KR101069397B1 - Phase superposition type voltage power supply - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 위상중첩형 전압전원장치는 회로에 전원을 공급하는 전원입력부, 상기 전원입력부와 연결되고 전압을 증폭 또는 교환하는 전원트랜스, 상기 전원트랜스에 전압을 인가하도록 병렬연결된 다수의 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 베이스와 이미터 전압을 조절하도록 구비된 바이어스조절단을 포함하되, 상기 바이어스조절단의 작동에 의하여 상기 트랜지스터가 바이어스된 상태에서 작동하여 컬렉터 전압 출력 파형이 위상 중첩되어 상기 전원트랜스의 1차 측에 1차 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다. Phase superposition type voltage power supply according to the present invention includes a plurality of transistors connected in parallel so that a voltage is applied to the power transformer, the power transformer connected to the power input, the power input unit for supplying power to the circuit is amplified or replace the voltage, wherein comprising: a bias control stage having a transistor base and that already controls the emitter voltage, the bias adjustment is only the transistor to operate in a bias state collector voltage output waveform by the operation of the phase superimposed primary of said power transformer a primary voltage on the side characterized in that the application.
본 발명에 따른 위상중첩형 전압전원장치에 의하면, 별도의 바이어스조절단에 의하여 바이어스된 두 트랜지스터의 컬렉터 전압 차이만큼 전원트랜스의 1차 측에 사인파 전압이 입력되므로 완전한 ON/OFF 상태까지 도달하지 않아서 영전압크로싱 시 발생하였던 전원트랜스의 2차 측 출력단에 전자파 노이즈 형태로 영향을 미치는 고주파 피킹이 원천적으로 발생하지 않도록 하여, 고주파 잡음을 제거할 수 있는 효과가 있다. According to the invention the phase superposition type voltage power supply according to, so as long as the sine wave voltage input to the primary side of power transformer collector voltage difference between the two transistors biased by a separate bias control stage it did not reach the complete ON / OFF state zero voltage, so that high-frequency peaking in the secondary side output terminal of the power supply transformer occurs during crossing who influencing electromagnetic noise this not occur fundamentally, there is an effect that it is possible to remove the high frequency noise.

Description

위상중첩형 전압전원장치{Apparatus for Supplying Voltage power by Phase Piled} Phase superposition type voltage power supplies {Apparatus for Supplying power by Phase Voltage Piled}

본 발명은 전압전원장치에 관한 것으로서, 전자현미경(SEM) 및 이온현미경(FIB) 등에 사용되는 수~수십kV 단위의 고전압 증폭을 수행하면서 출력잡음을 최소화하도록, 트랜지스터에 바이어스를 걸어 위상중첩을 유도함으로써 전원트랜스 1차 측 출력단에 유도되는 고주파 노이즈를 절감하는 위상중첩형 전압전원장치에 관한 것이다. The present invention relates to a voltage power supply, an electron microscope (SEM) and an ion microscope (FIB) while performing number-high voltage amplification of several tens of kV unit used in order to minimize the output noise, walking down the bias on transistor induce phase overlap by relates to a phase superposition type voltage power supplies to reduce high frequency noise induced in the power transformer primary side output terminal.

다양한 기초과학 및 응용과학 연구에 널리 사용되는 전자현미경(SEM) 및 이온현미경(FIB)에는 30kV 내외의 고전압 전원장치가 사용된다. In electron microscopy (SEM) and an ion microscope (FIB) that is widely used in a variety of basic science and applied scientific research in the high voltage power supply it is used around 30kV. 이러한 고전압 전원장치는 안정도가 100ppm 정도로 매우 높고, 리플 노이즈 및 스위칭 노이즈가 매우 적은 고정밀 고전압 출력이 필수 조건이다. The high voltage power supply is a very high stability, so 100ppm, is a prerequisite ripple noise and switching noise is a very small high-precision high-voltage output. 따라서 고정밀 출력을 만족하기 위해 스위칭 노이즈를 절감해야 하는데, 일반적으로 고전압 전원에서는 전원트랜스 1차 측 스위칭 회로에 하드 스위칭(hard switching) 대신에 기존의 로이어 방식의 공진회로를 나타낸 회로도인 도 1과 같은 로이어(Royer) 방식의 공진회로를 주로 사용한다. Therefore, to be reduction of the switching noise, in order to meet the high precision output, in general, high-voltage power supply transformer primary-side switching circuit hard switching (hard switching) instead of the circuit diagram of Figure 1 lead to the existing showing the in the way the resonant circuit of the on and as in the ear (Royer) resonant circuit of the system, such as is commonly used.

