KR20000028392A - 마이크로 클라이스트로드 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자렌지에 관한 것으로, 마이크로 클라이스트로드로 고전압의 직류신호를 인가하기 위해 사용되는 캐패시터의 용량을 최소화 하기 위한 마이크로 클라이스트로드 구동회로에 관한 것이다.

본 발명은 전파정류된 신호에 소정 주파수의 펄스신호를 변조시키는 초퍼회로부; 상기 초퍼회로부에서 출력되는 신호를 소용량의 캐패시터를 통해 충방전시켜 평활신호를 출력하는 평활부; 상기 평활부에서 구현되는 직류전압에서 리플전압을 검출하고 검출결과를 상기 초퍼회로부로 전송시키는 검출부로 구성되므로서, 마이크로 클라이스트로드 구동전압으로 승압된 교류신호를 전파정류시킨 후, 이를 초퍼회로를 거쳐 가변적인 주파수로 스위칭을 수행토록 함에 따라, 평활신호를 얻기 위한 평활부의 캐패시터 용량을 극소화 시킬 수 있어, 시스템의 부피를 최소화 시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

마이크로 클라이스트로드 구동회로

본 발명은 전자렌지에 관한 것으로, 보다 상세히는 마이크로 클라이스트로드(Micro-Klystrode)에 사용되는 고전압 트랜스포머를 제거함과 동시에, 고용량의 캐패시터를 사용하지 않아도 되어 마이크로 클라이스트로드 구동장치를 저중량 및 간소화되도록 하는 마이크로 클라이스트로드 구동회로에 관한 것이다.

일반적으로 전자렌지는 마그네트론(Magnetron)은 4KV의 고전압으로 구동되는 초고주파 발진관을 사용하고 있다. 이러한 마그네트론은 상기한 바와 같이 고전압을 필요로 하기 때문에, 이를 구성하는 소자 및 회로에 있어서 복잡성을 피하지 못하고 있다. 따라서 상기한 마그네트론의 단점을 제거하기 위해, 마이크로 클라이스트로드(Micro-Klystrode)를 마그네트론의 대치용 소자로 사용하고 있으며, 미국특허 제 5,541,391 호에 개시된 바와 같이 전자렌지의 초고주파 발진관으로 사용되고 있다.

한편, 상기 마이크로 클라이스트로드는 마그네트론과 달리 입력전압이 550V에서 충분한 동작이 수행되기 때문에, 고압 트랜스포머의 용량 및 부피에 있어서 소형화를 이루고 있다. 그러면 이와 같은 마이크로 클라이스트로드의 구동회로를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 마이크로 클라이스트로드를 구동하기 위한 종래 회로도이다. 도 1을 참조한 회로는, 먼저 상용전원 220V를 인가받아 550V이상의 교류전원을 생성하는 트랜스포머(T); 상기 트랜스포머(T)의 2차측에 접속되어 교류전원을 전파정류시키는 제1다이오드 및 제2다이오드(D1,D2); 상기 제1다이오드 및 제2다이오드(D1,D2)의 출력파형을 평활시켜 직류전압을 형성토록 하는 캐패시터(C,C1); 상기 캐패시터(C,C1)를 통해 출력되는 직류전압에 의해 초고주파를 발생시키는 마이크로 클라이스트로드(M)로 구성된다.

그리고, 상기 마이크로 클라이스트로드(M)의 일측단으로는 풀업저항(R)이 접속된다.

이하, 상기 구성의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 상기 트랜스포머(T)의 2차측 출력전압을 나타낸 파형도이다. 도 2b는 상기 평활회로를 구체적으로 나타낸 회로도이다. 먼저, 트랜스포머(T)로 상용전원 220V가 입력될 경우, 2차측 전원은 60Hz의 고전압이 유기된다.

고전압은 마이크로 클라이스트로드(M)의 구동전압인 550V이상으로, 상기 제1다이오드 및 제2다이오드(D1,D2)을 통해 전파정류된다. 이 때의 출력은 도 2a로 나타나며 120Hz의 주파수를 갖게 된다. 따라서, 상기 전파정류된 신호는 캐패시터(C,C1)에 의해 충방전이 반복되어 도 2a의 점선과 같이 구현된다.

여기서, 상기 점선으로 표현된 평활부분은 캐패시터(C,C1)의 용량에 따라 그 정도가 결정되는데, 이로인해 전파정류된 신호를 완만하게 평활시키기 위해서는 대용량의 캐패시터가 필요하게 된다.

