KR102270685B1 - 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치 - Google Patents

Abstract

기존의 기술들에 비하여 소비 에너지가 적으며, 부피와 제조 단가 측면에서 기존의 기술들에 필요한 부피 및 부품 등의 단가가 최소화된 전기 집진기용 직류 펄스 전압 공급 장치를 제공하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치는, 적어도 스위칭 회로, 스위칭 회로에 연결된 전압을 승압시키는 인버터를 포함하여, 입력 전압으로부터 고전압의 공급용 출력 전압을 발생시키는 공진형 컨버터; 및 스위칭 회로의 온오프 신호를 제어하여, 공급용 출력 전압이 펄스형 직류 전압이 되도록 하는 스위칭 제어부;를 포함하고, 스위칭 제어부는, 제어 전압을 입력 전압으로 인가받고, 제어 전압의 크기에 따라 제어용 출력 전압의 주파수가 변동되는 제어용 회로로서, 제어용 출력 전압이 스위칭 회로의 온오프를 위한 제어 신호로서 스위칭 회로에 인가되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치{DC PULSE POWER SUPPLYING DEVICE FOR ELECLRIC DUST COLLECTOR}

본 발명은 방전 전극을 통해 전리된 유해물질, 미세먼지 등의 입자를 집진 전극을 통해 집진하여 유해 물질을 제거하는 전기 집진기에 대한 전원 공급 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 기존의 펄스형 직류 전원 공급 장치에 비하여, 에너지 소비가 적고, 부피가 작으며, 고가의 장비를 사용하지 않고도 직류 펄스 전원을 효율적으로 생성하여 집진 전극에 공급할 수 있는 기술에 관한 것이다.

산업 공정에서 배출되는 다양한 먼지는 인체 및 환경에 미치는 영향이 직접적이고 가시공해의 주된 원인이 되어 제거의 필요성이 지적되어 왔다. 현재 대규모 산업공정에서는 먼지 제거를 위해서 전기 집진기가 일반적으로 사용되고 있다.

전기 집진기는, 오염 물질을 방전 전극을 통해 전리시킨 후, 집진 전극을 통해 집진하여 제거하기 위한 기술로서, 필터 등 물리 화학적인 미세먼지 제거 장치에 비하여 매우 높은 효율, 필터 교체의 불필요성 등의 특징에 의하여 최근 미세먼지 등의 대기 중 오염물질의 제거를 위한 장치로서 각광받고 있다.

이때 전기 집진을 위해서 DC 시스템을 사용하고 있다. 이러한 DC 타입형 전기 집진기는 집진 효율성 대비 높은 에너지 비용 소모의 문제와 함께, 높은 비저항도를 가진 먼지의 처리 시 역전리 현상에 의하여 원활한 먼지 제거가 이루어지지 않은 문제점이 있다.

이를 위해서, 펄스형 전기 집진기가 사용되고 있다. 이는 집진을 위한 낮은 직류 전압과 대전을 위한 짧은 주기의 고전압 펄스를 사용하여 소모 에너지를 낮추고 높은 집진 효율(80~90% 저감율)을 가질 수 있는 효과가 있다. 동시에, 10^10Ωcm 이상의 고비저항도를 가진 먼지에 대한 역전리 현상을 제거할 수 있어 최근의 전기 집진기의 대세를 이루고 있다.

이러한 펄스형 전기 집진기에는 각 전극에 직류 전원 및 펄스형 전원을 인가하기 위해서 펄스 전원을 발생하는 전원 회로가 설치되어, 입력 전압으로부터 고전압 펄스를 발생하여 방전 전극에 인가하도록 하는 동시에 저전압을 집진 전극에 인가하도록 하기 위한 전원 회로가 필요시된다.

이러한 기존의 전기 집진기용 펄스 전원 공급 장치에 대한 예가 도 1 내지 3에 도시되어 있다.

