KR20120114531A - 대전류용 단펄스 전류 발생기 - Google Patents

대전류용 단펄스 전류 발생기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대전류용 단펄스 전류 발생기에 관한 것으로서, 구체적으로는 다단으로 직렬 연결된 충전 회로에 충전된 전압이, 단일의 트리거 신호에 의해 연쇄적으로 신속하게 스위칭 동작에 의해 방전되면서 임펄스 전류를 생성하는 펄스 발생부; 상기 펄스 발생부의 동작을 위한 구동 신호를 생성하여 상기 펄스 발생부에 전달하는 스위치 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기를 이용하면, 급준한 대전류 임펄스 전류 파형을 효율적으로 발생할 수 있으며, 단일의 트리거 신호만으로 복수의 스위치를 제어하여 대전류용 임펄스 전류 파형을 출력할 수 있다.

Description

대전류용 단펄스 전류 발생기{SHORT PULSE CURRENT GENERATOR FOR HIGH CURRENT}
본 발명은 대전류용 단펄스 전류 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실제 발생가능한 전자기 펄스를 모의하기 위한 것으로 상승시간이 매우 빠른 단펄스 전류 발생기에 관한 것이다.
디지털 전자기기들의 급속한 보급에 따라 이들 기기의 장해로 인한 서비스의 중단 등은 사회적으로 막대한 손실 및 국가적인 혼란을 초래할 우려가 있다. 이러한 첨단 기기들은 집적화, 소형화가 급속도로 진행되고 있으나 이와 병행하여 전자기적인 펄스 (EMP Electromagnetic Pulse)에 대한 내성은 취약해지고 있는 실정이며 이에 대한 보호대책 연구가 수행되고 있다. 전자통신기술의 발전으로 산업 플랜트뿐만 아니라 일반 가정에서도 디지털 전기전자기기가 매우 광범위하게 사용되고 있는데, 이들 기기는 서지에 대한 내성이 약하므로 낙뢰와 같은 과도전압(서지 전압) 발생시 기기가 소손되는 고장사고가 증가하고 있다. 이를 예방하기 위해 여러 전기전자기기에도 서지(surge) 내성 시험을 수행하도록 IEC, IEEE 등의 관련규격에 명시되어 있으며 국내에서도 이를 적극적으로 도입하고 있다. 특히 종래에는 서지 보호기나 전기?전자기기의 낙뢰 서지(surge) 내성을 평가하기 위한 방법으로서 8/20㎲ 임펄스 전류 파형을 사용해 왔으나, 최근 그것보다 보다 에너지 밀도가 매우 큰 10/350㎲ 임펄스 전류 파형을 사용하도록 규정되었다.
그러나, 일부 선진국을 제외하고는 위와 같은 대용량 임펄스 시험 설비를 확보하지 못하고 있어 낙뢰보호 수단이 구비된 기기의 성능평가에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 임펄스 전류발생기는 일반적으로 커패시터(C)-저항(R)-인덕터(L)의 직렬회로로 구성되며 커패시터에 충전된 전하를 R-L를 통해 방전함으로써 임펄스 전류파형을 발생시킨다. 여기서 R, L, C 값의 상호관계에 따라 과진동파형, 감쇠진동파형, 비진동성파형이 발생한다.
도 1은 일반적인 임펄스 전류가 도시된 도로서, 임펄스 전류 파형의 파라미터를 설명하기 위한 것이다. 일반적인 임펄스 전류 파형은 파두장/파미장으로 표현한다. 파두장은 도 1에 도시된 바와 같이 임펄스 파형의 최대값에서 10%가 되는 지점과 90%가 되는 지점을 직선으로 연결하고, 이 선이 X축 및 100%와 만나는 교점 사이의 시간 간격(T1)을 나타내는데, 이는 최대값의 10%가 되는 지점의 시각(t1)과 90%가 되는 지점의 시각(t2)간의 차로 나타나는 상승시간(t2-t1)의 약 1.25배에 해당한다. 또한, 파미장은 최대값에서 50%로 감쇠되는 지점의 시각(t3)에서 규약원점(t0) 사이의 시간 간격(T2)을 나타낸다. 따라서, 일반적인 임펄스 전류 파형은 T1/T2로 표현될 수 있으며, 상술한 8/20㎲ 이나 10/350㎲의 표기는 상술한 바에 따라 표현된 것으로, 8/20㎲ 임펄스 전류 파형은 파두장이 8㎲, 파미장이 20㎲인 것을 나타낸다.
