KR101376549B1 - 노이즈를 감소시킨 펄스 모듈레이터 - Google Patents

노이즈를 감소시킨 펄스 모듈레이터 Download PDF

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Abstract

접지선을 분리하여 노이즈 간섭을 차단한 펄스 모듈레이터를 개시한다.
입력전력을 정류하여 기설정된 전압으로 제어된 직류전력을 생성하는 충전전압 생성부; 일단에서 상기 충전전압 생성부로부터 발생한 전압을 인가받아 충전하고, 충전된 전압을 펄스로 변환하여 출력하는 펄스 형성부; 상기 충전된 전압의 크기를 측정하고 측정결과를 상기 충전전압 생성부로 피드백하는 제어부; 상기 펄스 형성부에 연결되어 상기 펄스를 외부로 방출하고 상기 충전전압 생성부의 접지단자와 분리된 접지단자를 구비한 방출부; 및 상기 펄스 형성부와 상기 방출부 사이에 연결되어, 폐회로를 구성하고 상기 충전되는 동안은 상기 폐회로가 개방 상태가 되고 상기 펄스를 방출하는 동안은 상기 폐회로가 단락 상태가 되는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터를 제공한다.

Description

노이즈를 감소시킨 펄스 모듈레이터{Pulse Modulator Reducing Noise}
본 실시예는 노이즈 간섭을 차단한 펄스 모듈레이터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 접지선을 분리하여 펄스 모듈레이터의 스위칭시 발생하는 노이즈가 제어에 미치는 영향을 저감시킨 펄스 모듈레이터에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
펄스 모듈레이터는 직류 전압을 인가받아 펄스 전압을 충전하고 사이라트론(Thyratron)에 입력된 신호와 동조화된 고전압 펄스신호를 생성한다. 이때 펄스 전압의 크기를 측정하여 직류 전압의 크기를 조정한다. 직류 전압의 크기는 출력단과 출력접지단자의 전압 차이의 크기를 피드백하여 조정되는데, 이 출력접지단자는 펄스 모듈레이터의 외함과 연결된 접지전극과 공통접지로 구성하는 것이 일반적이다. 펄스 모듈레이터는 펄스를 생성할 때 매우 큰 전압과 전류의 변동이 일어나므로 접지 전극이 균일한 전압(0V)이 아닌 노이즈성 전압을 보이게 된다. 이로 인해 펄스 생성의 제어에 심한 노이즈가 생성되는 문제가 있다.
따라서 펄스 생성시 생성되는 노이즈에 영향을 받지 않고 펄스 생성이 제어되는 펄스 모듈레이터에 대한 요구가 있다.
본 실시예는, 펄스 모듈레이터의 접지전극에 생성되는 스위칭 노이즈가 제어에 영향을 주는 문제를 해결하여 접지선을 분리하여 노이즈 간섭을 차단한 펄스 모듈레이터을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 입력전력을 정류하여 기설정된 전압으로 제어된 직류전력을 생성하는 충전전압 생성부; 일단에서 상기 충전전압 생성부로부터 발생한 전압을 인가받아 충전하고, 충전된 전압을 펄스로 변환하여 출력하는 펄스 형성부; 상기 충전된 전압의 크기를 측정하고 측정결과를 상기 충전전압 생성부로 피드백하는 제어부; 상기 펄스 형성부에 연결되어 상기 펄스를 외부로 방출하고 상기 충전전압 생성부의 접지단자와 분리된 접지단자를 구비한 방출부; 및 상기 펄스 형성부와 상기 방출부 사이에 연결되어, 폐회로를 구성하고 상기 충전되는 동안은 상기 폐회로가 개방 상태가 되고 상기 펄스를 방출하는 동안은 상기 폐회로가 단락 상태가 되는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 입력전력을 정류하여 기설정된 전압으로 제어된 직류전력을 생성하는 충전전압 생성부; 일단에서 상기 충전전압 생성부로부터 발생한 전압을 인가받아 충전하고, 충전된 전압을 펄스로 생성하여 출력하는 펄스 형성부; 상기 충전된 전압의 크기를 측정한 충전전압에 대한 정보를 광신호로 변환하여 상기 충전전압 생성부로 피드백하는 제어부; 상기 펄스 형성부에 연결되어 상기 펄스를 외부로 방출하는 방출부; 및 상기 펄스 형성부와 상기 방출부 사이에 연결되어, 폐회로를 구성하고 상기 충전되는 동안은 상기 폐회로가 개방 상태가 되고 상기 펄스를 방출하는 동안은 상기 폐회로가 단락 상태가 되는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터를 제공한다.
