KR101485349B1 - 반도체 스위치 소자와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치 - Google Patents

반도체 스위치 소자와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101485349B1
KR101485349B1 KR20130130926A KR20130130926A KR101485349B1 KR 101485349 B1 KR101485349 B1 KR 101485349B1 KR 20130130926 A KR20130130926 A KR 20130130926A KR 20130130926 A KR20130130926 A KR 20130130926A KR 101485349 B1 KR101485349 B1 KR 101485349B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
power supply
unit
magnetron
semiconductor switch
Prior art date
Application number
KR20130130926A
Other languages
English (en)
Inventor
최영욱
최재구
김관호
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR20130130926A priority Critical patent/KR101485349B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101485349B1 publication Critical patent/KR101485349B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/664—Aspects related to the power supply of the microwave heating apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/68—Circuits for monitoring or control
    • H05B6/681—Circuits comprising an inverter, a boost transformer and a magnetron
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/66—Circuits
    • H05B6/68—Circuits for monitoring or control
    • H05B6/686—Circuits comprising a signal generator and power amplifier, e.g. using solid state oscillators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
    • H05H2007/022—Pulsed systems
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
    • H05H2007/027—Microwave systems
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2277/00—Applications of particle accelerators
    • H05H2277/10—Medical devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

본 발명은 마그네트론 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체 스위치 소자와 일시적인 과전압 내지 과전류에 대한 보호 회로를 포함하여 구성된 마그네트론 전원 공급 장치에 관한 것이다.
본 발명은 직렬 연결되는 두 개의 반도체 스위치 소자를 포함하여 구성되는 단위 전원 스위치; 상기 단위 전원 스위치와 직렬 연결되는 전원 콘덴서를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈; 하나 이상의 상기 단위 전원 모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부; 상기 전원 콘덴서를 충전하는 충전 회로; 및 상기 각 반도체 스위치 소자 및 그에 직렬 연결되는 전원 콘덴서의 양쪽 끝단에 병렬 연결되는 보호 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치를 개시하며, 본 발명에 의하여 반도체 스위치 소자와 그에 대한 보호 회로를 포함하여 마그네트론 전원 공급 장치를 구성함으로써, 사용 환경에 따른 상기 반도체 스위치 소자의 파손 또는 열화를 방지할 수 있어 반영구적 수명을 가지는 마그네트론 전원 공급 장치를 구현하는 효과를 갖는다.

