KR101321428B1

KR101321428B1 - Protection circuit for pulse power generator and protection method thereof

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Publication number: KR101321428B1
Application number: KR1020110106360A
Authority: KR
Inventors: 류홍제; 기나디 구세프; 김종수; 옥승복; 임근희; 장성록
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-10-28
Also published as: KR20130042196A

Abstract

본 발명은 펄스전원장치의 보호회로 및 그 보호방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류를 감지하는 감지부; 상기 감지부의 출력 전류로부터 아크 전류를 감지하면 전압을 충전하고, 제1저항을 통해 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전하는 제1캐패시터; 상기 제1저항과 연결되고, 상기 아크 전류가 발생하면 비도통 상태에서 도통 상태로 전환되는 제1스위칭 수단; 및 상기 제1스위칭 수단의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 상기 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 분배되어 걸리도록 상기 제1스위칭 수단과 연결되는 제2저항;을 포함하여 구성됨으로써, 아크 전류 발생시 펄스전원장치의 작동을 멈추지 않고도 내부 소자들을 보호할 수 있고, 캐패시터에서 전압을 충전 및 방전함에 따라 별도의 사용자 조작이 없이도 자동으로 보호회로가 작동하게 되는 장점이 있다. The present invention relates to a protection circuit of the pulsed power supply device and a protection method thereof, and more particularly, a sensing unit for sensing an output current of a storage capacitor or a semiconductor switch stack unit; A first capacitor configured to charge a voltage when the arc current is detected from the output current of the detector and to discharge the charged voltage for a predetermined time through a first resistor; First switching means connected to the first resistor and configured to switch from a non-conductive state to a conductive state when the arc current is generated; And a reference voltage applied to a control circuit of a high voltage charger to determine an output voltage or a reference voltage applied to a control circuit of the semiconductor switch stack to determine a pulse frequency in a conductive state of the first switching means. And a second resistor connected to the switching means, thereby protecting internal elements without stopping the operation of the pulse power supply when an arc current is generated, and without charging or discharging the voltage in the capacitor without additional user manipulation. There is an advantage that the protection circuit operates automatically.

Description

Protection circuit for pulse power device and its protection method {Protection circuit for pulse power generator and protection method

본 발명은 펄스전원장치의 보호회로 및 그 보호방법으로서, 더욱 상세하게는 아크 전류가 발생하면 보호회로 내 저항에 의해 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 분배되어 걸리는 펄스전원장치의 보호회로 및 그 보호방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a protection circuit of a pulsed power supply device and a method for protecting the same. More specifically, when an arc current is generated, a reference voltage or a semiconductor switch stack unit is applied to a control circuit of a high voltage charger by a resistance in a protection circuit to determine an output voltage. A protection circuit of a pulsed power supply device in which a reference voltage applied to a control circuit to determine a pulse frequency is divided and applied thereto, and a protection method thereof.

본원출원인에 의해 출원된 제10-2009-0060871호에는 펄스전원장치의 반도체 스위치 제어회로에 대해 개시되어 있다.No. 10-2009-0060871 filed by the present applicant discloses a semiconductor switch control circuit of a pulse power supply.

특히, 제10-2009-0060871호에서는, 아크 전류 등 뜻하지 않은 과도 전류가 인가될 때 반도체 스위치를 보호하기 위해 제어회로에 별도의 방전 경로를 구성하여 반도체 스위치를 턴 오프시키는 보호모드를 개시하고 있다.In particular, Korean Patent Publication No. 10-2009-0060871 discloses a protection mode in which a separate discharge path is formed in a control circuit to turn off a semiconductor switch to protect a semiconductor switch when an unexpected transient current such as an arc current is applied. .

이밖에 펄스전원장치의 내부 소자를 보호하기 위한 방법으로 고전압 충전기에서 에너지를 저장하는 스토리지 캐패시터(storage capacitor)의 전압 센싱을 통해 아크 전류 발생을 감지하면 고전압 충전기의 작동을 멈추도록 하는 방법이 있었다. In addition, as a way to protect the internal components of the pulsed power supply device, there is a method of stopping the high voltage charger when the arc current is detected through voltage sensing of a storage capacitor that stores energy in the high voltage charger.

그러나 위와 같이 기존 펄스전원장치의 보호회로 및 그 보호방법을 사용하면 아크 전류 발생할 때마다 고전압 충전기 또는 반도체 스위치의 작동이 중단되게 되어 펄스전원장치의 동작 연속성 측면에서 문제점이 있었다.However, when the protection circuit and the protection method of the conventional pulsed power supply as described above, the operation of the high voltage charger or the semiconductor switch is stopped every time the arc current occurs, there was a problem in the operation continuity of the pulsed power supply.

또 다른 방법으로 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 고전압 충전기의 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 반도체 스위치의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압 측에 가변저항이 연결되도록 배치하여, 아크 전류 발생시 사용자가 가변저항을 조절함으로써 기준전압을 낮추는 방법도 사용되어 왔다.Alternatively, the arc current is arranged so that the variable resistor is connected to the reference voltage applied to the control circuit of the high voltage charger to determine the output voltage of the high voltage charger or to the reference voltage applied to the control circuit of the semiconductor switch to determine the pulse frequency. The method of lowering the reference voltage by adjusting the variable resistor at the time of occurrence has also been used.

그러나 이 방법도 언제 발생할지 모르는 아크 전류에 대해 사용자가 항상 체크를 해야하고, 직접 가변저항을 조절해야 하는 불편함이 있었다.
However, this method also has the inconvenience of having to check the arc current at all times and adjust the variable resistor directly.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해서, 아크 전류 발생시 자동으로 구동되어 펄스전원장치의 내부 소자를 보호할 수 있고, 일정 시간이 지난 이후에는 아크 전류 발생 전과 같은 작동이 펄스전원장치에서 이루어지도록 자동으로 구동되는 펄스전원장치의 보호회로 및 그 보호방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
In order to solve the above problems, the present invention is automatically driven when an arc current is generated to protect an internal element of the pulse power supply, and after a predetermined time, the same operation as before the arc current is generated is performed in the pulse power supply. It is an object of the present invention to provide a protection circuit and a protection method for an automatically driven pulse power supply.

상기와 같은 펄스전원장치의 보호회로는, 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류를 감지하는 감지부; 상기 감지부의 출력 전류로부터 아크 전류를 감지하면 전압을 충전하고, 제1저항을 통해 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전하는 제1캐패시터; 상기 제1저항과 연결되고, 상기 아크 전류가 발생하면 비도통 상태에서 도통 상태로 전환되는 제1스위칭 수단; 및 상기 제1스위칭 수단의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 상기 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 분배되어 걸리도록 상기 제1스위칭 수단과 연결되는 제2저항;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The protection circuit of the pulsed power supply device includes: a sensing unit sensing an output current of a storage capacitor or a semiconductor switch stack unit; A first capacitor configured to charge a voltage when the arc current is detected from the output current of the detector and to discharge the charged voltage for a predetermined time through a first resistor; First switching means connected to the first resistor and configured to switch from a non-conductive state to a conductive state when the arc current is generated; And a reference voltage applied to a control circuit of a high voltage charger to determine an output voltage or a reference voltage applied to a control circuit of the semiconductor switch stack to determine a pulse frequency in a conductive state of the first switching means. And a second resistor connected to the first switching means.

바람직하게는, 상기 감지부에서 감지되는 출력 전류를 전압으로 변환하는 제3저항과, 상기 제3저항으로부터 인가된 전압이 제너전압 이상인 경우 도통되도록 연결된 제너다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 구성될 수 있다.Preferably, the method may further include a third resistor for converting the output current sensed by the detector into a voltage, and a zener diode connected to conduct when the voltage applied from the third resistor is greater than or equal to the zener voltage. have.

