KR101630489B1 - 커패시터 충전기 시스템, 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈 및 절연형 획득 모듈 - Google Patents

커패시터 충전기 시스템, 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈 및 절연형 획득 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커패시터 충전기 모듈(110), 절연형 획득 모듈(120) 및 디지털 제어 모듈(130)로 구성되는 커패시터 충전기 시스템(100)에 관한 것이다. 상기 격리 획득 모듈(120)은 상기 커패시터 충전기 모듈(110)의 출력 전압 레벨을 샘플링하도록 구성된다. 상기 디지털 제어 모듈(130)은 양방향 링크를 거쳐 상기 절연형 획득 모듈(120)에 연결되고 제어 신호 인터페이스를 거쳐 상기 커패시터 충전기 모듈(110)에 연결된다. 상기 디지털 제어 모듈(130)은 상기 절연형 획득 모듈로부터 상기 양방향 링크를 거쳐 수신되는 샘플링된 출력 전압 레벨을 나타내는 데이터에 기초하여 제어 신호 정보 및 동기화 신호 정보를 발생하도록 구성된다. 상기 디지털 제어 모듈(130)은 또한 상기 제어 신호 정보를 상기 제어 신호 인터페이스를 거쳐 상기 커패시터 충전기 모듈(110)로 보내고, 상기 동기화 신호 정보를 상기 양방향 링크를 거쳐 상기 절연형 획득 모듈(120)로 보내도록 구성된다. 상기 커패시터 충전기 모듈(110)은 상기 디지털 제어 모듈로부터의 제어 신호 정보에 기초하여 제어되며, 상기 절연형 획득 모듈(120)은 상기 동기화 신호 정보에 기초하여 샘플링을 실행하도록 구성된다.

Description

커패시터 충전기 시스템, 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈 및 절연형 획득 모듈{Capacitor charger system and digital control module and isolated acquisition module for such a capacitor charger system}
본 발명은 일반적으로 커패시터 충전기 시스템에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 높은 안정성 및/또는 정확도를 갖는 커패시터 충전기 시스템, 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈 및 격리 획득 모듈에 관한 것이다.
커패시터 충전기 시스템은 짧고 높은 전류 펄스가 이용되는 곳이면 어디서든 흔하게 이용된다. 응용예는 파워 모듈레이터(power modulator), 가속기, 라이트 플래쉬(light flashes), z-레이 시스템(z-ray system) 등을 포함한다. 커패시터가 부분적으로 또는 완전히 방전되면 높은 전류가 얻어진다. 전류의 안정성은 커패시터 충전기 시스템에 의해 공급되는 전압에 직접적으로 의존한다. 따라서 안정적인 커패시터 충전기 전압은 펄싱 시스템(pulsing system)으로부터 안정적 전류를 부여할 것이다. 동일한 시스템에서 높은 전류 스파이크 및 민감한 전자장치를 갖는 것이 보통이므로, 충전 속도 및 최종-전압 레벨(end-voltage level)의 조절은 정확해 지는 것이 쉽지 않다. 완전한 조절 시스템의 안정성은 커패시터 충전기 시스템의 출력 전압 측정의 정확성에 상당히 많이 의존한다. 보통 출력 전압은 저항 분압기(resistive voltage divider)를 통해 측정되며, 왜곡(distortion)은 대개 커패시터 충전기 모듈에서 스위치 온 및 오프 시 고전류에 의하여 발생한다. 이러한 스위치 현상들은 공통 접지(common ground)에 대하여 충전된 커패시터의 케이블 인덕턴스에 의존하는 출력에서의 실제 전압 변동(real voltage variations)으로서 전압 왜곡(voltage distortion)을 일으킨다.
본 발명은 선행 기술 장치의 상기 단점 및 기타의 단점들을 극복한다.
본 발명의 일반적 목적은 개선된 커패시터 충전기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 구체적 목적은 커패시터 충전기 시스템에 기초하는 파워 모듈레이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 커패시터 충전기 시스템용 절연형 획득 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적들은 첨부하는 특허청구범위에 의해 규정되는 바에 의해 달성된다.
