KR20130014429A - 승압 수단을 구비한 파워 서플라이 장치 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 2차측 외부 도체 전위용 적어도 2개의 2차측 탭 및 2차측 중성 도체 전위용 하나의 탭을 구비한 제 1 변압기(T1) 및 2개의 파워 컨트롤러들(V1, V2)을 포함하는 파워 서플라이 장치에 관한 것이며, 상기 제 1 변압기의 정격 작동 중에 2차측 외부 도체 전위용 탭들 중 제 1 탭과 2차측 중성 도체 전위용 탭 사이에서 제 1 변압기의 정격 전압이 강하하고, 2차측 외부 도체 전위용 탭들이 상기 2개의 파워 컨트롤러를 통해 파워 서플라이 장치의 출력부의 외부 도체 접속부에 접속되고, 상기 파워 서플라이 장치가 상기 제 1 변압기(T1)의 2차측에 정격 전압보다 높게 전압을 승압시키는 전압 승압 수단(T2)을 포함한다.

Description

승압 수단을 구비한 파워 서플라이 장치{POWER SUPPLY DEVICE WITH VOLTAGE BOOSTING MEANS}
이 발명은 2차측 외부 도체 전위용 적어도 2개의 2차측 탭들 및 2차측 중성 도체 전위용 탭 하나를 구비한 제 1 변압기 및 2개의 파워 컨트롤러를 포함하는 파워 서플라이 장치로서, 상기 제 1 변압기의 정격 작동 중에 2차측 외부 도체 전위용 탭들 중 제 1 탭과 2차측 중성 도체 전위용 탭 사이에서 제 1 변압기의 정격 전압이 강하하고, 2차측 외부 도체 전위용 탭들이 상기 2개의 파워 컨트롤러를 통해 파워 서플라이 장치의 출력부의 제 1 접속부에 접속되는, 파워 서플라이 장치에 관한 것이다.
이러한 파워 서플라이 장치들은 출원인 또는 출원인의 양도인의 다수의 특허 공보 및 특허 출원의 공개 공보에 개시되어 있다. 교과서들, 예컨대 "Thyristorised Power Controllers" G.K. Dubey, S.R. Doradla, A. Joshi 및 R.M.K. Sinha, ISBN 0-85226-190-X, 2009. 1월에도 이러한 파워 서플라이 장치가 개시되어 있다.
이러한 파워 서플라이 장치의 파워 컨트롤러들은 일반적으로 전압 시퀀스 제어가 이루어지도록 제어된다. 이러한 파워 서플라이 장치는 지멘스 방법에 따라 화학적 증착(CVD)에 의해 폴리실리콘을 제조하기 위한 리액터에 종종 사용된다. 파워 서플라이 장치의 이러한 사용은 출원인의 특허 출원에 의해 공지되어 있다.
전압 시퀀스 제어되는 파워 서플라이 장치의 장점은 상기 전압이 예컨대 0 내지 2500 V의 큰 전압 범위에서 다른 파워 서플라이 장치에 비해 높은 역률 및 높은 파워 범위로 제공될 수 있다는 것이다.
지멘스 방법에 따라 폴리실리콘을 제조하기 위한 프로세스에서, 처음에는 높은 전압에 의해 구동되는 전류가 처음에는 높은 전기 저항을 가지고 실리콘 로드(얇은 실리콘 로드 또는 헤어 핀이라고도 함)를 통해 흐른다. 얇은 실리콘 로드의 일정한 가열 후에 저항은 급격히 줄어든다. 이를 통상 얇은 실리콘 로드가 점화했다고 말한다. 점화 후, 전압이 감소될 수 있다.
얇은 실리콘 로드를 통해 흐르는 전류는 얇은 실리콘 로드를 지멘스 방법에 따른 증착을 위해 필요한 온도로 가열한다. 증착에 의해 얇은 실리콘 로드에 실리콘이 증착됨으로써, 그 직경이 커지고, 그것이 현상되어 실리콘 로드를 형성한다. 실리콘 로드의 직경이 커짐에 따라, 실리콘 로드를 통해 흐르는 전류의 전기 저항은 줄어든다. 따라서, 증착 프로세스 중에, 실리콘 로드에 인가되는 전압이 더욱 줄어든다. 즉, 증착 프로세스의 초기에 얇은 실리콘 로드의 점화 전에 파워 서플라이 장치에 의해 최대 전압이, 그리고 프로세스의 끝에는 최저 전압이 제공되어야 하는 것으로 나타났다.
프로세스의 작동 방식에 따라 그리고 리액터에 따라 상이한 초기 전압이 필요하거나 또는 바람직하다.
지금까지는 제 1 변압기에 의해 제공될 수 있는 2차 정격 전압이 필요한 최대 전압에 상응하도록 파워 서플라이 장치를 설계하는 것이 통상적이었다. 이것은 경우에 따라 개별적으로 조정된 변압기 및 정격 전압에 따라 조정된 파워 컨트롤러가 필요하게 한다. 둘 다 파워 서플라이 장치의 제조를 복잡하게 하고 제조 비용을 높인다.
