KR102616237B1 - Pulse power supply - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펄스 전원 장치를 공개한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치는 복수의 펄스 발생 모듈을 연결함으로써 부하로 제공되는 펄스 전원의 크기를 크게 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각 펄스 발생 모듈이 펄스 전원을 발생시키는 타이밍을 조절하여 부하에 펄스 전원이 제공되는 반복률을 조절할 수 있다. 특히, 본 발명은 각 펄스 발생 모듈의 2차측 코일을 복수개로 권선하고, 각각의 2차측 코일을 인접하는 다른 펄스 발생 모듈의 2차측 코일과 병렬로 연결함으로써, 복수의 펄스 발생 모듈을 연결하는 과정에서 펄스 발생 모듈의 모든 파라미터들이 완벽하게 일치하지 않아서 발생하는 유도 전압 및 전류의 불균형 문제를 해소할 수 있다. 또한, 본 발명의 펄스 전원 장치는 펄스 발생 모듈의 트랜스포머의 권선 방향을 이용하여, 별도의 복잡한 회로를 부가하지 않고서도, 간단하게 양극성 펄스를 발생시킬 수 있다.The present invention discloses a pulsed power supply device. The pulse power supply device according to a preferred embodiment of the present invention can not only greatly increase the size of the pulse power provided to the load by connecting a plurality of pulse generation modules, but also can control the timing at which each pulse generation module generates pulse power. This allows you to adjust the repetition rate at which pulse power is provided to the load. In particular, the present invention is a process of connecting a plurality of pulse generation modules by winding a plurality of secondary coils of each pulse generation module and connecting each secondary coil in parallel with the secondary coil of another adjacent pulse generation module. It is possible to solve the imbalance problem of induced voltage and current caused by not perfectly matching all parameters of the pulse generation module. In addition, the pulse power supply device of the present invention can simply generate a bipolar pulse without adding a separate complicated circuit by using the winding direction of the transformer of the pulse generation module.
Description
본 발명은 펄스 전원 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수의 펄스 발생 모듈을 구비하는 펄스 전원 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse power supply device, and more specifically, to a pulse power supply device having a plurality of pulse generation modules.
일반적으로 펄스 전원 장치는 복수의 커패시터들을 직렬로 연결시키고, 각각의 커패시터에 에너지를 저장한 후, 커패시터들에 직렬로 연결된 복수의 스위치들을 동시에 스위치 온(ON)시켜 커패시터들에 저장된 에너지를 동시에 출력단으로 방출함으로써, 고전압의 펄스 전원을 부하측으로 제공한다. Generally, a pulse power supply connects a plurality of capacitors in series, stores energy in each capacitor, and then simultaneously switches on a plurality of switches connected in series to the capacitors to simultaneously transmit the energy stored in the capacitors to the output terminal. By emitting it, high voltage pulse power is provided to the load.
이러한 펄스 전원 장치의 종래 기술은 한국특허 제 10-1739882 호 및 제 10-0820171 호 등에 공개되어 있다.The prior art of such a pulse power supply device is disclosed in Korean Patent Nos. 10-1739882 and 10-0820171.
그런데, 종래의 반도체 스위치를 이용하는 고전압 펄스 발생 장치의 경우, rising time 과 falling time 이 짧은 비교적 깔끔한 펄스 파형을 만들어 낼 수 있는 큰 장점이 있으나, 다수의 스위칭 소자들에 의해서 발생되는 전력 손실이 큰 단점이 있다.However, in the case of a high-voltage pulse generator using a conventional semiconductor switch, it has the great advantage of producing a relatively clean pulse waveform with short rising time and falling time, but the disadvantage is the large power loss caused by multiple switching elements. There is.
예컨대, 펄스 전원을 공급받는 부하가 플라즈마 발생 장치인 경우를 가정하면, 플라즈마 발생 장치는 고전압의 전원을 공급받을 것을 요구하지만, 고전류를 요구하는 것은 아니므로, 상대적으로 소모되는 전력은 크지 않다.For example, assuming that the load supplied with pulse power is a plasma generator, the plasma generator requires a high voltage power supply, but does not require a high current, so the power consumed is relatively small.
이 경우, 부하인 플라즈마 발생 장치에서 소모되는 전력보다 펄스 전원 장치에 포함된 다수의 스위치들에 의해서 발생 되는 전력 손실이 더 커지는 문제점이 존재한다. 즉, 실제 부하로 전달되는 에너지보다 스위치에서의 전력 손실이 더 커지게 될 뿐만 아니라, 이에 따라서, 펄스 전원 장치에 큰 방열판이 요구되고, 직렬 스태킹 된 다수의 스위치 및 그 구동회로 등에 의해 전원 장치의 사이즈 증가하는 문제점이 존재한다.In this case, there is a problem in that the power loss generated by the multiple switches included in the pulse power supply device becomes greater than the power consumed by the plasma generator device, which is a load. In other words, not only does the power loss in the switch become greater than the energy delivered to the actual load, but also a large heat sink is required for the pulse power device, and the power loss of the power device is increased by multiple switches stacked in series and their driving circuits. There is a problem with increasing size.
이 뿐만 아니라, 이러한 종래의 펄스 전원 장치는 양극성 펄스를 만들기 위해서는 복잡한 회로가 추가로 필요한 문제가 존재한다.In addition, this conventional pulse power device has the problem of requiring an additional complex circuit to create a bipolar pulse.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수의 스위치 구동이 간편하면서도 전력 손실이 적으며, 복잡한 회로의 추가 없이도 양극성 펄스의 제공이 가능한 펄스 전원 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a pulse power device that can easily drive a plurality of switches, has low power loss, and can provide bipolar pulses without adding a complicated circuit.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치는, 복수의 펄스 발생 모듈들이 연결되어 부하로 펄스 전원을 공급하는 펄스 전원 장치로서, 상기 펄스 발생 모듈 각각은 전기 에너지를 저장하여 트랜스포머를 통해서 전기 에너지를 변환하여 부하로 출력하되, 상기 트랜스포머는 복수의 2차측 코일을 구비하고, 2차측 코일은 다른 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 2차측 코일과 병렬로 연결될 수 있다.The pulse power device according to a preferred embodiment of the present invention for solving the above-mentioned problems is a pulse power device that supplies pulse power to a load by connecting a plurality of pulse generation modules, and each of the pulse generation modules stores electrical energy. Electrical energy is converted through a transformer and output to a load. The transformer has a plurality of secondary coils, and the secondary coils may be connected in parallel with the secondary coils included in the transformer of another pulse generation module.
또한, 상기 펄스 전원 장치가 상기 펄스 발생 모듈을 2개 포함하는 경우에, 상기 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들은 다른 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들과 병렬로 연결되고, 서로 병렬로 연결된 2차측 코일들은 다시 직렬로 서로 연결될 수 있다.In addition, when the pulse power supply device includes two pulse generation modules, the secondary coils of the transformer included in the pulse generation module are connected in parallel with the secondary coils of the transformer included in the other pulse generation module. , the secondary coils connected in parallel can be connected to each other in series again.
또한, 상기 펄스 전원 장치가 상기 펄스 발생 모듈을 3개 이상 포함하는 경우에, 상기 각 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들은 서로 다른 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들과 병렬로 연결되고, 서로 병렬로 연결된 2차측 코일들은 다시 직렬로 서로 연결될 수 있다.In addition, when the pulse power device includes three or more pulse generation modules, the secondary coils of the transformer included in each pulse generation module are parallel with the secondary coils of the transformer included in the different pulse generation modules. The secondary coils connected to each other in parallel can be connected to each other in series again.
