KR101093828B1 - 이온 펌프 전원 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온 펌프(sputter ion pump)의 전원 공급을 제어하는 이온 펌프 전원 제어 장치(ion pump power supply controller)에 관한 것으로 보다 자세하게는 최소 8개 이상의 고전압 출력부를 제공함과 동시에 각각의 출력을 콘트롤하고 전류를 읽을 수 있도록 하는 전원 제어 장치를 제공하는 데에 있다. 본 발명에 의한 전원 제어 장치를 사용하면 다수의 이온 펌프를 구동, 제어할 수 있으므로 경제적 손실을 줄이는데 효과가 있다.

Description

이온 펌프 전원 제어 장치 및 그 방법{Ion pump power supply controller and method thereof}
본 발명은 스퍼터 이온 펌프(sputter ion pump)의 전원 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면, 이온 펌프가 배기 작용을 할 수 있는 전압 (3,000 V 이상)을 인가하고 이때 흐르는 전류를 측정하고, 표시하고, 제어함으로써 이온 펌프를 안정적으로 작동하게 하는 전원 제어 장치(power supply controller) 및 그 방법에 관한 것이다.
통상적으로 이온 펌프(ion pump)라고 부르는 스퍼터 이온 펌프(sputter ion pump)는 1960년대부터 상용화되기 시작된 이후 꾸준히 발전하여 현재는 무진동, 모소음, 무윤활유의 특징을 가지는 고진공/초고진공 영역에서 대표적인 진공 펌프로서 널리 사용되고 있다. 특히, 미세 진동이 없고 깨끗한 진공 상태가 요구되는 표면 분석 장비 (전자현미경, 투과전자현미경, 광전자현미경, 오제전자현미경 등), 반도체용 이온주입장치, 가속기 (방사광가속기, 중이온가속기, 자유전자레이져 등)에 적합하다.
이러한 이온 펌프를 구동하기 위하여서는 최소 3,000 V, 최대 7,000 V의 고전압을 양극과 음극 사이에 인가해 주어야 한다. 이온 펌프 장치의 간단한 개념도를 도 1에 나타내었다.
도 1에 도시한 바와 같이 이온 펌프(1)는 두 개의 음극(2) 사이에 평행하게 배열된 원통형 양극(3)이 위치하는 구조로 이루어져 있으며, 전원 제어 장치(6)로부터 고전압 전선(7)을 통하여 접속된 고전압 전달기 (high voltage feedthrough)(4)에 의해 이온 펌프(1)의 양극(3)과 음극(2) 사이에 3,000~7,000 V의 고전압을 인가하여 진공 용기(5)로부터 배기 작용이 일어나도록 하며, 이때 진공 용기(5)의 사용(진공) 영역은 10-4~10-11 Torr가 된다.
이온 펌프(1)를 구동하기 위한 대부분의 전원 장치(6)는 양극(3)과 음극(2) 사이에 고전압을 공급하는 동시에 이들 양전극(2, 3) 사이에 흐르는 전류를 측정할 수 있도록 하여 진공 용기(5)내의 진공도를 측정할 뿐만 아니라 전원 장치(6)의 안전을 위한 연동 (interlock) 목적으로도 사용된다. 이러한 전류를 측정하기 위하여서 전류 측정 회로를 추가하여야 하는데 회로의 안전을 위하여 고전압 절연이 필수적으로 확보되어야 하므로 낮은 전압 측에 전류 측정 회로를 적용하는 것이 일반적이다. 이 때문에 1대의 이온 펌프 전원 제어 장치는 한 대의 이온 펌프에 1대의 전원을 공급하도록 설계되어 있고 대부분의 이온 펌프 전원 제어 장치의 상용 제품은 이러한 구조를 가지고 있다.
한편, 이온 펌프에 흐르는 전류는 펌프 구동 초기(~10-4 Torr)에 10~400 mA (펌프의 배기 속도에 따라서 다르고, 배기 속도는 60~500 liter/s (L/s) 기준이다)의 전류가 필요하게 되지만, 고진공 또는 초고진공 영역에서는 단지 1 mA 이하의 작은 전류만 필요하게 된다.
