KR200207897Y1 - 마그네트론의 출력 안정화를 위한 센터탭형 고압트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무전극 플라즈마 전구를 사용하고 마이크로웨이브를 에너지원으로 사용하는 조명기기용 마그네트론의 출력 안정화를 위한 고압트랜스포머 (HVT:High Voltage Transformer)에 관한 것으로서, 특히 2개의 캐패시터를 센터탭형 트랜스포머에 적용하여 트랜스포머 2대분의 역할을 1대로서 수행 할 수 있도록 하고, 접지(GND)선의 절연층을 최소화하여 권선의 비정렬을 방지하여 안정된 전압 공급과 기기 전체의 무게 및 체적을 감소시키도록하는 마그네트론의 안정된 출력을 위한 고압트렌스포머에 관한 것이다.

Description

마그네트론의 출력 안정화를 위한 센터탭형 고압트랜스포머{A CENTER-TAB TYPE TRANSFORMER FOR STABLIZED OUTPUT OF MAGNETRON}

본 고안은 무전극 플라즈마 전구를 사용하고 마이크로웨이브를 에너지원으로 사용하는 조명기기용 마그네트론의 출력 안정화를 위한 고압트랜스포머 (HVT:High Voltage Transformer)에 관한 것으로서, 특히 2개의 캐패시터를 센터탭형 트랜스포머에 적용하여 트랜스포머 2대분의 역할을 1대로서 수행 할 수 있도록 하고, 접지(GND)선의 절연층을 최소화하여 권선의 비정렬을 방지하여 안정된 접압 공급과 기기 전체의 무게 및 체적을 감소시키도록하는 마그네트론의 안정된 출력을 위한 고압트렌스포머에 관한 것이다.

종래에는 고압트랜스포머를 이용함에 있어서 일정한 출력을 위하여 다양한 방식의 정류장치와 제어장치를 이용하여 왔다. 특히, 기존의 전자렌지에서의 마그네트론 발진장치를 이용한 경우에 있어서는 마이콤을 이용하거나 비교기등을 이용하였다. 이에 대한 예시로서 대한민국 특허등록 제 143145호, 대한민국 특허공보 94-5058호 및 대한민국 실용신안 91-23275호 등이 있다.

상기 대한민국 실용신안 91-23275호에 있어서는 마그네트론의 출력 조절을 위하여 써미스터와 릴레이 구동부를 제어하는 마이콤으로 구성된 회로를 보이고 있으며, 상기 대한민국 특허등록 제 143145호의 경우에는 고전압트랜스포머의 소정의 권수마다 다수의 전압단자를 구비하고 이와 연결된 릴레이 등을 제어하는 제어부로 구성된 회로를 보이고 있다. 한편 상기 대한민국 특허공보94-5058호의 경우에는 고압트랜스포머의 1차측 코일에 흐르는 전류를 비교기의 기준전압과 비교하여 스위칭 동작을 제어하는 트랜지스터를 구동시켜 안정된 출력을 도모하였다.

도 1 내지 도 2는 종래의 고압부의 회로도이다.

도 1에서 보이듯이 종래의 고압부의 경우 일종의 전자관인 마그네트론(MGT), 입력교류 전압을 소정의 크기로 승압하는 고압트랜스포머(HVT)(10), 상기 고압 트랜스포머(HVT)에 의하여 승압된 교류전압을 배압 및 정류하여 마그네트론(MGT)의 음극에 인가하는 고압콘덴서(HVC) 및 고압다이오드(HVD₁)로 구성되어 있다. 전술된 구성에 있어서 상기 고압트랜스포머(HVT)의 양단에 걸리는 전압은 2000V의 고압이 흐르게 되며, 이러한 고압배압을 위해 고압콘덴서(HVC)가 존재하게 되어 있다.

한편, 도 2에서 보이는 고압부는 도 1과 거의같은 구성을 나타내고 있으나, 2차측 코일에 정류를 위해 다이오드(HVD₂)가 더 추가된 것을 특징으로 한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 고압트랜스포머(HVT)(20)에 흐르는 전류가 전류트랜스에 의해 측정되었을때 비교기의 기준전압보다 커지게되면 비교기의 출력은 저전위 상태가 되고 트랜지스터의 베이스 전위가 낮아지게되어 최초 온(on)되어 있던 트랜지스터를 오프(off)시켜 스위칭 동작을 막음으로서 출력의 안정성을 갖도록 하였다. 하지만, 상기의 기술은 스위치 온/오프 전, 후의 전압의 변화에 대해서는 민감하게 반응하기 어려우며, 비교기 등의 제어부의 추가로 인해 제작의 복잡성, 체적의 대형성을 가져오며 아울러 비용의 상승요인으로 작용하게 된다.

상기 제시된 종래의 기술은 모두 마그네트론(MGT)의 안정된 출력을 위해 여러가지 제어수단을 제공하고 있다. 하지만, 상기 제시된 반파정류를 제공하는 고압트랜스포머는 전자렌지에 있어서는 문제시되지 않으나, 이를 조명기기에 적용 시키는 경우에는 프릭커(flicker)현상이 발생하게 되므로 적절하지 못하다.

한편, 상기와 같은 문제점으로 인하여 제시된 고압부가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서의 회로는 기존의 전자렌지 방식인 반파정류에 의한 마그네트론의 전압공급 방식을 적용하지 않으며 출력 2000V의 고압트랜스포머(HVT)(30)와 4개의 다이오드(D₁,D₂,D₃,D₄)를 구비한 브릿지(bridge)(31)회로를 이용하여 전파정류의 형태로 마그네트론(MGT)에 전압을 공급하여 주어 상기 프릭커 현상을 제거할 수 있다. 하지만, ±10%의 오차를 갖는 정격전압에 가해졌을 때, 표 1에서와 같이 발생시키는 전압의 차이가 매우 크기 때문에 안정된 출력을 얻기가 힘들다.

전 압	198 V	220 V	242 V
출 력	700 W	1250 W	1700 W

본 고안은 상기 제시된 문제점을 해결하기 위해서 전자렌지에 사용되는 반파정류를 전파정류로 전환시켜 프릭커 현상을 제거하고, 안정된 출력을 위해 트랜스포머 자체를 변환시켜 조명기기 전체적인 무게와 체적 및 단가를 줄이는데 있다.

도 1은 종래 반파정류기의 회로도,

도 2는 마이크로 프로세서를 이용한 반파정류기의 회로도,

도 3은 브릿지 회로를 이용한 전파정류기의 회로도.

도 4는 본 고안에 따른 센터탭형 전파정류기의 회로도,

도 5a는 교류 220V에 따른 도 4의 A 방향 및 B 방향으로 흐르는 전류에 의해 생성되는 반파정류를 나타내는 도,

도 5b는 본고안의 바람직한 실시예에 따른 회로에 의해 생성되는 전파정류를 나타내는 도,

도 6a는 본고안의 바람직한 실시예에 따른 고압트랜스포머(HVT)의 2차코일 사시도, 및

도 6b는 본고안의 바람직한 실시예에 따른 고압트랜스포머(HVT)의 정면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 구성을 상세히 설명한다.

도 4는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 고압부의 회로도를 도시하고 있다.

본 고안의 고압부는 도 3의 종래의 기술과 같이 출력의 안정을 위해 캐패시터(C₁,C₂)를 이용하고, 특히 전파정류를 제공하기 위해 두 개의 바이패스 다이오드(D'₁,D'₂)와 센터탭형 고압트랜스포머(HVT)(40)를 포함하고 있다.

전 압	198 V	220 V	242 V
출 력	1170 W	1250 W	1400 W

상기 표. 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 입력전압의 오차 10% 기준시에 따른 출력을 나타내고 있다. 전술한 브릿지 회로(31)를 이용한 전파정류 회로에 있어서는 상기 오차 범위에 따른 출력시 변화치가 최대 1000W의 차이를 가지는 반면 본 고안에 있어서는 최대 230W의 차이를 나타내고, 실제 기준치에 비하면 최대 150W의 차이를 보이고 있는 바, 상기 브릿지회로(31)의 550W에 비해 크게 안정화 되었음을 알 수 있다.

도 5a는 입력된 220V의 교류전압에 대한 본 발명에 따른 고압트랜스포머(HVT)의 출력파형을 보이며, 도 5b는 상기 구성에 의해 발생되는 전파정류의 흐름을 나타내고 있다.

코일(L₁)에 의한 유도전류에 의해 코일(L₂)과 코일(L₃)에 전류가 흐르게 되어 코일(L₂)은 높은 전압을, 코일(L₃)는 히터(heater) 전압이 된다. 이때에 코일(L₁)는 교류전압이 흐르게 되므로 A 방향으로 전류가 흐르는 경우 코일(L₂)에 흐르는 전류는 바이패스 다이오드(D'₁)에 의해 B 방향으로 흐르게되고 캐패시터(C₁)에 의해 승압되어진다. 이 때, 얻어진 반파정류의 그래프가 라인a로 나타나 있다.

한편, 라인b는 상기 라인a의 위상과 180도의 위상차를 갖는 반파정류를 보이고 있는데, 이는 코일(L₁)에 A' 방향으로 전류가 흐르는 경우 바이패스 다이오드(D'₂)에 의해 발생된다. 결국, 상기 고압부 내에는 상기 도 5a에서와 같이 상기 두개의 다이오드(D'₁,D'₂)와 캐패시터(C₁,C₂)에 의해 전파정류가 흐르도록 한다.

