KR20200063038A - Device of controlling over-current using impedance matching - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 과전류 제어 장치에 관한 것으로, 특히, 임피던스 매칭을 이용해 부하 단자로 공급되는 전류를 제어할 수 있는 과전류 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an overcurrent control device, and more particularly, to an overcurrent control device capable of controlling a current supplied to a load terminal using impedance matching.
전기수술기기는 고주파 교류전류를 생체 조직으로 흘려 열을 발생시키는 도구이다. 예를 들어, 의료용 복강경 수술기는 ㎒ 단위의 고주파 전기에너지를 수술기의 집게(grasper)로 인가하여 혈관 내의 콜라겐(collagen)과 엘라스틴(elastin)을 녹임으로써 혈관 봉합(vessel sealing)을 유도한다.An electrosurgical device is a tool that generates heat by flowing high-frequency alternating current through biological tissue. For example, a medical laparoscopic surgical device induces vessel sealing by dissolving collagen and elastin in blood vessels by applying high-frequency electrical energy in MHz to the surgical instrument's grasper.
도 1을 참조하면, 의료용 복강경 수술기의 집게가 혈관 봉합을 하고 있을 때는 일반적으로 예상 범위 내의 전류가 흐르지만, 수술기의 집게가 서로 닿거나(short) 혈관과 닿지 않는 경우(open)일 때는 예상치 못한 이상 전류, 즉, 과전류가 흐를 수 있다.Referring to FIG. 1, when the forceps of a medical laparoscopic surgical instrument are vascularly sealed, current generally flows within an expected range, but when the forceps of the surgical instrument contact each other (short) or do not contact the blood vessel (open), unexpected An abnormal current, that is, an overcurrent may flow.
수술기 자체와 상기 수술기 주변의 생체가 이상 전류에 의해 손상될 수 있기 때문에 수술기 내부에 과전류를 제어할 수 있는 장치가 필요하다.Since the operating unit itself and the living body around the operating unit may be damaged by an abnormal current, a device capable of controlling overcurrent inside the operating unit is needed.
종래에는 기준 값을 초과하는 전류가 발생하면 전류를 차단하는 퓨즈를 사용하기도 하였는데, 퓨즈를 교체하는 동안 회로를 재구동할 수 없는 문제가 있다.Conventionally, a fuse that cuts off the current when a current exceeding a reference value is used is used, but there is a problem that the circuit cannot be restarted while the fuse is replaced.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 임피던스 매칭을 이용해 부하 단자로 공급되는 전류를 제어할 수 있는 과전류 제어 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an overcurrent control device capable of controlling the current supplied to the load terminal using impedance matching.
본 발명의 실시 예에 따른 과전류 제어 장치는 직류 전원을 구형파 전원으로 변환하는 컨버터 및 상기 컨버터와 부하 단자 사이에 접속되는 필터 회로를 포함하며, 상기 필터 회로는 상기 부하 단자의 제1 단과 상기 컨버터 사이에 접속되는 제1 인덕터 및 상기 부하 단자의 상기 제1 단과 제2 단 사이에 서로 직렬로 접속되는 제2 인덕터와 커패시터를 포함한다.The overcurrent control apparatus according to an embodiment of the present invention includes a converter for converting direct current power to a square wave power supply, and a filter circuit connected between the converter and a load terminal, wherein the filter circuit is between the first terminal of the load terminal and the converter. It includes a first inductor connected to the second inductor and a capacitor connected in series with each other between the first terminal and the second terminal of the load terminal.
실시 예에 따라, 상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 구형파 전원의 주파수와 상기 부하 단자로의 허용 피크 전류에 따라 결정될 수 있다.According to an embodiment, the inductance of the first inductor may be determined according to the frequency of the square wave power supply and the allowable peak current to the load terminal.
실시 예에 따라, 상기 제1 인덕터의 인덕턴스(L1)는 아래의 수학식을 만족하도록 결정될 수 있다.According to an embodiment, the inductance L 1 of the first inductor may be determined to satisfy the following equation.