본 실시예에 의하면, 펄스가 생성되는 부분의 접지단자를 제어를 위하여 사용되는 부분의 접지단자와 분리함으로써 스위칭시 발생하는 노이즈가 펄스 생성의 제어에 미치는 영향을 저감시키고 정밀한 펄스 생성 제어를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 모듈레이터의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전전압 생성부의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 고전압 케이블의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 모듈레이터의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부와 충전전압 생성부를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 모듈레이터의 구성도이다.
펄스 모듈레이터(100)는 충전전압 생성부(110), 펄스 형성부(120), 제어부(150), 스위칭부(140) 및 방출부(130)를 포함한다. 펄스 모듈레이터(100)는 높은 전압을 인가하고 인가된 높은 전압을 펄스 형태로 방출하므로 펄스를 발생하는 시점에 회로가 손상되는 경우가 있다. 이러한 손상이 일어나지 않기 위하여 접지가 중요하다. 펄스 모듈레이터(100)의 구성 부분들은 보통 공통 접지를 통해 연결된다. 공통 접지는 일반적으로 펄스 모듈레이터의 외함(170)을 경유하여 이루어지며, 펄스 모듈레이터의 외함(170)은 접지선을 통해 접지된다.
이러한 일반적인 접지 형태는 펄스 모듈레이터(100)처럼 고전압을 순간적으로 방전하는 경우에는 문제를 일으킬 수 있다. 높은 전류가 일시에 방전되는 경우에는 펄스 모듈레이터(100)가 접지되어 있다 할지라도 접지선이 갖는 저항 등으로 인하여 접지전압(0V)이 유지되지 않는다. 따라서 접지단자의 전위가 펄스 발생시점에 0V 이외의 값으로 변동하며, 이러한 현상은 접지 전극의 전위를 OV로 간주하고 설계된 회로에서는 노이즈로 작용한다.
충전전압 생성부(110)는 고전압 캐패시터 충전형 전원장치(Capacitor Charging Power Supply: 이하 CCPS)의 병렬 연결 형태로 구현된다. CCPS는 교류전압을 입력받아서 H-Bridge 구조의 인버터를 통해 제어된 전류를 공진 회로를 통해 전류 증폭하여 출력한다. H-Bridge의 스위칭 소자의 게이트 신호는 출력 전류의 전류값과 전압의 측정값과 펄스 형성부(120)의 충전전압 값을 제어부(150)에서 취합하여 이를 바탕으로 생성한 제어신호를 충전 제어부(280)가 인가받아 제어한다. 출력 전류의 전류값과 전압의 측정값은 기설정된 충전전압 생성부(110)의 정격 전류값 및 정격 전압값과 비교하여 과전류 또는 과전압이 측정되었을 때 회로를 보호하는 제어를 하기 위하여 측정된다.
CCPS의 고전압 케이블(300)은 쉴드구조의 고전압 케이블(300)을 사용한다. 중심부에 고전압이 흐르는 중심선(310)을 두고 절연된 접지도선(320)이 둘러싼 형태로 제작되며 중심선(310)에 전술한 직류 고전압이 인가된다. 접지 도선은 펄스 모듈레이터의 외함(170)과 연결되나 CCPS의 접지선과는 절연하여 별도의 접지 경로를 만들어서 펄스 모듈레이터(100)의 접지선에서 스위칭시 생성되는 노이즈를 차단하였다.