Description

반도체 스위치 소자와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치 {Power supply unit for magnetron using semiconductor switch component and protection circuit}
본 발명은 마그네트론 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체 스위치 소자와 일시적인 과전압 내지 과전류에 대한 보호 회로를 포함하여 구성된 마그네트론 전원 공급 장치에 관한 것이다.
마그네트론(Magnetron)은 전기장과 자기장이 서로 수직으로 인가되는 교차장(crossed field)이 존재하는 진공 환경에서 발생된 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환하여 방사하는 고효율, 고출력의 전자기파 발생 장치이다. 마그네트론은 다양한 용도로 응용되고 있는데, 915MHz 대역의 마이크로파 해동/가열 시스템으로부터 2.45GHz의 마이크로파 오븐, 9.5GHz 대역의 선박용 레이더, 35GHz 대역의 기상 관측용 레이더, 95GHz 대역의 공항 관제용 레이더 등의 시스템에 적용되고 있고, 그 외에도 다양한 분야에서 사용되고 있다.
이러한 마그네트론에 전력을 공급하기 위한 전원 공급 장치도 또한 그 용도에 따라 다양한데, 특히 고전압 대전류가 사용되는 마그네트론의 경우, 그 특성에 따라 통상 싸이러트론(Thyratron)을 스위치로 사용하여 전원 공급 장치를 구성하여 마그네트론을 구동시켜 왔다. 예를 들어, 근래 의료용 중입자 가속기 등 다양한 용도로 사용되고 있는 입자 가속기의 경우, 마그네트론의 양극 전압(anode volatage)은 약 30~50kV, 양극 전류(anode current)는 약 80~100A를 가지며, 주기적으로 약 4~5μs의 펄스폭(pulse width)을 가지는 펄스가 생성되는 규격의 전원 공급 장치가 구성되어 적용된다. 이에 따라서 여기에 적용되는 스위치도 고전압 및 대전류의 전원을 제어할 수 있는 특성을 가지는 싸이러트론(Thyratron)이 많이 사용되어 왔다. 도 1에서는 상기한 구조를 가지는 종래의 마그네트론 전원 공급 장치를 도시하고 있고, 도 2에서는 상기한 펄스를 포함하는 전원의 파형을 예시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 펄스 형성 네트워크(Pulse Forming Network, PFN)와 연결된 싸이러트론(110)이 스위치로서 동작하면서 펄스 파형을 형성하게 된다. 그런데, 이러한 싸이러트론(110)은 양극과 음극 사이에 그리드를 하나 또는 둘 가진 열음극방전관(음극을 가열하여 열전자방출을 이용하는 방전관) 내지 그리드 제어 방전관으로서 관 속에 음극, 그리드, 양극의 전극이 있고 수소, 비활성기체, 수은증기 등의 가스가 봉입되어 있는 구조를 가지는 바, 사용 환경에 따라 달라질 수는 있으나, 일반적인 반도체 스위치 소자와 비교할 때 그 수명이 짧다는 문제가 있다. 이와 함께, 싸이러트론(110)은 높은 규격의 전기적 특성이 요구되는 바 그 단가가 상당히 높기 때문에, 짧은 수명에 따른 주기적인 교체 비용이 크게 상승하게 된다는 문제점이 있다.
이에 대한, 개선책으로 반도체 스위치 소자를 사용하여 상기 싸이러트론(110)을 대체하는 전원 공급 장치를 구성하는 방안을 고려할 수 있다. 도 3에서는 복수개의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용하여 전원 공급 장치를 구성한 예를 도시하고 있다. 그러나 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 등 반도체 스위치 소자를 포함하는 전원 공급 장치를 사용하는 경우, 전원 공급 장치에 연결되는 마그네트론 등 부하나 외부 회로의 특성에 따라 시정수(time constant)가 달라지거나, 경우에 따라서는 전압 또는 전류 파형에 오버슈트(overshoot)가 발생하게 되어, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 정격 전압 내지 전류의 범위를 순간적으로 넘어서면서 상기 소자를 파손시키거나, 또는 소자 내부에 손상이 축적되면서 상기 반도체 스위치 소자를 열화시키는 문제점을 일으킬 수 있다.
따라서, 마그네트론 전원 공급 장치의 수명을 제한할 수 있는 싸이러트론 등의 부품을 반도체 스위치 소자로 대체하여 전원 공급 장치를 구성함과 동시에, 사용 환경에 따른 상기 반도체 스위치 소자의 파손과 열화를 방지할 수 있는 보호 회로를 포함하는 것이 필요하나, 아직까지 이를 만족시킬 수 있는 적절한 마그네트론 전원 공급 장치가 제시되지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 마그네트론 전원 장치에서 사용되는 싸이러트론 스위치의 단수명에 의한 높은 유지 관리 비용 문제를 해결할 수 있도록 반도체 스위치 소자를 사용하여 전원 공급 장치를 구성하면서도, 사용 환경에 따른 상기 반도체 스위치 소자의 파손 또는 열화를 방지할 수 있는 마그네트론 전원 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 마그네트론 전원 공급 장치는 직렬 연결되는 두 개의 반도체 스위치 소자를 포함하여 구성되는 단위 전원 스위치; 상기 단위 전원 스위치와 직렬 연결되는 전원 콘덴서를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈; 하나 이상의 상기 단위 전원 모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부; 상기 전원 콘덴서를 충전하는 충전 회로; 및 상기 각 반도체 스위치 소자 및 그에 직렬 연결되는 전원 콘덴서의 양쪽 끝단에 병렬 연결되는 보호 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반도체 스위치 소자로서 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 보호 다이오드를 2개 이상 병렬 연결하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 전원부의 출력 단자에 직렬 연결되는 보호 저항을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호 저항은 5 ~ 20 Ohm의 저항값을 가질 수 있다.