[수학식][Mathematics]
여기서, V는 상기 구형파 전원의 전압 크기이고, f는 상기 구형파 전원의 주파수이며, Ipeak는 상기 부하 단자로의 허용 피크 전류 크기를 나타내다.Here, V is the voltage magnitude of the square wave power supply, f is the frequency of the square wave power supply, and I peak represents the allowable peak current magnitude to the load terminal.
실시 예에 따라, 상기 제2 인덕터의 인덕턴스(L2)와 상기 커패시터의 커패시턴스(C)는 아래의 수학식을 만족하도록 결정될 수 있다.According to an embodiment, the inductance L 2 of the second inductor and the capacitance C of the capacitor may be determined to satisfy the following equation.
[수학식][Mathematics]
여기서, f는 상기 구형파 전원의 주파수를 나타낸다.Here, f represents the frequency of the square wave power supply.
실시 예에 따라, 상기 제2 인덕터의 인덕턴스는 상기 제1 인덕터의 인덕턴스의 절반 이하일 수 있다.According to an embodiment, the inductance of the second inductor may be less than half of the inductance of the first inductor.
실시 예에 따라, 상기 컨버터는 제어 신호 생성부로부터 출력되는 제어 신호들에 응답하여 구동되는 복수의 스위치들을 포함하는 풀 브리지 컨버터일 수 있다.According to an embodiment, the converter may be a full bridge converter including a plurality of switches driven in response to control signals output from the control signal generator.
실시 예에 따라, 상기 컨버터는 상기 직류 전원의 양극과 제1 노드 사이에 접속되며 제1 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제1 스위치, 상기 제1 노드와 상기 직류 전원의 음극 사이에 접속되며 제2 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제2 스위치, 상기 직류 전원의 상기 양극과 제2 노드 사이에 접속되며 제3 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위치 및 상기 제2 노드와 상기 직류 전원의 상기 음극 사이에 접속되며 제4 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제4 스위치를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the converter is connected between a positive electrode of the DC power supply and a first node, a first switch that is switched in response to a first control signal, and is connected between the first node and the negative electrode of the DC power supply, and a second A second switch switched in response to a control signal, a third switch connected between the positive electrode and the second node of the DC power supply, and switched between the second switch and the negative electrode of the DC power supply and switched in response to a third control signal It may include a fourth switch that is connected to and is switched in response to the fourth control signal.
실시 예에 따라, 상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제어 신호는 교호적이며, 상기 제3 제어 신호와 상기 제4 제어 신호는 교호적인 과전류 제어 장치일 수 있다.According to an embodiment, the first control signal and the second control signal are alternate, and the third control signal and the fourth control signal may be an alternating overcurrent control device.
실시 예에 따라, 상기 제어 신호 생성부는 상기 부하 단자로 출력되는 전류의 크기에 따라 상기 제어 신호들의 듀티비(duty ratio)를 결정할 수 있다.According to an embodiment, the control signal generator may determine a duty ratio of the control signals according to the amount of current output to the load terminal.
본 발명의 실시 예에 따른 과전류 제어 장치는 임피던스 매칭을 이용해 부하 단자로 공급되는 전류를 제어할 수 있다. 특히, 상기 과전류 제어 장치는 부하단의 임피던스가 급격하게 변할 때에도 과전류를 제어할 수 있으며, 메인 회로를 지속적으로 동작시킬 수 있다.The overcurrent control device according to an embodiment of the present invention can control the current supplied to the load terminal using impedance matching. In particular, the overcurrent control device can control the overcurrent even when the impedance of the load stage changes rapidly, and can continuously operate the main circuit.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 의료용 복강경 수술기의 동작 상태를 설명하기 위한 개념도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 제어 장치의 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 컨버터와 필터 회로의 일 실시 예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 필터 회로를 보다 상세하게 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 도 2에 도시된 과전류 제어 장치의 단락(short) 상태에서의 출력 전류 및 출력 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6는 도 2에 도시된 과전류 제어 장치의 개방(open) 상태에서의 출력 전류 및 출력 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 2에 도시된 필터 회로를 PCB(printed circuit board)로 구현한 사진이다.In order to better understand the drawings cited in the detailed description of the present invention, detailed description of each drawing is provided.
