KR20080021537A - 전원 디바이스 및 고주파 회로 시스템 - Google Patents

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KR20080021537A KR1020070087147A KR20070087147A KR20080021537A KR 20080021537 A KR20080021537 A KR 20080021537A KR 1020070087147 A KR1020070087147 A KR 1020070087147A KR 20070087147 A KR20070087147 A KR 20070087147A KR 20080021537 A KR20080021537 A KR 20080021537A
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KR1020070087147A
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유키히라 나카자토
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엔이씨 마이크로 하깐 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 변압기; 변압기의 일차권선에 2 개 이상의 주파수의 교류 전압을 공급하는 제 1 소스; 및 변압기의 이차권선에 연결되고 교류 전압의 주파수에 따라 변하는 감쇠를 갖는 필터를 포함하며, 여기서 변압기의 일차권선에 공급되는 교류 전압의 주파수는 원하는 교류 전압이 변압기의 이차권선에 연결되는 필터 회로로부터 출력되도록 제어된다.
Figure P1020070087147
변압기, 주파수 제어 회로

Description

전원 디바이스 및 고주파 회로 시스템{POWER SUPPLY DEVICE AND HIGH-FREQUENCY CIRCUIT SYSTEM}
본 발명은 전원 전압을 진행파관 (traveling-wave tube) 등에 공급하는데 적합한 전원 디바이스 및 그 전원 디바이스를 포함하는 고주파 회로 시스템에 관한 것이다.
진행파관, 속도변조관 (klystron) 등은 전자총으로부터 방사되는 전자빔과 고주파 회로 사이의 상호작용에 의해 고주파 신호를 증폭하고 발진시키는데 사용되는 전자관들이다. 예를 들어, 도 1 에 도시된 바와 같이, 전자빔을 방사하는 캐소드 전극 (1), 캐소드 전극 (1) 으로부터 방사된 전자빔과 고주파 신호 (마이크로파) 사이의 상호작용을 발생시키는 고주파 회로인 헬릭스 (2; helix), 헬릭스 (2) 로부터 방사되는 전자빔을 트랩 (trap) 하는 제 1 컬렉터 전극 (3) 및 제 2 컬렉터 전극 (4), 캐소드 전극 (1) 으로부터 전자를 드로잉 (draw) 하고 캐소드 전극 (1) 으로부터 방사된 전자빔을 헬릭스 (2) 로 가이드 (guide) 하는 애노드 전극 (5) 을 포함하는 구성을 갖는다. 캐소드 전극 (1) 은 캐소드 전극 (1) 으로부터 열이온 (thermion) 을 방사시키기 위한 열에너지를 제공하는 히터 (6) 를 포함 한다.
캐소드 전극 (1) 으로부터 방사된 전자빔은 캐소드 전극 (1) 과 헬릭스 (2) 사이의 퍼텐셜 차이에 의해 가속되어 헬릭스 (2) 로 주입되고, 헬릭스 (2) 로 입력된 고주파 신호와 상호작용하면서 헬릭스 (2) 내부에서 진행한다. 헬릭스 (2) 로부터 입력된 전자빔은 제 1 컬렉터 전극 (3) 및 제 2 컬렉터 전극 (4) 에 의해 트랩된다. 이 경우에, 전자빔과의 상호작용에 의해 증폭된 고주파 신호가 헬릭스 (2) 로부터 출력된다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극 (1) 에는 헬릭스 (2) 의 전위에 기초하여 음의 직류 전압인 헬릭스 전압 (HELIX) 이 공급된다. 제 1 컬렉터 전극 (3) 에는 캐소드 전극 (1) 의 전위 (H/K) 에 기초하여 양의 직류 전압인 제 1 컬렉터 전압 (COL1) 이 공급된다. 제 2 컬렉터 전극 (4) 에는 캐소드 전극 (1) 의 전위 (H/K) 에 기초하여 양의 직류 전압인 제 2 컬렉터 전압 (COL2) 이 제공된다. 애노드 전극 (5) 에는 캐소드 전극 (1) 의 전위 (H/K) 에 기초하여 양의 직류 전압인 애노드 전압 (A) 이 제공된다. 그리고, 히터 (6) 에는 캐소드 전극 (1) 의 전위 (H/K) 에 기초하여 음의 직류 전압인 히터 전압 (H) 이 제공된다. 헬릭스 (2) 는 일반적으로 접지된 진행파관의 케이스에 연결된다.