도 2는 이온 펌프 크기 (10-480 L/s)에 따른 전류-진공도 변환 그래프이다. 도 2를 참조하면, 10-480 L/s의 이온 펌프의 고진공도 10-6 Torr 이하에서는 1mA 이하의 전류가 필요함을 알 수 있다. 이러한 이유 때문에 여러 대의 이온 펌프를 사용하는 응용 분야에서는 1대의 전원 장치로 2대의 펌프를 사용하기도 한다. 그러나 대부분의 상용 전원 제어 장치는 고전압 출력단에 두 개의 연결부를 만들어 펌프 2대를 단순히 연결할 뿐이어서 각각의 펌프를 제어하지 못하든지, 각각의 펌프에 흐르는 전류를 측정하지 못하는 단점이 있다.
최근에는 이탈리아의 한 업체에서 1대의 전원 제어 장치로 3대의 이온 펌프를 연결하여 사용할 수 있는 제품을 출시하였으나, 최대 총 출력 전류가 120 mA 이하로 제한적일 뿐만 아니라, 가격도 고가인 단점이 있다.
도 3은 상용 이온 펌프 고압 전원 제어 장치의 한 예를 도시한 회로도로서, 독립된 별도의 전원 장치가 필요하다. 슬로베니아의 한 업체에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 8대의 펌프(P1, P2, P3..., P8)를 연결할 수 있는 고전압 전원 제어기(32, 34, 36, ..., 38)를 제공하고 있으나, 특정 이온 펌프 제작 업체에서 제공하고 있는 특정 모델의 대용량의 주전원 장치(main power supply)를 동시에 구입해야 하는 단점이 있으며, 그 결과 가격이 고가이므로 경제적이지 못한 단점이 있다. 이 모델에서 사용하고 있는 고전압 제어 기술은 전류-주파수 변환을 이용하는 2단 로그-스케일(Log-scale) 전류 측정 방법을 채용하고 있으며, 이 방법은 1~10 초의 충분한 시간 동안 적분을 해야 하므로 최종 데이터 처리에 시간이 걸린다는 단점이 있으며 전류 분해능은 ∼100 pA 로 작은 용량의 이온 펌프를 낮은 진공도에서 사용할 때 전류-압력 변환 분해능이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 1대의 고전압 전원 장치로 다수의 이온 펌프를 구동하는 이온 펌프 전원 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다시 말하면, 본 발명은 1대의 전원 장치로 최소 8대 이상의 이온 펌프를 구동 제어하는 전원 제어 장치 및 그 방법을 제공하거나, 또는 기존에 사용하고 있는 이온 펌프 전원 장치를 그대로 사용하면서도 8대까지 이온 펌프를 구동 제어할 수 있도록 그 출력수를 증가시키는 고전압 이온 펌프 전원 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
하나의 고압 직류 전원으로 여러 대의 이온 펌프를 접속하여 사용 가능하도록 하는 이온 펌프 전원 제어 장치에 있어서,
상기 전원과 상기 각 이온 펌프 사이의 고전압 공급 선로에 직렬로 접속되어 상기 각 이온 펌프에 흐르는 저전류를 검출하는 션트 저항(shunt resistor);
상기 션트 저항에 직렬 접속되어 상기 각 이온 펌프의 구동을 온오프하는 고압용 릴레이;
상기 션트 저항과 상기 고압용 릴레이에 접속되어 상기 개별 이온 펌프의 구동을 제어하는 개별 슬레이브 보드; 및
상기 개별 슬레이브 보드와 접속하여 상기 개별 슬레이브 보드를 제어하고 외부 장치와의 통신을 관리하는 하나의 마스터 보드를 포함하는 이온 펌프 전원 제어 장치를 제공한다.