펄스 형성부(120)는 인덕터와 캐패시터의 직렬 공진 회로가 다수개 병렬로 연결된 구성을 갖는다. 각 공진회로의 공진 시정수차에 의해 부하에는 공진이 중첩된 구간 동안에 일정 펄스폭을 가지는 펄스 출력 전압이 인가된다. 이처럼 캐패시터와 인덕터로 이루어진 펄스형성회로의 종류로는 몇 가지가 제안되어 있지만, 일반적으로 각각 동일한 인덕턴스와 캐패시턴스를 갖도록 구성되어 있는 펄스 형성 회로(Pulse Forming Network: 이하 PFN)가 대표적이다. PFN의 상세한 회로구조는 도 4를 참조하여 설명한다.
방출부(130)는 생성된 펄스를 방출한다. 고전압 펄스를 전송하기 위해 일종의 변압기인 펄스 트랜스포머(Pulse Transformer)를 주된 요소로 하고 고전압 고전류의 펄스에 의해 회로가 파손되는 것을 막기 위해 커패시터 및 저항을 펄스 트랜스포머와 병렬로 연결한 구조가 사용된다. 이때 방출부(130)의 구성은 본 실시예에 한정하여 해석하여서는 안 될 것이다. 외부 부하와 코일을 활용하여 자기적으로 연결된 펄스 트랜스포머만 포함된다면 어떠한 요소가 부가되어 있어도 무방하다.
스위칭부(140)는 펄스 신호를 생성하는 방아쇠 역할을 한다. 일반적으로 사이라트론을 사용한다. 스위칭부(140)는 펄스 생성 신호에 따라 고전압 전류를 연결하거나 개방하는 스위치 역할을 한다. 스위칭부(140)가 연결된 경우 펄스 형성부(120)와 방출부(130)를 연결하는 폐루프가 형성되어 펄스 형성부(120) 및 방출부(130)는 펄스 형성부(120)에 충전된 전압을 펄스 신호의 형태로 출력한다. 스위칭부(140)를 사이라트론을 사용하여 구현하였을 경우 사이라트론 내부의 가스 활성화를 위한 예열기 및 펄스 생성 신호 입력 회로가 부수적으로 필요하나 상용 기술이므로 설명 및 도시는 생략한다. 스위칭부(140)는 고전압에서 고속 스위칭 동작을 수행할 수 있는 대표적인 구성요소로 사이라트론을 예로 들었으나 동일한 목적을 수행할 수 있다면 어떠한 구성요소로 대체되어도 무방하다.
제어부(150)는 펄스 형성부(120)에 형성된 충전전압을 측정하고 충전전압을 제어 저전압(최대 10V)으로 다운스케일(예컨대 5000:1)한다. 이렇게 다운스케일된 제어 저전압에 기반한 정보를 충전전압 생성부(110)로 송출한다. 제어 저전압에 기반한 정보는 제어 저전압 자체일 수 있고, 제어 저전압을 기반으로 산출한 충전전압 생성부의 제어 신호일 수 있다. 제어부(150)에 구비된 접지 전극은 제어부(150)에 인가될 수 있는 단락전류 등을 제거하는 역할을 할 뿐만 아니라 참조 전압(Reference Voltage)으로도 이용된다. 펄스 모듈레이터(100)와 같이 단시간에 고전압 고전류가 접지전극으로 흐르는 경우 접지 전극의 전압에 변동이 생기므로 노이즈 신호가 접지 전극에 생성되며 제어부(150)의 제어에 영향을 미친다. 본 실시예에서는 제어부(150)의 접지 전극을 방출부(130), 펄스 형성부(120) 및 스위칭부(140)의 접지전극과 절연된 채 분리 접지하여 접지전극을 통한 노이즈 입력을 차단하였다. 이때 제어부(150)는 제어부(150)의 외함을 통해 접지될 수 있다. 또한, 강압된 제어 저전압에 기반한 정보를 광신호로 변조하여 충전전압 생성부(110)의 컨트롤러에 송출하는 방식을 택하여 전기적인 노이즈 신호의 간섭을 차단하였다. 이때 강압된 충전전압을 기반으로 충전전압 생성부(110)의 구체적인 제어동작을 위하여 필요한 신호를 생성하여 송출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전전압 생성부의 회로도이다.
충전전압 생성부(110)는 정류부(210), H-Bridge(220), 공진부(230), 출력부(240), 충전 제어부(280)를 포함한다.
