In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  2, June  2 01 9, pp.  594~ 6 0 1   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 2.pp 5 94- 60 1           594     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Dimmer and n e on transformer  as a power controll a ble  generator for atmosph eric pressure plasma jet       R o sn ah   M oh d Z i n 1 ,  C h in   F h o n g  S oo n 2 , Na d hia   Mo hd Y u so f 3 ,   E l f a  R i z a n  R i z o n 4 ,  M a rli a   M or s i n 5 ,    K i a n  S ek  T ee 6 ,  M o hd  K ha i r u l  A h m a d 7 , Nafar i z a l   N ay a n 8   1 , 2, 3 , 4, 5, 6, 7, 8  Facul t y of Elect r i cal  a nd E l ect ronic  E n gineering,  U ni ve rsiti Tu n   H u s s ein O n n   M a laysia, M alaysia  2, 7, 8   Bio s e n so r a n d   Bioe n g ine e r in g La bo ra to ry , U nive rsi ti Tu n  Hu sse i n  On n  M al ays i a, M al aysia      Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  No v   2 9 ,  2 018  Re vise d Jan  2,  201 9   Ac ce p t ed  J an  18 ,  2 0 19      The   fe a s ib il ity   o f   a   d imm e r  a n d  n e on   t ra n s fo rme r   t o   pro v i de   p ow er  c o n t r ol   t o  th e  atm o sp heri c   pres su re  p l a sma  j e t  (A PP J)  i s  pres ented   i n   t h i s   p ap e r .   Th e  st and a rd  n eon   t r ansf o r m e r  was   p r evio us ly   s hown  app licab le  t o  po wer  up  a   pl asm a   t orch   t o   g e nerate  p l a sm a  i rradiatio n  o f   a n   A PPJ   a t   8. 64k v   and   35 kH z.   Howe ve r,   t he   p la sm a   e m i s s i on   i s  no t   c o ntro ll a b le .  In   t h i s  s t u d y ,  a  lamp   di mm er  w as  p ro pos ed  t o   fu nct i o n   a s  a  p o wer  co nt roll er  t o   th e  ne on   tran s f o r m e r wh ich driv es the gen era t io n of   p lasma and   di sch a rg e d wit h  arg on   gas .   W i t h   th e  dim m er  o ut put  v o l t a ge  a d j u s t a b l e  f r om   6 0   -  22 0V,   the  power  and   curr en t  o f   t he  d im m e r  were  v ariab l e  fro m   8. 4  t o   83. 6  W   and   0 . 08   a nd   0. 38  A ,   r esp ectiv ely .   T h e   t emperat u re  m easu r ed   a t  th e  qu artz  t u be  a n d   sam p le  e xp os ure  si te  w ere  les s   t h a n  5 0 o C  sug g ested   t h a t   t he  A P P J  pro duced   were  n o n -t herm al.   A   sim p le  t es t  by   e xpo si ng   p las m a  p l um e   t o   a   l eaf   s am p l e  sh ow ed  t h a t  t h e  pl asm a   p ro du ced  w er e  no n-d a mag i n g   t o  th e   leaf .  This  po rtab le  s y s t e m  can  p ro vi de  c o n tro l   t o  t h e  A P PJ  a nd   a pp li ca b l e  fo r   bi oen g in eerin g stu d i e s. K eyw ord s :   Atmospher i c pressu r e   p l a sma  jet  Di mmer  N e on  t r ans f orm e r  Plasm a   t o r ch       Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Chi n  F ho ng S o on ,     F acul t y  o f  Electri cal an d   Elect ronic E n g i neeri n g ,   Unive r siti Tun  Huss ein Onn   Ma l a ysia,     8 6 4 0 0   Parit Ra j a ,   Batu  Pah at, Joh or, Ma l aysi a ,  Em ail:  soo n @ ut hm .edu. my       1.   I N TR OD U C TI O N   Plasm a   h as  w i d e   a p p lica t i o n   in   p la sm a   clea n i n g ,   s u rface   m od ific ati o n,  m od ify i ng   a dhe s i on   pro p er t i e s   a nd   e tc h i n g   o f  se mic ond uc t o r ,   p a c k a g i n g  m a teria l   p r o ce ssi ng,  p lasm a  m e dic i ne   a n d   f o o d   s t e r i l iz at i o n   [ 1 - 2 ] .  P las m a is  a h ig h l y   i o niz e d  a nd  elec t r i c a l l y co n duc t i v e  gas w it h posi t ive   io ns, fre e  e l ectro ns  and   ra d i c a ls   p r o d u ce d  a t   l ow   p r e ssures  or  h i g h   tem p era t ur e   ge ne ra ll y .   G en e r al l y ,  p l as m a   i s  a  goo d  e l e c t r i c al  c o ndu c t o r   a nd  t h e   d en si ty   o f   th e   pl asma  c an   b e  co nt rol l e d   by   t h e e l ec t r i c   a nd  m ag ne tic fi e ld s  [3] .  The  a moun t  of  p la sm a  pro duce d   d e p e n ds  o n   t h e  de gre e   o f  i o niza t i o n   a nd  tem p e r a t u r e s .   D i f f e r e n t  t y p e  o f   g a s e s   s u c h  a s   H e li um,   A r gon ,   N itro g e n ,   C a rbo n   d iox i de  a nd   a i r   c a n   b e   use d   t o   p r oduc e  pl a s ma   [ 2 ] .   