또한, 상기 충전 회로와 전원 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원부의 전원 출력 신호의 왜곡(Distortion)을 보상하여 주는 전원 보정 회로를 더 포함하며, 상기 전원 보정 회로는 상기 단위 전원 스위치와 상기 전원 콘덴서의 사이에 삽입될 수 있다.
또한, 상기 전원 보정 회로는 병렬로 연결된 콘덴서와 인덕터를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 마그네트론은 앞서 기재된 마그네트론 전원 공급 장치를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부; 및 상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 입자 가속기는 앞서 기재된 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론; 입자를 발생시키는 입자 생성부; 및 상기 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 스위치 소자와 그에 대한 보호 회로를 포함하여 마그네트론 전원 공급 장치를 구성함으로써, 사용 환경에 따른 상기 반도체 스위치 소자의 파손 또는 열화를 방지할 수 있어 반영구적 수명을 가지는 마그네트론 전원 공급 장치를 구현하는 효과를 갖는다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 싸이러트론을 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 싸이러트론을 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 파형 그래프이다.
도 3은 종래 기술에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 5는 본 발명을 적용할 수 있는 전원 보정 회로를 포함하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 회로에 의한 전압 출력 파형 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 회로에 의한 전류 출력 파형 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은, 종래 기술에 따라 싸이러트론(Thyratron)을 사용하여 마그네트론 전원 장치를 구성할 경우, 싸이러트론의 단수명 및 높은 단가로 인하여 주기적인 교체 비용이 커지게 되어 마그네트론의 유지 관리 비용이 크게 증가하게 되고, 또한 상기 싸이러트론 대신 반도체 스위치 소자를 사용하여 상기 전원 장치를 구성하는 경우 사용 환경에 따른 상기 반도체 스위치 소자의 파손 또는 열화가 발생할 수 있다는 문제점에 착안하여, 상기 싸이러트론을 사용한 마그네트론 전원 공급 장치의 수명을 개선하기 위하여 반도체 스위치 소자와 함께 그에 대한 보호 회로를 포함하여 상기 마그네트론 전원 공급 장치를 구성함으로써, 사용 환경에 따른 상기 반도체 스위치 소자의 파손 또는 열화를 방지할 수 있는 마그네트론 전원 공급 장치를 개시하는 것을 특징으로 한다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(400)의 회로도를 도시하고 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마그네트론 전원 공급 장치(400)는 직렬 연결되는 두 개의 반도체 스위치 소자를 포함하여 구성되는 단위 전원 스위치(314), 상기 단위 전원 스위치(314)와 직렬 연결되는 전원 콘덴서(312)를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈(310), 하나 이상의 상기 단위 전원 모듈(310)이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부, 상기 전원 콘덴서(312)를 충전하는 충전 회로(320) 및 상기 각 반도체 스위치 소자 및 그에 직렬 연결되는 전원 콘덴서(312)의 양쪽 끝단에 병렬 연결되는 보호 다이오드(420)를 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 살핀다면, 앞서 살핀 바와 같이 마그네트론 전원 공급 장치의 출력 전압은 통상 상당히 높은 값(예를 들어, 선형 가속기 등에 사용되는 경우 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 약 40kV 내외)을 가지며, 이와 같은 높은 전압을 반도체 스위치 소자로 스위칭하기 위해서 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 복수개의 반도체 스위치 소자를 직렬로 연결하여 사용하게 된다. 또한, 상기와 같이 높은 전압을 출력하기 위하여 복수개의 전원 콘덴서(312)에 충전 회로(320)를 연결하여 각 전원 콘덴서(312)를 충전하여 준 후, 동기화된 제어 신호를 통하여 상기 반도체 스위치 소자를 도통시켜줌으로써 도 2와 같은 출력을 얻을 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 충전 회로(320)가 상기 전원 콘덴서(312)를 충전시켜 소정의 전압 레벨까지 상승시키게 되고, 이를 포함하는 일련의 단위 전원 모듈(310)이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부의 출력은 상기 각 단위 전원 모듈(310)의 전압 레벨의 합에 근접하게 된다. 예를 들어 도 4의 경우를 살펴보면, 각 단위 전원 모듈(310)의 전원 콘덴서(312)에는 600V의 전압이 걸려 있는 상태이므로, 상기 단위 전원 모듈(310)이 70개 직렬로 연결되어 구성된 전원부의 출력 전압은 42kV에 근접하게 된다. 이어서, 상기 단위 전원 스위치(314)를 단속하면서 펄스 파형을 형성하게 된다. 덧붙여, 상기 충전 회로(320)는 하나의 회로로서 구성될 수도 있으나, 각 단위 전원 모듈(310) 별로 독립적으로 구성되는 충전 모듈이 집합을 이루어 전체 충전 회로(320)를 구성할 수도 있다.
