JP7068423B2 - 電流パルスを制御するモジュレータおよび電流パルス波形制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電流パルスを制御するモジュレータおよびその方法に関する。

一般に、マグネトロンやクライストロンなどの高出力パルス高周波源駆動電源装置にモジュレータが使用される。最近、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）高電圧固体素子スイッチを適用したモジュレータが開発されて、既存の普遍的に使用されているライン型モジュレータに比べてパルス長さの制限が緩和され、パルス波形の制御が改善された。

しかし、線形性が大きいクライストロンとは異なり、マグネトロンは非線形性が大きい。このような特徴により、マグネトロンが動作しているときには、小さな電圧の変化にも大きな電流値の変化が発生する。

したがって、非線形性が大きいマグネトロンの適切なパルス電流の大きさまたは波形を得るために制御する技術が研究されている。

特許文献１には、電子加速器用マグネトロン制御装置が開示されている。

韓国登録特許第１０－１７７３８７８号公報

本発明の一実施形態は、マグネトロンを駆動するモジュレータでリアルタイムで電流パルスの大きさを制御する機能および電流パルスの波形を制御する機能をそれぞれ独立して実現するか、または同時に実現するためである。

本発明の一実施形態によるモジュレータは、１次側と２次側を通して供給される電圧を変圧して駆動装置に電流パルスを印加する高電圧変圧器と、高電圧変圧器の１次側に連結されている連結ラインに磁化パルスと主パルスを印加する双極型パルス発生器と、磁化パルスと主パルスを印加する時間差を調節するタイミング制御器と、を含み、双極型パルス発生器は、陽極電源を利用して磁化パルスを生成する磁化パルス発生部と、陰極電源を利用して陰極パルスを生成する主パルス発生部と、を含む。

本発明の一実施形態によるモジュレータは、１次側と２次側を通して供給される電圧を変圧して駆動装置に電流パルスを印加する高電圧変圧器と、高電圧変圧器の２次側と別途の変圧器に直列に配置されている複数個の単位モジュールで構成されたパルス波形制御器と、単位モジュール内の固体素子スイッチのオンまたはオフを調節するタイミング制御器と、を含み、単位モジュールは、高電圧変圧器の２次側電圧を調節する別途の変圧器と波形制御電源の陰極電源と連結され、別途の変圧器の１次側に連結されている第１のダイオードと、波形制御電源の陽極電源と連結され、第１のダイオードと連結されオンまたはオフ制御する第１の固体素子スイッチと、波形制御電源の陰極電源と連結され、オンまたはオフ制御する第２の固体素子スイッチと、波形制御電源の陽極電源と連結され、別途の変圧器の１次側の第１のダイオードの対向側に連結されている第２のダイオードと、を含む。

本発明の一実施形態によるモジュレータの電流パルスの大きさの制御方法は、高電圧変圧器の１次側に連結されている連結ラインを通じて双極型パルス発生器は、主パルスと逆極性を有する磁化パルスを印加する段階と、磁化パルスが１次側に印加され、１次側に隣接して位置する高電圧変圧器の２次側に電圧が誘導される段階と、予め設定された時間差に対応して双極型パルス発生器は、連結ラインを通じて主パルスを１次側に印加する段階と、主パルスが１次側に印加され、２次側に主パルスの電圧が誘導されて電圧の大きさが制御される段階と、を含む。

本発明の一実施形態によるモジュレータの電流パルス波形制御方法は、駆動装置に印加する電流パルスの波形に対応する条件が入力される段階と、入力された条件に基づいてタイミング制御器にパルス波形制御器内の固体素子スイッチのオンオフ設定時点をスケジューリングする段階と、設定されたスケジューリングにより固体素子スイッチのオンまたはオフ状態を制御する段階と、固体素子スイッチのオンまたはオフ状態により固体素子スイッチに連結されているパルス波形電源供給器により電圧を加減して高電圧変圧器の２次側に印加する段階と、高電圧変圧器の２次側に印加された電圧の大きさにより高電圧の電流パルスの波形を調節する段階と、を含む。

本発明の一実施形態によれば、マグネトロンを高周波発生源として使用する高周波加速器や自由電子レーザで電子ビームやレーザ出力の大きさや波形を自由に変化させることができる。

本発明の一実施形態によれば、レーダーでも高周波出力波形を精密に制御することでより正確な測定が可能になる。

本発明の一実施形態によれば、デュアルエネルギーＸ線検査機のパルス間隔を調節して性能を改善するか、またはより多くの数の多重パルスを任意に発生できるので、多重エネルギーＸ線検査機などの新たな機能の実現により検索性能を画期的に向上させることができる。

本発明の一実施形態によれば、非破壊検査に活用する高周波加速器基盤Ｘ線スキャナーでも検査能力を極大化させる最適の電子ビームエネルギーとパルスの選択的組み合わせが可能になる。