도 2는 일반적인 10/350㎲ 임펄스 전류 발생기의 구성이 도시된 도이다.
10/350㎲ 임펄스 전류 파형은 상승시간이 빠른데 비해 감쇠시간은 매우 긴 파형으로서 파두부는 R, L, C 직렬회로를 감쇠 진동조건으로 성형하며, 파미부는 R, L 직렬회로로 구성하여 시정수 L/R에 따라 전류가 지수함수로 감쇠하도록 구성된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 10/350㎲ 임펄스 전류 발생기는 제 1 스위치(SWS)가 턴 온되면서 RL-C 직렬회로가 형성되어 파두장이 형성되며, 전류 파형의 최고치(peak)에서 제 2 스위치(SWC)가 턴온 됨에 따라 R-L 회로로 방전되면서 파미장이 형성된다.
즉, 임펄스 전류 파형을 생성하기 위해서는 2개의 스위치가 요구되는데, 제 1 스위치(SWS)에 의해 전류 파형이 피크에 도달하는 순간, 제 2 스위치(SWC)가 턴 온 되어야 하므로, 두 개의 스위치(SWS, SWC)를 정확하게 상호 동기화시켜야 하며, 동기 정확도에 따라 임펄스 전류 발생기의 동작 신뢰도가 좌우될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 피 시험장치 내 회로의 임피던스(R3)에 따라라 전류 파형이 달라져, 저항이 수 mΩ에서 수백 mΩ 범위로 가변되는 MOV(Metal Oxide Varistor; 금속산화 바리스터)와 같은 소자를 적용하는 경우에는 시험시마다 다른 형태의 파형이 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 상기와 같이 종래 임펄스 전류 발생기에서 사용되는 스위치 소자는 구갭 형태의 대칭형 전극구조를 갖는 스위치가 사용되었으나 이는 온도 또는 습도 등의 주변 환경에 따라 동작특성이 달라지며 인가되는 직류전압의 크기에 따라 갭 간격을 조정해야 할 뿐만 아니라 방전시 큰 소음을 동반하는 등의 문제점이 있다.
수십 ns급의 빠른 상승 시간을 가지는 임펄스 전류파형을 발생하기 위해서는 동작특성이 매우 빠른 스위치가 요구되며 경우에 따라 대전류 발생을 위해 여러 개의 방전용 스위치가 사용되기도 한다. 그러나, 이들 스위치간의 트리거 방식에 따라 스위칭 동작에 시간지연이 발생하며 이로 인해 상승시간이 완만해 지거나 많은 노이즈 성분이 포함될 수 있으며 이는 단펄스 전류발생기의 성능에 미치는 영향이 크다.
