KR101516877B1 - 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치 - Google Patents

트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저주파 펄스 파형의 기본파 및 고조파 성분을 트랜스포머를 통하여 각각 승압시킨 후 이를 하나로 합하여 고전압 펄스를 발생시키는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치는 기본파 및 복수의 홀수 고조파 성분으로 이루어진 저전압 펄스 파형을 발생시키는 저전압 발생부(100)와; 상기 저전압 발생부(100)를 통하여 발생되는 저전압 펄스 파형의 기본파 및 홀수 고조파 성분을 각각 트랜스포머를 통하여 고전압 성분으로 승압하는 트랜스포머 회로부(200)와; 상기 트랜스포머 회로부(200)를 통하여 승압된 고전압 성분을 합하여 고전압 펄스를 발생시키는 고전압 전극부(300);를 포함하여 이루어져, 별도의 스위칭 회로나 진공관을 사용하지 않고 트랜스포머를 통하여 간단하게 고전압 펄스를 발생시킬 수 있게 된다.

Description

트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치 {High Voltage Pulse Generator using Transformers}
본 발명은 고전압 펄스 발생 장치에 관한 것으로, 특히 저주파 펄스 파형의 기본파 및 고조파 성분을 트랜스포머를 통하여 각각 승압시킨 후 이를 하나로 합하여 고전압 펄스를 발생시키는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치에 관한 것이다.
고전압 펄스를 만드는 연구가 많이 진행되어 있으며 근래에는 고전압에서 높은 주파수의 펄스를 만드는 연구가 진행되고 있다. 이러한 고전압 펄스의 응용분야로는 음이온 공기 청정기, 펄스방전에 의하여 발생되는 플라즈마에 의한 자동차 연소효율 증가, 이온 물질 표면처리, 음식물 부패방지, 살균소독, 여러 환경정화 등 여러 분야가 있다.
일반적으로 고전압 정현파를 사용할 경우 발생되는 전자의 에너지는 시간적으로 일정하지 않게 되지만, 고전압 펄스를 사용할 경우 전자에너지는 균일하게 되기 때문에 적용 효율을 높일 수 있게 된다. 이러한 고전압 펄스 발생 방법으로는 IGBT switch 및 step-up 트랜스포머를 사용하는 방식과, 진공관(HT) 회로 방식, RCD 회로를 이용한 방식, 트랜스포머와 병렬로 역방향 다이오드를 사용한 방식 등 여러 가지 방법이 있으며, 이를 통하여 1-40 kV 고전압 펄스를 발생시키고 있다.
하지만, 이러한 종래 고전압 펄스 발생 장치들은 일반적으로 고전압 및 대용량 전력을 펄스화 하기 위하여 스위칭 회로나 진공관 등을 사용하게 되는데, 이러한 스위칭 회로 및 진공관은 그 구성이 복잡하고 동작에 한계가 있기 때문에 고전압 펄스 발생 장치의 전체적인 구성이 복잡해지고 제작 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0088217호 (2011.08.03)
본 발명은 상기 종래 고전압 펄스 발생 장치의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 스위칭 회로나 진공관 필요없이 트랜스포머를 통하여 저전압 펄스를 고전압 펄스로 승압시켜 출력할 수 있도록 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생장치는 기본파 및 복수의 홀수 고조파 성분으로 이루어진 저전압 펄스 파형을 발생시키는 저전압 발생부와; 상기 저전압 발생부를 통하여 발생되는 저전압 펄스 파형의 기본파 및 홀수 고조파 성분을 각각 트랜스포머를 통하여 고전압 성분으로 승압하는 트랜스포머 회로부와; 상기 트랜스포머 회로부를 통하여 승압된 고전압 성분을 합하여 고전압 펄스를 발생시키는 고전압 전극부;를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 저전압 발생부는 푸리에 급수(Fourier Series)를 통하여 저전압 펄스 파형을 형성하게 된다. 또한, 상기 저전압 발생부는 PWM(Pulse Width Modulation)을 통하여 저전압 펄스 파형의 기본파 및 고조파 성분들의 펄스폭을 변화시킬 수 있다. 이렇게, 상기 저전압 발생부에 의해 발생되는 저전압 펄스 파형은 기본파인 2.5kHz 펄스 파형과, 홀수 고주파 성분인 7.5kHz, 12.5kHz, 17.5kHz, 22.5kHz, 27.5kHz 펄스 파형을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 저전압 발생부를 통하여 발생하는 저전압 펄스 파형의 기본파 및 홀수 고조파 성분은 병렬로 트랜스포머 회로부의 트랜스포머에 인가되게 된다.
