KR101531649B1

KR101531649B1 - 자이로트론 전원 장치 및 이를 이용한 전원 공급 방법

Info

Publication number: KR101531649B1
Application number: KR1020130129681A
Authority: KR
Inventors: 류홍제; 장성록; 김종수; 임근희; 안석호
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-06-25
Also published as: KR20150049306A

Abstract

본 발명은 자이로트론 전원 장치에 관한 것으로서, 전자빔을 발생시키기 위하여 캐소드와 애노드를 포함하여 구성되는 전자총부와 전자총부로부터 발생한 전자빔을 전력 및 주파수를 증가시키는 공동 공진기를 포함하는 몸체부와 몸체부를 통과한 전자빔을 수용하는 콜렉터를 포함하여 구성됨으로써, 밀리터리 웨이브를 발생시키는 자이로트론, 자이로트론의 캐소드의 구동에 필요한 전압을 인가하는 캐소드 전원장치, 자이로트론의 애노드의 구동에 필요한 전압을 인가하는 애노드 전원장치를 포함하고, 캐소드 전원장치, 애노드 전원장치의 접지 단자는 자이로트론의 콜렉터에 연결되어 그라운드로 연결되도록 구성되고, 애노드 전원장치의 출력 전압을 조절함으로써 자이로트론의 애노드와 캐소드 사이에 인가되는 전압의 크기가 조절되는 것을 특징으로 한다.

Description

자이로트론 전원 장치 및 이를 이용한 전원 공급 방법 {A power apparatus for a gyrotron and a power supply method using this}

본 발명은 자이로트론(Gyrotron)을 발진시키는 전원 장치에 관한 것이다.

자이로트론은 전자 사이크로트론 운동을 이용한 발진관으로서 10 내지 100 기가 헤르츠(Ghz)대의 대전력 밀리파 발진관을 말한다. 자이로트론에서 '자이로'라는 단어는 '회전'을 의미하며, '트론(tron)'이라는 단어는 전자(electron)를 의미한다. 그리고, 이러한 자이로트론은 사이클론 공진 메이저(CRM, cyclom resonant maser)라고 불리기도 한다.

자이로트론은 전자를 가속하고, 가속된 전자의 운동에너지를 전자파 전력으로 변환한다.

자이로트론이 구동되는 원리를 설명하면 다음과 같다.

자이로트론의 애노드와 캐소드는 전자총의 역할을 수행한다. 전자총에서는 전자빔이 방출되며, 방출된 전자 빔은 자이로트론의 몸체부라 할 수 있는 공동 공진기 안으로 유도된다. 그리고, 이러한 몸체부 안에서 전자빔은 전자의 사이크로트론 주파수와 거의 같은 주파수의 전자파가(밀리파)가 여기되고, 전자의 운동에너지 중 자력선에 수직인 성분이 밀리파 전력으로 변환된다. 이러한 공진기는 통상 원형의 도파관 형태의 것이 사용된다.

그리고, 공진기를 통과한 전자 빔은 콜렉터로 회수되고 생성된 밀리파는 진공벽인 세라믹제의 출력창을 투과하여 관 밖으로 전파되어 간다.

이러한 자이로트론은 매우 민감한 장치여서 자이로트론의 애노드와 캐소드에 인가되는 전력은 매우 정밀하고 안정된 전원이 인가되어야 한다.

종래의 자이로트론을 구동하기 위한 전원 장치는 캐소드 전원장치, 애노드 전원장치, 자이로트론의 바디에 인가되는 전원을 담당하는 바디 전원장치로 구성된다. 또한, 캐소드 전원장치의 경우 캐소드 단에 인가되는 전압의 빠른 상승 시간과 자이로트론 내부에서 발생하는 아크에 대한 보호를 목적으로 다수의 모스펫(MOSFET)이 직렬로 구성된 고전압 스위치를 이용한다. 그리고, 애노드 전원장치의 경우 별도의 독립적인 전원장치를 이용하지 않고 캐소드 전원장치의 전원을 입력받아서 자이로트론의 애노드 단자에 공급한다.

이러한 종래의 방식은 애노드 단자의 전압이 캐소드 단자에 종속적이어서, 만일 캐소드 전원 장치가 출력하는 전압이 불안정해지면, 애노드 단자의 전압도 동시에 불안정해 지게 되는 문제점이 있었다.

또한, 애노드 전원 장치는 자이로트론의 애노드와 콜렉터 사이에 연결되어 전원을 공급하고 있고 캐소드 전원장치는 자이로트론의 캐소드와 별도의 접지에 연결되어서 별도의 기준 전압을 사용하므로, 콜렉터 전원장치과 애노드 전원 장치의 제어가 어려운 문제점도 있었다.

따라서, 고정밀한 전원 제어가 불가능하여 실시간적으로 자이로트론에서 발새되는 빔을 제어하지 못하는 문제점이 있었다.

도면 9도는 또 다른 형태의 종래의 자이로트론 전원장치를 보여주는 도면으로서, 미국특허 5,444,610에 기재된 전원 장치를 보여주는 도면이다.

도면 9도의 자이로트론 전원장치는 전원 소스(Power source)로부터 자이로트론에 인가되는 전원을 인가하기 위하여 고전압 스위치들을 별도로 제작하여 전원을 인가하는 방식을 사용하고 있다. 즉, 캐소드 전원장치가 전원 소스로부터 직류전원을 인가받고 이를 다수 개의 직렬로 연결된 고전압 스위치를 이용하여 펄스 형태의 전원을 만드는 방식을 사용하고 있다.

이는, 캐소드 단에 인가되는 전압의 상승시간 단축 및 아크에 대한 자이로트론 보호를 위해 사용되며, 다수의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated gate bipolar transistor) 혹은 모스펫(MOSFET)을 직렬로 스택킹 하여 고전압 스위치를 구현한다. 또한, 각 반도체 스위치에 인가되는 전압 밸런싱을 위해 각각의 스위치에 전압분배 소자를 연결하여 구현한다.

이러한 도면 9도의 자이로트론 전원장치도 다수의 고전압 스위치를 직렬로 연결하여 제어해야 하는 점에서 제작 단가가 상승하는 문제가 있었고, 또한 고정밀의 제어가 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자이로트론을 보다 안정적으로 작동시키기 위한 구동전원을 제공하고자 한다.