本発明の一実施形態による電流パルスを制御するモジュレータを示す構成図である。 本発明の一実施形態による電流パルスの大きさを制御する双極型パルス発生器を示す構成図である。 本発明の一実施形態による複数個の双極型パルス発生器を並列に連結したモジュレータを示す構成図である。 本発明の一実施形態による双極型パルス発生器の印加時間差を示す例示図である。 本発明の一実施形態による双極型パルス発生器の駆動時間差によって変わる電圧の大きさを示す例示図である。 本発明の一実施形態による双極型パルス発生器の駆動時間差によって変わる電圧の大きさを示す例示図である。 本発明の一実施形態による双極型パルス発生器の駆動時間差によって変わる電圧の大きさを示す例示図である。 本発明の一実施形態による電流パルスの波形を制御するモジュレータを示す構成図である。 本発明の一実施形態による電流パルスの波形を制御するパルス波形制御器を示す構成図である。 本発明の一実施形態による第２類型のパルス波形制御器を示す構成図である。 本発明の一実施形態によるパルス波形制御器により電流パルスの波形を制御する構成を示す例示図である。 本発明の一実施形態による電流パルスの大きさと電流パルスの波形を制御するモジュレータを示す構成図である。 本発明の一実施形態によるモジュレータにより制御される電流パルスを示す例示図である。 本発明の一実施形態によるモジュレータにより制御される電流パルスを示す例示図である。 本発明の一実施形態によるモジュレータにより制御される電流パルスを示す例示図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は様々な異なる形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付与する。また、一般的に広く知られている公知技術の場合その具体的な説明は省略する。

明細書全体で、ある部分がある構成要素を“含む”というとき、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

以下、図１を参照して、電流パルスの大きさまたは電流パルスの波形をリアルタイムで任意に調節できる電流パルスを制御するモジュレータについて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による電流パルスを制御するモジュレータを示す構成図である。

図１に示すように、電流パルスを制御するモジュレータ１００は、双極型パルス発生器１１０と、高電圧変圧器１２０と、パルス波形制御器１３０と、タイミング制御器１４０と、を含む。

まず、双極型パルス発生器１１０は、高電圧変圧器の１次側に連結されている連結ラインに磁化パルスと主パルスを印加する。

双極型パルス発生器１１０は、陽極電源を利用して磁化パルスを生成する磁化パルス発生部と陰極電源を利用して陰極パルスを生成する主パルス発生部とを含む。

この時、双極型パルス発生器１１０は、高電圧変圧器１２０の効率を増加させるために、主パルスと逆極性を有し異なる大きさを有する磁化パルスを生成する。そして、双極型パルス発生器１１０は、主パルスを印加する前に生成した磁化パルスを高電圧変圧器１２０の１次側に印加する。

次に、高電圧変圧器１２０は、１次側と２次側を通して供給される電圧を変圧して駆動装置２００に電流パルスを印加する。

ここで、駆動装置２００はマグネトロンを示すが、必ずしもこれに限定するものではない。

そして、パルス波形制御器１３０は、高電圧変圧器１２０の２次側と直列に連結されている少なくとも一つの単位モジュールで構成される。

パルス波形制御器１３０は、単位モジュールで電圧を加減し、加減された電圧による波形の和を高電圧変圧器１２０の２次側に印加して電流パルスの波形を制御することができる。この時、単位モジュールの電圧を加減する機能は、タイミング制御器１４０により制御される。

次に、タイミング制御器１４０は、双極型パルス発生器１１０の磁化パルスと主パルスを印加する時間差を調節し、パルス波形制御器１３０の単位モジュール内の固体素子スイッチのオンまたはオフを調節する。

タイミング制御器１４０は、使用者から入力された電流パルスの大きさまたは電流パルスの波形の条件により、各双極型パルス発生器１１０とパルス波形制御器１３０の駆動条件をスケジューリングすることができる。この時、駆動条件は、固体素子スイッチのオンに設定される時点および時間、オフに設定される時点および時間を含み、複数の固体素子スイッチ間の有機的な関係を考慮して設定され得る。

言い換えると、タイミング制御器１４０は、各双極型パルス発生器１１０に含んでいる複数個の固体素子スイッチとパルス波形制御器１３０に含んでいる複数個の固体素子スイッチをそれぞれ制御する。

ここで、固体素子スイッチは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を示す。固体素子スイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を結合した電力素子である。固体素子スイッチは、ゲートとエミッタの間に入力インピーダンスが非常に高くてバイポーラ接合トランジスタよりも駆動しやすく、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタよりもずっと大きな電流を流すことができる。

また、モジュレータ１００は実施例によって、双極型パルス発生器１１０とパルス波形制御器１３０を選択的に含むことができる。

例えば、電流パルスの大きさだけを制御するモジュレータ１００の場合、双極型パルス発生器１１０、高電圧変圧器１２０、およびタイミング制御器１４０を含むことができ、電流パルスの波形だけを制御するモジュレータ１００の場合、パルス高電圧変圧器１２０、パルス波形制御器１３０、およびタイミング制御器１４０を含むことができる。このようなモジュレータ１００の構成および機能は、以後に使用者によって容易に選択および設計され得る。

以下、図２～図３を参照して、双極型パルス発生器により電流パルスの大きさを制御するモジュレータについて詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態による電流パルスの大きさを制御する双極型パルス発生器を示す構成図であり、図３は、本発明の一実施形態による複数個の双極型パルス発生器を並列に連結したモジュレータを示す構成図である。

図２に示すように、双極型パルス発生器１１０は、高電圧変圧器１２０の連結ラインに一側には磁化パルス発生部１１０ａで構成され、他側には主パルス発生部１１０ｂで構成される。