첫 번째 측면에서, 본 발명은 커패시터 충전기 모듈, 절연형 획득 모듈 및 디지털 제어 모듈로 구성되는 커패시터 충전기 시스템에 관한 것이다. 절연형 획득 모듈은 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨을 샘플링하도록 구성된다. 디지털 제어 모듈은 양방향 링크에 의하여 절연형 획득 모듈에 연결되고 제어 신호 인터페이스에 의하여 커패시터 충전기 모듈에 연결된다. 디지털 제어 모듈은 절연형 획득 모듈로부터 양방향 링크를 거쳐 수신되는 샘플링된 출력 전압 레벨을 나타내는 데이터에 기초하여 제어 신호 정보 및 동기화 신호 정보를 발생하도록 구성된다. 디지털 제어 모듈은 또한 제어 신호 정보를 제어 신호 인터페이스를 거쳐 커패시터 충전기 모듈로 보내고, 동기화 신호 정보를 양방향 링크를 거쳐 절연형 획득 모듈로 보내도록 구성된다. 커패시터 충전기 모듈은 디지털 제어 모듈로부터의 제어 신호 정보에 기초하여 제어되며, 절연형 획득 모듈은 상기 동기화 신호 정보에 기초하여 샘플링을 실행하도록 구성된다.
바람직하게, 절연형 획득 모듈은 동기화 신호 정보에 기초하여 샘플링을 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스에 대한 제어되는 타이밍 관계(controlled timing relation)로 실행하도록 구성된다.
예를 들어, 커패시터 충전기 모듈을 펄스 폭 변조된(PWM; pulse width modulated) 커패시터 충전기 모듈로서 실행하는 것이 바람직할 수 있는데, 이 경우 디지털 제어 모듈은 PWM 제어 펄스를 포함하는 PWM 제어 패턴의 형태로 제어 신호 정보를 발생하도록 구성된다. 바람직하게, 이러한 예시적 경우에 있어서,절연형 획득 모듈은 다음의 PWM 제어 펄스 전에 밀접한 관계로(in close relation) 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨의 샘플링을 실행하도록 구성되어, 이전의 출력 펄스로부터의 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압에서 왜곡이 허용가능한 레벨까지 서서히 감소되도록 한다.
예를 들어, 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스 주파수는 10 KHz 보다 높고, 바람직하게는 대략 25 KHz 이며, 샘플링 주파수는 바람직하게 적어도 출력 펄스 주파수와 같이 높다.
이러한 크기의 샘플링 주파수로, 양방향 링크를 거쳐 전달되는 정보의 양은 꽤 상당할 수 있으며, 따라서 양방향 링크를 디지털 광 링크(digital optical link)로서 실행하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 목적으로, 절연형 획득 모듈 및 디지털 제어 모듈은 각각 광 입력/출력 인터페이스를 가질 수 있다.
본 발명의 두 번째 양태에서는 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈이 제공된다. 커패시터 충전기 시스템은 커패시터 충전기 모듈 및 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨을 샘플링하기 위한 절연형 획득 모듈을 포함한다. 디지털 제어 모듈은 양방향 링크를 거쳐 절연형 획득 모듈에 연결되고, 제어 신호 인터페이스를 거쳐 커패시터 충전기 모듈에 연결된다. 디지털 제어 모듈은 절연형 획득 모듈로부터 양방향 링크를 거쳐 수신되는 커패시터 충전기 모듈의 샘플링된 출력 전압 레벨을 나타내는 데이터에 기초하여 제어 신호 정보 및 동기화 신호 정보를 발생하도록 구성된다. 디지털 제어 모듈은 또한 제어 신호 정보를 제어 신호 인터페이스를 거쳐 커패시터 충전기 모듈로 보내어 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스를 제어하도록 하고, 또한 동기화 신호 정보를 양방향 링크를 거쳐 절연형 획득 모듈로 보내어 절연형 획득 모듈의 샘플링 작동을 제어하도록 구성된다.
본 발명의 세 번째 양태에서는 커패시터 충전기 시스템용 절연형 획득 모듈이 제공된다. 커패시터 충전기 시스템은 커패시터 충전기 모듈 및 디지털 제어 모듈을 갖는다. 절연형 획득 모듈은 양방향 링크를 거쳐 디지털 제어 모듈에 연결되고, 절연형 획득 모듈은 디지털 제어 모듈로부터의 동기화 신호 정보에 기초하여 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스에 대한 제어되는 타이밍 관계(controlled timing relation)로 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨을 샘플링하도록 구성된다.
본 발명의 상이한 양태들은 커패시터 충전기 시스템, 커패시터 충전기 시스템을 포함하는 파워 모듈레이터, 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈 및 절연형 획득 모듈을 포함한다.
