KR0119780Y1 - 방전 가공기의 스위칭 소자 보호 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 방전가공기의 스위칭 소자 보호 회로에 관한 것으로, 종래에는 스위칭 소자가 턴오프되는 시점에서 선로상의 라인 인덕턴스에 의한 에너지가 방출되지 못하여 소정 시간동안 스위칭 소자의 드레인-소스간에 돌입 전압에 의해 스위칭 소자가 파손되는 문제점이 있고 또한, 선로 상의 라인 인덕턴스에 의한 에너지를 흡수할 수 있을 만큼 콘덴서의 용량이 커야 하는데 스위칭 소자가 턴온되는 시간동안 에너지를 방출하는 궤환 저항의 값은 작아야 하므로 콘덴서의 방전시 궤환 저항에 많은 열이 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 고안은 라인 인덕턴스에 의한 돌입 전압을 콘덴서에 충전한 후 인덕터의 에너지로 변환하고 이 변환된 에너지를 전원부로 궤환시키므로써 스위칭 소자가 턴온/턴오프될 때 안정 상태를 유지시키도록 구성한 것으로, 본 고안은 스위칭 소자의 턴오프시 발생되는 돌입 전압을 제거하므로써 방전 가공기가 1초에 1만회에서 5만회 이상 턴온/턴오프를 반복할 때 스위칭 소자를 보호하여 방전 가공기의 동작을 원활하게 하고 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

방전 가공기의 스위칭 소자 보호 회로

제1도는 종래의 스위칭 소자 보호 회로도.

제2도는 제1도에 있어, 스위칭 소자의 드레인-소스간 전압 파형도.

제3도는 본 고안의 스위칭 소자 보호 회로도.

제4도는 제3도에 있어, 스위칭 소자의 동작 구간을 보인 파형도.

제5도는 제3도에 있어, 스위칭 소자의 드레인-소스간 전압 파형도.

제6도 내지 제9도는 제3도에 있어, 등가 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 전원부 2: 전압 증폭부

3: 가공물 4: 전극

5: 스위칭 소자 6: 펄스 발생기

7: 궤환 저항 8, 12, 13: 다이오드

9, 11: 콘덴서 10, 15: 소자 보호부

14: 인덕터(Inductor)

본 고안은 방전 가공기의 방전 에너지 공급 제어에 관한 것으로 특히, 스위칭 소자의 턴온프시 라인 인덕턴스를 이용하여 불필요한 에너지에 의한 스위칭 소자의 파손을 방지하는 방전 가공기의 스위칭 소자 보호 회로에 관한 것이다.

일반적으로 방전 가공기는 전즉과 공작물사이에 형성된 소정 치수의 가공 갭 사이에 전원 회로를 접속하여 펄스적으로 전기 에너지를 공급함에 의해 방전을 발생시키므로써 피가공물, 즉 공작물을 용융시켜 가공을 행하는 가공기이다.

이러한 방전 가공기로 작업을 수행할 때 스위칭 소자가 1초에 1만회에서 5만회이상을 턴온/턴오프를 반복하므로 스위칭 소자를 완벽하게 보호하여 불필요한 에너지를 제거시켜야만 방전 가공기의 전기 에너지를 완벽하게 공급할 수 있다.

제 1도는 종래 방전가공기의 스위칭 소자 보호 회로도로서 이에 도시된 바와 같이, 전원부(1)의 플러스 단자(+)를 라인 인덕턴스(2)를 통해 공작물(3)에 접속하여 상기 공작물(3)에 접속된 전극(4)에 스위칭 소자(5)의 드레인을 연결하고 그 스위칭소자(5)의 소스를 전원부(1)의 마이너스 단자(-)에 연결하며 펄스 발생기(6)가 게이트에 접속된 상기 스위칭 소자(5)의 드레인과 소스 양단에 소자 보호부(10)를 병렬로 접속하여 구성한다.

상기 소자보호부(10)는 스위칭 소자(5)의 드레인 단자에 직렬 접속된 순방향 다이오드(8)에 저항(7)을 병렬 접속하고 그 접속점을 콘덴서(9)를 통해 상기 스위칭 소자(5)의 소스에 접속하여 구성된다.

상기 전원부(1)는 직류 전원을 전압 증폭부(2)에 출력한다.

상기 전압 증폭부(2)는 라인 인덕턴스(line inductance)에 의한 에너지를 갖는다.

이와같은 종래 회로의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

펄스 발생기(6)에서 온신호가 출력하여 스위칭 소자(5)가 턴온되었을 때 전류는 'I1'과 같이 흐르게 되므로 전원부(1)의 직류 전원은 전압 증폭부(2)에서 증폭되어 공작물(3)에 인가되고 그 공작물(3)과 상기 스위칭 소자(5)의 드레인 단자가 접속된 전극(4)사이에 방전이 발생함에 따라 가공이 이루어진다.