1 shows a conceptual diagram for explaining the operating state of a medical laparoscopic surgical machine.
2 is a block diagram of an overcurrent control device according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram illustrating an embodiment of the converter and filter circuit shown in FIG. 2.
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining the filter circuit shown in FIG. 3 in more detail.
5 is a graph showing changes in output current and output voltage in a short state of the overcurrent control device shown in FIG. 2.
FIG. 6 is a graph showing changes in output current and output voltage in the open state of the overcurrent control device shown in FIG. 2.
FIG. 7 is a photograph of the filter circuit shown in FIG. 2 implemented as a printed circuit board (PCB).
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are exemplified only for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention It can be implemented in various forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Embodiments according to the concept of the present invention can be applied to various changes and can have various forms, so the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosure forms, and includes all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly The second component may also be referred to as the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. Other expressions that describe the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly neighboring to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described is present, and one or more other features or numbers. It should be understood that it does not preclude the presence or addition possibilities of, steps, actions, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined herein. Does not.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 제어 장치의 블록도를 나타낸다.2 is a block diagram of an overcurrent control device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 과전류 제어 장치(10)는 전원부(100), 컨버터(200), 필터 회로(300) 및 제어 신호 생성부(400)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
전원부(100)는 직류 전원(Vs)를 생성하고 생성된 직류 전원(Vs)을 컨버터(200)로 공급한다. 또한, 전원부(100)는 과전류 제어 장치(10)의 동작을 위한 전력을 공급한다.The
컨버터(200)는 전원부(100)로부터 공급되는 직류 전원(Vs)을 구형파 전원(Vin)으로 변환하고 변환된 구형파 전원(Vin)을 필터 회로(300)로 공급한다. 실시 예에 따라, 컨버터(200)는 풀 브리지 컨버터(full bridge converter)로 구현될 수 있다.The
컨버터(200)의 구체적인 구조 및 동작은 도 3을 통해 보다 상세하게 설명될 것이다.The specific structure and operation of the
필터 회로(300)는 컨버터(200)로부터 공급되는 구형파 전원(Vin)을 정류하여 출력 전원(VL)으로서 부하 단자로 공급한다. 필터 회로(300)는 2개의 인덕터와 1개의 커패시터를 포함한다.The
필터 회로(300)의 구체적인 구조 및 동작은 도 3을 통해 보다 상세하게 설명될 것이다.The specific structure and operation of the
제어 신호 생성부(400)는 복수의 제어 신호들(PS1 내지 PS4)을 생성하고 생성된 제어 신호들(PS1 내지 PS4)을 컨버터(200)로 출력한다.The
실시 예에 따라, 제어 신호 생성부(400)는 필터 회로(300)에서 전류를 센싱하고 센싱된 전류값(IS)에 따라 제어 신호들(PS1 내지 PS4)의 듀티비(duty ratio)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호 생성부(400)는 필터 회로(300)로부터 부하단자로 출력되는 출력전류를 센싱하고 센싱 결과에 따라 제어 신호들(PS1 내지 PS4)의 듀티비를 조절할 수 있다.According to an embodiment, the
