KR20090002714A

KR20090002714A - Method and apparatus for rectangular wave generation using marx generator

Info

Publication number: KR20090002714A
Application number: KR1020070066884A
Authority: KR
Inventors: 류홍제; 김영배; 임근희; 리 홍타오
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2009-01-09
Also published as: KR100931844B1

Abstract

The method and apparatus for rectangular wave generation using a Marx generator is provided to adjust the pulse length of waveform by generating the stable quare-wave voltage. The direct current voltage part(10) generates the DC high voltage. The capacitor of the waveform generation part(20) is charged by using the DC high voltage. The controller(50) generates the trigger signal. The switch(30) applies current to the loader(40). The waveform generation part generates the pulse power voltage of the sphere shape wave form. The waveform generation part comprises the pulse forming network consisting of inductor and capacitor of multi-phase. The pulse generating section consists of the shift and the module. The loader comprises the parallely connected capacitor

Description

Method and apparatus for generating square wave pulse using Max generator {Method And Apparatus For Rectangular Wave Generation Using Marx Generator}

본 발명은 막스 발생기를 이용한 구형파 펄스 발생 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압 커패시터, 인덕터, 스위치 및 무유도성 저항으로 구성된 펄스압축회로를 이용하여 펄스를 발생시킴으로써 구형파 형태의 전압인가가 가능한 펄스 발생 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a square wave pulse generator using a maxima generator, and more particularly, to generate a pulse using a pulse compression circuit composed of a high voltage capacitor, an inductor, a switch, and an inductive resistor. Relates to a device.

일반적으로, 구형파 펄스 전압 발생기의 형태는 여러 가지가 있다. 크게 기계적 스위치 사용 방식과 반도체 소자 방식으로 구분할 수 있는데, 기계적 스위치 사용 방식은 구형파 펄스 발생이 어렵고 그 수명이 짧아 많이 사용되지 못했다.In general, there are many types of square wave pulse voltage generators. The mechanical switch can be divided into a semiconductor device method and a mechanical switch method. However, the mechanical switch method is difficult to generate a square wave pulse and has a short lifespan.

또한, 반도체 소자 방식은 반도체 스위치를 사용하여 펄스 전원을 발생시키는 방식으로서, 일반적으로 커패시터와 반도체 소자인 IGBT(insulated gate bipolar transistor), SCR(silicon controlled rectifier), 트랜지스터 등을 스위치로 활용하여 각 모듈(module)을 직렬 연결(cascade connection)하여 여러 단을 사용하는 형태로서, 하나의 모듈이 고장 날 경우 전체 모듈이 고장 날 가능성이 높고, 반도체 소자를 이용하므로 상대적으로 고가이며 구조가 복잡하여 고도의 기술을 요구하고, 정격상의 문제로 인가가능한 최대 전압 및 전류에 제약이 있으며, 내부 및 외부의 서지(surge)에 약하여 따로 보호가 필요하다는 단점이 있다. In addition, the semiconductor device method is a method of generating a pulse power source using a semiconductor switch, and in general, each module using a capacitor and an semiconductor device, an IGBT (insulated gate bipolar transistor), a SCR (silicon controlled rectifier), a transistor, etc., as a switch. It is a type that uses cascade connection and uses multiple stages.If one module fails, the entire module is likely to fail, and it is relatively expensive due to the use of semiconductor devices. There is a disadvantage in that it requires technology, has a limitation on the maximum voltage and current that can be applied due to a problem in rating, and is weak against internal and external surges.

한편, 펄스전원장치로 널리 사용되는 막스 발생기(Marx generator)는 1923년 막스에 의하여 제안되었으며, 이는 여러 단의 커패시터를 병렬로 충전한 후 그 전압을 더하여 짧은 순간의 직렬펄스형태로 인가하는 방식으로서, 빠른 펄스 상승시간과 낮은 출력 임피던스 등의 장점을 지니게 되나 출력 파형의 모양이 지수 함수적으로 감소하는 형태로 발생 되며, 부하에 따라 그 모양이 변동된다는 문제점이 있었다.On the other hand, the Marx generator, widely used as a pulse power supply, was proposed by Max in 1923. It is a method of charging multiple capacitors in parallel and then adding the voltages and applying them in series pulses in a short instant. It has the advantages of fast pulse rise time and low output impedance, but the shape of the output waveform decreases exponentially, and the shape varies according to the load.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 상기의 막스 발생기의 구조를 이용하여 수동 소자로만 회로를 구성하고, 상기 회로를 통해 구형파 펄스를 발생시킴으로써, 안정적인 구형파 전압 발생이 가능하고, 파형의 펄스 폭 조정이 용이하며, 구조가 간단하고 생산 비용이 저렴하며, 내부 및 외부 서지에 영향을 받지 않는 구형파 펄스 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and by using the structure of the above-mentioned maxima generator, a circuit is composed only of passive elements, and square wave pulses are generated through the circuit, so that stable square wave voltage generation is possible. The purpose of the present invention is to provide a square wave pulse generator that is easy to adjust the pulse width, the structure is simple, the production cost is low, and is not affected by internal and external surges.

