KR100440392B1 - 크로우바 스위치 구동시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압·대전류 펄스발생 장치의 보호 및 커패시터 손상을 억제하고 유도성 부하전류의 진동을 막을 수 있는 저가의 크로우바 스위치 구동시스템을 제공하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명의 크로우바 스위치 구동시스템은, 고전압을 충전하는 커패시터 뱅크와; 상기 커패시터 뱅크에 병렬로 접속된 크로우바 스위치를 포함하는 크로우바 회로와; 상기 커패시터 뱅크에 직렬로 연결된 인덕터와 부하저항과; 상기 커패시터 뱅크에서 상기 인덕터와 부하저항 측으로 흐르는 부하 전류를 검출하는 전류검출수단과; 상기 전류검출수단에서 검출한 전류에 근거하여 상기 부하전류의 피크점 직후에 트리거 펄스신호를 발생시키는 트리거신호발생회로와; 상기 트리거신호발생회로로부터의 트리거 펄스신호를 이용하여 상기 크로우바 스위치를 구동하는 트리거 유닛을 포함하여 구성된다.

Description

크로우바 스위치 구동시스템 {A driving system for a crowbar switch}

본 발명은 고전압·대전류 펄스 발생장치의 전압전류 진동을 방지함으로써 진동하여서는 안 되는 부하 요구조건을 만족시킬 뿐만 아니라 역전압에 의한 에너지 축적용 커패시터 손상을 억제하기 위한 크로우바 스위치 구동시스템에 관한 것이다.

종래 크로우바 시스템은 다음의 1)~4)와 같은 유형의 것들이 있었다. 즉,

1) 이제까지 핵융합 실험이나 레일 건 실험 등의 플라즈마 물리 실험과 고자장 형성 실험에서 사용되어 왔던 대부분의 고전압·대전류 크로우바 시스템은 부하전류의 피크 점 근처에서 폭발하도록 단면적과 길이가 정교하게 설계된 금속 와이어(wire)나 포일(foil)이 폭발 용단되면서 생성되는 대전류 플라즈마가 절연물을 깨뜨리고 단락 시키고자 하는 두 전극사이를 크로우바시켜주는 폭발형의 일회성 크로우바 시스템이 주류를 이루고 있었다. 이러한 시스템으로는 다음의 것들이 있다. 즉, [1] P. B. Higgins, "Explosively triggered gas-dielectric crowbar switch", Rev. Sci. Instrm. Vol 50, No. 4, Apr. 1979 , pp 435-437. [2] R. Hornady (U of Maryland), "An Explosively Driven Fast Acting High Current Crowbar Switch", 1971 (Note). [3] R. Bealing, "Exploding foil devices for shaping megamp current pulses", Journal of Physics E: Scientific Instruments 1972, Vol. 5, pp 889-892.

2) 반복 사용이 가능하게 하기 위하여 크로우바 소자로 대전류용 스위치를 사용하는 경우는 두 가지의 풀어야할 문제점을 안고 있다. 첫째는 전류의 피크점 또는 전압 영점 근처를 스스로 알아 스위치가 자동 투입되게 하는 것이며 이것은 매우 어려운 문제로 인식되어 왔다. 왜냐하면 부하의 임피던스에 따라서 커패시터 뱅크의 방전 전압·전류 파형이 달라지게 되므로 커패시터가 완전히 방전하는 시간이나 전류의 피크점도 부하에 따라서 달라지기 때문이다. 둘째는 크로우바가 동작하여야할 시점에서 두 전극 사이의 전위차는 거의 영에 가깝기 때문에 두 전극사이에 방전을 일으키기가 매우 어렵다는 점이다.