먼저 도 1을 참조하면, 기존 기술의 경우, 직류 전원 발생부(1)와, 고전압 펄스 전원 발생부(2)를 개별적으로 마련하여 놓고, 이를 출력 회로(3)를 통해 전기 집진기(4)의 방전 전극(4a) 및 집진 전극(4b) 각각에, 특히 방전 전극(4a)에 인가하도록 하고 있다. 그러나 도 1의 기존 기술의 경우, 직류 전원 발생부(1)와 고전압 펄스 전원 발생부(2)가 개별적인 회로로 필요시되어, 제품의 부피가 매우 커지고, 전원 회로의 구조가 복잡해져, 제조 원가 상승 및 신뢰성의 문제가 지적되고 있다.

한편 도 2를 참조하면, 한국 공개특허 1998-0025429호에 관한 것으로서, 도 1의 실시예에 비하여 비교적 간단한 회로를 구성하고 하나의 전원공급장치에서 동시에 직류전압 및 펄스전압을 인가할 수 있도록 하는 회로를 구성하고 있다. 즉, 펄스 전압 발생부(101)에 직류 전원 장치(101a) 및 펄스 발진부(101b)를 마련하고, 인버터(102a, 102b, 102c) 및 다이오드(d1) 등으로 구성된 플라이 백 트랜스포머(102)를 이용하여, 하나의 전원 출력 단자에서 직류전압 및 펄스전압을 공급하도록 하고 있다.

그러나, 도 2의 기존의 기술 역시, 고압 스위치(101c, BJT)와 고압 플라이백 트랜스포머가 필요하며, 에너지 효율이 그다지 크게 향상되지 않고, 결국 직류 전원 장치 및 펄스 발진 회로가 추가적으로 필요하게 되어, 부피가 커지고 전원 회로 구조가 복잡해지는 문제가 있다.

한편 도 3을 참조하면, 최근에 사용되는 전기 집진기용 전원 공급 장치로서, TR1 변압기(203)를 사용하고, 교류 전원 공급수단(201)으로부터 전압 제어기(202)를 사용하는 정류기를 포함하는 변압회로(200)를 사용하고, 이로부터 펄스를 발생시키기 위한 회로인 펄스 스위칭부(210)를 포함하는 전원 공급 장치가 개시되어 있다.

해당 전원 공급 장치는 에너지 효율이 좋으나, TR1 변압기(203)의 경우 부피 및 무게가 매우 크고, 펄스 스위칭부(210)의 스위치(SCR3)의 경우 단락되는 경우 펄스 전압이 발생되지 않고 직류 전원만을 발생시키는 문제가 있고, 고가의 부품인 문제가 있다.

이에 본 발명은 상술한 기존의 기술들에 비하여 소비 에너지가 적으며, 부피와 제조 단가 측면에서 기존의 기술들에 필요한 부피 및 부품 등의 단가가 최소화된 전기 집진기용 직류 펄스 전압 공급 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치는, 적어도 스위칭 회로, 스위칭 회로에 연결된 전압을 승압시키는 인버터를 포함하여, 입력 전압으로부터 고전압의 공급용 출력 전압을 발생시키는 공진형 컨버터; 및 상기 스위칭 회로의 온오프 신호를 제어하여, 상기 공급용 출력 전압이 펄스형 직류 전압이 되도록 하는 스위칭 제어부;를 포함하고, 상기 스위칭 제어부는, 제어 전압을 입력 전압으로 인가받고, 상기 제어 전압의 크기에 따라 제어용 출력 전압의 주파수가 변동되는 제어용 회로로서, 상기 제어용 출력 전압이 상기 스위칭 회로의 온오프를 위한 제어 신호로서 상기 스위칭 회로에 인가되는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭 회로는, 전계효과 트랜지스터로 구현된 제1 스위칭 회로 및 제1 스위칭 회로와 직렬로 연결되는 전계효과 트랜지스터로 구현된 제2 스위칭 회로를 포함하며, 입력 전압은 상기 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로가 직렬 연결된 단측에 인가되고, 출력 전압은 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로 사이의 전압인 것이 바람직하다.