도 3은 도 2에 도시된 컨버터와 필터 회로의 일 실시 예를 나타내는 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating an embodiment of the converter and filter circuit shown in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 컨버터(200)는 복수의 스위치들(SW1 내지 SW4)을 포함한다. 스위치들(SW1 내지 SW4)은 제어 신호들(PS1 내지 PS4)에 응답하여 스위칭된다.Referring to FIG. 3, the
구체적으로, 제1 스위치(SW1)는 직류 전원(Vs)의 양극과 제1 노드(N1) 사이에 접속되며, 제어 신호 생성부(400)로부터 출력된 제1 제어 신호(PS1)에 응답하여 스위칭된다.Specifically, the first switch SW1 is connected between the positive electrode of the DC power supply Vs and the first node N1, and switches in response to the first control signal PS1 output from the
제2 스위치(SW2)는 제1 노드(N1)와 직류 전원(Vs)의 음극 사이에 접속되며, 제어 신호 생성부(400)로부터 출력된 제2 제어 신호(PS2)에 응답하여 스위칭된다.The second switch SW2 is connected between the first node N1 and the negative electrode of the DC power supply Vs, and is switched in response to the second control signal PS2 output from the
제3 스위치(SW3)는 직류 전원(Vs)의 양극과 제2 노드(N2) 사이에 접속되며, 제어 신호 생성부(400)로부터 출력된 제3 제어 신호(PS3)에 응답하여 스위칭된다.The third switch SW3 is connected between the positive electrode of the DC power supply Vs and the second node N2, and is switched in response to the third control signal PS3 output from the
제4 스위치(SW4)는 제2 노드(N2)와 직류 전원(Vs)의 음극 사이에 접속되며, 제어 신호 생성부(400)로부터 출력된 제4 제어 신호(PS4)에 응답하여 스위칭된다.The fourth switch SW4 is connected between the second node N2 and the negative electrode of the DC power supply Vs, and is switched in response to the fourth control signal PS4 output from the
여기서, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)는 컨버터(200)의 출력 단자이다. 즉, 컨버터(200)와 필터 회로(300)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)를 통해 접속될 수 있다.Here, the first node N1 and the second node N2 are output terminals of the
제1 제어 신호(PS1)와 제2 제어 신호(PS2)는 교호적, 즉, 서로 번갈아서 입력되는 신호이다. 다시 말해, 제어 신호 생성부(400)는 제1 제어 신호(PS1)와 제2 제어 신호(PS2)를 번갈아서 컨버터(200)로 공급한다. 제3 제어 신호(PS3)와 제4 제어 신호(PS4)도 교호적이다.The first control signal PS1 and the second control signal PS2 are alternating, that is, signals that are alternately input. In other words, the
필터 회로(300)는 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2) 및 커패시터(C)를 포함한다.The
제1 인덕터(L1)는 컨버터(200)와 부하 단자 중 어느 하나 사이에 접속된다. 예를 들어, 제1 인덕터(L1)는 컨버터(200)의 제1 노드(N1)와 부하 단자 중 제1 단(O1) 사이에 접속될 수 있다.The first inductor L 1 is connected between any one of the
제2 인덕터(L2)와 커패시터(C)는 부하 단자 사이에 접속된다. 예를 들어, 제2 인덕터(L2)와 커패시터(C)는 부하 단자의 제1 단(O1)와 제2 단(O2) 사이에 접속될 수 있다. 컨버터(200)의 제2 노드(N1)와 부하 단자(O2)는 동일한 노드이므로, 제2 인덕터(L2)와 커패시터(C)는 컨터버(200)의 제2 노드(N2)와 부하 단자의 제1 단(O1) 사이에 접속될 수 있다.The second inductor L 2 and the capacitor C are connected between load terminals. For example, the second inductor L 2 and the capacitor C may be connected between the first terminal O1 and the second terminal O2 of the load terminal. Since the second node N1 and the load terminal O2 of the
도 4는 도 3에 도시된 인덕터들과 커패시터의 크기를 결정하는 과정을 설명하기 위한 회로도이다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해 부하 저항(RL)을 함께 도시하였다.FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a process of determining the size of the inductors and capacitors illustrated in FIG. 3. In FIG. 4, load resistance R L is illustrated together for convenience of description.