예컨대, 상기 트랜스포머(T)의 용량이 그리트론 구동전력 1800W와 히터 구동전력 200W를 소모하기 위한다면, 2000W의 용량을 갖게 되며 상기한 캐패시터(C,C1)는 2000W/ 550V로부터 전파정류된 신호를 평활시키게 된다. 따라서, 캐패시터(C,C1)는 대용량을 얻기 위해 도 2b에 도시된 바와 같은 병렬접속을 이루게 된다.

결국, 상기 마이크로 클라이스트로드(M)로 인가되는 전원이 대용량으로서, 그리고 최소한의 리플을 갖기 위해서는 캐패시터를 다수개 형성시켜, 그 용량을 증대시키게 된다.

따라서, 마이크로 클라이스트로드를 구동시키기 위해서는 트랜스포머 및 대용량의 캐패시터를 필요로 하기 때문에, 파워 서플라이이의 부피와 중량이 증대될 수밖에 없다. 즉, 전자렌지의 전체 중량이 증대되어 제조 및 운반에 어려움이 따르게 됨과 동시에, 제작상의 단가가 높아지게 된다. 또한 고압 캐패시터의 충방전시 고전압의 유출이 발생될 우려가 있어 사용상의 위험성이 있으며, 이는 제품의 신뢰도를 저하시키게 되는 문제를 야기시키게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 마이크로 클라이스트로드의 구동장치에 사용되는 고중량, 고부피의 캐패시터 소자를 제거하여 전체 부피 및 중량을 최소화하는 마이크로 클라이스트로드 구동회로를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1관점에 따른 마이크로 클라이스트로드 구동회로는, 전파정류된 신호에 소정 주파수의 펄스신호를 변조시키는 초퍼회로부; 상기 초퍼회로부에서 출력되는 신호를 소용량의 캐패시터를 통해 충방전시켜 평활신호를 출력하는 평활부; 상기 평활부에서 구현되는 직류전압에서 리플전압을 검출하고 검출결과를 상기 초퍼회로부로 전송시키는 검출부로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2관점에 따른 마이크로 클라이스트로드 구동회로는, 상기 초퍼회로부는 트랜스포머 및 전원공급부로부터 전원을 인가받아 상기 검출부의 전압변화를 검출하여 상기 변조 주파수를 가변시키는 제어부; 상기 제어부의 출력단에 접속되어 출력주파수에 따라 스위칭을 수행하는 트랜지스터로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

도 1은 종래 마이크로 클라이스트로드 구동회로를 나타낸 도면이다.

도 2a는 도 1에 사용되는 캐패시터의 동작원리를 나타낸 그래프이다.

도 2b는 도 1에 사용되는 캐패시터를 구체적으로 나타낸 회로도이다.

도 3은 본 발명을 나타낸 블록도이다.

도 4는 도 3을 구체적으로 나타낸 회로도이다.

도 5는 도 4의 특정 부분의 신호를 나타낸 그래프이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 정류부 20 : 초퍼회로부

30 : 평활부 40 : 검출부

50 : 부하 21 : 전류 공급부

22 : 제어부 C3,C4 : 캐패시터

D2,D3 : 다이오드 R1,R2 : 분배저항

T1 : 트랜스포머 TR : 트랜지스터

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명을 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 3을 구체화시킨 회로도이다. 도 3 및 도 4를 참조한 마이크로 클라이스트로드 구동회로는, 상용전원의 입력전압을 마이크로 클라이스트로드 구동전압으로 승압시킨 후, 이를 전파정류시키기 위한 정류부(10); 상기 정류부(10)의 출력전압을 인가받아 정류된 신호를 소정 주기의 펄스신호로 스위칭시키기 위한 초퍼회로부(20); 상기 초퍼회로부(20)의 출력단에 접속되어 스위칭 신호를 평활시키는 평활부(30); 상기 평활부(30)의 출력파형을 계속적으로 검출하여 리플에 따른 전압변화를 검출하는 검출부(40)로 구성되며, 상기 검출부(40)의 출력단에는 부하(50)가 걸리게 된다.