Pl a s ma   g e n e r a t i o n   i s   di vide d   i n t o   t her m a l   a n d   n on- therm a l  ( c ol d  a t m o sphe r i c  p l asm a )   t y p e .  Th erma l   pl a s ma   i s  i ndu ce d   by  elec tr ons  a n d   h eav y  p a rt icle s  a t   t he  s a m e   tem p er at ure  un d e r  the rma l   e q u il ib ri u m .  Co ntrary,  non-therm a l  pla s ma s have  t he  i o n s  an d e l e c tro n s a t   r e l a t i v el y  low e r te mpe r a t u re  or  dow n to r oo m   t e mpe r ature   [2] .   In  a   v ac u u m  c h a m be r,  l ow   p ressure   p l a sma   ge nera t e s   h i gh   c o n ce nt ra tio n   o f   r e a c t i v e  sp eci e s   t h a t   are  fu nc ti o n al  t o  e t ch  o r  dep o s i t  t h i n   f i l m s .  The   di sa d v an ta ges   of  the   s y st e m   a re   h i g h  ma int e na nce  c o s t   a n d   t he   si z e   o f  t h e  o b j ect  t o  b e   p l a s m a - trea t e d  i s   l i m ited.  T o  have   a n  ec onom ic  p la sm a  syste m   a nd  w i der   a p p l ic a t io n   are a ,   atm o sph e ric- pressure   p lasm a  is  a n  a lter n a t i v e   t h a t   can  b e   s o u g h t   o u t .  F o r  gene rati on  of  p l a s m a   at  atm o sphe ric   pr essure,   hi g h   e le ctrica l   po t e nti a l  i s   r eq u i re d.  I n  t h e   b a s i c  s e t u p   o f   a   p l a s m a  t o r c h   o f   a n   A P P J   syste m ,   a   con duc tive   e l ec t r o d e  ( a n o d e)   i s   in serted   t o  a  quar t z  t u b e   a nd   a   g roun d  (c a t hod e )   e l ect ro d e   i s  wrap p e d   a r ound   t h e   q u a rt z   tu b e .  A  g r o u n d   p l a t e  can   a l s o   b e   u se d   t o   f unc t i on   a s  th e   c a t h od e  of  t h e   A P P J   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       D i m m e r  and n e o n   t r a n s f o r m e r as  a po wer c o n t r o ll a b le  ge n e rator f o r …  ( R os na h Mo h d   Z i n)   59 5 sys t em . Usuall y ,   qua rtz i s  use d as  a   d ielec t ri c  m a t e rial  w hi c h   l i mi ts  t he c ur r e nt tha t f l o w s ou t  o f  t he tube .   The   pa i r   o f  ele c t ro des  ar e  used  t o   ene r gize  a nd  disc harge   t h e   car ri er  g a s es  a nd  re leasi n g  p l a s ma   j et  c o n s i stin g  o f   f r e e   elec tr ons,   i o ns,   ul tr a - vio l e t   r ay s,   o z one   a nd   r ea ct iv e  o x i d a t i v e   s p eci es  [ 2 ] .  T h e   e l ectri c   fi e l d  con t rol s   t h e   e l e c tr om agne t i c   r a d ia tio n  of  t he  p lasm a  [3] .   S om etim es,  sm all  p e r ce n t ag e  of  o xy ge n  is  a dde d  t o   i n c r e a s e  t h e  ge nera t i o n  of c h e m ic a lly  r e active  at oms  and  m o lecu le s.    The r e  ar e   seve r a l  com m on  so ur ces  o f  pow e r   s u p p l ies  th at  c ou ld  e n e rgi ze  t h e  el ec t r od e s   o f  pl a s m a   to rc h   at  s e v eral   k ilovo lts  [2 ]-[5 ].  T h e s e   p l a s m a  p o w er  s u p p lies   i nc l ude  R F   pulse d  h i gh  vo l t age  am p l if i e r   [2] ,   z e r o   v o l ta ge  s w itc hi n g   d r i ve r / f l y b a c k  tr ans f or me r   [4] ,   D C  p u l se d  p o w e r   sup p l y   [ 5] ,   aut o tr ans f or me r   [6]   an d  hi g h   v o lta ge   m ixer   a mpl i f ie r   [ 7 ] .   T he y  a r e  us ua ll y  hea v y,   b ul k y   a n d   c os tly.   To   e nergiz e   a  s i mp le  p la sm a  sy st e m   w i t h  a   v a r i a b l e   p o w e r   s upp ly ,  a   h i gh  vo lt ag e   po wer  sup p l y  c o nsi s ts  o f  a  lam p   d im m e r   dr iv i n g   a  ne on   tr a n sf or m e r   is  p r o pose d .   The   obje c t i v e   o f   t hi s  pa pe r   w a s  to   i n v e s ti ga te  t he   f e a s i bil i t y   o f   a p pl y i ng  a   lam p   dim m e r   t o  c o n t r o l   the   p o w e r   de li ver e d  t o   a   p la sm a  tor c h.     Wit h   t h e  v a r i a b l e   A C   po we r  s u ppl y   to   t h e   n eo n  tr a n sf or m e r ,   t he   e m i ssio n  o f   t he  e l e c t r o m a g n et ic  r a d iat i on s  of  t h e  p l asm a   j et  c an  b e  c ontr o l l a b le  a nd  st ud ie d   fo r  different   a p p l ica tion s .  