まず、磁化パルス発生部１１０ａは、磁化パルスの電源を供給する第１の電源供給装置（Ｐｒｅ－ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ（磁化） ＰＳ）と、第１の電源供給装置（Ｐｒｅ－ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ ＰＳ）から陽極電源を印加して充電し、充電された陽極電源を放電する第１のキャパシターとを含む。そして、磁化パルス発生部１１０ａは、連結ラインの連結地点と第１のキャパシターに連結されている第１のダイオード、および第１のキャパシターと第１のダイオードの間に連結されてオンまたはオフ制御する第１の固体素子スイッチを含む。

磁化パルス発生部１１０ａの第１のダイオードは、第１のキャパシターの方向に電流の流れを制御し、第１の固体素子スイッチは、主パルス発生部１１０ｂが位置する方向に電流の流れを制御する。

このような磁化パルス発生部１１０ａが磁化パルスを発生して印加する過程は次の通りである。陽極の磁化パルス電源を供給する第１の電源供給装置（Ｐｒｅ－ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ ＰＳ）から陽極電源を印加して第１のキャパシターを充電し、タイミング制御器１４０の制御信号に基づいて第１の固体素子スイッチがオンの状態に設定される。そして、第１のキャパシターが放電されながら陽極特性を有する磁化パルスを生成すれば、生成された磁化パルスを高電圧変圧器１２０の１次側に印加する。

一方、主パルス発生部１１０ｂは、主パルスの電源を供給する第２の電源供給装置（Ｍａｉｎ（メイン） ＰＳ）と、第２の電源供給装置（Ｍａｉｎ ＰＳ）から陰極電源を印加して充電し、充電された前記陰極電源を放電する第２のキャパシターとを含む。そして、主パルス発生部１１０ｂは、第２のキャパシターと連結され、第１の固体素子スイッチと連結されてオンまたはオフ制御する第２の固体素子スイッチ、第１のダイオードおよび第２の固体素子スイッチと連結されており、連結ラインとの連結地点位置に連結されている第２のダイオードを含む。

そして、主パルス発生部１１０ｂの第２のダイオードは、連結ラインの連結地点に電流の流れを制御し、第２の固体素子スイッチは、第２のキャパシターが位置する方向に電流の流れを制御する。

このような主パルス発生部１１０ｂが主パルスを発生して印加する過程は次の通りである。陰極の主パルス電源を供給する第２の電源供給装置（Ｍａｉｎ ＰＳ）から陰極電源を印加して第２のキャパシターが充電されると、予め設定された時間差に対応して第２の固体素子スイッチが前記オンの状態に設定される。このように設定された時間差はタイミング制御器１４０から受信し、使用者から予め入力されてスケジューリングされて駆動される。そして、第２のキャパシターが放電されながら陰極特性を有する主パルスを生成すれば、生成された主パルスを高電圧変圧器１２０の１次側に印加する。

このような磁化パルスと主パルスの生成、印加される過程は順次に発生でき、磁化パルスの印加が終了すると、第１の固体素子スイッチと第２の固体素子スイッチは全てオフ状態となる。そして、タイミング制御器１４０によって第２の固体素子スイッチがオンに設定されて双極型パルス発生器１１０は主パルスを生成し、生成された主パルスを高電圧変圧器１２０の１次側に印加する。

このように、タイミング制御器１４０は、第１の固体素子スイッチと前記第２の固体素子スイッチのオンまたはオフされる時点を制御して磁化パルスが１次側に印加される時間、主パルスが１次側に印加される時間、および磁化パルスの印加が終了した時点から主パルスが印加される時点までの時間を制御することができる。

一方、図３に示すように、複数個の双極型パルス発生器（１１０－１、…、１１０－Ｎ、ＢＩＰＯＬＡＲ ＰＵＬＳＥ ＧＡＮＥＲＡＴＯＲ ＳＵＢＵＮＩＴ）が高電圧変圧器（ＨＶ ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ）に連結される。この時、それぞれの双極型パルス発生器は、高電圧変圧器の１次側に連結された複数の連結ライン（ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ ＯＦ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＬＩＮＥＳ）に並列に連結される。

ここで、複数個の双極型パルス発生器（１１０－１、…、１１０－Ｎ）と高電圧変圧器１２０の１次側に連結された複数の連結ラインは、同じインピーダンスと長さを有する。

例えば、主パルス（ＭＡＩＮ ＰＳ）が生成されて提供される間、同じインピーダンスと同じ長さの連結ラインを通じて、それぞれの双極型パルス発生器（１１０－１、…、１１０－Ｎ）の第２のキャパシターＣ２の値は同じである。

また、複数個の双極型パルス発生器（１１０－１、…、１１０－Ｎ）内の第１の電源装置（ＰＲＥ-ＭＡＧＮＥＴＩＺＩＮＧ ＰＳ）と第２の電源装置（ＭＡＩＮ ＰＳ）は、双極型パルス発生器１１０と独立的に位置して複数個の双極型パルス発生器（１１０－１、…、１１０－Ｎ）内のそれぞれの磁化パルス発生部および主パルス発生部と連結される。

このように、複数個の双極型パルス発生器（１１０－１、…、１１０－Ｎ）で構成されると、タイミング制御器１４０は、各双極型パルス発生器内の第１の固体素子スイッチ（ＩＧＢＴ ＤＲＩＶＥＲ（ドライバ） １）と第２の固体素子スイッチ（ＩＧＢＴ ＤＲＩＶＥＲ ２）のオンオフ時点を制御することができる。