또한, 자이로트론의 구동에 필요한 전원을 공급하는 캐소드 전원장치, 애노드 전원장치와 몸체부 전원장치의 접지를 하나로 통일함으로써, 자이로트론의 캐소드와 애노드 사이의 전압제어를 용이하게 하는 동시에 신뢰성을 확보할 수 있는 전원장치를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 전자빔을 발생시키기 위하여 캐소드와 애노드를 포함하여 구성되는 전자총부와 상기 전자총부로부터 발생한 전자빔을 전력 및 주파수를 증가시키는 공동 공진기를 포함하는 몸체부와 상기 몸체부를 통과한 전자빔을 수용하는 콜렉터를 포함하여 구성됨으로써, 밀리터리 웨이브를 발생시키는 자이로트론; 상기 자이로트론의 캐소드의 구동에 필요한 전압을 인가하는 캐소드 전원장치; 상기 자이로트론의 애노드의 구동에 필요한 전압을 인가하는 애노드 전원장치;를 포함하고, 상기 캐소드 전원장치, 상기 애노드 전원장치의 접지 단자는 상기 자이로트론의 콜렉터에 연결되어 그라운드로 연결되도록 구성되고, 상기 애노드 전원장치의 출력 전압을 조절함으로써 상기 자이로트론의 애노드와 캐소드 사이에 인가되는 전압의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치를 제공한다.

또한, 상기 자이로트론의 몸체부의 구동에 필요한 전력을 인가하는 몸체 전원장치;를 더 포함하고, 상기 몸체 전원장치의 접지 단자는 상기 자이로트론의 콜렉터에 연결되어 그라운드로 연결되는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원장치를 제공한다.

또한, 상기 자이로트론의 필라멘트를 가열하기 위한 전원을 인가하는 히터 전원장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치를 제공한다.

또한, 상기 캐소드 전원장치는 직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들; 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들의 출력을 전달받아 단속파형의 직류로 변환하는 하나 이상의 다이오드들; 상기 하나 이상의 다이오드들의 애노드단에 연결되어 출력단의 전압을 검지하는 하나 이상의 전압검지부들; 및 상기 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 상기 하나 이상의 전압검지부들을 통하여 출력되는 상기 캐소드 전원장치의 출력 전압의 값을 인가받아 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들을 구동하기 위한 구동신호들을 생성하는 캐소드 전원장치 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치를 제공한다.

또한, 상기 애노드 전원장치는 직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 고전압 컨버터부; 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들의 출력을 전달받아 단속파형의 직류로 변환하는 하나 이상의 다이오드들; 상기 하나 이상의 다이오드들의 애노드단에 연결되어 출력단의 전압을 검지하는 하나 이상의 전압검지부들; 및 상기 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 상기 하나 이상의 전압검지부들을 통하여 출력되는 상기 애노드 전원장치의 출력 전압의 값과 상기 캐소드 전원 장치의 출력 전압의 값을 인가받아 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들의 구동하기 위한 구동신호들을 생성하는 애노드 전원장치 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치를 제공한다.

또한, 상기 몸체 전원장치는 직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 고전압 컨버터부; 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들의 출력을 전달받아 단속파형의 직류로 변환하는 하나 이상의 다이오드들; 상기 하나 이상의 다이오드들의 애노드단에 연결되어 출력단의 전압을 검지하는 하나 이상의 전압검지부들; 및 상기 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 상기 하나 이상의 전압검지부들을 통하여 출력되는 상기 몸체 전원장치의 출력 전압의 값을 인가받아 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부등을 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 몸체부 전원 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치를 제공한다.

또한, 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들은 직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 상기 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수에서는 단독으로 동작하고, 상기 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서는 출력 전압의 리플값을 줄이도록 동작하는 제1 스위치 레그; 및 상기 직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 상기 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하를 위한 스위칭 주파수 또는 상기 제1 스위치 레그가 담당하는 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서 동작하는 하나 이상의 제2 스위치 레그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치를 제공한다.

또한, 상기 캐소드 전원장치 제어부는 상기 캐소드 전원장치의 출력 전압과 기설정된 기준 전압을 비교하는 전압제어기; 상기 캐소드 전원장치의 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 기설정된 기준 전류의 값을 비교하는 전류제어기; 상기 전압제어기와 상기 전류제어기에서 내보내는 출력 전압값을 비교하여, 보다 낮은 값의 전압값을 출력하는 다이오드부; 상기 다이오드부가 출력한 전압값의 크기에 비례하는 스위칭 주파수를 내보내는 스위칭 주파수 변조부; 상기 스위칭 주파수 변조부가 내보내는 스위칭 주파수를 인가받아 상기 스위칭 주파수의 위상을 천이시킴으로서 상기 다상 직류/직류 컨버터부들을 구동하는 구동신호들을 생성하는 스위칭 주파수의 위상 천이기; 상기 캐소드 전원장치의 출력을 이상으로 판단할 수 있는 기설정된 기준 전압값 대비하여 상기 캐소드 전원장치의 출력 전압의 값이 더 큰 경우 하이(High) 출력 신호를 내보내는 비교기; 상기 비교기가 출력한 값을 포함하여 상기 캐소드 전원장치의 보호회로 관련 신호를 입력받는 오알(OR) 게이트; 상기 오알 게이트로부터 출력되는 신호를 알(R) 단자로 입력받고 전원 인가 신호를 에스(S) 단자로 인가받아, 큐(Q) 단자의 출력을 결정하는 에스알(SR) 래치; 상기 에스알 래치의 큐 단자의 출력과 상기 스위칭 주파수 위상 천이가 출력하는 구동신호를 입력받아서 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들에 상기 구동신호를 인가여부를 결정하는 하나 이상의 앤드(AND) 게이트들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치를 제공한다.

또한, 상기 애노드 전원장치 제어부는 상기 캐소드 전원장치의 출력 전압과 상기 애노드 전원장치의 출력 전압을 비교하여, 그 차이를 출력하는 감산기; 상기 감산기가 출력한 신호와 상기 캐소드 전원장치와 상기 애노드 전원장치 사이의 기설정된 기준전압값을 입력받아 비교하는 전압제어기; 상기 애노드 전원장치의 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 기설정된 기준 전류의 값을 비교하는 전류제어기; 상기 전압제어기와 상기 전류제어기에서 내보내는 출력 전압값을 비교하여, 보다 낮은 값의 전압값을 출력하는 다이오드부; 상기 애노드 전원장치의 출력을 이상으로 판단할 수 있는 기설정된 기준 전압값 대비하여 상기 캐소드 전원장치의 출력 전압의 값이 더 큰 경우 하이(High) 출력 신호를 내보내는 비교기; 상기 비교기가 출력한 값을 포함하여 상기 캐소드 전원장치의 보호회로 관련 신호를 입력받는 오알(OR) 게이트; 상기 오알 게이트로부터 출력되는 신호를 R 단자로 입력받고 전원 인가 신호를 S 단자로 인가받아, Q 단자의 출력을 결정하는 SR 래치;상기 SR 래치의 출력과 상기 다이오드부가 출력한 전압값을 입력받아, 상기 다이오드부가 출력한 전압값의 크기에 비례하는 스위칭 주파수를 내보내는 스위칭 주파수 변조부; 상기 스위칭 주파수 변조부의 신호를 입력받아 상기 고전압 컨버터부를 구동하는 구동신호를 출력하는 게이트 드라이브 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 밀리터리 웨이브를 발생시키는 자이로트론이 준비되는 단계; 상기 자이로트론의 캐소드와 상기 자이로트론의 콜렉터 사이에 캐소드 전원 장치가 연결되는 단계; 상기 자이로트론의 애노드와 상기 자이로트론의 콜렉터 사이에 애노드 전원 장치가 연결되는 단계; 상기 자이로트론의 몸체부와 상기 자이로트론의 콜렉터 사이에 몸체부 전원 장치가 연결되는 단계; 상기 자이로트론의 콜렉터가 그라운드에 연결되는 단계; 상기 애노드 전원 장치의 출력을 조절하여 상기 자이로트론의 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 전압을 조절하여 전자빔을 생성하는 단계;를 포함하는 자이로트론 전원 공급 방법을 제공한다.

