KR100310610B1 - The coupling structure and method of pulse transformer for high voltage and large current pulse generator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합구조 및 결합방법에 관한 것으로, 종래에는 부품정수의 과다, 유지 보수의 곤란함 및 공간의 비효율적인 이용 등과 같은 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 상측이 막혀있고, 하측이 개방된 도우넛 형태의 동축통의 외부동관에 토로이날 형태의 코아를 삽입하고, 상기 동축통의 내부동관에 전선이 관통되도록 하고, 상기 동축통을 도전체로 코팅하여 직접 피씨비(PCB)에 조립되도록 펄스 트랜스포머를 구성하고, 이 구성된 펄스 트랜스포머를 다수개 결합시 1장의 피씨비 상,하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 교대로 조립하고, 1장의 피씨비 하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 직렬로 연결하고, 실드 파이프를 이용하여 한 열의 종단의 펄스 트랜스포머와 다른 열의 첫단의 펄스 트랜스포머를 연결함으로써 과다한 부품정수를 줄일 수 있고, 보수 상황이 발생했을 때 보수를 용이하게 할 수 있으며, 유효하고도 효율적인 공간이용을 할 수 있도록 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse transformer coupling structure and a coupling method of a high voltage, high current pulse generator, and has conventionally had problems such as excessive component constants, difficulty in maintenance, and inefficient use of space. Accordingly, the present invention inserts a toroidal core into an outer copper tube of a donut-shaped coaxial cylinder whose upper side is blocked, and opens a lower side thereof, and allows an electric wire to penetrate the inner copper tube of the coaxial cylinder. The pulse transformer is configured to be directly assembled to the PCB by coating, and when a plurality of pulse transformers are combined, a plurality of pulse transformers are alternately assembled at the top and bottom of one PC ratio, and a plurality of pulses are placed at the bottom of the PCB. By connecting the transformers in series and connecting the pulse transformers at one end of the row with the pulse transformers at the first end of the other row by using the shield pipe, it is possible to reduce the excessive part number and to facilitate the maintenance when a repair situation occurs. It is to enable effective and efficient space use.
Description
본 발명은 고전압, 대전류 펄스를 발생함에 있어서, 빠른 상승시간과 짧은 펄스폭의 펄스를 얻도록 한 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합구조 및 결합방법에 관한 것으로, 특히 고전압을 얻기위하여 1장의 피씨비 상,하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 교대로 조립하고, 1장의 피씨비 하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 직렬로 연결하고, 실드 파이프를 이용하여 한 열의 종단의 펄스 트랜스포머와 다른 열의 첫단의 펄스 트랜스포머를 연결함으로써 부품정수를 줄이고, 보수를 용이하도록 하고, 아울러 공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 한 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합구조 및 결합방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse transformer coupling structure and a coupling method of a high voltage and high current pulse generator in which a high rise time and a short pulse width pulse are obtained in generating a high voltage and a high current pulse. Multiple pulse transformers are assembled alternately at the top and bottom of the PCB, multiple pulse transformers are connected in series at the bottom of one PCB, and the pulse transformer at one end of the row and the first pulse transformer of the other row are connected by using a shield pipe. The present invention relates to a pulse transformer coupling structure and a coupling method of a high voltage, high current pulse generator that reduce component count, facilitate maintenance, and efficiently use space.
일반적으로 고전압, 대전류 펄스 발생장치는 콘덴서, 인덕터 등에 저장된 초기 에너지를 수[ns]∼수[ms]의 시간 안에 인출하여 짧은 시간 동안에 막대한 에너지를 부하에 집중 공급하는 기술이다.In general, a high voltage and high current pulse generator is a technology that draws initial energy stored in a capacitor, an inductor, etc. within a few [ns] to a few [ms] to concentrate a large amount of energy on a load in a short time.
이렇게 전기 에너지를 짧은 시간안에 방출하면, 정상적으로는 실현되지 않는 초고온, 초강자계, 초고전계와 같은 극한 상태를 용이하게 실현 가능하다.When electrical energy is released in such a short time, extreme conditions such as ultra high temperature, super magnetic field, and ultra high electric field which are not normally realized can be easily realized.