헬릭스 전압 (HELIX), 제 1 컬렉터 전압 (COL1), 제 2 컬렉터 전압 (COL2), 애노드 전압 (A), 및 히터 전압 (H) 은 직류 전압을 교류 전압으로 변환시키는 인버터, 변압기, 정류기 회로, 정류 커패시터 등을 사용함으로써 생성된다. 낮은 부하 전류로 제 1 컬렉터 전극 (3) 및 제 2 컬렉터 전극 (4) 을 통해 흐르는 전류 의 균형에서의 변화에 의해 생성되는 제 1 컬렉터 전압 (COL1) 및 제 2 컬렉터 전압 (COL2) 의 상승을 억제하기 위해, 블리더 (bleeder) 저항 (R1 및 R2) 이 헬릭스 (2) 와 제 1 컬렉터 전극 (3) 사이에 그리고, 제 1 컬렉터 전극 (3) 과 제 2 컬렉터 전극 (4) 사이에 연결된다.
도 1 은 2 개의 컬렉터 전극을 포함하는 진행파관의 구성예를 나타낸다. 그러나, 단지 1 개의 컬렉터 전극을 포함하거나 3 개 이상의 컬렉터 전극을 포함하는 진행파관의 구성 또한 존재한다. 3 개 이상의 컬렉터 전극을 포함하는 구성의 경우에, 블리더 저항은 각각의 컬렉터 전극에 공급되는 컬렉터 전압 (COL) 을 생성하는 각각의 정류기 회로에 연결된다. 진행파관이 동작하는 경우에 전류를 감소시키기 위해, 비교적 큰 값의 저항 (몇 MΩ 등) 이 블리더 저항 (R1 및 R2) 으로 사용된다.
이러한 진행파관의 각각의 전극에 전원 전압을 공급하는 전원 디바이스는 먼저 캐소드 전극 (1) 을 (3 내지 5 분 정도) 사전 가열하기 위해 히터 전압 (H) 을진행파관에 공급하도록 요구되며, 사전 가열이 종료된 후에 헬릭스 전압 (HELIX), 애노드 전압 (A) 및 컬렉터 전압 (COL) 을 공급한다. 따라서, 종래의 전원 디바이스는 헬릭스 전압 (HELIX), 애노드 전압 (A) 및 컬렉터 전압 (COL) 을 생성하는 제 1 고전압 변압기와 단지 히터 전압 (H) 만을 생성하는 제 2 고전압 변압기를 포함하는 구성을 채택하여, 2 개의 고전압 변압기의 일차권선 (primary winding) 들에 공급된 전력의 인가 순서를 제어한다.
그러나, 히터 전압 (H) 을 공급하는 히터 전원은 요구되는 작은 전류 용량에 도 불구하고 고전위에서 이를 사용하기 위해 절연 성능을 보장해야 하기 때문에, 사이즈가 큰 고가의 고전압 변압기를 사용할 필요가 있다. 이러한 이유로 인해, 전원 디바이스의 회로 사이즈 및 비용이 증가한다.
따라서, 일본 특허 공개번호 제09-017344호 (이하, 특허문헌 1 이라고 지칭함) 에는 히터 전용 전원이 더 이상 필요 없으며 그 목적을 위한 고전압 변압기가 제거된 고전압 전원 회로가 설명되어 있다. 특허문헌 1 에서 설명된 고전압 전원 회로는 헬릭스 전원, 애노드 전원, 히터 전원 및 컬렉터 전원에 연결된 히터/컬렉터 전원, 히터/컬렉터 전원으로부터 출력된 컬렉터 전압을 인터럽트하는 계전기 (relay), 출력 단자에서 컬렉터 전압을 방전하는 방전 회로, 및 전원 전압의 인가 순서를 제어하는 전력 제어 회로를 포함한다.
특허문헌 1 에서 설명된 고전압 전원 회로에 관해, 히터/컬렉터 전원은 오직 히터 전압만큼 공급하도록 턴온되며, 이 때, 컬렉터 전압은 계전기 (고전압 진공 계전기) 를 사용함으로써 인터럽트된다. 캐소드 전극의 사전 가열이 완료된 후에, 히터/컬렉터 전원은 일단 턴오프되며, 컬렉터 전압의 출력 단자에서 방전 회로에 의해 전하가 방전된다. 방전이 완료된 후에, 헬릭스 전원, 애노드 전원 및 히터/컬렉터 전원은 모두 턴온되어, 히터 전용 고전압 변압기의 필요성을 제거한다.
전술한 바와 같이, 진행파관에 관한 종래의 전원 디바이스는 히터 전용 전원을 포함한다. 따라서, 다수의 사이즈가 큰 고가의 고전압 변압기를 반드시 포함하며, 따라서, 전원 디바이스가 더 커지고 비용이 증가하는 문제가 있다.