이는 1차 측 스위칭을 LC공진형으로 하여 전원트랜스 1차에 입력되는 파형을 사인파 형태로 만들어 주면, 구형파가 만들어지는 하드 스위칭 형태의 포워드 컨버터(forward converter)방식으로 했을 때에 비해, 2차 측 정류시에 도 2처럼 1차 측 발진주파수와 같거나 혹은 그의 배수로 발생되는 피킹 노이즈를 저감하는 효과를 얻고자 함이다. This is of when the primary-side main surface to create a waveform with a sine wave form, a forward converter (forward converter) hard switching form of a square wave is produced which is input to the switching to the power transformer primary to the LC resonant system, the secondary-side rectifier Figure 2 like at the time equal to the primary side or the oscillation frequency or also obtain the effect for reducing the noise generated peaking its multiples. 여기서, 도 2는 트랜지스터 ON/OFF 시 발생하는 피킹 노이즈를 나타낸 그래프를 나타낸 것이다. Here, Figure 2 shows a graph of the peaking noise generated when the transistor ON / OFF.

그러나 이와 같은 종래의 로이어 공진회로에서도 1차 측 스위칭 소자인 트랜지스터의 ON/OFF시, 로이어 방식의 공진회로를 이용할 때 영전압크로싱이 발생하는 부분을 나타낸 도 3의 원으로 표시된 부분처럼, 컬렉터의 전압파형이 0 V(볼트)를 크로싱(영전압크로싱) 하는 순간 미분 불가능점이 생기므로, 여기서 높은 고주파 노이즈가 발생하여 2차 측 출력단에 유도되어진다. However, this as such conventional portions followed after a primary ON / OFF when, in the side of the switching element transistor in the resonant circuit shown in the Figure when using a method resonant circuit of showing a portion at which the zero voltage crossing occurs three won by, Since the voltage waveform of the collector 0 V (volt) crossing animation (zero-voltage crossing) differential moment can not point to where the high-frequency noise generated is derived on the secondary side output terminal. 이는 고정밀을 요하는 전원장치의 성능을 떨어뜨리는 요인이 되며 이를 제거하기 위하여 기구 설계적 측면에서 금속판 등을 이용하여 별도로 이 노이즈를 차단하게 하는 불편함을 야기하여, 장치의 성능 및 소형화에 대한 문제점을 야기한다. This is a factor adversely affect the performance of the power devices which require a high-precision and causes the inconvenience of having to separate the block noise by using a metal plate in the device design aspects in order to remove it, the problem on the performance and the miniaturization of the device results.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 트랜지스터가 바이어스된 상태로 작동하여 전원트랜스 1차 측에 사인파가 인가될 수 있도록 함으로써 고주파 잡음이 저감된 위상중첩형 전압전원장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention provides as been made, the transistor acts as the bias while the power transformer primary by providing a sine wave on the side to be applied to high-frequency noise is abated phase superposition type voltage power supply in view of the points as described above the there is a purpose.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 위상중첩형 전압전원장치는 전압전원장치에 있어서, 회로에 전원을 공급하는 전원입력부, 상기 전원입력부와 연결되고 전압을 증폭 또는 교환하는 전원트랜스, 상기 전원트랜스에 전압을 인가하도록 병렬연결된 다수의 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 베이스와 이미터 전압을 조절하도록 구비된 바이어스조절단을 포함하되, 상기 바이어스조절단의 작동에 의하여 상기 트랜지스터가 바이어스된 상태에서 작동하여 컬렉터 전압 출력 파형이 위상 중첩되어 상기 전원트랜스의 1차 측에 1차 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다. Phase superposition type voltage power supply according to the present invention provided to achieve the above object, according to a voltage power supply, the power input unit for supplying power to the circuit, power source connected to the power input is amplified or replace the voltage transformer a plurality of transistors connected in parallel to apply a voltage to the power transformer, comprising: a base and a bias control stage adapted to already controls the emitter voltage of the transistor, by the operation of the bias control stage in the transistor is biased state this works by the collector voltage output waveform phase overlap is characterized in that the primary voltage to the primary side of the power transformer is applied.