또한, 상기 펄스 발생 모듈들은 서로 다른 타이밍에 전원 펄스를 발생시켜, 상기 펄스 전원 장치의 펄스 전원 공급 반복률을 조절할 수 있다.Additionally, the pulse generation modules can generate power pulses at different timings to adjust the pulse power supply repetition rate of the pulse power device.
또한, 상기 펄스 발생 모듈들 중 일부 펄스 발생 모듈들에 포함되는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측 코일의 권선 방향을, 다른 펄스 발생 모듈들에 포함되는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측 코일의 권선 방향과 반대로 하여, 양극성 전원 펄스를 부하로 공급할 수 있다.In addition, the winding direction of the primary or secondary coil of the transformer included in some of the pulse generating modules is opposite to the winding direction of the primary or secondary coil of the transformer included in other pulse generating modules. Thus, a bipolar power pulse can be supplied to the load.
또한, 상기 펄스 발생 모듈들은, 반도체 스위칭 소자; 상기 반도체 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어 신호를 출력하는 제어부; 상기 제어 신호에 따라서 상기 반도체 스위칭 소자를 스위치 온/오프 시키는 스위치 드라이버; 전기 에너지를 축전하고, 상기 반도체 스위칭 소자가 스위치 온 되면 전기 에너지를 방전하는 전원 공급 소자; 상기 전원 공급 소자에서 출력되는 전기 에너지를 변환하여 부하로 출력하는 트랜스포머; 및 상기 트랜스포머의 1차측 코일에 병렬로 형성된 자화 인덕터를 포함하고, 상기 트랜스포머의 2차측 코일은 복수개로 형성되고, 각각의 2차측 코일은 다른 펄스 발생 모듈의 2차측 코일과 병렬로 연결될 수 있다.In addition, the pulse generation modules include a semiconductor switching element; a control unit that outputs a control signal to control on/off of the semiconductor switching element; a switch driver that switches on/off the semiconductor switching element according to the control signal; a power supply element that stores electrical energy and discharges the electrical energy when the semiconductor switching element is switched on; A transformer that converts the electrical energy output from the power supply element and outputs it to a load; and a magnetizing inductor formed in parallel to the primary coil of the transformer, wherein a plurality of secondary coils of the transformer are formed, and each secondary coil may be connected in parallel with the secondary coil of another pulse generation module.
또한, 상기 반도체 스위칭 소자가 스위치 온되면, 상기 전원 공급 소자는 축전된 전기 에너지를 방전하고, 방전된 전기 에너지에 의해서 상기 자화 인덕터 및 상기 반도체 스위칭 소자를 통해서 전류가 흐르면서 상기 자화 인덕터에 에너지가 저장되며, 상기 반도체 스위칭 소자가 스위치 오프되면, 상기 자화 인덕터에 저장된 전기 에너지가 방출되면서 상기 트랜스포머의 1차측 코일로 전류가 흐르면서 상기 트랜스포머의 2차측 코일에 전류가 유도되어 부하로 펄스 전원이 공급될 수 있다.In addition, when the semiconductor switching element is switched on, the power supply element discharges the stored electric energy, and a current flows through the magnetization inductor and the semiconductor switching element by the discharged electric energy, thereby storing energy in the magnetization inductor. When the semiconductor switching element is switched off, the electrical energy stored in the magnetizing inductor is released and a current flows to the primary coil of the transformer, thereby inducing a current to the secondary coil of the transformer, thereby supplying pulse power to the load. there is.
또한, 상기 펄스 전원 장치가 상기 펄스 발생 모듈을 2개 포함하는 경우에,In addition, when the pulse power device includes two pulse generation modules,
상기 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들은 다른 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들과 병렬로 연결되고, 서로 병렬로 연결된 2차측 코일들은 다시 직렬로 서로 연결될 수 있다.The secondary coils of the transformer included in the pulse generation module may be connected in parallel with the secondary coils of the transformer included in the other pulse generation module, and the secondary coils connected in parallel may be connected in series again.
또한, 상기 펄스 전원 장치가 상기 펄스 발생 모듈을 3개 이상 포함하는 경우에, 상기 각 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들은 서로 다른 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들과 병렬로 연결되고, 서로 병렬로 연결된 2차측 코일들은 다시 직렬로 서로 연결될 수 있다.In addition, when the pulse power device includes three or more pulse generation modules, the secondary coils of the transformer included in each pulse generation module are parallel with the secondary coils of the transformer included in the different pulse generation modules. The secondary coils connected to each other in parallel can be connected to each other in series again.
또한, 상기 제어부는 다른 펄스 발생 모듈의 제어부와 서로 다른 타이밍에 제어 신호를 출력함으로써, 상기 펄스 발생 모듈들이 서로 다른 타이밍에 전원 펄스를 발생시키도록 하여, 상기 펄스 전원 장치의 펄스 전원 공급 반복률을 조절할 수 있다.In addition, the control unit outputs a control signal at a different timing from the control unit of other pulse generation modules, thereby allowing the pulse generation modules to generate power pulses at different timings, thereby adjusting the pulse power supply repetition rate of the pulse power supply device. You can.
또한, 상기 펄스 발생 모듈들 중 일부 펄스 발생 모듈들에 포함되는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측 코일의 권선 방향을, 다른 펄스 발생 모듈들에 포함되는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측 코일의 권선 방향과 반대로 하여, 양극성 전원 펄스를 부하로 공급할 수 있다.In addition, the winding direction of the primary or secondary coil of the transformer included in some of the pulse generating modules is opposite to the winding direction of the primary or secondary coil of the transformer included in other pulse generating modules. Thus, a bipolar power pulse can be supplied to the load.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치는 복수의 펄스 발생 모듈을 연결함으로써 부하로 제공되는 펄스 전원의 크기를 크게 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각 펄스 발생 모듈이 펄스 전원을 발생시키는 타이밍을 조절하여 부하에 펄스 전원이 제공되는 반복률을 조절할 수 있다. The pulse power supply device according to a preferred embodiment of the present invention can not only greatly increase the size of the pulse power provided to the load by connecting a plurality of pulse generation modules, but also can control the timing at which each pulse generation module generates pulse power. This allows you to adjust the repetition rate at which pulse power is provided to the load.
특히, 본 발명은 각 펄스 발생 모듈의 2차측 코일을 복수개로 권선하고, 각각의 2차측 코일을 인접하는 다른 펄스 발생 모듈의 2차측 코일과 병렬로 연결함으로써, 복수의 펄스 발생 모듈을 연결하는 과정에서 펄스 발생 모듈의 모든 파라미터들이 완벽하게 일치하지 않아서 발생하는 유도 전압 및 전류의 불균형 문제를 해소할 수 있다.In particular, the present invention is a process of connecting a plurality of pulse generation modules by winding a plurality of secondary coils of each pulse generation module and connecting each secondary coil in parallel with the secondary coil of another adjacent pulse generation module. It is possible to solve the imbalance problem of induced voltage and current caused by not perfectly matching all parameters of the pulse generation module.