헬릭스와 컬렉터 전극 사이에 연결되는 전술한 블리더 저항은 높은 인가 전압을 갖기 때문에 저항에 흐르는 전류량이 작은 경우에도 소비 전력이 크다. 따라서, 블리더 저항 패키지는 충분한 내성 전력을 획득하기 위해 커졌다. 이러한 이유로 인해, 블리더 저항의 구현 영역이 커진다는 문제점이 있다. 블리더 저항이 사용되지 않는 경우에, 가변용량이 큰 고전압 조정기 회로를 사용하여, 부하 전류가 단시간 내에 현저히 변동 (fluctuate) 하는 경우에도 컬렉터 전압이 안정되게 할 필요가 있다. 따라서, 이러한 구성에서도, 전원 디바이스의 회로 사이즈 및 비용의 증가를 방지할 수 없다.
진행파관 및 그 전원 디바이스를 포함하는 고주파 회로 시스템은 다양한 무선 통신 및 지상파 방송 뿐 아나라 위성 통신 및 위성 방송 또는 이동 통신에 사용될 수 있다. 따라서, 시스템의 소형화, 경량화, 및 비용감소에 대한 요구가 증가하고 있다.
특허문헌 1 에서 설명하는 전술한 고전압 전원 회로는 히터 전용 전원을 필요없게 하고 사이즈가 큰 고가의 고전압 변압기의 수를 감소시키는데 효과적이다. 그러나, 그 회로는 고전압 진공 계전기와 블리더 저항과 같은, 다른 큰 사이즈 부분을 감소시킬 수 없다. 따라서, 소형화 및 비용 감소를 더 달성하는데 충분하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 소형화 및 비용 감소를 더 실현할 수 있는 전원 디바이스 및 그 전원 디바이스를 포함하는 고주파 회로 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 예시적인 양태에서는 변압기; 그 변압기의 일차권선에 2개 이상의 주파수의 교류 전압을 공급하는 제 1 소스; 및 변압기의 이차권선에 연결되고 교류 전압의 주파수에 따라 변하는 감쇠를 갖는 필터 회로를 포함하는 전원 디바이스를 제공한다.
본 발명은 전원 디바이스; 및 그 전원 디바이스로부터 전원 전압이 공급되는 진행파관을 포함하는 고주파 회로 시스템을 제공한다.
전술한 구성에서, 요구되는 교류 전압은, 예를 들어, 변압기의 일차측으로부터 공급되는 교류 전압의 주파수를, 필터 회로를 (감쇠 없이) 통과할 주파수 신호로 설정함으로써 필터 회로로부터 출력된다. 필터 회로로부터 출력되는 교류 전압은 주파수 신호가 필터 회로를 통과하지 못하는 주파수로 설정함으로써 인터럽트될 수 있다. 더 상세하게, 변압기의 일차측으로부터 공급되는 교류 전압의 주파수를 설정함으로써 이차측에서의 교류 전압의 통과와 인터럽트를 제어할 수 있다. 교류 전압은 변압기의 이차측으로부터 선택적으로 출력될 수 있다. 이러한 이유로 인해, 히터 전용 고전압 변압기를 가질 필요없이, 다양한 전원의 인가 순서를 제어할 수 있다.
예를 들어, 변압기의 일차측으로부터 공급되는 교류 전압의 주파수를, 이차측에 제공되는 로우-패스 필터의 특성인 주파수 슬로프 (slope) 로 설정하고, 이차측의 부하에 따라 일차측으로부터 공급되는 교류 전압의 주파수를 변경함으로써, 필터 회로로부터 출력되는 교류 전압을 일정하게 제어할 수 있다. 따라서, 이차측의 출력 전압은 블리더 저항 없이 안정화될 수 있다. 또한, 변압기의 이차측에 제공되는 조정기 회로 등의 동작 전압 범위를 좁게 하여 사이즈가 작은 저가의 조정기 회로를 사용할 수 있다.
따라서, 사이즈가 작은 저가의 전원 디바이스가 실현되도록 회로 컴포넌트를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 소형화 및 비용 감소를 더 실현할 수 있는 전원 디바이스 및 그 전원 디바이스를 포함하는 고주파 회로 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 전술한 목적, 특징, 및 이점은 본 발명의 예시를 나타낸 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
본 발명의 전원 디바이스는 필터 회로가 변압기의 이차권선에 연결되고, 변압기의 이차권선에 연결된 필터 회로로부터 원하는 교류 전압을 출력하기 위해 그 제어가 변압기의 일차권선으로부터 공급되는 교류 전압의 주파수에 의해 행해지는 시스템을 채택하고 있다.
(제 1 실시예)
도 2 는 본 발명에 따른 전원 디바이스의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3 은 제 1 실시예에 따른 전원 디바이스의 동작 원리를 나타내는 개략도이다.