より詳しくは、タイミング制御器１４０は、少なくとも一つの双極型パルス発生器内の第１の固体素子スイッチと前記第２の固体素子スイッチのオンまたはオフされる時点を制御して磁化パルスが１次側に印加される時間、主パルスが１次側に印加される時間、および磁化パルスの印加が終了した時点から主パルスが印加される時点までの時間を制御することができる。

したがって、タイミング制御器１４０によって磁化パルスと主パルスが１次側に印加される時間差を制御して、高電圧変圧器１２０の２次側に誘導される電圧の大きさを調節することができる。

以下、図４および図５Ａ～図５Ｃを参照して、磁化パルスおよび主パルスを印加することによって高電圧変圧器に誘導される電圧の大きさの変化を詳細に説明する。

図４は、本発明の一実施形態による双極型パルス発生器の駆動時間差を示す例示図であり、図５Ａ～図５Ｃは、本発明の一実施形態による双極型パルス発生器の印加時間差によって変わる電圧の大きさを示す例示図である。

図４に示すように、双極型パルス発生器１１０は、磁化パルス（ＰＲＥ-ＭＡＧＮＥＴＩＺＩＮＧ）をＴ_Ｐの間に生成して高電圧変圧器１２０に印加し、主パルス（ＭＡＩＮ ＰＵＬＳＥ）をＴ_Ｍの間に生成して高電圧変圧器１２０に印加する。

この時、磁化パルスの印加が終了した時点と主パルスの印加が始まった時点の間の差Ｔ_Ｂほど空白時間（ＢＬＡＮＫ ＴＩＭＥ）が生成される。

このような磁化パルスを印加する時間Ｔ_Ｐ、主パルスを印加する時間Ｔ_Ｍ、および磁化パルスの印加が終了した時点から主パルスの印加が始まった時点の時間差Ｔ_Ｂがタイミング制御器１４０を通して制御され、予め使用者から駆動条件を受信する場合、当該駆動条件に対応してスケジューリングされることができる。

したがって、タイミング制御器１４０によって磁化パルスと主パルスが順次に高電圧変圧器１２０の１次側に印加され、１次側に隣接した２次側に誘導される電圧の大きさが制御される。

図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、このような時間差（Ｔ_Ｂ、ディレイ）の値により高電圧変圧器１２０の２次側に誘導される電圧の大きさの値の変化を示す。

図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、高電圧変圧器１２０の１次側（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｗｉｎｄｉｎｇ（一次巻線））に磁化パルスの印加が終了した時点で主パルスが印加される時点にだけ差をおいて高電圧変圧器１２０で測定される電圧の大きさの変化を示すグラフである。また、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃでは、主パルスが印加される時点以外に印加される陽極性の磁化パルス（Ｐｒｅ－ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ Ｐｕｌｓｅ）と陰極性の主パルス（Ｍａｉｎ Ｐｕｌｓｅ）はそれぞれ一定の時間および一定の大きさに印加される。

図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃに示すように、高電圧変圧器１２０の２次側（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｗｉｎｄｉｎｇ（一次巻線））を見れば、磁化パルスが印加された１次側（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｗｉｎｄｉｎｇ）の影響でそれぞれの一定の大きさの電圧が誘導された後、磁化パルスの印加が終了した時点から電圧の大きさが変わることが分かる。

言い換えると、磁化パルスの印加が終了した時点から高電圧変圧器１２０の２次側は漏れインダクタンス（ｌｅａｋａｇｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）と電流容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の大きさによって電圧が漸次減少する。

そして、主パルスが１次側（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｗｉｎｄｉｎｇ）に印加される時点の差により２次側に誘導される時点での始まる電圧の大きさがそれぞれ異なることが分かる。

このような差により主パルスが印加される時点が異なることによって、最終的に電圧の大きさが変わることが分かる。

特に、図５Ｃのように、磁化パルスの印加が終了した直後に主パルスを印加すると高電圧変圧器１２０の２次側に誘導される電圧が最大電圧を得ることができ、図５Ａのように、磁化パルスと主パルスの印加される時間の差が大きくなると、一定時間までは漸次もっと低い電圧の大きさを得ることができる。

このように、磁化パルスと主パルスの印加時点を制御することによって、高電圧変圧器１２０に印加され誘導される電圧の大きさが異なり、最終的に駆動装置に供給する電流パルスの大きさを調節することができる。

以下、図６～図９を参照して、パルス波形制御器を含むモジュレータにより電流パルスの波形を制御する構成について詳細に説明する。

図６は、本発明の一実施形態による電流パルスの波形を制御するモジュレータを示す構成図であり、図７は、本発明の一実施形態による電流パルスの波形を制御するパルス波形制御器を示す構成図である。

図６に示すように、モジュレータ１００は、フィラメント電源供給装置（ＦＩＬＡＭＥＮＴ ＰＳ）と高電圧変圧器（ＨＶ ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ）の間に位置するパルス波形制御器１３０を含むことができる。

パルス波形制御器１３０は、高電圧変圧器の２次側と直列に配置された小さな別途の変圧器を有する複数個の単位モジュールで構成され、パルス発生器（ＰＵＬＳＥ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ）から負荷に伝達される電流パルスの電圧の大きさを加減することができる。

パルス波形制御器１３０は、複数個の単位モジュール１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを含むことができ、図６および図７においては３つの単位モジュールで表示したが、電流波形制御器１３０は、１つまたは２つの単位モジュールを含むか、または３つ以上の単位モジュールで構成される。

