KR101290702B1 - 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법 - Google Patents

마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치에서 기본 전력공급장치 및 자동주파수 조정기 및 전력감지기를 원칩화하여 구성하고, 기울기 추적 엔진을 구비하여 주파수 결정의 정밀도를 높일 수 있도록 한 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법에 관한 것으로, 주파수에 대한 반사파의 기울기를 추적하여 최소의 반사파를 찾아내는 방식으로 자동으로 주파수를 조정하는 자동 주파수 조정기를 포함하고 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 갖도록 증폭된 마이크로파를 공급하는 전력 공급 장치 모듈;상기 전력 공급 장치 모듈과 입력되는 마이크로파에 의해 대기압에서 플라즈마를 생성하는 마이크로파 플라즈마 발생장치의 사이에 구성되어 방향성 전력을 구분하고 상기 전력 공급 장치 모듈을 보호하는 서큐레이터;를 포함한다.

Description

마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법{POWER MODULE FOR MICROWAVE EXCITED MICROPLASMAS AND METHOD FOR TRACKING AUTOMATICALLY FREQUENCY THE SAME}
본 발명은 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치에 관한 것으로, 구체적으로 기본 전력공급장치 및 자동주파수 조정기 및 전력감지기를 원칩화하여 구성하고, 기울기 추적 엔진을 구비하여 주파수 결정의 정밀도를 높일 수 있도록 한 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법에 관한 것이다.
최근 플라즈마를 이용한 지혈 및 상처소독, 살균, 치아 미백, 암 치료 등 생의학 분야에의 다양한 응용에 대한 관심이 증가하고 있다.
이와 같이 플라즈마를 다양한 생의학 분야에 응용하여 사용하기 위해서는, 반도체 공정 등에서 이용되는 플라즈마처럼 진공 챔버(Vacuum chamber)에서 구현될 수 있는 낮은 기압 조건(low pressure)에서 생성하기 보다는 대기압하에서 동작하여 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 발생장치의 개발이 요청되었다.
일반적으로 대기압하에서 플라즈마를 생성하기 위해 요구되는 전력은 진공 챔버 내부에서의 낮은 기압 조건에서와는 달리 상대적으로 큰 전력이 요구된다.
이와 같은 종래 기술의 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 대기압 조건에서 플라즈마를 생성하기 위해서는 큰 전력이 필요하였기 때문에 전력 공급 장치의 부피도 크고 무거웠으므로 휴대하기 어려운 문제점이 있었다.
통상적으로 마이크로파 플라즈마 발생장치는 반사 계수(Reflection Coefficient)가 가장 작은 값을 갖는 주파수 영역에서 최적화되도록 설계되는데, 최적화되어 있는 마이크로파 플라즈마 발생장치를 이용하여 대기압하에서 플라즈마를 발생시킨 후에는 반사 계수가 달라진다.
이와 같이 마이크로파 플라즈마 발생장치에서 플라즈마를 발생시킨 후 최초에 설계된 임피던스 정합이 달라지는 이유는 일반적으로 플라즈마가 발생하면서 존재하게 되는 이온(ion), 전자(election) 등 극성을 띠는 입자들(charged particles)에 의한 전기장의 영향과, 이로 인하여 플라즈마 장치가 갖는 커패시턴스가 최초의 설계 값과 달라지기 때문이다.