본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 경제적이고 신뢰성이 우수한 대전류용 단펄스 전류 발생기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 파두장이 수십 나노초인 매우 급준한 대전류 임펄스 전류 파형을 효율적으로 발생할 수 있는 대전류용 단펄스 전류 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각 단의 전압 내량은 낮으면서 출력 전압은 단수에 비례하여 높아질 수 있는 대전류용 단펄스 전류 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단일의 트리거 신호에 의해 연쇄적으로 스위칭 동작이 이루어질 수 있는 대전류용 단펄스 전류 발생기를 제공하는 것이다.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기는 상용의 커패시터와 스파크 갭 스위치로 구성된 방전회로가 직렬로 다단 결합된 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기는 다단으로 직렬 연결된 충전 회로에 충전된 전압이, 단일의 트리거 신호에 의해 연쇄적으로 신속하게 스위칭 동작에 의해 방전되면서 임펄스 전류를 생성하는 펄스 발생부; 상기 펄스 발생부의 동작을 위한 구동 신호를 생성하여 상기 펄스 발생부에 전달하는 스위치 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 세부적 특징은 상기 펄스 발생부가, AC 전압을 제공받아 전달하는 전압조정회로; 상기 전압조정회로를 통해 전달된 전압을 고전압으로 승압하는 고전압 변압기; 상기 고전압 변압기를 통해 승압된 전압을 직류 고전압으로 변환하는 배전압 회로; 다수의 충전용 커패시터로 구성되어 상기 배전압 회로를 통해 전달되는 직류 고전압을 충전하는 고압 충전회로; 상기 스위치 제어부로부터 전달되는 트리거 신호에 따라 임펄스 전류의 출력 여부를 스위칭하는 방전 스위치부; 상기 방전 스위치부의 상태에 따라 상기 고압 충전회로에 충전된 전류를 피시험 부하장치에 전달하는 부하저항을 포함하여 이루어지는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 다른 세부적 특징은 상기 방전 스위치부는 음전극(-)에 상기 고압 충전회로의 커패시터가 연결된 구조를 갖는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 고압 충전회로의 커패시터는 병렬 연결 상태로 충전동작을 수행하는 구조를 갖는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 고압 충전회로의 커패시터는 상기 방전 스위치부의 동작에 따라 직렬 연결로 바뀌면서 방전 동작을 수행하는 구조를 갖는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 고압 충전회로의 커패시터에 충전된 전하가 전원회로로 흐르는 것을 방지하기 위한 역전류 방지용 다이오드를 더 구비하는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 방전 스위치부가, 상기 스위치 제어부로부터 전달되는 트리거 신호에 따라 동작하는 1차 방전 스위치; 상기 1차 방전 스위치에 직렬로 연결된 2차 방전 스위치로 이루어지는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 1차 방전 스위치가 동작 상태가 되면 이에 직렬로 연결된 2차 방전 스위치는 자동으로 트리거되는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 제 1, 2차 방전 스위치는 스파크 갭 스위치인 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 스위치 제어부가, 상기 단펄스 전류 발생부에 제공될 트리거 신호를 생성하는 실리콘 컨트롤 정류기(SCR) 스위치; 상기 실리콘 컨트롤 정류기 스위치의 동작을 제어하기 위한 SCR 컨트롤러; 상기 실리콘 컨트롤 정류기 스위치로부터 제공되는 신호를 상기 단펄스 전류 발생부에 전달하는 펄스 변압기를 포함하여 이루어지는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 SCR 컨트롤러는 설정된 전압이 되면 자동으로 상기 실리콘 컨트롤 정류기(SCR) 스위치에 트리거 신호를 인가하는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기의 또 다른 세부적 특징은 상기 SCR 컨트롤러는 상기 고압 충전회로에 현재 충전되는 전압을 측정하여 기준값과 비교하여 상기 실리콘 컨트롤 정류기(SCR) 스위치에 트리거 신호 인가 여부를 결정하는 점이다.
본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 파두장이 수십 나노초인 매우 급준한 대전류 임펄스 전류 파형을 효율적으로 발생할 수 있다.
둘째, 각 단의 전압 내량은 낮으면서 단수에 비례하여 높은 전압을 출력할 수 있다.
셋째, 단일의 트리거 신호만으로 복수의 스위치를 제어하여 대전류용 임펄스 전류 파형을 출력할 수 있다.
도 1은 임펄스 전류 파형 파라미터의 정의를 나타내는 예시도이다.
도 2는 일반적인 임펄스 전류발생기 기본 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류발생기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4는 도 3에서 단펄스 전류 발생부의 구성을 상세히 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 3에서의 스위치 제어회로의 구성을 상세히 나타낸 회로도이다.
도 6은 도 3에서의 방전 스위치의 개념을 나타낸 예시도이다.
