KR20110041119A - 플라즈마 발생 장치용 검출 회로 및 방법 - Google Patents

플라즈마 발생 장치용 검출 회로 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 반응기 내에 발생된 스파크를 방전시킬 수 있는 방전 경로를 제공함과 동시에 방전 경로 상에 배치된 방향성 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있고, 플라즈마 반응기 내에 발생된 스파크의 발생을 검출함과 동시에 스파크의 방전 경로 상에 배치된 방향성 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있으며, 플라즈마 반응기 내에 발생된 스파크를 전류와 전압 2가지 방식으로 검출함으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 방향성 스위칭 소자에 흐르는 역방향 전류만을 검출할 수 있는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로 및 방법을 제공한다.
본원의 제1 발명에 따른 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로는, 방향성 스위칭 소자 - 상기 방향성 스위칭 소자는 플라즈마 반응기에 발생하는 스파크의 방전경로 상에 배치됨 - 를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호 혹은 펄스 발생부 - 상기 펄스 발생부는 고전압 압축 펄스를 생성하여 상기 플라즈마 반응기에 제공함 - 의 출력 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 입력 보호 수단; 상기 검출전류신호 및 검출전압신호를 이용하여 상기 스파크를 검출하기 위한 스파크 검출 수단; 및 상기 검출전류신호를 이용하여 방향성 스위칭 소자의 소손을 검출하기 위한 스위칭 소자 소손 검출 수단을 포함할 수 있다.
플라즈마 반응기, 스파크, 스위칭 소자, 고장, 검출

Description

스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로 및 방법{DETECTION CIRCUIT FOR GENERATION OF SPARK AND BREAKDOWN OF SWITCHING DEVICE AND ITS METHOD}
본 발명은 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 저온 플라즈마 반응기 내에 발생하는 스파크와 저온 플라즈마 반응기에 전원을 공급하는 전원장치 내 스위칭 소자의 고장을 검출하기 위한 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로 및 방법에 관한 것이다.
배가스 처리를 위한 탈황탈질 처리 시스템에 적용되는 저온 플라즈마 발생용 전원장치는 자기 압축에 의해 마이크로초의 고전압 펄스를 나노초로 압축하여 출력하며, 나노 펄스의 고전압을 플라즈마 반응기의 방전봉과 집진극 사이에 인가하면 플라즈마 방전이 발생한다. 이때 고전압 펄스와 배가스 성분 그리고 여러 운전 조건에 따라 플라즈마 반응기 내에 전기적 스파크가 발생하므로 이를 검출하기 위한 회로가 필요하다.
도 1에 도시된 종래의 플라즈마 이상 방전 검출 방법(일본공개특허 제2006-128304호)은, 전위 프로브로 전위 변동을 검출하고, 초음파 센서로 초음파를 검출 하여 전위 변동이 검출되는 타이밍과 동일 타이밍에 초음파가 검출되면 이상 방전이 발생한 것으로 판단한다. 그러나, 위와 같은 종래의 플라즈마 이상 방전 검출 방법은 스파크의 발생 여부를 파악할 수는 있지만, 발생한 스파크가 플라즈마 반응기 전원 공급 장치에 미치는 영향을 최소화시키기 위한 방전경로를 제공하거나, 방전경로 상의 반도체 스위칭소자의 고장을 검출할 수 있는 방법은 제시하지 못한다.
