KR100785865B1 - 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로 - Google Patents

플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부하의 이상 현상인 아크(쇼트 상태)로 인한 에너지를 최소화하기 위해 아크 상태에 대한 미분 요소인 출력단 리액터의 전압을 이용하여 시간 지연없이 신속하게 아크를 검지하고 출력단에 설치된 방전회로를 통해 정류부의 출력단인 C-L 필터에 순간적으로 상승된 아크 에너지를 효과적으로 방전 소모시키는 것이 가능하도록 해주는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 아크의 신속한 검지를 통해 과도한 아크 에너지가 부하단으로 유입되는 것을 신속히 막아주어 응용부하의 특성과 품질 저하 현상을 없애주고, 방전회로를 통해 순간적으로 상승된 아크 에너지를 신속하게 줄여줌으로써 시스템의 안정화를 실현시켜 주는 뛰어난 효과가 있다.
플라즈마, 전원장치, 아크(Arc), 리액터, 아크 검지, 방전회로

Description

플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로{Arc detecting and suppress circuit for plasma power supply}
도 1은 종래의 플라즈마용 전원장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 회로구성도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 구성을 나타낸 회로구성도,
도 3은 도 2에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로에서 아크 검지에 사용되는 리액터 보조 권선에 유도된 펄스신호,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 구성을 나타낸 회로구성도,
도 5는 도 4에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 아크 발생시 아크 에너지의 동작 상태를 나타낸 파형도,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 구성을 나타낸 회로구성도,
도 7은 도 6에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 아크 발생시 아크 에너지의 동작 상태를 나타낸 파형도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 인버터 20 : 변압기
Lr : 교류 리액터 30 : 정류부
31 : 정류기 32 : C-L 필터
100 : 방전회로부 101 : 주 권선
102 : 보조 권선 Rc : 병렬 저항
200 : 아크 검지부 SW1,SW2 : 제1 스위치
SW3 : 제2 스위치
본 발명은 플라즈마 전원장치용 아크(Arc) 검출 및 아크 에너지 저감 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하의 이상 현상인 아크로 인한 에너지를 최소화하기 위해 아크 상태에 대한 미분 요소인 출력단 리액터의 전압을 이용하여 시간 지연없이 신속하게 아크를 검지하고 출력단에 설치된 방전회로를 통해 정류부의 출력단인 C-L 필터에 순간적으로 상승된 아크 에너지를 효과적으로 방전 소모시키는 것이 가능하도록 해주는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로에 관한 것이다.
플라즈마 전원장치는 물질의 제4의 상태라 불리는 플라즈마의 발생 및 유지를 위한 전원장치로 그 응용범위는 무궁 무진하다. 예를 들면 반도체 공정 등에 쓰이는 각종 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 코팅, 스퍼터링, 금속의 질화처리, 탄화 결정성장, 다이아몬드 합성 등에 이용된다.
하지만, 이러한 플라즈마용 전원장치는 부하의 특성상 쇼트(short)와 같은 이상 상태인 아크(Arc) 현상이 빈번하게 발생하게 되는데, 이 때 전원장치에서는 아크 상태를 신속하게 검지하여 출력을 차단시킬 필요가 있다. 왜냐하면, 아크의 발생은 과도한 아크 에너지를 부하단으로 유입시켜 응용부하의 특성과 품질을 저하시키기 때문이다.
종래의 플라즈마용 전원장치는 제품의 표면 처리를 위한 공정에서 전력을 공급하는 역할을 하되, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부로부터 교류 전원이 인가되면, 브리지 다이오드(BD)를 통해 정류되고 콘덴서(C1)를 통해 평활화 된 직류 전압을 입력받아 고주파 교류 전압으로 변환하는 인버터(Inverter)(10)와; 상기 인버터(10)의 출력단에 접속되어 수하특성을 유지하는 교류 리액터(Lr)와; 상기 인버터(10)로부터 고주파 교류 전압을 입력받아 특정 권선비에 따라 필요한 전압으로 변압하는 변압기(20)와; 상기 변압기(20)로부터 변압된 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하는 정류기(31) 및 상기 정류기(31)에서 출력되는 정류된 전압을 병렬 접속된 콘덴서(C)를 통해 축적하고 그 축적된 전압을 직렬 접속된 리액터(L)를 통해 부하단으로 출력하는 C-L 필터(Filter)(32)로 이루어진 정류부(30)로 구성되었다.