도 7은 도 6에서 예시된 방전스위치의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8a 및 도 8b은 도 3에서의 2차 방전 스위치를 구동하기 위한 제 1 스위칭의 상태를 나타낸 예시도이다.
도 9는 스위치 구동 회로의 전류 및 전압 파형을 나타낸 예시도이다.
도 10은 2차 방전스위치가 동작할 때의 단펄스 전류의 흐름을 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 대전류용 단펄스 발생기의 출력 전류의 파형을 나타낸 예시도이다.
상승시간이 수십 나노초(ns) 정도로 매우 빠르며 동시에 최대값이 1000A이상인 임펄스 전류를 발생하기 위한 본 발명에 따른 대전류용 단펄스 전류 발생기는 도 3과 같이 크게 단펄스 전류발생부(100)와 스위치 제어부(200)로 구성된다. 단펄스 전류발생부(100)는 AC 전압을 제공받아 전달하는 전압조정회로(110), 상기 전압조정회로(110)를 통해 전달된 전압을 고전압으로 승압하는 고전압 변압기(120); 상기 고전압 변압기(120)를 통해 승압된 전압을 직류 고전압으로 변환하는 배전압 회로(130); 다수의 충전용 커패시터로 구성되어 상기 배전압 회로(130)를 통해 전달되는 직류 고전압을 충전하는 고압 충전회로(140); 상기 스위치 제어부(200)로부터 전달되는 트리거 신호에 따라 임펄스 전류의 출력 여부를 스위칭하는 방전 스위치부(150, 160); 상기 방전 스위치부(150, 160)의 상태에 따라 상기 고압 충전회로(140)에 충전된 전류를 피시험 부하장치에 전달하는 부하저항(170)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 방전 스위치부(150, 160)는 상기 스위치 제어부(200)로부터 전달되는 트리거 신호에 따라 동작하는 1차 방전 스위치(150), 상기 1차 방전 스위치(150)에 직렬로 연결된 2차 방전 스위치(160)로 이루어진다.
한편, 상기 스위치 제어부(200)는 상기 단펄스 전류 발생부(100)의 1차 방전 스위치(150)에 제공될 트리거 신호를 생성하는 실리콘 컨트롤 정류기(SCR) 스위치(220); 상기 실리콘 컨트롤 정류기 스위치(220의 동작을 제어하기 위한 SCR 컨트롤러(240); 상기 실리콘 컨트롤 정류기 스위치(220)로부터 제공되는 신호를 상기 단펄스 전류 발생부에 전달하는 펄스 변압기(230)를 포함하여 이루어진다.
급준한 단펄스 전류 파형을 발생하기 위해서는 동작 속도가 매우 빠른 방전스위치와 이를 신속하게 트리거할 수 있는 회로가 필요하다. 또한 관련 시험규격에서 명시된 발생기의 소스임피던스 조건(일반적으로 수-수십Ω)을 만족시키면서 수 kA이상의 대전류를 발생하기 위해서는 커패시터에 수십-수백 kV이상의 고전압으로 충전해야만 하며 이를 스위칭하기 위해서는 역시 수십-수백 kV급의 방전용 스위치가 필요하다. 그러나, 이러한 특성의 스위치와 커패시터를 적용하기에는 현실적으로 어려우므로 본 발명에서는 상용의 커패시터와 스파크갭 스위치(Spark gap switch)로 구성된 방전회로를 직렬로 다단 결합함으로써 각 단의 전압 내량은 낮으면서 출력전압은 단수에 비례하여 높아질 수 있도록 설계하였다.
본 발명에서는 전류 최대값 5,000A, 파두장 20ns, 파미장이 500ns인 펄스 전류발생기를 단펄스 전류발생기의 일례로써 설명하고 있으며 이를 이용하여 이와 유사한 파라미터를 갖는 단펄스 전류발생기의 구현이 가능할 것으로 본다.