そして、パルスフラッタリング回路（Ｐｕｌｓｅ Ｆｌａｔｔｅｒｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＰＦＣ）がパルス波形制御器１３０で具現され得る。

次に、タイミング制御器１４０がパルス波形制御器１３０内の固体素子スイッチのオンまたはオフを調節して高電圧変圧器１２０に印加された電圧の大きさを制御することができる。

まず、パルス波形制御器１３０を構成する複数個の単位モジュールは、図７のような形態を有することができる。

図７から見ると、パルス波形制御器１３０を構成する単位モジュールは、別途の変圧器、固体素子スイッチ、およびダイオードなどで構成され、共通の波形制御電源Ｕ２を含むことができる。

単位モジュールは、波形制御電源Ｕ２の陰極電源と連結され、高電圧変圧器の２次側の電圧を調節する別途の変圧器の１次側に連結されている第１のダイオード、波形制御電源Ｕ２の陽極電源と連結され、第１のダイオードと連結されオンまたはオフ制御する第１の固体素子スイッチＶＴ１を含む。そして、単位モジュールは、波形制御電源Ｕ２の陰極電源と連結され、オンまたはオフ制御する第２の固体素子スイッチＶＴ２、および波形制御電源Ｕ２の陽極電源と連結され、別途の変圧器の１次側の第１のダイオードの対向側に連結されている第２のダイオードを含む。ここで、固体素子スイッチは、並列に連結された逆極性のダイオードを含むことができる。

この時、第１のダイオードは、高電圧変圧器の２次側が位置する方向に電流を流れるようにし、第１の固体素子スイッチは、高電圧変圧器の２次側が位置する逆方向に電流を通過させる。そして、第２のダイオードは、高電圧変圧器の２次側が位置する方向に電流を流れるようにし、第２の固体素子スイッチは、高電圧変圧器の２次側が位置する逆方向に電流を通過させる。

このような、単位モジュールは、フルブリッジ（ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ）またはフォワードコンバータ（ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の回路構造と別途の変圧器で形成することができる。

また、単位モジュールそれぞれは、第１の固体素子スイッチＶＴ１と第２の固体素子スイッチＶＴ２のオンオフ状態により、３つの値を有するパルス形態で電流パルスを補正することができる。

図７の１３０Ａは、第１の固体素子スイッチＶＴ１と第２の固体素子スイッチＶＴ２が全てオフの状態に設定された状況での電流の流れを示す。

第１の固体素子スイッチＶＴ１と第２の固体素子スイッチＶＴ２が全てオフの状態に設定されると、各第１のダイオードと第２のダイオードの電流方向に流れ、高電圧変圧器の２次側の陰電圧に陽電圧が加わることができる（すなわち下式である）。

結果的に電圧の大きさが減る。したがって、印加される高電圧の２次側電圧が減少する。

一方、図７の１３０Ｂのように、第１の固体素子スイッチＶＴ１はオフに設定され、第２の固体素子スイッチＶＴ２はオンに設定された状態で第１のダイオードの方向と第２のスイッチの方向に流れ、電圧に加減されず変化がない。なお、第１の固体素子スイッチＶＴ１はオンに設定され、第２の固体素子スイッチＶＴ２はオフに設定されても電圧に加減されず変化がない。

そして、図７の１３０Ｃのように、第１の固体素子スイッチＶＴ１と第２の固体素子スイッチＶＴ２が全てオンの状態に設定されると、第１の固体素子スイッチＶＴ１と第２の固体素子スイッチＶＴ２の電流方向に流れて２次側の陰電圧はさらに増加する（すなわち下式である）。

このように、一つの単位モジュールは、第１の固体素子スイッチと第２の固体素子スイッチのオンまたはオフの設定により、高電圧変圧器１２０に印加される電流電圧が加わるか減少し、電圧の変化がないようにする３つの形態の補正を行うことができる。

パルス波形制御器１３０が複数の単位モジュールで構成される場合、各単位モジュールは３つの形態の補正を行うことができるので、ｎ個（ｎは自然数）の単位モジュールの場合、２ｎ＋１の段階からなる任意の波形で制御することができる。

また、パルス波形制御器１３０は、第２類型で構成され得る。

図８は、本発明の一実施形態による第２類型のパルス波形制御器を示す構成図である。

図８に示すように、パルス波形制御器（ＣＯＲＲＥＣＴＯＲ（コレクタ））が含んでいる単位モジュール（ＣＯＲＲＥＣＴＯＲ ＳＵＢＵＮＩＴ（コレクタサブユニット） １、ＣＯＲＲＥＣＴＯＲ ＳＵＢＵＮＩＴ ２、ＣＯＲＲＥＣＴＯＲ ＳＵＢＵＮＩＴ ３）は、４つのダイオード、第１の固体素子スイッチ、および第２の固体素子スイッチを含むことができる。より詳しくは、図７に示すように、第１のダイオードおよび第２のダイオードを含むパルス波形制御器１３０で第１の固体素子スイッチに連結され、第１の固体素子スイッチの電流の流れる方向と反対になる電流の流れを誘導する第３のダイオードと、第２の固体素子スイッチに連結され、第２の固体素子スイッチの電流の流れる方向と反対になる電流の流れを誘導する第４のダイオードとをさらに含むことができる。