본 발명 막스 발생기를 이용한 구형파 펄스 발생 장치는,Square wave pulse generator using the present invention the maxima generator,

직류 고전압을 발생시키는 직류 전압부;DC voltage unit for generating a DC high voltage;

상기 직류 전압부에 연결되며, 다단계의 인덕터와 커패시터를 포함하는 펄스압축회로로 구성되어 상기 직류 전압을 저장하는 파형 발생부;A waveform generation unit connected to the DC voltage unit and configured to store a DC voltage by a pulse compression circuit including a multi-stage inductor and a capacitor;

상기 파형 발생부에 연결되어 부하부에 전압을 인가하는 스위치부;A switch unit connected to the waveform generator and configured to apply a voltage to a load unit;

상기 스위치부에 연결되어 구형파 펄스를 발생시키는 부하부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a load unit connected to the switch unit to generate a square wave pulse.

또한, 또 다른 형태의 막스 발생기를 이용한 구형파 펄스 발생 장치는,In addition, a square wave pulse generator using another form of the maxima generator,

상기 직류 전압부에 연결되어 파형 발생부에 전원을 공급하는 변압부;A transformer unit connected to the DC voltage unit to supply power to a waveform generator;

상기 직류 전압부에 연결되며, 다단계의 인덕터와 커패시터를 포함하는 펄스 압축회로로 구성되어 상기 직류 전압을 저장하는 파형 발생부;A waveform generation unit connected to the DC voltage unit and configured to store the DC voltage by being composed of a pulse compression circuit including a multi-level inductor and a capacitor;

상기 파형 발생부에 연결되어 상기 커패시터를 충전하고 부하부에 전압을 인가하는 스위치부;A switch unit connected to the waveform generator to charge the capacitor and apply a voltage to a load unit;

또한, 본 발명의 또 다른 태양인 막스 발생기를 이용한 구형파 펄스 발생 방법은,In addition, the square wave pulse generating method using the Max generator, which is another aspect of the present invention,

(a) 직류 고전압을 발생시키는 단계;(a) generating a direct current high voltage;

(b) 보조변압기를 통과하는 상기 직류 고전압에 의해 홀수단의 커패시터는 순방향으로, 짝수단의 커패시터는 역방향으로 충전되는 단계;(b) charging the capacitors of the hole means in the forward direction and the capacitors of the pair means in the reverse direction by the DC high voltage passing through the auxiliary transformer;

(c) 제1 스위치를 작동시키는 단계;(c) operating the first switch;

(d) 짝수단의 커패시터가 순방향으로 충전되는 단계;(d) the counter capacitor is charged in the forward direction;

(e) 제2 스위치를 작동시키는 단계;(e) operating the second switch;

(f) 구형파 전압 펄스가 발생하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.and (f) generating a square wave voltage pulse.

상기와 같은 본 발명 막스 발생기를 이용한 구형파 펄스 발생 장치에 의하면,According to the square wave pulse generator using the present invention the above-described maxima generator,

첫째, 수동 소자만을 사용한 회로를 통하여 구형파 형태의 전압인가가 가능 하고,First, it is possible to apply a square wave voltage through a circuit using only passive elements,

둘째, 회로의 구조가 비교적 간단하며, Second, the structure of the circuit is relatively simple,

셋째, 반도체 소자를 사용하지 않으므로 생산 비용을 감소시킬 수 있고, Third, the production cost can be reduced because no semiconductor device is used,

넷째, 회로의 단의 수를 조정을 통한 파형의 펄스 폭 조정이 용이하며, Fourth, it is easy to adjust the pulse width of the waveform by adjusting the number of stages of the circuit,

다섯째, 사용되는 스위치 선택에 특별한 제약이 없으므로 제작이 용이하고,Fifth, it is easy to manufacture because there is no special restriction on the selection of the switch used,

여섯째, 수동 소자로만 구성되므로 내외부 서지에 영향을 받지 않아 신뢰성이 높으며,Sixth, since it is composed only of passive elements, it is not affected by internal and external surges, so its reliability is high.