3) 그리고, 다른 기술로는 S. Kitagawa, "Fast air gap crowbar switch decoupled by a low pressure gap", Review of Scientific Instruments, Vol. 46, No. 6, 1975, pp 729-734에 게시된 것이 있으며, 이 논문은 저압 갭 스위치의 방전 성형지연 시간이 고압 갭 스위치보다 긴 점을 이용하여 두 개의 갭을 직렬로 사용하여 고압 갭이 먼저 방전을 일으키게 하고 자동으로 연이어 저압 갭이 방전을 일으키게 하는 방법으로 두 번째의 문제는 해결하고 있으나 첫 번째의 문제는 해결하지 못하고 운용자가 미리 계산된 시간에 크로우바 하도록 하고 있어 장치가 복잡하면서도 부하변동에 능동적으로 대처하지 못하는 단점을 안고 있다.

4) 또 다른 기술로서는 C. Friedrichs, "Development of a high speed crowbar for LANSCE", Proceedings of Particle Accelerator Conference, Vol. 3, 1998 , pp 3473-3475에 게시된 것이 있으며, 이 논문은 양성자 선형 가속기 회로에 수은 이그니트론을 크로우바 스위치로 사용하여 부하의 접지측 귀로에 3 mΩ의 저항을 삽입하여 이 저항 양단의 전압을 펄스 변압기로 증폭하여 3.4 kV DC가 상시 걸려있는 스파크 갭을 트리거시키고 이 것에 의하여 크로우바 이그니트론이 동작하도록 설계하였다. 그러나 이 장치는 펄스 변압기와 스파크 갭의 특성이 잘 조화가 이루어지도록 반복적 시행착오를 거쳐야 전류 피크점에서 신뢰성 있게 동작하게 되는 어려움이 있고 회로 정수가 조금만 바뀌어도 같은 시행착오를 또 겪어야 한다.

최근에는 전력용 반도체 제조기술이 눈부시게 발전하여 전압 13 kV, 전류 60kA급, 펄스폭 1ms의 대용량 아발란체 다이오드(Avalanche Diode)가 개발 시판되고 있다. 이것을 사용할 경우 상기 2)에서 언급한 두 가지 문제점이 모두 쉽게 해결되며 장치도 매우 간단해진다. 그러나 고전압·대전류 응용에서 다이오드 가격은 엄청나게 소요된다. 10[kV] 이상의 내전압과 첨두 통전 전류 10[kA] 이상의 다이오드는 그 가격이 매우 비싸며 수백 [kA]에 적용하기 위해서는 커패시터 값에 필적할 만큼의 너무 많은 값비싼 다이오드를 사용해야 하므로 군사목적 등과 같은 비용이 문제가 되지 않는 특수목적 외에는 실용적인 방법이 되지 못한다. 또한 근원적으로 실리콘 반도체이기 때문에 약간의 고전압 써어지(surge)에도 고가의 다이오드가 쉽게 파손되는 등의 취약점도 지니고 있다.

즉, 커패시터를 에너지 축적 수단으로 하는 많은 경우 크로우바 수단이 필요하였으나 이제까지 대부분의 크로우바 시스템은 일회성의 폭발형이었거나 고가의 고전압·대전류 다이오드를 이용하여 구성함으로써, 비용이 많이 들뿐만 아니라 약간의 과전압 써어지에도 파괴되는 등 유지비가 많이 드는 단점이 있었다.