제 1 실시예의 전원 디바이스는 이차측으로부터 출력된 교류 전압의 통과와 인터럽트가 고전압 변압기의 일차측으로부터 공급된 교류 전압의 주파수에 의해 제어되는 예시이다. 예를 들어, 로우-패스 필터가 고전압 변압기의 이차측에 제공되는 경우에, 요구되는 교류 전압은, 고전압 변압기의 일차측으로부터 공급되는 교류 전압의 주파수를 로우-패스 필터를 (감쇠 없이) 통과할 만큼 충분히 낮은 주파수 신호로 설정함으로써 고전압 변압기의 이차측에 연결되는 정류기 회로에 공급된다. 한편, 고전압 변압기의 일차측으로부터 공급된 교류 전압의 주파수를 로우-패스 필터를 (큰 감쇠로 인해) 통과하지 못할 만큼 충분히 높은 주파수 신호로 설정함으로써 고전압 변압기의 이차측에 연결되는 정류기 회로에 공급되는 교류 전압을 인터럽트할 수 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예의 전원 디바이스는 고전압 변압기 (20), 고전압 변압기 (20) 의 일차권선 (21) 으로부터 교류 전압을 공급하는 인버터 (30; 제 1 전원), 진행파관에 공급되는 헬릭스 전압 (HELIX), 제 1 컬렉터 전압 (COL1) 및 제 2 컬렉터 전압 (COL2) 을 생성하는 제 1 정류기 회로 (40), 제 1 정류기 회로 (40) 의 입력부에 연결되는 필터 회로 (60), 및 진행파관에 공급되는 히터 전압 (H) 을 생성하는 제 2 정류기 회로 (50) 를 포함하는 구성을 갖는다. 필터 회로 (60) 는 인덕터, 커패시터, 저항 등을 사용함으로써 구성된 로우-패스 필터를 사용한다. 필터 회로 (60) 는 로우-패스 필터로 제한되는 것은 아니며, 하이-패스 필터 또는 밴드-패스 필터일 수도 있다.
인버터 (30) 는 직류 전압 소스 (31), 직류 전압 소스 (31) 로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 트랜지스터 (Q1 및 Q2), 트랜지스터 (Q1 및 Q2) 를 교번하여 턴온하고 턴오프하는 구동 회로 (32), 및 트랜지스터 (Q1 및 Q2) 의 온/오프 주기를 스위칭하는 (주파수 F1, F2 인) 주파수 신호를 생성하는 발진기 (OSCILLATOR; 33) 를 포함한다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 발진기 (33) 는 필터 회로 (60) 를 통과하지 못하는 주파수 F1 의 신호 및 필터 회로 (60) 를 통과하는 주파수 F2 의 신호를 생성한다. 여기서, 로우-패스 필터가 필터 회로 (60) 로서 사용된다. 따라서, 주파수 F1 는 필터 회로 (60) 에 의해 현저히 감쇠되도록 충분히 높은 주파수로 설정되며, 주파수 F2 는 감쇠없이 필터 회로 (60) 를 통과하도록 충분히 낮은 주파수로 설정된다. 도 3 에서, 주파수가 F1 및 F2 인 구형파 (rectangular wave) 를 주파수 신호로서 설명한다. 그러나, 주파수 신호는 구형파로 제한되는 것은 아니며, 사인파일 수도 있다.
발진기 (33) 는 히터로 진행파관을 사전에 가열하는 경우에 주파수 F1 의 신호를 출력하고, 히터로 사전 가열을 완료한 후에는 주파수 F2 의 신호를 출력한다. 여기서, 주파수 F1 과 주파수 F2 사이의 스위칭은 도시하지 않은 제어 디바이스로부터의 신호 (LV ON, HV ON) 에 따라 수행된다. 타이머, 카운터 등이 인버터 (30) 에 포함되는 경우에, 타이머 또는 카운터를 사용함으로써 발진기 (33) 의 출력 주파수의 스위칭을 제어할 수 있다. 구동 회로 (32) 는 발진기 (33) 의 출력 주파수의 타이밍에 따라 트랜지스터 Q1 및 Q2 를 교번하여 턴온하고 턴오프하며, 직류 전압 소스 (31) 로부터 출력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다.