또한, 본 발명의 펄스 전원 장치는 펄스 발생 모듈의 트랜스포머의 권선 방향을 이용하여, 별도의 복잡한 회로를 부가하지 않고서도, 간단하게 양극성 펄스를 발생시킬 수 있다.In addition, the pulse power supply device of the present invention can simply generate a bipolar pulse without adding a separate complicated circuit by using the winding direction of the transformer of the pulse generation module.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 펄스 전원 장치에서 출력되는 펄스 파형을 도시하는 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 변형 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 펄스 전원 장치에서 출력되는 펄스 파형을 도시하는 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 변형 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 변형 실시예에 따른 펄스 전원 장치에서 출력되는 펄스 파형을 도시하는 타이밍도이다. 1 is a diagram showing the configuration of a pulse power supply device according to a first preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a timing diagram showing a pulse waveform output from a pulse power supply device according to a first preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the configuration of a pulse power supply device according to a modified embodiment of the first preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the configuration of a pulse power supply device according to a second preferred embodiment of the present invention.
Figure 5 is a timing diagram showing a pulse waveform output from a pulse power supply device according to a second preferred embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the configuration of a pulse power supply device according to a modified example of the second preferred embodiment of the present invention.
Figure 7 is a timing diagram showing a pulse waveform output from a pulse power supply device according to a modified example of the second preferred embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치는 복수의 펄스 발생 모듈들이 서로 연결되어 구성된다. The pulse power device according to a preferred embodiment of the present invention is composed of a plurality of pulse generation modules connected to each other.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 1 is a diagram showing the configuration of a pulse power supply device according to a first preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 펄스 전원 장치는 2개의 펄스 발생 모듈(제 1 펄스 발생 모듈(110) 및 제 2 펄스 발생 모듈(120))이 서로 연결된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, the pulse power device according to the first preferred embodiment of the present invention has a structure in which two pulse generation modules (a first
각각의 펄스 발생 모듈(110,120)은 전기 에너지를 저장하고 방전하는 전원 공급 소자(113), 상기 전원 공급 소자(113,123)에서 출력되는 전기 에너지를 변환하여 부하(200)측으로 출력하는 트랜스포머(T1,T2), 상기 트랜스포머(T1,T2)의 1차측 코일과 병렬로 연결된 자화 인덕터(Lm1,Lm2), 일단이 상기 자화 인덕터(Lm1,Lm2) 및 1차측 코일과 연결되고 타단이 접지된 반도체 스위칭 소자(Q1,Q2), 제어 신호에 따라서 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 스위치 드라이버(112,122), 및 상기 스위치 드라이버(112,122)로 제어 신호를 출력하는 제어부(111,121)를 포함한다.Each
또한, 트랜스포머(T1,T2)는 코어에 1차측 코일과 2차측 코일이 함께 권선되는데, 본 발명의 2차측 코일은 2개의 코일로 구성되고, 각각의 2차측 코일은 다른 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 2차측 코일과 각각 병렬로 연결된다. In addition, the transformers (T1, T2) have a primary coil and a secondary coil wound together on the core. The secondary coil of the present invention consists of two coils, and each secondary coil is connected to the transformer of another pulse generation module. Each is connected in parallel with the included secondary coil.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 펄스 전원 장치에서는 2개의 펄스 발생 모듈(110,120)을 포함하므로, 각 펄스 발생 모듈(110,120)의 2차측 코일들은 나머지 펄스 발생 모듈(120,110)의 2차측 코일들과 각각 병렬로 연결된다. 즉, 제 1 펄스 발생 모듈(110)에 속하는 2차측 코일들이 동일한 펄스 발생 모듈(120)에 속하는 2차측 코일들과 각각 병렬로 연결된다. 그러나, 펄스 전원 장치가 3개 이상의 펄스 발생 모듈을 포함하는 경우에는, 각 펄스 발생 모듈에 속하는 2개의 2차측 코일들은 각각 서로 다른 펄스 발생 모듈에 속하는 2차측 코일들과 병렬 연결된다. 이에 대해서는 자세하게 후술한다.Since the pulse power device according to the first embodiment of the present invention includes two pulse generation modules (110 and 120), the secondary coils of each pulse generation module (110 and 120) are connected to the secondary coils of the remaining pulse generation modules (120 and 110). Each is connected in parallel. That is, the secondary coils belonging to the first
한편, 전원 공급 소자(113,123)는 외부 전원이 연결되어 내부에 전기 에너지를 축전하는 커패시터(C1,C2)로 구현되는 것이 바람직하고, 스위칭 소자(Q1,Q2)가 스위치 온(턴 온)되면 내부에 저장된 전원을 방전하여 출력하고, 스위칭 소자(Q1,Q2)가 스위치 오프(턴 오프)되면 외부 전원으로부터 전원을 공급받아 축전된다.Meanwhile, the
1차측 코일은 일반적인 트랜스포머와 동일하게 코어에 권선되고, 자연스럽게 1차측 코일과 병렬로 자화 인덕터(Lm1,Lm2)가 형성된다.The primary coil is wound around the core in the same way as a typical transformer, and a magnetizing inductor (L m1 , L m2 ) is naturally formed in parallel with the primary coil.
반도체 스위칭 소자(Q1,Q2)는 제어 신호에 따라서 온/오프될 수 있는 것이라면 그 구현에 제한이 없다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 반도체 스위칭 소자(Q1,Q2)의 소오스 단자 또는 에미터 단자는 접지되고, 드레인 단자 또는 콜렉터 단자는 1차측 코일 및 자화 인덕터(Lm1,Lm2)와 연결된다.There are no limitations to the implementation of the semiconductor switching elements (Q1, Q2) as long as they can be turned on/off according to a control signal. In a preferred embodiment of the present invention, the source terminal or emitter terminal of the semiconductor switching element (Q1, Q2) is grounded, and the drain terminal or collector terminal is connected to the primary coil and the magnetizing inductor (L m1 , L m2 ).
제어부(111,121)는 PWM 제어 신호를 생성하여 스위치 드라이버(112,122)로 출력함으로써 반도체 스위칭 소자(Q1,Q2)를 제어하고, 스위치 드라이버(112,122)는 제어부(111,121)로부터 입력되는 제어신호에 따라서, 반도체 스위칭 소자(Q1,Q2)의 게이트 또는 베이스로 전압을 인가하여 반도체 스위칭 소자(Q1,Q2)를 스위치 온/오프 시킨다.The
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 펄스 전원 장치에서 출력되는 펄스 파형을 도시하는 도면이다. Figure 2 is a diagram showing a pulse waveform output from a pulse power supply device according to a first preferred embodiment of the present invention.
