KR101598416B1

KR101598416B1 - 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치

Info

Publication number: KR101598416B1
Application number: KR1020150066202A
Authority: KR
Inventors: 김동진; 김영선; 박희수; 김종연; 권완성; 김동민; 김용수; 김병우
Original assignee: 선광엘티아이 주식회사
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-03-02

Abstract

본 발명의 특징은, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 제공하는 직류 전원부, 제어 신호에 의해서 턴온되어 상기 직류 전원부에서 제공하는 직류 전원을 전달하는 스위칭부, 상기 스위칭부에 의해서 직류 전원을 전달받으며, 권선비가 높은 1차 코일과 2차 코일로 구성되고 공진에 의해서 고전압을 발생시키는 공심 코어를 갖는 공진 코일, 상기 스위칭부와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일 사이에 배치되며, 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일과 공진을 유도하는 공진 커패시터 및 상기 공진 커패시터와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일에 의해서 유도되는 공진 신호가 피드백되어 상기 공진 신호와 동일한 주파수의 레퍼런스 펄스 신호를 생성하며, 모듈레이션 펄스 신호가 하이인 경우에 활성화되어 상기 레퍼런스 펄스 신호를 상기 스위칭부의 제어 신호로 제공하는 제어 신호 제공부를 포함하는 것이다.

Description

공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치{RESONANT COIL HAVING AIR CORE FOR CONTROLLING STREAMER OF TESLA COIL}

본 발명은 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공심 코어를 갖는 공진 코일의 공진 신호와 동일한 주파수의 전기 신호를 제어 신호로 제공하면서 공진 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절함으로써, 공심 코어를 갖는 공진 코일의 2차 코일에 출력으로 나타나는 스트리머의 길이, 강도, 소리 등을 효과적으로 제어할 수 있는 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치에 관한 것이다.

공심 코어를 갖는 공진 코일은 니콜라 테슬라가 고안한 유명한 발명품 중 하나로, 권선비가 높은 1차 코일과 2차 코일로 구성되고 공진의 원리로 수십에서 수백만 볼트의 고전압을 발생시킨다.

공심 코어를 갖는 공진 코일은 1차 코일을 불꽃 방전으로 여진시켜 고전압을 얻으며, 2차 코일의 침전극을 통해서 고전압의 강력한 스트리머가 발생된다. 이런 특성을 이용하여 ESE(Early Streamer Emission) 피뢰침에 채용되고 있으나, 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머가 정량적으로 조절되지 않아서, 공심 코어를 갖는 공진 코일을 제어하는데 어려움이 있었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 특허청 공개 특허 제10-2003-0085855호에 2003.11.07.자로 개시되어 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 공심 코어를 갖는 공진 코일의 공진 신호와 동일한 주파수의 전기 신호를 제어 신호로 제공하면서 공진 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절함으로써, 공심 코어를 갖는 공진 코일의 2차 코일에 출력으로 나타나는 스트리머의 길이, 강도, 소리 등을 효과적으로 제어할 수 있는 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시 예에 따른 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치는 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 제공하는 직류 전원부, 제어 신호에 의해서 턴온되어 상기 직류 전원부에서 제공하는 직류 전원을 전달하는 스위칭부, 상기 스위칭부에 의해서 직류 전원을 전달받으며, 권선비가 높은 1차 코일과 2차 코일로 구성되고 공진에 의해서 고전압을 발생시키는 공심 코어를 갖는 공진 코일, 상기 스위칭부와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일 사이에 배치되며, 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일과 공진을 유도하는 공진 커패시터 및 상기 공진 커패시터와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일에 의해서 유도되는 공진 신호가 피드백되어 상기 공진 신호와 동일한 주파수의 레퍼런스 펄스 신호를 생성하며, 모듈레이션 펄스 신호가 하이인 경우에 활성화되어 상기 레퍼런스 펄스 신호를 상기 스위칭부의 제어 신호로 제공하는 제어 신호 제공부를 포함한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치는, 상기 스위칭부는 상기 제어 신호가 하이인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 1 스위칭 소자와, 상기 제어 신호가 로우인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 2 스위칭 소자와, 상기 제어 신호가 하이 신호인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 3 스위칭 소자와, 상기 제어 신호가 로우인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 4 스위칭 소자를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시 예에 따른 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치는, 상기 제어 신호 제공부에서 전달되는 제어 신호를 1:1로 변압하되, 4개의 출력으로 분할하여 상기 제 1 내지 4 스위칭 소자로 제공하는 제어 신호 분할부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예들에 따른 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치는 공심 코어를 갖는 공진 코일의 공진 신호와 동일한 주파수의 전기 신호를 제어 신호로 제공하면서 공진 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절함으로써, 공심 코어를 갖는 공진 코일의 2차 코일에 출력으로 나타나는 스트리머의 길이, 강도, 소리 등을 효과적으로 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치의 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치에 채용되는 제어 신호 제공부의 세부 회로도.
도 3은 도 2의 제어 신호 제공부의 입출력 진리표.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 본 발명의 일실시 예에 따른 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치는 직류 전원부(100), 스위칭부(200), 공심 코어를 갖는 공진 코일(300), 공진 커패시터(C1), 제어 신호 제공부(500) 및 제어 신호 분할부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서, 직류 전원부(100)는 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 제공하며, 도 1에 도시된 것처럼, 브리지 다이오드와 커패시터로 구성될 수 있다.