이 때, 상술한 플라즈마용 전원장치에는 아크 상태를 신속히 검지할 수 있는 필수 구성 요소를 반드시 구현시켜야만 한다. 왜냐하면 상기 플라즈마용 전원장치에는 아크 현상이 빈번하게 발생됨으로, 이에 따른 과대한 아크 에너지의 발생으로 표면 처리의 균일성이 떨어지기 때문이다.
이러한 상황 가운데, 종래에는 아크 상태를 신속하게 검지하기 위한 방법들이 더 많이 연구되고 있다. 통상적인 종래의 아크 검지 방법으로는 도 1의 C-L 필터(32)에서 콘덴서(C)의 전압을 측정하여 콘덴서(C)의 전압이 특정치보다 작을 경우 아크로 판별하는 방식과 리액터(L) 후단의 출력전압과 전류를 측정하여 전압이 특정치 이하가 되거나 전류가 특정치 이상이 되면 아크로 판단하는 방식을 사용하였다. 하지만, 이러한 종래의 플라즈마용 전원장치에서의 아크 검지 방식은 일정한 시간 지연을 가지게 됨으로 신속한 아크 검지가 어렵고, 이로 인해 과도한 아크 에너지의 부하단으로의 유입을 신속히 막지 못해 응용부하의 특성과 품질을 저하시킴과 동시에 시스템이 불안정해 지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 부하의 이상 현상인 아크 발생시 리액터의 보조 권선으로 유도된 전류에 의해 전압이 증가하는 병렬 저항(Rc)의 전압 측정을 통해 신속하 게 아크 발생을 검지하여 시간 지연의 문제를 해결하고, 리액터 출력단에 설치된 방전회로를 통해 정류부의 출력단인 C-L 필터에 순간적으로 상승된 아크 에너지가 효과적으로 방전 소모되도록 하는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 브리지 다이오드(BD)를 통해 정류되고 콘덴서(C1)를 통해 평활화된 직류 전압을 입력받아 고주파 교류 전압으로 변환하는 인버터와; 상기 인버터 출력단에 접속된 교류 리액터(Lr)와; 상기 인버터로부터 고주파 교류전압을 입력받아 특정 권선비에 따라 필요한 전압으로 변압하는 변압기와; 상기 변압기의 출력단에 연결되는 정류부를 포함하되, 상기 정류부는 상기 변압기의 교류 전압 출력을 직류 전압으로 정류하는 정류기와 상기 정류기에 연결되는 콘덴서(C)와 리액터(L) 조합의 C-L 필터로 이루어지고, 상기 C-L 필터의 콘덴서(C)는 상기 정류기와 병렬로 연결되고 상기 C-L 필터의 리액터(L)는 상기 정류기에 직렬로 연결되는 구성의 플라즈마용 전원장치에 있어서, 상기 C-L 필터의 리액터(L)는 주 권선과 보조 권선으로 분리되어 있고, 상기 보조 권선측에는 상기 보조 권선과 접속된 병렬 저항(Rc); 및 상기 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하여 그 측정된 전압이 기준치 이상일 경우 아크로 판별하는 아크 검지부; 가 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로를 개시한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 구성을 나타낸 회로 구성도로서, 본 발명의 제1 실시예에 의한 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로는 인버터(10)와, 교류 리액터(Lr)와, 변압기(20)와, 정류기(31) 및 C-L 필터(32)로 이루어진 정류부(30)가 구비된 플라즈마용 전원장치에 있어서, 상기 C-L 필터(32)의 리액터(L)를 주 권선(101)과 보조 권선(102)으로 나누어 구성하고, 상기 보조 권선(102)측에는 상기 보조 권선(102)과 접속되어 상기 보조 권선(102)을 통해 유도된 에너지를 소모시키는 병렬 저항(Rc)과, 상기 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하여 그 측정된 전압이 기준치 이상일 경우 아크로 판별하는 아크 검지부(200)가 구비되어 있다.