한편, 상기 트랜스포머 회로부의 각 트랜스포머를 통하여 승압된 고전압 성분은 고전압 전극부에 직렬로 합쳐져 고전압 펄스가 형성되게 된다.
또한, 상기 트랜스포머 회로부에 구비된 각각의 트랜스포머는 입력단에 1차 권선의 저항 및 인덕턴스와 자화에 의한 인덕턴스 및 자화 손실저항이 형성되고, 출력단에 2차 권선의 인덕턴스 및 저항과 외부에서 출력단에 인가되는 커패시턴스가 형성된다. 또한, 상기 입력단에 커패시턴스가 형성되고, 상기 입력단과 출력단 사이에 커패시턴스가 형성된다. 여기에서, 상기 외부에서 출력단에 인가되는 커패시턴스와 출력단의 2차 권선 인덕턴스의 공진주파수에 따라 각 트랜스포머의 대역통과 특성이 결정되게 된다.
상기 고전압 전극부를 통하여 출력되는 고전압 펄스는 1∼30kV의 고전압 및 50∼100kW의 고전력을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 고전압 펄스 발생장치는 저주파 펄스의 기본파와 고조파 성분들을 각각 트랜스포머로 승압시킨 후 이들을 합성하여 고전압 펄스를 발생시킴으로 고전압 대용량의 펄스를 발생시킬 수 있으며, 별도의 스위칭 회로나 진공관을 사용하지 않고 트랜스포머를 통하여 고전압 펄스를 발생시킴으로써 장치를 간단하게 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 펄스 발생장치의 전체적인 개념을 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고전압 펄스 발생 장치의 회로도
도 3은 상기 도 2에 도시된 고전압 펄스 발생 회로의 기본파 등가회로도,
도 4는 상기 도 2의 기본파 등가회로가 변화된 Miller 기본파 등가회로도,
도 5는 상기 도 3에 도시된 기본파 등가회로의 입력단과 출력단 분리 회로도,
도 6은 상기 도 5의 출력단 기본파 등가회로도,
도 7은 상기 도 6의 기본파 등가회로에서 11 고조파의 공진 회로도,
도 8은 상기 도 6의 기본파 등가회로에서 9 고조파와 11 고조파의 합성 공진 회로도,
도 9는 상기 도 6의 기본파 등가회로에서 기본파의 출력 등가회로도,
도 10은 상기 도 5의 출력단의 3 고조파 등가회로도,
도 11은 상기 도 10의 3차 고조파 등가회로를 간략화한 등가회로도,
도 12는 상기 도 5의 출력단의 5 고조파의 등가회로도,
도 13은 상기 도 12의 5 고조파의 등가회로를 간략화한 등가회로도,
도 14 내지 도 19는 본 발명에 따른 기본파와 5개의 고조파로 이루어진 고전압 펄스 발생회로에서 저전압 기본파와 각 고조파들을 인가하였을 경우 출력 고전압 펄스 신호의 Matlab 측정 결과 일례,
도 20은 상기 도 5의 기본파 입력단에서 자화에 의해 인덕턴스에 따른 출력 파형의 영향을 나타낸 일례,
도 21은 상기 도 5의 기본파 출력단에서 외부 커패시터와 고압측 인덕턴스의 공진주파수 특성에 의한 기본파 스펙트럼 일례,
도 22는 상기 도 14 내지 도 19에 따른 시간 영역에서의 출력 전압 파형 일례를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 펄스 발생장치의 전체적인 개념을 나타낸 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 펄스 발생장치는 저전압 펄스 파형을 발생시키는 저전압 발생부(100)와, 저전압 펄스를 고전압 펄스로 변환하는 트랜스포머 회로부(200)와, 고전압 펄스를 출력하는 고전압 전극부(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 저전압 발생부(100)는 저전압 펄스 파형을 발생시켜 출력하는 회로로서, 이 저전압 발생부(100)는 기본파와 여러 개의 홀수 고조파(3 고조파, 5 고조파, 7 고조파, 9 고조파, 11 고조파) 성분으로 이루어지는 저전압 펄스를 푸리에 급수(Fourier Series)를 이용하여 발생시켜 트랜스포머 회로부(200)에 인가하게 된다.