고전압 변압기 (20) 는 2 개의 이차권선을 포함한다. 이차권선 중 하나 (제 1 이차권선 (22)) 는 필터 회로 (60) 에 연결되고, 필터 회로 (60) 를 통해 헬릭스 전압 (HELIX), 제 1 컬렉터 전압 (COL1), 제 2 컬렉터 전압 (COL2) 을 생성하는 제 1 정류기 회로 (40) 와 연결된다. 고전압 변압기 (20) 의 다른 이차권선 (제 2 이차권선 (23)) 은 히터 전압 (H) 를 생성하는 제 2 정류기 회로 (50) 와 연결된다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 제 1 정류기 회로 (40) 는 커패시터를 통해 3 개의 다이오드 브리지를 연결시키고, 이에 의해, 캐소드 전압 (H/K) 으로부터 제 2 컬렉터 전압 (COL2), 제 1 컬렉터 전압 (COL1), 및 헬릭스 전압 (HELIX) 을 연속적으로 스택 (stack) 하고 출력한다
제 2 정류기 회로 (50) 는 제 1 정류기 회로 (40) 로부터 출력된 캐소드 전압 (H/K) 에 기초하여 음의 직류 전압인 히터 전압 (H) 을 출력한다. 예를 들어, 2 개의 다이오드로 구성된 전파 (full-wave) 정류기 회로가 제 2 정류기 회로 (50) 로서 사용된다.
도 2 에 도시된 전원 디바이스는 2 개의 컬렉터 전극을 포함하는 진행파관에 전원 전압을 공급하는 회로의 일례이다. 진행파관의 컬렉터 전극의 수가 2 개 가 아닌 경우에, 제 1 정류기 회로 (40) 에 포함되는 다이오드 브리지는 컬렉터 전극의 수에 따라 제공될 수 있다. 예를 들어, 컬렉터 전극의 수가 1 개라면, 2 개의 다이오드 브리지가 제공될 수 있다. 컬렉터 전극의 수가 3 개라면, 4 개의 다이오드 브리지가 제공될 수 있다. 또한, 도 2 에 도시된 전원 디바이스에서 진행파관의 애노드 전극에 애노드 전압 (A) 을 공급하는 애노드 전원에 대해서는 설명하지 않았다. 애노드 전원은 이 예시적인 실시형태의 특징과 직접 관련이 없기 때문에, 이에 대한 설명은 여기서 생략한다.
이러한 구성에서, 인버터 (30) 가 외부로부터 공급된 LV ON 신호로 인해 동작을 시작한다면, 먼저, 발진기 (33) 는 주파수 F1 을 갖는 신호를 출력한다.
구동 회로 (32) 는 발진기 (33) 로부터 출력된 주파수 F1 의 신호 타이밍에 따라 트랜지스터 (Q1 및 Q2) 를 교번하여 턴온하고 턴오프하고, 직류 전압 소스 (31) 로부터 출력된 직류 전압은 주파수 F1 의 교류 전압으로 변환한다. 이러한 경우에, 주파수 F1 의 교류 전압은 고전압 변압기 (20) 의 제 1 이차권선 (22) 및 제 2 이차권선 (23) 으로부터 각각 출력된다.
그러나, 제 1 이차권선 (22) 으로부터 출력된 주파수 F1 의 교류 전압은 필터 회로 (60) 에 의해 현저히 감쇠되어 제 1 정류기 회로 (40) 에 공급되지 않는다. 한편, 고전압 변압기 (20) 의 제 2 이차권선 (23) 으로부터 출력된 교류 전압은 필터 회로 (60) 가 없기 때문에 제 2 정류기 회로 (50) 에 공급되어, 제 2 정류기 회로 (50) 에 의해 정류되고 진행파관의 히터에 공급된다.
그 다음, 캐소드 전극에 대한 사전 가열이 완료되고 HV ON 신호가 외부로부 터 인버터 (30) 에 공급되면, 발진기 (33) 는 주파수 F2 의 신호를 출력한다.
구동 회로 (32) 는 발진기 (33) 로부터 출력된 주파수 F2 의 신호 타이밍에 따라 트랜지스터 (Q1 및 Q2) 를 교번하여 턴온하고 턴오프하여, 직류 전압 소스 (31) 로부터 출력된 직류 전압을 주파수 F2 의 교류 전압으로 변환한다. 이 경우에, 주파수 F2 의 교류 전압은 고전압 변압기 (20) 의 제 1 이차권선 (22) 및 제 2 이차권선 (23) 으로부터 출력된다.
이 경우에, 제 1 이차권선 (22) 으로부터 출력된 주파수 F2 의 교류 전압은 필터 회로 (60) 를 통과하여 제 1 정류기 회로 (40) 로 공급된다. 따라서, 제 1 이차권선 (22) 로부터 출력된 교류 전압은 제 1 정류기 회로 (40) 에 의해 정류되어, 진행파관의 헬릭스 전극 및 2 개의 컬렉터 전극에 각각 공급된다.
고전압 변압기 (20) 의 제 2 이차권선 (23) 으로부터 출력된 교류 전압은 필터 회로 (60) 가 없기 때문에 제 2 정류기 회로 (50) 에 공급되어, 제 2 정류기 회로 (50) 에 의해 정류되어 진행파관의 히터에 공급된다.