이러한 고전압, 대전류 펄스발생 기술은 1940년대 핵융합을 위한 고온 플라주마 연구에서 시작되어 지금에 와서의 응용분야는 레이저, X-ray, 전자가속, 핵융합 발생, 전자빔의 발생, 바위/건물 발파 및 플라즈마 발생 등 여러 산업분야에서 급속히 이용이 확산중인 핵심 기술이다.This high-voltage, high-current pulse generation technology began with the research of high-temperature plasma for nuclear fusion in the 1940's, and its applications now include laser, X-ray, electron acceleration, fusion generation, electron beam generation, rock / building blasting and plasma generation. It is a key technology that is rapidly spreading in many industries.
그런데 이러한 펄스발생 기술에 있어서, 고전압 펄스의 빠른 상승시간과 짧은 펄스폭의 실현은 전자가 가질 수 있는 에너지를 더 크게 함은 물론 전체 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있어 두 가지가 모두 매우 중요한 요소이다.However, in this pulse generation technology, the rapid rise time and short pulse width of the high voltage pulse are both important factors because the energy of the electron can be increased and the energy efficiency of the entire system can be increased. .
이하, 첨부한 도면에 의거하여 종래의 기술에 따른 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머의 구성을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a configuration of a pulse transformer of a high voltage and high current pulse generator according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 구성을 보여주는 레이아웃도로서, 이에 도시된 바와같이, 저전압의 정전 에너지를 저장하고 있는 에너지 저장부(1)와, 상기 에너지 저장부(1)에 저장되어 있는 에너지를 짧은 순간동안 도통되어 펄스 형태로 출력시키는 스위치부(2)와, 상기 스위치부(2)를 통해 펄스형태로 입력되는 에너지를 승압하여 고전압의 펄스를 부하부(4)로 제공하는 펄스 트랜스포머(3)로 구성된다.FIG. 1 is a layout showing a configuration of a conventional high voltage and high current pulse generator, and as shown in FIG. 1, an energy storage unit 1 storing low-voltage electrostatic energy and stored in the energy storage unit 1. The switch unit 2 which conducts the energized energy for a short time and outputs the pulse in a pulse form, and boosts the energy input in the form of a pulse through the switch unit 2 to provide a high voltage pulse to the load unit 4. It consists of a transformer (3).
이와같이 구성된 종래 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 동작은 다음과 같다.The operation of the conventional high voltage, high current pulse generator configured as described above is as follows.
먼저, 에너지 저장부(1)에 저장된 저전압의 정전에너지는 스위치부(2)에 의해 짧은 순간 도통되어 펄스형태로 펄스 트랜스포머(3)에 입력된다.First, the low voltage electrostatic energy stored in the energy storage unit 1 is conducted by the switch unit 2 for a short moment and is input to the pulse transformer 3 in the form of a pulse.
이에 상기 펄스 트랜스포머(3)는 입력된 펄스형태의 에너지를 승압하여 부하부(4)로 출력한다.Accordingly, the pulse transformer 3 boosts the input pulse energy to output the load 4.
따라서 상기 부하부(4)는 입력된 에너지에 의해 동작한다.Thus, the load unit 4 operates by the input energy.
이때 상기 펄스 트랜스포머(3)는, 도 2에 도시된 바와같이, E,I 코아(a) 또는 토로이달 코어(b)에 전선(6)(11)으로 각각 1,2차를 n1:n2의 권선비로 감겨있다.At this time, the pulse transformer 3, as shown in Figure 2, E, I core (a) or toroidal core (b) to the electric wire (6) 11, respectively, the first and second of n1: n2 Wound by turns ratio
또한 펄스 트랜스포머의 등가회로는, 도 3에 도시된 바와같이, 입력되는 펄스자체가 매우 고주파이고, 1차 및 2차 권선수가 승압을 위하여 각각 n1,n2이므로 1,2차 권선간에 큰 값의 분포용량(Cd1, Cd2)이 존재하며, 1,2차 권선이 코아를 완전히 감싸지 못하므로 상대적으로 큰 값의 1,2차 누설 리액턴스(Xl1,Xl2) 또한 존재하게 된다.In addition, as shown in FIG. 3, the equivalent circuit of the pulse transformer has a large frequency distribution between the primary and secondary windings because the input pulse itself is very high frequency, and the number of primary and secondary windings is n1 and n2 respectively for boosting. Capacities Cd1 and Cd2 exist, and since the primary and secondary windings do not completely wrap the core, there are also relatively large primary and secondary leakage reactances Xl1 and Xl2.