상기 트랜스포머 회로부(200)는 저전압 발생부(100)를 통하여 발생하는 저전압 펄스 파형을 승압하여 고전압 펄스 성분으로 변환하는 회로로서, 이 트랜스포머 회로부(200)는 저전압 발생부(100)를 통하여 출력되는 저전압 펄스 파형의 기본파와 여러 홀수 고조파 성분들을 복수의 트랜스포머(1∼6))를 통하여 병렬로 입력받은 후, 기본파 및 고조파 성분으로 분리하여 고전압 펄스로 승합하여 출력하게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 트랜스포머 회로부(200)의 각 트랜스포머는 출력단의 외부 커패시터와 고압측 인덕턴스의 공진주파수를 통하여 대역 통과 필터 특성을 갖도록 하여 저전압 펄스 파형을 기본파와 여러 고조파 성분으로 분리하여 고전압 성분으로 변환하게 된다.
상기 고전압 전극부(300)는 트랜스포머 회로부(200)의 각 트랜스포머를 통하여 출력되는 여러 고조파 성분들을 직렬로 합성하여 고전압 펄스를 형성하여 출력하는 전극을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 펄스 발생 장치의 회로도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고전압 펄스 발생 회로에서 저전압 발생부(100)를 통하여 생성되어 트랜스포머 회로부(200)로 입력되는 전압 파형은 펄스 파형으로써 푸리에 급수(Fourier Series)로 풀어서 각각의 트랜스포머에 병렬로 인가되며, 트랜스포머의 출력단에서 출력되는 기본파와 고조파 성분들인 고전압들은 직렬로 합쳐져 고전압 펄스를 형성하여 고전압 전극부(300)를 형성하게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 트랜스포머 회로부(200)의 각 트랜스포머에 입력되는 저전압 펄스 파형은 2.5kHz의 기본파 성분과, 7.5kHz, 12.5kHz, 17.5kHz, 22.5kHz, 27.5kHz의 홀수 고조파 성분들로 구성된다. 즉, 도 2의 고전압 펄스 발생 회로에서, 트랜스포머에 병렬 연결된 입력단 중 최상위 입력에는 2.5kHz의 기본파가, 두 번째 입력에는 7.5kHz의 3 고주파 성분이, 세 번째 입력에는 12.5kHz의 5 고주파 성분이, 네 번째 입력에는 17.5kHz의 7 고주파 성분이, 다섯 번째 입력에는 22.5kHz의 9 고주파 성분이, 여섯 번째 입력에는 27.5kHz의 11 고주파 성분이 입력된다.