따라서, 전류의 피크점 또는 전압 영점 근처를 스스로 알아 스위치가 자동 투입되게 하고, 크로우바가 동작하여야할 시점에서 두 전극 사이의 전위치가 거의 영(零)에 가까움으로 인한 두 전극 사이의 방전 트리거 곤란을 해결하며, 고가의 전력용 반도체인 고전압 대전류 다이오드를 사용하여 상기 1) 및 2)의 문제를 해결하는 경우의 막대한 경비부담을 경감할 수 있고, 또한 강인한 방전 스위치를 사용함으로써 불의의 써어지에 의한 스위치의 손상 및 파괴를 방지할 수 있는 크로우바 시스템의 개발이 요망되고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 요망사항에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 고전압·대전류 펄스발생 장치의 보호 및 커패시터 손상을 억제하고 유도성 부하전류의 진동을 막을 수 있는 저가의 크로우바 스위치 구동시스템을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 크로우바 스위치 구동시스템은, 고전압을 충전하는 커패시터 뱅크와; 상기 커패시터 뱅크에 병렬로 접속된 크로우바 스위치를 포함하는 크로우바 회로와; 상기 커패시터 뱅크에 직렬로 연결된 인덕터와 부하저항과; 상기 커패시터 뱅크에서 상기 인덕터와 부하저항 측으로 흐르는 부하 전류를 검출하는 전류검출수단과; 상기 전류검출수단에서 검출한 전류에 근거하여 상기 부하전류의 피크점 직후에 트리거 펄스신호를 발생시키는 트리거신호발생회로와; 상기 트리거신호발생회로로부터의 트리거 펄스신호를 이용하여 상기 크로우바 스위치를 구동하는 트리거 유닛을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전류검출수단은 상기 커패시터 뱅크와 상기 인덕터 및 상기 부하 저항의 직렬회로 배선에 감겨 있는 로고우스키 코일(Rogowski coil)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 트리거신호발생회로는, 상기 로고우스키 코일에 병렬 접속되어 상기 로고우스키 코일에서 검출한 전류신호를 전압신호로 변환하는 저항과, 상기 저항에서 변환된 전압신호를 이용하여 상기 부하전류의 피크점 직후에 트리거용 구형파를 발생시키는 구형파발생부를 포함하여 구성된다.

또, 상기 트리거신호발생회로는, 상기 구형파발생부의 출력신호를 광신호로 변환하는 전광 변환부를 더 포함하고, 상기 트리거 유닛은 광케이블을 통하여 입력되는 상기 전광 변환부의 광신호를 전기신호로 변환하는 광전 변환부를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 구형파 발생회로는, 상기 저항을 통해 입력되는 전압신호를 클램핑하는 클램핑 수단과; 상기 클램핑된 전압신호에 포함된 고주파신호를 제거하는 필터수단과; 상기 필터수단을 통과한 전압신호와 기준전압을 비교하여 구형파를 생성하는 비교수단을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 본 발명에서는 로고우스키 코일을 통해 커패시터 방전 전류로부터 전류의 미분신호를 유기하여 다이오드를 통하여 전류 피크 직전까지의 신호는 영으로 억제하고 전류 피크 이후의 신호를 고주파 필터를 거쳐 노이즈를 제거한 다음, 적절한 지연시간을 주어 구형파가 발생하도록 하며 이 구형파를 진공 아크 스위치의 트리거 유닛의 구동 펄스로 사용한다. 이렇게 하면 전류의 피크점(로고우스키 전압신호의 역전시점) 이후에만 구형파 펄스가 발생되므로 크로우바 시점이 자동 결정되도록 하는 것이다.

또, 본 발명에서는 수백 볼트의 낮은 전압에서도 용이하게 방전 트리거가 되는 진공 아크 스위치를 채용하고 고 에너지 펄스 트리거 발생기를 사용하여, 두 전극 사이의 전위차가 미약함에 따른 방전 트리거의 곤란성을 해결하였다.

또한, 본 발명에서는 고가의 고전압·대전류 반도체 다이오드 대신에 저가격의 진공 아크 스위치를 채용함으로써 고전압·대전류 응용에서 저가격이면서 써어지에도 강한 크로우바 시스템을 실현할 수 있다.

본 발명에서는 로고우스키 코일을 통해 부하 전류 파형의 미분(derivative) 신호를 유기하여 고주파 필터를 거쳐 노이즈를 제거한 다음, 전압 영점(부하 전류의 피크점) 이후에서 구형파가 발생되도록 회로를 구성하였다. 발생된 구형파는 광신호로 변환되어 트리거 장치까지 전달되게 함으로써 외부로부터 침입할 수 있는 써어지나 노이즈에 의한 크로우바 스위치의 오동작을 방지하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 크로우바 스위치 구동시스템을 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 로고우스키 코일을 이용한 크로우바 스위치의 트리거용 트리거 신호발생회로를 구체적으로 도시한 도면,