상기 인버터(10)는 브리지 다이오드(BD)를 통해 정류되고 콘덴서(C1)를 통해 평활화 된 직류 전압을 입력받아 고주파 교류 전압으로 변환하여 상기 변압기(20)로 출력하는 역할을 한다. 이때, 상기 브리지 다이오드(BD)는 교류 전원을 외부의 전압원으로부터 공급받는다.
또한, 상기 변압기(20)는 상기 인버터(10)로부터 고주파 교류 전압을 입력받아 특정 권선비에 따라 필요한 전압으로 변압하여 상기 정류부(30)로 출력하는 역할을 한다. 여기서, 상기 인버터(10)와 변압기(20) 사이에는 수하특성을 유지하기 위한 교류 리액터(Lr)가 직렬 접속되어 있다.
상기 정류부(30)내 정류기(31)는 상기 변압기(20)로부터 변압된 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하는 역할을 하고, 상기 C-L 필터(32)는 상기 정류기(31)에서 출력되는 정류된 전압을 병렬 접속된 콘덴서(C)와 직렬 접속된 리액터(L)를 통해 축적하고, 그 C-L 필터(32)를 통해 플라즈마 발생을 위한 전력을 부하단(예, 플라즈마 발생부(미도시))으로 출력하는 역할을 한다.
여기서, 상기 C-L 필터(32)를 통해 출력되는 전력(에너지)을 공급받은 부하단, 즉 플라즈마 발생부에서는 발생된 플라즈마를 이용하여 해당 공정을 수행하게 된다.
이 때, 상기 C-L 필터(32)의 리액터(L)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부하단에서의 아크 발생시 상기 C-L 필터(32)에 축적된 에너지가 일시에 부하단으로 급격히 전달되는 것을 방지하고 아크의 빠른 검지를 위해 주 권선(101)과 보조 권선(102)으로 나누어 구성하며, 상기 보조 권선(102)측에는 상기 보조 권선(102)과 접속되어 상기 보조 권선(102)을 통해 유도된 에너지를 소모시키는 병렬 저항(Rc)이 접속된다.
이때, 상기 리액터(L)에 걸리는 전압(VL)을 표시하면 아래와 같다.
Figure 112006011781996-pat00001
또한, 상기 아크 검지부(200)는 상기 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하여 그 측정된 전압이 기준치 이상일 경우 아크로 판별한다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 동작 과정에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생용 전원장치의 동작중에 부하단으로부터 아크(쇼트 상태)가 발생하면, 상기 C-L 필터(32)의 리액터(L) 양단에는 콘덴서(C)의 축적된 전압이 인가되어 전류가 급격히 상승하게 되고, 상기 리액터(L)의 주 권선(101)에 걸리는 전압이 급격히 증가 된다.
이어서, 상기 리액터(L)의 보조 권선(102) 측으로는 도 3에 도시된 바와 같이 급격한 상승을 보이는 펄스 형태의 전압 시그널이 유도되고, 상기 병렬 저항(Rc)에 상기 보조 권선(102)에 유도된 전류가 그대로 인가되어 상기 병렬 저항(Rc)에 걸리는 전압이 변화된다.
이때, 상기 리액터(L)의 보조 권선(102)에 유도된 펄스 형태의 전압 시그널은 리액터 전압(VL)의 전류 미분값이다.
따라서, 상기 아크 검지부(200)는 상기 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하여 그 측정되는 전압이 변화되어 설정된 기준값 이상으로 검지될 경우 이를 아크로 판별하게 된다.
한편, 상기 리액터(L)로 인가된 급상승 전류는 상기 리액터(L)의 보조 권선(102)을 통해 일부가 유도된 후 상기 병렬 저항(Rc)에 그대로 인가됨으로써,
Figure 112006011781996-pat00002
만큼의 에너지가 저항으로 소모되어 상기 리액터(L)의 전류 상승 크기는 줄 어들게 된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 의한 아크 검지 및 아크 에너지 저감 회로에 의하면, 아크 발생시 보조 권선(102)에 유도되는 리액터 전압의 전류 미분값을 그대로 인가받아 전압 변화를 보이는 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하여 기준치 이상인 경우 아크로 판단함으로써 아크 검지에 따른 지연 시간을 단축하게 되고, 그에 따라 부하단으로 전달되는 아크 에너지를 감소시키기 위한 제어동작을 신속하게 수행할 수 있게 된다.