그런데 상기에서와 같은 펄스 트랜스포머는 자체내에 존재하는 분포용량 및 누설 리액턴스가 펄스 상승시간을 제한하는 요소로 작용하여 짧은 펄스폭을 유지하기 어려우므로 고압의 펄스를 발생시키지 못하여 부하에 전달되는 에너지레벨을 저하시키는 문제점이 있다.However, the pulse transformer as described above is difficult to maintain a short pulse width because the distribution capacity and leakage reactance existing in itself act as a limiting factor of the pulse rise time. There is a problem of deterioration.
따라서 상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 도 2에 도시된, E,I코아(a)와 토로이달 코아(b)에 전선으로 각각 1,2차를 권선하는 구조를 사용한다.Therefore, in order to solve the problems as described above, a structure in which the primary and secondary windings are respectively used as wires in the E, I core (a) and the toroidal core (b) shown in FIG. 2.
도 4는 종래의 펄스 트랜스포머 구조에 대한 단면도로서, 이에 도시된 바와같이, 상측이 막히고, 하측이 개방된 도우넛 형태 동관의 외부동관(7)에 토로이달 형태의 코아(9)가 삽입되고, 내부 동관에 전선(11)이 관통되도록 하며, 상기 외부동관 표면상측 및 하측에 각각 2개의 금속 핀(8)이 부착되어 피씨비(PCB)에 고정되도록 구성되어 있다.4 is a cross-sectional view of a conventional pulse transformer structure, as shown therein, a toroidal core 9 is inserted into the outer copper tube 7 of the donut-type copper tube whose upper side is blocked and the lower side is opened, and The wire 11 penetrates the copper tube, and two metal pins 8 are attached to the upper and lower surfaces of the outer copper tube, respectively, and are fixed to the PCB.
이때 내부동관(6)과 외부동관(7)이 1턴(turn)의 1차권선이고, 전선(11)과 외부동관(7)이 1턴(turn)의 2차권선이다.At this time, the inner copper tube 6 and the outer copper tube 7 are primary turns of one turn, and the electric wire 11 and the outer copper tubes 7 are secondary turns of one turn.
따라서 1차권선과 2차권선이 각각 1턴이므로 분포용량(Cd1,Cd2)이 거의 존재하지 않고, 1차권선과 2차권선이 동관형태로 코아(9)를 완전히 감싸고 있으므로 누설자속(Xl1,Xl2)도 거의 없어 빠른 펄스 상승시간 및 짧은 펄스폭을 실현할 수 있다.Therefore, since the primary winding and the secondary winding are one turn each, there is almost no distribution capacity (Cd1, Cd2), and since the primary winding and the secondary winding completely surround the core 9 in the form of a copper tube, the leakage flux (Xl1, Since there is little Xl2), a fast pulse rise time and short pulse width can be realized.
그러나 빠른 펄스 상승시간과 짧은 펄스폭을 실현하였지만 1,2차 권선비가 1:1이므로 하나의 펄스 트랜스포머(3) 만으로는 고전압을 발생시킬 수 없다.However, although high pulse rise time and short pulse width are realized, since the 1st and 2nd turns ratio is 1: 1, it is impossible to generate a high voltage with only one pulse transformer 3.
따라서 상기 펄스 트랜스포머에 의해 고전압을 발생시키기 위한 방법으로 도 5에서와 같이 결합하는 방법을 적용한다.Therefore, as a method for generating a high voltage by the pulse transformer is applied as shown in FIG.
즉, 펄스 트랜스포머(3) N개를 적층하는데, 피씨비(10)를 지지부재로써 각각의 펄스 트랜스포머(3)를 사이에 두고 전체 펄스 트랜스포머(3)의 내부동관(6) 사이로 전선(11)이 관통하며, 외부동관(7)은 금속핀(8)에 의해 서로 연결하고, 2차권선의 일단은 외부동관(7)에 연결한다.That is, N pulse transformers 3 are stacked, and the wires 11 are sandwiched between the inner copper tubes 6 of the entire pulse transformers 3 with each of the pulse transformers 3 as the supporting member. Through, the outer copper tube (7) is connected to each other by a metal pin (8), one end of the secondary winding is connected to the outer copper tube (7).