일곱째, 모듈 수의 변경을 통한 출력 전압 조절이 가능하고,Seventh, the output voltage can be adjusted by changing the number of modules,

여덟째, 인덕터를 서로 직교하도록 배치함으로써 상호 인덕턴스 효과를 감소시킬수 있고,Eighth, by placing the inductors orthogonal to each other, the mutual inductance effect can be reduced,

아홉째, 일반적으로 막스 생성기는 레이저, 마이크로웨이브, X-ray 발생기의 전원 장치, 환경처리 분야의 전원장치, 전기기기 절연내력 시험기기로 사용 가능하므로 상당한 기술적·경제적 효과가 기대된다. Ninth, in general, the Max generator can be used as a laser, microwave, X-ray generator power supply, environmental processing power supply, electrical equipment dielectric strength test equipment is expected to have significant technical and economic effects.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. A singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms “comprises” or “having” are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or a combination thereof.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 막스 발생기를 이용한 구형파 펄스 발생 장치의 구성을 도시하고 있다.1 illustrates a configuration of a square wave pulse generator using a maxima generator according to the present invention.

직류 전압부(10)에서는 직류 고전압을 발생시키며, 이 전압을 이용하여 파형 발생부(20)의 커패시터를 충전한다. 그 후, 제어부(50)에서 트리거 신호가 발생되면, 스위치부(30)에서는 스위치를 단락시켜서 부하부(40)로 전류가 흐르게 한다. The DC voltage unit 10 generates a DC high voltage, and the capacitor of the waveform generator 20 is charged using this voltage. After that, when a trigger signal is generated in the controller 50, the switch unit 30 short-circuits the switch so that a current flows to the load unit 40.

상기 직류 전압부(10)는 다양한 방식으로 만들어질 수 있으며, 일 실시예로서 기계적인 방식인 슬라이닥을 이용하여 입력되는 교류 전압을 가변하여 고전압 변압기를 통해서 교류 고전압을 발생시키고, 고전압 다이오드를 통해서 직류 고전압으로 변환한 할 수 있다.The DC voltage unit 10 may be made in a variety of ways, and in one embodiment, by varying the input AC voltage by using a mechanical slide, to generate an AC high voltage through a high voltage transformer, through a high voltage diode Can be converted to DC high voltage.

또는, 반도체 스위치인 IGBT, SCR, TR(트랜지스터) 등과 고전압 변압기, 고전압 다이오드 등을 사용하여 직류 고전압을 발생시킬 수 있다.Alternatively, DC high voltage may be generated using IGBT, SCR, and TR (transistor), which are semiconductor switches, and a high voltage transformer and a high voltage diode.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에서 사용되는 구형파 펄스 발생 원리에 대하여 설명한다.Hereinafter, the principle of generating a square wave pulse used in the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3은 Vc 전압을 갖는 커패시터(310), 인덕터(320), 스위치(330), 저항(340)의 직렬 연결로 구성된 회로를 나타낸다. 3 shows a circuit composed of a series connection of a capacitor 310 having an Vc voltage, an inductor 320, a switch 330, and a resistor 340.

상기와 같은 회로에서 시간 t = 0 인 상태에서 스위치를 닫을 경우,

일때는 과제동(overdamping) 상태로서 흐르는 전류는 다음 수학식 1 과 같이 나타난다.In the above circuit, when the switch is closed with time t = 0,

In this case, the current flowing as an overdamping state is expressed by Equation 1 below.