이 실시예의 전원 디바이스에 의하면, 필터 회로 (60) 는 고전압 변압기 (20) 의 2 개의 이차권선 중 하나의 출력에 제공된다. 그리고, 이차측의 교류 전압의 통과 및 인터럽트는 고전압 변압기 (20) 의 일차측으로부터 공급된 교류 전압의 주파수에 의해 제어된다. 이에 의해, 고전압 변압기의 일차측으로부터 공급된 교류 전압의 주파수에 따라 이차측으로부터 교류 전압을 선택적으로 출력할 수 있다. 이러한 이유로 인해, 히터 전용 고전압 변압기를 가질 필요없이 전원 인가의 순서를 제어할 수 있다. 따라서, 사이즈가 작은 저가의 전원 디바이스 가 실현되게 하기 위해 회로 컴포넌트를 감소시킬 수 있다.
(제 2 실시예)
도 4 는 본 발명에 따른 전원 디바이스의 제 2 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 5 는 제 2 실시예에 따른 전원 디바이스의 동작 원리를 나타내는 개략도이다.
제 2 실시예의 전원 디바이스는, 이차측으로부터 출력된 교류 전압이 고전압 변압기의 이차측의 부하 전류의 변동에 따라 일차측으로부터 공급된 교류 전압의 주파수를 변경함으로써 일정하게 제어되는 일례이다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예의 전원 디바이스는 고전압 변압기 (120), 고전압 변압기 (120) 의 일차권선 (121) 으로부터 교류 전압을 공급하는 인버터 (130; 제 1 전원), 헬릭스 전압 (HELIX) 를 생성하는 제 1 정류기 회로 (140), 헬릭스 전압 (HELIX) 을 안정화하는 조정기 회로 (141), 제 1 컬렉터 전압 (COL1) 을 생성하는 제 2 정류기 회로 (150) 와 제 2 컬렉터 전압 (COL2) 을 생성하는 제 3 정류기 회로 (160), 제 1 정류기 회로 (140) 의 입력부에 연결되는 제 1 필터 회로 (170), 제 2 정류기 회로 (150) 의 입력부에 연결되는 제 2 필터 회로 (180), 및 제 2 정류기 회로 (150) 를 통과하는 전류를 검출하는 전류 검출기 (190) 를 포함하는 구성을 갖는다.
제 1 필터 회로 (170) 및 제 2 필터 회로 (180) 는 인덕터, 커패시터 등을 사용함으로서 구성된 로우-패스 필터를 사용한다. 필터 회로는 로우-패스 필터로 제한되지 않으며, 하이-패스 필터 또는 밴드-패스 필터일 수도 있다.
인버터 (130) 는 직류 전압 소스 (131), 직류 전압 소스 (131) 로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 트랜지스터 (Q3 및 Q4), 트랜지스터 (Q3 및 Q4) 를 교번하여 턴온하고 턴오프하는 구동 회로 (132), 트랜지스터 (Q3 및 Q4) 의 온/오프 주기를 변경하는 주파수 신호를 생성하는 발진기 (133), 및 제 2 정류기 회로 (150) 를 통과하는 전류값에 따라 발진기 (133) 의 발진 주파수를 제어하는 주파수 제어 회로 (134) 를 포함한다.
인버터 (130) 에 포함되는 발진기 (133) 는 그 출력 주파수가 주파수 제어 회로 (134) 로부터의 지시에 따라 소정의 범위 내에서 계속 변하는 구조를 갖는다. 예를 들어, 도 5 에 도시된 바와 같이, 발진기 (133) 는 고전압 변압기 (120) 의 이차측에 제공되는 제 2 필터 회로 (180; 또는 제 1 필터 회로 (170)) 의 특성인 주파수 슬로프에 위치하는 주파수 F1 으로부터, 제 2 필터 회로 (180) 를 통과하는 주파수 F2 까지의 신호를 생성한다. 도 5 에서는, 주파수가 F1 및 F2 인 구형파를 주파수 신호로서 설명한다. 그러나, 주파수 신호는 구형파로 제한되는 것은 아니며, 사인파일 수도 있다.
구동 회로 (132) 는 발진기 (133) 의 출력 주파수의 타이밍에 따라 트랜지스터 (Q3 및 Q4) 를 교번하여 턴온하고 턴오프하며, 직류 전압 소스 (131) 로부터 출력된 직류 전압을 발진기 (133) 의 출력 주파수와 동일한 교류 전압으로 변환한다.