또한, 도 2에 도시된 종래의 플라즈마 전원장치용 아크 검출 회로(국내공개특허 제2006-94467호)는, 아크 상태에 대한 미분 요소인 출력단 리액터의 전압을 이용하여 아크를 검지하고 출력단에 설치된 방전회로를 통해 정류부의 출력단인 C-L 필터에 충전된 아크 에너지를 방전하여 소모시킴으로써 아크의 신속한 검지를 통해 과도한 아크 에너지가 부하단으로 유입되는 것을 막아준다. 그러나, 위와 같은 종래기술은, 먼저, 아크가 발생하는 경우 출력을 차단하므로 빈번하게 발생하는 아크의 횟수만큼 스위치 또한, 스위칭 동작을 수시로 행해야 하므로 플라즈마 반응기의 효율이 저하되는 문제가 발생하고, 둘째, 스위치가 고장을 일으킬 가능성이 매우 높고, 셋째, 스위칭가 고장난 경우에 이를 검출할 수 있는 대책이 전무하여 상업적으로 적용이 불가능한 회로이다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 플라즈마 반응기 내에 발생된 스파크를 방전시킬 수 있는 방전 경로를 제공함과 동시에 방전 경로 상에 배치된 방향성 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 반응기 내에 발생된 스파크의 발생을 검출함과 동시에 스파크의 방전 경로 상에 배치된 방향성 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 반응기 내에 발생된 스파크를 전류와 전압 2가지 방식으로 검출함으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로 및 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 방향성 스위칭 소자에 흐르는 역방향 전류만을 검출할 수 있는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로 및 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본원의 제1 발명에 따른 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로는, 방향성 스위칭 소자 - 상기 방향성 스위칭 소자는 플라즈마 반응기에 발생하는 스파 크의 방전경로 상에 배치됨 - 를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호 혹은 펄스 발생부 - 상기 펄스 발생부는 고전압 압축 펄스를 생성하여 상기 플라즈마 반응기에 제공함 - 의 출력 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 입력 보호 수단; 상기 검출전류신호 및 검출전압신호를 이용하여 상기 스파크를 검출하기 위한 스파크 검출 수단; 및 상기 검출전류신호를 이용하여 방향성 스위칭 소자의 소손을 검출하기 위한 스위칭 소자 소손 검출 수단을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 입력 보호 수단은, 상기 방향성 스위칭 소자를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제1 입력 보호 회로부; 상기 펄스 발생부로부터 출력되는 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제2 입력 보호 회로부; 및 상기 검출전류신호에 포함된 잡음 성분을 제거하기 위한 2차 저역 능동 필터부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스파크 검출 수단은, 상기 검출전류신호의 크기가 제1 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 출력하는 검출전류신호 레벨 검출부; 상기 검출전압신호의 크기가 제2 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 검출전압신호 레벨 검출부; 및 상기 검출전류신호 레벨 검출부의 출력과 검출전압신호 레벨 검출부의 출력을 논리곱하는 스파크 발생 판단부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스위칭 소자 소손 검출 수단은, 음방향 전류의 파형을 양방향으로 정류하는 음펄스 정류부; 및 상기 음펄스 정류부로부터 출력되는 정류신호가 소정의 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 소정 폭만큼 지연시켜 출력하는 스위칭 소자 소손 판단부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 입력 보호 회로부는, 양의 전원전압 방향으로 전류가 흐르도록 결합된 제1 다이오드; 및 음의 전원전압 방향으로 전류가 흐르도록 결합된 제2 다이오드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 검출전류신호 레벨 검출부는, 상기 제1 기준치 전압을 자신의 반전단자로 입력받고, 상기 검출전류신호를 비반전 입력저항을 거쳐 자신의 비반전단자로 입력받도록 구성된 제1 비반전 연산증폭기; 및 상기 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 검출전압신호 레벨 검출부는, 상기 제2 기준치 전압을 자신의 반전단자로 입력받고, 상기 검출전압신호를 비반전 입력저항을 거쳐 자신의 비반전단자로 입력받도록 구성된 제2 비반전 연산증폭기; 상기 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항; 및 상기 비반전 연산증폭기로부터 출력되는 펄스를 소정 시간 지연시켜 출력하기 위한 