도 2(a)를 더 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 동작을 설명한다. 먼저, 제 1 펄스 발생 모듈(110) 및 제 2 펄스 발생 모듈(120)이 동일한 타이밍에 펄스 전원을 발생시키는 예를 설명하면, 전원 공급 소자(113,123)인 커패시터(C1,C2)에 전기 에너지가 축전된 상태에서 제 1 제어부(111)와 제 2 제어부(121)가 동시에 스위치 온을 지시하는 제어신호를 각각 제 1 스위치 드라이버(112) 및 제 2 스위치 드라이버(122)로 출력한다.With further reference to FIG. 2(a), the operation of the pulse power supply device according to the first preferred embodiment of the present invention will be described. First, to describe an example in which the first
제 1 스위치 드라이버(112) 및 제 2 스위치 드라이버(122)는 제 1 반도체 스위칭 소자(Q1) 및 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)로 스위치 온(턴 온)을 위한 신호(게이트 신호)(VQ1 및 VQ2)를 각각 출력하고, 반도체 스위칭 소자들(Q1,Q2)은 스위치 온 된다.The
반도체 스위칭 소자들(Q1,Q2)이 스위치 온되면, 전원 공급 소자(113,123)가 방전을 시작하여 전류가 자화 인덕터(Lm1,Lm2)와 스위칭 소자(Q1,Q2)를 통해서 흐르게 된다. 이 때, 2차측으로부터 1차측 코일에 투영되어 나타나는 1차측 코일의 임피던스는 자화 인덕터(Lm1,Lm2)의 리액턴스와 비교하여 매우 크기 때문에, 전류(ILm1,ILm2) 대부분이 자화 인덕터(Lm1,Lm2)를 통해서 흐르게 되고, 이에 따라서, 전원 공급 소자(113,123)에서 방출된 전기 에너지가 자화 인덕터(Lm1,Lm2)에 저장된다.When the semiconductor switching elements (Q1, Q2) are switched on, the power supply elements (113, 123) start discharging and current flows through the magnetizing inductors (L m1 , L m2 ) and the switching elements (Q1, Q2). At this time, since the impedance of the primary coil, which is projected from the secondary side to the primary coil, is very large compared to the reactance of the magnetized inductor (L m1 , L m2 ), most of the current (I Lm1 , I Lm2 ) flows through the magnetized inductor ( L m1 ,L m2 ), and accordingly, the electric energy emitted from the
그 후, 제어부(111,121)가 제어 신호의 출력을 중단하면, 스위치 드라이버(112,122)가 반도체 스위칭 소자(Q1,Q2)를 스위치 오프(턴 오프)시키고, 전원 공급 소자(113,123)의 에너지 방전은 중단된다. 이 때, 자화 인덕터(Lm1,Lm2)는 기존에 자화 인덕터(Lm1,Lm2)에 흐르던 전류(ILm1,ILm2)와 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 함으로써, 내부에 저장된 에너지를 방출한다. Afterwards, when the
반도체 스위칭 소자(Q1,Q2)가 오프된 상태에서 자화 인덕터(Lm1,Lm2)에 전류(iLm1,iLm2)가 지속적으로 흐르는 경우, 전류(iLm1,iLm2)는 트랜스포머(T1,T2)의 1차측 코일로 흐르게 되고, 이에 따라서 트랜스포머(T1,T2)의 2차측 코일에도 유도된 전류(io1_1,io1_2,io2_1,io2_2)가 흐르게 된다. 2차측 코일에 흐르는 전류(io1_1,io1_2,io2_1,io2_2)의 방향은 화살표로 표시하였다.When the semiconductor switching elements (Q1, Q2) are turned off and the current (i Lm1 , i Lm2 ) continuously flows through the magnetizing inductor (L m1 , L m2 ), the current (i Lm1 , i Lm2 ) flows through the transformer (T1, T2) flows to the primary coil, and accordingly, the induced current (i o1_1 ,i o1_2 ,i o2_1 ,i o2_2 ) also flows in the secondary coil of the transformer (T1, T2). The direction of the current (i o1_1 ,i o1_2 ,i o2_1 ,i o2_2 ) flowing in the secondary coil is indicated by an arrow.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 2차측 코일에서 유도된 전류들(io1_1,io1_2,io2_1,io2_2)은 부하(200)로 입력되고, 입력된 전류에 의해서 부하(200)에는 고전압(VO)이 제공된다.As shown in (a) of FIG. 2, the currents (i o1_1 ,i o1_2 ,i o2_1 ,i o2_2 ) induced in the secondary coil are input to the
한편, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 제 1 반도체 스위칭 소자(Q1) 및 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)의 스위치 온/오프 타이밍을 조절하면, 부하(200)측으로 펄스 전원이 제공되는 반복률을 조절할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 2(b), when the switch on/off timing of the first semiconductor switching element Q1 and the second semiconductor switching element Q2 is adjusted, pulse power is provided to the
도 2(b)를 참조하여, 제 1 펄스 발생 모듈(110) 및 제 2 펄스 발생 모듈(120)이 서로 다른 타이밍에 펄스 전원을 발생시키는 예를 설명하면, 전원 공급 소자(113)인 커패시터(C1)에 전원이 축전된 상태에서 제 1 제어부(111)가 먼저 스위치 온을 지시하는 제어신호를 제 1 스위치 드라이버(112)로 출력한다. 그러면, 제 1 스위치 드라이버(112)는 제 1 반도체 스위칭 소자(Q1)로 스위치 온(턴 온)을 위한 신호(게이트 신호)(VQ1)를 출력하고, 제 1 반도체 스위칭 소자(Q1)는 스위치 온 된다.Referring to FIG. 2(b), when explaining an example in which the first
제 1 반도체 스위칭 소자(Q1)가 스위치 온되면, 제 1 전원 공급 소자(113)가 방전을 시작하여 전류가 자화 인덕터(Lm1)와 제 1 반도체 스위칭 소자(Q1)를 통해서 흐르게 된다. 그 후, 제 1 제어부(111)가 제어 신호의 출력을 중단하면, 제 1 스위치 드라이버(112)가 제 1 반도체 스위칭 소자(Q1)를 스위치 오프(턴 오프)시키고, 전원 공급 소자(113)의 전기 에너지 방전은 중단된다. 이 때, 자화 인덕터(Lm1)는 기존에 자화 인덕터(Lm1)에 흐르던 전류(iLm1)와 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 함으로써, 내부에 저장된 에너지를 방출한다. When the first semiconductor switching element (Q1) is switched on, the first
제 1 반도체 스위칭 소자(Q1)가 오프된 상태에서 자화 인덕터(Lm1)에 전류가 지속적으로 흐르는 경우, 전류(iLm1)는 제 1 트랜스포머(T1)의 1차측 코일로 흐르게 되고, 이에 따라서 제 1 트랜스포머(T1)의 2차측 코일에도 유도된 전류(io1_1,io1_2)가 흐르게 된다. 2차측 코일에 흐르는 전류의 방향은 화살표로 표시하였다.When the first semiconductor switching element (Q1) is turned off and the current continuously flows through the magnetizing inductor (L m1 ), the current (i Lm1 ) flows into the primary coil of the first transformer (T1), and thus the first 1 The induced current (i o1_1 ,i o1_2 ) also flows in the secondary coil of the transformer (T1). The direction of the current flowing in the secondary coil is indicated by an arrow.