고전압 변압기 (120) 는 진행파관의 구성에 따라 3 개의 이차권선을 포함한다. 제 1 이차권선 (122) 은 제 1 필터 회로 (170) 를 통해 헬릭스 전압 (HELIX) 을 생성하는 제 1 정류기 회로 (140) 와 연결된다. 제 2 이차권선 (123) 은 제 2 필터 회로 (180) 를 통해 제 1 컬렉터 전압 (COL1) 을 생성하는 제 2 정류기 회로 (150) 와 연결된다. 그리고, 제 3 이차권선 (124) 은 제 2 컬렉터 전압 (COL2) 을 생성하는 제 3 정류기 회로 (160) 와 연결된다.
제 1 정류기 회로 (140), 제 2 정류기 회로 (150), 및 제 3 정류기 회로 (160) 는 이들 각각이 속하는 다이오드 브리지에 직렬로 연결되어 캐소드 전압 (H/K) 에 기초하여 제 2 컬렉터 전압 (COL2), 제 1 컬렉터 전압 (COL1) 및 헬릭스 전압 (HELIX) 을 직렬로 스택하고 출력한다. 예를 들어, 이러한 스택 타입의 전원 회로는 일본 특허 공개번호 제2000-201481호에 또한 설명되어 있다.
제 1 실시예와 같이, 도 4 에 도시된 전원 디바이스는 2 개의 컬렉터 전극을 포함하는 진행파관의 각각의 전극에 전원 전압을 제공하는 회로의 일례이다. 진행파관의 컬렉터의 수가 2 개 이외인 경우, 고전압 변압기의 이차권선 및 다이오드 브리지는 컬렉터의 수에 따라 제공될 수 있다. 또한, 도 4 에 도시된 전원 디바이스에서 진행파관의 애노드 전극에 애노드 전압 (A) 을 공급하는 애노드 전원 및 직류 전압을 히터에 공급하는 히터 전원에 대해서는 설명하지 않았다. 이들 전원은 이 예시적인 실시형태의 특징과 직접 관련이 없기 때문에, 이에 대한 설명은 여기서 생략한다.
도 4 에 도시된 전원 디바이스에서, 헬릭스 전류 (Ihelix) 량 및 제 1 컬렉터 전류 (lcoll1) 량이 작은 경우에, 조정기 회로 (141) 의 입력 단자와 제 1 컬렉터 사이의 전압 및 제 1 컬렉터와 제 2 컬렉터 사이의 전압이 상승한다. 특히, 도 4 에 도시된 회로는 전술한 바와 같이 캐소드 전압 (H/K) 에 기초하여 제 2 컬 렉터 전압 (COL2), 제 1 컬렉터 전압 (COL1), 헬릭스 전압 (HELIX) 을 연속적으로 스택하고 출력한다. 따라서, 제 1 이차권선 (122) 및 제 2 이차권선 (123) 으로부터의 출력 전압의 변동은 제 1 컬렉터 전압 (COL1) 및 조정기 회로 (141) 의 입력 단자 전압의 큰 변동을 발생시킨다.
제 2 실시예의 전원 디바이스의 경우에, 전류 검출기 (190) 는 제 2 정류기 회로 (150) 를 통과하는 전류를 검출한다. 그리고, 주파수 제어 회로 (134) 는 도 6 에 도시된 바와 같은 검출된 전류 값에 따라 발진기 (133) 의 출력 신호의 주파수를 제어하여 고전압 변압기 (120) 의 일차권선 (121) 으로부터 공급된 교류 전압의 주파수를 변경한다. 구동 회로 (132) 는 발진기 (133) 의 출력 신호의 주파수로 트랜지스터 (Q3 및 Q4) 를 교번하여 턴온하고 턴오프하며, 직류 전압 소스로부터 출력된 직류 전압을 발진기 (133) 의 출력 주파수와 동일한 교류 전압으로 변환한다.
제 1 컬렉터를 통과하는 전류량이 작아지면, 주파수 제어 회로 (134) 는 발진기 (133) 의 발진 주파수를 상승시키고 제 2 필터 회로 (180) 를 통해 제 2 정류기 회로 (150) 에 공급되는 전압을 하강시켜서 부하 전류의 감소로 인한 제 2 정류기 회로 (150) 의 출력 전압의 상승을 억제한다.
반대로, 제 1 컬렉터 전극을 통과하는 전류량이 큰 경우에, 주파수 제어 회로 (134) 는 발진기 (133) 의 발진 주파수를 하강시키고 제 2 필터 회로 (180) 를 통해 제 2 정류기 회로 (150) 에 공급되는 전압을 상승시켜서 부하 전류의 증가로 인한 제 2 정류기 회로 (150) 의 출력 전압의 하강을 억제한다.