이 발명의 과제는 파워 서플라이 장치 또는 파워 서플라이 장치의 적어도 중요한 부품의 표준화가 가능해지도록 전술한 방식의 파워 서플라이 장치를 개선하는 것이다.
상기 과제는 이 발명에 따라 파워 서플라이 장치가 제 1 변압기의 2차 측에 정격 전압 보다 높게 전압을 승압시키는 전압 승압 수단을 포함함으로써 달성된다.
제 1 변압기의 정격 전압 또는 제 1 변압기에서 탭된 전압보다 높게 전압을 승압시키는 전압 승압 수단을 파워 서플라이 장치의 출력부에 제공함으로써, 파워 서플라이 장치의 소정 정격 전압이 제 1 변압기의 정격 전압을 초과하는 경우에도 제 1 변압기가 사용될 수 있다. 따라서, 제 1 변압기는 지금까지는 더 높은 정격 전압을 가진 다른 변압기를 사용해야 했던 파워 서플라이 장치에도 사용될 수 있다.
바람직하게는 전압 승압 수단이 접속 가능한 제 2 변압기이다. 제 2 변압기의 접속은 스위치 또는 파워 컨트롤러에 의해 이루어질 수 있다. 접속을 위해, 2차측 외부 도체 전위용 제 1 변압기의 탭들에 접속된 파워 컨트롤러들이 제공될 수 있다.
제 2 변압기가 단권 변압기인 것이 특히 바람직하다.
제 2 변압기의 중간 탭이 제 1 변압기의 제 1 탭에, 즉 제 1 변압기의 2차측 중성 도체 전위에 비해 최대로 높은 2차측 외부 도체 전위용 탭에 접속될 수 있다. 접속은 파워 컨트롤러 및/또는 스위치의 중간 접속 하에 이루어질 수 있고, 상기 파워 컨트롤러 및/또는 스위치에 의해 단권 변압기가 전압 승압 수단으로서 접속될 수 있다.
단권 변압기의 변압기 코일의 제 1 단부에 있는 탭은 제 1 변압기의 탭에, 바람직하게는 두 번째로 높은 2차측 외부 도체 전위용 제 1 변압기의 탭에 접속될 수 있다. 접속은 파워 컨트롤러 및/또는 스위치의 중간 접속 하에 이루어질 수 있고, 상기 파워 컨트롤러 및/또는 스위치에 의해 단권 변압기가 전압 승압 수단으로서 접속될 수 있다.
단권 변압기의 변압기 코일의 제 2 단부에 있는 탭은 출력부의 제 1 접속부와 접속될 수 있다. 접속은 파워 컨트롤러 및/또는 스위치의 중간 접속 하에 이루어질 수 있고, 상기 파워 컨트롤러 및/또는 스위치에 의해 단권 변압기가 전압 승압 수단으로서 접속될 수 있다.
이 발명에 따른 파워 서플라이 장치 내에 사용된 파워 컨트롤러는 사이리스터 파워 컨트롤러일 수 있다. 사용된 스위치는 컨버터 밸브, 특히 사이리스터, GTO, IGBT 또는 다른 것으로 이루어진 스위치일 수 있다. 스위치는 바람직하게 양방향성이다.
이 발명에 의해, 파워 서플라이 장치 또는 파워 서플라이 장치의 적어도 중요한 부품의 표준화가 가능해진다.
이 발명의 다른 특징들 및 장점들은 하기 2개의 실시예 설명에 상세히 설명된다.
도 1은 제 1 실시예의 회로도,
도 2는 제 2 실시예의 회로도.
도 1 및 도 2에 도시된 이 발명에 따른 파워 서플라이 장치의 회로도는 제 1 변압기(T1), 상기 제 1 변압기(T1)의 2차측 탭들에 접속된 2개의 파워 컨트롤러들(V1, V2), 상기 2개의 파워 컨트롤러들(V1, V2)을 제어하는 2단 전압 시퀀스 제어부(상세히 도시되지 않음), 및 양 방향성 스위치 또는 파워 컨트롤러를 통해 접속될 수 있는 전압 승압 수단(T2)을 포함한다.
제 1 변압기(T1) 및 2개의 파워 컨트롤러들(V1, V2)은 공지된 방식으로 서로 접속된다. 제 1 변압기(T1)는 2차측에 3개의 탭을 포함하고, 2개의 탭에서는 2차측 외부 도체 전위가 제공되는 한편, 제 3 탭에서는 2차측 중성 도체 전위가 제공된다. 외부 도체 전위용 2개의 탭들은 파워 컨트롤러들(V1, V2)을 통해 제 1 접속부, 이 발명에 따른 파워 서플라이 장치의 출력부의 외부 도체 접속부에 접속된다. 중성 도체 전위용 탭은 제 2 접속부, 출력부의 중성 도체 접속부에 접속된다. 출력부에는 부하로서 3개의 저항들이 접속되고, 상기 저항들은 예컨대 실리콘 로드들 또는 얇은 실리콘 로드들 일 수 있고, 상기 실리콘 로드들은 지멘스 방법에 따라 화학적 증착에 의해 폴리실리콘을 제조하기 위한 리액터 내에 배치된다.