도 3 내지 도 5는 도 2의 회로에서 주요 부위에서 측정한 신호 파형을 도시한 파형도,

도 6은 본 발명의 크로우바 스위치 구동시스템을 시험하기 위한 펄스파워 시스템을 도시한 도면,

도 7은 도 6의 크로우바 스위치와 크로우바 저항의 사진을 나타낸 도면,

도 8은 도 6의 구성에서 충전전압에 따른 커패시터 뱅크의 전압과 부하전류를 시간에 따라 측정한 특성도,

도 9는 도 6의 구성에서 충전전압에 따른 커패시터 뱅크의 전압과 부하전류를 시간에 따라 측정한 특성도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

CB : 커패시터 뱅크 PS : 파워스위치

CR : 크로우바 저항 CS : 크로우바 스위치

RC : 로고우스키 코일 L : 인덕터

RL : 부하저항 TSG : 트리거신호발생회로

TU, TU' : 트리거유닛 R1~R7 : 저항

RV : 가변저항 C : 커패시터

D1~D2 : 다이오드 CC1,CC2 : 동축케이블

SB1, SB2 : 실드박스 OP : 연산증폭기

EO : 전광(電光)변환장치 OF : 광케이블

OE : 광전(光電)변환장치 DCC : 직류충전기

CR : 충전 릴레이 DS : 덤프 스위치

DR : 덤프 저항 CBM : 커패시터 뱅크 모듈

MS : 메인 스위치

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 크로우바 스위치 구동시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 크로우바 스위치 구동시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시스템은, 커패시터 뱅크(CB)에 파워스위치(PS)가 직렬로 연결되어 있고, 상기 파워스위치(PS)에 크로우바 저항(CR)과 크로우바 스위치(CS)의 직렬회로가 병렬로 접속되어 있으며, 상기 파워스위치(PS)에 직렬로 인덕터(L)와 부하저항(RL)이 연결되어 있고, 상기 파워스위치(PS)와 인덕터(L)의 연결배선에는 로고우스키 코일(RC)이 감겨 있으며, 이 로고우스키 코일(RC)에는 상기 코일(RC)에서 검출한 신호를 근거로 트리거신호를 발생시키는 트리거신호발생회로(TSG)와, 상기 트리거신호발생회로(TSG)로부터의 트리거신호를 이용하여 크로우바 스위치를 구동하는 트리거 유닛(TU)이 연결되어 있다.

도 2는 로고우스키 코일을 이용한 크로우바 스위치의 트리거용 트리거신호발생회로를 구체적으로 도시한 도면이다. 로고우스키 코일에 병렬로 접속된 저항(R1)이 실드박스(shield box)(SB1)에 실딩되어 있고, 상기 로고우스키 코일(RC)과 상기 실드박스(SB1)에 직렬로 트리거용 구형파 발생회로가 실드박스(SB2)에 의하여 실딩되어 있으며, 상기 실드박스(SB1)와 상기 실드박스(SB2)는 동축케이블(CC1)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 상기 실드박스(SB2)에 직렬로 광전변환장치(OE)가 연결되어 있고, 상기 실드박스(SB2)와 광전변환장치(OE)는 광케이블에 의하여 연결되어 있다. 또한, 상기 광전변환장치(OE)는 동축케이블(CC2)을 매개로 트리거회로(TU1)에 전기적으로 접속되어 있다.

상기 실드박스(SB1)(SB2)는 도 1의 트리거 신호발생 회로(TSG)에 대응하는 구성이고, 광전 변환장치(OE)와 트리거 회로(TU1)는 도 1의 트리거 유닛(TU)에 대응하는 구성이다.

상기 실드박스(SB2)의 트리거용 구형파 발생회로는 클램핑 다이오드(D1)와, 저항과 커패시터에 의한 고주파 필터와, 기준전압을 제공하는 저항(R7)과 가변저항(RV), 상기 고주파 필터를 통과한 전압신호와 기준전압을 비교하는 연산증폭기(OP)와, 클램핑 다이오드(D2)와, 다이오드(D2)에 의하여 클램핑된 상기 연산증폭기(OP)의 출력신호를 광신호로 변환하는 전광 변환장치(EO)로 구성된다.