따라서, 마이크로파 플라즈마 발생장치에 최초에 설계된 마이크로파의 주파수를 계속 공급할 경우, 동작 주파수의 감소에 따라 반사되는 전력이 증가함에도 이를 조절할 수 없어 불필요한 전력의 소모로 인한 전력의 이용 효율이 감소하는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 도 1에서와 같이, 플라즈마 생성 후에 플라즈마 발생장치에서 반사되는 전력을 모니터링 한 후 반사전력의 변화에 따라 주파수를 보정하여 플라즈마 발생장치에서 반사되는 전력을 최소화할 수 있도록 구성한다.(공개 특허 10-2010-0094245)
도 1에서와 같은 종래 기술의 마이크로파 플라즈마 생성 장치는, 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 갖도록 증폭된 마이크로파를 공급하기 위해 발진기가 구비되고 출력단이 마이크로파 플라즈마 발생장치(10)에 연결되는 전력공급장치(11)와, 상기 마이크로파 플라즈마 발생장치(10)에서 반사되는 반사전력을 피드백 받아 마이크로파의 발진주파수를 플라즈마가 발생하면서 변경된 반사계수에 적합한 주파수로 조절하기 위한 스위칭 제어신호를 생성하여 상기 전력 공급 장치에 공급하도록 일단이 상기 마이크로파 플라즈마 발생장치(10)에 연결되고 타단이 상기 전력공급장치(11)에 연결되는 반사전력 피드백부(12)를 포함한다.
그러나 이와 같은 종래 기술의 마이크로파 플라즈마 생성 장치는 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 마이크로파는 임피던스 매칭이 되지 않을 때 반사파가 생기게 되는데, 이러한 반사파는 실시간으로 정상 방향으로 진행하는 파와 겹쳐져서 실제 파형이 형성되기 때문에 구분을 해내기가 어려운데, 공개 특허 10-2010-0094245호의 기술에서는 이와 같은 반사파만을 구분하기 위한 구성으로 방향성 커플러를 사용하고 있다.
그러나 이와 같은 방향성 커플러를 사용하는 경우에는 전력증폭부의 출력을 반사파로부터 보호하지 못한다.
즉, 전력증폭부의 출력에 연결되는 디바이스의 매칭 조건(matching condition)이 나빠지면 반대방향으로 진행하는 반사파가 발생한다.
이 반사파는 최종 출력을 발생시키는 전력 증폭부(power amplifier)측으로 진행하는데, 이 경우 전력 증폭부의 출력단에는 전력 증폭부 자체가 만드는 신호와 반사파 신호가 중첩되어 파형이 형성된다.
이 상태에서 중첩된 파가 전력 증폭부가 낼 수 있는 최대 출력보다 커지는 상황이 발생하면 전력 증폭부가 파손된다.
따라서, 최대한 반사파를 억제하기 위해 전력 증폭부의 출력에 연결되는 디바이스의 매칭에 노력을 기울이는데, 방향성 커플러는 순방향과 역방향의 전달에 있어 손실이 없기 때문에 반사파를 그대로 전력 증폭부 측으로 전달하기 때문에 전력 증폭부를 보호하지 못한다.
둘째, 공개 특허 10-2010-0094245호와 같은 종래 기술에서는 반사파의 크기를 디지털신호로 변환하기 위해 변환도 연산부를 구비하여 특정 비트(bit)수 만큼으로 양자화시키고, 디지털 필터 및 코드 업데이트에서 디지털 값을 받아서 PLL의 주파수를 결정하는데, 이와 같이 멀티 비트의 디지털 코드를 사용하는 것에 의해 회로 구성의 복잡도가 증가한다.
즉, 많은 수의 전압비교기로 구성되는 변환도 연산부 및 출력단에서 디지털로 주파수를 조정하기 위한 프랙셔널(fractional) PLL이 필요하고, 많은 수의 트랜지스터를 구비하는 일종의 마이크로프로세서를 필요로 하여 회로의 복잡도가 매우 증가한다.
따라서, 일부 블록만 원칩화가 가능하여 제품의 설계 및 제조 측면에서 효율적이지 못하다.