따라서 2차권선이 코아(9) 전체를 조밀하게 감싸는 구조가 되어, 2차측의 합성누설자속(N×Xl2)은 최소가 된다.Therefore, the secondary winding has a structure in which the entire core 9 is densely wrapped, and the synthetic leakage magnetic flux N × X 2 on the secondary side is minimized.
그리고 이와동시에 결합구조상 입력전압(Vi)에 대하여 펄스 트랜스포머(3)의 적층수(N)에 상응하는 고전압출력(Vo) 즉, Vo = N ×Vi를 얻을 수 있다.At the same time, a high voltage output Vo corresponding to the stacked number N of the pulse transformers 3, i.e., Vo = N x Vi, can be obtained with respect to the input voltage Vi for the coupling structure.
따라서, 도 1의 에너지 저장부(1)의 정전 에너지가 스위치부(2)에 의해 펄스형태로 펄스 트랜스포머(3)에 입력되면, 빠른 펄스 상승시간 및 짧은 펄스폭을 갖는 펄스 트랜스포머(3)의 동작특성 및 결합구조 특성에 따라 출력단 즉, 반대편 동축통의 외면과 2차권선의 타단을 통해 펄스 트랜스포머의 수에 상응하는 만큼의 고전압, 대전류의 펄스가 출력된다.Accordingly, when the electrostatic energy of the energy storage unit 1 of FIG. 1 is input to the pulse transformer 3 in the form of a pulse by the switch unit 2, the pulse transformer 3 having a fast pulse rise time and a short pulse width may be used. Depending on the operation characteristics and coupling structure characteristics, high voltage and high current pulses are output through the output stage, that is, the outer surface of the opposite coaxial cylinder and the other end of the secondary winding, corresponding to the number of pulse transformers.
그러나 상기에서와 같은 종래기술에 있어서, 하나의 피씨비(PCB)에 한개의 펄스 트랜스포머를 조립할 경우 N개의 펄스 트랜스포머가 필요할 경우 부품정수는 피씨비의 부품정수*N개가 되므로 부품정수가 과다하게 소비되는 문제점이 있고, 펄스 트랜스포머 조립시 상,하에 있는 피씨비에 모두 조립해야 하므로 소자 파괴등의 보수 상황이 발생했을 때 피씨비 상에서 펄스 트랜스포머들을 떼어내야 하므로 보수의 어려움이 있고, 또한 N개의 트랜스포머를 일렬로 직렬 연결하여 고전압을 얻는 경우 요구되는 전압이 수십 KV 이상의 전압일 경우 피씨비와 펄스 트랜스포머가 상당히 높이 쌓여지게 되어 공간을 효율적으로 사용하지 못하는 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, when assembling one pulse transformer in one PCB ratio, when N pulse transformers are required, the component constant becomes excessive number of component constants * N of the PC ratio. When assembling pulse transformers, it is necessary to assemble to both the upper and lower PC ratios, so when the repair situation such as device breakdown occurs, it is difficult to repair the pulse transformers on the PC ratio. Therefore, when the required voltage is a voltage of several tens of KV or more, the PC ratio and the pulse transformer are piled up considerably high, which makes it difficult to use the space efficiently.
도 1은 종래 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 구성을 보여주는 레이아웃도.1 is a layout showing the configuration of a conventional high voltage, high current pulse generator.
도 2는 도 1에서, 펄스 트랜스포머의 구조도.2 is a structural diagram of a pulse transformer in FIG.
도 3은 도 1에서, 펄스 트랜스포머의 등가회로도.3 is an equivalent circuit diagram of a pulse transformer in FIG.
도 4는 도 1에서, 펄스 트랜스포머의 또 다른 구조도.4 is another structural diagram of a pulse transformer in FIG.
도 5는 종래 펄스 트랜스포머의 결합상태를 보여주는 단면도.5 is a cross-sectional view showing a coupling state of a conventional pulse transformer.
도 6은 본 발명 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 구조에 대한 제1실시예.Figure 6 is a first embodiment of the pulse transformer structure of the high voltage, high current pulse generator of the present invention.
도 7은 본 발명 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 구조에 대한 제2실시예.Figure 7 is a second embodiment of the pulse transformer structure of the present invention a high voltage, high current pulse generator.