상기에서 동축케이블(CC1,CC2)을 사용한 이유는 신호가 전송선로에서 선로인덕턴스에 의해 파형이 왜곡되는 것을 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라 외부 전자장 노이즈로부터도 차폐할 수 있는 두 가지의 이점이 있기 때문이다.

또, 상기에서 광 케이블을 쓰는 이유는 전자파 장해를 줄이는 목적도 있지만 조작자와 엄청난 고전압 대전류 회로를 전기적으로 완전히 분리시키기 위한 것이다.

또한, 여기서, 크로우바 스위치로서는 스파크 갭 스위치, 진공 아크 스위치, 싸이라트론 스위치 등을 사용하여도 되며, 본 발명은 이들 스위치의 구동용 펄스를 항상 커패시터 뱅크의 전압 영점(부하전류의 피크점) 직후에 발생시키도록 하는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 대전류 펄스를 측정하기 위한 도구로 가장 많이 사용되는 로고스키 코일(RC)을 이용한다. 이 로고스키 코일(RC)은 일반적으로 도 1에서와 같이 커패시터뱅크(CB)에서 리액터(L)를 통해서 부하저항(RL)쪽으로 흐르는 측정하고자 하는 부하전류에 의하여 유기된 시변(time varying) 자기장이 코일과 쇄교하여 기전력을 발생시키게 되는데, 이 기전력은 전류의 미분 파형이어서 적분함으로써 전류 파형을 측정하는데 이용되고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 파워스위치(PS)가 온상태로 되면 커패시터 뱅크(CB)에서 부하측으로 방전되며, 이때 로고스키 코일(RC)에 전류가 유기된다. 로고스키 코일(RC)의 출력전압인 저항(R1)에 걸리는 전압은 다이오드(D1)에 의하여 클램핑된 다음에 저항(R2~R5)과 커패시터(C)에 의하여 고주파 필터링된 다음에 연산증폭기(OP)의 반전입력단자에 입력된다.

여기서, 도 3에는 파워스위치(PS)의 온 스위칭시에 커패시터 뱅크 전압(A)과 부하전류(C) 및 로고스키 코일(RC)의 전압(B)의 변화를 측정하여 나타내었다. 또, 도 4에는 파워스위치(PS)의 온 스위칭시에 커패시터 뱅크 전압(D)과 부하전류(F) 및 연산증폭기(OP)의 입력전압(E)의 변화를 측정하여 나타내었다.

상기 연산증폭기(OP)에서는 상기한 도 4의 입력신호(E)를 기준전압 발생부의 기준신호와 비교하여 입력신호(E)가 기준신호보다 낮아지면 하이레벨을 출력하게 된다. 상기 연산증폭기(OP)의 출력신호는 다이오드(D2)에 의하여 클램핑된 다음에 도 5의 H와 같은 신호가 전광(電光)변환장치(EO)에 입력되고, 전광변환장치(EO)에서는 입력신호(H)를 광신호로 변환하여 출력한다. 이 광신호는 광케이블(OF)을 경유하여 광전변환장치(OE)에 입력되어 도 5의 I와 같은 신호로 변환된다. 신호 I는 트리거회로(TU1)에 입력되어 미도시한 사이리스터를 도통시키게 되고, 이에 따라 트리거회로(TU1)는 도 5의 G와 같은 트리거신호를 크로우바 스위치(CS)의 트리거전극에 인가하게 된다.