한편, 스위칭부(200)는 제어 신호(GATE_DRIVE)에 의해서 턴온되어 상기 직류 전원부(100)에서 제공하는 직류 전원을 전달하며, 구체적으로, 상기 제어 신호(GATE_DRIVE)가 하이인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일(300)의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 1 스위칭 소자(Q1)와, 상기 제어 신호(GATE_DRIVE)가 로우인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일(300)의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 2 스위칭 소자(Q2)와, 상기 제어 신호(GATE_DRIVE)가 하이 신호인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일(300)의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 3 스위칭 소자(Q3)와, 상기 제어 신호(GATE_DRIVE)가 로우인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일(300)의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 4 스위칭 소자(Q4)를 포함한다. 이러한 제 1 내지 4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 도 1에 도시된 것처럼, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성될 수 있다.

또한, 공심 코어를 갖는 공진 코일(300)은 상기 스위칭부(200)에 의해서 직류 전원을 전달받으며, 권선비가 높은 1차 코일과 2차 코일로 구성되고 공진에 의해서 고전압을 발생시키며, 2차 코일의 침전극을 통해서 고전압의 강력한 스트리머가 발생되고, 공진 커패시터(C1)는 상기 스위칭부(200)와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일(300) 사이에 배치되며, 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일(300)의 1차 코일과 공진을 유도한다.

한편, 제어 신호 제공부(500)는 상기 공진 커패시터(C1)와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일(300)의 1차 코일에 의해서 유도되는 공진 신호가 피드백되어 상기 공진 신호와 동일한 주파수의 레퍼런스 펄스 신호(GATE_DRIVE)를 생성하며, 모듈레이션 펄스 신호(MODULATOR)가 하이인 경우에 활성화되어 상기 레퍼런스 펄스 신호(GATE_DRIVE)를 상기 스위칭부(200)의 제어 신호(GATE_DRIVE)로 제공하고, 제어 신호 분할부(400)는 상기 제어 신호 제공부(500)에서 전달되는 제어 신호(GATE_DRIVE)를 1:1로 변압하되, 4개의 출력으로 분할하여 상기 제 1 내지 4 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 제공한다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 제어 신호 제공부(500)에 대해서 상세히 설명한다.

다이오드(CR1, CR2, CR5, CR6), 제너 다이오드(CR3, CR4), 커패시터, 저항, 및 슈미트 트리거(U1A, U1B)로 구성되는 구형파 형성부(510)로 공진 커패시터(C1)와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일(300)의 1차 코일에 의해서 유도되는 공진 신호가 피드백되면 구형파 형성부(510)는 공진 신호와 동일한 주파수의 구형파 신호로 변환하여, 레퍼런스 펄스 신호(GATE_DRIVE)로 제공한다.

한편, 모듈레이션 제공부(600)는 광신호 형태의 모듈레이션 펄스 신호(MODULATOR)를 제어 신호 제공부(500)로 전달하고, 전달되는 광신호 형태의 모듈레이션 펄스 신호(MODULATOR)는 광전 변환부(U6)를 통해서 전기 신호로 변환되어 활성화 신호(ENBL)로 제공된다.

상기 레퍼런스 펄스 신호(GATE_DRIVE)와 상기 활성화 신호(ENBL)는 플립플랍(UCC37321, UCC37322)에 전달되며, 플립플랍(UCC37322)은 활성화 신호(ENBL)가 하이인 경우에 레퍼런스 펄스 신호(GATE_DRIVE)를 제공하고, 플립플랍(UCC37321)은 활성화 신호(ENBL)가 하이인 경우에 레퍼런스 펄스 신호(GATE_DRIVE)의 반전 신호를 제공한다.

결국, 제어 신호 제공부(500)는 모듈레이션 펄스 신호(MODULATOR)가 하이인 경우에 활성화되어 공진 신호와 동일한 주파수의 구형파 신호를 제어 신호(GATE_DRIVE)로 제공함으로써, 제어 신호(GATE_DRIVE)의 듀티비(duty ratio)를 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 제공하는 직류 전원부;
제어 신호에 의해서 턴온되어 상기 직류 전원부에서 제공하는 직류 전원을 전달하는 스위칭부;
상기 스위칭부에 의해서 직류 전원을 전달받으며, 권선비가 높은 1차 코일과 2차 코일로 구성되고 공진에 의해서 고전압을 발생시키는 공심 코어를 갖는 공진 코일;
상기 스위칭부와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일 사이에 배치되며, 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일과 공진을 유도하는 공진 커패시터; 및
상기 공진 커패시터와 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일에 의해서 유도되는 공진 신호가 피드백되어 상기 공진 신호와 동일한 주파수의 레퍼런스 펄스 신호를 생성하며, 모듈레이션 펄스 신호가 하이인 경우에 활성화되어 상기 레퍼런스 펄스 신호를 상기 스위칭부의 제어 신호로 제공하는 제어 신호 제공부를 포함하는 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스위칭부는 상기 제어 신호가 하이인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 1 스위칭 소자와, 상기 제어 신호가 로우인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 2 스위칭 소자와, 상기 제어 신호가 하이 신호인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 3 스위칭 소자와, 상기 제어 신호가 로우인 경우에 턴온되어 상기 직류 전원을 상기 공심 코어를 갖는 공진 코일의 1차 코일의 일단에 전달하는 제 4 스위칭 소자를 포함하는 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제어 신호 제공부에서 전달되는 제어 신호를 1:1로 변압하되, 4개의 출력으로 분할하여 상기 제 1 내지 4 스위칭 소자로 제공하는 제어 신호 분할부를 더 포함하는 공심 코어를 갖는 공진 코일의 스트리머 제어 장치.