바람직하게는, 상기 감지부에서 감지되는 출력 전류를 전압으로 변환하는 제3저항과, 상기 제3저항으로부터 인가된 전압을 제너전압으로 제한하도록 연결된 제너다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 구성될 수 있다.Preferably, the method may further include a third resistor for converting the output current sensed by the detector into a voltage, and a zener diode connected to limit the voltage applied from the third resistor to the zener voltage. .

이때, 상기 제1캐패시터가 방전됨에 따라 상기 제1스위칭 수단이 도통 상태에서 비도통 상태로 전환되고, 상기 고전압 충전기의 출력 전압을 결정하는 기준전압이 상기 고전압 충전기의 제어회로에 인가되거나 상기 반도체 스위치 스택부의 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 상기 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되는 것을 특징으로 구성될 수 있다.At this time, the first switching means is switched from the conduction state to the non-conduction state as the first capacitor is discharged, and a reference voltage for determining the output voltage of the high voltage charger is applied to the control circuit of the high voltage charger or the semiconductor switch. The reference voltage for determining the pulse frequency of the stack portion may be applied to the control circuit of the semiconductor switch stack portion.

가장 바람직하게는, 상기 기 설정된 시간은 상기 제1저항 및 제1캐패시터에 의해 결정되는 것을 특징으로 구성될 수 있다.Most preferably, the predetermined time may be determined by the first resistor and the first capacitor.

특히, 상기 제1스위칭 수단은 MOSFET, BJT, IGBT 중 어느 하나의 소자인 것을 특징으로 구성될 수 있다.In particular, the first switching means may be configured to be any one of MOSFET, BJT, IGBT.

바람직하게는, 상기 제1스위칭 수단 및 제2저항과 연결된 정지회로를 더 포함하고, 상기 정지회로는 상기 제1스위칭 수단이 도통 상태일 때, 제2캐패시터로부터 방전된 전압이 제2스위칭 수단을 비도통 상태에서 도통 상태로 변환시키면 작동되는 것을 특징으로 구성될 수 있다.
Preferably, further comprising a stop circuit connected to the first switching means and a second resistor, wherein the stop circuit includes a voltage discharged from the second capacitor when the first switching means is in a conductive state. It can be configured to operate when the transition from the non-conduction state to the conduction state.

한편, 본 발명의 또 다른 태양인 펄스전원장치의 보호방법은, 감지부에서 감지하는 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류로부터 보호회로에서 아크 전류를 감지하는 제1단계; 제1캐패시터에서 전압을 충전함에 따라 제1스위칭 수단은 비도통 상태에서 도통 상태로 전환되는 제2단계; 상기 제1스위칭 수단의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 상기 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 제2저항에 분배되어 걸리는 제3단계; 및 상기 제1캐패시터가 제1저항을 통해 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전함에 따라 상기 제1스위칭 수단이 도통 상태에서 비도통 상태로 전환되는 제4단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.Meanwhile, another aspect of the present invention provides a method of protecting a pulsed power supply, the method comprising: detecting an arc current in a protection circuit from an output current of a storage capacitor or a semiconductor switch stack detected by a detector; A second step of switching the first switching means from the non-conductive state to the conducting state as the voltage is charged in the first capacitor; In the conduction state of the first switching means, the reference voltage applied to the control circuit of the high voltage charger to determine the output voltage or the reference voltage applied to the control circuit of the semiconductor switch stack unit to determine the pulse frequency is distributed to the second resistor. The third step; And a fourth step of switching the first switching means from the conduction state to the non-conduction state as the first capacitor discharges the charged voltage for a predetermined time through the first resistor. .

특히, 상기 제4단계는 상기 제1저항 및 제1캐패시터에 의해 결정된 상기 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전하는 것을 특징으로 구성될 수 있다.In particular, the fourth step may be configured to discharge the charged voltage for the predetermined time determined by the first resistor and the first capacitor.

또한 펄스전원장치의 보호방법은, 감지부에서 감지하는 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류로부터 보호회로에서 아크 전류를 감지하는 제1단계; 제1캐패시터에서 전압을 충전함에 따라 제1스위칭 수단은 비도통 상태에서 도통 상태로 전환되는 제2단계; 상기 제1스위칭 수단의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 상기 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 제2저항에 분배되어 걸리는 제3단계; 및 상기 제1스위칭 수단이 도통 상태일 때, 제2캐패시터로부터 방전된 전압이 제2스위칭 수단을 비도통 상태에서 도통 상태로 변환시키면 정지회로가 작동되는 제4단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로도 한다. In addition, the protection method of the pulsed power supply apparatus, the first step of detecting the arc current in the protection circuit from the output current of the storage capacitor or the semiconductor switch stack detected by the sensing unit; A second step of switching the first switching means from the non-conductive state to the conducting state as the voltage is charged in the first capacitor; In the conduction state of the first switching means, the reference voltage applied to the control circuit of the high voltage charger to determine the output voltage or the reference voltage applied to the control circuit of the semiconductor switch stack unit to determine the pulse frequency is distributed to the second resistor. The third step; And a fourth step in which the stop circuit is activated when the voltage discharged from the second capacitor converts the second switching means from the non-conductive state to the conductive state when the first switching means is in the conductive state. Also do.

바람직하게는, 펄스전원장치의 보호방법에서 상기 제1단계는 상기 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류를 제3저항에 의해 전압으로 변환하는 변환단계와, 상기 제3저항으로부터 인가된 전압이 제너전압 이상인 경우 제너다이오드가 도통되는 도통단계를 포함하는 것을 특징으로 구성될 수 있다. Preferably, in the method of protecting a pulsed power supply, the first step includes converting an output current of the storage capacitor or the semiconductor switch stack to a voltage by using a third resistor, and applying a voltage applied from the third resistor to Zener. If the voltage is greater than or equal to the zener diode may be characterized in that it comprises a conducting step.

바람직하게는, 펄스전원장치의 보호방법에서 상기 제1단계는 상기 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류를 제3저항에 의해 전압으로 변환하는 변환단계와, 상기 제3저항으로부터 인가된 전압을 제너다이오드의 제너전압으로 제한하는 제한단계를 포함하는 것을 특징으로 구성될 수 있다.
Preferably, in the method of protecting a pulsed power supply, the first step includes converting an output current of the storage capacitor or the semiconductor switch stack to a voltage by using a third resistor, and applying a voltage applied from the third resistor. And a limiting step of limiting the zener voltage of the diode.

상기와 같은 본 발명에 따른 펄스전원장치의 보호회로 및 그 보호방법을 이용하면, 아크 전류 발생시 펄스전원장치의 작동을 멈추지 않고도 내부 소자들을 보호할 수 있고, 캐패시터에서 전압을 충전 및 방전함에 따라 별도의 사용자 조작이 없이도 자동으로 보호회로가 작동하게 된다는 장점이 있다. By using the protection circuit and the protection method of the pulsed power supply according to the present invention as described above, it is possible to protect the internal elements without stopping the operation of the pulsed power supply when the arc current is generated, and separately by charging and discharging the voltage in the capacitor There is an advantage that the protection circuit operates automatically without the user's operation.

또한, 보호회로가 작동되고 일정 시간이 지나면, 자동으로 아크 전류 발생 이전 상태로 되돌아와 펄스전원장치가 작동하게 되며, 이때의 일정 시간도 시정수 값을 조절함으로써 용이하게 변화시킬 수 있다. In addition, after a certain time after the protection circuit is activated, the pulse power supply is automatically returned to the state before the arc current is generated, and the predetermined time can be easily changed by adjusting the time constant value.