이상 설명한 바와 같이. 본 발명에서는 로고우스키 코일(RC)을 통해 커패시터 뱅크(CB)의 전류로부터 전류의 미분 파형에 해당하는 전압신호를 유기하여 고주파 필터를 거쳐 노이즈를 제거한 다음, 커패시터 뱅크(CB)의 전압 영점(부하전류의 피크점) 직후에 구형파가 발생되도록 구성하였다. 발생된 구형파는 광신호로 변환되어 트리거 유닛(TU)까지 전달되게 함으로써 외부로부터 침입할 수 있는 써어지나 노이즈에 의한 크로우바 스위치(CS)의 오동작을 방지하였다. 이 광신호는 트리거유닛(TU) 내부에 있는 광전변환장치(OE)에 의하여 다시 전압신호로 변환되어 트리거 유닛(TU)의 싸이리스터를 도통시키게 된다. 상기 트리거 유닛(TU)은 수 주울(Joule)의 에너지를 커패시터에 저장하였다가 싸이리스터가 도통하면 펄스 전류를 생성하게 되며 이 펄스전류는 펄스 변압기에 의하여 수 kV 정도로 승압되어 크로우바로 사용되고 있는 진공 아크 스위치의 트리거 핀에 방전을 일으켜 스위치를 도통시키게 되며, 피크점을 막 지난 인덕터(L)를 통하여 흐르는 전류가 커패시터 뱅크(CB)로 흘러 들어가지 않고 대부분이 크로우바 저항(CR)(CS)을 통하여 인덕터(L)와 루프를 그리며 한 방향으로만 흐르게 되는 것이다. 이렇게 함으로써 유도성 부하에 있어서의 전류진동을 막고 펄스파워 커패시터 뱅크(CB)의 역충전을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 크로우바 시스템의 동작 여부를 시험하기 위한 펄스 파워 시스템을 도 6과 같이 구성하여 실험하였다. 시험 시스템은 충전부(DCC, CR, DS, DR), 커패시터 뱅크 모듈(CBM), 시험 대상인 크로우바 시스템(CS, CR, RC, TSG, TU, L), 저항 부하(RL), 주 스위치 시스템(MS, TU')으로 구성된다.

상기 충전부는 직류 충전기(DCC)와 충전 릴레이(CR), 덤프스위치(DS) 및 덤프저항(DR)으로 구성된다. 여기서, 충전 후 투입 스위치가 동작하지 않았을 때나 충전 중에 무언가 이상이 발견되어 충전을 중지하는 경우 커패시터 뱅크에 충전된 에너지를 안전하게 쏟아 버려야 하는데, 이것을 위하여 덤프(dump) 패널을 설치하였고, 전자기적 장해와 조작자의 안전을 고려하여 충전 및 덤프의 제어를 공압 스위치로 하였다. 즉, 투입 스위치가 동작하지 않거나 다른 원인에 의해 커패시터 뱅크에 충전되어 있는 에너지를 방전시키고자 할 때 덤프 스위치(DS)를 온(ON)시켜 커패시터뱅크의 에너지를 방전시켜 주게 된다. 그리고, 덤프 저항(DR)은 에너지를 덤프할 때 저항을 크게 해서 방전 시간이 수초 정도가 되게 하여 방전전류를 제한하고 따라서 방전 소음이나 전자파 장해를 최대한 줄여준다.

상기 크로우바 스위치(CS)는 지연시간과 통계적 지연이 짧고, 비교적 낮은 전압에서도 동작이 가능한 트리거 진공 스위치(Triggered Vacuum Switch)를 크로우바 스위치로 사용하였다. 커패시터 뱅크의 충전 중에 크로우바 회로의 스위치가 자발방전(自發放電)을 일으킬 경우에 대비하여 커패시터 뱅크 보호 및 고주파 공진 억제 측면에서 디스크 저항 2개를 병렬로 연결하여 55[mΩ]이 되도록 하여 크로우바 스위치와 직렬로 삽입하였다. 도 7에는 상기한 크로우바 스위치(CS)와 크로우바 저항(CR)의 구성 사진이다.

그리고, 펄스 성형을 위한 인덕터(L)의 인덕턴스가 20[μH]일 때 커패시턴스가 1236[㎌]인 커패시터 뱅크를 (a) 12[kV] 및 (b) 17[kV]로 충전한 경우의 시간에 따른 커패시터 뱅크 전압과 부하전류의 특성을 측정한 결과를 도 8에 도시하였다.