상기의 같은 저전압 펄스 파형의 기본파 및 여러 개의 홀수 고조파 성분이 트랜스포머 회로부(200)의 각 트랜스포머로 인가되면, 기본파 2.5kHz의 성분은 트랜스포머 1에서 가장 큰 고전압으로 변환되고, 다른 트랜스포머들에서는 작은 전압들이 발생되어 기본파 성분은 이것들의 합이 된다. 또한, 3 고조파 성분(7.5kHz)의 출력은 트랜스포머 2에서의 최대 출력이 되고 다른 트랜스포머들의 성분들을 합하면 3 고조파 성분이 된다. 이와 같이, 고전압 출력 펄스는 기본파와 고조파 성분들의 합으로 구해지게 된다.
이러한 각 트랜스포머에 의해 출력되는 고전압은 출력단인 고전압 전극부(300)에서 직렬로 합쳐져 고전압 펄스가 형성되게 되는데, 본 발명의 실시예에서 상기 고전압 전극부에는 2.5kHz, 1.8kV의 고전압 펄스가 형성된다.
이하에서는 상기 도 2에 도시된 고전압 펄스 발생 회로를 분석하여, 고전압 펄스가 출력되는 과정에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 상기 도 2에 도시된 고전압 펄스 발생 회로의 기본파 등가회로를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기본파 등가회로에서, 입력단을 보면 R11과 L11은 트랜스포머 1차 권선의 저항 및 인덕턴스를 나타내고, Lm과 Rm은 트랜스포머의 자화에 의한 인덕턴스와 자화 손실저항을 나타낸다. 출력단을 보면 L22와 R22는 2차측 권선의 인덕턴스와 저항을 나타낸다. 한편, C11은 트랜스포머의 입력단과 출력단 사이의 커패시턴스를 나타낸다. 또한, C11은 입력단의 커패시턴스이며, C22는 외부에서 인가하는 출력단 커패시턴스를 나타낸다. 여기에서, 자화에 의해 인덕턴스(Lm) 및 손실저항(Rm)은 출력 전압의 크기에 영향을 주게 되며, 외부에서 출력단에 인가되는 커패시턴스(C22)와 출력단의 2차 권선 인덕턴스(L22)의 공진주파수(
Figure 112013077672940-pat00001
)는 각 트랜스포머의 대역통과 특성을 결정하게 된다.
한편, 상기 도 3의 기본파 등가회로의 입력단과 출력단 사이의 커패시터(C12)를 Miller 공식에 대입하면 입력단의 인덕터(L0)와 출력단의 커패시터(C1)로 변환되며 이는 다음의 수학식 1로 주어진다.
Figure 112013077672940-pat00002
여기에서, k는 입력단과 출력단의 전압비를 나타낸다.
도 4는 상기 수학식 1에 따라 도 2의 기본파 등가회로가 변화된 Miller 기본파 등가회로를 나타낸 것이다.
이러한 기본파 및 고조파들의 등가회로들은 각각 입력단과 출력단으로 나누어 해석할 수 있는데, 기본파와 고조파 등가회로의 구조는 기본적으로 동일하다. 상기 도 3에 도시된 기본파 등가회로의 입력단과 출력단은 도 5와 같다.
도 5의 (a)에 도시된 입력단에서의 전압비
Figure 112013077672940-pat00003
는 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112013077672940-pat00004
여기에서,
Figure 112013077672940-pat00005
이다.
한편, 출력단에서의 전력비
Figure 112013077672940-pat00006
는 도 2에서 직렬로 연결된 고조파 성분들의 공진회로를 고려하여야 한다.
출력단의 기본파 등가회로는 도 6과 같으며, 기본파의 출력단 해석을 위해서는 직렬로 연결된 3, 5, 7, 9 및 11 고조파의 공진회로들을 고려하여야 하며 공진 회로들의 합성 임피던스를 구하여야 한다.
도 7은 상기 도 2의 고전압 펄스 발생 회로에서 최하단 입력단에 위치한 11 고조파 공진 회로를 나타낸 것으로, 이 11 고조파 공진 회로의 합성 임피던스(Z0)는 다음의 수학식 3과 같이 계산된다.