도 4를 참조하면, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)에서 바라 본 임피던스(Zin)는 아래의 수학식 1과 같다.Referring to FIG. 4, the impedance Z in as seen from the first node N1 and the second node N2 is expressed by
[수학식 1][Equation 1]
여기서, j는 허수를 의미하며, w는 구형파 전원(Vin)의 각속도([rad/s])를 의미한다.Here, j means the imaginary number, and w means the angular velocity ([rad/s]) of the square wave power supply Vin.
임피던스(Zin)에서 제1 인덕터(L1)를 제외한 부분 임피던스(Z1)은 아래의 수학식 2와 같다.The partial impedance Z 1 excluding the first inductor L 1 from the impedance Z in is as shown in
[수학식 2][Equation 2]
제1 인덕터(L1)의 인덕턴스는 부하 단자가 단락된 경우를 과전류가 발생하기 않도록 결정된다. The inductance of the first inductor L1 is determined so that overcurrent does not occur when the load terminal is shorted.
부하 단자가 단락된 경우, 즉, 제1 단(O1)과 제2 단(O2)가 단락된 경우, RL이 0이므로 Zin은 j*wL1이 된다. 이와 같은 경우에도 출력 전류(IL)가 아래의 수학식 3과 같이 최대 허용 전류(Ipeak) 이하가 되어야 한다.If the load terminals is short-circuited, that is, when the first stage (O1) and a second terminal (O2) a short circuit, because it is the R L Z 0 is in the j * wL 1. In this case, the output current (I L ) should be less than the maximum allowable current (Ipeak) as shown in
[수학식 3][Equation 3]
여기서, V는 구형파 전원(Vin)의 전압을 의미하며, f는 구형파 전원(Vin)의 주파수([Hz])를 의미한다.Here, V means the voltage of the square wave power supply Vin, and f means the frequency ([Hz]) of the square wave power supply Vin.
상기 수학식 3을 정리하면, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스의 범위가 아래의 수학식 4와 같이 결정된다.Summarizing
[수학식 4][Equation 4]
예를 들어, 구형파 전원(Vin)의 전압이 50[V]이고, 주파수가 4[㎒]이며, 허용 최대 전류(Ipeak)가 5[A]라면, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스는 상기 수학식 4에 따라 0.4[uH] 이상으로 결정될 수 있다.For example, if the voltage of the square wave power supply Vin is 50[V], the frequency is 4[MHz], and the allowable maximum current Ipeak is 5[A], the inductance of the first inductor L 1 is According to Equation 4, it can be determined to be 0.4 [uH] or more.
제2 인덕터(L2)의 인덕턴스와 커패시터(C)의 커패시턴스는 제2 인덕터(L2)와 커패시터(C)가 전체적으로 커패시터로 보여질 수 있는 범위로 결정된다. 즉, 상기 수학식 2에 표시된 부분 임피던스(Z1)에서 허수 부분이 음의 값을 갖도록 제2 인덕터(L2)와 커패시터(C)의 크기를 결정한다.A second capacitance, inductance of the inductor and the capacitor (C) of (L 2) is determined by the range in which the second inductor (L 2) and a capacitor (C) can be shown as a whole in the capacitor. That is, the size of the second inductor L 2 and the capacitor C is determined such that the imaginary part has a negative value in the partial impedance Z 1 shown in
부분 임피던스(Z1)에서 허수 부분(Z1_imag)은 아래의 수학식 5와 같다.The imaginary part Z 1_imag in the partial impedance Z 1 is as shown in Equation 5 below.
허수 부분(Z1_imag)이 음수가 되려면 분모와 분자가 서로 다른 부호이어야 한다. 즉, 허수 부분(Z1_imag)이 음수가 되려면 분모가 음수, 분자가 양수이거나 분모가 양수, 분자가 음수이어야 한다.In order for the imaginary part (Z 1_imag ) to be negative, the denominator and the numerator must have different signs. That is, in order for the imaginary part (Z 1_imag ) to be negative, the denominator must be negative, the numerator must be positive, or the denominator must be positive and the molecule must be negative.