In   t h i s  wo rk ,   th e  eff e c t s   of   v ar y i n g  th e   in p u t  A C   p ow er   s up p l y  o f   t he  l am p  dim m er  to  t he   p ow er   s upp ly  t o  a  neo n   t r a ns for m er   a nd  tem p er a t ur e  of   t h e  p l a s ma   e xp os ur e   sit e   w i ll  be  i n v es t i ga te d.       2.   RESEARCH METHOD   A   quar t z   t u be  w ith  a n  in ne r   d i am ete r  a nd  ou ter   diam eter   o f   3 an d  5 m m ,   r espec tive l y  w a s  use d  a s  the   bo d y   o f   the  p l a s ma  tor c h  ( F i gur e  1( a) ) .  A  c opper   e l ec t r od e   w a s  inser t ed  t o   the  gas i n le t c o u p le d t o  the  t op e n d   of   t he  q ua r t z  tu be  w h i le   t he   c ath ode  i s  a   th in  c o pper   ta pe  w ou n d  ar ound  t h e   q u ar tz   t u b e.   A s  show n  i n     F i g u r e   1 ( b ) ,   a   p la sm a  tor c h  w a s  disc har g e d   w i t h  pur e   ar go n  ga s  a t  a  f l o w   r a t e  o f   5 0 L / m i n .   T h e   h i g h   v o l t a g e   ge ner a t o r   c ons i s ts  o f  a  A C   d im m e r   c onne ct ed  t o  a   8. 6 k p - p V   ne o n   t r a n sf orme r   w i t h   a n   ou tpu t   p o w er  o f  60W  an d  36k Hz.  The   bo ost e d   vol t a g e   f ro m  th e  n e o n   t ran s fo r m er   w a s   s u p p l i e d  t o   a   p lasm a  tor c h.   A cc or d i ng   t o   its   spec if ica t i o n,   t he  n eo n  tr a n sf or me r   ac ce p t s  in p u t  r a ng ing   be t w e en   1 10 V  a n d  240 V  a t   5 0 / 60   H z.  T h e   d i m me r   su ppli e s  A C   v o l t a g e s   v a r y i n g   f r o m   6 0 V   t o  230 V  by   a dj usti ng   t h e   po t e nt io me t e r   o f   t h e   l amp  di mme r .   Th e   di sta n ce   b etw e e n   t he  d isc h ar ged  p l asm a   p l u m e s  t o   t he  s a m ple  s t a ge   ( a  gl a s s  sli d e)   i s  a ppr ox ima t e l y  15  mm   ( F igur e  1( b) ) .   T he  w ho le   s ys t e m   w a s  set u p   w i t h   a   v a r iab l e   p o w e r  c o n t r o l l e d   b y   a  d i m m e r   t o  p r o d u c e  A P P J   a t   r o o m   t emp e ratu re.           (a)     ( b )     F i gur e  1.   ( a)  T he  b loc k   d ia gr a m   o f  t h e   a t m o sph e r i c  pr e s sur e   p la sm a  j e t  sy st e m   d r i ve n  by   a   c ontr o lla b l e  pow e r   o u t pu t  f r om  a n  A C   d i m m e r   and  n e o n   pow e r   t r a nsf o r m er.   ( b )   T h e  p l asma  d i s ch arg e  p rod u c e d .      F o r  the  ele c tr i cal  c hara cteri s ati o n,  a   h ig h  vo l t age  pro b e   (P601 5A ,   Tektr o n i x,   U S A )  of  a   d ig ita l  osc i l l o sc o p e  ( A gi l e n t   D S O X20 2 2 ,   U S A )   a nd  a  pow e r   m e t e r   ( P ZEM- 0 6 1,   e ba y. c o m)   w er e  use d   t o  m e a s ur e   the  c u r r e nt ,   v o l ta ge  a nd  p o w e r   sup p lie d  t o   t he  n e o n  s i g n   t r a nsf or me r .   T he   r oo t  me ans  s quar e   ( RMS )   c ur r e nt   o u tp ut   f ro m  t h e   d i mmer  w as  m e a s u r ed   u sing   a   h al l - ef f ect   m a g n e ti c  c o il  w r appe d  ar o u n d   t he  o u t pu t  w i r e   o f   the   dimm er   t o   the   neo n   t r a ns f o r m er .   The gr o u n d   p r o be  o f  the   h i g h v o l t a g e pr o b e   w a s c o nnec t e d  t o th e   gr o u n d   ter m ina l   o f  t h e  osc i l l o sc o p e.   A   f our - c ha nn el  h a n d- he l d   d i g it a l   t h e r mo me t e r  wi t h   K - T yp e   th e r mo c ouple  sen s o r   w as   u se d   t o   m ea su re   t h e   t empera t u re  o f   t h e  gl a s s  sli d e  a n d   q ua r t z  t ube .   T h e   te m p er atur e  w a s   t a ken   e v er y  1 0   s ec on d s   w ith  p l a sma   ir r a diat ion  f o r   appr ox im ate l y  60  s eco nd s.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :    5 9 4   –   6 01  59 6 3.   RESU L T S  A ND ANALY S IS     The   cur r en t  of   t he   l am p  d i m m e r   show s  dim m i ng  c u r v es   i n  a   si gmo i d  c u rv e   wi th   r esp ect   t o   the  ad j u st ed   v olt a ge   o f  th e   di mme r  (F i g u r e   2 ( a)).  T h e   p o w er  out put s   o f  the   la mp  d imm e r   in cr ea se d  qua dratica l l y   w i t h  r e s p e c t  t o   d i f f e r e n t   c o n t r o l   v o l t a g e s .  F o r  t h e  v a r i a b l e   d i mme r   o ut put  v olt a g e   r a ngi ng   f ro m  60   t o   22 0 V ,  the   p o w e r   an d   cur r e nt  o ut pu ts  o f   t h e  d i m m er   w e r e   c h ange d  fr om   8 . 