Figure 112013077672940-pat00007
여기서, R6과 L6은 고압측 11 고조파 공진회로의 R22와 L22이고, C6은 C22이고 C36은 C1을 나타낸다.
또한, 9 고조파와 11 고조파의 합성 임피더스를 Z5라 하면, 이 9 고조파와 11 고조파의 합성 공진 회로는 도 8과 같으며, 이 합성 임피던스는 다음의 수학식 4와 같이 계산된다.
Figure 112013077672940-pat00008
여기서,
Figure 112013077672940-pat00009
이다.
상기 수학식 4와 같은 방법으로, 7 고조파 및 5 고조파, 3 고조파의 합성 임피던스인 Z4, Z3, Z2를 다음의 수학식 5, 6, 7과 같이 구할 수 있다.
Figure 112013077672940-pat00010
Figure 112013077672940-pat00011
Figure 112013077672940-pat00012
한편, 기본파의 출력 등가회로는 도 9와 같으며, 전압비
Figure 112013077672940-pat00013
는 다음의 수학식 8로 구할 수 있다.
Figure 112013077672940-pat00014
3 고조파의 등가회로는 도 10과 같으며, 3차 고조파의 출력 해석을 위해서는 기본파의 공진 회로와 5, 7, 9 및 11의 공진 회로들을 고려하여야 한다. 5, 7, 9 및 11 고조파의 공진회로는 상기 수학식 6에서와 같이 Z3이 된다.
상기 3차 고조파 등가회로의 출력을 간략히 나타내면 도 11과 같다.
여기에서 기본파의 공진회로는 전달(ABCD) 파라미터를 이용하여 구할 수 있다.
즉, 도 11에서,
Figure 112013077672940-pat00015
이라고 하면, 이는 Π형 회로가 되고, 전달(ABCD) 파라미터로 나타내면 다음의 수학식 9와 같다.
Figure 112013077672940-pat00016
상기 전달(ABCD) 파라미터를 이용하여 전압비
Figure 112013077672940-pat00017
를 구하면 다음의 수학식 10과 같다.
Figure 112013077672940-pat00018
한편, 5 고조파의 등가회로는 도 12와 같은데, 이 5 고조파의 출력 해석을 위해서는 위쪽의 기본파 및 3고조파 임피던스와, 아래쪽의 7, 9, 11 고조파 합성 임피던스를 고려하여야 한다. 이러한 5 고조파의 등가 회로를 간략히 나타내면 도 13과 같다.
여기에서, 아래쪽의 합성 임피던스(Z4)는 수학식 5에 의해 주어진다.
한편, 위쪽의 기본파와 3 고조파 합성 임피던스를 구하기 위해서 Π형 전달(ABCD) 파라미터를 이용하게 되는데, 이때
Figure 112013077672940-pat00019
와 같이 만들어 2단의 Π형 전달(ABCD) 파라미터를 다음의 수학식 11 및 12와 같이 만들 수 있다.
Figure 112013077672940-pat00020
Figure 112013077672940-pat00021
여기에서, 전달(ABCD) 파라미터의 행렬 계산은 다음의 수학식 13과 같이 구할 수 있다.
Figure 112013077672940-pat00022
따라서, 출력단의 전압비는 다음의 수학식 14와 같이 주어진다.
Figure 112013077672940-pat00023
한편, 7 고조파는 전달(ABCD) 파라미터가 3단계이고, 여기서
Figure 112013077672940-pat00024
이다. 여기에서 윗첨자는 고조파 성분을 의미한다. 상기 수학식 4를 통하여 Z5를 구하면, 출력단의 전압비는 다음의 수학식 15 내지 17 과정을 거쳐 수학식 18을 통하여 구해진다.