본 발명에 의한 단펄스 전류발생기의 기본회로는 도 4와 같이 직렬 연결된 2개의 방전 스위치 소자(150, 160), 충전용 커패시터(144a, 144b) 및 부하저항(170) 등으로 구성된다. 1차 방전 스위치(150)의 음전극(-)에는 상기 고압 충전회로(140)의 커패시터(C1)가, 2차 방전 스위치(160)의 음전극에는 상기 고압 충전회로(140)의 커패시터(C2, C3)가 연결된 구조를 갖는다.
상기 고압 충전회로(140)의 커패시터(C1, C2, C3)는 병렬 연결 상태로 충전동작을 수행하다가, 상기 방전 스위치(150, 160)의 동작에 따라 직렬 연결로 바뀌면서 방전 동작을 수행한다.
다이오드(D1, D2)는 상기 고압 충전회로(140)의 커패시터(C1, C2, C3)에 충전된 전하가 전원회로로 흐르는 것을 방지하기 위한 것이다.
동작원리를 설명하자면 전압조정회로(110)에서 AC 전압이 입력되면, 고전압 변압기(120)을 통해 AC 고전압으로 승압된다. 승압된 AC 전압은 배전압회로(130)를 통해 수십 kV의 직류 고전압으로 변환된다. 이러한 직류 고전압은 충전용 저항(Rch)(141)를 통해 충전용 커패시터(C1, C2)(144a, 144b)에 충전된다. SCR 컨트롤러(240)는 RH1(142a)과 RH2(142b)로 구성된 분압회로로부터 현재 충전되는 전압을 측정하여 설정된 전압이 되면 자동적으로 SCR(220)에 트리거 신호를 인가하고, SCR이 동작하여 1차 방전스위치(150)를 트리거한다. 1차 방전스위치(150)가 동작 상태가 되면 직렬 연결된 2차 방전 스위치(160)도 자동으로 트리거되도록 구성된다. 이와 같이 1, 2차 방전스위치(150, 160)가 모두 닫힌 상태가 되면 병렬 연결되어 있던 C1(144a), C2(144b)가 직렬 연결로 바뀌면서 각 커패시터에 충전된 전압의 2배에 해당하는 전압이 부하저항(170)을 통해 시험품(EUT)(Equipment Under Test)에 인가된다.
1차 방전스위치(150)를 동작시키기 위한 스위치 제어회로(200)는 도 5과 같이 구성된다. 동작원리는 Ra(221a)을 통해 CP(222)에 고전압이 충전된 상태에서 SCR(220)의 게이트단에 제어신호가 인가되면 SCR(220)이 도통된다. 커패시터 CP(222)에 충전된 전하가 펄스변압기(230)의 1차 측으로 흘러 변압기(230)를 자화시킨다. 1차 전압은 펄스변압기(230)의 권선비(1:15)에 따라 승압되어 2차 권선(P1, P2)에 연결된 1차 방전스위치(150)의 게이트 전극(153)에 트리거를 위한 펄스전압이 인가된다.
이하에서는 1차 방전스위치(150)의 트리거에 의해 자동으로 동작되는 2차 방전스위치(160)의 동작 과정을 설명한다.
도 6은 현재 일반적으로 적용되고 사용되는 스파크 갭 형태의 방전 스위치(150, 160)로써 두 개의 방전용 전극(151, 152)과 트리거를 위한 게이트 전극(153)으로 구성된다. 도 6과 같이 - 전극(152)과 게이트 전극(153) 간에는 물리적으로 커패시터(Cg(154))가 존재하며 이는 일반적으로 수십 pF 정도의 값을 갖는다. 스파크갭의 게이트 전극(153)에 일정 전압 이상이 인가되면 전극 양단(151, 152)간이 도통되어 닫힘상태가 되는 스위치이다.