이때, 상기 전원 스위치(314)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 등 반도체 스위치 소자를 사용하여 구성될 수 있다. 종래 많이 사용되었던 싸이러트론(110)의 수명이 길지 못한데 반하여, 고체 소자로 형성되는 반도체 스위치 소자를 사용하여 상기 단위 전원 스위치(314)를 구성할 경우, 그 수명을 크게 늘릴 수 있게 된다. 이에 따라, 높은 단가의 싸이러트론(110)의 교체에 따른 높은 유지 관리 비용을 상당 부분 절감할 수 있게 된다.
그런데, 앞서 살핀 바와 같이, 마그네트론의 특성 내지 사용 환경에 따라서는 단위 전원 스위치(314)를 단속하여 마그네트론 등의 부하에 전원을 공급하거나 공급되는 전원을 끊는 경우, 순간적으로 전압 또는 전류 파형에 오버슈트(overshoot)가 나타날 수 있다. 도 6와 도 7은 도 4의 출력 전압 및 전류 파형 그래프이며, 도 6(a)에서는 전압 파형에 대하여, 도 7(a)에서는 전류 파형에 대하여 오버슈트가 나타나는 경우의 예를 보여주고 있다.
이와 같이 전압 또는 전류 파형에 오버슈트가 나타날 경우, 그 오버슈트의 정도에 따라서는 각 반도체 스위치 소자의 정격 전압 또는 정격 전류를 넘어설 수 있어, 각 반도체 스위치 소자를 파손시키거나, 소자의 내부 구조에 손상을 가하면서 그 성능을 열화시킬 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에서는 이를 방지하기 위한 보호 회로를 부가하도록 하였다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 단위 전원 스위치(314)를 직렬 연결되는 두 개의 반도체 스위치 소자를 포함하여 구성한 후, 상기 각 반도체 스위치 소자 및 그에 직렬 연결되는 전원 콘덴서(312)의 양쪽 끝단에 병렬 연결되는 보호 다이오드(420)를 추가하여 줌으로써 도 6(a)에서 볼 수 있는 출력 전압의 오버슈트를 클램핑(clamping)하여 도 6(b)와 같이 안정적인 전압 출력 파형을 유지하도록 할 수 있다. 이때, 사용 환경 및 보호 다이오드(420)의 특성에 따라서는 상기 보호 다이오드(420)를 2개 이상 병렬 연결하여 사용하는 것도 가능하다.
더 나아가, 도 4에서와 같이 전원부의 출력 단자에 연결되는 보호 저항(430)을 더 포함함으로써, 도 7(a)에서 볼 수 있는 전류 파형의 오버슈트를 도 7(b)와 같이 감쇄시켜 상기 반도체 스위치 소자를 보호하는 것도 가능하다. 여기서, 상기 보호 저항(430)은 그 사용 환경에 따라 5 내지 20 Ohm의 범위 내에서 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따르는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(400)는 충전 회로(320)와 단위 전원 스위치(314)의 동작을 제어하는 제어부(330)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(330)는 마그네트론에 필요한 전압 및 펄스 파형을 고려하여 각 단위 전원 모듈(310)의 전원 콘덴서(312)에 충전되는 전압 레벨을 결정하여 충전하고, 필요한 펄스의 폭 등 파형을 고려하여 상기 단위 전원 스위치(314)와 충전 회로(320)가 적절하게 동작할 수 있도록 제어하는 역할을 수행하게 된다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따르는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(400)는 상기 전원부의 전원 출력 신호의 왜곡(Distortion)을 보상하여 주는 전원 보정 회로(510)를 더 포함할 수도 있다. 상기 전원 보정 회로는 병렬로 연결된 콘덴서와 인덕터를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 단위 전원 스위치(314)와 전원 콘덴서(312) 사이에 삽입되어 상기 전원부의 출력 파형이 정확한 펄스 파형을 유지할 수 있도록 보상해 주는 역할을 수행한다. 도 5에서는 상기한 전원 보정 회로(510)가 추가된 마그네트론 전원 공급 장치를 보여주고 있다. 상기와 같이 전원 보정 회로(510)가 추가된 경우라 하더라도, 앞서 살핀 경우와 마찬가지로, 각 반도체 스위치 소자 및 그에 직렬 연결되었던(현재는 그 사이에 상기 전원 보정 회로(510)를 포함하는) 전원 콘덴서(312)의 양쪽 끝단에 병렬 연결되는 보호 다이오드(420)를 추가함으로써 일시적인 전압의 오버슈트에도 안정적으로 동작할 수 있는 마그네트론 전원 공급 장치를 구성할 수 있게 된다.
더 나아가, 앞서 기술한 본 발명의 일 실시예에 따르는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(400)는 이를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부를 구성할 수 있고, 이와 함께 상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 마그네트론을 구성하는 것도 당연히 가능하다.
또한, 이렇게 구성된 마그네트론은 입자를 발생시키는 입자 발생부 및 상기 마그네트론에서 발생되는 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 입자 가속기를 이용하여 의료 목적의 중입자 가속기 등 다양한 입자 가속기를 구성할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 싸이러트론
310 : 단위 전원 모듈
312 : 전원 콘덴서
314 : 단위 전원 스위치
320 : 충전 회로
330 : 제어부
400 : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치
410 : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터
420 : 보호 다이오드
430 : 보호 저항
510 : 전원 보정 회로