한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 구성을 나타낸 회로구성도로서, 본 발명의 제2 실시예에 의한 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로는 인버터(10)와, 교류 리액터(Lr)와, 변압기(20)와, 정류기(31) 및 C-L 필터(32)로 이루어진 정류부(30)가 구비된 플라즈마용 전원장치에 있어서, 상기 C-L 필터(32)의 리액터(L)를 주 권선(101)과 보조 권선(102)으로 나누어 구성하고; 상기 주 권선(101)의 출력 측으로 아크 발생시 오프되는 제1 스위치(SW1)와, 서로 병렬 접속된 저항(R1)과 콘덴서(C2)가 상기 제1 스위치(SW1)와 병렬 연결되는 구성으로 이루어진 방전회로부(100); 및 상기 보조 권선(102)측에는 상기 보조 권선(102)과 접속된 병렬 저항(Rc)과, 상기 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하여 그 측정된 전압이 기준치 이상일 경우 아크로 판별하는 아크 검지부(200)로 구성된다.
상기와 같은 본 발명의 제2 실시예에 의한 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로를 설명함에 있어서, 인버터(10)와, 교류 리액터(Lr)와, 변압기(20)와, 정류기(31) 및 C-L 필터(32)로 이루어진 정류부(30)의 구성 및 동작은 상술한 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 생략한다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 동작 과정에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 플라즈마 발생용 전원장치의 동작중에 부하단으로부터 아크가 발생하면, 상기 C-L 필터(32)의 리액터(L) 양단에는 콘덴서(C)의 축적된 전류가 인가되어 상기 리액터(L)의 주 권선(101)에 걸리는 전압이 급격히 증가된다.
이에 따라, 상기 리액터(L)의 보조 권선(102)으로 도 3에 도시된 바와 같은 펄스 형태의 전압 시그널이 유도되고, 상기 병렬 저항(Rc)에 상기 보조 권선(102)에 유도된 전류가 그대로 인가되어 상기 병렬 저항(Rc)에 걸리는 전압이 증가된다. 이때, 상기 보조 권선(102)에 유도된 펄스 형태의 전압 시그널은 아크 상태에 대한 리액터(L) 전압의 전류의 미분값으로 검출된 신호이다.
이후, 아크 검지부(200)는 상기 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하다가, 그 측정되는 전압이 설정된 기준값 이상으로 검지될 경우 이를 아크로 판별하게 되며, 이러한 아크 검지 신호는 제어부(미도시)를 통해 제어되어 상기 인버터(10)의 동작을 신속하게 오프시키게 됨으로써 아크 발생 이후 플라즈마용 전원장치에 공급되는 전원이 신속하게 차단된다.
한편, 상기 인버터(10)가 오프되어도 상기 C-L 필터(32)에 축적되어 있던 전류-전압은 아크 에너지로서 부하단에 그대로 인가되는데, 도 4에 도시한 바와 같은 R-C 방전회로를 제1 스위치(SW1)와 병렬로 연결시키고 제1 스위치(SW1)를 오프시키면 부하단에 전달되어야 할 아크 에너지의 일부가 R-C 회로를 통해 방전됨으로써 부하단의 아크 전류를 보다 빠르게 감쇠시킬 수 있게 된다.
상기와 같은 방전회로부(100)의 동작을 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 아크 발생시 동작중인 제1 스위치(SW1)는 오프되고, 그와 동시에 제1 스위치(SW1)에 흐르는 전류(
Figure 112006091758695-pat00003
)는 콘덴서(C2)에 충전된다. 이때, 제1 스위치(SW1)에 흐르는 전류(
Figure 112006091758695-pat00004
)는 도 5에 도시된 바와 같이, 아크 발생에 따라 콘덴서(C)로부터 전달되는 전류에 의해 급격한 상승을 나타내고, 급상승된 전류(
Figure 112006091758695-pat00005
)는 콘덴서(C2)의 용량에 따라 일정시간 동안 충전 및 방전된다.