상기 스위칭 회로는, 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로가 N형 전계효과 트랜지스터로 구성되며, 상기 제1 스위칭 회로의 드레인 단자에 입력 전압이 인가되고, 상기 제1 스위칭 회로의 소스 단자와 상기 제2 스위칭 회로의 드레인 단자가 연결되며 상기 제2 스위칭 회로의 소스 단자가 접지된 것이 바람직하다.

상기 제어용 출력 전압은, 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로의 게이트(GATE) 전압인 것이 바람직하다.

상기 스위칭 제어부는, 상기 제어 전압에 반비례하도록 상기 제어용 출력 전압의 주파수가 설정되어, 상기 제어 전압의 크기에 따라서 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로의 게이트 전압인 제어용 출력 전압의 주파수를 변동함으로써, 상기 스위칭 회로의 온오프 주파수의 변동 및 상기 공진형 컨버터의 특성에 따라, 상기 공급용 출력 전압이 제1 오프셋 전압 및 상기 제1 오프셋 전압보다 낮은 제2 오프셋 전압이 반복되는 펄스형 직류 전압이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명에 의하면, 입력 전원으로부터 직류 전압을 발생하는 장치의 구성에 대해서 스위칭 회로의 저비용의 소자 선택 및 해당 소자의 온/오프에 대한 주파수를 조절시의 스위칭 회로의 출력 전압 특성을 이용하여, 최종 출력 전압이 결국 고전압의 펄스 전압이 될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 기존의 공진형 전력 발생 장치를 그대로 이용하되, 직류 및 펄스 전압을 동시에 발생할 수 있도록 하는 것이다.

이를 통해, 직류 전압 발생기 및 펄스 발진 장치 등의 별도의 구성 없이 펄스 전압을 발생시킬 수 있고, 에너지 소비가 크게 저감되는 전원 공급 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 상술한 바와 같이 별도의 직류 전원 발생 장치, 펄스 발진 장치, 고가의 스위칭 회로 등이 필요 없기 때문에, 제품의 부피 및 회로의 복잡도가 크게 줄어들고, 이에 따른 원가 절감 및 신뢰성 향상 효과를 기대할 수 있다.

도 1 내지 3은 기존의 펄스 전원을 이용한 전기 집진기용 전원 공급 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치의 개략적인 구성도.
도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치의 회로 구성도.
도 6은 본 발명의 각 실시예의 구현에 따른 제어 전압의 제어에 따른 공급용 출력 전압을 시뮬레이션한 그래프.
도 7은 본 발명의 각 실시예의 실험을 위한 실 구현 회로의 회로도.
도 8은 본 발명의 각 실시예의 실험 결과 그래프.

이하에서는, 다양한 실시 예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.

본 명세서에서 사용되는 "실시 예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시 예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한 본 발명에서 첨부된 도면의 도시 사항은 본 발명의 기술적 특징을 부각하여 설명하기 위해서, 본 발명과 동일한 기술 분야에서 적용되는 일반적인 기기/구성/장치 등의 일부 구성에 대한 도시 및 이에 대한 설명이 생략될 수 있다. 또한 동일한 목적으로, 일부 구성에 대한 도시가 확대되거나 과도하게 부각되어 도시되거나 그 도시가 축소 또는 생략될 수 있으나, 이러한 도시 사항이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아님은 당연할 것이다.

도 1 내지 3에 대한 설명은 상술한 바, 이하에서는 도 4 내지 8을 참고하여 본 발명의 각 실시예에 따른 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치를 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치의 개략적인 구성도, 도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치의 회로 구성도, 도 6은 본 발명의 각 실시예의 구현에 따른 제어 전압의 제어에 따른 공급용 출력 전압을 시뮬레이션한 그래프, 도 7은 본 발명의 각 실시예의 실험을 위한 실 구현 회로의 회로도, 도 8은 본 발명의 각 실시예의 실험 결과 그래프이다.