덧붙여, 아크 전류가 지속적으로 발생하면 자동으로 정지회로가 작동함에 따라 펄스전원장치의 동작은 멈추고 내부 소자들을 보호할 수 있다는 장점도 있다.
In addition, if the arc current is continuously generated, the stop circuit is automatically activated to stop the operation of the pulse power supply and protect the internal components.

도 1은 종래의 펄스전원장치 및 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스전원장치의 보호회로 구조를 도시한 도면이고,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스전원장치의 보호회로가 고전압 충전기의 제어회로 측과 연결된 경우를 도시한 도면이고,
도 2b는 도 2a의 보호회로에서 시간 흐름에 따른 출력 값 변화를 나타낸 그래프이고,
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스전원장치의 보호회로가 반도체 스위치 스택부의 제어회로 측과 연결된 경우를 도시한 도면이고,
도 3b는 도 3a의 보호회로에서 시간 흐름에 따른 출력 값 변화를 나타낸 그래프이고,
도 3c는 도 3a의 보호회로에서 정지회로가 작동되는 경우의 시간 흐름에 따른 출력 값 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a diagram illustrating a structure of a conventional pulse power supply and a protection circuit of a pulse power supply according to an embodiment of the present invention.
2A is a diagram illustrating a case in which a protection circuit of a pulsed power supply device is connected to a control circuit side of a high voltage charger according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a graph showing a change in output value over time in the protection circuit of FIG. 2A;
3A is a diagram illustrating a case in which a protection circuit of a pulsed power supply device is connected to a control circuit side of a semiconductor switch stack unit according to another embodiment of the present invention;
3B is a graph illustrating a change in output value with time in the protection circuit of FIG. 3A.
3C is a graph showing a change in output value with time when the stop circuit is operated in the protection circuit of FIG. 3A.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The terms and words used in the present specification and claims are to be construed in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can properly define the concept of a term in order to explain its invention in the best way It should be interpreted as meaning and concept.

도 1은 종래의 펄스전원장치 및 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스전원장치의 보호회로 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a conventional pulse power supply and a protection circuit of a pulse power supply according to an embodiment of the present invention.

종래의 펄스전원장치(100)는 일반적으로 고전압 충전기(110)와, 스토리지 캐패시터(112)와, 고전압 충전기의 제어회로(120)와, 반도체 스위치 스택부(130)와, 반도체 스위치 스택부의 제어회로(140)와, 부하(150)로 이루어진다. The conventional pulsed power supply device 100 generally includes a high voltage charger 110, a storage capacitor 112, a control circuit 120 of a high voltage charger, a semiconductor switch stack 130, and a control circuit of a semiconductor switch stack. 140 and a load 150.

고전압 충전기의 제어회로(120)는 고전압 충전기(110)의 출력전압을 결정하는 기준 전압(126) 및 실제 전압(124)을 입력으로 하는 PI 레귤레이터(122)를 포함한다. 또한 반도체 스위치 스택부의 제어회로(140)는 펄스 주파수를 결정하는 기준전압(146)을 입력으로 하는 V/F 컨버터(142)와, 그 V/F 컨버터(142)로부터 나오는 신호 및 펄스 폭을 결정하는 기준전압(144)을 입력으로 하는 비교기(148)를 포함한다.The control circuit 120 of the high voltage charger includes a reference voltage 126 for determining the output voltage of the high voltage charger 110 and a PI regulator 122 for inputting the actual voltage 124. In addition, the control circuit 140 of the semiconductor switch stack unit determines the V / F converter 142 which receives the reference voltage 146 for determining the pulse frequency, and the signal and pulse width from the V / F converter 142. And a comparator 148 having a reference voltage 144 as an input.

본 발명에 따른 펄스전원장치의 보호회로(200)는 스토리지 캐패시터(112) 또는 반도체 스위치 스택부(130)의 출력 전류를 감지하여 아크 전류가 발생하면 펄스전원장치(100) 내 소자를 보호하기 위해 작동한다. 펄스전원장치의 보호회로(200)가 고전압 충전기의 제어회로(120) 측에 연결되는 경우 고전압 충전기(110)의 출력전압을 결정하는 기준 전압(126)을 순간적으로 조절함으로써, 펄스전원장치(100)가 멈추지 않도록 하면서 내부 소자를 아크 전류로부터 보호한다. 또한, 펄스전원장치의 보호회로(200)가 반도체 스위치 스택부의 제어회로(140) 측에 연결되는 경우 펄스 주파수를 결정하는 기준 전압(146)을 순간적으로 조절함으로써, 펄스전원장치(100)가 멈추지 않도록 하면서 내부 소자를 아크 전류로부터 보호한다. 덧붙여서, 이 경우에 아크 전류가 지속적으로 발생하면 정지회로(300)가 작동하게 됨으로써, 내부 소자를 보호한다. The protection circuit 200 of the pulsed power supply device according to the present invention senses the output current of the storage capacitor 112 or the semiconductor switch stack 130 to protect the elements in the pulsed power supply device 100 when an arc current occurs. Works. When the protection circuit 200 of the pulsed power supply device is connected to the control circuit 120 side of the high voltage charger, the pulsed power supply device 100 may be adjusted by adjusting the reference voltage 126 that determines the output voltage of the high voltage charger 110. The internal element is protected from arc current without stopping). In addition, when the protection circuit 200 of the pulse power supply is connected to the control circuit 140 side of the semiconductor switch stack part, the pulse power supply 100 does not stop by adjusting the reference voltage 146 which determines the pulse frequency momentarily. Protects internal devices from arc current. In addition, in this case, if the arc current is continuously generated, the stop circuit 300 is activated, thereby protecting the internal device.

종래 펄스전원장치(100)의 작동 및 내부를 구성하는 각 소자와 관련해서는 본원출원인에 의해 출원된 제10-2009-0060871호에서 개시하고 있는 내용으로부터 이해할 수 있고, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.Regarding each device constituting the operation and the interior of the conventional pulse power supply device 100 can be understood from the contents disclosed in the 10-2009-0060871 filed by the present applicant, a detailed description thereof will be omitted.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스전원장치의 보호회로가 고전압 충전기의 제어회로 측과 연결된 경우를 도시한 도면이다. 2A is a diagram illustrating a case where a protection circuit of a pulsed power supply device according to an embodiment of the present invention is connected to a control circuit side of a high voltage charger.

본 발명에 따른 펄스전원장치의 보호회로(200)는, 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류를 감지하는 감지부(210); 상기 감지부(210)의 출력 전류로부터 아크 전류를 감지하면 전압을 충전하고, 제1저항(220)을 통해 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전하는 제1캐패시터(230); 상기 제1저항(220)과 연결되고, 상기 아크 전류가 발생하면 비도통 상태에서 도통 상태로 전환되는 제1스위칭 수단(240); 및 상기 제1스위칭 수단(240)의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 상기 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 분배되어 걸리도록 상기 제1스위칭 수단(240)과 연결되는 제2저항(250);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The protection circuit 200 of the pulsed power supply apparatus according to the present invention includes: a sensing unit 210 for sensing an output current of a storage capacitor or a semiconductor switch stack unit; A first capacitor 230 for charging a voltage when the arc current is detected from the output current of the detector 210 and discharging the charged voltage for a predetermined time through the first resistor 220; First switching means 240 connected to the first resistor 220 and switching from a non-conductive state to a conducting state when the arc current is generated; And a reference voltage applied to a control circuit of a high voltage charger to determine an output voltage or a reference voltage applied to a control circuit of the semiconductor switch stack unit to determine a pulse frequency in the conduction state of the first switching means 240. And a second resistor 250 connected to the first switching means 240 so as to be configured.