도 2(b) 에 도시된 바와 같이, 2차측 코일에서 유도된 전류들(io1_1,io1_2)은 부하(200)로 입력되고, 입력된 전류에 의해서 부하(200)에는 고전압(VO)이 제공된다. 이 때, 부하(200)측에 제공되는 전류의 크기가 도 2(a)에 도시된 경우에 공급되는 전류 크기의 대략 50% 정도라고 가정하면, 부하(200)에 공급되는 전압(VO)의 크기도 대략 50% 정도이다.As shown in FIG. 2(b), the currents (i o1_1 ,i o1_2 ) induced in the secondary coil are input to the
한편, 제 1 펄스 발생 모듈(110)에 의한 펄스 전원이 부하(200)측으로 공급된 후, 제 2 제어부(121)가 스위치 온을 지시하는 제어신호를 제 2 스위치 드라이버(122)로 출력하고, 제 2 스위치 드라이버(122)가 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)로 스위치 온(턴 온)을 위한 신호(게이트 신호)(VQ2)를 출력하면, 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)는 스위치 온(턴 온) 된다.Meanwhile, after the pulse power from the first
제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)가 스위치 온되면, 제 2 전원 공급 소자(123)가 방전을 시작하여 전류가 자화 인덕터(Lm2)와 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)를 통해서 흐르게 되고, 제 2 제어부(121)가 제어 신호의 출력을 중단하면, 제 2 스위치 드라이버(122)가 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)를 스위치 오프(턴 오프)시키며, 전원 공급 소자(123)의 전기 에너지 방전은 중단된다. When the second semiconductor switching element (Q2) is switched on, the second
이 때, 자화 인덕터(Lm2)는 기존에 자화 인덕터(Lm2)에 흐르던 전류(iLm2)와 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 함으로써, 내부에 저장된 에너지를 방출하고, 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)가 오프된 상태에서 자화 인덕터(Lm2)에 흐르던 전류(iLm2)는 제 2 트랜스포머(T2)의 1차측 코일로 흐르며, 이 전류에 의해서 제 2 트랜스포머(T2)의 2차측 코일에 유도된 전류(io2_1,io2_2)가 흐르된다. At this time, the magnetization inductor (L m2 ) causes the current to flow in the same direction as the current (i Lm2 ) that previously flowed in the magnetization inductor (L m2 ), thereby releasing the energy stored inside, and the second semiconductor switching element (Q2) ) is turned off, the current (i Lm2 ) flowing in the magnetizing inductor (L m2 ) flows into the primary coil of the second transformer (T2), and the current induced in the secondary coil of the second transformer (T2) is Current (i o2_1 ,i o2_2 ) flows.
2차측 코일에서 유도된 전류들(io2_1,io2_2)은 부하(200)로 입력되고, 입력된 전류에 의해서 부하(200)에는 고전압(VO)이 제공된다. 마찬가지로, 부하(200)측에 제공되는 전류의 크기는 도 2(a)에 도시된 경우에 공급되는 전류 크기의 대략 50% 정도라고 가정하면, 부하(200)에 공급되는 전압(VO)의 크기도 대략 50% 정도이다.Currents (i o2_1 ,i o2_2 ) induced in the secondary coil are input to the
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 펄스 전원 장치는 복수의 펄스 발생 모듈을 포함하므로, 펄스 발생 모듈에서 펄스 전원을 발생시키는 타이밍을 조절함으로써, 부하(200)로 제공되는 펄스 전원의 반복률을 조절할 수 있다.As shown in FIG. 2, since the pulse power device of the present invention includes a plurality of pulse generation modules, the repetition rate of the pulse power provided to the
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 펄스 전원 장치는 복수의 펄스 전원 모듈을 연결함으로써 부하(200)로 제공되는 펄스 전원의 크기를 크게 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각 펄스 전원 모듈이 펄스 전원을 발생시키는 타이밍을 조절하여 부하(200)에 펄스 전원이 제공되는 반복률을 조절할 수 있다. As described so far, the pulse power device of the present invention can not only significantly increase the size of the pulse power provided to the
특히, 본 발명은 각 펄스 발생 모듈의 2차측 코일을 복수개로 분리하여 권선하고, 각각의 2차측 코일을 인접하는 다른 펄스 발생 모듈의 2차측 코일과 병렬로 연결함으로써, 복수의 펄스 발생 모듈을 연결하는 과정에서 펄스 발생 모듈의 모든 파라미터들이 완벽하게 일치하지 않아서 발생하는 유도 전압 및 전류의 불균형 문제를 해소하였다. In particular, the present invention connects a plurality of pulse generation modules by separating and winding the secondary coil of each pulse generation module into a plurality and connecting each secondary coil in parallel with the secondary coil of another adjacent pulse generation module. In the process, the imbalance problem of induced voltage and current caused by not perfectly matching all parameters of the pulse generation module was resolved.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 변형 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 구성을 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the configuration of a pulse power supply device according to a modified embodiment of the first preferred embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 제 1 실시예의 변형 실시예는 2개의 펄스 발생 모듈(110,120)의 트랜스포머(T1,T2)의 권선 방향을 서로 다르게 함으로써 양극성 펄스를 발생시킬 수 있도록 구성한다.A modified embodiment of the first embodiment shown in FIG. 3 is configured to generate a bipolar pulse by changing the winding directions of the transformers T1 and T2 of the two
도 3의 (a)를 참조하면, 제 1 실시예의 변형 실시예의 경우, 제 2 트랜스포머(T2)의 1차측 코일의 권선 방향을 제 1 트랜스포머(T1)의 1차측 코일의 권선 방향과 서로 다르게 하였다는 점에서만 제 1 실시예와 차이가 있다.Referring to (a) of FIG. 3, in the case of a modified example of the first embodiment, the winding direction of the primary coil of the second transformer (T2) is different from the winding direction of the primary coil of the first transformer (T1). It differs from the first embodiment only in that.
그 동작을 살펴보면, 도 1 및 도 2의 (b)를 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 제어부와 제 2 제어부는 서로 다른 타이밍에 제어 신호를 출력함으로써, 제 1 펄스 발생 모듈(110)과 제 2 펄스 발생 모듈(120)이 서로 다른 타이밍에 펄스 전원을 발생시킨다. 제 1 펄스 발생 모듈(110)이 펄스 전원을 발생시키는 과정은 도 1 및 도 2의 (b)를 참조하여 설명한 바와 동일하다.Looking at the operation, as described with reference to (b) of FIGS. 1 and 2, the first control unit and the second control unit output control signals at different timings, thereby generating the first
제 2 펄스 발생 모듈(120)이 펄스 전원을 발생시키는 과정을 간략하게 설명하면, 도 1 및 도 2의 (b)를 참조하여 설명한 바와 같은 방식으로 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)가 스위치 온되어 전류가 자화 인덕터(Lm2)와 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)를 통해서 흐르고, 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)가 스위치 오프(턴 오프)되면, 자화 인덕터(Lm2)는 기존에 자화 인덕터(Lm2)에 흐르던 전류와 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 함으로써, 내부에 저장된 에너지를 방출한다.Briefly explaining the process by which the second
이 때, 제 2 트랜스포머(T2)의 1차측 코일은 제 1 트랜스포머(T1)의 1차측 코일과 반대 방향으로 권선되어 있으므로(또한, 도 1에 도시된 제 2 트랜스포머(T2)의 1차측 코일과도 반대 방향으로 권선되어 있으므로), 2차측 코일에 유도된 전류(io2_1,io2_2)의 방향 역시 제 1 트랜스포머(T1)의 2차측 코일에 유도된 전류(io1_1,io1_2)의 방향과 서로 반대 방향이 되어, 부하(200)에 공급되는 펄스 전원의 극성이 제 1 펄스 발생 모듈(110)에서 부하(200)로 공급된 펄스 전원과 반대가 된다.At this time, since the primary coil of the second transformer (T2) is wound in the opposite direction to the primary coil of the first transformer (T1) (also, the primary coil of the second transformer (T2) shown in FIG. 1 (since they are wound in opposite directions), the direction of the current (i o2_1 , i o2_2 ) induced in the secondary coil is also the direction of the current (i o1_1 , i o1_2 ) induced in the secondary coil of the first transformer (T1). The directions are opposite to each other, so that the polarity of the pulse power supplied to the
이렇듯, 본 발명의 펄스 전원 장치는 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 코일들의 권선 방향을 이용하여, 별도의 복잡한 회로를 부가하지 않고서도, 간단하게 양극성 펄스를 발생시킬 수 있다. 아울러, 도 3에 도시된 예에서는 제 2 트랜스포머(T2)의 1차측 코일의 권선 방향을 반대로 하였으나, 제 2 트랜스포머(T2)의 1차측 코일의 권선 방향은 제 1 트랜스포머(T1)의 1차측 권선 방향과 동일하게 하고, 2차측 코일의 권선 방향을 제 1 트랜스포머(T1)의 2차측 권선 방향과 반대로 하여도 양극성 펄스 전원을 제공할 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.As such, the pulse power supply device of the present invention can simply generate a bipolar pulse by using the winding direction of the coils included in the transformer of the pulse generation module, without adding a separate complicated circuit. In addition, in the example shown in FIG. 3, the winding direction of the primary coil of the second transformer (T2) is reversed, but the winding direction of the primary coil of the second transformer (T2) is the primary winding of the first transformer (T1). Those skilled in the art will know that a bipolar pulse power can be provided even if the direction is the same and the winding direction of the secondary coil is opposite to the secondary winding direction of the first transformer (T1).