본 발명에 의하여 제공되는 기타의 잇점들은 본 발명의 실시예와 관련한 아래의 상세한 설명을 통해 인식될 것이다.
본 발명은, 그것의 추가 목적 및 잇점과 더불어, 첨부 도면과 함께 기재된 아래의 상세한 설명을 통해 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 커패시터 충전기 시스템과 관련한 예시적 응용예를 도식적으로 예시한 도면이다.
도 2는 시간에 대한 커패시터 전압의 일례를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 충전기 시스템을 도식적으로 예시한 도면이다.
도 4a 내지 4d는 특정의 실시예에 따른 도식적 신호 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 충전기 시스템의 특정예를 도식적으로 예시한 도면이다.
도 6은 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈의 특정예를 도식적으로 예시한 도면이다.
도 7은 커패시터 충전기 시스템용 절연형 획득 모듈 또는 보드의 특정예를 도식적으로 예시한 도면이다.
도면 전체를 통해, 상응하거나 유사한 요소에 대하여 동일한 도면 부호가 사용될 것이다.
도 1은 커패시터 충전기 시스템과 관련한 예시적 응용예를 도식적으로 예시한 도면이다. 도 1에 예시된 전체적 응용은 기본적으로 파워 모듈레이터에 대응하는 것이며, 완전한 커패시터 충전기 시스템(100)을 도시하고, 그것이 어떻게 커패시터(200)에 연결되며, 또한 선택적으로 승압 펄스 변압기(300; step-up pulse transformer) 상에 연결되는지를 도시한다. 커패시터(200)의 출력은 승압 펄스 변압기(300)의 1차 권선을 경유한다. 커패시터(200)를 방전하는 스위치(400)는 기본적으로 커패시터 충전 시스템 출력을 단락(short-circuiting)시킨다.
도 2는 시간에 대한 커패시터 전압의 일례를 도시한다. 커패시터는 펄스(pulse-like) 방식으로 방전한 다음 다시 충전되는데, 처음에는 신속하게, 그 다음 커패시터가 완전히 충전되어 다시 방전될 준비가 될 때까지는 보통 더 느리게 된다.
예를 들어, 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스는 500 V 보다는 높지만 2500 V 보다는 낮은, 바람직하게는 900과 1500 V 사이의 전압을 갖는다.
도 1에 도시된 것과 같은 파워 모듈레이터에서 사용하기 위한 적당한 스위치의 예는 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터; Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치 및 온-오프에서 전자적으로 제어가능한 유사한 스위치를 포함한다.
물론, 상기 선행 기술 부분에서 이미 언급된 바와 같이 다른 응용들도 존재한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 충전기 시스템을 도식적으로 예시한 도면이다. 커패시터 충전기 시스템(100)은 커패시터 충전기 모듈(110), 절연형 획득 모듈(120) 및 디지털 제어 모듈(130)로 기본적으로 구성된다. 절연형 획득 모듈(120)은 커패시터 충전기 모듈(110)의 출력 전압 레벨을 샘플링하도록 구성된다. 디지털 제어 모듈(130)은 양방향 링크를 거쳐 절연형 획득 모듈(120)에 연결되고 제어 신호 인터페이스를 거쳐 커패시터 충전기 모듈(110)에 연결된다. 디지털 제어 모듈(130)은 절연형 획득 모듈(120)로부터 양방향 링크를 거쳐 수신되는 샘플링된 출력 전압 레벨을 나타내는 데이터에 기초하여 제어 신호 정보 및 동기화 신호 정보를 발생하도록 구성된다. 디지털 제어 모듈(130)은 또한 제어 신호 정보를 제어 신호 인터페이스를 거쳐 커패시터 충전기 모듈(110)로 보내고, 동기화 신호 정보를 양방향 링크를 거쳐 절연형 획득 모듈(120)로 보내도록 구성된다. 커패시터 충전기 모듈(110)은 디지털 제어 모듈로부터의 제어 신호 정보에 기초하여 제어되며, 절연형 획득 모듈(120)은 동기화 신호 정보에 기초하여 샘플링을 실행하도록 구성된다.
특히, 공통 접지로부터 측정을 분리시키고, 스위칭 왜곡이 낮거나 제로(0)일 때 출력 전압을 측정하거나 샘플링할 가능성을 부여하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 절연형 획득 모듈(120)은 동기화 신호 정보에 기초하여 샘플링을 커패시터 충전기 모듈(110)의 출력 펄스에 대한 제어되는 타이밍 관계(controlled timing relation)로 실행하도록 구성되어, 출력 전압 왜곡이 상당히 낮을 때 샘플링을 보장할 수 있도록 한다.