4   t o  8 3 . 6   W   a nd  0. 0 8   a nd  0 . 38  A ,   r e spec tive l y.   T h e   c ur r e nt  d e l i v er e d   t o  t h e   ne on  tr ans f or me r   w a s   r elati v e l y  l o w .   I n  th e  e xper i m e n t ,   it  w a s   f o und   t ha t  no   p l a sma   w a s  d i sc har g e a b le   w hen   t h e  d i mm e r   v o ltage   w a s   less   t ha n  6 0 V   or   a t  10 W.   T hi s  is  r easona ble   bec a use  t h e   t y pic a l  p o w e r   r e q u i r e m e n t  of  t he  n e o n  tr a n sf or me r   i s   60  W.   A l t ho u gh,   t h e   d im me r   wo rk s   on   v ary i n g   t h e   e ff ec tiv e  Vp -p   b as e d   o n   th e  ph ase   an gl e   o f   f i r st   a nd   s ec ond   h alf   cy cl e   of   w av e f o r m,  i t  c a n  de liver   v a r i a b l e   V r m   outp u t   t o  the  ne on  t r ans f or m e r   ( F i gur e   2 ( a ) ) .   F i gur e  2( b)   s how s  the  e ffe cts  o f   va r y in g   t h e  vol tage   o u t p u t   o f   the   dim m e r   t o   the   tem p er at ur e of   the   p l asm a   e xp os ur e s i t e   o n  t h e   g l ass   sl i d e.   A s  the  v o l t a g e  va ried  f r o m   60  t o   2 20V ,  the  te m p era t u r e  o f   t he  p las m a  e x p o s u r e  s i t e  i n c r e a s e d   l i n e a r l y   f r o m     35 o –5 3 o C.  T his  is  a p p r oxim a ti o n   t o  the   cha r ac t e ristic  o f  n on- therm a l   p lasma  [2 ]  an d   ind u ced   non -d amag ing  e ffe c t s  t o  t he  s am pl e   un der   ir r a dia tio n  of  t he   A P P J .   T he  d e t r i m en t a l   e f f e c t  o f   t h e p l asma  ou t pu t  ma y b e   r el a t ed   to  t he   p ow er   a nd  c u r r ent  de l i ve r   to  t he  p las m a  t o r c h.   A c c or d i n g   t o  a   pr e v i ous  s t u d y   [ 8] ,   the  cur r ent  de l i ve r e d   f r o m  t h e  ne on  tr a n sf or m e r   to  t he   p la sm a  t o r c h  a t   a p p r o x i ma t e ly  9. 8  m A p- p  w a s  s how n  t o   b e   n on- des t r u ct i v e   to   t he   s am ple .   T o  pr o duc e   pl a s ma   w i t h  des t r u ct i v e  e f fe c t ,   h i g h e r   c u r r ent  o f   a   f ew   a m p er e s   s ho ul d  be   a p p l i e d   to t he  p lasm a torc h [4] .           (a )   (b )     F i gur e   2.   ( a )   T he   r e l at ions h i p   of   pow er   a nd  cur r ent  t o   t h e   o ut p ut  v o l ta ge  o f  the d i m m e r , (b)   Tem p er ature  me asur e d   a dja c e nt  t o  the   p l as m a   e xposur e  site  on  t h e  g l a s s  slid e      The   tem p er at u r e  of the   q ua r t z   tube   a n d   g la ss   s ur fac e   w er e   m oni t or ed  o ve r   t i m e   u p on  t h e   o n se t   o f  the   pla s m a   t or c h   a nd  ar g on  ga s  i n f u s i o n .   A   c o mpa r iso n   w a s   m a d e  betw e e n  the  tem p era t ur e  m easur ed  f or  qua rtz   tu be  a n d   g la ss  s l i de .  In te rest ing l y,   t he   t e m p e rature s  de ter m in e d  fo r  bot h  su rf a c e s   i nd i c a t e d   w it h  a   c r os s- o v er   a t   2 0   se co n d s   ( F i gur e  3) .   Dur i ng  the  f i r s t  20  se c o n d s  w h en  t he   p l a s m a  t o r c h  w a s  e n e r g i z e d  a t   6 k V   a n d   3 3 k H z,  t h e   qua r t z  t e mp e r a t ure   wa s  f o und   h igh e r  th a n   t he   g l a ss  s ur f ace   t em per a t u r e   w hic h   i s  r e la te d  to  t he  a ccum u l a t i on  of  e le c t r o n s   a n d   i o n ize d   g as  a t  the   a n o d e  of  t he   p lasm a  t o rch.   T h i s  cause d  a  hi g h er  t em pe ra t u r e   of  5 0 o C   m e a s ur ed at t h e  quar t  tube  o f  the  pla s m a  tor ch.   T h e   tem p er at u re  o f  th e  g l as s  s l id e was  l o wer  at  3 5  o C.  The   em iss i o n   o f  t h e  pla s m a   p l u m e   w a s   obs e r ved  w i t h   i nst a ble   d i s c h a r ge s  f o r  an  ope ra t i o n   tim e  less  t h an   2 0   sec o n d s .  Th e  fu ll   d i s c h a r g e   o f   t h e  el ect ro ns  a n d   i on i z e d   g a s   r e ac hed  t h e   sur f a ce  of  t he   g la ss  s li de  c a u se d  a  r a ise  of   t emp e r a tu re  fro m  3 5   to   5 5  o C  a f t e r   2 0   s ec onds   o f  o p e r at io n  tim e.   