또한, 상기 애노드 전원 장치의 출력을 조절하여 상기 자이로트론의 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 전압을 조절하여 전자빔을 생성하는 단계 이후에, 상기 전자빔이 상기 자이로트론의 몸체부를 지나면서 상기 전자빔의 전력 및 주파수가 증가되면서 밀리터리 웨이브가 여기되는 단계; 상기 자이로트론의 몸체부를 통과한 전자빔이 상기 자이로트론의 콜렉터에 수용되고, 상기 밀리터리 웨이브는 상기 자이로트론의 출력창을 투과하여 외부로 방출되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 공급 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자이로트론 전원 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 캐소드 전원 장치의 출력을 매우 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 캐소드 전원 장치의 출력의 리플을 줄일 수 있으며, 아크 에너지를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 자이로트론 내부에서 아크가 발생 했을 경우 캐소드 전원 장치에서 순간적으로 방전되는 에너지에 의해 자이로트론이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

셋째, 다수의 고전압 스위치를 생략할 수 있으므로 제작 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다. 또한, 다수의 고전압 스위치가 생략 가능하므로 자이로트론의 전원장치의 부피를 줄일 수 있는 효과도 있다.

넷째, 애노드 전원장치의 출력전압을 독립적으로 제어 할 수 있어서 자이로트론에서 발생되는 전자빔을 실시간으로 제어할 수 있어 전원공급의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 캐소드 전원장치, 애노드 전원장치와 몸체부 전원장치가 모두 공통되는 접지를 가짐으로써 제어의 용이성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 개략적으로 나타낸 도면이다.
도면 2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치를 보다 자세하게 나타낸 도면이다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 캐소드 전원장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도면 4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 애노드 전원장치의 내부 구성을 블록도로 보여주는 도면이다.
도면 5도는 몸체부 전원 장치의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.
도면 6도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치의 다상의 직류/직류 컨버터부의 구동에 필요한 구동신호를 생성하는 캐소드 전원장치 제어부의 내부 구성을 보여주는 블럭도이다.
도면 7도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 애노드 전원장치 제어부의 내부 구성을 보여주는 블럭도이다.
도면 8도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치가 내보내는 출력의 파형을 보여주는 도면이다.
도면 9도는 또 다른 형태의 종래의 자이로트론 전원장치를 보여주는 도면으로서, 미국특허 5,444,610에 기재된 전원 장치를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 개략적으로 나타낸 도면이다.

자이로트론(500)을 구동하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치는 캐소드 전원장치(100, CPS; Cathod power supply), 애노드 전원장치(200, APS; Anode power supply), 몸체부 전원장치(300, BPS; Body power supply), 히터 전원장치(400, HPS; Heater power suply), 애노드 전원 장치(200)의 자이로트론에의 전원 인가 여부를 결정하는 애노드 전원 장치 스위치(APS S/W), 히터 전원 장치(400)의 자이로트론의 몸체부에의 전원 인가 여부를 결정하는 몸체부 전원 장치 스위치(BPS S/W) 그리고 자이로트론(500)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 캐소드 전원 장치(100)는 자이로트론(500)의 콜렉터와 캐소드 사이에 연결되어 전자빔을 발생시키는데 필요한 에너지를 인가하는 주전원이 될 수 있다. 캐소드 전원 장치(100)는 고출력을 제공하는 동시에 리플이 적으며 아크(Arc) 에너지가 최소화된 전력을 자이로트론(500)에 공급할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 애노드 전원장치(200)는 자이로트론(500)에서 출력되는 빔을 제어하기 위하여 인가되는 전원으로서 고전압 저전류의 전원이 될 수 있다. 애노드 전원 장치(200)도 자이로트론(500)의 안정적인 구동을 위하여 높은 정밀도를 가진 출력을 제공할 수 있다.

몸체부 전원 장치(300)는 자이로트론(500)의 효율을 향상하기 위한 디프레스드(Depressed) 전압을 인가할 수 있다. 이러한 몸체부 전원 장치(300)도 역시 고전압 저전류 전원 장치가 되어야 한다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히터 전원 장치(400)는 자이로트론(500)의 필라멘트를 가열하기 위하여 사용되는 전원으로서, 고전압에 대한 높은 신뢰성과 절연 성능이 만족시킬 수 있는 구조를 지니고 있다.

도면 2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치를 보다 자세하게 나타낸 도면이다.

도면 상에서 점선은 신호 라인이며, 실선은 전원라인을 지칭하는 것일 수 있다.

자이로트론(500)을 구동하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 구동장치의 캐소드 전원장치(100)는 자이로트론(500)의 캐소드와 콜렉터에 사이에 연결되어 자이로트론(500)에 전력을 인가할 수 있다. 이 경우, 캐소드 전원 장치(100)의 극성이 반대로 되어 자이로트론(500)에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 자이로트론(500)의 캐소드에 캐소드 전원 장치(100)의 음극이 연결되고, 자이로트론(500)의 콜렉터에 양극이 연결될 수 있다.

그리고, 애노드 전원 장치(200)는 자이로트론(500)의 애노드와 콜렉터 단자 사이에 연결될 수 있다. 애노드 전원 장치(200)도 캐소드 전원 장치(100)와 같이 극성이 반대가 되도록 하여 자이로트론(500)에 연결될 수 있다. 즉, 자이로트론(500)의 애노드에 애노드 전원 장치(200)의 음극이 연결될 수 있고, 자이로트론(500)의 콜렉터에 애노드 전원 장치(200)의 양극이 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 몸체부 전원 장치(300)는 자이로트론(500)의 몸체부와 콜렉터 사이에 연결될 수 있다. 몸체부 전원 장치(300)는 몸체부 전원 장치(300)의 양극이 자이로트론(500)의 몸체부에 연결되고, 음극은 자이로트론(500)의 콜렉터에 연결될 수 있다.