예를 들어, 커패시터 충전기 모듈을 펄스 폭 변조된(PWM) 커패시터 충전기 모듈로서 실행하는 것이 바람직할 수 있는데, 여기서 디지털 제어 모듈은 PWM 제어 펄스를 포함하는 PWM 제어 패턴의 형태로 제어 신호 정보를 발생하도록 구성된다. 바람직하게, 이러한 예시적 경우에 있어서, 절연형 획득 모듈은 다음의 PWM 제어 펄스 전에 밀접한 관계로 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨의 샘플링을 실행하도록 구성되어, 이전의 출력 펄스로부터의 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압에서 왜곡이 허용가능한 레벨까지 서서히 감소되도록 한다. 따라서 PWM 펄스 패턴이 "정지(silent)"일 때, 그리고 스위칭 왜곡 및 기타의 왜곡이 일반적으로 주어진 한계치(threshold) 아래로 서서히 감소되었을 때 출력 전압을 샘플링하는 것이 바람직하다.
예를 들면 도 4a 내지 4d의 예시적 신호 도면을 참고할 수 있다. 도 4a는 PWM 제어 펄스 패턴의 일례를 도시한다. 도 4b는 커패시터 충전기 모듈의 출력 라인들 사이에서 출력 전압 펄스를 도시한다. 도 4c는 절연형 획득 모듈의 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 샘플 제어 펄스의 일례를 도시한다. 샘플 제어 펄스는 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 펄스에 대하여 제어되는 타이밍 관계에 있고, 따라서 PWM 펄스와도 유사한 관계에 있게 되어, 출력 전압 왜곡이 상당히 낮거나 제로(0)일 때 샘플링을 보장하도록 함을 알 수 있다. 이는 PWM 조절에 있어서 높은 정확성 및/또는 안정성을 보장하는데, 그 이유는 PWM 조절에 대한 기준으로 사용되는 측정치가 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압을 더 정확히 나타내기 때문이다. 도 4d는 제로(0) 볼트 라인과 접지사이의 전압 표시를 예시한다. 여기서의 측정(scales)은 예시적인 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 충전기 시스템의 특정예를 도식적으로 예시한 도면이다. 이러한 특정의 예에서, 커패시터 충전기 모듈(110)은 PWM 커패시터 충전기로서 실행된다. 출력 전압의 획득은 예를 들어 저항 분압기(resistive voltage divider)를 거쳐 수행된다. 분압기로부터의 전압은 획득 모듈(120)에 의하여 감지 또는 획득된다. 여기서의 획득 모듈(120)은 차동(differential)) 증폭기(122), 아날로그-디지털 변환기(ADC)(124), 디지털 신호 처리 모듈(126) 및 광 입력/출력 인터페이스(128)로 구성된다. 분압기로부터의 감지된 전압은 차동 증폭기(122)를 통과한 다음 아날로그-디지털 변환기(124)에 인가 된다. 아날로그-디지털 변환기(124)의 출력은 디지털 신호 처리 모듈(126)로 연결되며, 이경우 샘플링된 측정 데이터는 광 링크(optical link)에서 사용되는 직렬 프로토콜(serial protocol)로 적용될 수 있다. 양방향성인 광 링크는 데이터를 디지털 제어 모듈(130)로 전달한다. 디지털 제어 모듈(130)은 광 입력/출력 인터페이스(132), 디지털 신호 처리 모듈(134) 및 드라이버(136)를 포함한다. 획득 모듈(120)로부터의 데이터는 광 입력/출력 인터페이스(132)에 의해 수신된 다음 디지털 신호 처리 모듈(134)로 전달된다. 이러한 예에서, 디지털 신호 처리 모듈(134)은 PWM 제어 펄스의 PWM 패턴을 생성한다. 바람직하게, PWM 패턴은 PWM 커패시터 충전기 모듈(110)로 보내어지기 전에 드라이버(136)에서 증폭된다.
예를 들면, 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스 주파수는 10 KHz 보다 높으며, 바람직하게는 대략 25 KHz 이고, 샘플링 주파수는 바람직하게 적어도 출력 펄스 주파수 만큼은 높다.