부하 저항(RL)이 크더라도 출력 전류(IL)이 흘러야 하므로 허수 부분(Z1_imag)의 분자가 음수이고 분모가 양수가 되어야 한다. 즉, 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스와 커패시터(C)의 커패시턴스는 아래의 수학식 6을 만족하여야 한다.Even if the load resistance R L is large, the output current I L must flow, so the numerator of the imaginary part Z 1_imag is negative and the denominator must be positive. That is, the inductance of the second inductor L 2 and the capacitance of the capacitor C must satisfy Equation 6 below.
[수학식 6][Equation 6]
상기 수학식 6을 정리하면, 아래의 수학식 7과 같다.In summary, Equation 6 is as shown in Equation 7 below.
[수학식 7][Equation 7]
부하 저항(RL)이 낮을 때에도 출력 전류(IL)이 흐를 수 있도록 제2 인덕터(L2)의 크기는 제1 인덕터(L1)의 크기의 절반 이하가 되는 것이 바람직하다.It is preferable that the size of the second inductor L 2 is less than half the size of the first inductor L 1 so that the output current I L flows even when the load resistance R L is low.
도 5는 도 2에 도시된 과전류 제어 장치의 단락(short) 상태에서의 출력 전류 및 출력 전압의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 6은 도 2에 도시된 과전류 제어 장치의 개방(open) 상태에서의 출력 전류 및 출력 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing changes in output current and output voltage in a short state of the overcurrent control device shown in FIG. 2, and FIG. 6 is in an open state of the overcurrent control device shown in FIG. It is a graph showing changes in output current and output voltage.
도 5 및 도 6의 그래프는 제1 인덕터(L1)를 1[uH]로 설정하고 제2 인덕터(L2)를 0.3[uH]로 설정하고 커패시터(C)를 1.6[nF]로 설정하여 출력 전류(IL)와 출력 전압(VL)을 측정한 것이다.5 and 6, the first inductor L 1 is set to 1 [uH], the second inductor L 2 is set to 0.3 [uH], and the capacitor C is set to 1.6 [nF]. It measures the output current (I L ) and the output voltage (V L ).
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 수학식 4와 상기 수학식 7을 만족하도록 인덕터들(L1, L2)의 인덕턴스와 커패시터(C)의 커패시턴스를 결정하면, 과전류 제어 장치(10)의 출력 전류는 리플 전류(ripple current) 없이 부하 단자로 공급되는 것을 확인할 수 있다.5 and 6, if the inductance of the inductors L 1 and L 2 and the capacitance of the capacitor C are determined to satisfy Equation 4 and Equation 7, the
도 7은 도 2에 도시된 필터 회로를 PCB(printed circuit board)로 구현한 사진이다. 도 7을 참조하면, 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)는 도 7에 도시된 바와 같이 PCB 평면 상에 구현될 수 있다.FIG. 7 is a photograph of the filter circuit shown in FIG. 2 implemented as a printed circuit board (PCB). Referring to FIG. 7, the first inductor L1 and the second inductor L2 may be implemented on a PCB plane as illustrated in FIG. 7.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
10; 과전류 제어 장치
100; 전원부
200; 컨버터
300; 필터 회로
400; 제어 신호 생성부10; Overcurrent control device
100; Power supply
200; Converter
300; Filter circuit
400; Control signal generator
Claims (9)
상기 컨버터와 부하 단자 사이에 접속되는 필터 회로를 포함하며,
상기 필터 회로는,
상기 부하 단자의 제1 단과 상기 컨버터 사이에 접속되는 제1 인덕터; 및
상기 부하 단자의 상기 제1 단과 제2 단 사이에 서로 직렬로 접속되는 제2 인덕터와 커패시터를 포함하는 과전류 제어 장치.A converter that converts DC power into square wave power; And
It includes a filter circuit connected between the converter and the load terminal,
The filter circuit,
A first inductor connected between the first terminal of the load terminal and the converter; And
And a second inductor and a capacitor connected in series with each other between the first end and the second end of the load terminal.