펄스지연부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 음펄스 정류부는, 접지전압을 자신의 비반전단자로 입력받고, 상기 검출전류신호를 자신의 반전단자로 입력받아 음펄스 정류신호를 출력하는 정류용 연산증폭기; 상기 정류용 연산증폭기의 출력단자로부터 상기 자신의 반전단자로 신호를 궤환하기 위한 음신호 궤환용 저항; 상기 음신호 궤환용 저항과 직렬연결된 음신호 도통 다이오드; 상기 정류용 연산증폭기의 반전단자로부터 상기 출력단자로 신호를 궤환하기 위한 양신호 궤환용 저항; 및 상기 양신호 궤환용 저항과 직렬연결된 양신호 도통 다이오드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스위칭 소자 소손 판단부는, 제3 기준치 전압을 자신의 반전단자로 입력받고, 상기 정류용 연산증폭기로부터 출력되는 음펄스 정류신호를 비반전 입력저항을 거쳐 자신의 비반전단자로 입력받도록 구성되는 제3 비반전 연산증폭기; 상기 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항; 및 상기 제3 비반전 연산증폭기로부터 출력되는 펄스의 폭을 소정 폭 연장하여 출력하기 위한 펄스폭연장부를 포함할 수 있다.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 방법은, 방향성 스위칭 소자 - 상기 방향성 스위칭 소자는 플라즈마 반응기에 발생하는 스파크의 방전경로 상에 배치됨 - 를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호, 혹은 펄스 발생부 - 상기 펄스 발생부는 고전압 압축 펄스를 생성하여 상기 플라즈마 반응기에 제공함 - 의 출력 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하는 입력 신호 보호 단계; 상기 검출전류신호 및 검출전압신호를 이용하여 상기 스파크를 검출하는 스파크 검출 단계; 및 상기 검출전류신호를 이용하여 방향성 스위칭 소자의 소손을 검출하는 스위칭 소자 소손 검출 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 입력 신호 보호 단계는, 상기 방향성 스위칭 소자를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제1 입력 보호 단계; 상기 펄스 발생부로부터 출력 되는 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제2 입력 보호 단계; 및 상기 검출전류신호에 포함된 잡음 성분을 제거하는 필터링 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스파크 검출 단계는, 상기 검출전류신호의 크기가 제1 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 출력하는 검출전류신호 레벨 검출 단계; 상기 검출전압신호의 크기가 제2 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 검출전압신호 레벨 검출 단계; 및 상기 검출전류신호 레벨 검출 단계의 출력과 검출전압신호 레벨 검출 단계의 출력을 논리곱하는 스파크 발생 판단 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스위칭 소자 소손 검출 단계는, 음방향 전류의 파형을 양방향으로 정류하여 음펄스 정류신호를 출력하는 음펄스 정류 단계; 및 상기 음펄스 정류신호가 소정의 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 소정 폭만큼 지연시켜 출력하는 스위칭 소자 소손 판단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로에 따르면, 플라즈마 반응기 내에 발생된 스파크를 방전시킬 수 있는 방전 경로를 제공함과 동시에 방전 경로 상에 배치된 방향성 스위칭 소자의 고장을 검출하고, 플라즈마 반응기 내에 발생된 스파크의 발생을 검출함과 동시에 스파크의 방전 경로 상에 배치된 방향성 스위칭 소자의 고장을 검출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 반응기의 스파크를 전류와 전압 2가지의 직접적인 방식으로 검출함으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 방향성 스위칭 소자의 소손시 역방향으로 전류가 도통되는 현상을 이용하여 검출하고, 이때 전류방향은 음이 되므로 이를 정류하여 양으로 취하는 대신 양의 값은 0으로 하여 방향성 스위칭 소자에 흐르는 역방향 전류만을 검출할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 플라즈마 전원공급에 따른 플라즈마 반응기에서의 동작 상태도로서, 도 3a는 정상 상태시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도 이고, 도 3b는 스파크 발생시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도이며, 도 3c는 스파크 방전 경로 상에 배치된 다이오드 소손시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도이다.
본 발명의 플라즈마 반응 시스템은 고전압 압축 펄스를 생성하는 펄스 발생부(310), 고전압 압축 펄스를 이용하여 플라즈마 반응을 일으키는 플라즈마 반응기(330), 펄스 발생부와 플라즈마 반응기 사이에 배치되어 고전압 압축 펄스를 저장 및 출력하며, 플라즈마 반응기에 발생하는 스파크를 방전시키는 스위칭부(320)를 포함한다.