정류부(210)는 입력된 교류전압/전류를 직류전압/전류로 정류한다. 본 실시예에서는 다이오드와 캐패시터를 조합 연결하여 구현하였다.
H-Bridge(220)는 충전 제어부(280)의 제어에 따라 입력된 전압/전류를 고주파(예컨대 50kHz 이상)의 교류 전압/전류로 변환한다. H-Bridge(220)는 트랜지스터의 H형 배열로 구성되는 일반적인 형태의 H-Bridge(220)를 의미하며, 이때 충전 제어부(280)는 출력 전압/전류의 세기를 제어하기 위하여 각 트렌지스터의 게이트 전극에 인가되는 게이트 신호 펄스폭을 제어한다.
공진부(230)는 LC 공진회로를 이용하며 공진을 통해 전압/전류 증폭 작용과 영전류 스위칭(Zero Current Switching: ZCS) 조건을 형성하여 스위칭 손실을 저감하게 되고, 충전 특성을 향상시킨다. LC 공진회로는 밴드 패스 필터로서 기능하므로 특정 주파수의 교류 전력만을 투과시킨다.
출력부(240)는 H-Bridge(220)와 변압기를 통해 연결되어 직류 전압을 출력한다. 공진부(230)로부터 출력된 전압은 변압기를 통해 승압되어 출력부(240)에 입력된다. 출력부(240)는 승압된 전압을 정류하여 출력한다. 이때 출력 전압은 출력단(285)에서 고전압 케이블(300)의 중심선(310)을 경유하여 펄스 형성부(120)와 연결된다. 출력 전압은 출력단(285)과 접지 전극 사이에 부하를 연결하고, 부하(250)에 인가되는 전압을 측정한 후 전압 배분의 원리에 따라 계산된다. 측정된 전압 값은 전압 측정선(270)을 통해 충전 제어부(280)로 피드백된다. 입력 전류는 출력접지단자에서 출력부(240)로 연결되는 단자를 이용하여 측정되며, 전류 측정선(260)을 경유하여 충전 제어부(280)로 피드백된다.
충전 제어부(280)는 H-Bridge(220)의 게이트 신호의 펄스폭을 조절하여 H-Bridge(220)의 전류량을 조절한다. 충전전압 생성부(110)는 다수의 CCPS가 병렬로 연결된 구조이므로 단일한 신호로 다수의 CCPS가 동시에 제어되는 것이 바람직하다. 따라서 출력부(240)로부터 피드백된 전압 및 전류 값을 입력받아서 제어부(150)로 전송한다. 또한 충전 제어부(280)는 제어부(150)가 피드백된 전압 값, 피드백된 전류 값 및 충전전압을 기초로 생성한 게이트 제어 신호를 수신하여 H-Bridge(220)를 제어한다. 충전 제어부(280)와 제어부(150)의 연결관계 및 신호 입출력 관계는 도 5를 참조하여 설명한다.
접지 전극은 출력단자의 양극 또는 음극 역할을 한다. 일반적으로 CCPS의 접지 전극은 외부와 연결된 고전압 케이블(300)과 연결되어 펄스 모듈레이터의 외함(170)으로 접지되나 본 실시예에서 CCPS의 접지 전극은 외부와 연결된 고전압 케이블(300)과 절연되어 펄스 모듈레이터(100)의 스위칭과 무관하게 접지된다. 따라서 접지 전극에 인가되는 전압은 펄스 모듈레이터(100)의 스위칭으로 생성되는 노이즈와 무관하게 0V로 유지된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 고전압 케이블의 단면도이다.
출력 고전압 케이블(300)은 중심선(310)에 고전압 직류 전류가 인가되고 외부를 둘러싸는 접지도선(320)에는 접지선이 연결된다. 출력 고전압 케이블(300)의 중심선(310)은 충전전압 생성부(110)의 CCPS와 펄스 형성부(120)를 연결하며, 출력 고전압 케이블(300)의 접지 도선(320)은 펄스 모듈레이터의 외함(170)에 연결되어 접지된다. 접지도선(320)은 CCPS의 접지단자와 분리되어 절연된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 모듈레이터의 회로도이다.
펄스 모듈레이터(100)는 충전전압 생성부(110), 펄스 형성부(120), 제어부(150), 스위칭부(140) 및 방출부(130)를 포함한다.