도 8과 도 9는 본 발명 펄스 트랜스포머의 결합상태를 보여주는 단면도.8 and 9 are cross-sectional views showing a coupling state of the pulse transformer of the present invention.
도 10은 도 8 및 도 9와 같이 결합된 펄스 트랜스포머의 등가회로도.10 is an equivalent circuit diagram of a pulse transformer coupled as shown in FIGS. 8 and 9.
도 11은 도 5의 결합방법에 의한 펄스 상승시간과 펄스 하강시의 과전압 특성도.11 is an overvoltage characteristic diagram at the time of pulse rise and pulse fall by the coupling method of FIG. 5;
도 12는 도 8 및 도 9의 결합방법에 의한 펄스 상승시간과 펄스 하강시의 과전압 특성도.12 is an overvoltage characteristic diagram at the time of pulse rise and pulse fall by the coupling method of FIGS. 8 and 9;
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ********** Explanation of symbols for the main parts of the drawing *****
1 : 에너지 저장부 2 : 스위치부1: energy storage unit 2: switch unit
3 : 펄스 트랜스포머 4 : 부하부3: pulse transformer 4: load part
6 : 내부동관 7 : 외부동관6: inside copper tube 7: outside copper tube
8 : 금속 핀 9 : 코아8: metal pin 9: core
10 : 피씨비(PCB) 11 : 전선10: PCB 11: Electric wire
12 : 도전체 13 : 스프링 캡12: conductor 13: spring cap
따라서, 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 부품정수의 과다, 유지 보수의 곤란함 및 공간의 비효율적인 이용 등을 해결하도록 한 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합구조 및 결합방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the conventional problems as described above is a pulse transformer coupling structure of a high voltage, high current pulse generator to solve the excessive number of components, the difficulty of maintenance and inefficient use of space, etc. And to provide a bonding method.
본 발명의 다른 목적은 1장의 피씨비 상,하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 교대로 조립하고, 1장의 피씨비 하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 직렬로 연결하여부품정수를 줄이고, 보수가 용이하도록 한 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합구조 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to assemble a plurality of pulse transformers at the top and bottom of one PC, and to connect a plurality of pulse transformers in series at the bottom of one PC to reduce the number of parts, easy to repair high voltage, high current The present invention provides a pulse transformer coupling structure and method of a pulse generator.
본 발명의 또 다른 목적은 실드(SHIELD) 파이프를 이용하여 한 열의 종단의 펄스 트랜스포머와 다른 열의 첫단의 펄스 트랜스포머를 연결함으로써 공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 한 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합구조 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to connect a pulse transformer at one end of a row and a pulse transformer at the first end of another row by using a shield pipe to make efficient use of space. And providing a method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상측이 막혀있고, 하측이 개방된 도우넛 형태의 동축통의 외부동관에 토로이날 형태의 코아를 삽입하고, 상기 동축통의 내부동관에 전선이 관통되도록 하고, 상기 동축통을 도전체로 코팅하여 직접 피씨비(PCB)에 조립되도록 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is inserted in the toroidal type core in the outer tube of the donut-shaped coaxial cylinder, the upper side is blocked, the lower side, so that the wire is penetrated through the inner tube of the coaxial cylinder, The coaxial tube is coated with a conductor, and is configured to be directly assembled to the PCB.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings in detail as follows.
도 6은 본 발명 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합구조에 대한 일실시예로서, 이에 도시한 바와같이, 상측이 막혀있고, 하측이 개방된 도우넛 형태의 동축통의 외부동관에 토로이날 형태의 코아를 삽입하고, 상기 동축통의 내부동관에 전선이 관통되도록 하고, 상기 동축통을 도전체로 코팅하여 직접 피씨비(PCB)에 조립되도록 구성한다.Figure 6 is an embodiment of the pulse transformer coupling structure of the high voltage, high current pulse generator of the present invention, as shown in this, the upper side is blocked, the lower side is a toroidal shape in the outer copper tube of the donut-shaped coaxial tube is open Insert the core of the coaxial tube, the inner tube of the coaxial through the electric wire, and the coaxial tube is coated with a conductor is configured to be assembled directly to the PCB (PCB).