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 구성을 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 펄스 전원 장치에서 출력되는 펄스 파형을 도시하는 타이밍도이다.FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a pulse power supply device according to a second preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a timing diagram showing a pulse waveform output from the pulse power supply device according to a second preferred embodiment of the present invention. am.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 펄스 전원 장치는 펄스 발생 모듈이 3개 이상이라는 점과 이에 따라서 2차측 코일이 병렬로 연결되는 대상이 서로 다른 펄스 발생 모듈의 2차측 코일이라는 점에서만 차이가 있고, 나머지 구성은 동일하다. Referring to Figures 4 and 5, the pulse power supply device according to the second embodiment has three or more pulse generation modules, and accordingly, the secondary coils of the pulse generation modules are different from each other to which the secondary coils are connected in parallel. The only difference is that the rest of the configuration is the same.
따라서, 제 1 실시예와 다른 구성을 중심으로 설명하면, 제 2 실시예의 펄스 전원 장치는 4개의 펄스 발생 모듈들(제 1 펄스 발생 모듈(110) 내지 제 4 펄스 발생 모듈(140))이 서로 연결되어 구성된다.Therefore, when explaining the configuration different from the first embodiment, the pulse power device of the second embodiment has four pulse generation modules (the first
각각의 펄스 발생 모듈(110,120,130,140)의 세부 구성은 제 1 실시예와 동일하고, 각 펄스 발생 모듈(110,120,130,140)에 포함된 트랜스포머(T1,T2,T3,T4)의 2차측 코일은 2개로 구성되어 있다. 동일한 트랜스포머에 포함된 2차측 코일들은 각각 서로 다른 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 2차측 코일들과 각각 병렬로 연결된다.The detailed configuration of each pulse generation module (110, 120, 130, and 140) is the same as the first embodiment, and the secondary coils of the transformers (T1, T2, T3, and T4) included in each pulse generation module (110, 120, 130, and 140) are composed of two. . Secondary coils included in the same transformer are respectively connected in parallel with secondary coils included in transformers of different pulse generation modules.
도 4를 참조하면, 제 1 펄스 발생 모듈(110)의 트랜스포머(T1)에 포함된 2개의 2차측 코일 중 하나는 제 2 트랜스포머(T2)의 2차측 코일과 병렬로 연결되고, 다른 하나는 제 3 트랜스포머(T3)의 2차측 코일과 병렬로 연결된다.Referring to FIG. 4, one of the two secondary coils included in the transformer (T1) of the first
마찬가지로, 제 2 펄스 발생 모듈(120)의 트랜스포머(T2)에 포함된 2개의 2차측 코일 중 하나는 제 1 트랜스포머(T1)의 2차측 코일과 병렬로 연결되고, 다른 하나는 제 4 트랜스포머(T4)의 2차측 코일과 병렬로 연결된다. Likewise, one of the two secondary coils included in the transformer (T2) of the second
동일한 방식으로, 제 3 펄스 발생 모듈(130)의 트랜스포머(T3)에 포함된 2개의 2차측 코일 중 하나는 제 1 트랜스포머(T1)의 2차측 코일과 병렬로 연결되고, 다른 하나는 제 4 트랜스포머(T4)의 2차측 코일과 병렬로 연결된다.In the same way, one of the two secondary coils included in the transformer (T3) of the third
또한, 제 4 펄스 발생 모듈(140)의 트랜스포머(T4)에 포함된 2개의 2차측 코일 중 하나는 제 2 트랜스포머(T2)의 2차측 코일과 병렬로 연결되고, 다른 하나는 제 3 트랜스포머(T3)의 2차측 코일과 병렬로 연결된다. In addition, one of the two secondary coils included in the transformer (T4) of the fourth
이렇게 병렬로 연결된 2차측 코일들은 서로 직렬로 연결되어 부하(200)로 펄스 전원을 공급한다. The secondary coils connected in parallel like this are connected in series with each other to supply pulse power to the
지금까지 설명한 바와 같이, 트랜스포머의 복수의 2차측 코일 각각이 서로 다른 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 2차측 코일과 병렬로 연결됨으로써, 각 펄스 발생 모듈간에 균일한 전압과 전류가 유발되어 부하(200)측으로 안정적인 펄스 전원을 공급할 수 있다.As explained so far, each of the plurality of secondary coils of the transformer is connected in parallel with the secondary coil included in the transformer of the different pulse generation modules, thereby causing uniform voltage and current between each pulse generation module to load (200) ) can supply stable pulse power to the side.