도 7은 방전용 스위치(150, 160)를 일반스위치로 간략화하여 동작 원리를 설명하기 위한 것으로 위에서 언급한 바와 같이 스위치 S2(160)는 - 전극(152)쪽에 커패시터(C3, C4)(144B, 146)가 연결된 구조로 나타낼 수 있다. 스위치 S1(150)도 동일한 구조이나 이는 인위적으로 트리거 신호에 의해 동작시키는 방식으로 본 설명에서는 단순히 스위치로 나타낸다. 직류 고전압 V0(배전압회로(130)의 출력전압)가 Rch(141)를 통해 인가되면 C1(144a), C2(144b)가 각각 V0으로 충전된다. 여기서 동일한 시정수를 얻기 위해서는 C1(144a)=C2(144b), R1(145a)=R2(145b)인 조건을 만족해야 한다. 또한 C3(146)도 V0로 충전되며 방전스위치 내부 커패시터 Cg(154) 양단에는 전압이 인가되지 않은 상태이다. 여기서 C1(144a), C2(144b)는 에너지를 충방전하기 위한 커패시터이며 C3(146)는 2차 방전스위치를 트리거 하기 위한 것으로 C1(144a), C2(144b)에 비해 매우 적은 커패시턴스를 갖는 소자로써 충전시간이 매우 빠르다.
도 8a는 초기 충전 상태를 도 8b는 1차 방전 스위치(S1)(150)가 턴온 상태가 되었을 때를 나타낸 것이다. 현재 직류 고전압이 인가된 상태에서 C1(144a), C2(144b), C3(146)는 V0로 충전되며 초기상태에서의 커패시터의 극성은 도 8(a)와 같이 A-B 양단에는 +V0, B-C 양단은 0, C-D 양단은 -V0이다. (C점의 전위가 D점의 전위보다 낮으므로 -V0로 표시함). 이 상태에서 1차 방전스위치 S1(150)이 동작하면 도 8(b)와 같이 커패시터 C1(144a)이 상대적으로 부극성을 가지며 Cg(154) 양단(B-C)에는 순간적으로 전압이 상승하게 된다. 이때 A-C간에 흐르는 전류는 아래의 식과 같다.
Figure pat00001
도 9는 스위치 구동 회로의 전류 및 전압 파형을 나타낸 예시도로서, 트리거 신호 인가시 A-C간에 흐르는 전류 및 A-C간, B-C간의 전압 파형을 나타낸다. 도 9에 나타낸 것과 같이 A-C간에 펄스전류(IAC)가 발생하며, 이는 Cg(154) 양단의 전압을 급격하게 상승시킨다. 이 전압이 2차 방전스위치(160)의 트리거 전압 이상이 되면 스파크 갭 스위치의 +전극(151)과 -전극(152) 사이에 방전이 발생하며 이로 인해 스위치가 도통된다. 이상의 과정에 의해 커패시터(144a, 144b)가 충전된 상황에서 1차 방전스위치(150)가 동작하면 자동적으로 2차 방전스위치(160)가 동작하고 C1(144a)과 C2(144b)의 병렬연결이 직렬연결로 바뀌면서 도 10과 같이 -2V0의 전압이 부하저항(RL)(170)을 거쳐 시험품(EUT)에 인가된다. 이러한 스위치 제어방법은 기존의 방법에 비해 매우 간결하고 신뢰성있는 동작특성을 보이며 외부의 노이즈에 매우 강하다. 또한 2차 방전스위치(160)가 1차 방전스위치(150) 동작 후 별도의 트리거 장치 없이 자동으로 동작함으로써 스위치 제어회로(200)를 매우 간결하게 구성할 수 있다. 또한 커패시터(144a 또는 144b)와 스위치(150 또는 160)로 구성된 방전회로의 단수를 증가시키면 증가된 단수와 비례하여 더 큰 출력 값을 얻을 수 있다.