셋째, 주파수 재조정을 마이크로파 플라즈마 발생장치로부터 반사되는 전력을 피드백 받아 반사전력의 변화 정도를 측정하여 복잡한 회로를 이용한 주파수 재조정을 수행하므로 주파수 재조정 알고리즘이 복잡하고, 주파수 재조정의 정밀도를 보장하기 어렵다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 전체 회로 구성을 단순화하여 기본 전력공급장치 및 자동주파수 조정기 및 전력감지기를 원칩화하여 구성할 수 있도록 한 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 기울기 추적 엔진을 구비하여 주파수 결정의 정밀도를 높일 수 있도록 한 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 주파수 자동 추적을 통해 주파수를 재조정하여 전력 효율을 최대화시키기고 실시간으로 최적의 매칭 상태를 유지하고, 발열을 감소시켜 장치를 안정화시키고 안정적인 플라즈마 발생 상태를 유지할 수 있도록 한 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 서큐레이터를 사용하여 반사파로부터 전력증폭기를 보호하고, 단순화된 구조의 회로로 정확한 주파수 재조정이 가능하도록 한 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 임피던스 매칭이 되지 않을 때 반사파가 발생하는 마이크로파의 진행방향으로 입력과 출력 그리고 반사파의 출력의 3 터미널을 갖는 서큐레이터를 구비하여 이러한 반사파를 정확하게 구분하고, 기울기 추적 엔진을 통하여 주파수 재조정의 정밀도를 높일 수 있도록 한 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치는 주파수에 대한 반사파의 기울기를 추적하여 최소의 반사파를 찾아내는 방식으로 자동으로 주파수를 조정하는 자동 주파수 조정기를 포함하고 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 갖도록 증폭된 마이크로파를 공급하는 전력 공급 장치 모듈;상기 전력 공급 장치 모듈과 입력되는 마이크로파에 의해 대기압에서 플라즈마를 생성하는 마이크로파 플라즈마 발생장치의 사이에 구성되어 방향성 전력을 구분하고 상기 전력 공급 장치 모듈을 보호하는 서큐레이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전력 공급 장치 모듈은, 상기 서큐레이터를 통하여 반사파를 걸러내어 해당 전압(VR)의 크기를 측정하여 특정 DC 전압으로 모니터링하여 출력하는 전력 감지기와,주파수에 대한 반사파의 기울기를 추적하여 최소의 반사파를 찾아내는 방식으로 자동으로 주파수를 조정하는 자동 주파수 조정기와,자동 주파수 조정기의 주파수 조정 신호에 따라 플라즈마를 생성하기 위한 동력원인 마이크로파를 생성하는 발진회로가 내장되어 PLL의 입력이 되는 발진신호를 출력하는 크리스탈 오실레이터와,발진회로에서 생성된 주파수 신호를 입력받아 마이크로파 플라즈마 발생장치에서 필요로 하는 에너지를 갖는 주파수를 갖는 신호로 발생시켜 출력하는 프랙셔널 PLL을 갖는 PLL부와,1차 증폭단이 되는 구동 증폭부 및 2차 증폭단이 되는 전력 증폭부를 포함하고, 원칩으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 서큐레이터는, 임피던스 매칭이 되지 않을 때 반사파가 발생하는 마이크로파의 진행방향으로 입력과 출력 그리고 반사파의 출력의 3 터미널을 갖고 반사파를 구분하여 전력 공급 장치 모듈을 보호하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전력 공급 장치 모듈의 자동 주파수 조정기는, 주파수 조정을 위한 디지털 코드(K)값이 반사파가 가장 작은 주파수(fR)의 주변에서 트랩되도록 하여 전력 크기의 변화, 플라즈마 사용 대상에 영향을 받지 않고 실시간으로 주파수를 재조정하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 주파수 자동 추적 방법은 플라즈마 발생을 위한 마이크로파 생성을 위한 PLL의 주파수 조정에 있어서, 상기 PLL의 주파수 조정을 위한 디지털 코드(K)를 임의의 값(Kinit)으로 설정하고, 디지털 코드(K)를 증가시키거나 감소시키기 위한 값(D)을 '1'로 설정하여 초기화하는 