상기에서,

로 정의된다.In the above,

Is defined as

따라서, 이는 도 4의 (a)와 같이 진동하는 파형이 된다. 상기 도 3과 같은 회로를 다수 연결하여 일정한 시간 간격으로 상기와 같은 파형을 나타나게 할 경우 도 4의 (b)와 같이 중첩된 전압 파형으로 나타나게 되고, 이러한 파형들을 합하면 결국 도 4의 (c)와 같은 하나의 구형파가 됨을 알 수 있다. 이때, 만들어진 구형파의 펄스폭은 n을 커패시터의 개수라 할 때 다음의 수학식 2와 같이 나타난다.Therefore, this becomes a waveform that vibrates as shown in FIG. When a plurality of circuits as shown in FIG. 3 are connected to display the waveforms at regular time intervals, the waveforms appear as overlapped voltage waveforms as shown in FIG. 4 (b). It can be seen that the same square wave. At this time, the pulse width of the generated square wave is represented by the following equation 2 when n is the number of capacitors.

이하, 도 2, 도 5, 도 6을 참조하여 상기 원리를 이용한 본 발명 구형파 펄스 발생 장치의 파형발생부(20), 스위치부(30), 부하부(40)에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the waveform generator 20, the switch 30, and the load 40 of the square wave pulse generator according to the present invention using the above principle will be described in detail with reference to FIGS.

파형발생부(20)는 구형파 형태의 펄스 출력 전압을 발생시키기 위하여 다단계의 인덕터와 커패시터로 구성되는 펄스압축회로(Pulse Forming Network, 이하 "PFN" 이라 함)을 사용한다. 각 단의 커패시터와 인덕터를 사다리 형태로 배치되는 형태로 연결하여 각 펄스압축회로의 전압이 최종 펄스 출력시에 더해지는 막스 발 생기의 기능을 구현하고, 이와 동시에 최종 출력 파형이 구형파 형태가 되도록 구현한다. The waveform generator 20 uses a pulse compression circuit (hereinafter, referred to as a "PFN") composed of a multi-stage inductor and a capacitor to generate a square wave pulse output voltage. Capacitors and inductors of each stage are connected in the form of a ladder to realize the function of the max generation in which the voltage of each pulse compression circuit is added at the time of the final pulse output, and at the same time, the final output waveform is a square wave form. .

도 2는 본 발명에 따른 펄스 발생 회로의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 펄스 발생부(20)는 네 개의 단 모듈로 구성되고, 각 모듈마다 7개의 커패시터와 인덕터를 포함한다. 또한 도면 좌측에 있는 네 개의 10킬로옴 저항(62)은 충전저항이고, 도면 우측에 있는 네 개의 10킬로옴 저항(64)은 접지저항이다. 이러한 충전저항과 접지저항은 스위치 단락시 전류를 원하는 방향으로 흐를 수 있도록 한다. 즉, 스위치가 단락될 경우 전류는 저항값이 큰 충전저항과 접지저항 쪽으로 흐르지 못하고 저항값이 작은(본 실시예에서는 110옴) 부하저항(40) 쪽으로 흐르게 된다. 이러한 전류의 흐름을 도 6에 도시하였다.2 is a view showing an embodiment of a pulse generating circuit according to the present invention. The pulse generator 20 is composed of four stage modules, and each module includes seven capacitors and an inductor. Also, the four 10 kiloohm resistors 62 on the left side of the figure are charge resistors, and the four 10 kiloohm resistors 64 on the right side of the figure are ground resistors. These charging and grounding resistors allow current to flow in the desired direction in the event of a switch short. That is, when the switch is short-circuited, the current does not flow toward the charging resistance and the ground resistance having a large resistance value, but flows toward the load resistance 40 having a small resistance value (110 ohm in this embodiment). This current flow is shown in FIG. 6.

도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 커패시터에 충전을 할 때에는 인덕터를 통해서 충전이 되며, 1단 모듈, 2단 모듈, 3단 모듈, 4단 모듈의 커패시터에 충전을 할 때는 충전저항과 접지저항을 통해서 병렬로 충전이 된다. As shown in FIG. 5, each capacitor is charged through an inductor, and a charge resistor and a ground resistor are charged when the capacitors of the 1st module, the 2nd module, the 3rd module and the 4th module are charged. It is charged in parallel through the.

한편, 부하부(40)에는 회로상의 표유 정전용량(stray capacity)를 보상하기 위하여 커패시터를 병렬로 연결한다. On the other hand, the load unit 40 is connected to the capacitor in parallel in order to compensate for stray capacity on the circuit.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 실제 구성 사진을 도 12에 도시하였다. 12 shows an actual configuration picture of the present invention having the structure as described above.