이러한 크기의 샘플링 주파수로, 양방향 링크를 거쳐 전달되는 정보의 양은 꽤 상당할 수 있으므로, 양방향 링크를 디지털 광 링크로서 실행하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 목적으로, 절연형 획득 모듈(120) 및 상기 디지털 제어 모듈(130)은, 도 5의 실시예에 도시된 바와 같이, 각각 광 입력/출력 인터페이스를 가질 수 있다.
예를 들어, 디지털 제어 모듈(130)의 디지털 신호 처리에서 평균화 기법을 사용할 가능성을 가능케 하기 위하여,절연형 획득 모듈(120)의 아날로그-디지털 변환기(124)의 샘플링 주파수는 바람직하게 출력 펄스 주파수 보다 높다. 예를 들면, 샘플링 주파수는 50 KHz 보다 높을 수 있으며, 바람직하게는 대략 1 MHz 이상이다. 이는 데이터 속도가 꽤 높을 수 있음을 의미하는데, 예를 들면 대략 10 내지 500 Mbit/s 사이일 수 있다. 예를 들어, 16 비트가 샘플 또는 측정 하나 당 출력 전압 레벨을 나타내기 위해 사용되고, 샘플링 주파수가 1 MHz (즉, 1 Msample/s)라면, 이는 16 Mbit/s의 데이터 속도에 대응하는 것일 것이다.
특정의 일 실시예에서, PWM 패턴은 디지털 제어 모듈(130)에서 발생되고, 이것과 동기화되며, 펄스는 광 링크를 거쳐 획득 모듈(120)의 아날로그-디지털 변환기(124)로 보내어진다. 이는 PWM 패턴과 관련된 제어된 "지연(delay)"으로 출력 전압을 샘플링할 가능성을 부여한다. 출력 전압에서의 왜곡은 보통 시간이 지남에 따라 서서히 감소되거나 처지는 경향이 있으므로, 샘플링을 위한 적당한 시간은, 이것 때문에, 다음의 PWM 펄스 전에 밀접한 관련이 있을 수 있다. 샘플의 결과는 절연형 획득 보드 상의 디지털 신호 처리 장치(126) 내 직렬 프로토콜로 전환된 다음 광 링크를 거쳐 디지털 제어 모듈(130)로 다시 보내어진다. 이 모듈은 바람직하게, 도 6의 실시예에서 보다 상세히 도시된 바와 같이, 측정된 값을 기준치와 비교하고 이러한 비교 결과와 관련하여 PWM 패턴을 변화시킨다.
도 6은 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈의 특정예를 도식적으로 예시한 도면이다. 이러한 예에서, 측정되고 샘플링된 데이터는 옵토 트랜시버(opto transceiver)(132), 즉 광 입력/출력 인터페이스를 거쳐 수신되며, 그 다음 디지털 신호 처리 모듈(134)로 전달된다. 예를 들어, 디지털 신호 처리 모듈(134)은 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA; Field Programmable Gate Array)에서 실행되거나, 또는 대안으로서 주문형 반도체(ASIC; Application Specific Integrated Circuit) 또는 디지털 신호 처리장치(DSP; Digital Signal Processor)에서 실행될 수 있다. 디지털 신호 처리 모듈(134)는 측정되고 샘플링된 데이터를 미리 정의된 기준치와 비교하여 이 비교 결과에 대하여 PWM 패턴을 변화시키도록 구성된 조절기(regulator)를 포함한다. 이 조절기는 또한, PWM 조절을 개선할 목적으로, 정류(rectification) 후에 커패시터 충전기 모듈로의 주전압(mains voltage) 입력 및/또는 커패시터 충전기 모듈의 출력 전류와 같은 선택적 입력을 이용할 수도 있다. 조절기는 또한 상기 옵토 트랜시버(132)를 거쳐 상기 절연형 획득 모듈(120)로 보내어지는 동기화 신호를 발생할 수 있다.
