проведен сравнительный анализ межсекционного согласования условий зажигания и горения разряда при повышении частоты повторения импульсов и использовании предварительного разряда для повышения начальной концентрации электронов в катодной полости.

For citation

Bokhan P.A., Gugin P.P., Zakrevsky D.E., Lavrukhin M.A. Pulse repetition rate influence on switching characteristics in a high-voltage switch // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.8

References

  1. Akiyama H., Sakugawa T., Namihira T., Takaki K., Minamitani Y., Shimomura N. Industrial Applications of Pulsed Power Technology // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. - 2007. - V. 14. - № 5. - P. 1051. https://doi.org/10.1109/TDEI.2007.4339465
  2. Abadi M.R.Q.R., Marzebali M.H., Abolghasemi V., Anisi M.H. High-Voltage Pulse Generators for Electroporation Applications: A Systematic Review // IEEE Access. - 2022. - V. 10. - P. 64933. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3184015
  3. Trigub M. V., Troitskii V. O., Karasev N. V. Atypical excitation mode of CuBr+ Ne and CuBr+ Ne+ HBr active media // Optical and Quantum Electronics. - 2023. - V. 55. - № 10. - P. 873. https://doi.org/10.1007/s11082-023-05086-z
  4. Guo X., Zheng D., Blaabjerg F. Power Electronic Pulse Generators for Water Treatment Application: A Review// IEEE Trans. Power Electron. - 2020. - V. 35. - № 10. - P. 10285. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.2976145
  5. Beckers F. J. C. M., Hoeben W. F. L. M., Huiskamp T. et al. Pulsed Corona Demonstrator for Semi-Industrial Scale Air Purification// IEEE Trans. Plasma Sci. - 2013. - V. 40. - № 10. - P. 2920. https://doi.org/10.1109/TPS.2013.2275035
  6. Chanturia V. A., Bunin I. Z., Ryazantseva M. V. et al. Modification of Structural, Chemical and Process Properties of Rare Metal Minerals under Treatment by High-Voltage Nanosecond Pulses// J. Min. Sci. - 2018. - V. 53. - P. 718. https://doi.org/10.1134/S1062739117042704
  7. Bokhan P. A., Gugin P. P., Zakrevskii Dm. E. et al. Frequency and energy characteristics of a Cu - Ne laser at different durations of the leading edge of the excitation pulse // Quantum Electron. - 2019. - V. 49. - № 8. - P. 749. https://doi.org/10.1070/QEL16987
  8. Бохан П. А., Гугин П. П., Закревский Д. Э. и др. Исследование параметров объемного газового разряда высокого давления при частоте следования импульсов до 100 kHz // Письма в ЖТФ. - 2024. - Т. 50. - № 19. - С. 9. https://doi.org/10.61011/PJTF.2024.19.58648.19992
  9. Bokhan, P. A., Gugin, P. P., Lavrukhin, M. A. et al. A high-voltage subnanosecond sharpener based on a combination of ‘open'and capillary discharges //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2018. - V. 51. - № 36. - P. 364001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aad351
  10. Бохан П. А., Гугин П. П., Закревский Д. Э. и др. Механизм субнаносекундной коммутации в эптроне // Письма в Журнал технической физики. - 2025. - Т. 51. - № 12. - С. 33-37. https://doi.org/10.61011/PJTF.2025.12.60611.20238
  11. Bokhan P. A., Gugin P. P., Lavrukhin M. A. et al. Pulse-periodic gas discharge in atmospheric pressure helium with nanosecond excitation fronts //Physics of Plasmas. - 2023. - V. 30. - № 10. - P. 103506. https://doi.org/10.1063/5.0164607
  12. Белкин В. С., Шульженко Г. И. Формирователи мощных наносекундных и пикосекундных импульсов на полупроводниковой элементной базе. Препринт ИЯФ им. Г. И. Будкера.- Новосибирск, 1991. -35 с.
  13. Fitch R. A., Howell V. T. S. // Proceed. of the Institution of Electrical Engineers., IET Digital Library. - 1964. - V. 111. - № 4. - P. 849. https://doi.org/10.1049/piee.1964.0139