감지부(210)는 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류를 감지한다. 도 1에 도시된 것처럼 감지부(210)는 CST1(Current Sensing Transformer 1)에 의해 스토리지 캐패시터 측 출력 전류를 감지하고, CST2(Current Sensing Transformer 2)에 의해 반도체 스위치 스택부 측 출력 전류를 감지하는 것이 바람직하다. 다만, 하나의 변압기를 사용하여 양 측의 출력 전류를 감지하는 것도 가능하다. 도 2a에서는 X4 단자(210)의 1번 핀으로 감지된 출력 전류가 흘러들어오도록 연결될 수 있다. The detector 210 detects the output current of the storage capacitor or the semiconductor switch stack. As illustrated in FIG. 1, the sensing unit 210 senses an output current of a storage capacitor side by a current sensing transformer 1 (CST1), and senses an output current of a semiconductor switch stack side by a current sensing transformer 2 (CST2). desirable. However, it is also possible to sense the output current on both sides using a single transformer. In FIG. 2A, an output current sensed by pin 1 of the X4 terminal 210 may be connected to flow therein.

이때 감지부(210)에서 감지되는 출력 전류를 전압으로 변환하는 제3저항(260)과, 그 제3저항(260)으로부터 인가된 전압이 제너전압 이상인 경우 도통되도록 연결된 제너다이오드(270)를 더 포함할 수 있다. 제3저항(260)에서 변환된 전압 중 R80 저항과 D10 다이오드에 걸리는 전압을 제외한 나머지 전압이 제너다이오드(270)의 제너전압 이상이면, 제너다이오드(270)를 도통시키도록 연결될 수 있다. 즉, 제3저항(260)에서 변환되는 전압 값 또는 제너다이오드(270)의 제너전압 값에 의해 감지부(210)에서 감지된 출력 전류가 아크 전류인지 아닌지를 판단할 수 있고, 아크 전류가 발생된 것이면 제너다이오드(270)가 도통되어 펄스전원장치의 보호회로(200) 내 다른 소자들이 작동하게 될 수 있다. 이때, 제3저항(260)의 저항 값은 감지부(210)에서 감지되는 출력 전류 및 도 1에 도시된 CST 1, CST 2의 코일 턴수에 따라 결정되는 것이 바람직하다. At this time, the third resistor 260 for converting the output current sensed by the sensing unit 210 into a voltage and a zener diode 270 connected to conduct when the voltage applied from the third resistor 260 is greater than or equal to the zener voltage are further included. It may include. When the voltages other than the voltage applied to the R80 resistor and the D10 diode of the voltage converted by the third resistor 260 are greater than or equal to the zener voltage of the zener diode 270, the zener diode 270 may be connected. That is, it may be determined whether the output current sensed by the detector 210 is an arc current based on the voltage value converted by the third resistor 260 or the zener voltage value of the zener diode 270, and an arc current is generated. In this case, the zener diode 270 may be turned on so that other elements in the protection circuit 200 of the pulsed power supply device may operate. In this case, the resistance value of the third resistor 260 may be determined according to the output current sensed by the detector 210 and the number of coil turns of CST 1 and CST 2 illustrated in FIG. 1.

제1캐패시터(230)는 상술한 감지부(210)의 출력 전류로부터 아크 전류를 감지하면 전압을 충전하고, 제1저항(220)을 통해 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전한다. 제3저항(260)으로부터 인가된 전압에서 제너다이오드(270)의 제너전압을 뺀 전압에 의해 제1캐패시터(230)가 충전될 수 있고, 제1저항(220) 및 제1캐패시터(230)에 의해 결정되는 시정수 값에 따라 기 설정된 시간 동안 제1캐패시터(230)가 충전된 전압을 방전할 수 있다. 즉, 방전되는 시간을 제1저항(220) 및 제1캐패시터(230)에 따라 조절할 수 있다.When the first capacitor 230 senses the arc current from the output current of the sensing unit 210 described above, the first capacitor 230 charges the voltage, and discharges the charged voltage for a predetermined time through the first resistor 220. The first capacitor 230 may be charged by a voltage obtained by subtracting the zener voltage of the zener diode 270 from the voltage applied from the third resistor 260 and charging the first resistor 220 and the first capacitor 230. The first capacitor 230 may discharge the charged voltage for a predetermined time according to the time constant value determined by the first capacitor 230. That is, the discharge time may be adjusted according to the first resistor 220 and the first capacitor 230.

제1스위칭 수단(240)은 제1저항(220)과 연결되고, 아크 전류가 발생하면 비도통 상태에서 도통 상태로 전환된다. 제1스위칭 수단(240)은 MOSFET, BJT, IGBT 중 어느 하나의 소자인 것이 바람직하다. 도 2a처럼 제1스위칭 수단(240)으로 MOSFET이 사용된 경우, 아크 전류가 발생하면 MOSFET의 게이트에 전압이 인가되고 이에 따라 MOSFET은 비도통 상태에서 도통 상태로 전환될 수 있다. 제1스위칭 수단(240)으로 IGBT가 사용된 경우에도 MOSFET과 동일하게 게이트 전압 제어를 통해 작동할 수 있다. BJT가 사용된 경우에는 베이스 전류 제어를 통해 비도통 상태에서 도통 상태로 전환하도록 작동시킬 수 있다. 이러한 제1스위칭 수단(240)은 상술한 제1캐패시터(230)가 방전됨에 따라 도통 상태에서 비도통 상태로 전환될 수 있다. The first switching means 240 is connected to the first resistor 220, and when an arc current is generated, the first switching means 240 is switched from the non-conductive state to the conductive state. The first switching means 240 is preferably any one of MOSFET, BJT, IGBT. In the case where the MOSFET is used as the first switching means 240 as shown in FIG. Even when the IGBT is used as the first switching means 240, the gate voltage control may operate in the same manner as the MOSFET. If BJT is used, base current control can be used to switch from non-conducting to conducting. The first switching means 240 may be switched from the conductive state to the non-conductive state as the first capacitor 230 described above is discharged.

제2저항(250)은 제1스위칭 수단(240)의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 분배되어 걸리도록 제1스위칭 수단(240)과 연결된다. 도 1에서 상술한 바와 같이 고전압 충전기의 제어회로(120)는 PI 레귤레이터(122)가 포함한다. PI 레귤레이터(122)는 고전압 충전기(110)의 출력전압을 결정하는 기준 전압(126) 및 실제 전압(124)을 입력으로 하는데, 제2저항(250)은 고전압 충전기(110)의 출력전압을 결정하는 기준 전압(126) 측의 저항과 연결된다. 즉, 도 2a에서 제2저항(250)은 제1스위칭 수단(240)과 연결되고, 고전압 충전기의 출력전압을 결정하는 기준 전압 측의 저항(R7)과도 연결되어 있다. 제1스위칭 수단(240)이 도통 상태로 전환되면, 고전압 충전기의 출력전압을 결정하는 기준 전압 중 일부 전압이 제2저항(250)에 의해 분배되어 걸리게 된다. 이 기준 전압이 낮아짐에 따라 고전압 충전기의 출력전압도 낮아지고, 반도체 스위치 스택부에 인가되는 전원도 낮아져 소자들을 보호할 수 있다. The second resistor 250 is applied to the control circuit of the high voltage charger in the conduction state of the first switching means 240 to determine the output voltage or the reference voltage to be applied to the control circuit of the semiconductor switch stack unit to determine the pulse frequency. It is connected to the first switching means 240 so that it is distributed and caught. As described above with reference to FIG. 1, the control circuit 120 of the high voltage charger includes a PI regulator 122. The PI regulator 122 inputs a reference voltage 126 and an actual voltage 124 that determine the output voltage of the high voltage charger 110, and the second resistor 250 determines the output voltage of the high voltage charger 110. It is connected to the resistance of the reference voltage 126 side. That is, in FIG. 2A, the second resistor 250 is connected to the first switching means 240 and is also connected to the resistor R7 on the side of the reference voltage which determines the output voltage of the high voltage charger. When the first switching means 240 is switched to the conduction state, some of the reference voltages for determining the output voltage of the high voltage charger are distributed and caught by the second resistor 250. As the reference voltage is lowered, the output voltage of the high voltage charger is lowered, and the power applied to the semiconductor switch stack is also lowered to protect the devices.