Figure 112013077672940-pat00025
Figure 112013077672940-pat00026
Figure 112013077672940-pat00027
Figure 112013077672940-pat00028
또한, 9 고조파는 전달(ABCD) 파라미터가 4단계이고, 여기서
Figure 112013077672940-pat00029
이며, 출력단의 전압비는 다음의 수학식 19 내지 22를 통하여 구해진다.
Figure 112013077672940-pat00030
Figure 112013077672940-pat00031
Figure 112013077672940-pat00032
Figure 112013077672940-pat00033
한편, 11 고조파는 전달(ABCD) 파라미터가 5단계이고, 여기서
Figure 112013077672940-pat00034
이고, 출력단의 전압비는 다음의 수학식 23 내지 26을 통하여 구해진다.
Figure 112013077672940-pat00035
Figure 112013077672940-pat00036
Figure 112013077672940-pat00037
Figure 112013077672940-pat00038
상기의 과정을 통하여 입력단의 전압비(
Figure 112013077672940-pat00039
) 및 출력단의 전압비(
Figure 112013077672940-pat00040
)가 계산되면, 이를 통하여 입력과 출력의 전압이득(
Figure 112013077672940-pat00041
)을 계산할 수 있다. 즉, 입력과 출력의 전압이득은
Figure 112013077672940-pat00042
이므로 입력단의 전달함수, 출력단의 전달함수와 n의 곱으로 표시되어 입력과 출력의 전압이득은 다음의 수학식 27과 같이 계산된다.
Figure 112013077672940-pat00043
이하에서는 상기의 구성으로 이루어진 고전압 펄스 발생회로를 통하여 출력되는 고전압 펄스 신호에 대해 설명하기로 한다.
도 14 내지 도 19는 기본파와 5개의 고조파로 이루어진 고전압 펄스 발생회로에서 저전압 기본파와 각 고조파들을 인가하였을 경우 출력 고전압 펄스 신호의 Matlab 측정 결과를 나타낸 것이다. 또한, 표 1은 상기 도 14 내지 도 19의 고전압 기본파와 각 고조파 출력 성분을 나타낸 것이다.
Figure 112013077672940-pat00044
상기 도 14 내지 도 19에서 고전압 펄스를 만들기 위해서 기본파와 각 고조파들의 크기는 푸리에 계수와 동일하며 위상은 180도의 위상차를 만들기 위해 입력 파형의 위상이 조절되는데, 그 성분들은 다음의 표 2와 같다.
Figure 112013077672940-pat00045
기본파 입력단(도 5의 (a))에서 Lm에 따라서 출력 파형은 많은 영향을 받게 되는데, 그 영향은 도 20과 같다. 도 20에서 Lm을 300nH부터 1200nH까지 변화시켰으며 Lm 값이 커지면
Figure 112013077672940-pat00046
의 크기가 커지게 된다.
한편, 출력단(도 5의 (b))에서 외부 커패시터(C22)와 고압측 인덕턴스(L22)의 공진주파수 특성(
Figure 112013077672940-pat00047
)에 의하여 기본파 스펙트럼이 도 21과 같이 보여지며, 이는 표 3과 같다.
Figure 112013077672940-pat00048
상기 도 14 내지 도 19를 이용하여 시간 영역에서 다음의 수학식 28을 이용하여 출력 전압을 구해보면 도 22와 같은 펄스(약, 1.8kV)를 얻을 수 있게 된다.
Figure 112013077672940-pat00049
이와 같이, 본 발명에서는 펄스의 기본파와 고조파 성분들을 각각 트랜스포머들을 이용하여 고전압 성분으로 승압시키고, 이를 직렬로 합하여 고전압 펄스를 발생시키는 고전압 펄스 발생 장치의 특성을 회로분석을 통하여 입증하였다. 이러한 회로분석 및 실험에 따르면, 자기화에 의한 인덕턴스(Lm)와 손실저항(Rm)은 출력전압의 크기에 영향을 주었으며, 출력에서는 외부 커패시터(C22)와 인덕턴스(L22)에 의해서 고조파 성분별로 대역통과 특성을 나타내었다. 이러한 본 발명에 따른 고전압 펄스 발생 장치의 출력은 2.5kHz, Peak-to-Peak 1.8kV 고전압 펄스의 파형을 회로분석과 프로그램을 통해 구할 수 있게 되는데, 이는 실험결과와 일치함을 확인할 수 있다.