바람직하기로는, 상기 각 개별 슬레이브 보드는 이온 펌프에 인가되는 전류를 검출하여 적절한 전압이득(Gain)을 유지하는 전압증폭부;
A/D 변환기를 통하여 미소한 전류를 측정하는 변환된 데이터를 출력하는 전류측정부;
변환된 데이터를 마스터 보드 등에 원격으로 전송해 주기 위한 통신 접속부;
상기 전압증폭부, 전류측정부, 및 통신접속부를 처리하기 위한 로컬 제어부; 및
상기 마스터 보드의 명령에 의해 상기 릴레이를 구동시키는 릴레이 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 각 개별 슬레이브 보드는 고압 전원 장치와 전기 절연을 유지하도록 전원 분리하기 위하여 고절연형 DC/DC 변환기를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 션트 저항부와 상기 전압증폭부의 사이에는 상기 전압증폭부의 각 입력단에 감쇄용 분압 전압이 공급되도록 접속된 분압 저항부를 포함함을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 분압 저항부는 상기 션트 저항부의 일단에 접속되고 상기 전압증폭부의 일 입력단에 접속되는 제1 저항과 상기 션트 저항부의 타단에 접속되고 상기 전압증폭부의 타 입력단에 접속되는 제2 저항을 포함하는 입력보호회로; 및 일단이 상기 제1 저항의 일단 및 상기 전압증폭부의 일 입력단에 접속되고 타단이 상기 전압증폭부의 제어단에 접속되는 제3 저항과 일단이 상기 제2 저항의 일단 및 상기 전압증폭부의 타 입력단에 접속되고 타단이 상기 전압증폭부의 제어단에 접속되는 제4 저항을 포함하는 바이어스 리턴 회로를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위하여,
하나의 고압 직류 전원으로 여러 대의 이온 펌프를 접속하여 사용 가능하도록 하는 이온 펌프 전원 제어 방법에 있어서,
상기 전원과 상기 각 이온 펌프 사이의 고전압 공급 선로에 직렬로 접속된 션트 저항을 이용하여 상기 각 이온 펌프에 흐르는 저전류를 검출하는 제1 단계;
상기 션트 저항에 직렬 접속된 고압용 릴레이를 이용하여 상기 각 이온 펌프의 구동을 온오프하는 제2 단계; 및
상기 제1 단계 및 제2 단계를 제어하는 제어 단계를 포함하는 이온 펌프 전원 제어 방법을 제공한다.
바람직하기로는 상기 제어 단계는 상기 션트 저항과 상기 고압용 릴레이에 접속되어 개별 슬레이브 보드를 이용하여 상기 개별 이온 펌프의 구동을 제어하는 단계; 및
상기 개별 슬레이브 보드와 접속된 하나의 마스터 보드를 이용하여 상기 개별 슬레이브 보드를 제어하고 외부 장치와의 통신을 관리하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
바람직하기로는, 상기 각 개별 이온 펌프 구동 제어 단계는 전압증폭부를 이용하여 이온 펌프에 인가되는 전류를 검출하여 적절한 전압이득(Gain)을 유지하는 전압증폭 단계;
A/D 변환기를 통하여 미소한 전류를 측정하는 변환된 데이터를 출력하는 전류측정 단계;
변환된 데이터를 마스터 보드 등에 원격으로 전송해 주기 위한 통신 접속 단계;
상기 전압증폭 단계, 전류측정 단계, 및 통신접속 단계를 제어하기 위한 로컬 제어 단계; 및