한편, 상기 초퍼회로부(20)는 정류부(10)의 전파정류신호를 이용하여 회로구동용 전압을 유도하기 위한 트랜스(T1); 상기 트랜스(T1)에서 출력된 저전압을 직류전압으로 변환시키기 위한 전원 공급부(21); 상기 전원 공급부(21)의 직류전압을 구동전압으로 하여 소정 주파수의 펄스신호를 공급하고, 상기 펄스신호는 검출부(40)의 검출결과로부터 그 주파수가 결정되도록 구현되는 제어부(22); 상기 제어부(22)의 출력포트에 접속되어 상기 펄스신호에 의해 스위칭을 수행하는 트랜지스터(TR)로 구성된다. 미설명된 다이오드(D3), 제너다이오드(ZD), 저항(R3)은 신호의 입출력이 원활하도록 하는 부가소자이다.

또한, 상기 평활부(30)는 통상적인 평활소자인 다이오드(D2) 및 캐패시터(C3)가 사용되는데, 상기 캐패시터(C3)는 상기 스위칭신호를 평활시키 위한 것으로 그 용량은 작게 설정되어도 무리가 없게 된다. 그리고, 상기 검출부(40)는 분배저항(R1,R2)를 구비하여 이루어지는데, 상기 분배저항(R1,R2)의 양단에 걸리는 전압이 550V이상이 되기 때문에, 상기 제어부(22)로 입력되는 전압을 낮추기 위해 저항(R1)을 511K, 저항(R2)를 10K로 설정함이 바람직하다.

상기 초퍼회로부(20)에서 미설명된 캐패시터(C4)는 정류부(10)에서 전파정류된 신호의 고주파 성분을 제거하기 위해 사용된다.

이하, 상기 구성에 따른 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 회로의 특정 부분에서 검출되는 파형도이다. 먼저, 정류부(10)의 입력단으로는 220V내지 110V의 상용전원(AC)이 입력된다. 그리고 상기 상용전원(AC)은 고압 트랜스포머(미도시함)를 통해 마이크로 클라이스트로드에서 필요로 하는 고전압을 생성하게 된다.

또한, 상기 고전압은 브리지 다이오드(미도시함)를 거쳐 전파정류되어 초퍼회로부(20)로 공급된다. 따라서 상기 고압의 전파정류신호는 캐패시터(C4)를 통해 고주파 성분이 제거된 후, 트랜스(T1)의 1차측으로 전파정류된 고전압의 신호가 인가된다.

그러면 상기 트랜스(T1)의 2차측에서는 상기 제어부(22)가 구동되기 위한 전압이상으로 출력되고, 전원 공급부(21)에 의해 상기 제어부(22)로 공급되기 위한 직류 정전압으로 변환 출력된다. 따라서, 정전압을 인가받은 제어부(22)는 출력포트를 통해 소정 주파수의 펄스신호를 공급하는데, 수십에서 수백 KHz의 주파수로 공급된다.

이와 같이 펄스신호는 트랜지스터(TR)의 게이트측으로 인가되어 온/오프 스위칭을 수행토록 한다. 스위칭 동작은 상기 정류부(10)의 출력신호를 빠른 속도로 단락시켜, 정류전압 파형을 갖는 펄스신호를 형성한다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(22)의 출력단(A)에는 구형파 펄스신호를 출력하고, 정류부(10)의 출력단(B)에는 전파정류신호가 출력될 때, 상기 트랜지스터(TR)는 전파정류 신호를 펄스신호로서 스위칭을 하는 것이다.

이는 상기 트랜지스터(TR)가 오프상태일 때는 상기 정류부(10)의 출력신호를 평활부(30)로 전송하고, 상기 트랜지스터(TR)가 온상태를 유지할 경우, 상기 정류부(10)의 출력신호를 쇼트시키는 것이다. 그러면 상기 펄스신호는 정류신호의 파형을 갖게 되는데, 상기한 펄스신호의 주파수를 일정 주파수 이상으로 발진시킬 경우에는 평활된 신호를 얻게 된다.

도 5의 C에서와 같이, 정류신호의 초기 부분에서는 상기한 정류파형을 따라 스위칭 신호를 형성한 후, 최초 피크점에서부터 완만한 파형을 유지한다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 평활부(30)에 구비되는 캐패시터(C3)는 한 클럭의 펄스신호(S)를 평활시키기 위한 용량이므로, 내압만 상승된 작은 전류의 용량으로도 충분하다.

이와 같은 용량의 캐패시터(C3)의 신호 입력단은 다이오드(D2)를 통해 트랜스포머(T1)의 전파정류신호가 550V로 인가되는데, 트랜지스터(TR)를 통해 상기 전파정류 신호를 계속적으로 스위칭한다. 앞서 설명된 바와 같이, 수 십에서 수 백KHz의 주파수로 스위칭하기 때문에, 상기 주파수는 전파 정류된 신호의 한 주기당 160Hz에서 1.6KHz를 갖게 된다.