한편, 이러한 본 발명에 따른 고전압 펄스 발생 장치는 회로분석에 의한 고전압 펄스 발생 장치의 부하특성, 트랜스포머 설계, 입력전압의 크기 및 위상 변화 등을 적절히 변형하여 다양한 결과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 저전압 펄스 파형의 기본파 및 홀수 고조파 성분을 고전압 성분으로 승압한 후, 이를 합하여 2.5kHz, 1.8kV 고전압 펄스를 발생시켰지만, 이러한 출력 결과는 고전압 펄스 발생 장치의 조건을 달리하여 다양하게 변경시킬 수 있는 것이다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 고전압 펄스 발생 장치는 트랜스포머를 이용하여 1∼30kV의 고전압을 발생시킬 수 있으며, 이를 통하여 50∼100kW의 대용량 전력을 발생시킬 수 있었다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100 : 저전압 발생부
200 : 트랜스포머 회로부
300 : 고전압 전극부

Claims (10)

  1. 고전압 펄스 발생 장치로서,
    기본파 및 복수의 홀수 고조파 성분으로 이루어진 저전압 펄스 파형을 발생시키는 저전압 발생부(100)와;
    상기 저전압 발생부(100)를 통하여 발생되는 저전압 펄스 파형의 기본파 및 홀수 고조파 성분을 각각 트랜스포머를 통하여 고전압 성분으로 승압하는 트랜스포머 회로부(200)와;
    상기 트랜스포머 회로부(200)를 통하여 승압된 고전압 성분을 합하여 고전압 펄스를 발생시키는 고전압 전극부(300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저전압 발생부(100)는 저전압 펄스 파형을 이루는 기본파 및 복수의 홀수 고조파 성분을 푸리에 급수(Fourier Series)를 통하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 저전압 발생부(100)에 의해 발생되는 저전압 펄스 파형은
    기본파인 2.5kHz 펄스 파형과, 홀수 고주파 성분인 7.5kHz, 12.5kHz, 17.5kHz, 22.5kHz, 27.5kHz 펄스 파형을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 저전압 발생부(100)를 통하여 발생하는 저전압 펄스 파형의 기본파 및 홀수 고조파 성분은 병렬로 트랜스포머 회로부(200)의 트랜스포머에 인가되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스포머 회로부(200)의 각 트랜스포머를 통하여 승압된 고전압 성분은 고전압 전극부(300)에 직렬로 합쳐져 고전압 펄스가 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스포머 회로부(200)에 구비된 각각의 트랜스포머는
    입력단에 1차 권선의 저항(R11) 및 인덕턴스(L11)와 자화에 의한 인덕턴스(Lm) 및 자화 손실저항(Rm)이 형성되고,
    출력단에 2차 권선의 인덕턴스(L22) 및 저항(R22)과 외부에서 출력단에 인가되는 커패시턴스(C22)가 형성된 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 입력단에 커패시턴스(C11)가 형성되고,
    상기 입력단과 출력단 사이에 커패시턴스(C12)가 형성된 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 외부에서 출력단에 인가되는 커패시턴스(C22)와 출력단의 2차 권선 인덕턴스(L22)의 공진주파수
    Figure 112013077672940-pat00050
    에 따라 각 트랜스포머의 대역통과 특성이 결정되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 고전압 전극부(300)를 통하여 출력되는 고전압 펄스는 1∼30kV의 고전압 및 50∼100kW의 고전력을 갖는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 고전압 펄스 발생 장치.
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