상기 마스터 보드의 명령에 의해 상기 릴레이를 구동시키는 릴레이 구동 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 각 개별 이온 펌프 구동 제어 단계는 고압 전원 장치와 전기 절연을 유지하도록 전원 분리하기 위하여 고절연형 DC/DC 변환 단계를 더 포함함을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 션트 저항 단계와 상기 전압증폭 단계의 사이에는 상기 전압증폭부의 각 입력단에 감쇄용 분압 전압이 공급되도록 분압 저항 단계를 포함함을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 분압 저항 단계는 상기 션트 저항부의 일단에 접속되고 상기 전압증폭부의 일 입력단에 접속되는 제1 저항과 상기 션트 저항부의 타단에 접속되고 상기 전압증폭부의 타 입력단에 접속되는 제2 저항을 이용하여 상기 전압증폭부의 입력을 보호하는 입력보호단계; 및 일단이 상기 제1 저항의 일단 및 상기 전압증폭부의 일 입력단에 접속되고 타단이 상기 전압증폭부의 제어단에 접속되는 제3 저항과 일단이 상기 제2 저항의 일단 및 상기 전압증폭부의 타 입력단에 접속되고 타단이 상기 전압증폭부의 제어단에 접속되는 제4 저항을 이용하여 상기 전압증폭부의 바이어스가 입력단에 리턴되는 바이어스 리턴 단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 1대의 고전압 전원 장치로 다수의 이온 펌프를 구동하는 이온 펌프 전원 제어 장치를 제작할 수 있다. 또한, 상기한 목적을 경제적 측면에서 달성하기 위하여 8대 이상의 이온 펌프를 구동하는 전원 제어 장치를 제공하거나, 기존에 사용하고 있는 이온 펌프 전원 장치를 그대로 사용하면서도 8대 까지 출력수를 증가시키는 전원 제어 장치를 제작할 수 있다.
또한, 여러 대의 이온 펌프를 하나의 전원 장치로 제어하는 전원 제어 장치를 제공함으로써 설치 공간 또한 줄일 수 있으므로 부수적인 경제효과도 있다.
도 1은 이온 펌프 고압 전원 제어 장치의 기본 개념도이다.
도 2는 이온 펌프 크기 (10-480 L/s)에 따른 전류-진공도 변환 그래프이다
도 3은 독립된 별도의 전원 장치가 필요한 상용 이온 펌프 고압 전원 제어 장치의 한 예이다.
도 4는 본 발명에 의한 이온 펌프 고압 전원 제어 장치의 기본 개념도이다.
도 5는 본 발명에 의한 이온 펌프 고압 전원 제어 장치의 내부 회로 구성 상세 블록 다이어그램이다.
도 6은 도 5에 도시한 하나의 슬레이브 보드의 상세 구성 블록 다이어그램이다.
도 7은 도 5에 도시한 하나의 슬레이브 보드의 아날로그 전단부 상세 회로도이다.
이하, 본 발명에 의한 이온 펌프 전원 제어 장치 및 방법의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 이온 펌프 고압 전원 제어 장치의 기본 개념도이다. 본 발명에 의한 이온 펌프 전원 제어 장치의 기본 개념도를 도 4에 나타내었다. 하나의 고압 직류 전원(400)으로 여러 대의 이온 펌프(422, 424, ..., 426)를 접속하여 사용 가능하도록 구성하였으며, 또한 기존에 보유하여 사용하고 있는 이온 펌프 전원 장치가 있다면 이를 그대로 사용하면서 여러 대의 이온 펌프를 구동하도록 고전압 전원 제어 장치를 제공할 수 있도록 구성하였다. 이 경우에는 고압 전원부를 제외하고 제작할 수 있으나 본 발명의 구성을 설명할 때에는 편의상 고전압 전원부를 포함하는 전원 제어 장치를 설명한다.
도 4에서 보는 바와 같이 각 펌프(422, 424, ..., 426)의 고전압 공급 선로에 직렬로 접속된 저항(shunt resistor)(402, 404, ..., 406)을 구성하도록 하여 각 펌프(422, 424, ..., 426)에 흐르는 저전류를 검출하도록 하였으며, 펌프 접속(즉, On/Off) 은 고압용 릴레이(412, 414, ..., 416)를 사용하여 제어하도록 하였다. 고압 직류 전원(400)과 각 펌프(422, 424, ..., 426)의 접지선(405, 407)은 전원 제어 장치의 샤시 접지(410)에 함께 묶어서 전기적으로 안전 접속이 되도록 구성하였다.