따라서, 상기 주파수를 갖는 한 개의 펄스신호(S)는 정류신호의 초기부분에서 정류신호의 곡선을 따라 상기 캐패시터(C3)로 충전이 되고, 트랜지스터(TR)의 스위칭신호에 의해 쇼트가 되면, 상기 캐패시터(C3)에 충전된 전류량은 부하(50)로 방전한다.

이 때, 방전곡선은 높은 주파수에 의해 극히 짧게 되어 평행한 직선에 가깝게 된다. 그리고 이와 같은 충방전이 이루어지는 가운데, 상기 정류신호의 피크점에 도달하게 되면, 수평에 가까운 방전 곡선을 따라 상기한 피크점을 유지토록 한다. 물론, 정류신호의 한 주기를 종료하는 시점(영 볼트)에서 펄스신호의 전압이 다소 저하되지만, 상기 주파수를 높일수록 즉, 방전 곡선이 더욱 수평에 가깝도록 조정하여 리플을 제거할 수 있게 된다.

따라서, 상기 과정에 따른 평활된 신호는 검출부(40) 및 부하(50)로 병렬 인가된다. 상기 검출부(40)의 분배저항(R1, R2)의 전압 분배점을 통해 제어부(22)는 리플전압을 검출한다. 상기 저항(R1,R2)을 거쳐 분배된 전압의 변화로부터 제어부(22)의 출력단으로는 상기 트랜지스터(TR)의 구동주파수를 가변토록 한다.

예컨대, 리플전압이 클 경우 검출부(40)에서는 이에 상응하는 전압변화를 검출하여, 제어부(22)으로 전송하면 상기 제어부(22)는 출력단으로 현재 공급되는 주파수 보다 크게 출력한다. 이는 캐패시터(C3)의 방전시간을 더욱 짧게 하여 방전에 의한 펄스신호(S)의 전압이 저하되지 못하도록 하는 것이다.

그리하여, 상기 제어부(22)는 다시 검출부(40)의 저항(R1,R2)을 거쳐 다이오드(D3)를 통해 유입되는 전압 변화를 검출한다. 이 때, 검출된 전압변화 즉, 리플전압이 소정치 이하로 검출되어 정상상태로 판단하게 되면, 제어부(22)는 상기 주파수를 유지한다.

그러나, 정류부(10)의 입력전압의 변화라든지, 정류신호의 파형이 변화되어 리플전압이 계속적으로 기준치 이하로 판단될 경우, 상기 제어부(22)는 트랜지스터(TR)로 공급되는 주파수를 높인다. 이는 검출부(40)에서 출력되는 전압의 변화량이 정상치 일 때까지 이루어진다.

따라서, 상기 부하(50)로 인가되는 전압은 직류 형태로 인가되며, 이 때 사용되는 캐패시터(C3)는 작은 용량으로 충분하게 되는 것이다.

이상 설명된 바와 같이, 마이크로 클라이스트로드 구동전압으로 승압된 교류신호를 전파정류시킨 후, 이를 초퍼회로를 거쳐 가변적인 주파수로 스위칭을 수행토록 하므로서, 평활신호를 얻기 위한 평활부의 캐패시터 용량을 극소화 시켜, 파워 서플라이의 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 캐패시터의 용량 최소화로 인한 안전사고를 제거할 수 있어, 시스템의 안정성 및 효율성을 동시에 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 마이크로 클라이스트로드로 정전압을 공급하기 위한 구동회로에 있어서,

   상기 구동회로는 정류부(10)를 통해 전파정류된 신호에 소정 주파수의 펄스신호를 변조시키는 초퍼회로부(20);

   상기 초퍼회로부(20)에서 출력되는 신호를 소용량의 캐패시터를 통해 충방전시켜 평활신호를 출력하는 평활부(30);

   상기 평활부(30)에서 구현되는 직류전압에서 리플전압을 검출하고 검출결과를 상기 초퍼회로부(20)로 전송시키는 검출부(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 클라이스트로드 구동회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 초퍼회로부(20)는 트랜스포머(T1) 및 전원공급부(21)로부터 전원을 인가받아 상기 검출부(40)의 전압변화를 검출하여 상기 변조 주파수를 가변시키는 제어부(22);

   상기 제어부(22)의 출력단에 접속되어 출력주파수에 따라 스위칭을 수행하는 트랜지스터(TR)로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 클라이스트로드 구동회로.