상술한 도면들을 함께 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치(이하 장치라 함)는, 입력 전원(Vin), 스위칭 회로(10), 인버터 회로(20), 및 제어 전압(VC)를 입력 받아 제어용 출력 전압(VCO)를 출력하는 스위칭 제어부(30)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 대한 상세한 구현예에 대해서 도면들을 참조하여 구체적인 각 구성 요소의 구성 및 기능에 대해서 설명하기로 한다.

먼저 스위칭 회로(10)는 입력 전압(Vin)을 스위칭 온/오프에 따라서 선택적으로 인버터 회로(20)에 인가하는 회로를 의미하며, 후술하는 스위칭 제어부(30)에서 출력되는 제어용 출력 전압(VCO)를 스위칭 온/오프를 위한 제어 신호로 인가받는 회로를 의미한다.

한편 스위칭 회로(10)는 상술한 바와 같이 입력 전압(Vin)을 인버터 회로(20)에 인가하는 기능을 수행하기 때문에, 스위칭 회로(10)의 입력 전압은 입력 전압(Vin)이며, 출력 전압은 인버터 회로(20)의 입력 전압으로 이해될 수 있다.

인버터 회로(20)는 기존의 전원 공급 장치의 전력단의 회로 방식으로서 공진형 전력 생산 장치의 방식을 그대로 사용하기 위한 공진형 컨버터의 일 구성으로 이해될 수 있다. 즉, 도 5 및 7에 도시된 바와 같은 인덕터(inductor), 캐패시터(capacitor) 및 다이오드(diode)의 회로 구성으로서 이루어진 회로로서, 스위칭 회로(10)의 출력 전압(VO)를 인가받아 증폭시켜, 공급용 출력 전압(VDCO)를 출력함으로써 로드(Ro)에 인가할 수 있도록 하는 기능을 수행하여, 공진형 컨버터의 일 구성으로 기능한다. 이때 Ro는 펄스 전압이 인가되는 회로로서, 본 발명에서는 전기 집진기의 방전 전극을 의미할 수 있다.

즉, 공진형 컨버터는 인버터 회로(20) 및 스위칭 회로(10)를 포함하는 개념으로서, 인버터 회로(20)는 상술한 회로 소자들로 이루어져, 특정 전압을 증폭시켜 공급용 출력 전압(VDCO)으로 출력하는 동시에 스위칭 회로(10)의 손실을 줄이기 위해서 다수의 캐패시터 및 다이오드(Cr, C1, C2, C3, C4, D1, D2, D3, D4)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

공진형 컨버터는 입력 전류의 리플이 작고, 변압기의 누설 인덕터를 공진 소자로 사용한다. 공진에 의하여 스위치와 다이오드의 ZCS 턴온/오프가 가능하고 이때 전류의 di/dt가 0에 가까워 스위칭 손실이 적고, 인터리빙 시 출력 전류 리플을 완전히 제거할 수 있다. 이에 따라서 본 발명과 같은 전압의 큰 승압을 위한 컨버터에 적합하다.

한편 스위칭 제어부(30)는 스위칭 회로(10)의 온/오프를 위해 인가되는 전압을 제어하여, 공급용 출력 전압(VDCO)이 펄스형 직류 전압, 즉 OFFSET이 일정한 펄스 전압으로서, 직류적 특성 및 교류적 특성을 모두 포함하는 전압이 되도록 하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 스위칭 제어부(30)는 본 발명의 기능 수행에 있어서, 제어 전압(VC)을 입력 전압으로 인가받고, 제어 전압(VC)의 크기에 따라 제어용 출력 전압(VCO)의 주파수가 변동되는 제어용 회로이다. 이때 상술한 바와 같이, 제어용 출력 전압(VCO)이 스위칭 회로(10)의 온오프를 위한 제어 신호로서 스위칭 회로(10)에 인가된다.