도 4에서 다이오드 D1(143a), D2(143b)는 각각 C1(144a), C2(144b)에 충전된 전하가 전원회로로 흐르는 것을 방지하기 위한 것이며, R1(145a)은 C1(144a)을 충전시키는 동시에 방전 시 방전전류가 R1(145a)으로 흐르지 않고 시험품(EUT)과 부하저항 RL(170)으로 흐르도록 하기 위한 것으로 부하저항 RL(170)에 비해 매우 큰 값이다. R3(145c)는 2차 방전스위치(160)의 Cg(154)에 전압차가 생길 수 있도록 함과 동시에 방전 시 방전전류가 R3(145c)로 흐르지 않고 시험품과 부하저항으로 흐르도록 하기 위한 것으로 R1(145a)과 마찬가지로 부하저항 RL(170)에 비해 매우 큰 값이다.
본 발명에서는 임펄스 파형의 파두장을 빠르게 하기 위해서는 인덕터성분이 최소화 되어야 하며 파미장은 충전용 커패시터(C1, C2)(144a, 144b)의 값을 조정하여 변경 가능하다.
도 11은 본 발명에 따른 대전류용 단펄스 발생기의 출력 전류의 파형을 나타낸 예시도이다.
EUT: Equipment Under Test 100: 단펄스 전류 발생부
200: 스위치 제어부 SCR: 실리콘 컨트롤 정류기

Claims (12)

  1. 다단으로 직렬 연결된 충전 회로에 충전된 전압이, 단일의 트리거 신호에 의해 연쇄적으로 신속하게 스위칭 동작에 의해 방전되면서 임펄스 전류를 생성하는 펄스 발생부;
    상기 펄스 발생부의 동작을 위한 구동 신호를 생성하여 상기 펄스 발생부에 전달하는 스위치 제어부를 포함하여 이루어지는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 발생부는,
    AC 전압을 제공받아 전달하는 전압조정회로;
    상기 전압조정회로를 통해 전달된 전압을 고전압으로 승압하는 고전압 변압기;
    상기 고전압 변압기를 통해 승압된 전압을 직류 고전압으로 변환하는 배전압 회로;
    다수의 충전용 커패시터로 구성되어 상기 배전압 회로를 통해 전달되는 직류 고전압을 충전하는 고압 충전회로;
    상기 스위치 제어부로부터 전달되는 트리거 신호에 따라 임펄스 전류의 출력 여부를 스위칭하는 방전 스위치부;
    상기 방전 스위치부의 상태에 따라 상기 고압 충전회로에 충전된 전류를 피시험 부하장치에 전달하는 부하저항을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방전 스위치부는 음전극(-)에 상기 고압 충전회로의 커패시터가 연결된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고압 충전회로의 커패시터는 병렬 연결 상태로 충전동작을 수행하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고압 충전회로의 커패시터는 상기 방전 스위치부의 동작에 따라 직렬 연결로 바뀌면서 방전 동작을 수행하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고압 충전회로의 커패시터에 충전된 전하가 전원회로로 흐르는 것을 방지하기 위한 역전류 방지용 다이오드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 방전 스위치부는,
    상기 스위치 제어부로부터 전달되는 트리거 신호에 따라 동작하는 1차 방전 스위치;
    상기 1차 방전 스위치에 직렬로 연결된 2차 방전 스위치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 1차 방전 스위치가 동작 상태가 되면 이에 직렬로 연결된 2차 방전 스위치는 자동으로 트리거되는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1, 2차 방전 스위치는 스파크 갭 스위치인 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 단펄스 전류 발생부에 제공될 트리거 신호를 생성하는 실리콘 컨트롤 정류기(SCR) 스위치;
    상기 실리콘 컨트롤 정류기 스위치의 동작을 제어하기 위한 SCR 컨트롤러;
    상기 실리콘 컨트롤 정류기 스위치로부터 제공되는 신호를 상기 단펄스 전류 발생부에 전달하는 펄스 변압기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 SCR 컨트롤러는 설정된 전압이 되면 자동으로 상기 실리콘 컨트롤 정류기(SCR) 스위치에 트리거 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 SCR 컨트롤러는 상기 고압 충전회로에 현재 충전되는 전압을 측정하여 기준값과 비교하여 상기 실리콘 컨트롤 정류기(SCR) 스위치에 트리거 신호 인가 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 대전류용 단펄스 전류 발생기.
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