T he  t em per a t u r e   a t   the   q u a r tz   t ube   surface   d ec rea s e d   s lig h t l y   t o  42  o C.   T he   r es ul t  pr ese n te d  i n   F i gur e   3  ind i ca tes  t h a t   t he   p l a sma   t o r c h   n eed s   to  b e  a ct i v a t e d  at   l e a s t   2 0   se c onds fo r  st a bi li z a tio n   b e f o re   a p p l i cation to sam p les.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       D i m m e r  and n e o n   t r a n s f o r m e r as  a po wer c o n t r o ll a b le  ge n e rator f o r …  ( R os na h Mo h d   Z i n)   59 7     F i gur e   3.   T emper a t u r e   m e a sur e d  at  t he   s ur f a ce s  of  g l a ss  s li de   a nd  q u ar tz  t ube  a t   i n put  v olta ge   2 40V a c       F i g u r e   4   s how s  t h e  ty p i cal   v ol ta ge  w a v e f or m   ou tp uts  of  a   l a m p  d i m m e r   w h e n  t h e  p l a s m a   t o r c h   w a s   swi t c h e d   o ff  an d  wit h out   p u r g i n g   th e   a r gon  g a s.  T h e   w avef o r ms  w e r e  sw in gin g   i n   bet w e e n  3 40V p - p .   T he   dim m e r   c ou l d   t ur n  o n   t he  o u t pu t  a t   a n  a d j u s t ab le  tim e  or   c ha ng i ng   t h e   pha se   a n g l e   o f   ea ch   a l t e r n ati ng  h a lf   c y cle  of  t he  s i nus o i dal  w a ve f o r m s  and  t hus,   var y i n g  t h e   e f fe ct i ve  r oo t  m e a n s  sq uar e   v al ue  a n d   p ow er   o u t pu t.   A t   l ow   vol tage   o f   6 0 V ,   a   m ajor   c ycle   o f   t h e  f u l l   s in uso i dal  w a v ef or m s   w as  “ chop ped”   w hi le  m ai nta i nin g   t h e   pe ak   v o l ta ge  o f  the   w a ve f o r m   a s  sh ow n  in  F igur e  4( a) .  F i g u r e   4 ( a)   s how s  t h a t   t he   o u t pu t  w a ve f o r m   w as   tur n e d   o n  a f ter   0. 0 1 sec   w h e n   t he  s in us o i da l   c r osse s  z e r o   vol tag e .  T h e  l a t e r   t h e  d i m m e r   i s   f i r e d   o r   s t a r t s  t o   co nd u c t, thu s, less  p o w er  i s sup p lied  to   th e  plasma t o r ch . As  t he  c on tr o l led  vo l t age   i n cr e a sed  fr om  6 0  -   220V ,   the  s i nu so i d al   w a v efor ms  w er e   gr a dua ll y  r e cover e d.   T h e   m odu la ti o n   o f  t h e   wa vefo rm s  is  r elated   t o  the   dim m e r   c on tro l   c irc u it.   T he   d imm e r  c i rcuit   con s ists  o f  a  d i ac ,  va riab le  r e s is tor  a nd  c a p ac i t or  t ha t  c o n t ro l  the   switc h-o n   o f  t h e  tr iac   o n ce  r e a c hi n g   t he  p e a k   o f  the  inp u t   s i n u s o i d a l  w a v e f o r m .   F o r  a  l a m p   d i m m e r   c i r c u i t ,   the   w a ve f o r m s  pr o duce d   a r e   p a r t i al   c yc le  o f   t h e  s i n u s o ida l   w ave f o r m s   w i t h  l e a d i n g   e d g e s .  T h e  d i m m e r   sw itc hes  o n   a n d   o f f   b ase d   on  pha se   a ng le  a n d   t he r e f o r e ,   less  p o we r is  l os t.   The   r e s u l t s   pr ese n t e d   i n   F ig ur e   4   w e r e   r ec or de d  w i t hou t  sw it c h i ng   o n   t h e  pl a s ma   t o r c h   a nd   n eon  tra n sform e r.   O nc e  t h e  in d u c t i v e  l o a d   o r  tra n sform e r  w a s  switc he d  o n   a t  vo l t a g e s   l es s  t h an  1 20V ,   o v e r sho o t   vo l t age   sp i k es  c ou ld  b e  o b ser v e d   d ue   t o   t h e  capa c i t i ve   n a t u r e  o f  t h e   ne o n   t r a nsf o r m er   a s  show n  in  F i g ur e   5a - c.  T h e   i n t erf e re n c e   af fe ct s  the  phy si c a l  i rra d i ati on  of  t h e   p l a sm a  p l um e  t h at   w as  o bser v e d  to  b e  u n st a b l e   o nc e   the   dim m e r   v ol t a ge  w a s   r ed uce d   b el ow   1 20V .   T h e   pha se  a n g l e  w a ve f o r m s   o f   t h e  d i m m e r   w i t h  t h e  n e o n   tra n sform e r  lo ad  ( Fig u re  5 (d - i ) )   w er e  similar  to  t he  w a v e f orm s   of  t he  d i m m e r   w i t h ou t  the   p l asm a   t or ch  l o a d   ( F igur e  4( d- i) ) .   T hi s  ind i c a t e s   t hat  the   d i m m e r   w or ks  f or   i n d u c t i v e  l o a d   w he n  t h e  d i m m e r   vol t a ge  i s  mor e   tha n   120V .   