제 2 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 동작을 살펴보면, 먼저, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 제 1 펄스 발생 모듈(110) 내지 제 4 펄스 발생 모듈(140)의 제 1 제어부 내지 제 4 제어부가 동시에 스위치 드라이버들로 제어신호를 출력하고, 스위치 드라이버들이 반도체 스위칭 소자를 스위치 온(턴 온)시키기 위한 신호(VQ1,VQ2,VQ3,VQ3)를 동시에 반도체 스위칭 소자(Q1~Q4)로 출력하여 스위치 온 시키면, 각 펄스 발생 모듈(110~140)의 전원 공급 소자(C1~C4)로부터 전기 에너지가 방출되어 자화 인덕터(Lm1~Lm4) 및 반도체 스위칭 소자(Q1~Q4)로 전류가 흐르면서 자화 인덕터(Lm1~Lm4)에 에너지가 저장되고, 반도체 스위칭 소자(Q1~Q4)가 스위치 오프되면, 자화 인덕터(Lm1~Lm4)에 흐르는 전류가 트랜스포머(T1~T4)의 1차측 코일로 흐르면서 2차측 코일에 유도된 전류(io1_1,io1_2,io2_1,io2_2,io3_1,io3_2,io4_1,io4_2)가 흐르게 된다. Looking at the operation of the pulse power supply device according to the second embodiment, first, as shown in Figure 5 (a), the first control unit to the first
이렇게 유도된 전류(io1_1~io4_2)는 부하(200)로 출력됨으로써, 부하(200)에는 고전압(VO) 펄스가 제공된다.The current (i o1_1 ~i o4_2 ) induced in this way is output to the
한편, 도 5의 (b)는 도 2의 (b)를 참조하여 설명한 바와 동일하게, 각 펄스 발생 모듈(110~140)의 반도체 스위칭 소자(Q1~Q4)의 온/오프 타이밍을 조절하여 부하(200)측으로 펄스 전원이 제공되는 반복률을 조절하는 예를 도시한다.Meanwhile, in the same way as described with reference to (b) in FIG. 5, (b) in FIG. 5 shows the load by adjusting the on/off timing of the semiconductor switching elements (Q1 to Q4) of each pulse generation module (110 to 140). An example of adjusting the repetition rate at which pulse power is provided to the (200) side is shown.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 1 펄스 발생 모듈(110)의 제 1 반도체 스위칭 소자(Q1)와 제 2 펄스 발생 모듈(120)의 제 2 반도체 스위칭 소자(Q2)를 동시에 스위치 온시키면, 제 1 펄스 발생 모듈(110) 및 제 2 펄스 발생 모듈(120)의 트랜스포머의 2차측 코일에만 유도 전류(io1_1,io1_2,io2_1,io2_2)가 발생하여 부하(200)로 공급된다. As shown in (b) of FIG. 5, the first semiconductor switching element (Q1) of the first
그 후, 마찬가지 방식으로, 제 3 펄스 발생 모듈(130)의 제 3 반도체 스위칭 소자(Q3)와 제 4 펄스 발생 모듈(140)의 제 4 반도체 스위칭 소자(Q4)를 동시에 스위치 온시키면, 제 3 펄스 발생 모듈(130) 및 제 4 펄스 발생 모듈(140)의 트랜스포머(T3,T4)의 2차측에만 유도 전류(io3_1,io3_2,io4_1,io4_2)가 발생하여 부하(200)로 공급된다. Thereafter, in the same manner, when the third semiconductor switching element Q3 of the third
이렇게, 복수의 펄스 발생 모듈들(110~140)을 순차적으로 동작시키면 펄스 전원 장치의 반복률을 조절할 수 있다.In this way, by sequentially operating the plurality of
도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 변형 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 변형 실시예에 따른 펄스 전원 장치에서 출력되는 펄스 파형을 도시하는 타이밍도이다.Figure 6 is a diagram showing the configuration of a pulse power supply device according to a modified embodiment of the second preferred embodiment of the present invention, and Figure 7 is a diagram showing a pulse output from the pulse power supply device according to a modified embodiment of the second preferred embodiment of the present invention. This is a timing diagram showing the waveform.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제 2 실시예의 경우에도, 도 3에 도시된 바와 같이, 양극성 전원 펄스를 부하(200)로 제공할 수 있다. 양극성 펄스를 제공하기 위해서, 제 2 실시예의 변형예는, 제 3 트랜스포머(T3) 및 제 4 트랜스포머(T4)의 1차측 코일의 권선 방향을 제 1 트랜스포머(T1) 및 제 2 트랜스포머(T2)와 반대로 설정하였다.Referring to Figures 6 and 7, even in the case of the second embodiment, as shown in Figure 3, a bipolar power pulse can be provided to the
이에 따라서, 제 3 트랜스포머(T3) 및 제 4 트랜스포머(T4)의 2차측에서 유도되는 전류(io3_1,io3_2,io4_1,io4_2)의 방향이, 도 4에 도시된 제 3 트랜스포머(T3) 및 제 4 트랜스포머(T4)의 2차측에서 유도되는 전류(io3_1,io3_2,io4_1,io4_2)의 방향과 서로 반대가 된다.Accordingly, the direction of the currents (i o3_1 ,i o3_2 ,i o4_1 ,i o4_2 ) induced in the secondary side of the third transformer (T3) and the fourth transformer (T4) is the direction of the third transformer (T3) shown in FIG. ) and the directions of the currents (i o3_1 ,i o3_2 ,i o4_1 ,i o4_2 ) induced in the secondary side of the fourth transformer (T4) are opposite to each other.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 반도체 스위칭 소자(Q3) 및 제 4 반도체 스위칭 소자(Q4)가 스위치 온(턴 온)되면, 제 3 자화 인덕터(Lm3) 및 제 4 자화 인덕터(Lm4)에 전류가 흐르면서 에너지가 저장되고, 제 3 반도체 스위칭 소자(Q3) 및 제 4 반도체 스위칭 소자(Q4)가 스위치 오프(턴 오프)되면, 제 3 자화 인덕터(Lm3) 및 제 4 자화 인덕터(Lm3)에 흐르던 전류(iLm3,iLm4)가 제 3 트랜스포머(T3) 및 제 4 트랜스포머(T4)의 1차측 코일로 흐르면서 제 3 트랜스포머(T3) 및 제 4 트랜스포머(T4)의 2차측 코일에 유도 전류(io3_1,io3_2,io4_1,io4_2)가 흐르고, 유도된 전류가 부하(200)로 유입되면서 부하(200)로 고전압(-VO) 펄스, 즉, 제 1 펄스 발생 모듈(110) 및 제 2 펄스 발생 모듈(120)가 부하(200)로 제공하는 고전압(VO) 펄스와 극성이 반대되는 고전압 펄스 전원(-VO)을 제공하게 된다.Therefore, as shown in FIG. 7, when the third semiconductor switching element Q3 and the fourth semiconductor switching element Q4 are switched on (turned on), the third magnetization inductor (L m3 ) and the fourth magnetization inductor ( Energy is stored as a current flows through (L m4 ), and when the third semiconductor switching element (Q3) and the fourth semiconductor switching element (Q4) are switched off (turned off), the third magnetization inductor (L m3 ) and the fourth magnetization The currents (i Lm3 ,i Lm4 ) flowing in the inductor (L m3 ) flow into the primary coils of the third transformer (T3) and the fourth transformer (T4), Induced current (i o3_1 ,i o3_2 ,i o4_1 ,i o4_2 ) flows in the primary coil, and as the induced current flows into the
제 2 실시예의 변형 실시예에서, 제 3 트랜스포머(T3) 및 제 4 트랜스포머(T4)의 1차측 코일 대신에 2차측 코일을 제 1 트랜스포머(T1) 및 제 2 트랜스포머(T2)와 반대 방향으로 권선하여도 동일한 효과가 나타남은 물론이다.In a modified embodiment of the second embodiment, instead of the primary coil of the third transformer (T3) and the fourth transformer (T4), the secondary coil is wound in the opposite direction to that of the first transformer (T1) and the second transformer (T2). Of course, the same effect occurs.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on its preferred embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.
110 : 제 1 펄스 발생 모듈
111 : 제 1 제어부 112 : 제 1 스위치 드라이버
113 : 전원 공급 소자 Q1 : 제 1 반도체 스위칭 소자
Lm1 : 자화 인덕터 T1 : 제 1 트랜스포머
120 : 제 2 펄스 발생 모듈
121 : 제 2 제어부 122 : 제 2 스위치 드라이버
123 : 전원 공급 소자 Q2 : 제 2 반도체 스위칭 소자
Lm2 : 자화 인덕터 T2 : 제 2 트랜스포머
130 : 제 3 펄스 발생 모듈
140 : 제 4 펄스 발생 모듈
200 : 부하110: first pulse generation module
111: first control unit 112: first switch driver
113: Power supply element Q1: First semiconductor switching element
L m1 : magnetizing inductor T1: first transformer
120: second pulse generation module
121: second control unit 122: second switch driver
123: Power supply element Q2: Second semiconductor switching element
L m2 : magnetizing inductor T2: second transformer
130: Third pulse generation module
140: Fourth pulse generation module
200: load
Claims (11)
상기 펄스 발생 모듈 각각은 전기 에너지를 저장하여 트랜스포머를 통해서 전기 에너지를 변환하여 부하로 출력하되,
상기 트랜스포머는 복수의 2차측 코일을 구비하고, 복수의 2차측 코일들 중 어느 하나는 다른 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 복수의 2차측 코일들 중 어느 하나와 병렬로 연결되고, 다른 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 복수의 2차측 코일들 중 어느 하나와 직렬로 연결되며,
상기 펄스 전원 장치가 상기 펄스 발생 모듈을 2개 포함하는 경우에,
상기 각 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들 중 하나는, 다른 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들 중 어느 하나와는 병렬로 연결되고, 다른 하나와는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 장치.A pulse power device in which a plurality of pulse generation modules are connected to supply pulse power to a load,
Each of the pulse generation modules stores electrical energy, converts the electrical energy through a transformer, and outputs it to a load,
The transformer has a plurality of secondary coils, one of the plurality of secondary coils is connected in parallel with one of the plurality of secondary coils included in the transformer of another pulse generation module, and the other pulse generation module It is connected in series with one of the plurality of secondary coils included in the transformer,
When the pulse power device includes two pulse generating modules,
One of the secondary coils of the transformer included in each pulse generation module is connected in parallel with one of the secondary coils of the transformer included in the other pulse generation module and connected in series with the other one. Characterized by pulse power supply.