단계;상기 디지털 코드(K)가 특정 주파수를 가리키는 임의의 값(Kinit)일 때와 한번 동작 클럭이 증가했을 때의 플라즈마 발생에 따른 반사파를 감지하는 단계;상기 감지된 이전 값 및 현재 값 두 번의 반사파의 크기를 디지털 값으로 받아 현재 값이 커지면 현재의 주파수 이동 방향을 반대로 토글링하고, 현재 값이 커지지 않으면 주파수 이동 방향을 현재 상태로 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 디지털 코드(K)를 증가시키거나 감소시키기 위한 값(D)은,상기 디지털 코드(K)가 변화할 수 있는 최소 간격으로 증가하거나 감소되도록 동작 클럭 마다 디지털 코드(K)에 더해지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 PLL의 주파수 조정은, 상기 디지털 코드(K)를 증가시키거나 감소시키기 위한 값(D)을 동작 클럭 마다 디지털 코드(K)에 더하여 반사파가 가장 작은 주파수(fR)의 주변에서 디지털 코드(K)가 트랩되도록 하여 조정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 주파수 자동 추적을 통해 주파수를 재조정하여 전력 효율을 최대화시키기고 실시간으로 최적의 매칭 상태를 유지하는 효과가 있다.
둘째, 소비 전력의 감소 및 발열을 감소시켜 장치를 안정화시키고 안정적인 플라즈마 발생 상태를 유지할 수 있다.
셋째, 플라즈마 발생 장치에 가해지는 전력 크기의 변화, 플라즈마 사용 대상에 영향을 받지 않고 실시간으로 반사파가 최소가 되는 fR을 추적하여 주파수를 재조정할 수 있다.
넷째, 반사파로부터 전력증폭기를 보호하여 회로의 안정성 및 수명을 증대시킬 수 있다.
다섯째, 반사파를 정확하게 구분하고, 고가의 전력증폭부를 보호할 수 있어 경제적인 측면 및 제품 경쟁력 측면에서 유리하다.
여섯째, 전체 회로 구성을 단순화하여 기본 전력공급장치 및 자동주파수 조정기 및 전력감지기를 원칩화하여 구성할 수 있다.
일곱째, 기울기 추적 엔진을 구비하여 주파수 결정의 정밀도를 높일 수 있다.
도 1은 종래 기술의 마이크로파 플라즈마 발생 장치의 구성 블록도
도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 구성 블록도
도 3은 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치를 원칩화하여 구성한 칩 사진
도 4는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 상세 회로 구성도
도 5는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 주파수 자동 추적 방법을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 구성 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치를 원칩화하여 구성한 칩 사진이다.
그리고 도 4는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 상세 회로 구성도이다.
본 발명은 전체 회로 구성을 단순화하여 기본 전력공급장치 및 자동주파수 조정기 및 전력감지기를 원칩화하고, 기울기 추적 엔진을 구비하여 주파수 결정의 정밀도를 높일 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치는 도 2에서와 같이, 입력되는 마이크로파에 의해 대기압에서 저전력으로 플라즈마를 생성하는 마이크로파 플라즈마 발생장치(300)와, 자동주파수 조정기 및 전력감지기를 포함하고 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 갖도록 증폭된 마이크로파를 공급하는 전력 공급 장치 모듈(100)과, 전력 공급 장치 모듈(100)과 마이크로파 플라즈마 발생장치(300)의 사이에 구성되어 방향성 전력을 구분하고 전력 공급 장치 모듈(100)의 전력 증폭부(22)를 보호하는 서큐레이터(200)를 포함한다.
여기서, 전력 공급 장치 모듈(100)은 전력 감지기(23), 자동주파수 조정기(24), PLL(20), 구동 증폭부(21), 전력 증폭부(22)를 포함하고 원칩화하여 구성되는 것으로 전력 공급 장치의 부피와 무게를 최소화하여 제품의 휴대성 및 활용성을 높일 수 있도록 한다.