여기서, 스위칭 소자(5)의 드레인과 소스간 전압 파형은 제2도의 구간(ton)과 같다.

이때, 소자 보호부(10)는 콘덴서(9)에 충전되었던 에너지가 궤환 저항(7)을 통해 'I2'와 같은 흐름으로 방전이 이루어진다.

이러한 방전동작은 스위칭 소자(5)가 턴온되는 짧은 시간동안 이루어지므로 이 시간동안 콘덴서(9)의 충전 에너지를 가능한한 모두 방전시키기 위하여 궤환저항(7)은 적정값으로 선정하여야 한다.

여기서, 턴온 시간(ton)은 저항(7)과 콘덴서(8)의 곱이므로 RC로 표시되어진다.

이후, 펄스발생기(6)로부터 오프 신호가 발생되면 전압 증폭부(2)에서 선로 상의 라인 인덕턴스에 의한 에너지가 'I3'와 같은 흐름으로 다이오드(8)를 통해 콘덴서(9)에 충전되어 스위칭 소자(5)의 턴오프시의 전원 증폭부(2)가 가지고 있던 에너지를 제거하게 된다.

여기서, 스위칭 소자(5)의 드레인과 소스간 전압 파형은 제2도의 구간(toff)과 같다.

즉, 펄스 발생기(6)의 출력 신호에 따라 스위칭 소자(5)가 턴온/턴오프를 반복함에 의해 공작물(3)을 가공하게 되고 이때, 소자 보호부(10)는 콘덴서(9)의 에너지를 방전시킨 후 전압 증폭부(2)의 라인 인덕턴스에 의한 에너지를 충전시키므로써 상기 스위칭 소자(5)의 파손을 방지하게 된다.

그러나, 종래에는 스위칭 소자가 턴오프되는 시점에서 제2도의 구간(ta)와 같이 다이오드의 턴온 시간까지는 선로상의 라인 인덕턴스에 의한 에너지가 방출되지 못하므로 소정 시간동안 스위칭소자의 드레인-소스간에 돌입 전압이 발생된다. 따라서, 돌입 전압이 스위칭 소자의 내압보다 큰 경우에는 스위칭 소자가 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 콘덴서는 선로 상의 라인 인덕턴스에 의한 에너지를 흡수할 수 있을 만큼 그 용량이 커야 하는데 궤환 저항은 스위칭 소자가 턴온되는 시간동안 에너지를 방출할 수 있을 정도로 그 값이 작아야 하므로 콘덴서의 방전시 궤환 저항에 많은 열이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 리인 인덕턴스에 의한 돌입 전압을 콘덴서에 충전한 후 인덕터의 에너지로 변환하고 이 변환된 에너지를 전원부로 궤환시키므로써 스위칭 소자가 턴온/턴오프될 때 안정 상태를 유지시키는 방전 가공기의 스위칭 소자 보호 회로를 안출한 것으로,

이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 고안 방전가공기의 스위칭 소자 보호 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 전원부(1)의 플러스 단자(+)를 전압 증폭부(2)를 통해 공작물(3)에 접속하여 상기 공작물(3)에 접속된 전극(4)에 스위칭 소자(5)의 드레인을 연결하고 그 스위칭 소자(5)의 소스를 전원부(1)의 마이너스 단자(-)에 연결하며 펄스 발생기(6)가 게이트에 접속된 상기 스위칭 소자(5)의 드레인과 소스 양단 및 그 스위칭 소자(5)의 드레인과 전원부(1)의 플러스 단자(+) 양단에 소자 보호부(15)를 접속하여 구성한다.

상기 소자 보호부(15)는 전원부(1)의 플러스 단자(+)에서 마이너스 단자(-)로 역방향 다이오드(12)(13)와 인덕터(14)를 직렬 접속하고 상기 다이오드(12)(13)의 접속점에 마이너스 단자(-)가 전속된 콘덴서(11)의 플러스 단자(+)를 스위칭 소자(5)의 드레인 단자에 접속하여 구성한다.

이와같이 구성한 본 고안의 동작 및 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

펄스 발생기(6)의 출력에 따라 스위칭 소자(5)가 턴온/턴오프될 때 전원부(1)의 직류 전원은 전압 증폭부(2)에서 증폭되어 공작물(3)에 인가되면 그 공작물(3)과 상기 스위칭 소자(5)의 드레인 단자가 접속된 전극(4)사이에 방전이 발생함에 따라 가공이 이루어진다.

여기서, 스위칭 소자(5)의 드레인과 소스간 전압 파형은 제5도와 같다.