이때, 상기 콘덴서(C2)에 충전된 전류는 방전되어 저항(R1)을 통해 방전 소모되며, 아크 발생에 따라 방전회로부(100)를 통해 소모되는 아크 에너지(P)는
Figure 112006011781996-pat00006
만큼 방전 소모된다.
또한, 상기 제1 스위치(SW1)의 온/오프 동작은 과전류 또는 저전압 발생시 오프되는 스위칭 소자로 구성하거나, 혹은 아크 검지부(200)의 아크 검출을 이용한 제어신호를 통해 스위칭 되도록 구성할 수도 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로의 구성을 나타낸 회로구성도로서, 본 발명의 제3 실시예에 의한 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로는 인버터(10)와, 교류 리액터(Lr)와, 변압기(20)와, 정류기(31) 및 C-L 필터(32)로 이루어진 정류부(30)가 구비된 플라즈마용 전원장치에 있어서, 상기 C-L 필터(32)의 리액터(L)를 주 권선(101)과 보조 권선(102)으로 나누어 구성하고; 상기 주 권선(101)의 출력 측으로 아크 발생시 오프되는 제1 스위치(SW2)와, 직렬 연결된 콘덴서(C3,C4)와 직렬 연결된 저항(R2,R3)의 양단이 상기 제1 스위치(SW2)와 병렬 연결되며, 서로 직렬 연결된 콘덴서(C3,C4)와 저항(R2,R3)의 각 직렬 연결 사이에 일단이 연결되고 타단이 (-) 부하단에 연결되어 아크 발생시 설정시간의 경과 후 온(On)되는 제2 스위치(SW3)를 구비한 방전회로부(100); 및 상기 보조 권선(102)측에는 상기 보조 권선(102)과 접속된 병렬 저항(Rc)과, 상기 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하여 그 측정된 전압이 기준치 이상일 경우 아크로 판별하는 아크 검지부(200)로 구성된다.
상기와 같은 본 발명의 제3 실시예에 의한 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로를 설명함에 있어서, 인버터(10)와, 교류 리액터(Lr)와, 변압기(20)와, 정류기(31) 및 C-L 필터(32)로 이루어진 정류부(30)와, 보조 권선(102)에 연결된 병렬 저항(Rc)과, 아크 검지부(200)의 구성 및 동작과정은 상술한 본 발명의 제2 실시예와 동일하므로 생략하며, 본 발명의 제2 실시예와 다른 동작을 나타내는 방전회로부(100)를 설명하면 다음과 같다.
도 7은 도 6에 따른 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회 로의 아크 발생시 아크 에너지의 동작 상태를 나타낸 파형도로서, 아크 발생시 방전회로부(100)에 구성된 각 소자의 전압-전류 특성을 나타낸다.
상기와 같은 방전회로부(100)의 동작을 도 6 및 도 7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 아크가 발생하면 제1 스위치(SW2)가 오프되고, 제1 스위치(SW2)에 흐르던 아크 전류는 R-C 방전회로로 우회하여 콘덴서(C3,C4)를 충전시키고 저항(R2,R3)에서 방전된다.
상기 콘덴서(C3, C4)는 C3 < C4 로 구성되고, 저항(R2, R3)은 R2 < R3로 구성된다.
상기 R-C 방전회로부로 흐르는 아크 전류(
Figure 112006011781996-pat00007
)는 도 7에 도시된 바와 같은 커브(curve)를 그리는데, 아크 발생에 따라 콘덴서(C)로부터 전달되는 전류에 의해 급격한 상승을 나타내고, 급상승된 전류(
Figure 112006011781996-pat00008
)는 콘덴서(C3,C4)의 용량에 따라 일정시간 동안 충전된다.
이때, 콘덴서(C3, C4)에 충전된 전압은 도 7에 도시된 바와 같이, 충전 및 방전 곡선이 서로 다르게 되는데, 콘덴서(C3,C4)의 시정수 값에 따라 콘덴서(C3)의 전압(V1)이 많이 충전되고 빠르게 방전되어 상기 저항(R2,R3)을 통해 일부가 먼저 소모된다.
한편, 상기 콘덴서(C4)에 걸린 전압(V2)은 도 7에 도시된 바와 같이, 콘덴서(C3)에 걸린 전압(V1) 보다는 적게 충전되고 느리게 방전되며 상기 저항(R2,R3)을 통해 방전 소모된다.