도 4의 실제적인 내부 회로의 구성은 도 5에 나타내었다. 도 5는 본 발명에 의한 이온 펌프 고압 전원 제어 장치의 내부 회로 구성 상세 블록 다이어그램이다. 도 5에 8개의 개별 펌프 제어용 슬레이브 보드(520, ..., 560)와 전체를 아울러서 통제하는 하나의 마스터 보드(580)의 접속 관계를 표시하였다.
도 5에서, 상기 각 개별 슬레이브 보드(520, ..., 560)는 전압증폭부(521, ..., 561), 로컬 제어부(522, ..., 562), 통신 접속부(523, 524, 525;, ..., 563, 564, 565), 및 릴레이 구동부(526, ..., 566)를 포함한다. 또한, 각 슬레이브 보드 채널은 10 kV 이상의 고압 전기 절연을 유지하기 위하여 고절연형 DC/DC 변환기(527)로 전원 분리가 되고, 외부 접속 신호는 광케이블을 통하여 직렬 통신 방식으로 접속된다. 이로써, 펌프(422, ..., 426)의 출력 제어 신호는 고절연형 고압 릴레이(412, ..., 416)를 통하여 처리된다.
마스터 보드(580)는 32 비트급의 고성능 마이크로프로세서를 장착하여, 전체 슬레이브 보드(520, ..., 560)의 통신 접속 및 릴레이 제어 등을 내부적으로 수행하고, 외부 장치와 통신하기 위한 수단인 RS232 포트(594) 및 LAN 포트 (596)를 관리한다. 사용자 인터페이스를 위한 표시 장치/키 입력 장치(592)에 대한 처리도 함께 수행한다. 또한 메모리(590)와 접속되어 각종 데이터 및 프로그램의 입출력을 제어한다.
도 6은 도 5에 도시한 하나의 슬레이브 보드의 상세 구성 블록 다이어그램이다. 각 슬레이브 보드에 대한 좀 더 상세한 블록 구성도를 도 6에 나타내었다. 도 6에 도시한 바와 같이, 슬레이브 보드(520)는 이온 펌프(422)에 인가되는 전류를 검출하여 적절한 전압이득(Gain)을 유지하는 전압증폭부(521), A/D 변환기로 구성되어 미소한 전류를 측정하는 전류측정부(528), 변환된 데이터를 마스터 보드(580) 등에 원격으로 전송해 주기 위한 통신접속부(524, 529, 530) 및 이를 처리하기 위한 로컬 제어부(522)로 세분된다.
상기 전압증폭부(521)는 입력되는 펌프 전류의 조건에 따라서, x1, x10, x100, x1000 등의 4 가지 조건으로 자동 설정된다. A/D 변환기(528)는 14 비트급의 +/- 10V 입력 범위를 갖는 타입으로 전압증폭부(521)의 전압이득 조정과 조합하면 수십 mA에서 수십 pA 까지의 광범위한 전류 측정이 가능하다. 슬레이브별 로컬 제어를 담당하는 로컬 제어부(522)는 8 비트급의 소용량 마이크로프로세서는 측정되는 신호 데이터의 전처리와 코드 변환 등을 수행한다. 외부 노이즈에 의한 흔들림을 줄이기 위하여 아날로그 필터와 함께 마이크로프로세서에 의한 평균화 (Averaging)를 함께 사용한다.
도 5에서 통신접속부는 광통신 접속부(523), 광통신 송신모듈(524) 및 범용비동기송수신모듈(525)로 구성되며, 이를 보다 상세히 설명하면 도 6에서 광통신 접속부(523)는 도시되지 않았지만 로컬 제어부(522)와 마스터 보드(580) 사이에 원격 광통신의 송신모듈(524)과 RS232 통신구동부(529), RS232 통신접속부(530)를 구비한다. RS232 통신포트(594)는 마이크로프로세서의 내부 프로그램 로딩과 오프라인에서 슬레이브 보드의 동작 상태 진단 등을 위하여 사용된다.