충전전압 생성부(110)는 하나 이상의 CCPS를 병렬로 연결하여 직류 전력을 펄스 형성부(120)에 공급한다. 이때 CCPS가 입력 전력을 고전압 직류 전압으로 변환하는 방법은 도 2를 참조하여 전술하였다. 각각의 CCPS는 제어부(150)의 제어를 통해 출력 전압을 조절한다.
펄스 형성부(120)는 충전전압 생성부(110)로부터 충전된 충전전압을 유지하고 충전전압을 펄스 형태로 변환하는 역할을 한다. 펄스 형성부(120)는 인덕터와 캐패시터를 포함하는 직렬 공진 회로를 다수개 병렬로 연결하여 병렬회로로 구성하고, 각 공진회로의 공진 시정수차에 의해 부하에는 공진이 중첩된 구간 동안에 일정 펄스폭을 가지는 펄스 출력 전압이 인가된다. 본 실시예에서는 펄스 형성부(120)로서 PFN회로를 사용하여 각각 동일한 인덕터와 캐패시터를 갖도록 구성하였다. 펄스 형성부(120)는 일단이 충전전압 생성부(110) 및 스위칭부(140)와 연결되고 타단이 방출부(130)와 연결된다. 펄스 형성부(120)의 최우측에 구성된 다이오드와 저항의 직렬 연결은 방출부(130)에 연결된 부하가 단락된 경우 단락 전류를 방전시켜 주는 역할을 하며, 다이오드는 PFN에 에너지가 충전될 때 저항을 통해 충전 전류가 방전되는 것을 막기 위해 구성하였다.
스위칭부(140)는 입력신호에 따라 회로를 단락 또는 개방시키는 스위치 역할을 한다. 고전압에 사용되는 펄스 생성 스위치로서 사용되는 대표적인 소자는 사이라트론이다. 본 실시예에서도 사이라트론을 펄스 생성을 위한 신호 스위치 소자로 사용하였다. 스위칭부(140)는 충전전압 생성부(110)에서 펄스 형성부(120)로 전압을 충전하는 기간 동안 개방을 유지하고 단락으로 전환하는 순간 펄스 형성부(120)에 저장된 에너지가 단기간에 방전되어 펄스를 방출한다. 스위칭부(140)는 단락이 일어날 때 펄스 형성부(120) 및 방출부(130)와 폐회로를 구성하므로 일단은 펄스 형성부(120)의 입력단이 연결되고 타단은 방출부(130)에 연결된다.
방출부(130)는 외부의 부하와 연결되어 펄스를 방출하고 펄스 방출시 고전압으로 발생할 수 있는 위험으로부터 회로를 보호한다. 방출부(130)는 외부와 연결된 출력단자와 출력단자와 병렬로 연결된 RC 스너버(RC Snubber), 출력단자 및 RC 스너버와 병렬로 연결된 방전경로를 포함할 수 있다. 출력단자는 외부 부하(410)에 펄스를 방출하는 역할을 한다. 외부 부하는 변압기를 사용하여 승압된 전력을 입력받을 수 있다.
RC 스너버(RC Snubber)는 저항과 캐패시터의 직렬연결 구조이며 스위칭부(140)가 스위칭할 때 스파크성 노이즈가 생성되는데, 이를 캐패시터가 일정부분 흡수하는 역할을 한다.
방전 경로는 사이라트론이 개방된 후에 변압기에 남아있는 잔류 자기에너지가 역방향으로 PFN에 충전되지 않도록 방전 경로를 만드는 역할을 한다. 역방향으로 전류가 흐르지 않도록 역할을 하므로 다이오드를 포함한다.
방출부(130)는 전술한 바와 같이 외부의 부하에 고전압이 인가될 때 생성될 수 있는 노이즈나 역방향 전류의 흐름을 줄여주는 역할을 한다. 이들이 포함되지 않아도 펄스를 생성할 수 있으므로 방출부(130)는 본 실시예의 성능을 높이기 위한 부수적인 구성요소이다. 따라서 생략될 수 있다.