몸체부 전원장치(300)는 자이로트론(500)의 몸체부에 약 25킬로볼트(KV), 10 밀리 암페어(mA)의 전원을 3초간 지속적으로 보낼 수 있도록 구성될 수 있으며, 그 출력전압의 리플은 약 1 퍼센트(%) 정도로 작게 제어될 수 있다. 그리고, 몸체부 전원장치(300)의 상승 타임(rise time)은 바람직하게는 약 10 마이크로 세컨드(㎲) 정도로 값을 가지도록 제작될 수 있다.

그리고, 자이로트론(500)의 콜렉터는 곧바로 접지(Ground)에 연결될 수 있다. 즉, 캐소드 전원 장치(100)의 양극, 애노드 전원 장치(200)의 양극 그리고 몸체부 전원 장치(300)의 음극은 자이로트론(500)의 콜렉터에 연결되어 공통 접지를 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치는 이러한 공통 접지를 가짐으로서, 캐소드 전원장치(100)와 애노드 전원장치(200)가 공통의 기준점을 가지고 있기 때문에 자이로트론(500)의 캐소드와 애노드 사이의 전압차를 조절하기가 용이하다.

즉, 종래의 자이로트론 전원장치의 경우 캐소드 전원장치로부터 입력받은 전원을 다시 애노드 전원장치가 조절하여 자이로트론에 인가해야 하고, 따라서, 따라서 애노드 단자의 전압이 캐소드 단자 전압에 독립적으로 제어가 불가능 하여 정밀 제어가 어려운 단점이 있었다.

그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치는 애노드 전원장치의 독립적인 제어가 가능하며, 캐소드 전원장치(100)와 애노드 전원장치(200)가 공통 접지를 가지고 있으므로 그 제어에 있어서 훨씬 용이해지는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히터 전원장치(400)는 자이로트론(500)의 필라멘트에 연결되어 필라멘트를 가열하여, 자이로트론(500)의 캐소드에서 전자가 방출되는 것을 더 용이하게 하는 역할을 수행할 수 있다.

히터 전원장치(400)는 이를 위하여 약 12 볼트(V), 5 암페어(A)의 전력을 내보내도록 구성될 수 있으며, 약 100 킬로 볼트(KV) 전압에 절연을 가지도록 하는 내구성을 가지도록 제작될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부(600,Control)는 캐소드 전원장치(100), 애노드 전원장치(200)와 몸체부 전원 장치(300)를 구동을 조절하는 역할을 수행하는 부분으로서, 휴먼 머신 인터페이스(610, HMI; Human machin interface), 브이엠이 버스(620, VME; Versa module eurocard bus), 피엘씨(630, PLC; Programmable logic controller)를 포함하여 구성될 수 있다.

휴먼 머신 인터페이스(610)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 동작 상황을 사용자에게 통보하고, 사용자로부터 전원장치의 각 동작을 조절하기 위하여 필요한 정보를 입력받는 역할을 수행할 수 있다.

브이엠이(620)는 약 7 ㎲ 이하의 인터락(interlock)를 가지는 프로세서로 제작되어 아크나 단락 등의 고장을 검출하는 역할을 할 수 있으며, 피엘씨(630)은 500 밀리 세컨드(ms) 정도의 인터로크 프로세서로 구비되어 냉각 시스템이나 보조 전원부와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치는 콜렉터 코일 파워 서플라이(700)를 구비할 수 있으며, 이러한 콜렉터 코일 파워 서플라이(700)는 약 10 헤르츠(Hz)정도의 톱니파(Saw-tooth)나 삼각파(triangle)를 콜렉터에 인가할 수 있다.

도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 캐소드 전원장치(100)의 내부 구성을 보여주는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치(100)는 다상의 직류/직류(DC/DC) 컨버터부(120), 다이오드(130), 전압검지부(140, V.D.)과 캐소드 전원장치 제어부(110)를 포함하여 구성될 수 있다.

다상의 직류/직류 컨버터부(120)는 출력되는 전압의 리플이 작고, 아크 에너지를 최소화할 수 있는 구조로 제작될 수 있다. 일 예로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다상의 직류/직류 컨버터부(120)는 본원 발명의 출원인이 기출원한 한국특허 제2013-0068148호에 개시된 고정밀 직류/직류 컨버터로 이루어질 수 있다.

한국특허 제2013-0068148호에 개시된 고정밀 직류/직류 컨버터는 제1 스위치 레그와 하나 이상의 제2 스위치 레그로 구성될 수 있다.

제1 스위치 레그는 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수에서는 단독으로 동작하고, 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서는 출력 전압의 리플값을 줄이도록 동작할 수 있다. 즉, 제1 스위치 레그는 어느 기준점으로 설정된 출력 전압의 값보다 작은 값을 출력하는 경우에는 경부하 또는 무부하로 판단하여 단독으로 동작할 수 있고, 그 이상의 전압에서는 다른 스위치레그와 함께 동작하면서 출력 전압의 리플을 줄이도록 조절하는 역할을 수행할 수 있다.

제2 스위치 레그는 정격부하를 위한 스위칭 주파수 또는 제1 스위치 레그가 담당하는 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서 동작할 수 있다. 즉, 제2 스위치 레그는 정격부하에 해당하는 출력전압의 대부분의 전압을 전달하는 역할을 수행할 수 있다.

위와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 캐소드 전원장치(100)의 다상의 직류/직류 컨버터부(120)에 대하여 보다 자세한 사항은 한국특허 제2013-0068148호에 기재된 바와 같다.

캐소드 전원장치(100)내에 구비된 하나 이상의 다이오드(130)는 다상의 직류/직류 컨버터부(120)가 출력한 값을 전달받아 단속 파형의 직류로 변환하는 역할을 한다. 즉, 자이로트론(500)의 캐소드는 펄스 형태의 전원을 인가받아야 하는데, 기존에는 모스펫 등으로 구성된 고전압 스위치를 이용하여 이를 수행하였으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 캐소드 전원장치(100)는 매우 정밀한 출력값을 내보낼 수 있는 다상의 직류/직류 컨버터부(120)가 목표하는 전압값을 출력하고 이를 다이오드(130)를 거쳐서 단속 파형으로 변환하여 자이로트론(500)의 캐소드에 인가할 수 있다.

캐소드 전원장치(100)의 전압검지부(140)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치(100)의 출력이 비이상적으로 커지거나 순간적인 아크가 발생하는 경우 이를 감지하여 출력 측으로 나가는 전압을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치(100)의 캐소드 전원장치 제어부(110)는 캐소드 전원장치(100)의 출력 전압과 전류의 값을 입력받아 이를 기초로 다상의 직류/직류 컨버터부(120)를 제어하는 구동신호를 출력할 수 있는 부분이다.