ここで、パルス発生器１３０は、単極性または双極性の特徴を有することができる。

そして、すべての単位モジュールの２次捲線は直列に連結され得、総出力電圧は、単位モジュールによって生成された電圧の和を示す。

このようなパルス波形制御器１３０により電圧が加減される電流パルスの波形は図９に示すとおりである。

図９は、本発明の一実施形態によるパルス波形制御器により電流パルスの波形を制御する構成を示す例示図である。

図９に示すように、パルス発生器から印加されるＤＲ_ＰＧのパルス波形を示し、３つの単位モジュールのそれぞれの固体素子スイッチにオン、オフの状態を示す。

例えば、第１の単位モジュールの第１の固体素子スイッチＤＲ６と第２の固体素子スイッチＤＲ１をみると、第１の固体素子スイッチＤＲ６は、１段階から６段階までオンの状態に設定され、第２の固体素子スイッチＤＲ１は６段階だけがオンの状態に設定される。したがって、第１の固体素子スイッチＤＲ６と第２の固体素子スイッチＤＲ１が全てオフの状態に設定された０区間で電圧が加わり、第１の固体素子スイッチＤＲ６と第２の固体素子スイッチＤＲ１が全てオンの状態に設定された６区間では電圧が加わる第１の単位モジュールの制御された波形がアウトプットのサブユニット１ Ｕ_Ｗ２と同じである。

同じ方法で第２の単位モジュールの第１の固体素子スイッチＤＲ５と第２の固体素子スイッチＤＲ２のオンまたはオフの状態設定と第３の単位モジュールの第１の固体素子スイッチＤＲ４と第２の固体素子スイッチＤＲ３のオンまたはオフの状態設定によりアウトプットのサブユニット２ Ｕ_Ｗ２とアウトプットのサブユニット３ Ｕ_Ｗ２のように電圧が加減された波形が導出される。

このように、パルス波形制御器１３０によって制御された波形（アウトプットのサブユニット１ Ｕ_Ｗ２、アウトプットのサブユニット２ Ｕ_Ｗ２、およびアウトプットのサブユニット３ Ｕ_Ｗ２）は、それぞれ段階別に波形が重ね合わされることになる。

パルス波形制御器１３０が３つの単位モジュールを含む場合、出力電圧値のセットは３、２、１、０、－１、－２、－３である。この際、原則的に新たなパルスごとに新たな形態の生成のために、新たな入力データ集合をローディングすることができる。

このように、パルス波形制御器１３０の出力電圧の振幅はゆっくり変化できる。したがって、各単位モジュールから加減された電圧の波形の和（ＣＯＲＲＥＣＴＯＲ ＯＵＴＰＵＴ ＶＯＬＡＴＥ（コレクタアウトプット電圧） Ｕ_ＣＯ）が最終的に高電圧変圧器１２０の２次側に印加されて電流パルスの波形を制御することができる。

以下、図１０および図１１を参照して、双極型パルス発生器とパルス波形制御器を含むモジュレータについて詳細に説明する。

図１０は、本発明の一実施形態による電流パルスの大きさと電流パルスの波形を制御するモジュレータを示す構成図であり、図１１は、本発明の一実施形態によるモジュレータにより制御される電流パルスを示す例示図である。

図１０に示すように、モジュレータ１００は、電流パルスの大きさを制御する双極型パルス発生器１１０と、電流パルスの波形を制御するパルス波形制御器１３０の両方を含むことができる。

それぞれの双極型パルス発生器１１０およびパルス波形制御器１３０については、図２および図８で説明したので省略する。

モジュレータ１００は、使用者から電流パルスの大きさと波形に対応する条件の入力を受け、入力された条件に対応して双極型パルス発生器１１０とパルス波形制御器１３０内のそれぞれの固体素子スイッチのオン、オフの設定時点をスケジューリングすることができる。

ここで、モジュレータ１００は、使用者から複数の電流パルスの大きさ、パルス幅とパルスの間の時間間隔が調節された条件などの任意の多重電流パルスを制御する構成の入力を受けることができる。モジュレータ１００は入力された条件に基づいて、入力電圧の大きさが大きくなるほど磁化パルスと主パルスが第１次側に印加される時間差が小さくなるようにスケジューリングすることができる。

そして、タイミング制御器１４０を通してスケジューリングによりそれぞれの固体素子スイッチを制御することによって、リアルタイムで電流パルスの大きさおよび電流パルスの波形を制御することができる。

この際、双極型パルス発生器とパルス波形制御器の駆動順序は特に限定されない。

図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、使用者から入力された条件に基づいて高電圧パルス電流の大きさおよび形態を調節して駆動装置であるマグネトロンに供給する例を示す図である。

図１１Ａには、２つの大きさのパルス出力を一定の時間（Ｔ、Ｔ／２）間隔で制御して供給する場合を示し、図１１Ｂには、２つの大きさのパルスを出力する過程で２番目の大きさのパルス出力の反復周期を図１１Ａの場合よりも非常に速く調節して供給する場合を示す。そして、図１１Ｃには、出力が異なる３つ以上のパルス（多重パルス）出力を適切な時間間隔で制御して供給する場合を示す。