도 7은 커패시터 충전기 시스템용 절연형 획득 모듈 또는 보드의 특정예를 도식적으로 예시한 도면이다. 앞서 언급된 바와 같이, 절연형 획득 모듈(120)은 차동 증폭기(122)를 포함할 수 있다. 차동 증폭기(122)로부터의 출력은 바람직하게 아날로그-디지털 변환기(124)에서 샘플링되고, 그 디지털 값은 디지털 신호 처리 모듈(126)로 간다. 이 디지털 신호 처리 모듈(126)은 기본적으로 샘플링된 데이터를 직렬 프로토콜로 전환시키며, 이는 옵토 트랜시버(128), 즉 광 입력/출력 인터페이스에 의해 내보내진다. 옵토 트랜시버(128)는 디지털 신호 모듈(130)로부터 오는 동기화 신호를 수신한다. 이 신호는 전형적으로 디지털 신호 처리 모듈(126)에 의해 처리되어 아날로그-디지털 변환기(124)에 대한 샘플 제어 펄스를 발생하도록 한다. 예를 들어, 디지털 신호 처리 모듈(134)은 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA)에서 실행되거나, 또는 대안적으로 주문형 반도체(ASIC) 또는 디지털 신호 처리장치(DSP)에서 실행될 수 있다.
상기 기술된 실시예들은 단지 예시로서 주어진 것이며, 본 발명이 이에 의해 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 여기에 개시되고 특허청구범위에 기재된 기본적 중요 원리를 보유하는 추가의 변경, 변화 및 개선은 본 발명의 범위에 속한다.
100: 커패시터 충전기 시스템
110: 커패시터 충전기 모듈
120: 절연형 획득 모듈
122: 증폭기
124: 아날로그-디지털 변환기(ADC)
126: 디지털 신호 처리 모듈
128: 광 입력/출력 인터페이스
130: 디지털 제어 모듈
132: 광 입력/출력 인터페이스
134: 디지털 신호 처리 모듈
136: 드라이버
200: 커패시터
300: 승압 펄스 변압기
400: 스위치

Claims (19)

  1. 커패시터 충전기 모듈;
    상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨을 샘플링하기 위한 절연형 획득 모듈;
    양방향 링크를 거쳐 상기 절연형 획득 모듈에 연결되고 제어 신호 인터페이스를 거쳐 상기 커패시터 충전기 모듈에 연결되며, 상기 절연형 획득 모듈로부터 상기 양방향 링크를 거쳐 수신되는 샘플링된 출력 전압 레벨을 나타내는 데이터에 기초하여 제어 신호 정보 및 동기화 신호 정보를 발생하며, 상기 제어 신호 정보를 상기 제어 신호 인터페이스를 거쳐 상기 커패시터 충전기 모듈로 보내고, 상기 동기화 신호 정보를 상기 양방향 링크를 거쳐 상기 절연형 획득 모듈로 보내도록 구성된 디지털 제어 모듈들로 구성되며,
    상기 커패시터 충전기 모듈은 상기 디지털 제어 모듈로부터의 상기 제어 신호 정보에 기초하여 제어되며,
    상기 절연형 획득 모듈은 상기 동기화 신호 정보에 기초하여 샘플링을 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 절연형 획득 모듈은 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스에 대하여 제어되는 타이밍 관계(controlled timing relation)로 상기 동기화 신호 정보에 기초하여 샘플링을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 커패시터 충전기 모듈은 펄스 폭 변조된(PWM) 커패시터 충전기 모듈이며, 상기 디지털 제어 모듈은 PWM 제어 펄스를 포함하는 PWM 제어 패턴의 형태로 상기 제어 신호 정보를 발생하도록 구성되고, 상기 절연형 획득 모듈은 다음의 PWM 제어 펄스 전에 밀접한 관계로 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨의 샘플링을 실행하도록 구성되어, 이전의 출력 펄스로부터의 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 내 왜곡이 허용가능한 레벨까지 서서히 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스 주파수는 10 KHz 보다 높고, 절연형 획득 모듈은 샘플링 주파수에서 출력 전압 레벨을 샘플링하도록 구성되며, 상기 샘플링 주파수는 적어도 상기 출력 펄스 주파수 만큼은 높은 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 샘플링 주파수는 50 KHz 보다 높은 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 절연형 획득 모듈은 공통 그라운드(common ground)로부터 절연되어 샘플링을 실행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 양방향 링크는 디지털 광 링크이고, 상기 절연형 획득 모듈 및 상기 디지털 제어 모듈은 각각 광 입력/출력 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 절연형 획득 모듈은 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 연결된 신호 획득 회로를 포함하고, 상기 아날로그-디지털 변환기는 제 1 디지털 신호 처리 모듈에 연결되며, 상기 아날로그-디지털 변환기의 샘플링은 상기 동기화 신호 정보에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제 1 디지털 신호 처리 모듈은 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 주문형 반도체(ASIC) 또는 디지털 신호 처리장치(DSP)에서 실행되는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 디지털 제어 모듈은 상기 절연형 획득 모듈로부터 수신되는 샘플링된 전압 레벨 및 미리 결정된 기준 신호 레벨에 기초하여 제어 데이터를 발생하도록 구성된 제 2 디지털 처리 모듈을 포함하고, 상기 디지털 제어 모듈은 상기 제어 데이터에 기초하여 상기 제어 신호 정보를 발생하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 커패시터 충전기 모듈은 펄스 폭 변조된(PWM) 커패시터 충전기 모듈이고, 상기 디지털 제어 모듈은 또한 상기 제어 데이터에 기초하여 PWM 제어 패턴의 형태로 상기 제어 신호 정보를 발생하기 위하여 상기 제 2 디지털 처리 모듈에 연결된 드라이버 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 제 2 디지털 처리 모듈은 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 주문형 반도체(ASIC) 또는 디지털 신호 처리장치(DSP)에서 실행되는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스는 500 V 보다는 높지만 2500 V 보다는 낮은 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 커패시터 충전기 시스템.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 커패시터 충전기 시스템으로 구성되는 파워 모듈레이터.