이때, 소자 보호부(15)는 스위칭 소자(5)의 턴온/턴오프될 때 안정적으로 동작하도록 제6도내지 제9도와 같은 등가 회로를 이루게 된다.

즉, 스위칭 소자(5)가 턴온되는 제4도의 구간(I)에서 소자 보호부(15)는 제6도의 등가회로와 같이 동작하므로 콘덴서(11)의 충전 에너지가 스위칭 소자(5)를 통해 인덕터(14)로 방전하여 상기 콘덴서(11)의 충전 에너지(ωc)는 감소하고 그 에너지가 인덕터(14)의 에너지(ω_L)로 바뀌어진다.

여기서, 스위칭 소자(5)의 드레인과 소스 간 전압 파형은 제5도의 구간(I)과 동일하다.

이때, 스위칭 소자(5)가 턴오프될 때 그 턴오프되는 시점인 제4도의 구간(Ⅱ)에서 전압 증폭부(2)가 가지고 있던 선로 상의 라인 인덕턴스에 의한 에너지(ω_LZ)는 콘덴서(11)의 에너지(ω_C)로 충전되어 진다.

즉, 제7도의 등가 회로에 도시한 바와 같이 전압 증폭부(2)에서 콘덴서(11)로 전류의 흐름이 발생하게 된다.

여기서, 스위칭 소자(5)의 드레인과 소스간 전압 파형은 제5도의 구간(Ⅱ)와 같다.

이에 따라, 스위칭 소자(5)가 턴오프됨과 동시에 라인 인덕턴스에 의한 에너지(ω_LZ)가 콘덴서(11)의 충전 에너지(ω_C)로 전환되므로 돌입 전압을 감소시킬 수 있다.

그리고, 스위칭 소자(5)가 턴오프된 제4도의 구간(Ⅲ)에서 소자 보호부(15)는 제8도와 같은 등가 회로로 동작하게 된다.

이때, 인덕터(14)의 에너지(ω_L)를 다이오드(13)(12)를 통해 전원부(1)의 플러스 단자(+)로 방전시키게 된다.

여기서, 스위칭 소자(5)의 드레인과 소스 간 전압 파형은 제5도의 구간(Ⅲ)과 같다.

또한, 스위칭 소자(5)가 턴오프된 제4도의 구간(Ⅳ)에서 소자 보호부(15)는 제9도와 같은 등가 회로로 동작하게 된다.

따라서, 모든 에너지가 균형을 이루므로 안정 상태를 유지하면서 스위칭 소자(5)의 다음 턴온 시간을 대기하게 된다.

이때, 스위칭 소자(5)는 전원부(1)이 인가된 상태이다.

즉, 공작물(3)을 가공하기 위하여 펄스 발생기(6)의 출력에 따라 스위칭 소자(5)가 턴온/턴오프를 반복적으로 수행할 때마다 순간적인 돌입 에너지(ω_LZ)를 콘덴서(11)의 에너지(ω_C)로 전환하고 다시 이를 인덕터(14)의 에너지(ω_L)로 바꾼 후 이를 다이오드(12)(13)를 통해 전원부(1)로 궤환시키므로 스위칭 소자(5)는 턴온/턴오프 동작을 안정적으로 유지하게 된다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안은 스위칭 소자의 턴오프시 발생되는 돌입 전압을 제거하므로써 방전 가공기가 1초에 1만회에서 5만회 이상 턴온/턴오프를 반복할 때 스위칭 소자를 보호하여 방전 가공기의 동작을 원활하게 하고 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 전원부(1)의 직류 전원을 전압 증폭부(2)를 통해 공작물(3)에 인가하고 펄스 발생기(6)의 출력에 따라 턴온/턴오프되는 스위칭 소자(5)의 드레인에 접속된 전극(4)을 상기 공작물(3)에 접속한 방전 가공기에 있어서, 상기 전압 증폭부(2)의 돌입 전압을 충전 에너지로 전환한 후 그 충전 에너지를 인덕터 에너지로 변환하여 상기 전원부(1)로 궤환시키는 소자 보호부(15)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 방전 가공기의 스위칭 소자 보호 회로.
2. 제 1항에 있어서, 소자 보호부(15)는 전원부(1)의 플러스 단자(+)에 역방향 다이오드(12)(13), 인덕터(14)를 순차적으로 직렬 접속하여 그 전원부(1)의 마이너스 단자(-)에 접속하고 상기 역방향 다이오드(12)(13)의 접속점은 플러스 단자(+)가 스위칭 소자(5)의 드레인에 접속된 콘덴서(11)의 마이너스 단자(-)에 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 방전 가공기의 스위칭 소자 보호 회로.