그리고 서큐레이터(200)는 임피던스 매칭이 되지 않을 때 반사파가 발생하는 마이크로파의 진행방향으로 입력과 출력 그리고 반사파의 출력의 3 터미널을 갖는 것으로 반사파를 정확하게 구분하고, 고가의 전력증폭부를 보호한다.
그리고 원칩화되어 구성되는 전력 공급 장치 모듈(100)은 서큐레이터(200)를 통하여 반사파를 걸러내어 해당 전압(VR)의 크기를 측정하여 특정 DC 전압으로 모니터링하여 출력하는 전력 감지기(23)와, 주파수에 대한 반사파의 기울기를 추적하여 최소의 반사파를 찾아내는 방식으로 자동으로 주파수를 조정하는 자동 주파수 조정기(24)와, 자동 주파수 조정기(24)의 주파수 조정 신호에 따라 플라즈마를 생성하기 위한 동력원인 마이크로파를 생성하는 발진회로가 내장되어 PLL의 입력이 되는 발진신호를 출력하는 크리스탈 오실레이터와, 발진회로에서 생성된 주파수 신호를 입력받아 마이크로파 플라즈마 발생장치에서 필요로 하는 에너지를 갖는 주파수를 갖는 신호로 발생시켜 출력하는 프랙셔널 PLL을 갖는 PLL부(20)와, 1차 증폭단이 되는 구동 증폭부(21)와, 2차 증폭단이 되는 전력 증폭부(22)를 포함한다.
도 3은 이와 같은 블록들을 포함하고 원칩화되어 구성된 전력 공급 장치 모듈(100)의 칩 사진이다.
그리고 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 상세 회로 구성은 도 4에서와 같다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 자동 주파수 조정기는 주파수에 대한 반사파의 기울기를 추적하여 최소의 반사파를 찾아가는 방식으로 주파수 재조정하는 것이다.
이를 위하여 자동 주파수 조정기는 도 5의 그래프에서와 같이 K가 특정 주파수를 가리키는 임의의 값(Kinit)일 때와 한번 증가했을 때의 플라즈마 발생기의 주파수 응답이 달라져 반사파의 크기가 달라지는데, 이 두 번의 반사파의 크기를 디지털 값으로 받아 현재의 값을 기준으로 반사파가 최소가 되도록 주파수를 조정하는 것이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 주파수 자동 추적 방법에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 주파수 자동 추적 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명에 따른 자동 주파수 조정기(Gradient Search Engine)는 일종의 마이크로프로세서로 Verilog code를 이용한 디지털 합성 설계(digital synthesis) 이전과 현재의 반사파의 전압(VR)을 비교하여 낮은 쪽으로 주파수 이동 방향을 설정하는 것이다.
자동 주파수 조정기는 반사파의 크기가 디지털값으로 환산되어 입력되고, PLL의 주파수 조정을 위한 디지털 값을 출력한다.
자동 주파수 조정기는 디지털 연산을 하기 때문에 동작하기 위한 클럭이 필요한데, K는 PLL의 주파수 조정을 위한 디지털 코드이고, 이것은 자동 주파수 조정기에 의해 특정 클럭당 1 LSB(K가 변화할 수 있는 최소 간격)으로 증가하거나 감소한다.
여기서, 증가 혹은 감소는 D라는 내부 변수에 의해 결정되고, 매 클럭 마다 K에 더해진다.
초기화시에 K는 특정 주파수를 가리키는 임의의 값(Kinit)으로 설정되고, D는 1(증가를 의미)로 설정한다.(S501)
K가 특정 주파수를 가리키는 임의의 값(Kinit)일 때와 한번 증가했을 때(S502)의 플라즈마 발생기의 주파수 응답이 달라져 반사파의 크기가 달라지는데,이 두 번의 반사파의 크기를 디지털 값으로 받아(S503) 현재의 값이 커지게 되면(if (current > previous) 현재의 주파수 이동 방향을 반대(D:= -D)로 토글링(toggling)시킨다.