F i gur e  6  s how s  a   t y p i c a l   v o l ta ge  w ave f or m  of  t he  n e o n  transfor me r  m e a s u r ed  a t   t h e   ca tho d e   o f   the  p l asm a   t or ch.   T h e   en ve l ops  o f   w a vef o r m   ( F i gur e  6)   s ee m e d  t o   b e  sim i lar   to  a m p lit ude   m o d u la te d   w a vef o r m s  in  w hi c h ,   it  w a s  for m e d   b y  m u l t i p le  s i nus o i d a l   w a ve f o r m s.  T he   c om po si te   w ave f or m s   c ycl e   r e pet i ve l y   w he n  the  d i m m e r   sup p ly  v olta ge   i s  >1 50V .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :    5 9 4   –   6 01  59 8     F i gur e   4.   T he  o u t pu t  w a vef o r m s  of  t he   d im m e r   tr ansf or m e r   by  var ying  d i m m e r   vol ta ges   a t   ( a )   60V ,   ( b)   80V ,   (c) 100V , ( d) 1 20V,   ( e )140V,   (f)  160V,   ( g ) 180V,   (h)   200V,   (i)  220V .           F i gur e   5.   T he  o u t pu t  w a vef o r m s  of  t he   n eo n   t r ansf or m e r   by  v a r y i n g   d im me r  vol ta ges  at   ( a)   60V ,  ( b )  80V ,   ( c)   10 0V ,   ( d )  120V ,  ( e ) 140V ,   ( f)  160V ,   ( g )   180 V ,   ( h)  200V ,   ( i )   220V .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       D i m m e r  and n e o n   t r a n s f o r m e r as  a po wer c o n t r o ll a b le  ge n e rator f o r …  ( R os na h Mo h d   Z i n)   59 9 To  v er i f y  i f   p l a sm a  em itt e d   i s  des t ruct i v e,   t he  o u t p u t   o f  t h e  p l a sma   wa s  i rrad i at e d   t o   a  l e af   f o r   30  se co nds   a t  ful l   power  ( d i m m er  i n p u t   a t  22 0 V ).   P lausi b ly,   t h e  le a f   w as  n ot   f o und   w i t h  a n y  bur n   e x ce p t   a   l itt l e   dr yne ss  d ue  t o   the  ga s  f l ow   ( F i g u r e   7 ) .   T his   is  s u gge sti ng  tha t   t he  p la sm a  plum e  pr od u ced  by  the   pr o pos e d   sys t em   w a s   n o t   c aus i n g   d a m a g in g  ef f e c t s  to a  liv in g or ga ni sm.   A   p r e viou s   stud y  s how n  t h at the   A P P J  c a n  se t   to  m o d ify  t h e   surfa ce  pr o p ert i es  o r  we tt a b i l i t y  of  f a b ric  wi th o ut   d a m a g i ng  e ffe c t s  [ 8 ] .   T he  r esul t   sh ow s  tha t   n e on  t ra n s fo rmer-b as ed   p l a sma   p o w e r  g en era t o r  h as  t h e  a dvan t a g e  o f d e live r i n g   pl asma  j et   a t   lo w  cu rren t  a nd  h e a t   t o  th e  samp l e   e sp eci al ly   c ell s   [ 9 - 10 ].  S u c h   a   non -t h e rma l   A P P J  h a s  g r e a t  p o t e n t i a l  f o r  b i o t e c h n o l o g y   o r   tex t il e in d u str y .          F i gur e  6.   T he  out pu t  w a vef o r m s  of  t he  n eo n   tr ansf or m e r   wit h   a   V p- p  of  8 . 6 4 k V           Fig u r e 7 .  A  l ea f   aft e r ex po su r e   t o   p l a s ma p lume o f an   A PP J   f o r   30  se co nds .   The  w h i t e   bo x  m a r k ed  t he  pla s m a   e xpos u r e  a r e a   o f  the  l eaf .       4.   CONCLUSION   The   dim m e r   c i r cui t   a p p lied  for   lam p   b r i g h t n ess  c o ntro l  is   s u ita bl e   t o   b e  u s ed   t o   c ont ro l  th e  pl a s ma  e m issi o n   o f  a n   A P P J  r a ngin g   fr om   i np u t   v ol t a ge  o f   6 0   -   2 20V .   Th e  p o wer  o u t p ut  o f  t h e  dimm er  w a s   v a r iab l e  be t w ee n  8. 4  t o   83. 6  W  w h e n   t he  i np u t   v o lta ge  o f  d i m m e r   w as  v ar i e d   b e t w e e n  6 0   -   2 2 0 V .   T h i s  w a s  a c h i e v e d   by   c on tr o l l i ng  the   p h a s e   an g l e  o f   t he   s i n us oida l   o u t p ut  o f   the   d i mme r.   T h i s  rang e   of   p ower  w a s   s u f fi c i ent   to   r e gu late  t h e   o u t p u t   p ow e r   o f   the  ne on  tr ans f or m e r   w h ich  r e qu ir e s  a  n o m i nal  p o w e r   of  6 0  W.   H ow e v er ,   the   di scha r g e  of  p l a sm a  cause d  i n t e r f e r e n c e   t o  w a vef o r m s  of  t he   d im me r   o u t put   f o r   d i mme r   i n put   vol t a g e   l e s s  tha n   1 0 0 V  a n d  lea d   t o   ins t a b le   p lasm a  d i s c har g e.  T he  t e m pera tu r e  of   t he   i r r a dia t e d   s i t e   or   g lass   s l i de  i s   li nea r l y   p r o por t i o n al  t o  the   con t r o l  v o lta ge   o f  t h e   di m m e r .   