제2저항(250)은 제1스위칭 수단(240)이 비도통 상태로 전환됨에 따라 고전압 충전기의 출력 전압을 결정하는 기준전압에 영향을 미치지 못하게 되고, 펄스전원장치는 아크 전류 발생 전의 작동 상태로 자동으로 복귀하게 된다. 즉, 아크 전류 발생 전 고전압 충전기의 출력 전압을 결정하는 기준전압이 고전압 충전기의 제어회로에 인가되는 상태로 복귀하여 작동될 수 있다. The second resistor 250 does not affect the reference voltage which determines the output voltage of the high voltage charger as the first switching means 240 is switched to the non-conductive state, and the pulsed power supply device operates in the operating state before generating the arc current. It will automatically return. That is, the reference voltage which determines the output voltage of the high voltage charger before the arc current is generated may be returned to the state in which it is applied to the control circuit of the high voltage charger.

도 2b는 도 2a의 보호회로에서 시간 흐름에 따른 출력 값 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 2B is a graph illustrating a change in output value over time in the protection circuit of FIG. 2A.

t0~t1 구간에서는 아크 전류 발생 이전 상태로 고전압 출력 펄스, 펄스 출력 전류 및 출력 전압을 결정하는 기준전압은 일정 레벨을 유지하고 있고, 제1스위칭 수단(240)은 비도통 상태임을 알 수 있다. In the period t0 to t1, the reference voltage for determining the high voltage output pulse, the pulse output current, and the output voltage in the state before the arc current is maintained may be maintained at a constant level, and the first switching unit 240 may be in a non-conductive state.

t1~t2 구간에서 아크 전류가 발생함에 따라 도 2a의 펄스전원장치의 보호회로(200)가 동작한다. 제1스위칭 수단(240)이 비도통 상태에서 도통 상태로 전환됨에 따라 제2저항(250)에 의해 출력 전압을 결정하는 기준전압이 낮아지게 된다. As the arc current is generated in the period t1 to t2, the protection circuit 200 of the pulse power supply of FIG. 2A operates. As the first switching means 240 is switched from the non-conduction state to the conduction state, the reference voltage for determining the output voltage by the second resistor 250 is lowered.

t2~t4 구간에서는 낮아진 기준전압이 인가됨에 따라 고전압 출력 펄스 및 펄스 출력 전류가 보호회로 동작 전보다 낮아짐을 알 수 있고, 이는 펄스전원장치 내 소자를 보호할 수 있음을 의미한다. 상술한 제1캐패시터(230)가 시정수 값에 의해 결정되는 기 설정 시간 동안 충전된 전압을 방전함에 따라 제1스위칭 수단(240)으로 사용된 MOSFET의 게이트-소스 전압도 일정한 기울기를 가지며 서서히 낮아지게 되고, 이 기울기도 시정수 값과 관계된다. 또한, MOSFET의 드레인-소스간 저항이 서서히 증가하여 출력 전압을 결정하는 기준전압은 서서히 증가하게 된다.As the reference voltage is lowered in the period t2 ~ t4, it can be seen that the high voltage output pulse and the pulse output current are lower than before the protection circuit is operated, which means that the devices in the pulse power supply can be protected. As the above-mentioned first capacitor 230 discharges the charged voltage for a predetermined time determined by the time constant value, the gate-source voltage of the MOSFET used as the first switching means 240 also gradually decreases with a constant slope. This slope is also related to the time constant value. In addition, the drain-source resistance of the MOSFET is gradually increased so that the reference voltage for determining the output voltage is gradually increased.

t4~t6 구간에서 자동으로 보호회로 동작 이전 상태로 되돌아가 펄스전원장치가 작동하게 됨을 알 수 있다. It can be seen that the pulse power supply is operated by automatically returning to the state before the protection circuit operation in the period t4 ~ t6.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스전원장치의 보호회로가 반도체 스위치 스택부의 제어회로 측과 연결된 경우를 도시한 도면이다.3A is a diagram illustrating a case in which a protection circuit of a pulsed power supply device according to another embodiment of the present invention is connected to a control circuit side of a semiconductor switch stack unit.

본 발명에 따른 펄스전원장치의 보호회로(200)는 상술한 감지부(210), 제1저항(220), 제1캐패시터(230), 제1스위칭 수단(240), 제2저항(250)을 포함하여 구성되고, 도 3a에서 도시하는 바와 같은, 감지부(210)에서 감지되는 출력 전류를 전압으로 변환하는 제3저항(260)과, 그 제3저항(260)으로부터 인가된 전압을 제너전압으로 제한하도록 연결된 제너다이오드(270)를 더 포함하여 구성될 수 있다. The protection circuit 200 of the pulsed power supply apparatus according to the present invention includes the sensing unit 210, the first resistor 220, the first capacitor 230, the first switching means 240, and the second resistor 250. And a third resistor 260 for converting an output current sensed by the sensing unit 210 into a voltage, and a voltage applied from the third resistor 260, as shown in FIG. 3A. And may further include a zener diode 270 coupled to limit the voltage.

감지부(210)는 스토리지 캐패시터 또는 반도체 스위치 스택부의 출력 전류를 감지한다. 도 3a에서는 X5 단자(210)의 1번 핀으로 감지된 출력 전류가 흘러들어오도록 연결될 수 있다. The detector 210 detects the output current of the storage capacitor or the semiconductor switch stack. In FIG. 3A, an output current sensed by pin 1 of the X5 terminal 210 may flow in.

제3저항(260)은 감지부(210)에서 감지되는 출력 전류를 전압으로 변환하도록 연결될 수 있고, 제3저항(260)의 저항 값은 감지부(210)에서 감지되는 출력 전류 및 도 1에 도시된 CST 1, CST 2의 코일 턴수에 따라 결정되는 것이 바람직하다. The third resistor 260 may be connected to convert the output current sensed by the sensing unit 210 into a voltage, and the resistance value of the third resistor 260 may correspond to the output current sensed by the sensing unit 210 and FIG. 1. It is preferable to determine the number of coil turns of CST 1 and CST 2 shown.

제너다이오드(270)는 제3저항(260)으로부터 인가된 전압을 제너전압으로 제한하도록 연결될 수 있다. 도 3a에서는 제너전압이 15V인 제너다이오드(270)를 사용하고 있음을 알 수 있고, Q4 소자(272)로 사용된 BJT의 컬렉터 측에 제너전압이 인가되어 BJT를 턴-온 시키게 된다. 즉, 제너다이오드(270)의 제너전압 및 BJT의 턴-온 여부에 의해 감지부(210)에서 감지된 출력 전류가 아크 전류인지 아닌지를 판단할 수 있고, 아크 전류가 발생된 것이면 제3저항(260)에 의해 변환된 전압이 제너다이오드(270)에 의해 제너전압으로 제한되어 펄스전원장치의 보호회로(200) 내 다른 소자들이 작동하게 될 수 있다. The zener diode 270 may be connected to limit the voltage applied from the third resistor 260 to the zener voltage. In FIG. 3A, a zener diode 270 having a zener voltage of 15 V is used. A zener voltage is applied to the collector side of the BJT used as the Q4 element 272 to turn on the BJT. That is, it is possible to determine whether the output current detected by the sensing unit 210 is an arc current based on the zener voltage of the zener diode 270 and whether the BJT is turned on. The voltage converted by the 260 may be limited to the zener voltage by the zener diode 270 so that other elements in the protection circuit 200 of the pulsed power supply device may operate.