그리고 자동 주파수 조정기는 이외의 모든 경우에는 현재의 방향을 유지(D:=D)하여 계속 이동하라는 지시를 한다.(S504)
여기서, 현재의 주파수 이동 방향을 반대(D:= -D)로 토글링(toggling)시키는 것은 현재 방향이 반사파가 커지는 방향이므로 반대 방향으로 이동하라는 지시이다.
이와 같이 주파수를 조정하면 결국 이동하는 K는 반사파가 가장 작은 주파수(fR)의 주변에서 트랩된다.
이는 시작 주파수(Kinit)가 어디에 있든 자동 주파수 조정기가 주파수 조정을 시작하면 반사파가 최소가 되는 fR을 추적할 수 있다는 것을 의미한다.
플라즈마 점화 후의 fR은 동일한 플라즈마 발생장치에서도 가해지는 전력의 크기에 따라 달라질 수 있고, 예를 들어, 플라즈마를 생의학 분야에 적용하는 상황에서 처리하는 물질에 따라 달라질 수 있다.
본 발명은 가해지는 전력 크기의 변화, 플라즈마 사용 대상에 영향을 받지 않고 실시간으로 반사파가 최소가 되는 fR을 추적하여 주파수를 재조정할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 주파수에 대한 반사파의 기울기를 추적하여 최소의 반사파를 찾아가는 방식으로 주파수 재조정의 정밀도를 높일 수 있도록 한 것이다.
따라서, 이상에서 설명한 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치 및 그의 주파수 자동 추적 방법은 전체 회로 구성을 단순화하여 기본 전력공급장치 및 자동주파수 조정기 및 전력감지기를 원칩화하여 구성할 수 있다.
또한, 서큐레이터를 사용하여 반사파로부터 전력증폭기를 보호하고, 기울기 추적 엔진을 구비하여 단순화된 구조의 회로로 정확한 주파수 재조정이 가능하다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100. 전력 공급 장치 모듈 200. 서큐레이터
300. 마이크로파 플라즈마 발생 장치

Claims (7)

  1. 주파수에 대한 반사파의 기울기를 추적하여 현재의 반사 전력 크기가 커졌는지 줄었는지의 여부만 판단하여 현재 값이 커지면 현재의 주파수 이동 방향을 반대로 토글링하고, 현재 값이 커지지 않으면 주파수 이동 방향을 현재 상태로 유지하여 자동으로 주파수를 조정하는 자동 주파수 조정기를 포함하고 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 갖도록 증폭된 마이크로파를 공급하는 전력 공급 장치 모듈;
    상기 전력 공급 장치 모듈과 입력되는 마이크로파에 의해 대기압에서 플라즈마를 생성하는 마이크로파 플라즈마 발생장치의 사이에 구성되어 방향성 전력을 구분하고 상기 전력 공급 장치 모듈을 보호하는 서큐레이터;를 포함하고,
    상기 전력 공급 장치 모듈의 자동 주파수 조정기는, 주파수 조정을 위한 디지털 코드(K)값이 반사파가 가장 작은 주파수(fR)의 주변에서 트랩되도록 하여 전력 크기의 변화, 플라즈마 사용 대상에 영향을 받지 않고 실시간으로 주파수를 재조정하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 공급 장치 모듈은,
    상기 서큐레이터를 통하여 반사파를 걸러내어 해당 전압(VR)의 크기를 측정하여 특정 DC 전압으로 모니터링하여 출력하는 전력 감지기와,
    주파수에 대한 반사파의 기울기를 추적하여 최소의 반사파를 찾아내는 방식으로 자동으로 주파수를 조정하는 자동 주파수 조정기와,
    자동 주파수 조정기의 주파수 조정 신호에 따라 플라즈마를 생성하기 위한 동력원인 마이크로파를 생성하는 발진회로가 내장되어 PLL의 입력이 되는 발진신호를 출력하는 크리스탈 오실레이터와,
    발진회로에서 생성된 주파수 신호를 입력받아 마이크로파 플라즈마 발생장치에서 필요로 하는 에너지를 갖는 주파수를 갖는 신호로 발생시켜 출력하는 프랙셔널 PLL을 갖는 PLL부와,
    1차 증폭단이 되는 구동 증폭부 및 2차 증폭단이 되는 전력 증폭부를 포함하고, 원칩으로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 서큐레이터는,
    임피던스 매칭이 되지 않을 때 반사파가 발생하는 마이크로파의 진행방향으로 입력과 출력 그리고 반사파의 출력의 3 터미널을 갖고 반사파를 구분하여 전력 공급 장치 모듈을 보호하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치.