캐소드 전원장치 제어부(110) 다상의 직류/직류 컨버터부(120)의 상의 개수에 맞추어 이에 필요한 구동신호를 생성하여 다상의 직류/직류 컨버터부(120)에 전달할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 이하 도면 6도를 통하여 살펴보도록 한다.

도면 4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 애노드 전원장치(200)의 내부 구성을 블록도로 보여주는 도면이다.

애노드 전원장치(200)는 캐소드 전원장치(100)와 유사한 구성을 가질 수 있다. 구체적으로 애노드 전원장치(200)는 고전압 컨버터(220), 다이오드(230), 전압검지부(240)와 애노드 전원장치 제어부(210)을 포함하여 구성될 수 있다.

애노드 전원장치 제어부(210)의 고전압 컨버터(220)는 직접 직류 전원을 인가받아 자이로트론(500)의 애노드의 구동에 필요한 전원을 생성할 수 있다.

그리고, 다이오드(230)은 캐소드 전원장치(100)내의 다이오드(130)과 유사하게 고전압 컨버터(220)가 출력하는 전압의 값을 입력받아 이를 단속파형의 직류로 변환하는 역할을 수행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치 제어부(210)의 전압검지부(240)는 애노드 전원장치(200)의 출력에 아크가 발생하는 경우에 이를 제한하여, 자이로트론(500)이 손상되는 것을 방지할 수 있는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 애노드 전원장치 제어부(210)는 애노드 전원장치(200)에서 출력하는 전류의 값, 전압의 값과 캐소드 전원장치(100)에서 출력하는 전압 값을 입력받아 이를 기초로 하여 고전압 컨버터(220)를 구동하기 위한 구동신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치(200)는 위와 같은 구성을 가짐에 따라서 기존의 자이로트론 전원장치에 비하여 독립적으로 자이로트론(500)의 애노드에 인가되는 전압을 조절할 수 있다.

따라서, 기존의 자이로트론 전원장치는 캐소드 전원장치의 출력전압을 애노드 전원장치가 입력받아 자이로트론의 애노드를 구동하는 전압을 생성하여서, 캐소드 전원장치의 출력 전압의 품질이 저하되는 경우에 애노드 전원 장치의 품질도 같이 하락할 수 밖에 없는 문제점이 있었으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치는 애노드 전원장치(200)가 고전압 직류 전원을 직접 변환하여 자이로트론(500)의 애노드 단자에 인가함으로써, 캐소드 전원장치의 출력에 영향을 받아서 동반하여 전력 품질이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 이와 동반하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치(200)와 캐소드 전원장치(100)는 공통되는 접지를 가지고 있으므로, 그 전압 기준이 동일하여 자이로트론(500)의 캐소드와 애노드 단자 사이에 걸리는 전압을 정확히 제어할 수 있는 효과가 있다.

도면 5도는 몸체부 전원 장치(300)의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.

몸체부 전원 장치(300)는 애노드 전원장치(200)와 유사한 구성을 가지도록 제작될 수 있다. 구체적으로 몸체부 전원 장치(300)는 고전압 컨버터(320), 하나 이상의 다이오드(330), 전압검지부(340) 그리고 몸체부 전원장치 제어부(310)을 포함하여 구성될 수 있다.

몸체부 전원장치 제어부(310)의 고전압 컨버터(320)는 직류 전압원을 직접 입력받아 자이로트론(500)의 몸체부를 구동하기에 필요한 전원을 생성하여 출력할 수 있다.

그리고, 몸체부 전원장치(310)의 하나 이상의 다이오드(330)은 고전압 컨버터(320)가 출력하는 전압을 입력받아 이를 자이로트론(500)의 몸체부를 구동하기 위한 단속파형의 직류로 변환하여 출력하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 전압검지부(340)는 몸체부 전원장치(300)가 출력하는 전압이 자이로트론(500)의 몸체부가 허용하는 이상의 전압값이 인가되는 경우에 이를 제한하여, 자이로트론(500)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.

그리고, 몸체부 전원장치 제어부(310)는 몸체부 전원장치(300)의 고전압 컨버터(320)의 구동에 필요한 구동신호를 생성하여 출력하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 몸체부 전원장치 제어부(310)은 몸체부 전원장치(300)의 출력전압과 출력전류의 값을 센싱할 수 있다.

도면 6도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치(100)의 다상의 직류/직류 컨버터부(120)의 구동에 필요한 구동신호를 생성하는 캐소드 전원장치 제어부(110)의 내부 구성을 보여주는 블럭도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 캐소드 전원장치 제어부(110)는 전압제어기(111), 전류제어기(112), 다이오드부(113), 스위칭 주파수 변조부(114), 스위칭 주파수의 위상 천이기(115), 비교기(117), 오알(OR) 게이트, 에스알(SR) 래치 그리고 앤드(AND) 게이트를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 캐소드 전원장치 제어부(110)의 전압제어기(111)는 캐소드 전원장치(100)가 실제로 내보내는 전압값(V sensing)과 기설정된 기준 전압값(V ref)를 입력받을 수 있다. 여기서 기설정된 기준전압값(V ref)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치가 적용되는 자이로트론(500)의 캐소드 단자가 인가받을 수 있는 허용 전압값을 기초하여 설정될 수 있다.

전압제한수단(140)는 이러한 캐소드 전원장치(100)가 실제로 내보내는 전압값(V sensing)과 기설정된 기준 전압값(V ref)를 입력받아서, 캐소드 전원장치(100)가 내보내는 전압의 센싱값(V sensing)과 목표로 하는 기 설정된 기준 전압값(V ref)의 출력을 비교하여 그 오차에 비례하는 전압을 출력할 수 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류제어기(112)는 캐소드 전원장치(100)의 하나 이상의 다이오드들(130)을 통하여 흐르는 전류의 값(I sensing)과 기설정된 기준 전류의 값(I ref)을 입력받아서, 이를 비교하여 그 오차에 비례하는 전압을 출력할 수 있다. 그리고, 여기서 기설정된 기준 전류의 값(I ref)는 자이로트론(500)을 구동하기 위하여 필요하기 위하여 허용되는 전류의 값이나 또는 목표로 하는 전류의 값으로 설정될 수 있다.

캐소드 전원장치 제어부(110)의 다이오드부(113)은 전압제어기(111)와 전류제어기(112)에서 내보내는 출력 전압값을 비교하여 보다 낮은 값의 전압값을 스위칭 주파수 변조부(114)에 인가하는 역할을 수행할 수 있다.