B a s ed  o n  the   t e mpe r atur e   a t   t he   e x p o s ur e   site  r a ng in g   fr om   3 5  –  5 3 o C   an d  l o w   cur r en t  a p p lica t i o n   t o   t he  p la sm a  t o r c h  ( ~ 9. 8  mA pp) ,   t h e  pl asm a   p r o du c e d   w i t h   t he  p r o p o se d  p l asm a   s ys tem   is  n o n - da ma ging  to   t he   s a m pl e  i r r adiate d.   T he   e le c t rica l  pro p ert i es   c h ar a c ter i z e d   f or   t he   i mpr o v e d  A P P J   d r i ven  by  d i mm er   a nd   n e on  t r a n s for m er   p r e sente d   p o t e n t i a l   t o  be   ap pl i e d   in  bio t e c h nol ogy .       ACKNOWLEDGE ME N T S     Th is  p r o jec t   w as  s up por te d  by  S hor t  Te r m   G r a nt  ( S T G )   V ot   N o.   U 6 41   a w a r d e d   by  U n i v er si ti   T u n   H u ssei n   O nn  Ma lays ia.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   594  –  6 01   60 0 REFE RENCES    [1]   Da yu n  Ya n,  et a l . ,   “ Co ld  atm ospheric  plas m a ,   a n o vel  promi s ing  a n ti -cancer  t rea tme n t  mo da l i ty ,”   Oncotarget , Vo l .  8(9 ) ,   p p . 1 597 7–15 99 5,   2 01 7.  [2]   Vl adim i r   S choltz,  et al. ,    “ No nthe rma l   p la s m a - a   too l   f or  d e c on ta m i n a tion   a n d  d i s i n f e c t i on,”  Bi o t echno lo gy  Ad van c es ,  V o l . 3 3(6),   pp .  11 08 -11 1 9 ,   2 0 1 5 .   [3]   S.  Z eroua li,   et al . ,     “ No n-li near  c ont rol   tech ni qu e s   a p p l i ed  t o   hi gh   f requ ency   i n v ert e rs  f o r   i ndu cti on  pl asma   generator, ”  In te rn atio na l J o urn a l   o f  Adv a n c e d  S c ie n c e  an d Te c h nolog y , Vo l . 69 ,   p p . 3 3-4 6 ,   20 1 4 .   [4]   Ro sn a h   M oh d  Z i n ,   et  a l . ,     “ Zero   v o ltag e   swit c hing  driv er  a nd   f ly back   t rans f o rmer  f or  g enerat ion  o f   a tm os ph eric   pres sur e   p l a sm a jet ” ,  A I P Co n f e r ence  Pro ceedi ngs ,  Vo l. 1 88 3(1 ) , p p .  0 20 02 3 , 2 01 7.    [5]   Denis  P.   D owling,  et al. ,   “ I n f l u e n c e   o f  D C   p u l s e d  a t m o s p h e r i c  p r e s s u r e  p l a s m a   j e t   p r o c es sing  co nd iti ons  o n   po ly mer, ”  Activ ation  Plasma  P r ocess Polymer ,   Vo l .  8,   p p .   7 18–72 7,   201 1.   [6]   L  Giuli a ni,   et  al . ,  “ E lectri cal  c h a racterizat io n  o f   a n  ai r  micro p l a sm a  je t   o p erat ed   a t  a  low  f r equ e ncy   ac  vo lt age,”   Jou r n a l o f   Ph ys ics.  Co n f erence Seri es ,  Vo l .   3 70 ,   p p.   012 01 1,  2 0 1 2, .  [7]   Rizan   R i z on   E lfa,   et  al . ,    “ Co mparat iv e  stu d y   b e tw een  c h e m i cal  a nd   a tm o s ph eric  p res s u r e   p lasma  jet  cl eaning  on  gl ass   su bstrate, ”   AIP Conf eren ce  Pr oceedi n g s ,  Vol.  1 78 8,  pp.   0 3 0113 ,   2 0 1 7 .   [8]   Rizon  Elf a ,  et  a l . ,     “ A t m o sp he ric  p r ess u re  p l a sm a  jet   treat me n t   o f   m a l a ysian   bati k  f a b r ics, ”  Ri za n J o urn a l o f   T e leco mmu ni cati on , Electr onic  and  Com puter Engin eeri n g ,  Vol .  9( 3 ) ,   p p .   8 9- 9 2 , 2 01 7.   [9]   Rizan   R izo n   E lfa,  et al. ,    “ E l ectri cal  a nd   o ptical  c hara ct eristic  o f  atm o sph e ric  pre s su re  p l a s m a  need le  j et  d ri ven   b y   neon t ransform e r ,”  AIP  Confer ence P r o c eed in gs ,   Vo l.   1 8 83(1 ) ,  p p .   020 02 6-1 - 020 0 2 6-6 ,   2 0 1 7 .   [10]   Ho ng bin   L i u,   et  al. ,  “ A   n ov el  D C-dri v en  a tm o s ph erical -pre ss ure  cold   m i c ropl asm a   s o u r ce  f o r  bi o m edi cal  app l i c at io n , ”  IEEE Tra n s a ctio n  o n  R a d a ti on an d   Pla s m a   M e di cal  Sci e n ces ,  Vol.  1(5),  2 017.      B I OGRAPHIES  O F AUTHO RS           Ro snah   M at   Z in  i s  a  s e ni or  l ectu r er  a t   t h e  F a c u lt y  o f   E l ectrica l  an d  El ectron i cs   E ng ineeri n g ,   U n iv ersi ti   T un   H u ssei n   O nn  Mal a ysi a .   S h e  is  g rad u at e d   w i t h  a  m a st er’s  d eg ree  in  e l ectrical  engineering  f r o m   U niver s iti  Tun  Husse i n  On n  M a l a ysia.  Sh e  ha s  m a n y  y e ars   of   t eachi n g  ex perien c e  in   ele c t r on ics  cours e s.        