본 발명에 따른 스위칭부(320)는 플라즈마 반응기(330)에 인가할 에너지를 저장하는 출력 커패시터(321), 저장된 에너지를 플라즈마 반응기(330)에 전달하기 위한 자기스위치(322), 플라즈마 반응기(330)의 잉여 에너지를 방전하기 위하여 플라즈마 반응기(330)와 병렬 결합된 잉여 에너지 방전용 인덕터(326) 및 잉여 에너지 방전용 저항(327), 플라즈마 반응기(330)에서 스파크가 발생하는 경우, 방전 경로를 생성하기 위하여 출력 커패시터와 병렬 결합된 스파크용 인덕터(323), 스파크용 저항(324), 및 스파크용 방향성 스위칭 소자(325)를 포함한다. 여기서, 스파크용 방향성 스위칭 소자(325)는 일실시예에 따르면, 다이오드일 수 있으나, 본 발명의 사상은 여기에 한정되지 아니하며, 방향성 전력용 스위칭 소자이면 어느 것을 사용하여도 무방하다.
도 3a는 정상 상태시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도로서, 출력 커패시 터(321)에 충전된 에너지가 자기 스위치(322)에 의해 플라즈마 반응기(330)로 전달되는 과정을 나타내고 있다. 이때 스파크 다이오드(325)는 역 극성에 의해 도통하지 않으므로 스파크용 인덕터(323)와 스파크용 저항(324)에는 전류가 흐르지 않고 플라즈마 반응기(330)의 방전 현상으로 잉여에너지 방전을 위한 잉여 에너지 방전용 인덕터(326)와 잉여 에너지 방전용 저항(327)에만 일부 전류가 흐른다.
도 3b는 스파크 발생시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도로서, 플라즈마 반응기(330)에서 스파크가 발생하는 경우의 회로동작을 나타내고 있다. 플라즈마 반응기(330)의 역방향 전압에 의해 접지단자를 거쳐 스파크 다이오드(325)의 순방향으로 전류가 도통하고, 이에 따라 스파크 인덕터(323), 스파크 저항(324)에 방전 경로가 형성되어 출력 커패시터(321)와 잉여 에너지 방전용 인덕터(326) 및 잉여 에너지 방전용 저항(327)에 영향을 미치지 않고 스파크 에너지가 방전된다.
도 3c는 스파크 방전 경로 상에 배치된 다이오드 소손시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도로서, 스파크 다이오드(325)가 소손된 경우의 회로동작을 나타내고 있다. 스파크 다이오드(325)가 소손되어 단락상태로 됨으로써 출력 커패시터(321)의 에너지가 플라즈마 반응기(330)로 전달되지 못하고 스파크 저항(323), 스파크 인덕터(324), 스파크 다이오드(325)로 흐르게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로도이다.
본 발명에 따른 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로는, 방향성 스위칭 소자를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출 전류신호(Di) 혹은 펄스 발생부(310)의 출력 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호(Dv)에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 입력 보호 수단; 입력 보호 수단으로부터 출력되는 검출전류신호(Di) 및 검출전압신호(Dv)를 이용하여 스파크를 검출하기 위한 스파크 검출 수단; 및 입력 보호 수단으로부터 출력되는 검출전류신호(Di)를 이용하여 방향성 스위칭 소자의 소손을 검출하기 위한 스위칭 소자 소손 검출 수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력 보호 수단은 방향성 스위칭 소자를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호(Di)에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제1 입력 보호 회로부(410), 펄스 발생부(310)로부터 출력되는 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호(Dv)에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제2 입력 보호 회로부(420), 검출전류신호(Di)에 포함된 잡음 성분을 제거하기 위한 2차 저역 능동 필터부(430)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 스파크 검출 수단은 검출전류신호의 크기가 소정의 기준치 전압보다 크면 "H" 상태 신호를 출력하는 검출전류신호 레벨 검출부(440), 검출전압신호의 크기가 소정의 기준치 전압보다 크면 "H" 상태 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 검출전압신호 레벨 검출부(450), 검출전류신호 레벨 검출부의 출력과 검출전압신호 레벨 검출부의 출력을 논리곱하여 스파크 발생을 판단하는 스파크 발생 판단부(460)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 스위칭 소자 소손 검출 수단은 음방향 전류의 파형을 양방향으로 정류하는 음펄스 정류부(470), 음펄스 정류부로부터 출력되는 정류신호가 소정의 기준치 전압보다 크면 "H" 상태 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 스위칭 소자 소손 판단부(480)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 스파크 발생 판단부(460)와 스위칭 소자 소손 판단부(480)로부터 출력되는 신호는 거리에 따른 출력신호의 감쇄와 왜곡방지를 위해 광신호로 출력될 수 있으며 포토 커플러의 다이오드 소손 검출 단부(491)과 스파크 검출 단부(492)와 결합할 수 있다.