스위칭 주파수 변조부(114)는 다이오드부(113)를 통하여 출력되는 전압제어기(111) 또는 전류제어기(112)의 전압값을 인가받아 이의 크기에 비례하는 스위칭 주파수를 내보내는 역할을 수행할 수 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치 제어부(110)의 스위칭 주파수의 위상 천이기(115)는 스위칭 주파수 변조부(114)가 출력한 스위칭 주파수를 인가받아서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다상의 직류/직류 컨버터부(120)의 상의 개수에 따른 각 스위치 레그의 수에 따라서 스위칭 주파수를 천이시켜서 복수의 스위칭 주파수를 생성하는 역할을 수행할 수 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치 제어부(110)의 비교기(117)은 캐소드 전원장치(100)의 출력단에서 발생할 수 있는 아크 값(V arc)들을 입력받아서 기설정된 기준값(V abnormal)과 비교하여, 이러한 아크 값이(V arc)이 기설정된 기준값(V abnormal)보다 큰 경우 이상으로 판단하여 출력을 하이(High) 값으로 내보낼 수 있다. 비교기(117)에서 기준값(V abnormal)로 사용하는 값은 캐소드 전원장치(100)의 전압이 비 이상적으로 커지고 있다는 것을 판정할 수 있는 값으로서, 구동되는 자이로트론(500)의 사양에 따라 적절한 값이 선택되어 사용될 수 있다.

캐소드 전원장치 제어부(110)의 오알 게이트(118)는 비교기(117)이 출력한 값을 포함하여 이상이라고 판정할 수 있는 값들을 입력받아 어느 값이라도 이상이라 판정할 수 있는 값이 입력되는 경우에 이를 출력으로 내보내는 역할을 수행할 수 있다.

오알 게이트(118)에서 입력받을 수 있는 고장 관련한 값으로는 전압 이상값(Over-Currnet), 이상 온도(Over-temperature) 등의 값이 될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치(100)가 비정상적으로 작동하는 것을 대표하는 것을 나타내는 인자라면 어떠한 값들도 선택될 수 있다.

에스알 래치(119)는 전원 인가 신호(Power On)과 오알 게이트(118)의 출력을 입력받아서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치 제어부(110)의 전체 출력을 조절할 수 있는 역할을 수행한다.

에스알 래치(119)는 진리표는 다음과 같다.

[표 1]

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치 제어부(110)의 에스알 래치(119)는 전원이 인가되고 출력단에 아무런 이상이 없으면 정상적으로 스위칭 주파수의 위상 천이기(115)가 생성한 출력을 허용하여 다상의 직류/직류 컨버터부(120)에 인가하도록 한다.

그러나, 출력단으로부터 전압, 잔류 또는 급격한 온도 상승 등의 이상이 발생하면 이러한 값이 오알 게이트(118)를 통하여 에스알 래치(119)의 알(R) 단자로 입력되늠로 에스알 래치(119)이 큐(Q) 단자의 출력 값은 로우(Low)를 가지게 된다.

에스알 래치(119)가 로우값을 가지게 되면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치 제어부(110)의 하나 이상의 앤드 단자(16)들의 한 쪽 단자에 로우 값이 인가되므로, 캐소드 전원장치 제어부(110)에서 생성한 구동신호가 다상의 직류/직류 컨버터부(120)를 구동시키기 위하여 출력되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치 제어부(110)는 이러한 구성을 가짐으로써, 출력 캐패시터 성분을 작게 설계할 수 있으므로 저리플의 출력전압을 발생하도록 캐소드 전원장치(100)를 제어할 수 있다.

또한, 출력 필터의 캐패시턴스 성분이 작아서 아크 에너지를 최소화할 수 있다. 그러므로, 가격이 비싸며 부피가 큰 고전압의 모스펫 스위치를 사용하지 않고도 효율적으로 자이로트론(500)을 보호할 수 있다.

그리고, 단시간 동안 동작이 가능하므로 전압 드롭 문제를 해결할 수 있으며, 제작단가를 낮추는 동시에 전력밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치 제어부(110)의 자세한 구성은 앞서 설명한 한국특허 제2013-0068418호에 설명된 제어부와 유사한 구성을 가지도록 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐소드 전원장치 제어부(110)에 대하여 더 자세한 사항은 한국특허 제2013-0068418호를 참작할 수 있다.

도면 7도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 애노드 전원장치 제어부(210)의 내부 구성을 보여주는 블럭도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치 제어부(210)는 전압제어기(211), 전류제어기(212), 게이트 드라이브 회로(213), 비교기(215), 오알 게이트(216)과 에스알 래치(217)을 포함하여 구성될 수 있다.

애노드 전원장치 제어부(210)의 전압제어기(211)와 전류제어기(212)는 캐소드 전원장치 제어부(210)의 전압제어기(111)와 전류제어기(112)와 동일한 역할을 수행할 수 있다.

다만, 전압제어기(211)는 애노드 전원장치(200)의 출력전압을 곧바로 센싱하여 입력받는 대신에, 캐소드 전원장치(100)의 출력전압을 센싱한 값과 애노드 전원장치(200)의 출력전압을 센싱한 값을 가감산기를 거쳐서 그 차를 구하여 입력받을 수 있다.

다시 말하면, 캐소드 전원장치(100)의 출력전압(V c_real)에 애노드 전원장치(200)의 출력전압(V a_real)을 빼서, 자이로트론(500)의 캐소드와 애노드 단자 사이에 걸리는 전압값(V ca_real)을 입력받을 수 있다.

그리고, 전압제어기(211)는 자이로트론(500)의 캐소드와 애노드 단자에 걸리는 전압값(V ca_real)과 기설정된 기준전압값을 입력받아 그 차이에 비례하는 값을 출력으로 내보낸다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치 제어부(210)의 전류제어기(212)는 애노드 전원장치(200)가 출력하는 실제 전류값(I A-real)과 기설정된 기준전류값(I A-ref)를 비교하여 그 차이에 비례하는 값을 전류제어기(212)의 출력으로 내보낸다.

애노드 전원장치 제어부(210)의 다이오드부(218)은 전압제어기(211)와 전류제어기(212)의 출력값 중에서 작은 값을 스위칭 주파수 변조부(214)의 입력으로 전달할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치 제어부(210)는 비교기(215)를 포함할 수 있다.

비교기(215)는 애노드 전원장치(200)의 출력단에서 발생할 수 있는 아크 값(V Arc)을 입력 받아서, 이를 기설정된 기준값(V abnormal)과 비교할 수 있다. 그리고, 이러한 아크 값(V Arc)이 기설정된 기준값(V abnormal)보다 큰 경우에는 이상으로 판단하여 출력을 하이(High)로 내보낼 수 있다.