이하, 또다른 형태의 구형파 펄스 발생 장치에 대하여 첨부도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, another square wave pulse generator is described with reference to the accompanying drawings.

상기의 도 2와 같은 회로 구성은 모듈의 수가 증가함에 따라 스위치 수 또한 이에 비례하여 증가해야 한다. 따라서, 도 7을 참조하여 회로에 사용되는 스위치 수의 감소를 위하여 보조 변압기를 사용한 다른 구조의 구형파 펄스 전압 발생 장치를 제안한다.In the circuit configuration of FIG. 2, the number of switches must increase in proportion to the number of modules. Therefore, referring to FIG. 7, a square wave pulse voltage generator having another structure using an auxiliary transformer is proposed to reduce the number of switches used in a circuit.

도 7에 도시된 바와 같이, 제안하는 구조는 직류 전압부(700), 변압부(710), 파형 발생부(720), 스위치부(730), 부하부(740), 제어부(750)로 구성된다. As shown in FIG. 7, the proposed structure includes a DC voltage unit 700, a transformer unit 710, a waveform generator 720, a switch unit 730, a load unit 740, and a controller 750. do.

상기 직류 전압부(700)에서는 직류 고전압을 발생시키며, 이러한 전압부는 상기에서 언급한 바와 같이 다양한 형태로 제작될 수 있다.The DC voltage unit 700 generates a DC high voltage, and the voltage unit may be manufactured in various forms as mentioned above.

상기 변압부(710)는 복수의 보조변압기로 구성되며, 두 단에 하나씩 보조변압기가 위치하게 된다. 따라서, 제안하는 구조에서는 단의 수가 짝수일 것이 요구된다. 또한 상기 보조변압기는 충전시의 충전임피던스 및 접지임피던스로서의 역할을 대신하므로 충전저항과 접지저항을 따로 연결할 필요가 없다.The transformer unit 710 is composed of a plurality of auxiliary transformers, one auxiliary transformer is located in two stages. Therefore, the proposed structure requires that the number of steps be even. In addition, the auxiliary transformer does not need to separately connect the charging resistance and the grounding resistance because it replaces the role of the charging impedance and the grounding impedance during charging.

상기 파형 발생부(720)는 복수의 단으로 구성되며, 각 단마다 복수의 커패시터와 인덕터의 사다리 형태로 구성된다. The waveform generator 720 is composed of a plurality of stages, and each stage has a ladder form of a plurality of capacitors and inductors.

상기 스위치부(730)는 제1 스위치(U1)와 제2 스위치(U2)로 구성된다. 즉 단의 수와 관계없이 두 개의 스위치만으로 구성이 가능하다. The switch unit 730 includes a first switch U1 and a second switch U2. That is, two switches can be configured regardless of the number of stages.

상기 부하부(740)는 부하저항으로 구성되며, 이 부분에서 실제 구형파 펄스 전압이 발생한다.The load unit 740 is composed of a load resistor, in which the actual square wave pulse voltage is generated.

상기 제어부는 직류 전압부(700), 변압부(710), 파형 발생부(720), 스위치부(730)의 상태를 조사하고 이를 제어하는 역할을 한다.The controller serves to investigate and control the states of the DC voltage unit 700, the transformer unit 710, the waveform generator 720, and the switch unit 730.

이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 9.

상기에서 언급한 바와 같이, 제안하는 구조는 전압의 상승을 위한 각 단의 수와 관계없이 하나의 저용량 트리거 스위치 U1과 주 스위치U2 만을 사용하며, 두 단에 하나씩 보조 변압기(TX1, TX2)를 사용하는 구조이다. As mentioned above, the proposed structure uses only one low-capacity trigger switch U1 and main switch U2 regardless of the number of stages for voltage rise and one auxiliary transformer (TX1, TX2). It is a structure.