도 7은 도 5에 도시한 하나의 슬레이브 보드의 아날로그 전단부 상세 회로도로서, 각각의 펌프 전류 측정을 위한 아날로그 전단부의 상세 회로도이다. 기본적으로는 1 ㏀ 용량의 고내압 션트 저항(402)을 통하여 펌프 전류가 흐르도록 하고, 이 션트 저항 양단의 전압을 전압 증폭기 (IN-AMP)(521)의 차동 입력 단자를 통하여 측정하는 원리이다. 10 kV 이상의 공통 모드 (Common mode) 전압이 인가되는 상태에서 수 mA 이하의 미소한 전류를 측정하는 구조이므로 여러 가지로 기술적으로 주의할 점이 있다.
일반적인 증폭기들은 대략 10 V 내외의 공통 모드 전압인가만 허용하므로, 10 kV정도의 공통 모드 전압 성분은 반드시 고절연형 DC/DC 변환기(도 4의 527)에서 처리되도록 회로를 구성하였다. 고절연 상태를 유지하기 위해서는 관련된 부품의 사양 보증이 필요할 뿐만 아니라 인쇄회로기판(PCB) 상에서 조립하는 경우에도 적절하게 절연 처리가 가능하도록 해주어야 한다. 이 때문에 고압 절연이 필요한 부분은 모두 고압 절연체 (예를 들면, 베이클라이트 절연판 등)를 적절하게 삽입하여 조립한다.
또 하나 중요한 사항은 전단 증폭기가 상용의 차동 증폭기 (IC, IN-AMP)를 사용하므로 입력단 바이어스 전류를 리턴시켜주는 회로의 구성이 필수적이다. 이 부분이 적절하게 구성되지 않을 경우에는 증폭기의 출력 값이 포화 (Saturation) 상태가 되거나, 외부 신호에 의하여 증폭기가 손상될 수 있다. 여기서는 IN-AMP의 각 입력단에 1/5 정도의 감쇄용 분압 저항(510, 512, 514, 516)을 삽입하여 바이어스 리턴 회로(515)(514, 516)와 입력 보호 회로(511)(510, 512) 등의 용도로 사용하고 있다. 아울러 위에서 언급한 분압 저항에 직렬로 접속하는 콘덴서(미도시)를 이용하여 아날로그 필터를 구성하도록 하여 외부에서 인가되는 노이즈 성분을 최소화할 수 있다.
본 발명에 의한 이온 펌프 전원 제어 장치에 대한 설명은 하나의 실시예에 불과한 것이므로, 션트 저항과 릴레이를 이온 펌프와 전원 장치에 구현하는 본 발명의 이온 펌프 전원 제어 방법을 구현하는 다양한 변형예가 있을 수 있다.
이하, 본 발명의 이온 펌프 전원 제어 방법의 수순에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
우선 본 발명의 이온 펌프 전원 제어 방법은 하나의 고압 직류 전원으로 여러 대의 이온 펌프를 접속하여 사용 가능하도록 하는 이온 펌프 전원 제어 방법을 구현하기 위하여, 상기 전원과 상기 각 이온 펌프 사이의 고전압 공급 선로에 직렬로 접속된 션트 저항을 이용하여 상기 각 이온 펌프에 흐르는 저전류를 검출하는 제1 단계; 상기 션트 저항에 직렬 접속된 고압용 릴레이를 이용하여 상기 각 이온 펌프의 구동을 온오프하는 제2 단계; 및 상기 제1 단계 및 제2 단계를 제어하는 제어 단계를 포함하는 이온 펌프 전원 제어 방법을 포함한다.