비교기(215)에서 기준값(V abnormal)로 사용하는 값은 애노드 전원장치(200)가 비 이상적으로 작동하는 것으로 판단할 수 있는 적절한 값이 선택되어 사용될 수 있다.

애노드 전원장치 제어부(210)의 오알 게이트(216)는 이러한 비교기(215)가 출력한 값을 포함하여, 이상이라고 판정할 수 있는 적절한 값들을 입력받아 어느 값이라도 이상이라 판정할 수 있는 값이 입력되는 경우에 이를 출력으로 내보내는 역할을 수행할 수 있다.

오알 게이트(216)에서 입력받을 수 있는 적절한 값으로는 전류 이상값(Over-current), 이상 온도(Over-temperature) 등의 값이 될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치(200)가 비정상적으로 작동하는 것을 대표하는 것이라면 어떠한 인자들도 선택될 수 있다.

에스알 래치(217)는 전원 인가 신호(Power on)와 오알 게이트(216)의 출력 신호를 입력받아서, 애노드 전원장치(200)의 전체 출력을 조절할 수 있는 역할을 수행할 수 있다.

스위칭 주파수 변조부(214)는 에스알 래치(217)의 출력과 다이오드부(218)의 출력을 입력받아서, 다이오드부(218)가 출력한 전압값의 크기에 비례하는 스위칭 주파수를 생성할 수 있다.

그리고, 애노드 전원장치 제어부(210)의 게이트 드라이브 회로(213)은 스위칭 주파수 변조부(214)에서 출력한 스위칭 주파수를 입력받아서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치(200)의 고전압 컨버터(220)를 구동하기 위한 구동신호를 생성하여 출력할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치(200)는 이러한 애노드 전원장치 제어부(210)의 제어에 의하여 캐소드 전원장치(100)의 출력전압과는 별도로 고정밀의 출력전압 제어가 가능하다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치 제어부(210)는 애노드와 콜렉터 사이의 전압제어를 통하여 자이로트론(500)의 캐소드와 애노드 사이의 전압제어를 수행할 수 있다. 그리고, 고전압 센싱회로의 구현이 간단해지기 때문에, 애노드 전원장치(200)의 설계가 용이해지는 효과가 있다. 또한, 다수의 스위치와 제너 다이오드를 사용하는 방식에 비하여 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 몸체부 전원장치(300)의 몸체부 전원장치 제어부도 애노드 전원장치 제어부(210)와 유사하게 제작될 수 있다.

이처럼 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치는 자이로트론(500) 구동을 위한 세 개의 전원장치들이 모두 공통의 접지를 가지므로 신뢰성을 향상시킬 수 있다,

도면 8도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치가 내보내는 출력의 파형을 보여주는 도면이다.

도면 8도상에서 ①은 자이로트론(500)의 몸체부를 구동하는 몸체부 전원장치(300)에서 내보내는 출력파형을 보여준다. 그리고, ②는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 애노드 전원장치(200)의 출력파형을 보여주는 그래프이며, ③은 캐소드 전원장치(100)의 출력파형을 보여주는 그래프이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치의 애노드 전원장치(200)는 캐소드 전원장치(100)와 분리되어 독립적인 전원 소스로서 작도잉 가능하므로 그 가변이 자유롭다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자이로트론 전원장치는 자이로트론(500)의 캐소드와 애노드 사이의 전압차를 자유롭게 가변시킴으로서 출력 빔을 세기와 양을 자유롭게 조절할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 캐소드 전원장치
110 : 캐소드 전원장치 제어부
111 : 전압제어기
112 : 전류제어기
113 : 다이오드부
114 : 스위칭 주파수 변조부
115 : 스위칭 주파수의 위상 천이기
116 : 앤드 게이트
117 : 비교기
118 : 오알 게이트
119 : 에스알 래치
120 : 다상의 직류/직류 컨버터부
130 : 다이오드
140 : 전압검지부
200 : 애노드 전원장치
210 : 애노드 전원장치 제어부
211 : 전압제어기
212 : 전류제어기
213 : 게이트 드라이브 회로
214 : 스위칭 주파수 변조부
215 : 비교기
216 : 오알 게이트
217 : 에스알 래치
218 : 다이오드부
220 : 고전압 컨버터
230 : 다이오드
240 : 전압검지부
300 : 몸체부 전원장치
310 : 몸체부 전원장치 제어부
320 : 고전압 컨버터
330 : 다이오드
340 : 전압검지부
400 : 히터 전원장치
500 : 자이로트론
600 : 제어부
610 : 휴먼 머신 인터페이스
620 : 브이엠이
630 : 피엘씨
700 : 콜렉터 코일 파일 서플라이