여기서, 상기 다수의 트랜지스터의 컬렉터 전압 위상이 사인파로써 상기 전원트랜스의 1차 측에 인가되어 상기 트랜지스터가 바이어스된 상태에서 영전압크로싱이 제거되는 것이 좋다. Here, it is good to the collector voltage phases of the plurality of transistors is applied to the primary side of the power transformer as a sine wave is zero voltage crossing is removed, the transistor is in a biased state.

또한, 상기 다수의 트랜지스터의 컬렉터 전압 출력 파형은 양(+) 전압 방향으로 바이어스된 상태에서 180°의 위상차를 가지는 것이 바람직하다. Further, it is desirable to have the phase difference of the collector voltage output waveform is a positive (+) 180 ° in a biased state by the voltage direction of the plurality of transistors.

본 발명에 따른 위상중첩형 전압전원장치에 의하면, 별도의 바이어스조절단에 의하여 바이어스된 두 트랜지스터의 컬렉터 전압 차이만큼 전원트랜스의 1차 측에 사인파 전압이 입력되므로 완전한 ON/OFF 상태까지 도달하지 않아서 영전압크로싱 시 발생하였던 전원트랜스의 2차 측 출력단에 전자파 노이즈 형태로 영향을 미치는 고주파 피킹이 원천적으로 발생하지 않도록 하여, 고주파 잡음을 제거할 수 있는 효과가 있다. According to the invention the phase superposition type voltage power supply according to, so as long as the sine wave voltage input to the primary side of power transformer collector voltage difference between the two transistors biased by a separate bias control stage it did not reach the complete ON / OFF state zero voltage, so that high-frequency peaking in the secondary side output terminal of the power supply transformer occurs during crossing who influencing electromagnetic noise this not occur fundamentally, there is an effect that it is possible to remove the high frequency noise.

도 1은 기존의 로이어 방식의 공진회로를 나타낸 회로도, 1 is a circuit diagram of a resonance circuit of the system lead to a conventional,
도 2는 트랜지스터 ON/OFF 시 발생하는 피킹 노이즈를 나타낸 그래프, Figure 2 is a graph showing the peaking noise that is generated during transistor ON / OFF,
도 3은 로이어 방식의 공진회로를 이용할 때 영전압크로싱이 발생하는 부분을 나타낸 그래프, 3 is shown the portion at which the zero voltage crossing time after use by way of a resonant circuit occurs in a graph,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영전압크로싱 제거 방식의 위상중첩형 전압전원장치의 회로 구조도, 및 4 is a circuit configuration of the zero-voltage crossing ablative phase superposition type voltage power supply in accordance with one embodiment of the invention, and
도 5는 도 4의 회로 구조도에서 1차 측 두 트랜지스터의 컬렉터 전압 파형을 나타낸 그래프이다. Figure 5 is a graph showing the primary side voltage waveform of two-collector transistor in the circuit schematic of FIG.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. Objects, features and other advantages as mentioned above of the present invention will become more apparent by the description of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위상중첩형 전압전원장치를 상세히 설명하기로 한다. A description of the phase superposition type voltage power supply according to the following, embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings in detail. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성부분을 나타낸다. For the present specification, the same reference numbers in the figures indicate the same parts unless otherwise indicated.