여기서, 본 발명의 이온 펌프 전원 제어 방법은 상기 션트 저항과 상기 고압용 릴레이에 접속되어 개별 슬레이브 보드를 이용하여 상기 개별 이온 펌프의 구동을 제어하는 단계; 및 상기 개별 슬레이브 보드와 접속된 하나의 마스터 보드를 이용하여 상기 개별 슬레이브 보드를 제어하고 외부 장치와의 통신을 관리하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기 각 개별 이온 펌프 구동 제어 단계는 전압증폭부를 이용하여 이온 펌프에 인가되는 전류를 검출하여 적절한 전압이득(Gain)을 유지하는 전압증폭 단계; A/D 변환기를 통하여 미소한 전류를 측정하는 변환된 데이터를 출력하는 전류측정 단계; 변환된 데이터를 마스터 보드 등에 원격으로 전송해 주기 위한 통신 접속 단계; 상기 전압증폭 단계, 전류측정 단계, 및 통신접속 단계를 제어하기 위한 로컬 제어 단계; 및 상기 마스터 보드의 명령에 의해 상기 릴레이를 구동시키는 릴레이 구동 단계를 포함하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 각 개별 이온 펌프 구동 제어 단계는 고압 전원 장치와 전기 절연을 유지하도록 전원 분리하기 위하여 고절연형 DC/DC 변환 단계를 더 포함하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 션트 저항 단계와 상기 전압증폭 단계의 사이에는 상기 전압증폭부의 각 입력단에 감쇄용 분압 전압이 공급되도록 분압 저항 단계를 포함하도록 구성할 수 있다.
여기서, 상기 분압 저항 단계는 상기 션트 저항부의 일단에 접속되고 상기 전압증폭부의 일 입력단에 접속되는 제1 저항과 상기 션트 저항부의 타단에 접속되고 상기 전압증폭부의 타 입력단에 접속되는 제2 저항을 이용하여 상기 전압증폭부의 입력을 보호하는 입력보호단계; 및 일단이 상기 제1 저항의 일단 및 상기 전압증폭부의 일 입력단에 접속되고 타단이 상기 전압증폭부의 제어단에 접속되는 제3 저항과 일단이 상기 제2 저항의 일단 및 상기 전압증폭부의 타 입력단에 접속되고 타단이 상기 전압증폭부의 제어단에 접속되는 제4 저항을 이용하여 상기 전압증폭부의 바이어스가 입력단에 리턴되는 바이어스 리턴 단계를 포함하도록 구성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 이온 펌프 전원 제어 장치 및 그 방법을 이용하여 고전압 전원 제어 장치를 제작하면, 한 대의 전원 장치로 다수의 이온 펌프를 작동할 수 있으며 각각의 출력부 측정가능 전류는 1 nA - 10 mA (107 range), 전류 측정시간(또는 interval)은 1-10 msec/channel로 프로그램 가능하며 안전장치(과출력 보호)의 동작시간은 10 msec 이하인 이온 펌프 전원 제어 장치를 제작할 수 있다.
400...고압 전원 장치
402, 404, ..., 406...션트 저항
412, 414, ..., 416...릴레이
422, 424, ..., 426...이온 펌프
520, ..., 560...슬레이브 보드
521, ..., 561...전압증폭부
522, ..., 562...로컬 제어부
523, ..., 563...광통신 접속부
524, ..., 564...광통신 송신모듈
525, ..., 565...범용비동기송수신모듈
529...RS232 통신구동부
530...RS232 통신접속부
580...마스터 보드
590...메모리
592...표시부 및 키입력부
594...RS232 통신포트
596...LAN포트

Claims (11)

  1. 하나의 고압 직류 전원으로 여러 대의 이온 펌프를 접속하여 사용 가능하도록 하는 이온 펌프 전원 제어 장치에 있어서,
    상기 전원과 상기 각 이온 펌프 사이의 고전압 공급 선로에 직렬로 접속되어 상기 각 이온 펌프에 흐르는 전류를 검출하는 션트 저항(shunt resistor);
    상기 션트 저항에 직렬 접속되어 상기 각 이온 펌프의 구동을 온오프하는 고압용 릴레이;
    상기 션트 저항과 상기 고압용 릴레이에 접속되어 상기 개별 이온 펌프의 구동을 제어하는 개별 슬레이브 보드; 및