본 실시예에서는 4개의 단으로 구성되며 각 단마다 7개의 커패시터와 인덕터로 구성되고, 두개의 보조 변압기를 갖는 회로를 구성하였다. 직류 전압부에서 직류 고전압을 발생시키고(800), 이때 충전 전압은 제일 하단의 커패시터(C22~C28)의 경우 TX1의 1차 권선을 통해 이루어지며, 두 번째 단의 커패시터(C15~C21)은 TX1의 1차 및 2차 권선을 통하여 역방향으로 충전되고, 세 번째 단의 커패시터(C8~C14)들은 TX1의 1차 권선과 2차 권선, TX2의 1차 권선을 통하여 충전되며, 네 번째 단의 커패시터(C1~C7)는 TX1 과 TX2의 1차 및 2차 권선을 통하여 역방향으로 충전된다(810).In this embodiment, the circuit is composed of four stages, seven capacitors and inductors in each stage, and two auxiliary transformers. The DC high voltage is generated in the DC voltage unit 800, and the charging voltage is made through the primary winding of TX1 in the case of the lowermost capacitors C22 to C28, and the capacitors C15 to C21 of the second stage are TX1. Are charged in reverse through the primary and secondary windings of the capacitor, and the capacitors C3 through C14 of the third stage are charged through the primary and secondary windings of TX1 and the primary winding of TX2, and the capacitors of the fourth stage. C1 to C7 are charged in the reverse direction through the primary and secondary windings of TX1 and TX2 (810).

상기와 같이 충전된 상태에서 트리거 스위치 U1을 동작(820)시키면, 역방향으로 충전된 짝수 단의 커패시터 전압들이 TX1과 TX2의 1, 2차 누설 인덕턴스(leakage inductance)를 통해 방전되면서 해당 단의 인덕터에 에너지를 저장하고, 이 인덕터에 저장된 에너지는 다시 해당 커패시터를 반대방향인 순방향으로 충전하게 된다(830). When the trigger switch U1 is operated 820 in the charged state as described above, the even-side capacitor voltages charged in the reverse direction are discharged through the primary and secondary leakage inductances of the TX1 and the TX2 to the inductor of the corresponding stage. The energy is stored, and the energy stored in the inductor again charges the corresponding capacitor in the forward direction (830).

이렇게 모두 같은 방향으로 충전된 커패시터 전압은 모두 더해져 전위가 두배가 되며 이로 인해 스파크 갭과 같은 형태인 자기 트리거 스위치 U2가 동작(840)하여 부하에 구형파 형태의 전압이 인가(850)되는 형식이다. In this way, the capacitor voltages charged in the same direction are all added to double the potential, and thus, the magnetic trigger switch U2 having the shape of a spark gap is operated 840 so that a square wave voltage is applied to the load 850.

여기서 전압의 반복율과 인가 시점을 제어하기 위한 제어 스위치 U1의 경우 부하 용량을 커버할 필요가 없으므로 상대적으로 소용량의 스위치를 사용가능하며, 단의 수와 무관하게 두 개의 스위치만으로 구성할 수 있는 장점을 지니나 부가적으로 변압기를 필요로 하며, 짝수 단으로만 구성이 가능하다. Here, the control switch U1 for controlling the voltage repetition rate and the timing of application does not need to cover the load capacity so that a relatively small capacity switch can be used, and only two switches can be configured regardless of the number of stages. It additionally requires a transformer and can only be configured in even-numbered stages.

상기 변압기의 설계에는 큰 결합계수를 갖도록 하여 누설 인덕턴스 성분을 최대한 작게 하고 상호 인덕턴스의 크기가 누설 인덕턴스에 비해 아주 크도록 설계하는 것이 필요하다.In the design of the transformer, it is necessary to have a large coupling coefficient to minimize the leakage inductance component and to design the mutual inductance to be much larger than the leakage inductance.

본 실시예에서 실제 사용된 변압기의 사진을 도 13에 도시하였고, 상기 변압기를 사용하여 구성한 펄스 전원 장치의 사진을 도 14에 도시하였다.A photo of a transformer actually used in this embodiment is shown in FIG. 13, and a photo of a pulsed power supply device configured using the transformer is shown in FIG. 14.