多重パルス間の間隔も任意に調節できるので、モジュレータ１００を通して多様な応用が可能である。例えば、デュアルエネルギーコンテナ検査機に本発明のモジュレータ１００を適用して、２つのパルス間に時間的な間隔を制御すれば、時間的な間隔が近い２つのパルスが作る検索イメージが常にほとんど同じ位置であるため、２つのイメージを合わせて映像処理を行うときに別途の補正を要しない。そして、多重パルスで２つよりももっと多様なエネルギーのＸ線を発生させて使用すれば対象物の種類をさらに精密に検索することができる。

このように、モジュレータ１００は、双極型パルス発生器１１０内で発生する磁化パルスと主パルスの高電圧変圧器１２０の１次側に印加される時点により電流パルスの大きさを制御し、パルス波形制御器１３０を通して電圧の大きさを加減することによって、電流パルスの波形を制御してマグネトロンに供給することができる。

このような電流パルスの大きさを制御する機能および電流パルスの波形を制御する機能は、必要に応じて選択的に作用することができ、リアルタイムで同時に実現され得る。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。

１００：モジュレータ
１１０：双極型パルス発生器
１１０ａ：磁化パルス発生部
１１０ｂ：主パルス発生部
１２０：高電圧変圧器
１３０：パルス波形制御器
１４０：タイミング制御器
２００：駆動装置

Claims (10)