한편 상술한 바와 같이 제어용 출력 전압(VCO)의 주파수(fs)가 변동될 때 출력 전압(VO)이 예를 들어 입력 전압(Vin)과의 관계에서 펄스 전압이 되도록 하기 위해서, 스위칭 회로(10)는 예를 들어 제어용 출력 전압(VCO)를 스위치용 제어 신호로서 인가받고, 인가받는 입력 전압(Vin)을 스위치 결과에 따라서 출력 전압(Vo)으로 출력하되, 해당 주파수(fs)에 따라 스위칭 결과가 제어되는 회로로 구성됨이 바람직하다. 이에 대한 예는 도 5 및 7 등에 도시되어 있다.

상술한 도 5 및 7을 참조하면, 스위칭 회로(10)는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor), 구체적인 예로서 도 5 및 7에 도시된 바와 같이 MOSFET 등과 같은 소자로 구현되는 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로가 직렬로 연결되는 구조로 구현됨이 바람직하다. 이때 입력 전압(Vin)은 도 5 및 7과 같이 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로가 직렬 연결된 단측에 인가되며, 출력 전압(VO)는 도 5 및 7과 같이 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로 사이의 전압으로 설정될 수 있다.

구체적으로 상술한 스위칭 회로(10)의 기능, 즉 제어 신호의 주파수에 의하여 출력 전압(VO)의 크기가 변동되도록 하기 위해서, 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 N형 전계효과 트랜지스터, 구체적으로 도면들에 도시된 기호와 같이 N형 MOSFET으로 구성됨이 바람직하다.

또한 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로는 CMOS를 구성하는 것이 아니라 도 5 및 7에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 회로의 드레인 단자에 입력 전압이 인가되고, 상기 제1 스위칭 회로의 소스 단자와 상기 제2 스위칭 회로의 드레인 단자가 연결되며 상기 제2 스위칭 회로의 소스 단자가 접지되도록 구성될 수 있다.

이와 같은 각 스위칭 회로의 구성에 따르면 상술한 제어용 출력 회로(VCO)는 MOSFET의 스위칭 회로적 기능 수행을 위하여, 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로의 게이트(GATE) 전압으로 인가됨이 바람직하다.

이러한 소자 구현에 의하면, 각 스위칭 회로의 GATE 전압에 인가되는 전압의 주파수가 변동되면, 스위칭 회로의 이득(gain)이 변동된다. 이때, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 MOSFET의 경우, GATE 단자에 인가되는 전압(VCO)의 주파수가 피크 주파수(fr)로부터 커질수록 스위칭 회로, 즉 MOSFET의 이득은 줄어든다. 이때 본 발명의 기능 수행을 위해서 출력 전압(VO)의 크기가 최대 비율(Mmax)이 되기 위한 주파수는 스위칭 제어부(30)에 의하여 생성된 전압의 주파수 최소치(f_min)가 될 것이며, 출력 전압(VO)의 크기가 최소 비율(Mmin)이 되기 위한 주파수는 스위칭 제어부(30)에 의하여 생성된 전압의 주파수 최대치(f_max)가 될 것이다.

이 경우, 이후의 인버터 회로(20)에 의하여 증폭된 결과 출력되는 공급용 출력 전압(VDCO)의 크기 역시 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 각 스위칭 회로의 게이트 단자에 인가되는 전압의 주파수가 f_min인 경우 최대치가 될 것이고, f_max인 경우 최소값이 될 것이다.

이렇게 VCO의 주파수를 f_min 내지 f_max으로 변환시키게 되면, 스위칭 회로인 MOSFET의 소자 특성에 의하여, VDCO는 최대값 및 최소값의 오프셋(OFFSET)이 일정하게 유지되도록 출력될 것이기 때문에, 직류 전압의 특성과 교류 전압의 특성을 모두 갖는 펄스 회로로서 구현되는 것이다.