Claims (10)

  1. 직렬 연결되는 두 개의 반도체 스위치 소자를 포함하여 구성되는 단위 전원 스위치;
    상기 단위 전원 스위치와 직렬 연결되는 전원 콘덴서를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈;
    하나 이상의 상기 단위 전원 모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부;
    상기 전원 콘덴서를 충전하는 충전 회로; 및
    상기 각 반도체 스위치 소자 및 그에 직렬 연결되는 전원 콘덴서의 양쪽 끝단에 병렬 연결되는 보호 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 스위치 소자로서 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 다이오드를 2개 이상 병렬 연결하여 사용하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원부의 출력 단자에 직렬 연결되는 보호 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보호 저항은 5 ~ 20 Ohm의 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로와 전원 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전원부의 전원 출력 신호의 왜곡(Distortion)을 보상하여 주는 전원 보정 회로를 더 포함하며,
    상기 전원 보정 회로는 상기 단위 전원 스위치와 상기 전원 콘덴서의 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원 보정 회로는 병렬로 연결된 콘덴서와 인덕터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.
  9. 제1항에 기재된 마그네트론 전원 공급 장치를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부; 및
    상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
  10. 제9항에 기재된 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론;
    입자를 발생시키는 입자 생성부; 및
    상기 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자 가속기.
KR20130130926A 2013-10-31 2013-10-31 반도체 스위치 소자와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치 KR101485349B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130130926A KR101485349B1 (ko) 2013-10-31 2013-10-31 반도체 스위치 소자와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130130926A KR101485349B1 (ko) 2013-10-31 2013-10-31 반도체 스위치 소자와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101485349B1 true KR101485349B1 (ko) 2015-01-26