일반적으로 다양한 기초과학연구와 재료소재연구에 사용되는 전자 현미경(SEM) 및 이온 현미경(FIB)에는 리플 노이즈 및 스위칭 노이즈가 매우 적은 저잡음, 100ppm 수준의 고안정성 출력을 위한 고정밀 고전압 전원이 필요하다. In general, an electron microscope (SEM) to be used in a variety of basic scientific research and materials Materials Research and ion microscope (FIB) are required for high-precision high-voltage power supply for ripple noise and switching noise is a very small low-noise, high-stability the output of the 100ppm level. 이러한 고정밀 고전압 전원은 현재 국내에서는 생산되지 않고 있으며 국제적으로도 소수의 회사만이 생산할 만큼 고부가가치의 고기술 제품으로 인정받을 것이다. These high-precision high-voltage power supply will not be present in domestic production, and internationally high enough to produce only a handful of companies recognized as high technology, high value-added products. 국제적으로 전자 현미경과 이온 현미경은 매년 다량의 수요가 창출되고 있으며 최근 소형화된 전자 현미경인 mini-SEM이 각광을 받고 있어서 고정밀 고전압 전원의 수요가 증대되고 있다. In international by an electron microscope and an ion microscope, and a large amount of demand being created each year under the electron microscope of the recent mini-SEM it is spotlighted downsizing is increasing demand for high-precision high-voltage power supply. 이러한 고정밀 고전압 전원을 국산화하기 위해서는 전원의 안정화 및 저잡음화에 필요한 기술을 개발하여야 한다. To localize these high-precision high-voltage power supply shall develop the skills necessary to stabilize and low-noise power supply. 본 발명에서는 이들 기술 중 저잡음화에 기여하는 부분을 제시한다. In the present invention proposes a part contributing to the low-noise of these techniques.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영전압크로싱 제거 방식의 위상중첩형 전압전원장치의 회로 구조도이고, 도 5는 도 4의 회로 구조도에서 1차 측 두 트랜지스터의 컬렉터 전압 파형을 나타낸 그래프이다. 4 is a circuit configuration diagram of a zero voltage crossing ablative phase superposition type voltage power supply in accordance with one embodiment of the present invention, Figure 5 is a graph showing the primary side two collector voltage waveform of the transistor in the circuit schematic of Figure 4 .

도 4와 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 위상중첩형 전압전원장치를 설명하면 다음과 같다. When Fig. 4 and explanation of the phase superposition type voltage power supply system according to the present invention will be described with reference to Figure 5 as follows.

본 발명에 따른 위상중첩형 전압전원장치는 회로에 전원을 공급하는 전원입력부(100), 전원입력부(100)와 연결되고 전압을 증폭 또는 교환하는 전원트랜스(200), 전원트랜스(200)에 전압을 인가하도록 병렬연결된 다수의 트랜지스터(400), 트랜지스터(400)의 베이스와 이미터 전압을 조절하도록 구비된 바이어스조절단(300)을 포함한다. Phase superposition type voltage power supply device according to the invention the voltage on the power supply transformer 200, a power transformer 200 for connection to the power input unit 100, a power input unit 100 supplying power to the circuit is amplified or replace the voltage to be adjusted to include a bias stage (300) adapted to control the base and the emitter voltage of the plurality of transistor 400, the transistor 400 is connected in parallel. 여기서 상기 바이어스조절단(300)의 작동에 의하여 트랜지스터(400)가 바이어스된 상태에서 작동하여 컬렉터 전압 출력 파형이 위상 중첩되어 전원트랜스(200)의 1차 측에 1차 전압이 인가되도록 작동된다. Here is the bias control stage 300, a collector voltage output waveform by the operation by operating in a transistor 400 biased state of the phase overlap is operated so that the primary voltage to the primary side of the power transformer 200 is applied.