이 실시예의 전원 디바이스에 의하면, 필터 회로는 고전압 변압기 (120) 의 이차권선에 제공되고, 고전압 변압기 (120) 의 이차측의 교류 전압은 일차측으로부터 공급되는 교류 전압의 주파수에 의해 제어된다. 따라서, 필터 회로로부터 출력된 교류 전압을 일정하게 제어할 수 있다. 따라서, 이차측의 출력 전압은 블리더 저항 없이 안정화될 수 있다. 제 1 컬렉터 전압 (COL1) 을 일정하게 제어하고 이에 의해, 조정기 회로의 동작 전압의 범위를 좁게 하여 헬릭스 전압 (HELIX) 을 안정화함으로써 사이즈가 작은 저가의 조정기 회로가 사용될 수 있다. 따라서, 제 1 실시예와 같은 사이즈가 작은 저가의 전원 디바이스를 실현할 수 있다.
전술한 제 1 실시예와 제 2 실시예에서는 고전압 전원 전압을 진행파관의 각 전극에 공급하는 구성을 예증함으로써 본 발명의 특징을 설명하였다. 그러나, 본 발명의 전원 디바이스의 적용은 진행파관으로 제한되는 것은 아니며, 원하는 전원 전압을 공급하는 경우에 임의의 디바이스에도 적용가능하다.
본 발명은 그 실시예를 참조하여 상세히 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시형태에 제한되지 않는다. 당업자는 형태 및 세부사항이 특허청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 변경할 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1 은 진행파관 및 전원 디바이스를 포함하는 고주파 회로 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 전원 디바이스의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 제 1 실시예에 따른 전원 디바이스의 동작 원리를 나타내는 개략도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 전원 디바이스의 제 2 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5 는 제 2 실시예에 따른 전원 디바이스의 동작 원리를 나타내는 개략도이다.
도 6 은 도 4 에 도시된 주파수 제어 회로의 제어 작동을 나타내는 개략도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 캐소드 전극
2 : 헬릭스
3, 4 : 컬렉터 전극
5 : 애노드
6 : 히터
20, 120 : 고전압 변압기
21, 121 : 일차권선
22, 23, 122, 123, 124 : 이차권선
30, 130 : 인버터
31, 131 : 직류 전압 소스
32, 132 : 구동 회로
33, 133 : 발진기
40, 50, 140, 150, 160 : 정류기 회로
60, 170, 180 : 필터 회로
134 : 주파수 제어 회로
141 : 조정기 회로
190 : 전류 검출기

Claims (8)

  1. 변압기;
    상기 변압기의 일차권선에 2 이상의 주파수의 교류 전압을 공급하는 제 1 소스; 및
    상기 변압기의 이차권선에 연결되고 상기 교류 전압의 주파수에 따라 변하는 감쇠를 갖는 필터 회로를 포함하는, 전원 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압기는
    다수의 이차권선을 포함하고,
    상기 이차권선 중 하나 이상을 제외하고, 상기 필터회로가 하나 이상의 다른 다수의 이차권선에 연결되는, 전원 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터 회로로부터 출력되는 교류 전압을 정류하는 제 1 정류기 회로; 및
    상기 필터 회로의 통과 없이 상기 이차권선으로부터 출력되는 교류 전압을 정류하는 제 2 정류기 회로를 포함하는, 전원 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 소스는,
    상기 필터 회로를 통과함으로써 감쇠되는 제 1 주파수의 교류 전압; 및
    상기 필터 회로를 통과한 경우에도 감쇠되지 않는 제 2 주파수의 교류 전압을 출력하는, 전원 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 소스는 상기 필터 회로를 통과함으로써 감쇠되는 상기 제 1 주파수로부터 상기 필터 회로를 통과한 경우에도 감쇠되지 않는 상기 제 2 주파수까지의 교류 전압을 계속 출력하는, 전원 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이차권선을 통과하는 전류를 검출하는 전류 검출기; 및
    상기 이차권선으로부터 출력된 교류 전압이 상기 전류 검출기에 의해 검출된 전류값에 따라 일정하도록 상기 제 1 소스로부터 출력된 교류 전압의 주파수를 제어하는 주파수 제어 회로를 포함하는, 전원 디바이스.
  7. 제 3 항에 기재된 전원 디바이스; 및
    전원 전압이 상기 전원 디바이스로부터 공급되는 진행파관을 포함하는, 고주파 회로 시스템.
  8. 필터 회로가 변압기의 이차권선에 연결되고,
    상기 변압기의 일차권선에 공급되는 교류 전압의 주파수가, 원하는 교류 전압이 상기 변압기의 상기 이차권선에 연결된 상기 필터 회로로부터 출력되도록 제어되는, 전원 전압 제어 방법.
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