Family

ID=52592312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130130926A KR101485349B1 (ko) 2013-10-31 2013-10-31 반도체 스위치 소자와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101485349B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3501136B2 (ja) 2001-03-19 2004-03-02 松下電器産業株式会社 マグネトロン駆動用電源
JP3708469B2 (ja) 2001-09-28 2005-10-19 松下電器産業株式会社 マグネトロン駆動用電源
JP3763282B2 (ja) 2002-02-21 2006-04-05 富士電機機器制御株式会社 誘導加熱装置の制御方法、回路方式
KR100766534B1 (ko) 2000-09-27 2007-10-15 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 마그네트론 구동용 전원

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100766534B1 (ko) 2000-09-27 2007-10-15 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 마그네트론 구동용 전원
JP3501136B2 (ja) 2001-03-19 2004-03-02 松下電器産業株式会社 マグネトロン駆動用電源
JP3708469B2 (ja) 2001-09-28 2005-10-19 松下電器産業株式会社 マグネトロン駆動用電源
JP3763282B2 (ja) 2002-02-21 2006-04-05 富士電機機器制御株式会社 誘導加熱装置の制御方法、回路方式

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9072159B2 (en) High-frequency power supply device and ignition voltage selection method
JP5532720B2 (ja) 同軸磁化プラズマ生成装置
Mao et al. A pulse step modulator high-voltage power supply for auxiliary heating system on the HL-2A tokamak
KR101689361B1 (ko) 의료용 전자가속기의 삼극관 전자총 전원공급장치
KR101485342B1 (ko) 보호 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치
KR101485349B1 (ko) 반도체 스위치 소자와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치
KR101485344B1 (ko) 반도체 스위치 소자와 잡음 제거 회로를 이용하는 마그네트론 전원 공급 장치
KR101533632B1 (ko) 잡음 제거 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치
Reass Survey of high‐voltage pulse technology suitable for large‐scale plasma source ion implantation processes
KR101520251B1 (ko) 전원 보정 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치
KR101485352B1 (ko) 반도체 스위치 소자와 종단 부하를 이용하는 마그네트론 전원 공급 장치
KR101478800B1 (ko) 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 제어 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치
KR101485351B1 (ko) 잡음 제어 펄스 전원 장치
Lim et al. Solid-state pulse modulator using Marx generator for a medical linac electron-gun
KR20150021204A (ko) 마그네트론 전원 공급 장치
US11770892B2 (en) High-frequency amplifier assembly for a high-frequency generator
KR20160142448A (ko) 스파크 노이즈 필터와 순간 과전류 보호 회로를 구비하는 마그네트론 전원 공급 장치
KR101531649B1 (ko) 자이로트론 전원 장치 및 이를 이용한 전원 공급 방법
Jang et al. Development of a 5.8 MW dual output high voltage power supply with pulse step modulator module for KSTAR Helicon current drive system
IL215745A (en) An amplifier with a voltage cascade and a method for activating electron tubes in the cascade
KR101564683B1 (ko) 의료용 전자가속기의 전자총 전원공급장치
KR101689359B1 (ko) 의료용 전자가속기의 이극관 전자총 전원공급장치
CN117792142B (zh) 一种大功率高频脉冲等离子体电源及其充放电方法
EP3364440A1 (en) Iot based power system
Baba et al. Pulsed modulator for C-band klystron

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee