KR20030042742A - 마그네트론 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론 구동장치에 관한 것으로, 특히 하프브리지회로를 적용하여 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 한 마그네트론 구동장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 주어진 입력 직류 전압보다 더 큰 전압으로 변환시켜 출력하는 승압부와; 상기 승압부의 출력전압을 교류전압으로 변환시키는 하프브리지부와; 상기 하프브리지부의 출력전압을 변압시켜 2차측 필라멘트 전원부와 애노드일체형 전원부에 공급하는 변압부와; 상기 변압부 2차측에 유도된 전압을 이용하여 마그네트론의 구동용 전압을 발생시키는 구동용 전원부와; 상기 구동용 전원부의 발진 전류를 검출하는 발진전류 검출부로 구성된 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 안정적 하프브리지 인버터 고주파 스위칭을 이용한 필라멘트와 고압전원 일체형 변압부를 전원 공급회로로 구성하여 마그네트론이 안정적으로 전원을 공급함에 따라 플라즈마 라이팅 시스템이 안정적으로 발광할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

마그네트론 구동장치{MAGNETRON DRIVING APPARATUS}

본 발명은 마그네트론 구동장치에 관한 것으로, 특히 하프브리지회로를 적용하여 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 한 마그네트론 구동장치에 관한 것이다.

종래 마그네트론 구동장치는 풀브리지(Full Bridge)회로를 이용함과 아울러, 일체형 트랜스가 적용되어 구동되는 것으로, 이와 같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 퓨전 라이팅(Fusion Lightin)은 하프브리지회로와 필라멘트 변압기와 고압 변압기가 별도로 분리되어 마그네트론를 구동하게된다.

또한, 상기 퓨전 라이팅과는 달리 MWO회로에서는 풀브리지회로와 2차측 필라멘트 변압기와 고압 변압기가 일체형으로 되어있는 마그네트론 구동장치로 크게 구분할 수 있으며, 이와 같은 종래의 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 마그네트론 구동장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 주어진 입력 직류 전압보다 더 큰 전압으로 변환시켜 출력하는 승압부(11)와; 상기 승압부(11)의 출력전압을 교류전압으로 변환시키는 풀브리지부(12)와; 상기 풀브리지부(12)의 출력전압을 변압시켜 2차측 필라멘트와 애노드일체형에 공급하는 변압부(13)와; 상기 변압부(13) 2차측에 유도된 전압을 이용하여 마그네트론의 구동용 전압을 발생시키는 구동용 전원부(14)와; 상기 구동용 전원부(14)의 발진 전류를 검출하는 발진전류 검출부(15)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

승압부인 부스터(Booster) 컨버터를 등가적으로 표현하면 도 2와 같이 나타낼 수 있다.

도 2의 스위치(Q1)가 온(on)상태이면 인덕턴스(L1)에 축적된 에너지가 부하측(C1)으로 방출된다. 이러한 동작이 일정한 주기(20Khz)를 가지고 반복되면서 입력 전력을 변환시켜 출력측으로 출력한다.

상기 승압부(11)의 출력전압을 입력받는 풀브리지부(12)는 스위칭 순서를 적절히 조정하여 단상 교류 출력을 얻는다.

이로 인해, 구동용 전원부(14)는 변압부(13)를 통해 저압 3~5V를 출력하는 2차측 필라멘트 전원부와 2000~3000V를 출력하는 2차측 애노드 전원부가 일체형으로 구성되어 있다.

또다른 종래의 구성인 퓨전 라이팅은 도 3에 도시한 바와 같이 상기 MWO회로와 유사하나 풀브리지로 이용했던것을 스위치의 전압 스트레스의 크기가 다른 방식에 비해 낮다는 장점과 스위치의 갯수가 2개로 풀브리지에 비해 소자수가 적은 잇점을 갖고 있는 하프브리지부(22)로 대처함과 동시에, 마그네트론 구동용 전원부(24)인 필라멘트 전원부(미도시)와 애노드 전원부(미도시)를 분리하여 필라멘트 전압(Ef)과 양극 고압(Eb)을 발생시킨다.

또한, 반파배압부(미도시)를 통한 고압을 마그네트론에 공급하여 발진관을 동작시킨다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 장치에 있어서, 퓨전 라이팅은 마그네트론 구동용 변압기를 필라멘트 전압(Ef)과 양극 고압(Eb)으로 분리되어 필라멘트 변압기측으로 전압 및 전류를 공급하기가 어렵고, 양극 고압 변압기측과 위상차가 생기되는 문제점이 있었다.

또한, MWO회로는 풀브리지회로를 사용하여 하프브리지회로에 비해 소자수가 많은 단점과 동시에 상기 하프브리지회로에 비해 입력전압이 높은 경우에 더 좋은 효과를 갖기는 어렵다. 또한, 라이팅 시스템 적용시 플리커 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 안정적 하프브리지 인버터 고주파 스위칭을 이용한 필라멘트와 고압전원 일체형 변압기를 전원 공급회로로 구성하여 마그네트론에 안정적으로 전원을 공급할 수 있으며 플라즈마 라이팅 시스템이 안정적으로 발광할 수 있도록 한 마그네트론 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 마그네트론 구동장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 일반적인 부스트 컨버터의 구성을 보인 회로도.

도 3은 종래의 마그네트론 구동장치인 퓨전 라이팅의 구성을 보인 블록도.

도 4는 본 발명 마그네트론 구동장치의 구성을 보인 블록도.

도 5는 전압모드 펄스폭 변조 제어기의 제어 신호를 보인 파형도.

도 6은 본 발명 하프브리지부, 구동용 전원부의 구성을 보인 예시도.

도 7은 도 6의 하프브리지부를 등가적으로 표현한 회로도.

도 8은 도 7 하프브리지부의 출력파형을 보인 파형도.

도 9의 (a)는 본 발명 반파 배전압 회로를 보인 예시도, (b)는 (a)의 Vo의 전위를 나타낸 파형도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

41: 승압부 42: 하프브리지부

43: 변압부 44: 구동용 전원부

45: 발진전류 검출부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주어진 입력 직류 전압보다 더 큰 전압으로 변환시켜 출력하는 승압부와; 상기 승압부의 출력전압을 교류전압으로 변환시키는 하프브리지부와; 상기 하프브리지부의 출력전압을 변압시켜 2차측 필라멘트 전원부와 애노드일체형 전원부에 공급하는 변압부와; 상기 변압부 2차측에 유도된 전압을 이용하여 마그네트론의 구동용 전압을 발생시키는 구동용 전원부와; 상기 구동용 전원부의 발진 전류를 검출하는 발진전류 검출부로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 마그네트론 구동장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 주어진 입력 직류 전압보다 더 큰 전압으로 변환시켜 출력하는 승압부(41)와; 상기 승압부(41)의 출력전압을 교류전압으로 변환시키는 하프브리지부(42)와; 상기 하프브리지부(42)의 출력전압을 변압시켜 2차측 필라멘트 전원부와 애노드일체형 전원부에 공급하는 변압부(43)와; 상기 변압부(43) 2차측에 유도된 전압을 이용하여 마그네트론의 구동용 전압을 발생시키는 구동용 전원부(44)와; 상기 구동용 전원부(44)의 발진 전류를 검출하는 발진전류 검출부(45)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 입력전압 220V를 스텝-업(Step-up)으로 400~450V로 승압하고, 이를 하프 브리지를 이용교류파형(구형파)으로 변환하고, 그 교류파형을 변압부(43) 1차측 전압으로 인가하여 상기 변압부(43) 2차측에 유기된 전압은 반파 배전압 정류부를 통해 마그네트론의 구동시킨다.

먼저, 승압부(41)인 부스트 컨버터는 종래와 동일하게 도 2와 같이 등가적으로 표현이 가능하다.

즉, 스위치(Q1)가 온(on)상태이면 인덕턴스(L1)에 에너지가 축적되고, 상기 스위치(Q1)가 오프(off)되면 그 인덕턴스(L1)에 축적된 에너지가 부하측(C1)으로방출된다. 이러한 동작은 일정한 주기(20Khz, 40Khz)를 가지고 반복되면서 입력의 전력을 출력측으로 변환시켜 출력한다.

이때, 전압모드 펄스폭 변조 제어기(KA3525A)는 내부에 펄스폭 변조 레귤레이터를 포함하고 있는 칩으로 주로 스위칭 모드 전력공급 제어기(SMPS Controller)로 사용되며 도 5의 파형과 같이 기준 전압(Level)을 기준으로 펄스폭(PWM OUT1, PWM OUT2)을 변조한다.

상기 승압부(41)의 출력 전압을 입력받는 하프브리지부(42)는 도 6과 같은 구성을 이루고 있으며, 상기 전압모드 펄스폭 변조 제어기(KA3525A)의 제어신호에 따라 스위치(Q1, Q2)가 제어되어 변압부(T1)(43) 2차측에 전압과 전류를 전달한다.

이와 같은 상기 하프브리지부(42) 역시 등가적으로 표현하면 도 7과 같다.

출력 용량이 500W급 이상의 중대 전력용으로 많이 응용되고 있는 방식으로 스위치의 전압 스트레스의 크기가 다른 방식에 비해 낮다는 장점이 있다.

또한, 하프 브리지 방식은 스위치(Q1, Q2)의 갯수가 2개로 풀브리지에 비해 소자수가 적고 입력전압이 높을때 더욱 특징을 살릴 수 있다.

이러한 상기 하프 브리지부(42)에 입력된 입력전압(Vi)은 제1, 제2 콘덴서(C1,C2)에 의해 반분되어 지고, 제1 스위치(Q1)가 도통되면 입력전류는 그 제1 스위치(Q1)와 변압부(43) 1차권선을 통하여 2차측으로 전달되고, 제2 스위치(Q2)가 도통되면 입력전류는 그 제2 스위치(Q2)와 변압부(43)(T1) 1차권선을 통하여 2차측으로 전달되며 이때의 전압파형은 도 8과 같다.

즉, 상기 제1, 제2 콘덴서(C1, C2)에 의해 반분되어진 전압(Vi/2)은 상기제1 스위치(Q1)가 닫히게되어 상기 제1, 제2 콘덴서(C1, C2)의 중간점 A점에 대한 B점의 전위가 Vi/2가 되고, 상기 제1 스위치(Q1)가 열리고 제2 스위치(Q2)가 닫히게 되면 상기 중간점 A점에 대한 B점의 전위가 -Vi/2가 된다.

따라서, 상기와 같은 동작에 의해 변압부(43)(T1) 2차측에 전압과 전류를 전달하게 된다.

이에 의해 상기 변압부(43)(T1) 2차측에 전달된 전압 및 전류는 구동용 전원부(44)의 반파 배전압부는 상기 2차측 전압을 승압하고자 할때나 정류소자의 내압이 없을때 사용하며 입력 교류 전압의 최대값의 대략 2배의 직류 출력 전압을 얻는 정류회로로 클램프를 이용한 레벨 이동을 통해서 마그네트론 구동전압에 필요한 정류 전압을 얻고 있다.

상기 반파 배전압부의 애노드 전원부는 도 9(a),(b)에 도시된 바와 같이 변압부(43) 2차측 전압(Vi)에 의해 구간 A동안 제3 콘덴서(C3)가 충전(Va=Vm)되고, 그 최초 A구간에서의 2차측 전압(Vi)이 제3 콘덴서(C3)와 동전위이므로 Vo는 '0'전위를 유지한다.

또한, B구간에서의 출력 전압(Vo)은 Vi-Va=Vi-Vm으로 되기 때문에 -2Vm이된다. 단지 다이오드의 순방향 감쇠전압(Vf) 때문에 '0'레벨보다 이동된 형태로 나타난다.

이에 의해 상기 반파 배전압부는 상기 마그네트론 구동용 전압을 출력하게 되고, 그 마그네트론 구동용 전압을 입력받는 발진전류 검출부에 의해 양극 전류를 검출하여 출력한다.

따라서, 본 발명은 마그네트론의 안정적인 전원공급을 위하여 하프브리지부(42) 및 반파 배전압부를 이용하여 플라즈마 라이팅 시스템을 안정적으로 동작하게 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 안정적 하프브리지 인버터 고주파 스위칭을 이용한 필라멘트와 고압전원 일체형 변압부를 전원 공급회로로 구성하여 마그네트론이 안정적으로 전원을 공급함에 따라 플라즈마 라이팅 시스템이 안정적으로 발광할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 주어진 입력 직류 전압보다 더 큰 전압으로 변환시켜 출력하는 승압부와; 상기 승압부의 출력전압을 교류전압으로 변환시키는 하프브리지부와; 상기 하프브리지부의 출력전압을 변압시켜 2차측 필라멘트 전원부와 애노드일체형 전원부에 공급하는 변압부와; 상기 변압부 2차측에 유도된 전압을 이용하여 마그네트론의 구동용 전압을 발생시키는 구동용 전원부와; 상기 구동용 전원부의 발진 전류를 검출하는 발진전류 검출부로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네트론 구동장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 애노드 전원부는 변압부 2차측에 유기된 전압을 충전 또는 방전하는 콘덴서와; 상기 마그네트론의 돌입전류를 제한하는 제1 다이오드와; 상기 콘덴서의 방전경로를 제공하는 제2 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네트론 구동장치.