도 2a과 같이 도 3a에서도, 제1캐패시터(230)는 상술한 감지부(210)의 출력 전류로부터 아크 전류를 감지하면 전압을 충전하고, 제1저항(220)을 통해 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전한다. 도 3a처럼 제1저항(220)이 상술한 BJT의 에미터 측과 연결될 수 있다. 여기서 기 설정된 시간은 제1저항(220) 및 제1캐패시터(230)에 의해 결정되는 시정수 값과 관련이 있다. As shown in FIG. 2A, in the case of FIG. 3A, when the first capacitor 230 senses an arc current from the output current of the sensing unit 210, the first capacitor 230 charges a voltage and is charged for a predetermined time through the first resistor 220. Discharge voltage. As shown in FIG. 3A, the first resistor 220 may be connected to the emitter side of the above-described BJT. Here, the predetermined time is related to the time constant value determined by the first resistor 220 and the first capacitor 230.

제1스위칭 수단(240)은 제1저항(220)과 연결되고, 아크 전류가 발생하면 비도통 상태에서 도통 상태로 전환된다. 제1스위칭 수단(240)은 MOSFET, BJT, IGBT 중 어느 하나의 소자인 것이 바람직하다. 이때, 아크 전류가 지속적으로 발생하여 제1스위칭 수단(240)이 도통 상태를 유지하게 되는 경우, 후술할 정지회로(300)가 작동하게 된다.The first switching means 240 is connected to the first resistor 220, and when an arc current is generated, the first switching means 240 is switched from the non-conductive state to the conductive state. The first switching means 240 is preferably any one of MOSFET, BJT, IGBT. At this time, when the arc current is continuously generated to maintain the conduction state of the first switching means 240, the stop circuit 300 to be described later is operated.

제2저항(250)은 제1스위칭 수단(240)의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 분배되어 걸리도록 제1스위칭 수단(240)과 연결된다. 도 1에서 상술한 바와 같이 반도체 스위치 스택부의 제어회로(140)는 V/F 컨버터(142)와, 비교기(148)를 포함한다.The second resistor 250 is applied to the control circuit of the high voltage charger in the conduction state of the first switching means 240 to determine the output voltage or the reference voltage to be applied to the control circuit of the semiconductor switch stack unit to determine the pulse frequency. It is connected to the first switching means 240 so that it is distributed and caught. As described above in FIG. 1, the control circuit 140 of the semiconductor switch stack unit includes a V / F converter 142 and a comparator 148.

V/F 컨버터(142)는 펄스 주파수를 결정하는 기준전압(146)을 입력으로 하는데, 제2저항(250)은 펄스 주파수를 결정하는 기준전압(146) 측의 저항과 연결된다. 즉, 도 3a에서 제2저항(250)은 제1스위칭 수단(240)과 연결되고, 펄스 주파수를 결정하는 기준 전압 측의 저항(R17)과도 연결되어 있다. 비교기(148)는 그 V/F 컨버터(142)로부터 나오는 신호 및 펄스 폭을 결정하는 기준전압(144)을 입력으로 한다. 제1스위칭 수단(240)이 도통 상태로 전환되면, 펄스 주파수를 결정하는 기준 전압 중 일부 전압이 제2저항(250)에 의해 분배되어 걸리게 된다. 순간적인 과전류 및 과전압에 견딜 수 있는 IGBT, MOSFET 등과 같은 소자의 특성을 이용하여 펄스전원장치의 작동을 멈추지 않고도 펄스전원장치 내 소자들을 보호할 수 있다. 즉, IGBT, MOSFET 등과 같은 소자가 견딜 수 있는 정도의 펄스 주파수(반복률)가 인가되도록 펄스 주파수를 결정하는 기준전압 중 일부 전압이 제2저항(250)에 의해 분배되어 걸리게 된다.The V / F converter 142 inputs a reference voltage 146 that determines the pulse frequency, and the second resistor 250 is connected to the resistance of the reference voltage 146 that determines the pulse frequency. That is, in FIG. 3A, the second resistor 250 is connected to the first switching means 240 and is also connected to the resistor R17 on the side of the reference voltage that determines the pulse frequency. The comparator 148 receives as input a reference voltage 144 that determines the signal and pulse width from the V / F converter 142. When the first switching means 240 is switched to the conduction state, some of the reference voltages for determining the pulse frequency are distributed and caught by the second resistor 250. The characteristics of devices such as IGBTs and MOSFETs that can withstand instantaneous overcurrent and overvoltage protect devices within the pulsed power supply without stopping the pulsed power supply. That is, some of the reference voltages for determining the pulse frequency are distributed by the second resistor 250 so that a pulse frequency (repetition rate) of an element such as an IGBT or a MOSFET can be applied.

제2저항(250)은 제1스위칭 수단(240)이 비도통 상태로 전환됨에 따라 펄스 주파수를 결정하는 기준전압에 영향을 미치지 못하게 되고, 펄스전원장치는 아크 전류 발생 전의 작동 상태로 자동으로 복귀하게 된다. 즉, 아크 전류 발생 전의 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 반도체 스위치 스택부의 제어회로에 인가되는 상태로 복귀하여 작동될 수 있다. The second resistor 250 does not affect the reference voltage which determines the pulse frequency as the first switching means 240 is switched to the non-conductive state, and the pulse power supply automatically returns to the operating state before the arc current is generated. Done. That is, the reference voltage for determining the pulse frequency before the arc current is generated can be returned to the state to be applied to the control circuit of the semiconductor switch stack.

상술한 바와 같이 아크 전류가 지속적으로 발생하여 제1스위칭 수단(240)이 도통 상태를 유지하게 되는 경우 정지회로(300)가 작동하게 되는데, 이러한 정지회로(300)는 제1스위칭 수단(240) 및 제2저항(250)과 연결될 수 있다. 또한, 정지회로(300)는 제1스위칭 수단(240)이 도통 상태일 때, 제2캐패시터(310)로부터 방전된 전압이 제2스위칭 수단(320)을 비도통 상태에서 도통 상태로 변환시키면 작동될 수 있다. 도 1에 도시된 부하(150)의 비선형적인 특성으로부터 지속적인 아크 전류가 발생할 수 있고, 이 경우 정지회로(300) 없는 펄스전원장치의 보호회로(200) 작동은 내부 소자 보호에 비효율적일 수 있다. 따라서 지속적인 아크 전류 발생으로부터 제1스위칭 수단(240)이 도통 상태를 유지하게 되면, 정지회로(300)의 제2스위칭 수단(320)이 도통 상태로 변환되어 도 3a의 U5 소자에서 U3 소자로 인가되는 스위칭 신호 자체를 차단하게 된다. U3 소자에 인가되는 스위칭 신호 자체가 차단되어 펄스전원장치의 작동이 멈추게 되고, 내부 소자들을 보호할 수 있다.As described above, when the arc current is continuously generated so that the first switching means 240 maintains the conduction state, the stop circuit 300 operates. The stop circuit 300 includes the first switching means 240. And a second resistor 250. In addition, the stop circuit 300 operates when the voltage discharged from the second capacitor 310 converts the second switching means 320 from the non-conductive state to the conductive state when the first switching means 240 is in the conductive state. Can be. Continuous arc current may occur from the nonlinear characteristics of the load 150 shown in FIG. 1, in which case the operation of the protection circuit 200 of the pulsed power supply device without the stop circuit 300 may be inefficient for protecting internal devices. Therefore, when the first switching means 240 maintains the conduction state from the continuous arc current generation, the second switching means 320 of the stop circuit 300 is converted to the conduction state and applied from the U5 element of FIG. 3A to the U3 element. The switching signal itself is cut off. The switching signal itself applied to the U3 device is interrupted to stop the operation of the pulse power supply and protect the internal devices.