Claims

전자빔을 발생시키기 위하여 캐소드와 애노드를 포함하여 구성되는 전자총부와 상기 전자총부로부터 발생한 전자빔을 전력 및 주파수를 증가시키는 공동 공진기를 포함하는 몸체부와 상기 몸체부를 통과한 전자빔을 수용하는 콜렉터를 포함하여 구성됨으로써, 밀리터리 웨이브를 발생시키는 자이로트론;
상기 자이로트론의 캐소드의 구동에 필요한 전압을 인가하는 캐소드 전원장치;
상기 자이로트론의 애노드의 구동에 필요한 전압을 인가하는 애노드 전원장치;를 포함하고,
상기 캐소드 전원장치, 상기 애노드 전원장치의 접지 단자는 상기 자이로트론의 콜렉터에 연결되어 그라운드로 연결되도록 구성되고, 상기 애노드 전원장치의 출력 전압을 조절함으로써 상기 자이로트론의 애노드와 캐소드 사이에 인가되는 전압의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 자이로트론의 몸체부의 구동에 필요한 전력을 인가하는 몸체 전원장치;를 더 포함하고,
상기 몸체 전원장치의 접지 단자는 상기 자이로트론의 콜렉터에 연결되어 그라운드로 연결되는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원장치.
제1항에 있어서,
상기 자이로트론의 필라멘트를 가열하기 위한 전원을 인가하는 히터 전원장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 캐소드 전원장치는
직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들;
상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들의 출력을 전달받아 단속파형의 직류로 변환하는 하나 이상의 다이오드들;
상기 하나 이상의 다이오드들의 애노드단에 연결되어 출력단의 전압을 검지하는 하나 이상의 전압검지부들; 및
상기 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 상기 하나 이상의 전압검지부들을 통하여 출력되는 상기 캐소드 전원장치의 출력 전압의 값을 인가받아 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들을 구동하기 위한 구동신호들을 생성하는 캐소드 전원장치 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 애노드 전원장치는
직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 고전압 컨버터부;
상기 고전압 컨버터부의 출력을 전달받아 단속파형의 직류로 변환하는 하나 이상의 다이오드들;
상기 하나 이상의 다이오드들의 애노드단에 연결되어 출력단의 전압을 검지하는 하나 이상의 전압검지부들; 및
상기 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 상기 하나 이상의 전압검지부들을 통하여 출력되는 상기 애노드 전원장치의 출력 전압의 값과 상기 캐소드 전원 장치의 출력 전압의 값을 인가받아 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들의 구동하기 위한 구동신호들을 생성하는 애노드 전원장치 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치.
제2항에 있어서,
상기 몸체 전원장치는
직류를 원하는 직류 레벨로 변환하는 고전압 컨버터부;
상기 고전압 컨버터부의 출력을 전달받아 단속파형의 직류로 변환하는 하나 이상의 다이오드들;
상기 하나 이상의 다이오드들의 애노드단에 연결되어 출력단의 전압을 검지하는 하나 이상의 전압검지부들; 및
상기 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 상기 하나 이상의 전압검지부들을 통하여 출력되는 상기 몸체 전원장치의 출력 전압의 값을 인가받아 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부등을 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 몸체부 전원 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치.
제4항에 있어서,
상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들은
직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 상기 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수에서는 단독으로 동작하고, 상기 정격부하 이하의 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서는 출력 전압의 리플값을 줄이도록 동작하는 제1 스위치 레그; 및
상기 직류 전원측의 양극 단자에 일단이 연결되고, 상기 직류 전원측의 음극 단자에 타단이 연결되어 정격부하를 위한 스위칭 주파수 또는 상기 제1 스위치 레그가 담당하는 경부하 또는 무부하를 위한 출력 전압 인가에 사용되는 스위칭 주파수 이하의 주파수에서 동작하는 하나 이상의 제2 스위치 레그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치.
제4항에 있어서,
상기 캐소드 전원장치 제어부는
상기 캐소드 전원장치의 출력 전압과 기설정된 기준 전압을 비교하는 전압제어기;
상기 캐소드 전원장치의 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 기설정된 기준 전류의 값을 비교하는 전류제어기;
상기 전압제어기와 상기 전류제어기에서 내보내는 출력 전압값을 비교하여, 보다 낮은 값의 전압값을 출력하는 다이오드부;
상기 다이오드부가 출력한 전압값의 크기에 비례하는 스위칭 주파수를 내보내는 스위칭 주파수 변조부;
상기 스위칭 주파수 변조부가 내보내는 스위칭 주파수를 인가받아 상기 스위칭 주파수의 위상을 천이시킴으로서 상기 다상 직류/직류 컨버터부들을 구동하는 구동신호들을 생성하는 스위칭 주파수의 위상 천이기;
상기 캐소드 전원장치의 출력을 이상으로 판단할 수 있는 기설정된 기준 전압값 대비하여 상기 캐소드 전원장치의 출력 전압의 값이 더 큰 경우 하이(High) 출력 신호를 내보내는 비교기;
상기 비교기가 출력한 값을 포함하여 상기 캐소드 전원장치의 보호회로 관련 신호를 입력받는 오알(OR) 게이트;
상기 오알 게이트로부터 출력되는 신호를 알(R) 단자로 입력받고 전원 인가 신호를 에스(S) 단자로 인가받아, 큐(Q) 단자의 출력을 결정하는 에스알(SR) 래치;
상기 에스알 래치의 큐 단자의 출력과 상기 스위칭 주파수 위상 천이가 출력하는 구동신호를 입력받아서 상기 하나 이상의 다상 직류/직류 컨버터부들에 상기 구동신호를 인가여부를 결정하는 하나 이상의 앤드(AND) 게이트들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치.
제5항에 있어서,
상기 애노드 전원장치 제어부는
상기 캐소드 전원장치의 출력 전압과 상기 애노드 전원장치의 출력 전압을 비교하여, 그 차이를 출력하는 감산기;
상기 감산기가 출력한 신호와 상기 캐소드 전원장치와 상기 애노드 전원장치 사이의 기설정된 기준전압값을 입력받아 비교하는 전압제어기;
상기 애노드 전원장치의 하나 이상의 다이오드들을 통하여 흐르는 전류의 값과 기설정된 기준 전류의 값을 비교하는 전류제어기;
상기 전압제어기와 상기 전류제어기에서 내보내는 출력 전압값을 비교하여, 보다 낮은 값의 전압값을 출력하는 다이오드부;
상기 애노드 전원장치의 출력을 이상으로 판단할 수 있는 기설정된 기준 전압값 대비하여 상기 캐소드 전원장치의 출력 전압의 값이 더 큰 경우 하이(High) 출력 신호를 내보내는 비교기;
상기 비교기가 출력한 값을 포함하여 상기 캐소드 전원장치의 보호회로 관련 신호를 입력받는 오알(OR) 게이트;
상기 오알 게이트로부터 출력되는 신호를 R 단자로 입력받고 전원 인가 신호를 S 단자로 인가받아, Q 단자의 출력을 결정하는 SR 래치;
상기 SR 래치의 출력과 상기 다이오드부가 출력한 전압값을 입력받아, 상기 다이오드부가 출력한 전압값의 크기에 비례하는 스위칭 주파수를 내보내는 스위칭 주파수 변조부;
상기 스위칭 주파수 변조부의 신호를 입력받아 상기 고전압 컨버터부를 구동하는 구동신호를 출력하는 게이트 드라이브 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 장치.
밀리터리 웨이브를 발생시키는 자이로트론이 준비되는 단계;
상기 자이로트론의 캐소드와 상기 자이로트론의 콜렉터 사이에 캐소드 전원 장치가 연결되는 단계;
상기 자이로트론의 애노드와 상기 자이로트론의 콜렉터 사이에 애노드 전원 장치가 연결되는 단계;
상기 자이로트론의 몸체부와 상기 자이로트론의 콜렉터 사이에 몸체부 전원 장치가 연결되는 단계;
상기 자이로트론의 콜렉터가 그라운드에 연결되는 단계;
상기 애노드 전원 장치의 출력을 조절하여 상기 자이로트론의 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 전압을 조절하여 전자빔을 생성하는 단계;를 포함하는 자이로트론 전원 공급 방법.
제10항에 있어서,
상기 애노드 전원 장치의 출력을 조절하여 상기 자이로트론의 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 전압을 조절하여 전자빔을 생성하는 단계 이후에,
상기 전자빔이 상기 자이로트론의 몸체부를 지나면서 상기 전자빔의 전력 및 주파수가 증가되면서 밀리터리 웨이브가 여기되는 단계;
상기 자이로트론의 몸체부를 통과한 전자빔이 상기 자이로트론의 콜렉터에 수용되고, 상기 밀리터리 웨이브는 상기 자이로트론의 출력창을 투과하여 외부로 방출되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로트론 전원 공급 방법.