상기 펄스 발생 모듈 각각은 전기 에너지를 저장하여 트랜스포머를 통해서 전기 에너지를 변환하여 부하로 출력하되,
상기 트랜스포머는 복수의 2차측 코일을 구비하고, 복수의 2차측 코일들 중 어느 하나는 다른 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 복수의 2차측 코일들 중 어느 하나와 병렬로 연결되고, 다른 펄스 발생 모듈의 트랜스포머에 포함된 복수의 2차측 코일들 중 어느 하나와 직렬로 연결되며,
상기 펄스 전원 장치가 상기 펄스 발생 모듈을 3개 이상 포함하는 경우에,
상기 각 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들 중 하나는, 다른 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들 중 어느 하나와 병렬로 연결되고, 또 다른 펄스 발생 모듈에 포함된 트랜스포머의 2차측 코일들 중 어느 하나와는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 장치.A pulse power device in which a plurality of pulse generation modules are connected to supply pulse power to a load,
Each of the pulse generation modules stores electrical energy, converts the electrical energy through a transformer, and outputs it to a load,
The transformer has a plurality of secondary coils, one of the plurality of secondary coils is connected in parallel with one of the plurality of secondary coils included in the transformer of another pulse generation module, and the other pulse generation module It is connected in series with one of the plurality of secondary coils included in the transformer,
When the pulse power device includes three or more pulse generating modules,
One of the secondary coils of the transformer included in each pulse generation module is connected in parallel with any one of the secondary coils of the transformer included in the other pulse generation module, and the coil of the transformer included in the other pulse generation module is connected in parallel. A pulse power supply device characterized in that it is connected in series with any one of the secondary coils.
상기 펄스 발생 모듈들은 서로 다른 타이밍에 전원 펄스를 발생시켜, 상기 펄스 전원 장치의 펄스 전원 공급 반복률을 조절하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 장치.According to claim 2 or 3,
The pulse generation modules generate power pulses at different timings and adjust the pulse power supply repetition rate of the pulse power device.
상기 펄스 발생 모듈들 중 일부 펄스 발생 모듈들에 포함되는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측 코일의 권선 방향을, 다른 펄스 발생 모듈들에 포함되는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측 코일의 권선 방향과 반대로 하여, 양극성 전원 펄스를 부하로 공급하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 장치.According to claim 2 or 3,
The winding direction of the primary or secondary coil of the transformer included in some of the pulse generating modules is opposite to the winding direction of the primary or secondary coil of the transformer included in other pulse generating modules, A pulse power supply device characterized in that it supplies bipolar power pulses to a load.
상기 각각의 펄스 발생 모듈들은
반도체 스위칭 소자;
상기 반도체 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어 신호를 출력하는 제어부;
상기 제어 신호에 따라서 상기 반도체 스위칭 소자를 스위치 온/오프 시키는 스위치 드라이버;
전기 에너지를 축전하고, 상기 반도체 스위칭 소자가 스위치 온 되면 전기 에너지를 방전하는 전원 공급 소자;
상기 전원 공급 소자에서 출력되는 전기 에너지를 변환하여 부하로 출력하는 상기 트랜스포머; 및
상기 트랜스포머의 1차측 코일에 병렬로 형성된 자화 인덕터를 포함하고,
상기 트랜스포머의 2차측 코일은 복수개로 형성되고, 각각의 2차측 코일은 다른 펄스 발생 모듈의 2차측 코일과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 장치. According to claim 2 or 3,
Each of the pulse generation modules is
semiconductor switching device;
a control unit that outputs a control signal to control on/off of the semiconductor switching element;
a switch driver that switches on/off the semiconductor switching element according to the control signal;
a power supply element that stores electrical energy and discharges the electrical energy when the semiconductor switching element is switched on;
The transformer converts the electrical energy output from the power supply element and outputs it to a load; and
It includes a magnetizing inductor formed in parallel to the primary coil of the transformer,
A pulse power supply device characterized in that the secondary coil of the transformer is formed in plural, and each secondary coil is connected in parallel with the secondary coil of another pulse generation module.
상기 반도체 스위칭 소자가 스위치 온되면, 상기 전원 공급 소자는 축전된 전기 에너지를 방전하고, 방전된 전기 에너지에 의해서 상기 자화 인덕터 및 상기 반도체 스위칭 소자를 통해서 전류가 흐르면서 상기 자화 인덕터에 에너지가 저장되며,
상기 반도체 스위칭 소자가 스위치 오프되면, 상기 자화 인덕터에 저장된 전기 에너지가 방출되면서 상기 트랜스포머의 1차측 코일로 전류가 흐르면서 상기 트랜스포머의 2차측 코일에 전류가 유도되어 부하로 펄스 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 장치. According to claim 6,
When the semiconductor switching element is switched on, the power supply element discharges the stored electric energy, and the discharged electric energy causes a current to flow through the magnetization inductor and the semiconductor switching element, storing energy in the magnetization inductor,
When the semiconductor switching element is switched off, the electrical energy stored in the magnetizing inductor is released and a current flows into the primary coil of the transformer, and a current is induced in the secondary coil of the transformer, thereby supplying pulse power to the load. Pulse power supply device.
상기 제어부는 다른 펄스 발생 모듈의 제어부와 서로 다른 타이밍에 제어 신호를 출력함으로써, 상기 펄스 발생 모듈들이 서로 다른 타이밍에 전원 펄스를 발생시키도록 하여, 상기 펄스 전원 장치의 펄스 전원 공급 반복률을 조절하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 장치.According to claim 6,
The control unit outputs control signals at different timings from the control units of other pulse generation modules, thereby allowing the pulse generation modules to generate power pulses at different timings, thereby adjusting the pulse power supply repetition rate of the pulse power supply device. Characterized by pulse power supply.
상기 펄스 발생 모듈들 중 일부 펄스 발생 모듈들에 포함되는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측 코일의 권선 방향을, 다른 펄스 발생 모듈들에 포함되는 트랜스포머의 1차측 또는 2차측 코일의 권선 방향과 반대로 하여, 양극성 전원 펄스를 부하로 공급하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 장치.According to claim 6,
The winding direction of the primary or secondary coil of the transformer included in some of the pulse generating modules is opposite to the winding direction of the primary or secondary coil of the transformer included in other pulse generating modules, A pulse power supply device characterized in that it supplies bipolar power pulses to a load.
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