제어부(150)는 충전전압을 측정하고 제어 저전압으로 강압한 다음 제어 저전압에 관한 정보를 이용하여 제어 신호를 생성하고 이 신호로 CCPS를 제어하는 역할을 한다. 제어부(150)는 고전압 프로브(430), 정밀 제어기(420) 및 마스터 컨트롤러(440)를 포함한다.
고전압 프로브(430)는 충전전압을 측정하여 제어 저전압으로 강압하여 정밀 제어기(420)로 전송하는 역할을 한다. 도면상에는 펄스 형성부(120)와 충전전압 생성부(110)가 연결되는 접점에서 충전전압을 측정하는 것으로 묘사되어 있으나 스위칭부(140)가 스위칭하지 않는 이상 충전전압 생성부(110)에 전력이 충전되어 동일한 전위를 갖게 되므로 직렬로 연결된 인덕터 상의 어느 점에서 측정하여도 무방하다. 펄스의 전압 변화 추이를 측정하는 기능을 포함한다면 도면과 같이 펄스 형성부(120)와 충전전압 생성부(110)가 연결되는 접점에서 충전전압을 측정하여야 한다. 고전압 프로브(430)의 접지 전극은 펄스 모듈레이터(100)의 접지 전극과 분리되어 접지하여 스위칭 노이즈로부터 받는 영향을 차단한다.
정밀 제어기(420)는 제어 저전압을 입력받고 제어 저전압에 관한 정보 또는 제어 저전압을 기반으로 생성한 제어 신호를 광신호로 변환하여 광케이블을 통해 마스터 컨트롤러(440)로 송출한다. 광신호를 사용하면 전기 신호에 포함된 노이즈의 영향에서 벗어날 수 있다. 이러한 이득을 위하여 광신호를 사용하므로 광신호는 어떠한 형식으로 변조하여도 관계없다.
마스터 컨트롤러(440)는 CCPS에서 측정한 전압 및 전류의 피드백 값을 입력받고 이를 기반으로 CCPS에 포함된 H-Bridge(220)의 게이트 신호를 연산하여 CCPS의 충전 제어부(280)로 전송한다. 구체적인 연산 방법은 공지 기술이므로 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부와 충전전압 생성부를 나타낸 도면이다.
고전압 프로브(430)는 충전전압을 측정하여 제어 저전압으로 강압하여 정밀 제어기(420)로 전송한다. 고전압 프로브(430)는 충전전압을 제어에 사용될 수 있는 저전압으로 강압하며 이 비율은 5000:1일 수 있다. 강압된 제어 저전압은 하드 와이어를 통해 정밀 제어기(420)로 전송된다. 고전압 프로브(430)의 접지 전극은 펄스 모듈레이터(100)의 접지 전극과 분리되어 접지하여 스위칭 노이즈로부터 받는 영향을 차단한다.
정밀 제어기(420)는 제어 저전압을 입력받고 제어 저전압에 관한 정보 또는 제어 저전압을 기반으로 생성한 제어정보를 광신호로 변환하여 광케이블을 통해 마스터 컨트롤러(440)로 송출한다. 광신호를 사용한 경우 전기 신호에 포함된 노이즈의 영향에서 벗어날 수 있다. 이러한 이득을 위하여 광신호를 사용하므로 광신호는 어떠한 형식으로 변조하여도 관계없다. 이때 제어정보는 충전전압 생성부(110)에서 생성하는 전압의 크기에 대한 정보와 충전전압 생성부(110)에서 생성하는 전류의 크기에 대한 정보일 수 있다.
마스터 컨트롤러(440)는 CCPS에서 측정한 전압 및 전류의 피드백 값을 입력받고 이를 기반으로 CCPS에 포함된 H-Bridge(220)의 게이트 신호를 연산하여 CCPS의 충전 제어부(280)로 전송한다. 충전전압 생성부(110)는 동일한 구조의 CCPS를 병렬로 연결한 형태로 구현되므로 게이트 신호나 피드백 값이 동일하다. 게이트 신호를 전송하는 시점과 피드백 값을 입력받는 시점을 분리한다면 하나의 제어 전극을 통해 CCPS를 동시에 제어할 수 있다. 따라서 CCPS의 충전 제어부(280)는 입출력만을 담당하고 구체적인 연산은 측정값의 평균치를 사용하여 마스터 컨트롤러(440)에서 연산하는 편이 간이하다.