더욱 구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제1 입력 보호 회로부(410)는 양의 전원전압(+15V)과 음의 전원전압(-15V) 사이에 각각 연결된 다이오드를 포함하며, 도 5a와 같이, 정전기와 같은 일시적 과전압이 검출전류신호(501)에 포함되는 경우, 도 5b와 같이, 소자 보호용 다이오드(421, 422)에 의해 소정 레벨의 상한치(504)와 하한치(505)에 의해 양 및 음의 과전압(502)이 제한되어 출력된다(503). 제2 입력 보호 회로부(420)의 구성 또한 제1 입력 보호 회로부(410)의 그것과 동일하다.
검출전류신호 레벨 검출부(440)는 입력되는 검출전류신호가 잡음 성분을 포함하더라도 상위제한치와 하위제한치를 두어 히스테리시스 밴드에 의해 검출전류신호의 레벨을 검출하도록 구성되며, 소정의 기준치 전압(443)을 반전단자(-)로 입력받고, 검출전류신호를 비반전 입력저항(441)을 거쳐 비반전단자(+)로 입력받는 비반전 OP-AMP(444)와, 히스테리시스 밴드폭의 설정을 위하여 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항(442)을 포함한다.
검출전압신호 레벨 검출부(450)는 소정의 기준치 전압(453)을 반전단자(-)로 입력받고, 검출전압신호를 비반전 입력저항(451)을 거쳐 비반전단자(+)로 입력받는 비반전 OP-AMP(454)와, 히스테리시스 밴드폭의 설정을 위하여 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항(452), 그리고, 비반전 OP-AMP(454)로부터 출력되는 펄스를 소정 시간 지연시켜 출력하기 위한 펄스지연부(455)를 포함한다. 여기서, 펄스지연부(455)는 지연 시간 혹은 펄스 폭을 조정할 수 있다.
음펄스 정류부(470)는 접지전압을 비반전단자(+)로 입력받고, 검출전류신호를 반전단자(-)로 입력받는 정류용 OP-AMP(472), 정류용 OP-AMP의 출력단자로부터 반전단자측으로 신호를 궤환하기 위한 음신호 궤환용 저항(471), 음신호 궤환용 저항(471)과 직렬연결된 음신호 도통다이오드(474), 정류용 OP-AMP의 반전단자로부터 출력단자측으로 신호를 궤환하기 위한 양신호 궤환용 저항(473), 양신호 궤환용 저항(473)과 직렬연결된 양신호 도통다이오드(475)를 포함하며, 음 방향 펄스를 양 방향으로 정류하고, 양 방향 펄스를 0으로 제거한다.
스위칭 소자 소손 판단부(480)는 소정의 기준치 전압(483)을 반전단자(-)로 입력받고, 음펄스 정류신호를 비반전 입력저항(481)을 거쳐 비반전단자(+)로 입력받는 비반전 OP-AMP(484)와, 히스테리시스 밴드폭의 설정을 위하여 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항(482), 그리고, 비반전 OP-AMP(484)로부터 출력되는 펄스 폭을 소정 폭 연장하여 출력하기 위한 펄스폭연장부(485)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스파크 검출 과정을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6a는 검출전압신호(601)와 소정의 기준치 전압(603)의 비교에 따라 비반전 OP-AMP(454)로부터 검출전압 구형파(602)가 발생되는 것을 나타내며, 도 6b는 검출전류신호(604)와 소정의 기준치 전압(606)의 비교에 따라 비반전 OP-AMP(444)로부터 검출전류 구형파(605)가 출력되는 발생되는 것을 나타낸다.
도 6c는 비반전 OP-AMP(454)로부터 출력되는 검출전압 구형파(602)가 펄스 지연부(455)를 거쳐 실제 스파크가 발생되는 시점으로 지연되어 검출전압 지연 구형파(607)로 출력되는 것을 나타낸다.