1. １次側と２次側を通して供給される電圧を変圧して駆動装置に電流パルスを印加する高電圧変圧器と、
   前記高電圧変圧器の２次側と直列に連結されている複数個の単位モジュールで構成されたパルス波形制御器と、
   前記単位モジュール内の固体素子スイッチのオンまたはオフを調節するタイミング制御器と、を含み、
   前記単位モジュールは、
   前記高電圧変圧器の前記２次側を通して供給される電圧を調節する別途の変圧器と波形制御電源の陰極電源と連結され、前記別途の変圧器の１次側に連結されている第１のダイオードと、
   前記波形制御電源の陽極電源と連結され、前記第１のダイオードと連結されオンまたはオフ制御する第１の固体素子スイッチと、
   前記波形制御電源の陰極電源と連結され、オンまたはオフ制御する第２の固体素子スイッチと、
   前記波形制御電源の陽極電源と連結され、前記別途の変圧器の１次側であって、前記別途の変圧器の一次巻線に対する第１のダイオードの対向側に連結されている、第２のダイオードと、を含み、
   前記２次側に直列に連結されている複数個の単位モジュールから電圧の大きさが調節された波形が印加されると、それぞれの単位モジュールからの印加された波形の和を通じて電流パルスの波形が制御され、
   前記パルス波形制御器がｎ個（ｎは自然数）の単位モジュールを含む場合、２ｎ＋１の段階からなる任意の波形を制御するモジュレータ。
2. １次側と２次側を通して供給される電圧を変圧して駆動装置に電流パルスを印加する高電圧変圧器と、
   前記高電圧変圧器の２次側と直列に連結されている複数個の単位モジュールで構成されたパルス波形制御器と、
   前記単位モジュール内の固体素子スイッチのオンまたはオフを調節するタイミング制御器と、を含み、
   前記単位モジュールは、
   前記高電圧変圧器の前記２次側を通して供給される電圧を調節する別途の変圧器と波形制御電源の陰極電源と連結され、前記別途の変圧器の１次側に連結されている第１のダイオードと、
   前記波形制御電源の陽極電源と連結され、前記第１のダイオードと連結されオンまたはオフ制御する第１の固体素子スイッチと、
   前記波形制御電源の陰極電源と連結され、オンまたはオフ制御する第２の固体素子スイッチと、
   前記波形制御電源の陽極電源と連結され、前記別途の変圧器の１次側であって、前記別途の変圧器の一次巻線に対する第１のダイオードの対向側に連結されている、第２のダイオードと、を含み、
   前記高電圧変圧器の１次側に連結されている連結ラインに磁化パルスと主パルスを印加する双極型パルス発生器をさらに含み、
   前記タイミング制御器は、前記双極型パルス発生器内に固体素子スイッチの駆動時点を制御するモジュレータ。
3. 前記単位モジュールは、
   フルブリッジ（ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ）またはフォワードコンバータ（ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の回路構造と別途の変圧器で形成される、請求項１または２に記載のモジュレータ。
4. 前記単位モジュールは、前記第１の固体素子スイッチおよび前記第２の固体素子スイッチのオンオフ状態により、３つの値を有するパルス形態で電流パルスを補正でき、
   前記第１の固体素子スイッチと前記第２の固体素子スイッチをオフに設定すれば、印加される２次側の電圧が最も小さい第一の値になり、
   前記第１の固体素子スイッチと前記第２の固体素子スイッチをオンに設定すれば、印加される２次側の電圧が最も大きい第二の値になり、
   前記第１の固体素子スイッチと前記第２の固体素子スイッチのうちの１つだけをオンに設定すれば、印加される２次側の電圧が前記第一の値と前記第二の値との中間の第三の値になる、請求項１または２に記載のモジュレータ。
5. 前記高電圧変圧器の１次側に連結されている連結ラインに磁化パルスと主パルスを印加する双極型パルス発生器をさらに含み、
   前記タイミング制御器は、前記双極型パルス発生器内に固体素子スイッチの駆動時点を制御する、請求項１に記載のモジュレータ。
6. 前記双極型パルス発生器は、
   前記磁化パルスの電源を供給する第１の電源供給装置、
   前記第１の電源供給装置から陽極電圧を印加して充電し、充電された前記陽極電圧を放電する第１のキャパシター、
   前記連結ラインの連結地点と第１のキャパシターに連結されている第１のダイオード、および
   前記第１のキャパシターと第１のダイオードの間に連結されてオンまたはオフ制御する第１の固体素子スイッチを含む磁化パルス発生部と、
   前記主パルスの電源を供給する第２の電源供給装置、
   前記第２の電源供給装置から陰極電圧を印加して充電し、充電された前記陰極電圧を放電する第２のキャパシター、
   前記第２のキャパシターと第２のダイオードの間の地点と前記第１の固体素子スイッチと連結されてオンまたはオフ制御する第２の固体素子スイッチ、および
   前記第１のダイオードおよび前記第２の固体素子スイッチと連結されて前記連結ラインとの連結地点位置に連結されている第２のダイオードを含む主パルス発生部と、を含む、請求項２または５に記載のモジュレータ。
7. 駆動装置に印加する電流パルスの波形に対応する条件を入力する段階と、
   入力された前記条件に基づいてタイミング制御器にパルス波形制御器内の固体素子スイッチのオンオフ設定時点をスケジューリングする段階と、
   設定されたスケジューリングにより前記固体素子スイッチのオンまたはオフ状態を制御する段階と、
   前記固体素子スイッチのオンまたはオフ状態により前記固体素子スイッチに連結されているパルス波形電源供給器を通じて電圧を加減して高電圧変圧器の２次側に印加する段階と、
   前記高電圧変圧器の２次側に印加された電圧の大きさにより高電圧の電流パルスの波形を調節する段階と、を含み、
   前記パルス波形制御器は、
   波形制御電源の陽極電源と連結され、オンまたはオフ制御する第１の固体素子スイッチ、
   波形制御電源の陰極電源と一端が連結され、オンまたはオフ制御する第２の固体素子スイッチ、および
   前記高電圧変圧器の２次側電圧を調節する別途の変圧器を含む複数個の単位モジュールが直列に構成され、
   前記単位モジュールは、前記第１の固体素子スイッチおよび前記第２の固体素子スイッチのオンオフ状態により、３つの値を有するパルス形態で電流パルスを補正でき、
   前記固体素子スイッチのオンオフ設定時点をスケジューリングする段階において、
   前記第１の固体素子スイッチと前記第２の固体素子スイッチをオフに設定すれば印加される電流の大きさが最も小さい第一の値になり、
   前記第１の固体素子スイッチと前記第２の固体素子スイッチをオンに設定すれば印加される電流の大きさが最も大きい第二の値になり、
   前記第１の固体素子スイッチと前記第２の固体素子スイッチのうち一つだけをオンに設定すれば、印加される２次側の電圧が前記第一の値と前記第二の値との中間の第三の値になり、
   前記電流パルスの波形を調節する段階は、
   前記２次側に直列に連結されている複数個の単位モジュールから電圧の大きさが調節された波形を印加すると、それぞれの単位モジュールからの印加された波形の和を通じて電圧パルスの波形が制御され、
   ｎ個（ｎは自然数）の単位モジュールにより２ｎ＋１の段階の電圧波形が調節されるモジュレータの電流パルス波形制御方法。
8. 駆動装置に印加する電流パルスの波形に対応する条件を入力する段階と、
   入力された前記条件に基づいてタイミング制御器にパルス波形制御器内の固体素子スイッチのオンオフ設定時点をスケジューリングする段階と、
   設定されたスケジューリングにより前記固体素子スイッチのオンまたはオフ状態を制御する段階と、
   前記固体素子スイッチのオンまたはオフ状態により前記固体素子スイッチに連結されているパルス波形電源供給器を通じて電圧を加減して高電圧変圧器の２次側に印加する段階と、
   前記高電圧変圧器の２次側に印加された電圧の大きさにより高電圧の電流パルスの波形を調節する段階と、を含み、
   前記高電圧変圧器の１次側に連結されている双極型パルス発生器から磁化パルスを前記高電圧変圧器の１次側に印加する段階と、
   予め設定された時間が経過すると、主パルスを前記高電圧変圧器の１次側に印加する段階と、
   前記高電圧変圧器の１次側に前記磁化パルスの電圧と前記主パルスの電圧が印加されて電圧の大きさが制御される段階と、をさらに含むモジュレータの電流パルス波形制御方法。
9. 前記条件を入力する段階は、
   マグネトロンに印加する電流パルスの大きさに対する条件が入力され、
   前記スケジューリングする段階は、
   前記電流パルスの大きさに対する条件に基づいて、入力された前記電圧の大きさが大きくなるほど前記磁化パルスと前記主パルスが前記１次側に印加される時間差が小さくなるようにスケジューリングする、請求項８に記載のモジュレータの電流パルス波形制御方法。
10. マグネトロンに印加する複数の電流パルスの大きさ、パルス幅とパルスの間の時間間隔が調節された条件が入力されると、
    前記スケジューリングする段階は、
    前記複数の電流パルスの大きさに対する条件に基づいて、入力された前記電圧の大きさが大きくなるほど前記磁化パルスと前記主パルスが前記１次側に印加される時間差が小さくなるようにスケジューリングし、
    各パルスの波形をパルス波形制御器で調節する、請求項８に記載のモジュレータの電流パルス波形制御方法。

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