이러한 기능 구현에 의하면, 입력 전원으로부터 직류 전압을 발생하는 장치의 구성에 대해서 스위칭 회로의 저비용의 소자 선택 및 해당 소자의 온/오프에 대한 주파수를 조절시의 스위칭 회로의 출력 전압 특성을 이용하여, 최종 출력 전압이 결국 고전압의 펄스 전압이 될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 기존의 공진형 전력 발생 장치를 그대로 이용하되, 직류 및 펄스 전압을 동시에 발생할 수 있도록 하게 된다.

이를 통해, 직류 전압 발생기 및 펄스 발진 장치 등의 별도의 구성 없이 펄스 전압을 발생시킬 수 있고, 에너지 소비가 크게 저감되는 전원 공급 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 상술한 바와 같이 별도의 직류 전원 발생 장치, 펄스 발진 장치, 고가의 스위칭 회로 등이 필요 없기 때문에, 제품의 부피 및 회로의 복잡도가 크게 줄어들고, 이에 따른 원가 절감 및 신뢰성 향상 효과를 기대할 수 있다.

이러한 기능을 수행하기 위해서, 도 5 및 7에 도시된 바와 같이 스위칭 제어부(30)의 회로가 구성될 수 있다. 구체적으로는 도 7에 도시된 스위칭 제어부(30)의 회로 구현 예를 통해 확인할 수 있다. 도 7은 도 5의 회로 구성도에 따른 회로의 기능 실험을 위한 실제 구현 예를 의미한다. 도 7과 같은 회로 구현 예에 따르면, 제어 전압(VC)가 변동됨에 따라서 출력 전압, 즉 제어용 출력 전압(VCO)의 주파수가 변동된다.

이러한 기능에 의하면 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 제어 전압(VC)를 일정한 주기로 크기를 변환하는 간단한 제어 신호 발생을 통해서, 입력 전압(Vin)을 펄스형 전원으로 변환하고, 이를 인버터 회로(20)를 통해 스위칭 회로(10)에 무리를 주지 않으면서 고전압으로 증폭시켜, 전기 집진기에 대한 효율적인 에너지 소모량 및 집진 효율(특히 역전리 현상을 방지하는 효율)이 매우 높은 고전압 펄스 전원을 생산하여 로드(Ro)인 전기 집진기의 전극에 인가할 수 있는 것이다.

도 7과 같은 실험 예에 대해서 실제 측정한 결과가 도 8의 (a) 및 (b)에 도시되어, 본 발명의 기능 수행 및 이에 따른 효과를 입증하고 있다.

먼저 도 8의 (a)를 참조하면, 제어 전압이 5V일 때 스위칭 회로(10)의 게이트 단자에 각각 인가되는 전압의 주파수(fsw)가 25kHz가 되도록 도 7과 같이 회로가 구현되어 있다. 이때 각 소자의 상세 스펙의 특성 상, 전기 집진기에 대한 공급용 출력 전압(VDCO)는 19.5KV의 절대값을 갖게 된다. 실제로는 전압은 -19.5KV가 되어 이를 반전하여 로드(Ro)에 인가하게 될 것이다. 이때 입력 전압(Vin)은 후술하는 도 8의 (b)와 동일한 예에서 320V의 교류 3상 전압으로 설정된다.

이와 비교하여, 도 8의 (b)를 참조하면, 제어 전압이 줄어들어 0.2V가 되는 경우, 제어용 출력 전압(VCO)의 주파수, 즉 스위칭 회로(10)의 게이트 단자에 각각 인가되는 전압의 주파수(fsw)는 상술한 바와 같은 특성에 의하여 250kHz가 되며, 이에 따라서 공급용 출력 전압(VDCO)는 11.5kV의 절대값을 갖게 된다. 도 8의 (a)와 유사하게, 실제로는 전압은 -19.5KV가 되어 이를 반전하여 로드(Ro)에 인가하게 될 것이다.

도 8의 (a) 및 (b)의 실험 결과에서 입증된 바를 반영하면, 상술한 바와 같이 제어 전압(VC)를 간단하게 주기적으로 변환하는 것을 통해, 입력 전압을 고전압의 직류 펄스 전압으로 변환하게 되며, 이를 전기 집진기에 인가할 수 있다.