이하, 본 발명에서 사용되는 인덕터 및 커패시터의 배치에 대하여 첨부도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, the arrangement of the inductor and the capacitor used in the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서 사용되는 인덕터의 배치시, 이웃한 인덕터가 서로 직교하는 방향으로 되도록 배치하여, 이웃한 인덕터의 자속에 의한 간섭으로 발생하는 상호 인덕턴스의 발생을 최소화한다. 이러한 인덕터 배치를 도 10에 도시하였다.In the arrangement of the inductors used in the present invention, the neighboring inductors are arranged in the direction perpendicular to each other, thereby minimizing the generation of mutual inductance caused by the interference by the magnetic flux of the neighboring inductors. This inductor arrangement is shown in FIG.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 각 단의 전압이 균일하게 증가되어 절연 및 전압 상승에 용이한 구조로 커패시터와 인덕터 배치를 원판의 외측을 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 배치하여 배치된 부품의 전압이 단계적으로 증가하도록 하여 부품 간 전위차가 최소가 되어 최소의 절연거리를 갖도록 하고, 또한 1단 배치 후 2 단으로 올라갔을 경우 1단과 2단의 각 커패시터 사이에 균일한 한 단의 전위차만 발생하게 하여 최소의 절연거리를 갖도록 함으로써 절연구조상의 장점을 갖도록 제작한다.In addition, as shown in FIG. 11, the voltage and voltage of each stage is uniformly increased to facilitate insulation and voltage rise. The voltage difference between the components is minimized so that the potential difference between components is minimized to have the minimum insulation distance. It is produced to have the advantages of insulation structure by having a minimum insulation distance.

본 발명에 따라 제작된 구형파 펄스 전압 발생 장치의 실험파형을 도 15에 나타내었다. 도면에서 확인할 수 있듯이 파형은 100nsec 정도의 빠른 상승시간을 가지며, 전압 파형의 최대치가 평탄한 플랫 탑(flat top) 형태인 구형파 전압을 발시킴을 알 수 있다. An experimental waveform of a square wave pulse voltage generator manufactured according to the present invention is shown in FIG. 15. As can be seen from the figure, the waveform has a fast rise time of about 100 nsec, and it can be seen that the maximum value of the voltage waveform emits a square wave voltage having a flat top shape.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다. While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments, the invention is not limited to these embodiments, and those of ordinary skill in the art claim the invention as claimed in the appended claims. It includes all the various forms of embodiments that can be implemented without departing from the spirit.

도 1은 본 발명에 따른 구형파 발생 장치의 구성도,1 is a configuration diagram of a square wave generator according to the present invention,

도 2는 본 발명에서 구성된 L-C 형태의 PFN(pulse forming network) 회로도,2 is a circuit diagram illustrating a pulse forming network (PFN) of the L-C type according to the present invention;

도 3은 본 발명에서 구형파를 발생시키는 원리를 설명하는 회로도,3 is a circuit diagram illustrating a principle of generating a square wave in the present invention;

도 4는 본 발명에 의한 전압중첩에 의한 구형파의 생성원리를 보여주는 도면,4 is a view illustrating a generation principle of a square wave by voltage overlap according to the present invention;

도 5는 고전압 충전을 위한 커패시터 충전과정을 설명한 충전흐름도,5 is a flow chart illustrating a capacitor charging process for high voltage charging;

도 6은 충전완료 후 펄스전압 인가시의 전류 흐름도,6 is a current flow chart when applying a pulse voltage after the completion of charging;

도 7은 본 발명에 따른 또다른 형태의 구형파 발생 장치의 구성도,7 is a configuration diagram of another square wave generator according to the present invention;

도 8은 본 발명의 장치를 사용하여 구형파 펄스를 발생시키는 순서를 나타낸 순서도,8 is a flowchart showing a procedure for generating a square wave pulse using the apparatus of the present invention;

도 9은 본 발명에 따른 구형파 발생 장치의 일 실시예를 나타낸 회로도,9 is a circuit diagram showing an embodiment of a square wave generator according to the present invention;

도 10은 본 발명의 장치를 제작시에 인접한 인덕터의 상호인덕턴스 성분을 상쇄시키기 위해 인덕터의 부착 위치를 서로 90도로 설치한 구조도,10 is a structural diagram in which the attachment positions of the inductors are set at 90 degrees to each other in order to cancel mutual inductance components of adjacent inductors when fabricating the device of the present invention;

도 11는 본 발명의 장치의 부품 배치도,11 is a component layout view of the apparatus of the present invention;

도 12은 본 발명의 장치를 제작한 사진,12 is a photograph of the device of the present invention,

도 13은 본 발명에서 사용되는 보조변압기의 사진,Figure 13 is a photograph of the auxiliary transformer used in the present invention,

도 14은 보조변압기를 사용한 구형파 펄스발생장치의 사진,14 is a photograph of a square wave pulse generator using an auxiliary transformer,