도 7은 본 발명 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합구조에 대한 또다른 실시예로서, 이에 도시한 바와같이, 하측이 막혀있고, 상측이 개방된 도우넛 형태 동축통의 외부동관에 토로이날 형태를 코아를 삽입하고, 상기 동축통의 내부동관을 길게 빼어내고, 상기에서 길게 빼내어진 내부동관에 전선이 관통되도록 하고, 상기 외부동관 표면상측 및 하측에 각각 다수개의 금속핀이 상기 외부동관의 수평방향으로 부착되도록 구성한다.Figure 7 is another embodiment of the pulse transformer coupling structure of the high voltage, high current pulse generator of the present invention, as shown in this, a toroidal shape in the outer tube of the donut-shaped coaxial cylinder is blocked in the lower side, the upper side is open. Insert a core, and pull out the inner copper tube of the coaxial barrel long, and let the wire penetrates the inner copper tube pulled out in the long, and a plurality of metal pins on the upper and lower surfaces of the outer copper tube, respectively, in the horizontal direction of the outer copper tube It is configured to be attached.
도 8은 본 발명 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합상태를 보여주는 단면도로서, 이에 도시한 바와같이, 상측이 막혀있고, 하측이 개방된 도우넛 형태의 동축통의 외부동관에 토로이날 형태의 코아를 삽입하고, 상기 동축통의내부동관에 전선이 관통되도록 하고, 상기 동축통을 도전체로 코팅된 펄스 트랜스포머를 피씨비(PCB)의 상단에 조립하고, 이 상단에 상단에 조립되는 피씨비의 하단에는 스프링 캡을 이용하여 펄스 트랜스포머를 조립하는 방식으로, 1장의 피씨비 상,하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 교대로 조립하도록 구성한다.8 is a cross-sectional view illustrating a pulse transformer coupling state of the high voltage and high current pulse generator of the present invention. As shown in the drawing, a toroidal core is formed in an outer copper tube of a donut-shaped coaxial tube with an upper side blocked and an open lower side. Insert the wire, the wire through the inner tube of the coaxial tube, and the coaxial tube is a pulse transformer coated with a conductor on the top of the PCB (PCB), the top of the PCB to be assembled on the top of the spring By using a cap to assemble a pulse transformer, it is configured to alternately assemble a plurality of pulse transformers on the top and bottom of one PCB.
도 9는 본 발명 고전압, 대전류 펄스 발생장치의 펄스 트랜스포머 결합상태에 대한 또 다른 단면도로서, 이에 도시한 바와같이, 하측이 막혀있고, 상측이 개방된 도우넛 형태 동축통의 외부동관에 토로이날 형태를 코아를 삽입하고, 상기 동축통의 내부동관을 길게 빼어내고, 상기에서 길게 빼내어진 내부동관에 전선이 관통되도록 하고, 상기 외부동관 표면상측 및 하측에 각각 다수개의 금속핀이 상기 외부동관의 수평방향으로 부착된 펄스 트랜스포머를 금속핀을 이용하여 피씨비의 하단에 직렬로 다수개 연결하도록 구성한다.Figure 9 is another cross-sectional view of the pulse transformer coupled state of the high-voltage, high-current pulse generator of the present invention, as shown therein, the toroidal shape in the outer tube of the donut-shaped coaxial cylinder is blocked in the lower side, the upper side is open. Insert a core, pull out the inner copper tube of the coaxial tube long, and let the wire through the inner copper tube pulled out from the long, a plurality of metal pins on the upper and lower surfaces of the outer copper tube, respectively, in the horizontal direction of the outer copper tube The attached pulse transformer is configured to be connected in series to the bottom of the PC by using a metal pin.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.
펄스 트랜스포머 구성시 1턴의 1차 권선을 구성하기 위하여, 도 6에서와 같이, 상측을 막고, 하측을 개방한 도우넛 형태의 동축통의 외부동관(7)에 토로이달 형태의 코아(9)가 삽입한다.In order to configure the primary winding of the first turn in the pulse transformer configuration, as shown in FIG. 6, a toroidal core 9 is provided in the outer copper tube 7 of the donut-shaped coaxial cylinder with the upper side closed and the lower side opened. Insert it.