즉, 스위칭 제어부(30)는 입력 전압인 제어 전압(VC)에 반비례하도록 제어용 출력 전압(VCO)의 주파수(fs)가 설정되어, 제어 전압(VC)의 크기에 따라서 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로의 게이트 전압인 제어용 출력 전압(VCO)의 주파수(fs)를 변동함으로써, 스위칭 회로(10)의 온오프 주파수의 변동 및 공진형 컨버터의 특성에 따라, 공급용 출력 전압(VDCO)이 제1 오프셋 전압 및 제1 오프셋 전압보다 낮은 제2 오프셋 전압이 반복되는 펄스형 직류 전압이 되도록 한다.

이와 같이, 공급용 출력 전압(VDCO)이 펄스형 직류 전압으로서 고전압의 직류 펄스 전압이 되기 때문에, 직류 전압 발생기 및 펄스 발진 장치 등의 별도의 구성 없이 펄스 전압을 발생시켜 역전리 현상을 방지하여 집진 효율이 뛰어난 전기 집진기를 구현할 수 있고, 에너지 소비가 크게 저감되는 전원 공급 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 상술한 바와 같이 별도의 직류 전원 발생 장치, 펄스 발진 장치, 고가의 스위칭 회로 등이 필요 없기 때문에, 제품의 부피 및 회로의 복잡도가 크게 줄어들고, 이에 따른 원가 절감 및 신뢰성 향상 효과를 기대할 수 있다.

이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기재된 “포함하다”, “구성하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 적어도 스위칭 회로, 스위칭 회로에 연결된 전압을 승압시키는 인버터 회로를 포함하여, 입력 전압으로부터 고전압의 공급용 출력 전압을 발생시키는 공진형 컨버터; 및
   상기 스위칭 회로의 온오프 신호를 제어하여, 상기 공급용 출력 전압이 펄스형 직류 전압이 되도록 하는 스위칭 제어부;를 포함하고,
   상기 스위칭 제어부는,
   제어 전압을 입력 전압으로 인가받고, 상기 제어 전압의 크기에 따라 제어용 출력 전압의 주파수가 변동되는 제어용 회로로서, 상기 제어용 출력 전압이 상기 스위칭 회로의 온오프를 위한 제어 신호로서 상기 스위칭 회로에 인가되고,
   상기 스위칭 회로는,
   전계효과 트랜지스터로 구현된 제1 스위칭 회로 및 제1 스위칭 회로와 직렬로 연결되는 전계효과 트랜지스터로 구현된 제2 스위칭 회로를 포함하며, 입력 전압은 상기 제1 스위칭 회로 및 제2 스위칭 회로가 직렬 연결된 단측에 인가되고, 출력 전압은 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로 사이의 전압이고,
   상기 스위칭 회로는,
   상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로가 N형 전계효과 트랜지스터로 구성되며, 상기 제1 스위칭 회로의 드레인 단자에 입력 전압이 인가되고, 상기 제1 스위칭 회로의 소스 단자와 상기 제2 스위칭 회로의 드레인 단자가 연결되며 상기 제2 스위칭 회로의 소스 단자가 접지된 것이고,
   상기 제어용 출력 전압은,
   상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로의 게이트(GATE) 전압이고,
   상기 스위칭 제어부는,
   상기 제어 전압에 반비례하도록 상기 제어용 출력 전압의 주파수가 설정되어, 상기 제어 전압의 크기에 따라서 상기 제1 스위칭 회로 및 상기 제2 스위칭 회로의 게이트 전압인 제어용 출력 전압의 주파수를 변동함으로써, 상기 스위칭 회로의 온오프 주파수의 변동 및 상기 공진형 컨버터의 특성에 따라, 상기 공급용 출력 전압이 제1 오프셋 전압 및 상기 제1 오프셋 전압보다 낮은 제2 오프셋 전압이 반복되는 펄스형 직류 전압이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 집진기용 직류 펄스 전원 공급 장치.
   
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