도 3b는 도 3a의 보호회로에서 시간 흐름에 따른 출력 값 변화를 나타낸 그래프이다.3B is a graph illustrating a change in output value over time in the protection circuit of FIG. 3A.

t10~t11 구간에서는 아크 전류 발생 이전 상태로 고전압 출력 펄스, 펄스 출력 전류 및 출력 전압을 결정하는 기준전압은 일정 레벨을 유지하고 있고, 제1스위칭 수단(240)은 비도통 상태임을 알 수 있다. In the period t10 to t11, the reference voltage for determining the high voltage output pulse, the pulse output current, and the output voltage in the state before the arc current is maintained at a constant level, and the first switching means 240 can be seen that the non-conduction state.

t11~t12 구간에서 아크 전류가 발생함에 따라 도 3a의 펄스전원장치의 보호회로(200)가 동작한다. 제1스위칭 수단(240)이 비도통 상태에서 도통 상태로 전환됨에 따라 제2저항(250)에 의해 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 낮아지게 된다. As the arc current is generated in the period t11 to t12, the protection circuit 200 of the pulse power supply of FIG. 3A operates. As the first switching means 240 is switched from the non-conduction state to the conduction state, the reference voltage for determining the pulse frequency by the second resistor 250 is lowered.

t12~t14 구간에서는 낮아진 기준전압이 인가됨에 따라 고전압 출력 펄스 및 펄스 출력 전류가 나타나지 않음을 알 수 있고, 이는 펄스전원장치의 작동을 멈추지 않고도 펄스전원장치 내 소자를 보호할 수 있음을 의미한다. 상술한 제1캐패시터(230)가 시정수 값에 의해 결정되는 기 설정 시간 동안 충전된 전압을 방전함에 따라 제1스위칭 수단(240)으로 사용된 MOSFET의 게이트-소스 전압도 일정한 기울기를 가지며 서서히 낮아지게 되고, 이 기울기도 시정수 값과 관계된다. 또한, MOSFET의 드레인-소스간 저항이 서서히 증가하여 출력 전압을 결정하는 기준전압은 서서히 증가하게 된다.It can be seen that the high voltage output pulse and the pulse output current do not appear as the lowered reference voltage is applied in the period t12 to t14, which means that the device in the pulse power supply can be protected without stopping the operation of the pulse power supply. As the above-mentioned first capacitor 230 discharges the charged voltage for a predetermined time determined by the time constant value, the gate-source voltage of the MOSFET used as the first switching means 240 also gradually decreases with a constant slope. This slope is also related to the time constant value. In addition, the drain-source resistance of the MOSFET is gradually increased so that the reference voltage for determining the output voltage is gradually increased.

t14~t16 구간에서 자동으로 보호회로 동작 이전 상태로 되돌아가 펄스전원장치가 작동하게 됨을 알 수 있다. It can be seen that the pulse power supply is operated by returning to the state before the protection circuit operation automatically in the period t14 ~ t16.

도 3c는 도 3a의 보호회로에서 정지회로가 작동되는 경우의 시간 흐름에 따른 출력 값 변화를 나타낸 그래프이다.3C is a graph showing a change in output value with time when the stop circuit is operated in the protection circuit of FIG. 3A.

t20~t21 구간에서는 아크 전류 발생 이전 상태로 고전압 출력 펄스 및 펄스 출력 전류는 일정 레벨을 유지하고 있고, 제1스위칭 수단(240)은 비도통 상태이면서 정지회로(300)도 작동하지 않는 상태임을 알 수 있다. 즉, 제2스위칭 수단(320)도 비도통 상태를 유지하고 있는 상태이다.In the period between t20 and t21, the high voltage output pulse and the pulse output current are maintained at a predetermined level, and the first switching means 240 is in a non-conductive state and the stop circuit 300 is not operated. Can be. That is, the second switching means 320 also maintains a non-conducting state.

t21~t24 구간에서는 아크 전류가 지속적으로 발생하고 있음을 나타내는 것으로, 이 경우 정지회로(300) 없는 펄스전원장치의 보호회로(200) 작동은 내부 소자 보호에 오히려 비효율적일 수 있다. 따라서 지속적인 아크 전류 발생은 제1스위칭 수단(240)을 도통 상태로 유지하고 있도록 작용하게 되고, 도통 상태의 제1스위칭 수단(240)은 제2캐패시터(310)로 하여금 제2스위칭 수단(320)을 비도통 상태에서 도통 상태로 변환시킬 때까지 충전된 전압을 방전시키게 된다. 도 3c의 그래프에서 횟수라 함은 제2캐패시터(310) 및 저항(R62)에 의해 결정되는 시정수 값과 관련된다. 즉, 정지회로(300)가 작동하게 되는 타이밍을 제2캐패시터(310), 저항(R62) 및 제2스위칭 수단(320)으로부터 조절할 수 있음을 알 수 있다. It indicates that the arc current is continuously generated in the period t21 ~ t24, in this case, the operation of the protection circuit 200 of the pulsed power supply device without the stop circuit 300 may be rather inefficient for protecting the internal device. Therefore, the continuous arc current generation acts to keep the first switching means 240 in the conductive state, and the first switching means 240 in the conductive state causes the second capacitor 310 to have the second switching means 320. The charged voltage is discharged until is converted from the non-conductive state to the conductive state. The number of times in the graph of FIG. 3C relates to the time constant value determined by the second capacitor 310 and the resistor R62. That is, it can be seen that the timing at which the stop circuit 300 is operated can be adjusted from the second capacitor 310, the resistor R62, and the second switching means 320.

t24~t25 구간에서는 제2캐패시터(310)의 방전에 의해 제2스위칭 수단(320)이 도통 상태로 변환된 것으로, 제2스위칭 수단(320)의 도통 상태는 스위칭 신호 차단을 야기하게 되고, 펄스전원장치의 작동은 멈추게 된다.
In the period t24 to t25, the second switching means 320 is converted into a conduction state by the discharge of the second capacitor 310. The conduction state of the second switching means 320 causes the switching signal to be cut off, and the pulse The power supply will stop working.

한편, 본 발명의 또 다른 태양인 펄스전원장치의 보호방법은 다음과 같은 순서로 작동하게 된다. On the other hand, the protection method of the pulse power supply which is another aspect of the present invention will operate in the following order.

제1단계에서는, 감지부(210)에서 감지하는 스토리지 캐패시터(112) 또는 반도체 스위치 스택부(130)의 출력 전류로부터 보호회로(200)에서 아크 전류를 감지한다. 이때, 제1단계는 스토리지 캐패시터(112) 또는 반도체 스위치 스택부(130)의 출력 전류를 제3저항(260)에 의해 전압으로 변환하는 변환단계와, 제3저항(260)으로부터 인가된 전압이 제너전압 이상인 경우 제너다이오드(270)가 도통되는 도통단계를 포함할 수 있다. 혹은 제1단계는 스토리지 캐패시터(112) 또는 반도체 스위치 스택부(130)의 출력 전류를 제3저항(260)에 의해 전압으로 변환하는 변환단계와, 제3저항(260)으로부터 인가된 전압을 제너다이오드(270)의 제너전압으로 제한하는 제한단계를 포함할 수 있다. In the first step, the arc current is sensed by the protection circuit 200 from the output current of the storage capacitor 112 or the semiconductor switch stack 130 detected by the sensing unit 210. In this case, the first step is a conversion step of converting the output current of the storage capacitor 112 or the semiconductor switch stack 130 into a voltage by the third resistor 260, and the voltage applied from the third resistor 260 When the zener voltage is higher than or equal to the zener voltage, the zener diode 270 may include a conductive step. Alternatively, the first step is a conversion step of converting the output current of the storage capacitor 112 or the semiconductor switch stack 130 to a voltage by the third resistor 260, and Zener by applying the voltage applied from the third resistor 260 And limiting the zener voltage of the diode 270.