한편, 상기의 구성으로 이루어진 상기 고압트랜스포머는 고압측 코일(coil)의 시작선을 코어(core)와 접지(GND)한 기존의 전자렌지용 고압트랜스포머(HVT)와 달리, 코일 중간을 뽑아 코어와 접지(GND) 시켜주어 기존의 시작선과 마지막선간에 걸리던 2000V의 전압을 코일의 시작선과 탭(tab)간 2000V, 코일의 마지막선과 상기 탭간 2000V를 각각 사용하도록 구성되어 있어, 실제로는 2000V의 고압트랜스포머 2대의 역할을 하게 된다.

도 6a는 본고안의 바람직한 실시예에 따른 고압트랜스포머(HVT)(40) 코일(50)의 사시도 이다.

기존의 고압트랜스포머(HVT)는 시작선을 접지(GND) 시키고, 복수의 금속판으로 구성된 코일 내측, 즉 시작부위에는 절연하지 않았다. 또한, 시작선을 접지(GND)하지 않고 중간 탭부에서 접지(GND)시킨 센터텝형 고압트랜스포머(HVT)의 경우도 코일의 시작부위와 코어의 접경부위를 절연하지 않고 사용되어져 왔다. 하지만, 본 고안에 의한 트랜스포머의 경우 코일 중간을 뽑아 코어와 접지(GND) 시켜주었기 때문에 코일의 시작부위위, 즉, 코어(53)와의 접경부위의 전위차에 의해 발생되는 내압을 견디지 못한 코일이 녹아 천공형태의 홀을 남기게 되어 결국, 고압트랜스포머(HVT)의 역할을 하지 못하게 된다.

도 6b에서 보이 듯이, 본 고안은 이러한 내압을 견디지 못한 코일(52)의 천공형태의 용융에 대한 문제점을 극복하기 위해서 상기 코일(52)의 시작부위위를 코어(53)와 완전하게 절연시키기 위해, 상기 코일(52)의 시작선(61)을 완성된 코일(52) 외부로 도출하여 단자에 연결하는 과정에서 상기 코일(52)의 시작선(61)과 마지막부위 상의 4000V의 전위차를 절연하기 위해 마이카(MICA)(64)를 사용하여 상기 코일(52)과 시작선의 접촉부위를 완정하게 절연시켜 주었다.

도 6c는 본고안의 바람직한 실시예에 따른 고압트랜스포머(HVT)(40)의 평면도이다.

도 6c에서 제시된 구성에 의하면, 중간탭에 의해 접지된 코일(52)의 경우 고전압 저전류회로에 발생하는 전기장을 감소시키며 동시에 상기 코일(52)이 주변의 노이즈를 받아들이게 될 때 저임피던스 접지면으로의 경로를 형성하는 접지효과를 가져온다.

한편, 상기 접지(GND)선(54)의 경우 기존의 보빈 등을 이용하여 피복한 경우 권선의 비정렬을 야기하여 권선수에 따른 정확한 전압의 발생시키지 못하였고, 이러한 이유로 하여 트랜스(40) 자체의 체적과 무게가 증가하게 되었다. 본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 듀퐁(DUPONT)사의 노멕스-418(nomex-#418) 등의 절연지(51)를 이용하여 상기 권선의 비정렬과 그에 따른 체적 및 무게의 증가를 제거, 억제할 수 있도록 하였다. 또한, 상기 코어(53)에 직접 접지(GND) 시킴으로서 제작공정의 용이성을 제공하게 된다.

본 고안에 따르면, 기존의 센터탭 방식을 사용하는 고압트랜스포머(HVT)의 경우에 야기되는 시작선 부위의 전위차에 의한 코일의 파괴와 접지(GND)선의 보빈 피복으로 인한 권선의 비정렬 및 그에 따른 문제점을 해결하여, 보다 정확한 권선수에 따른 정전압과 체적 및 무게를 줄임으로서 실제적인 고압부의 소형화와 경량화 및 작업의 용이성을 가져온다.

또한, 전자렌지용 HVT와 마찬가지로 고전압 저전류 부위를 코어에 접지시켜 주면 고전압 저전류의 회로에 대부분을 차지하는 전기장의 감소효과 및 HVT 코일 자체가 주변에 존재하는 노이즈를 흡수하게 되는데, 이때 저임피던스 접지면으로의 경로를 형성하는 접지효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 무전극 플라즈마 전구를 사용하고 마이크로웨이브를 에너지원으로 사용하는 조명기기용 마그네트론의 출력 안정화를 위한 센터탭형 고압트랜스포머(40)에 있어서,

   상기 고압트랜스포머(HVT)(40)의 코일(52)의 시작부위와 복수의 금속판으로 구성된 코어(53) 사이의 접경부위를 절연시키고,

   상기 고압트랜스포머(HVT)(40)의 접지(GND)를 위해 도출된 탭(62)을 비교적 얇은 절연지로 절연시키는 것을 특징으로하는 마그네트론의 출력 안정화를 위한 센터탭형 고압트랜스포머(HVT).