  15. 커패시터 충전기 시스템용 디지털 제어 모듈에 있어서,
    상기 커패시터 충전기 시스템은 커패시터 충전기 모듈 및 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨을 샘플링하기 위한 절연형 획득 모듈을 가지며,
    상기 디지털 제어 모듈은 양방향 링크를 거쳐 상기 절연형 획득 모듈에 연결되고 제어 신호 인터페이스를 거쳐 상기 커패시터 충전기 모듈에 연결되며,
    상기 디지털 제어 모듈은 상기 절연형 획득 모듈로부터 상기 양방향 링크를 거쳐 수신되는 상기 커패시터 충전기 모듈의 샘플링된 출력 전압 레벨을 나타내는 데이터에 기초하여 제어 신호 정보 및 동기화 신호 정보를 발생하도록 구성되고,
    상기 디지털 제어 모듈은 상기 제어 신호 정보를 상기 제어 신호 인터페이스를 거쳐 상기 커패시터 충전기 모듈로 보내어 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스를 제어하도록 하고, 상기 동기화 신호 정보를 상기 양방향 링크를 거쳐 상기 절연형 획득 모듈로 보내어 상기 절연형 획득 모듈의 샘플링 동작을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 제어 모듈.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 디지털 제어 모듈은 상기 동기화 신호 정보를 발생하도록 구성되어, 상기 절연형 획득 모듈에 의한 샘플링이 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스에 대하여 제어되는 타이밍 관계로 실행되도록 하는 것을 특징으로 하는 디지털 제어 모듈.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 디지털 제어 모듈은 펄스 폭 변조된(PWM) 제어 펄스를 포함하는 PWM 제어 패턴의 형태로 상기 제어 신호 정보를 발생하도록 구성되고, 상기 동기화 신호 정보를 발생하도록 구성되어, 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨의 샘플링이 다음의 PWM 제어 펄스 전에 밀접한 관계로 실행되어, 이전의 출력 펄스로부터의 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 내 왜곡이 허용가능한 레벨까지 서서히 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 디지털 제어 모듈.
  18. 커패시터 충전기 시스템용 절연형 획득 모듈에 있어서,
    상기 커패시터 충전기 시스템은 커패시터 충전기 모듈 및 디지털 제어 모듈을 포함하고,
    상기 절연형 획득 모듈은 양방향 링크를 거쳐 상기 디지털 제어 모듈에 연결되고,
    상기 절연형 획득 모듈은 상기 디지털 제어 모듈로부터의 동기화 신호 정보에 기초하여 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 펄스에 대하여 제어되는 타이밍 관계로 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨을 샘플링하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 절연형 획득 모듈.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 커패시터 충전기 모듈은 펄스 폭 변조된(PWM) 제어 펄스의 제어하에 작동하기 위하여 PWM 커패시터 충전기 모듈이며, 상기 절연형 획득 모듈은 다음의 PWM 제어 펄스 전에 밀접한 관계로 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 레벨의 샘플링을 실행하도록 구성되어, 이전의 출력 펄스로부터의 상기 커패시터 충전기 모듈의 출력 전압 내 왜곡이 허용가능한 레벨까지 서서히 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 절연형 획득 모듈.
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