    상기 개별 슬레이브 보드와 접속하여 상기 개별 슬레이브 보드를 제어하고 외부 장치와의 통신을 관리하는 하나의 마스터 보드를 포함하되,
    상기 개별 슬레이브 보드는 이온 펌프에 인가되는 전류를 검출하여 검출된 전류에 상응하는 전압이득(Gain)을 설정하는 전압증폭부;
    A/D 변환기를 통하여 전류를 측정하는 변환된 데이터를 출력하는 전류측정부;
    변환된 데이터를 마스터 보드에 원격으로 전송해 주기 위한 통신 접속부;
    상기 전압증폭부, 전류측정부, 및 통신 접속부를 처리하기 위한 로컬 제어부; 및
    상기 마스터 보드의 명령에 의해 상기 릴레이를 구동시키는 릴레이 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 펌프 전원 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 각 개별 슬레이브 보드는 고압 전원 장치와 전기 절연을 유지하도록 전원 분리하기 위하여 고절연형 DC/DC 변환기를 더 포함함을 특징으로 하는 이온 펌프 전원 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 션트 저항와 상기 전압증폭부의 사이에는 상기 전압증폭부의 각 입력단에 감쇄용 분압 전압이 공급되도록 접속된 분압 저항부를 포함하되,
    상기 분압 저항부는 상기 션트 저항의 일단에 접속되고 상기 전압증폭부의 일 입력단에 접속되는 제1 저항과 상기 션트 저항의 타단에 접속되고 상기 전압증폭부의 타 입력단에 접속되는 제2 저항을 포함하는 입력보호회로; 및 일단이 상기 제1 저항의 일단 및 상기 전압증폭부의 일 입력단에 접속되고 타단이 상기 전압증폭부의 제어단에 접속되는 제3 저항과 일단이 상기 제2 저항의 일단 및 상기 전압증폭부의 타 입력단에 접속되고 타단이 상기 전압증폭부의 제어단에 접속되는 제4 저항을 포함하는 바이어스 리턴 회로를 포함함을 특징으로 하는 이온 펌프 전원 제어 장치.
  6. 하나의 고압 직류 전원으로 여러 대의 이온 펌프를 접속하여 사용 가능하도록 하는 이온 펌프 전원 제어 방법에 있어서,
    상기 전원과 상기 각 이온 펌프 사이의 고전압 공급 선로에 직렬로 접속된 션트 저항을 이용하여 상기 각 이온 펌프에 흐르는 전류를 검출하는 제1 단계;
    상기 션트 저항에 직렬 접속된 고압용 릴레이를 이용하여 상기 각 이온 펌프의 구동을 온오프하는 제2 단계;
    상기 션트 저항과 상기 고압용 릴레이에 접속되어 개별 슬레이브 보드를 이용하여 상기 개별 이온 펌프의 구동을 제어하는 단계; 및
    상기 개별 슬레이브 보드와 접속된 하나의 마스터 보드를 이용하여 상기 개별 슬레이브 보드를 제어하고 외부 장치와의 통신을 관리하는 단계를 포함하되,
    상기 개별 이온 펌프 구동 제어 단계는,
    전압증폭부를 이용하여 이온 펌프에 인가되는 전류를 검출하여 검출된 전류에 상응하는 전압이득(Gain)을 설정하는 전압증폭 단계;
    A/D 변환기를 통하여 전류를 측정하는 변환된 데이터를 출력하는 전류측정 단계;
    변환된 데이터를 마스터 보드에 원격으로 전송해 주기 위한 통신 접속 단계;
    상기 전압증폭 단계, 전류측정 단계, 및 통신접속 단계를 제어하기 위한 로컬 제어 단계; 및
    상기 마스터 보드의 명령에 의해 상기 릴레이를 구동시키는 릴레이 구동 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 펌프 전원 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서, 상기 개별 이온 펌프 구동을 제어하는 단계는 고압 전원 장치와 전기 절연을 유지하도록 전원 분리하기 위하여 고절연형 DC/DC 변환 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 이온 펌프 전원 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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