D r .  S o o n   C h i n   F h o n g   is   a n  as so ciate  prof es so r  at  t he  F acu lt y  o f   E l e c t rical   a nd   E l ectro nics  E ngi neeri ng,   U n i v e rsiti   Tu n  Hussei n   O nn   M alay si a.   S h e   h o l d s   a   P hD   i n   Bi o m edi c al  E ng in eering  f r om  U n i v e rsity   o f   Bradf o rd ,  U n ited   Kin g d o m.  H er  r esear ch  i nter est  is  i n  applicat i o n  of   p lasma   ph ysic s  in   b io e n gine e r ing ,   3 D  bio p r i nte r ,  wire le s s   a pp lic a tio n s ,  m i cro e ncaps u l a ti on  and   m i c r of luidic  d evel op men t .   S h e   is  c u r ren t l y   a   p ri nci p l e   r esearch er  a t  Micro e lectro ni c  and  N a not echn o l ogy   S hams ud din  Research   C ent e r  (M iNT - S RC).      E l f a   R i zan  R i z on   w as   a   r es e a rch   s t ud ent  at  t h e   F acul t y   o f  Elect rical   a nd   E l ectro nic s   E ngi neeri n g ,   U n i v e r s i t i  T u n   H u s s e i n  O n n   M a l a y s i  a n d  s h e  h o l d s  a  m a s t e r ’ s   d e g ree   i n   e l ectrical   e ng ineeri n g .   S h e  is   c urren tly w orki ng   a t  Intel M a nu f acturi n i g  S d n .   Bhd . ,  Bay an  Lep as,  P e n a ng .          N a dhi a  M ohd   Y u s of   i s  a  researc h   r es e a r c h   assi stant   w i t h   M icro el ect ro ni c  and  N a not echn o l ogy - S h ams u d d i n   R es earch   C en ter.  S h e   i s   g r aduat e d w i t h   a  bach e l or’s   deg r ee   i n   el e c t r ical   e ng in eering  f r om  U niversiti  T u n Hussein   Onn Malays i a .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       D i m m er and  n e on t r a n s f o r m e r  as a po wer  con t ro ll a b le ge n e ra t o r  for  … (Ros na h Mo h d   Z i n)  60 1     D r .  Marli a   M orsin  is  c urrentl y   a   s eni o r  lectu r er  a t  Univers i ti  Tu n  Hus s e i n  Onn   M a la y s ia .   She   h o l d s  a  P h D   in  M i c ro  a nd   N ano e lectro ni cs  f ro m  Un iv ersiti   K eban g saan   M al ays i a.  H e r   r es earch   i n t e res t   i s  in   t h e   a pp li cati on  of  g ol d  nan oparticl e s  and   t h e  si m u l a ti on  of  s urf ace  pl asm on  res onan ce  in   s en so r  dev e lo pm en t.       Ir.  D r.  T ee  Ki an   S ek   i s   a  s e ni or  l ecturer  a t  U n i v ersi ti   T u n   H u s sei n   O nn   M alaysia.   H e  h o l d s   a  P h D  in   M echat roni cs  E ngin e eri n g   f r om   L eed s  U n i v ersi ty,  Un ited  K ingdom.  H e  is  p rof e ss ional   en gin eer  r eg is tered  wi th   t he  B oa rd  o f   Eng i neers  Malaysia  ( BEM)  has  8  ye ars   o f   w orking  ex perien c e   w i t h  the  i n d u stry .  H i s  reara c h  i n t e rest  i s  in  pow er  ele c t r oni cs,   ro boti c s,   e rg on omics  an d  h u m a n  gait  an a lys i s.      D r .  M o h d   K h a iru l   A h m ad  i s  an   a sso ciat e  pro f esso r  at  t he  F aculty   o f   El ectri cal  a nd   E l ectronics  E ngi neeri ng,   U n i vers iti  Tu n  Huss ein   Onn   M a lays ia.   H e   hol d s   a   P h D  in   E lectron i cs   from  S h izuo ka  U n i vers it y,  J ap a n .  His   res earch   i nt eres t  is   i n   D y e-sen s itis ed  s olar  cel ls   a nd  synthesis  of  n a nos tru c tu re d   m a t e rials.  H e  is  a   p rin c ip le  r esearcher   a t  M i cro el ectron i c  and   N a not echn o l ogy  S h ams u d d i n  Researc h  Cent e r (M iNT-S RC).        D r   N af arizal  N ayan  i s  an  a s s oci a te  p ro f e ss or  a t  t h e  F acul t y  o f   E l ect rical  a n d   E l ectro nics  E ngi neeri ng,   U n i v e rsiti  Tun   Hu ss ein   On n  M a l a ysi a .   H e   h o l ds   a   P h D  i n   Electri cal  E ngin e e r i n g  f r om  N ag oy a  Un iv ersit y   i n   Japan  and   h e   i s   cu rrentl y   t h e   H ead   o f   M icroelectro ni c  and   N a not echn o l ogy   S ham s udd in   R esearch   C enter  (M i N T-S RC).  His   resea rch  int e rest   i s   in  n ew  p l asm a   p rocessin g   s ystem,   a ppli cati on  of  p l a sm a  in  b io m e dical  e ng in eering ,   d i a gn osti c   of  p l asm a  p rop e rti e s, n ano s cale  analy s i s  an d  im a g i ng.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.