도 15는 본 발명의 장치를 제작한 후에 실험한 구형파 파형을 나타낸 그래프이다.Fig. 15 is a graph showing square wave waveforms tested after fabricating the device of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>

10 : 직류 전압부 20 : 파형 발생부 10: DC voltage unit 20: waveform generator

30 : 스위치부 40 : 부하부30: switch part 40: load part

50 : 제어부 62 : 충전저항50 control unit 62 charge resistance

64 : 접지저항 64: grounding resistance

310 : 커패시터 320 : 인덕터310: capacitor 320: inductor

330 : 스위치 340 : 저항330: switch 340: resistance

700 : 직류 전압부 710 : 변압부700: DC voltage unit 710: transformer

720 : 파형 발생부 730: 스위치부720: waveform generator 730: switch unit

740 : 부하부 750 : 제어부740: load portion 750: control unit

Claims

DC voltage unit for generating a DC high voltage;

A waveform generation unit connected to the DC voltage unit and configured to store a DC voltage by a pulse compression circuit including a multi-stage inductor and a capacitor;

A switch unit connected to the waveform generator and configured to apply a voltage to a load unit;

Square wave pulse generator using a maxima generator characterized in that it comprises a load connected to the switch unit for generating a square wave pulse.

The method according to claim 1,

The capacitor of the waveform generator charges a DC voltage to store the charged energy, and the inductor stores the energy of the square wave for a short time to flatten the peak portion of the waveform, and the capacitor and the inductor Square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that arranged in the form of a ladder.

The method according to claim 1 or 2,

The waveform generator is a square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that further comprises a charge resistance and grounding resistance of the number of stages.

The method according to claim 3,

The load unit is a square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that it comprises a non-inductive resistor that makes the pharmacy part of the generated waveform to zero in a short time.

The method according to claim 4,

The load unit is a square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that further comprises a capacitor connected in parallel to the load resistance.

The method according to claim 3,

And a control unit connected to the DC voltage unit, the waveform generator, and the switch unit to identify and control the state of the DC voltage unit, the waveform generator, and the switch unit.

The method according to claim 3,

The inductor of the waveform generator is a square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that the adjacent inductors are arranged to be orthogonal to each other.

DC voltage unit for generating a DC high voltage;

A transformer unit connected to the DC voltage unit to supply power to a waveform generator;

The method according to claim 8,

The method according to claim 8 or 9,

The waveform generator comprises a square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that it comprises a plurality of inductors and capacitors of two or more stages.

The method according to claim 10,

The transformer is a square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that it comprises an auxiliary transformer connected to one of two stages.

The method according to claim 12,

The auxiliary transformer is a square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that the leakage inductance component as small as possible and the mutual inductance is very large compared to the leakage inductance.

The method according to claim 10,

And the switch unit comprises a first switch for forward charging a capacitor of even stages based on the bottom of the circuit and a second switch for applying a voltage to a load resistor.

The method according to claim 10,

And a control unit connected to the DC voltage unit, the transformer unit, the waveform generation unit, and the switch unit to identify and control the state of the square wave pulse generator.

(a) generating a direct current high voltage;

(b) charging the capacitors of the hole means in the forward direction and the capacitors of the pair means in the reverse direction by the DC high voltage passing through the auxiliary transformer;

(c) operating the first switch;

(d) the counter capacitor is charged in the forward direction;

(e) operating the second switch;

(f) Square wave pulse generation method comprising the step of generating a square wave voltage pulse.

The method according to claim 16,

The auxiliary transformer of step (b) is a square wave pulse generation method using a maxima generator, characterized in that connected to one of two stages.

The method according to claim 17,

The auxiliary transformer of step (b) is a square wave pulse generation method using the maxima generator, characterized in that the leakage inductance component as small as possible and the mutual inductance is very large compared to the leakage inductance.

The method according to any one of claims 16 to 18,

(f) generating the square wave voltage pulse,

A square wave pulse generation method using a maxima generator, wherein a square wave voltage pulse is generated using an inductive resistor as a load resistor.

The method according to claim 3,

The capacitor and the inductor of the waveform generator is a square wave pulse generator using a maxima generator, characterized in that arranged in a clockwise or counterclockwise direction along the outer side of the disc.

The method according to claim 10,