상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 구형파 전원의 주파수와 상기 부하 단자로의 허용 피크 전류에 따라 결정되는 과전류 제어 장치.According to claim 1,
The inductance of the first inductor is determined according to the frequency of the square wave power supply and the allowable peak current to the load terminal.
상기 제1 인덕터의 인덕턴스(L1)는 아래의 수학식을 만족하도록 결정되는 과전류 제어 장치.
[수학식]
여기서, V는 상기 구형파 전원의 전압 크기이고, f는 상기 구형파 전원의 주파수이며, Ipeak는 상기 부하 단자로의 허용 피크 전류 크기를 나타냄.According to claim 1,
The inductance (L 1 ) of the first inductor is determined to satisfy the following equation.
[Mathematics]
Here, V is the voltage magnitude of the square wave power supply, f is the frequency of the square wave power supply, and I peak represents the allowable peak current magnitude to the load terminal.
상기 제2 인덕터의 인덕턴스(L2)와 상기 커패시터의 커패시턴스(C)는 아래의 수학식을 만족하도록 결정되는 과전류 제어 장치.
[수학식]
여기서, f는 상기 구형파 전원의 주파수를 나타냄.According to claim 1,
The inductance (L 2 ) of the second inductor and the capacitance (C) of the capacitor are determined to satisfy the following equation.
[Mathematics]
Here, f represents the frequency of the square wave power supply.
상기 제2 인덕터의 인덕턴스는 상기 제1 인덕터의 인덕턴스의 절반 이하인 과전류 제어 장치.According to claim 1,
The overcurrent control device of which the inductance of the second inductor is less than half of the inductance of the first inductor.
상기 컨버터는 제어 신호 생성부로부터 출력되는 제어 신호들에 응답하여 구동되는 복수의 스위치들을 포함하는 풀 브리지 컨버터인 과전류 제어 장치.According to claim 1,
The converter is an over-current control device that is a full bridge converter including a plurality of switches driven in response to control signals output from the control signal generator.
상기 컨버터는,
상기 직류 전원의 양극과 제1 노드 사이에 접속되며 제1 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제1 스위치;
상기 제1 노드와 상기 직류 전원의 음극 사이에 접속되며 제2 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제2 스위치;
상기 직류 전원의 상기 양극과 제2 노드 사이에 접속되며 제3 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제3 스위치; 및
상기 제2 노드와 상기 직류 전원의 상기 음극 사이에 접속되며 제4 제어 신호에 응답하여 스위칭되는 제4 스위치를 포함하는 과전류 제어 장치.The method of claim 6,
The converter,
A first switch connected between an anode of the DC power supply and a first node and switched in response to a first control signal;
A second switch connected between the first node and the negative electrode of the DC power supply and switched in response to a second control signal;
A third switch connected between the anode and the second node of the DC power supply and switched in response to a third control signal; And
And a fourth switch connected between the second node and the cathode of the DC power supply and switched in response to a fourth control signal.
상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제어 신호는 교호적이며, 상기 제3 제어 신호와 상기 제4 제어 신호는 교호적인 과전류 제어 장치.The method of claim 7,
The first control signal and the second control signal are alternating, and the third control signal and the fourth control signal are alternating overcurrent control devices.
상기 제어 신호 생성부는 상기 부하 단자로 출력되는 전류의 크기에 따라 상기 제어 신호들의 듀티비(duty ratio)를 결정하는 과전류 제어 장치.The method of claim 6,
The control signal generator is an overcurrent control device for determining a duty ratio of the control signals according to the amount of current output to the load terminal.
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