  4. 삭제
  5. 플라즈마 발생을 위한 마이크로파 생성을 위한 PLL의 주파수 조정에 있어서,
    상기 PLL의 주파수 조정을 위한 디지털 코드(K)를 임의의 값(Kinit)으로 설정하고, 디지털 코드(K)를 증가시키거나 감소시키기 위한 값(D)을 '1'로 설정하여 초기화하는 단계;
    상기 디지털 코드(K)가 특정 주파수를 가리키는 임의의 값(Kinit)일 때와 한번 동작 클럭이 증가했을 때의 플라즈마 발생에 따른 반사파를 감지하는 단계;
    상기 감지된 이전 값 및 현재 값 두 번의 반사파의 크기를 디지털 값으로 받아 현재 값이 커지면 현재의 주파수 이동 방향을 반대로 토글링하고, 현재 값이 커지지 않으면 주파수 이동 방향을 현재 상태로 유지하는 단계;를 포함하고,
    상기 PLL의 주파수 조정은, 현재의 반사 전력 크기가 커졌는지 줄었는지의 여부만 판단하여 상기 디지털 코드(K)를 증가시키거나 감소시키기 위한 값(D)을 동작 클럭 마다 디지털 코드(K)에 더하여 반사파가 가장 작은 주파수(fR)의 주변에서 디지털 코드(K)가 트랩되도록 하여 조정하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 주파수 자동 추적 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 디지털 코드(K)를 증가시키거나 감소시키기 위한 값(D)은,
    상기 디지털 코드(K)가 변화할 수 있는 최소 간격으로 증가하거나 감소되도록 동작 클럭 마다 디지털 코드(K)에 더해지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 전력 공급 장치의 주파수 자동 추적 방법.
  7. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070030964A (ko) * 2002-05-20 2007-03-16 이엔아이 테크놀로지, 인코포레이티드 부하 부정합 신뢰성 및 안정성을 갖는 ｖｈｆ 플라즈마처리 방법 및 장치
KR20100094245A (ko) * 2009-02-18 2010-08-26 포항공과대학교 산학협력단 마이크로파 플라즈마 생성을 위한 휴대용 전력 공급 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070030964A (ko) * 2002-05-20 2007-03-16 이엔아이 테크놀로지, 인코포레이티드 부하 부정합 신뢰성 및 안정성을 갖는 ｖｈｆ 플라즈마처리 방법 및 장치
KR20100094245A (ko) * 2009-02-18 2010-08-26 포항공과대학교 산학협력단 마이크로파 플라즈마 생성을 위한 휴대용 전력 공급 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200067021A (ko) * 2018-12-03 2020-06-11 주식회사 뉴파워 프라즈마 역방향 전력 저감 방법 및 이를 이용한 플라즈마 전력 장치
KR102126937B1 (ko) 2018-12-03 2020-06-25 주식회사 뉴파워 프라즈마 역방향 전력 저감 방법 및 이를 이용한 플라즈마 전력 장치

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