이와같이 상기 코아(9)를 완전히 감싸는 구조가 되어 누설 및 분포용량이 거의 존재하지 않게 되어 빠른 펄스 상승시간 및 짧은 펄스폭의 펄스를 유지할 수 있도록 한다.In this way, the core 9 is completely enclosed so that leakage and distribution capacity are almost absent so that a pulse having a rapid pulse rise time and a short pulse width can be maintained.
그리고, 2차 권선을 구성하기 위하여 동축통의 내부동관(6) 사이로 1가닥의전선(11)이 지나가도록 하여 외부동관(7)과 함께 2차 권선이 되도록 한다.Then, in order to form a secondary winding, the wire 11 of one strand passes between the inner copper tube 6 of the coaxial tube so that the secondary winding together with the outer copper tube 7.
그리고 상기에서와 같은 구조로 되어 있는 펄스 트랜스포머를 피씨비(10)에 고정시키기 위하여 종래의 금속핀을 없애고, 상기 동축통을 도전체로 코팅(12)하여 피씨비(10)에 직접 납땜할 수 있도록 한다.In order to fix the pulse transformer having the structure as described above to the PCB 10, the conventional metal pin is removed, and the coaxial tube is coated with a conductor 12 so that the PCB 10 can be directly soldered.
따라서 한장의 피씨비(PCB)에 다수의 트랜스포머를 조립할 수 있도록 하여 부품의 정수를 줄인다.Therefore, it is possible to assemble a large number of transformers in one PCB to reduce the number of components.
상기에서와 같은 구조를 갖는 펄스 트랜스포머를 이용하여 고전압을 얻고자할 경우의 결합방법은, 도 8에서와 같이, 펄스 트랜스포머를 납땜한 피씨비(10)의 반대편에 조립되어 있는 스프링 캡(13)을 이용하여 연결하도록 한다.In the case of obtaining a high voltage using a pulse transformer having the structure as described above, as shown in Fig. 8, as shown in Fig. 8, the spring cap 13 is assembled on the opposite side of the PCB 10 to which the pulse transformer is soldered. To connect.
이와같은 방법으로 1차적으로 병렬로 피씨비를 다수개 연결하고, 이렇게 교대로 조립되어 있는 트랜스포머를 결합하고자 할 경우 실드(SHIELD) 파이프를 이용하여 결합한다.In this way, a plurality of PCBs are connected in parallel in the first place, and in order to combine the transformers assembled in this way, they are connected by using a shield pipe.
이때 사용된 스프링 캡(13)은 보수 발생시 개개의 피씨비의 탈착이 용이하도록 되어 있다.At this time, the spring cap 13 used is to facilitate the removal of the individual PCB when the maintenance occurs.
그리고 조립되어 있는 트랜스포머를 교대로 연결할 때 사용하는 실드 파이프(14)는 차폐 역할 뿐만아니라 트랜스포머 결합시 인덕턴스를최소로 하는 역하릉 하게 되어 출력의 리플을 제거하는 역할을 한다.In addition, the shield pipe 14 used to alternately connect the assembled transformers has a role of shielding as well as a reverse inversion of the inductance to minimize the transformer coupling.
또한 종래 N개의 트랜스포머를 일렬로 결합하는 방식에 비해 공간을 효율적으로 이용할 수 있는 효과도 있다.In addition, there is an effect that can use the space more efficiently than the conventional method of combining the N transformers in a line.
상기에서와 같이 고전압을 얻고자 도 8에서와 같이 구성한 등가회로는, 도10에서와 같으며, 1차측은 개개의 펄스 트랜스포머들이 접지가 스프링 캡으로 공유된 병렬구조로 동일 1차전압을 유기하며, 2차측의 경우 N개의 트랜스포머를 관통하여 구성되므로 N*Vi의 출력을 얻을 수 있는 1차는 병렬, 2차는 직렬 구조로 되어 있다.An equivalent circuit configured as shown in FIG. 8 to obtain a high voltage as described above is as shown in FIG. 10, and the primary side of each pulse transformer has the same primary voltage in a parallel structure in which the ground is shared by a spring cap. In the case of the secondary side, it is configured to penetrate through N transformers so that the output of N * Vi can be obtained in parallel and the secondary in series.