마지막으로, 도 6d는 검출전압 지연 구형파(607)과 검출전류 구형파(605)의 논리곱에 의해 출력되는 스파크 발생 판단 파형(608)을 나타내고 있다. 이에 따라 실제 스파크가 발생하는 시점을 검출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스파크 다이오드 소손 검출 과정을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7a에서는, 스파크 다이오드가 단락되어 소손되었을 때 다이오드의 역방향으로 전류가 흐르게 되는 스파크 다이오드 소손 검출 수단의 입력신호(701)를 나타낸다. 도 7b에서는, 음펄스 정류부(470)가 음 방향으로 도통되는 입력신호(701)성분만을 양의 펄스파(702)로 정류한 것을 나타내고, 도 7c에서는, 스위칭 소자 소손 판단부(480)가 양의 펄스파(702)를 정류된 소정의 기준치 전압(703)과 비교하여 출력하는 비교출력파형(404)을 나타낸다.
도 7d에서는, 펄스지연부(485)가 비교출력파형(404)의 펄스 폭을 지연시켜 출력하는 비교출력지연파형(705)을 나타낸다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 플라즈마 이상 방전 검출 흐름도,
도 2은 종래의 플라즈마 전원장치용 아크 검출 회로도,
도 3a는 정상 상태시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도,
도 3b는 스파크 발생시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도,
도 3c는 다이오드 소손시 플라즈마 반응 시스템의 동작 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 입력 보호 회로부의 입출력 파형도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스파크 검출 설명용 파형도, 및
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스파크 다이오드 소손 검출 설명용 파형도이다.
*도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명*
410: 제1 입력 보호 회로부 420: 제2 입력 보호 회로부
430: 2차 저역 능동 필터부 440: 검출전류신호 레벨 검출부
450: 검출전압신호 레벨 검출부 460: 스파크 발생 판단부
470: 음펄스 정류부 480: 스위칭 소자 소손 판단부
491: 다이오드 소손 검출 단부 492: 스파크 검출 단부

Claims (13)

  1. 방향성 스위칭 소자 - 상기 방향성 스위칭 소자는 플라즈마 반응기에 발생하는 스파크의 방전경로 상에 배치됨 - 를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호 혹은 펄스 발생부 - 상기 펄스 발생부는 고전압 압축 펄스를 생성하여 상기 플라즈마 반응기에 제공함 - 의 출력 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 입력 보호 수단;
    상기 검출전류신호 및 검출전압신호를 이용하여 상기 스파크를 검출하기 위한 스파크 검출 수단; 및
    상기 검출전류신호를 이용하여 방향성 스위칭 소자의 소손을 검출하기 위한 스위칭 소자 소손 검출 수단
    을 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입력 보호 수단은,
    상기 방향성 스위칭 소자를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제1 입력 보호 회로부;
    상기 펄스 발생부로부터 출력되는 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되 는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제2 입력 보호 회로부; 및
    상기 검출전류신호에 포함된 잡음 성분을 제거하기 위한 2차 저역 능동 필터부
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스파크 검출 수단은,
    상기 검출전류신호의 크기가 제1 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 출력하는 검출전류신호 레벨 검출부;
    상기 검출전압신호의 크기가 제2 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 검출전압신호 레벨 검출부; 및
    상기 검출전류신호 레벨 검출부의 출력과 검출전압신호 레벨 검출부의 출력을 논리곱하는 스파크 발생 판단부
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자 소손 검출 수단은,
    음방향 전류의 파형을 양방향으로 정류하는 음펄스 정류부; 및
    상기 음펄스 정류부로부터 출력되는 정류신호가 소정의 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 소정 폭만큼 지연시켜 출력하는 스위칭 소자 소손 판단부
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 입력 보호 회로부는,