또, 펄스 성형을 위한 인덕터(L)의 인덕턴스가 160[μH]일 때 커패시턴스가 1236[㎌]인 커패시터 뱅크를 (a) 4[kV], (b) 8[kV], (c) 12[kV], (d) 17[kV]로 충전한 경우의 시간에 따른 커패시터 뱅크 전압과 부하전류의 특성을 측정한 결과를 도 9에 도시하였다.

펄스 성형을 위한 인덕터의 인덕턴스가 20 [μH], 160 [μH]인 경우 모두 커패시터 뱅크를 17[kV]까지 충전할 때 최대 역전압이 1.8 [kV]이내로 커패시터가 수용할 수 있는 역전압 한계치인 4.4 [kV]보다 낮게 나타났다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시 예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 장치를 이용하게 되면 고전압·대전류 다이오드를 방전 스위치로 교체함으로써 설치비 및 유지비를 현저하게 절감시킬 수 있으며 반복적으로 사용이 가능한 자동 크로우바가 가능해 진다.

그리고, 시스템의 전압 영점(부하전류의 피크점) 이후에서 동작함으로 펄스 전원장치인 커패시터에 역전압이 가해지는 것을 막아 커패시터의 손상을 억제하게 된다. 따라서 커패시터의 수명을 보다 연장시킬 수 있게 된다.

또, 본 장치를 이용하게 되면 고가의 다이오드를 진공 스위치로 교체함으로써 설치비 및 유지비를 현저하게 절감시킬 수 있다.

더욱이, 대전류 펄스 파워 장치에서 높은 비용 또는 기술적 한계 때문에 설치하지 못하였던 크로우바를 저가로 설치할 수 있게 되므로 향후 산업체에의 대전류 펄스 파워 이용기술 보급에 기여하게 될 것이다.

Claims (10)

1. 고전압을 충전하는 커패시터 뱅크와;

   상기 커패시터 뱅크에 병렬로 접속된 크로우바 스위치를 포함하는 크로우바 회로와;

   상기 커패시터 뱅크에 직렬로 연결된 인덕터 및 부하저항과;

   상기 커패시터 뱅크에서 상기 인덕터 및 부하저항 측으로 흐르는 부하 전류를 검출하는 로고우스키 코일과;

   상기 로고우스키 코일에서 검출한 전류를 저항을 통해 전압신호로 변환하고, 전압신호를 이용하여 구형파 발생부에서 상기 부하전류의 피크점 직후에 트리거용 구형파를 발생시키는 트리거신호발생회로와;

   상기 트리거신호발생회로로부터의 트리거 펄스신호를 이용하여 상기 크로우바 스위치를 구동하는 트리거유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 크로우바 스위치 구동시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 트리거신호발생회로는, 상기 구형파발생부의 출력신호를 광신호로 변환하는 전광변환부를 더 포함하고,

   상기 트리거 유닛은, 광케이블을 통하여 입력되는 상기 전광변환부의 광신호를 전기신호로 변환하는 광전변환부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 크로우바 스위치 구동시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 저항과 상기 구형파 발생부는 각각 실드박스에 의하여 실딩되어 있는 것을 특징으로 하는 크로우바 스위치 구동시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 저항과 상기 구형파발생부는 동축케이블에 의하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 크로우바 스위치 구동시스템.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 구형파 발생부는, 상기 저항을 통해 입력되는 전압신호를 클램핑하는 클램핑수단과;

   상기 클램핑된 전압신호에 포함된 고주파신호를 제거하는 필터수단과;

   상기 필터수단을 통과한 전압신호와 기준전압을 비교하여 구형파를 생성하는 비교수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크로우바 스위치 구동시스템.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 크로우바 스위치는 스파크 갭 스위치인 것을 특징으로 하는 크로우바 스위치 구동시스템.
9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 크로우바 스위치는 진공 아크 스위치인 것을 특징으로 하는 크로우바 스위치 구동시스템.
10. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 크로우바 스위치는 싸이라트론 스위치인 것을 특징으로 하는 크로우바 스위치 구동시스템.