그리고 다수의 트랜지스터(400)의 컬렉터 전압 위상이 사인파로써 전원트랜스(200)의 1차 측에 인가되어 트랜지스터(400)가 바이어스된 상태에서 영전압크로싱이 제거되도록 작동되며, 다수의 트랜지스터(400)의 컬렉터 전압 출력 파형은 양(+) 전압 방향으로 바이어스된 상태에서 180°의 위상차를 가지는 것이 바람직하다. And a number of is applied to the primary side of transistor 400, a power transformer 200 as the collector voltage phase sine wave operates so that zero-voltage crossing is removed from the transistor 400, the bias conditions, a large number of transistor 400 collector voltage of the output waveform preferably has a phase difference of 180 ° at the biased by positive voltage direction state.

도 4는 기존의 로이어 회로를 변형하여 각각의 트랜지스터(400)가 바이어스된 상태로 동작하여, 영전압크로싱을 거치지 않고 위상 중첩을 통하여 전원트랜스(200)의 1차 측에 사인파가 인가될 수 있도록 설계한 회로의 구조도이다. Figure 4 is to operate in a biased state, the zero-voltage crossing of the sine wave to the primary side of the power transformer 200 through a phase overlap without going to be applied to each transistor (400) followed by a circuit modification to the existing so that a structure of a circuit design.

구체적으로 살펴보면, 전원입력부(100)로부터 공급된 전류는 전원트랜스(200)의 1차 코일을 통하여 각각의 트랜지스터(400)에 공급되는데, 트랜지스터(400)의 하단에 설치된 바이어스조절단(300)의 작용에 의하여 도 5의 실선처럼 완전한 ON/OFF 동작이 아닌 양(+) 전압방향으로 바이어스된 상태의 진동모드로 동작되어진다. Specifically looking, the current supplied from the power input unit 100 of the power transformer 200 primary is fed to each of the transistor 400 through the coil, a transistor 400, a bias adjustment stage 300 is installed on the bottom of the as a solid line in Fig. 5 by the action amount instead of a complete oN / OFF operation (+) it is configured to work as a vibration mode in a biased state by the voltage direction.

바이어스조절단(300)은 두 개의 트랜지스터(400)를 100% 스위칭하지 않고 출력 전압의 크기에 따른 조절과 타이밍을 조절함으로써 작동되며 두 트랜지스터(400)의 베이스 및 이미터 바이어스 전압을 자동으로 조절하는 기능을 수행한다. Bias control stage 300 is actuated by not switching the two transistors 400, 100% control of control and timing according to the magnitude of the output voltage that automatically adjusts the base and the emitter bias voltage of the two transistors 400 It performs a function.

바이어스된 두 트랜지스터(400)의 컬렉터 출력파형은 도 5와 같이 양(+) 전압방향으로 바이어스된 상태에서 180°의 위상차를 갖게 된다. The collectors of the two bias transistors 400, the output waveform will have a phase difference of the two (+) 180 ° in a biased state by the voltage direction as shown in FIG. 상기 컬렉터 출력파형의 위상차로 인하여 전원트랜스(200)의 1차 측에는 두 트랜지스터(400)의 컬렉터 전압 차이만큼 전압이 인가되므로 사인파가 입력되게 된다. The two voltage as the collector voltage difference between the transistor 400 side of the primary of the power transformer 200 due to the phase difference between the collector output waveform is a sine wave, so is to be entered. 이후 전원트랜스(200)에서 증폭 또는 교환된 전압은 정류회로(500)를 거쳐 정류되고 고전압 출력단(600)으로 2차 전압으로써 인가된다. After the voltage amplified or switched from the power transformer 200 is rectified via the rectifier circuit 500 is applied as the second voltage to a high voltage output terminal 600.

따라서 트랜지스터(400)를 완전히 ON/OFF 하지 않고도 전원트랜스(200)의 1차측에 전압 증폭을 위한 1차 전압을 인가할 수 있으므로 도 3의 원 부분에서 발생하는 영전압크로싱에 의한 피킹 노이즈가 원천적으로 발생하지 않도록 할 수 있다. Therefore, the peaking noise due to zero-voltage crossings occurring in the circle portion of Figure 3, so the transistor 400 is fully ON / OFF without having to power transformer 200 can be applied to the primary voltage for the voltage amplifier to the primary side of the fundamentally you can prevent occurring.