CCPS는 각각 CCPS 공통 접지선을 통해 펄스 모듈레이터(100)와 분리되어 접지된다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 펄스 모듈레이터 110: 충전전압 생성부
120: 펄스 형성부 130: 방출부
140: 스위칭부 150: 제어부
170: 펄스 모듈레이터의 외함 210: 정류부
220: H-Bridge 230: 공진부
240: 출력부 260: 전류측정선
270: 전압측정선 280: 충전 제어부
300: 고전압 케이블 310: 중심선
320: 접지도선 410: 외부부하
420: 정밀 제어기 430: 고전압 프로브
440: 마스터 컨트롤러

Claims (10)

  1. 입력전력을 정류하여 기설정된 전압으로 제어된 직류전력을 생성하는 충전전압 생성부;
    일단에서 상기 충전전압 생성부로부터 발생한 전압을 인가받아 충전하고, 충전된 전압을 펄스로 변환하여 출력하는 펄스 형성부;
    상기 충전된 전압의 크기를 측정하고 측정결과를 상기 충전전압 생성부로 피드백하는 제어부;
    상기 펄스 형성부에 연결되어 상기 펄스를 외부로 방출하고 상기 충전전압 생성부의 접지단자와 분리된 접지단자를 구비한 방출부; 및
    상기 펄스 형성부와 상기 방출부 사이에 연결되어, 폐회로를 구성하고 상기 충전되는 동안은 상기 폐회로가 개방 상태가 되고 상기 펄스를 방출하는 동안은 상기 폐회로가 단락 상태가 되는 스위칭부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정결과를 광신호로 변조하여 상기 충전전압 생성부로 전송하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정결과를 바탕으로 제어 신호를 생성하고 상기 제어 신호를 광신호로 변조하여 상기 충전전압 생성부로 전송하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전전압의 크기를 강압한 제어 저전압을 측정하는 고전압 프로브;
    상기 제어 저전압을 수신하여 상기 제어 저전압에 대한 정보를 이용하여 제어를 위한 제어정보를 생성하고 상기 제어정보를 광신호로 변환하는 정밀 제어기; 및
    상기 광신호를 이용하여 상기 충전전압 생성부를 제어하는 충전 제어신호를 생성하는 마스터 컨트롤러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어정보는,
    상기 충전전압 생성부에서 생성하는 전압의 크기 정보 및 상기 충전전압 생성부에서 생성하는 전류의 크기 정보를 포함하는 정보인 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전전압 생성부는,
    상기 충전전압 출력접지단자로부터 출력전류를 입력받아 상기 펄스 형성부로 충전전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전전압 생성부는,
    상기 출력전류의 크기를 측정하여 상기 출력전류가 과전압, 과전류가 생성되는 것을 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
  8. 입력전력을 정류하여 기설정된 전압으로 제어된 직류전력을 생성하는 충전전압 생성부;
    일단에서 상기 충전전압 생성부로부터 발생한 전압을 인가받아 충전하고, 충전된 전압을 펄스로 생성하여 출력하는 펄스 형성부;
    상기 충전된 전압의 크기를 측정한 충전전압에 대한 정보를 광신호로 변환하여 상기 충전전압 생성부로 피드백하는 제어부;
    상기 펄스 형성부에 연결되어 상기 펄스를 외부로 방출하는 방출부; 및
    상기 펄스 형성부와 상기 방출부 사이에 연결되어, 폐회로를 구성하고 상기 충전되는 동안은 상기 폐회로가 개방 상태가 되고 상기 펄스를 방출하는 동안은 상기 폐회로가 단락 상태가 되는 스위칭부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전전압에 대한 정보는,
    상기 충전전압의 크기 또는 상기 충전전압의 크기에 따라 상기 충전전압 생성부를 제어하는 제어신호
    를 포함하는 것을 특징으로하는 펄스 모듈레이터.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 방출부는,
    상기 스위칭부가 스위칭시 발생하는 스파크성 노이즈를 줄여주는 RC 스너버(Snubber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 모듈레이터.
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