그리고, 부품 정수를 줄이면서 공간을 효율적으로 이용할 수 있고 보수, 유지가 용이한 펄스 트랜스포머의 또 다른 구조는, 도 7에 도시한 바와같이, 1턴의 구조의 도 6에 도시한 펄스 트랜스포머와 같고, 한장의 피씨비(PCB) 하단에 직렬 연결할 수 있도록 내부동관(6)과 접지를 길게 빼내고, 금속핀(8)을 동축통과 수평방향으로 설치하였다.Further, another structure of the pulse transformer, which can efficiently use space while reducing component constants and is easy to maintain and maintain, is the same as the pulse transformer shown in Fig. 6 having a one-turn structure as shown in FIG. In order to connect in series at the bottom of one PCB, the inner copper tube 6 and the ground were pulled out long, and the metal pin 8 was installed in the horizontal direction with the coaxial tube.
이와같은 구조를 갖는 펄스 트랜스포머를 이용하여 고전압을 얻는 방식은, 도 9에 도시한 바와같, 한장의 피씨비 하단에 조립된 트랜스포머들을 실드 파이프를 이용하여 여러장을 연결한다.In a method of obtaining a high voltage by using a pulse transformer having such a structure, as shown in FIG. 9, transformers assembled at the bottom of one PCB are connected to each other by using a shield pipe.
상기에서와 같이 실드 파이프를 이용하여 연결하였을 경우, 보수시 실드 파이프만 떼어내면 한장의 피씨비에 있는 모든 소자들의 보수를 할 수 있는 편리함이 있다.When connected using a shielded pipe as described above, there is a convenience that can repair all the elements in a single piece of PCB if the shield pipe is removed during maintenance.
도 11은 도 2에 도시한 펄스 트랜스포머 구조에서 토로이달 코어(b)에 전선만으로 권선을 행한 트랜스포머의 1,2차측 실험파형이고, 도 12는 도 6과 도 7에 도시한 펄스 트랜스포머를 가지고 트랜스포머를 결합한 실험파형이다.FIG. 11 is a first and second experimental waveforms of a transformer in which the wire is wound only on the toroidal core b in the pulse transformer structure shown in FIG. 2, and FIG. 12 is a transformer having the pulse transformer shown in FIGS. 6 and 7. Is an experimental waveform combining
펄스의 상승 시간에는 도 12의 경우 약 40ns정도이고, 도 11의 경우는 약 120ns 정도에서도 아직 상승시간이 끝나지 않은 것으로, 본 발명의 경우 빠른 상승시간을 갖음을 알 수 있다.The rise time of the pulse is about 40 ns in the case of FIG. 12, and the rise time is not yet finished even in the case of FIG. 11, about 120 ns.
뿐만아니라 펄스 하강시의 과전압의 경우도 도 12의 경우 120V 정도인데 반해 도 11의경우 310V 정도이어서 누설에 의한 영향이 본 발명의 경우 현저히 줄어듬을 알 수 있다.In addition, the overvoltage at the time of the pulse drop is about 120V in FIG. 12, but is about 310V in FIG. 11, so that the effect of leakage is significantly reduced in the present invention.
결국, 도 11과 도 12에 도시한 파형의 비교는 빠른 상승시간과 짧은 펄스폭을 유지하면서 보수의 용이성과 부품정수를 줄일 수 있음을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the comparison of the waveforms shown in Figs. 11 and 12 can reduce the ease of maintenance and the part constant while maintaining the fast rise time and the short pulse width.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 1장의 피씨비 상,하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 교대로 조립하고, 1장의 피씨비 하단에 다수의 펄스 트랜스포머를 직렬로 연결하고, 실드 파이프를 이용하여 한 열의 종단의 펄스 트랜스포머와 다른 열의 첫단의 펄스 트랜스포머를 연결함으로써 과다한 부품정수를 줄일 수 있고, 보수 상황이 발생했을 때 보수를 용이하게 할 수 있으며, 유효하고도 효율적인 공간이용을 할 수 있도록 한 효과가 있다.As described in detail above, the present invention alternately assembles a plurality of pulse transformers at the top and bottom of one PCB, connects a plurality of pulse transformers in series at the bottom of one PCB, and uses a shielded pipe to By connecting the pulse transformer with the pulse transformer at the first stage of the other row, it is possible to reduce the excessive part number, to facilitate the repair when a repair situation occurs, and to make effective and efficient space use.
Claims (6)
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