본 발명에 따른 위상중첩형 전압전원장치에 의하면, 별도의 바이어스조절단에 의하여 바이어스된 두 트랜지스터의 컬렉터 전압 차이만큼 전원트랜스의 1차 측에 사인파 전압이 입력되므로 완전한 ON/OFF 상태까지 도달하지 않아서 영전압크로싱 시 발생하였던 전원트랜스의 2차 측 출력단에 전자파 노이즈 형태로 영향을 미치는 고주파 피킹이 원천적으로 발생하지 않도록 하여, 고주파 잡음을 제거할 수 있는 효과가 있다. According to the invention the phase superposition type voltage power supply according to, so as long as the sine wave voltage input to the primary side of power transformer collector voltage difference between the two transistors biased by a separate bias control stage it did not reach the complete ON / OFF state zero voltage, so that high-frequency peaking in the secondary side output terminal of the power supply transformer occurs during crossing who influencing electromagnetic noise this not occur fundamentally, there is an effect that it is possible to remove the high frequency noise.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. Has been described with a preferred embodiment of the present invention above, the present invention is not limited to the embodiment of the above-described specific. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. That is, in the art Those having an ordinary skill can be a number of changes and modifications to the present invention, the spirit and scope of the appended claims without departing from, and in that all appropriate modifications and and equivalents will also be considered as falling within the scope of the invention.

100 : 전원입력부 200 : 전원트랜스 100: power input unit 200: power transformer
300 : 바이어스조절단 400 : 트랜지스터 300: bias control stage 400: transistor
500 : 정류회로 600 : 고전압출력단 500: rectifier circuit 600: high voltage output terminal

Claims (3)

  1. 전압전원장치에 있어서, In the voltage supply unit,
    회로에 전원을 공급하는 전원입력부, 상기 전원입력부와 연결되고 전압을 증폭 또는 교환하는 전원트랜스, 상기 전원트랜스에 전압을 인가하도록 병렬연결된 다수의 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 베이스와 이미터 전압을 조절하도록 구비된 바이어스조절단을 포함하되, Power input for supplying power to the circuit, adapted to connect to the power input and power supply for amplifying or replace the voltage transformer, a plurality of transistors connected in parallel to apply a voltage to the power transformer, to adjust the base and the emitter voltage of the transistor comprising: a bias control stage,
    상기 바이어스조절단의 작동에 의하여 상기 트랜지스터가 바이어스된 상태에서 작동하여 컬렉터 전압 출력 파형이 위상 중첩되어 상기 전원트랜스의 1차 측에 1차 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 위상중첩형 전압전원장치. Wherein by the operation of the bias control stage is a transistor that operates in a biased state collector voltage output waveform is phase superposition phase superposition type voltage power supply, it characterized in that the primary voltage to the primary side of the power transformer is applied.
  2. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 다수의 트랜지스터의 컬렉터 전압 위상이 사인파로써 상기 전원트랜스의 1차 측에 인가되어 상기 트랜지스터가 바이어스된 상태에서 영전압크로싱이 제거되는 것을 특징으로 하는 위상중첩형 전압전원장치. Phase superposition type voltage power supply, characterized in that the collector voltage phases of the plurality of transistors is applied to the primary side of the power transformer as a sine wave is zero voltage crossing is removed, the transistor is in a biased state.
  3. 제 2 항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    상기 다수의 트랜지스터의 컬렉터 전압 출력 파형은 양(+) 전압 방향으로 바이어스된 상태에서 180°의 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 위상중첩형 전압전원장치. Phase superposition type voltage power supplies for the collector voltage output waveforms of the plurality of transistors is at the biased by positive voltage direction state characterized by having a phase difference of 180 °.
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