제2단계에서는, 제1캐패시터(230)에서 전압을 충전함에 따라 제1스위칭 수단(240)은 비도통 상태에서 도통 상태로 전환된다. In the second step, as the first capacitor 230 charges the voltage, the first switching means 240 is switched from the non-conductive state to the conducting state.

제3단계에서는, 위 제1스위칭 수단(240)의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로(120)에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 반도체 스위치 스택부의 제어회로(140)에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 제2저항(250)에 분배되어 걸리게 된다. In the third step, the pulse frequency is applied to the control circuit 140 of the semiconductor switch stack or the reference voltage applied to the control circuit 120 of the high voltage charger to determine the output voltage in the conduction state of the first switching means 240 The reference voltage for determining is distributed to and caught by the second resistor 250.

제4단계에서 제1캐패시터(230)가 제1저항(220)을 통해 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전함에 따라 제1스위칭 수단(240)이 도통 상태에서 비도통 상태로 전환된다. 여기서, 제4단계는 제1저항(220) 및 제1캐패시터(230)에 의해 결정된 기 설정된 시간 동안 충전된 전압을 방전할 수 있다. In the fourth step, as the first capacitor 230 discharges the voltage charged through the first resistor 220 for a predetermined time, the first switching means 240 is switched from the conduction state to the non-conduction state. Herein, the fourth step may discharge the charged voltage for a predetermined time determined by the first resistor 220 and the first capacitor 230.

본 발명에 따른 다른 실시예인 펄스전원장치의 보호방법은, 정지회로(300)도 작동하게 되는 경우로 다음과 같은 순서로 작동하게 된다. The protection method of the pulse power supply device according to another embodiment of the present invention operates when the stop circuit 300 also operates in the following order.

제3단계에서는, 위 제1스위칭 수단(240)의 도통 상태에서 고전압 충전기의 제어회로(120)에 인가되어 출력 전압을 결정하는 기준전압 또는 반도체 스위치 스택부의 제어회로(140)에 인가되어 펄스 주파수를 결정하는 기준전압이 제2저항(250)에 분배되어 걸리게 된다.In the third step, the pulse frequency is applied to the control circuit 140 of the semiconductor switch stack or the reference voltage applied to the control circuit 120 of the high voltage charger to determine the output voltage in the conduction state of the first switching means 240 The reference voltage for determining is distributed to and caught by the second resistor 250.

제4단계에서 제1스위칭 수단(240)이 도통 상태일 때, 제2캐패시터(310)로부터 방전된 전압이 제2스위칭 수단(320)을 비도통 상태에서 도통 상태로 변환시키면 정지회로(300)가 작동된다.
When the first switching means 240 is in the conductive state in the fourth step, when the voltage discharged from the second capacitor 310 converts the second switching means 320 from the non-conductive state into the conductive state, the stop circuit 300 is performed. Is working.

이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
In the above, a specific preferred embodiment according to the present invention has been described. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the above-described embodiments merely represent a part of various embodiments to which the principles of the present invention are applied. Those skilled in the art to which the present invention pertains may make various changes without departing from the spirit of the technical idea of the present invention described in the claims below.

100 : 펄스전원장치 200 : 보호회로
210 : 감지부 220 : 제1저항
230 : 제1캐패시터 240 : 제1스위치 수단
250 : 제2저항 260 : 제3저항
270 : 제너다이오드 300 : 정지회로
310 : 제2캐패시터 320 : 제2스위치 수단100: pulse power supply device 200: protection circuit
210: detector 220: first resistor
230: first capacitor 240: first switch means
250: second resistor 260: third resistor
270: Zener diode 300: stop circuit
310: second capacitor 320: second switch means

Claims

In the protection circuit of the pulse power supply,
A detector configured to detect an output current of the storage capacitor or the semiconductor switch stack;
A first capacitor configured to charge a voltage when the arc current is detected from the output current of the detector and to discharge the charged voltage for a predetermined time through a first resistor;
First switching means connected to the first resistor and configured to switch from a non-conductive state to a conductive state when the arc current is generated; And
The first voltage applied to a control circuit of a high voltage charger to determine an output voltage or a reference voltage applied to a control circuit of the semiconductor switch stack unit to determine a pulse frequency in a conductive state of the first switching means; And a second resistor connected to the switching means.

The pulse generator of claim 1, further comprising a third resistor for converting the output current sensed by the sensing unit into a voltage, and a zener diode connected to conduct when the voltage applied from the third resistor is greater than or equal to the zener voltage. Protection circuit of the power supply.

The pulse power supply of claim 1, further comprising a third resistor for converting the output current sensed by the detector into a voltage, and a zener diode connected to limit the voltage applied from the third resistor to a zener voltage. Protection circuit of the device.

The method of claim 1, wherein the first switching means is switched from the conduction state to the non-conduction state as the first capacitor is discharged, and a reference voltage for determining the output voltage of the high voltage charger is applied to the control circuit of the high voltage charger or And a reference voltage for determining a pulse frequency of the semiconductor switch stack unit is applied to a control circuit of the semiconductor switch stack unit.

The protection circuit of claim 1, wherein the predetermined time is determined by the first resistor and the first capacitor.

The protection circuit according to claim 1, wherein the first switching means is any one of a MOSFET, a BJT, and an IGBT.

The apparatus of claim 1, further comprising a stop circuit connected to the first switching means and a second resistor,
And the stop circuit is activated when the voltage discharged from the second capacitor converts the second switching means from the non-conductive state to the conducting state when the first switching means is in the conducting state.

In the protection method of the pulse power supply,
A first step of sensing an arc current in a protection circuit from an output current of a storage capacitor or a semiconductor switch stack detected by a sensing unit;
A second step of switching the first switching means from the non-conductive state to the conducting state as the voltage is charged in the first capacitor;
In the conduction state of the first switching means, the reference voltage applied to the control circuit of the high voltage charger to determine the output voltage or the reference voltage applied to the control circuit of the semiconductor switch stack unit to determine the pulse frequency is distributed to the second resistor. The third step; And
And a fourth step of switching the first switching means from the conduction state to the non-conduction state as the first capacitor discharges the charged voltage for a predetermined time through the first resistor. How to protect the power supply.

The method of claim 8, wherein the fourth step
The method of claim 1, wherein the first capacitor discharges the charged voltage for the predetermined time determined by the first resistor and the first capacitor.

In the protection method of the pulse power supply,
A first step of sensing an arc current in a protection circuit from an output current of a storage capacitor or a semiconductor switch stack detected by a sensing unit;
A second step of switching the first switching means from the non-conductive state to the conducting state as the voltage is charged in the first capacitor;
In the conduction state of the first switching means, the reference voltage applied to the control circuit of the high voltage charger to determine the output voltage or the reference voltage applied to the control circuit of the semiconductor switch stack unit to determine the pulse frequency is distributed to the second resistor. The third step; And
And a fourth step in which the stop circuit is operated when the voltage discharged from the second capacitor converts the second switching means from the non-conductive state to the conducting state when the first switching means is in the conductive state. To protect the pulse power supply.

The method of claim 8 or 10, wherein the first step
A conversion step of converting an output current of the storage capacitor or the semiconductor switch stack unit into a voltage by a third resistor;
And a conduction step of conducting a zener diode when the voltage applied from the third resistor is equal to or greater than the zener voltage.

The method of claim 8 or 10, wherein the first step
A conversion step of converting an output current of the storage capacitor or the semiconductor switch stack unit into a voltage by a third resistor;
And limiting the voltage applied from the third resistor to the zener voltage of the zener diode.