이때, 아크 발생에 따라 방전회로부(100)를 통해 소모되는 아크 에너지(P)는
Figure 112006011781996-pat00009
만큼 방전 소모된다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 저항(R2,R3)을 통한 콘덴서(C4) 전압(V2)의 방전 소모시 설정된 일정시간이 경과된 임의의 시점에 제2 스위치(SW3)가 구동되어 온 됨에 따라 콘덴서(C4)의 방전 소모 중인 전압(V2)이 (-) 부하단에 역전압으로 인가되어 아크 에너지가 완전하게 클리어(clear) 된다.
이때, 상기 제1 스위치(SW2)의 온/오프 동작은 과전류 또는 저전압 발생시 오프되는 스위칭 소자로 구성하거나, 혹은 아크 검지부(200)의 아크 검출을 이용한 제어신호를 통해 스위칭 되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 제2 스위치(SW3)는 아크 검지부(200)의 아크 검출을 이용한 제어신호에 의해 설정된 일정시간의 경과 후 동작하도록 스위칭 제어된다.
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로에 의하면, 부하의 이상 현상인 아크로 인한 에너지를 최소화하기 위해 아크 상태에 대한 미분 요소인 출력단 리액터의 전압을 이용하여 시간 지연없이 신속하게 아크를 검지할 수 있으며, 리액터 출력단에 설치된 방전회로를 통해 과도한 아크 에너지가 부하단으로 유입되는 것을 신속히 막아주어 응용부하의 특성과 품질 저하 현상을 없애주고, 시스템의 안정화를 실현시켜 주는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 브리지 다이오드(BD)를 통해 정류되고 콘덴서(C1)를 통해 평활화된 직류 전압을 입력받아 고주파 교류 전압으로 변환하는 인버터와; 상기 인버터 출력단에 접속된 교류 리액터(Lr)와; 상기 인버터로부터 고주파 교류전압을 입력받아 특정 권선비에 따라 필요한 전압으로 변압하는 변압기와; 상기 변압기의 출력단에 연결되는 정류부를 포함하되,
    상기 정류부는 상기 변압기의 교류 전압 출력을 직류 전압으로 정류하는 정류기와 상기 정류기에 연결되는 콘덴서(C)와 리액터(L) 조합의 C-L 필터로 이루어지고,
    상기 C-L 필터의 콘덴서(C)는 상기 정류기와 병렬로 연결되고 상기 C-L 필터의 리액터(L)는 상기 정류기에 직렬로 연결되는 구성의 플라즈마 전원장치에 사용되는 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로에 있어서,
    상기 C-L 필터의 리액터(L)는 주 권선과 보조 권선으로 분리되어 있고,
    상기 보조 권선측에는 상기 보조 권선과 접속된 병렬 저항(Rc); 및
    상기 병렬 저항(Rc)의 양단 전압을 측정하여 그 측정된 전압이 기준치 이상일 경우 아크로 판별하는 아크 검지부; 가 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주 권선의 출력단에 제1 스위치(SW1)가 직렬 연결되고, 서로 병렬 연결된 저항(R1)과 콘덴서(C2)가 상기 제1 스위치(SW1)에 병렬 연결되는 구성의 방전회로부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 주 권선의 출력단에 제1 스위치(SW2)가 직렬 연결되고, 서로 직렬 연결된 2개의 콘덴서(C3,C4)와 서로 직렬 연결된 2개의 저항(R2,R3)이 상기 제1 스위치(SW2)에 병렬 연결되며, 제2 스위치(SW3)를 더 구비하여 그 일단은 상기 2개의 저항(R2,R3) 사이 점과 상기 2개의 콘덴서(C3,C4) 사이 점에 연결되고 그 타단은 장치의 (-) 부하단에 연결되는 구성의 방전회로부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 스위치는 아크 발생시 설정된 소정시간 경과 후 온(ON) 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 저전압 또는 과전류시 오프(OFF) 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로.
  6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 아크 검지부에서 아크가 발생하였다고 판단한 결과에 따라 오프(OFF) 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전원장치용 아크 검출 및 아크 에너지 저감 회로.
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