    양의 전원전압 방향으로 전류가 흐르도록 결합된 제1 다이오드; 및
    음의 전원전압 방향으로 전류가 흐르도록 결합된 제2 다이오드
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  6. 제3항에 있어서, 상기 검출전류신호 레벨 검출부는,
    상기 제1 기준치 전압을 자신의 반전단자로 입력받고, 상기 검출전류신호를 비반전 입력저항을 거쳐 자신의 비반전단자로 입력받도록 구성된 제1 비반전 연산증폭기; 및
    상기 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항
    을 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  7. 제3항에 있어서, 상기 검출전압신호 레벨 검출부는,
    상기 제2 기준치 전압을 자신의 반전단자로 입력받고, 상기 검출전압신호를 비반전 입력저항을 거쳐 자신의 비반전단자로 입력받도록 구성된 제2 비반전 연산 증폭기;
    상기 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항; 및
    상기 비반전 연산증폭기로부터 출력되는 펄스를 소정 시간 지연시켜 출력하기 위한 펄스지연부
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  8. 제4항에 있어서, 상기 음펄스 정류부는,
    접지전압을 자신의 비반전단자로 입력받고, 상기 검출전류신호를 자신의 반전단자로 입력받아 음펄스 정류신호를 출력하는 정류용 연산증폭기;
    상기 정류용 연산증폭기의 출력단자로부터 상기 자신의 반전단자로 신호를 궤환하기 위한 음신호 궤환용 저항;
    상기 음신호 궤환용 저항과 직렬연결된 음신호 도통 다이오드;
    상기 정류용 연산증폭기의 반전단자로부터 상기 출력단자로 신호를 궤환하기 위한 양신호 궤환용 저항; 및
    상기 양신호 궤환용 저항과 직렬연결된 양신호 도통 다이오드
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스위칭 소자 소손 판단부는,
    제3 기준치 전압을 자신의 반전단자로 입력받고, 상기 정류용 연산증폭기로부터 출력되는 음펄스 정류신호를 비반전 입력저항을 거쳐 자신의 비반전단자로 입력받도록 구성되는 제3 비반전 연산증폭기;
    상기 비반전단자와 출력단자 사이에 결합된 밴드폭 설정 저항; 및
    상기 제3 비반전 연산증폭기로부터 출력되는 펄스의 폭을 소정 폭 연장하여 출력하기 위한 펄스폭연장부
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 회로.
  10. 방향성 스위칭 소자 - 상기 방향성 스위칭 소자는 플라즈마 반응기에 발생하는 스파크의 방전경로 상에 배치됨 - 를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호, 혹은 펄스 발생부 - 상기 펄스 발생부는 고전압 압축 펄스를 생성하여 상기 플라즈마 반응기에 제공함 - 의 출력 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하는 입력 신호 보호 단계;
    상기 검출전류신호 및 검출전압신호를 이용하여 상기 스파크를 검출하는 스파크 검출 단계; 및
    상기 검출전류신호를 이용하여 방향성 스위칭 소자의 소손을 검출하는 스위칭 소자 소손 검출 단계
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 입력 신호 보호 단계는,
    상기 방향성 스위칭 소자를 통과하는 스파크 고장 전류를 검출하는 전류 센서로부터 출력되는 검출전류신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제1 입력 보호 단계;
    상기 펄스 발생부로부터 출력되는 전압을 검출하는 전압 센서로부터 출력되는 검출전압신호에 의한 회로 손상을 방지하기 위한 제2 입력 보호 단계; 및
    상기 검출전류신호에 포함된 잡음 성분을 제거하는 필터링 단계
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 스파크 검출 단계는,
    상기 검출전류신호의 크기가 제1 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 출력하는 검출전류신호 레벨 검출 단계;
    상기 검출전압신호의 크기가 제2 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 소정 시간 지연시켜 출력하는 검출전압신호 레벨 검출 단계; 및
    상기 검출전류신호 레벨 검출 단계의 출력과 검출전압신호 레벨 검출 단계의 출력을 논리곱하는 스파크 발생 판단 단계
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 스위칭 소자 소손 검출 단계는,
    음방향 전류의 파형을 양방향으로 정류하여 음펄스 정류신호를 출력하는 음펄스 정류 단계; 및
    상기 음펄스 정류신호가 소정의 기준치 전압보다 크면 제1 논리 상태 신호를 소정 폭만큼 지연시켜 출력하는 스위칭 소자 소손 판단 단계
    를 포함하는 스파크 발생 및 스위칭 소자 고장 검출 방법.
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