파워 컨트롤러들(V1, V2)은, 제 1 변압기(T1)의 0 V 내지 정격 전압 사이의 임의의 전압을 설정하기 위해, 전압 시퀀스 제어부에 의해 공지된 방식으로 제어될 수 있다.
파워 서플라이 장치의 출력부에 제 1 변압기(T1)의 정격 전압보다 더 높은 전압을 제공하기 위해, 정격 작동시 2차측 외부 도체 전위용 탭들 중 제 1 탭에 인가되는 변압기의 정격 전압보다 높게 전압을 승압시키는 전압 승압 수단들(T2)이 제공된다. 상기 전압 승압 수단들은 2개의 실시예에서 제 2 변압기에 의해 형성된다. 상기 제 2 변압기는 단권 변압기(T2)이다.
도 1 및 도 2에 도시된 2개의 실시예는 단권 변압기(T2)가 나머지 파워 서플라이 장치 내로 결합되는 또는 접속될 수 있는 방법이 상이하다.
제 1 실시예에서, 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 중간 탭은 2개의 역 평행으로 접속된 사이리스터로 이루어진 양방향성 스위치(VB1)를 통해 제 1 변압기(T1)의 제 1 탭에, 즉 2차측 중성 도체 전위에 비해 최대로 높은 외부 도체 전위용 탭에 접속된다. 이에 반해, 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 제 1 단부에 있는 탭은 2차측 중성 도체 전위에 비해 두 번째로 높은 외부 도체 전위를 가진 제 1 변압기의 탭에 접속된다.
단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 제 2 단부에 있는 탭은 2개의 역 평행으로 접속된 사이리스터로 이루어진 파워 컨트롤러(VB2)를 통해 출력부의 외부 도체 접속부에 접속된다.
스위치(VB1) 및 파워 컨트롤러(VB2)가 접속되며 파워 컨트롤러(V1 및 V2)가 차단되면, 출력부에서 전압(UL)이 강하하고, 상기 전압은 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 제 2 단부와 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 중간 탭 사이에서 강하하는 전압(UB)과 제 1 변압기(T1)의 2차 전압의 합에 상응한다. 파워 컨트롤러(VB2)의 위상각 제어에 의해 상기 전압의 높이가 설정될 수 있다.
이에 반해, 스위치(VB1) 또는 파워 컨트롤러(VB2)가 차단되면, 파워 컨트롤러(V1, V2)를 통해 공지된 방식으로 출력 전압(UL)이 전압 시퀀스 제어에 의해 설정될 수 있다.
제 1 실시예의 변형예에서, 사이리스터(VB1)는 파워 컨트롤러로서 사용되고 위상각 제어에 의해 제어될 수 있다. 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 제 2 단부는 이 경우 출력부의 외부 도체 접속부와 직접 접속될 수 있다. 단권 변압기(T2)의 접속 및 출력 전압의 설정은 전압 승압의 경우 파워 컨트롤러(VB1)에 의해 이루어진다. 사이리스터들(VB2)은 양방향성 스위치로서 사용될 수 있거나 또는 라인으로 대체될 수 있다.
제 2 실시예에서 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 중간 탭은 제 1 변압기(T1)의 2차 코일의 제 1 탭, 즉 2차측 중성 도체 전위에 비해 최대로 높은 외부 도체 전위용 탭에 직접 접속된다. 제 2 실시예에서, 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 제 1 단부에 있는 탭은 2개의 역 평행으로 접속된 사이리스터들로 이루어진 양방향성 스위치(V3)를 통해 제 1 변압기(T1)의 탭에, 즉 2차측 중성 도체 전위에 비해 두 번째로 높은 외부 도체 전위에 접속된다. 제 2 실시예에서, 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 제 2 단부에 있는 탭은 2개의 역 평행으로 접속된 사이리스터로 이루어진 양방향성 스위치(VB4)를 통해 제 1 변압기(T1)의 2차 코일의 제 1 탭, 즉 최대로 높은 외부 도체 전위용 탭에 접속된다. 스위치(VB4) 및 파워 컨트롤러(V2)가 차단되고 파워 컨트롤러(V1) 및 스위치(VB3)가 접속되면, 제 2 실시예에 따른 파워 서플라이 장치의 출력부에서 전압(UL)이 강하하고, 상기 전압(UL)은 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 중간 탭과 단권 변압기(T2)의 변압기 코일의 제 2 탭 사이에서 강하하는 전압과 제 1 변압기(T1)의 2차 전압의 합에 상응한다. 파워 컨트롤러(V1)에 의해 출력 전압의 높이가 설정될 수 있다.
이에 반해, 스위치(VB4)가 접속되고 스위치(VB3)가 차단되면, 제 2 실시예에 따른 파워 서플라이 장치는 전압 시퀀스 제어되는 종래의 파워 서플라이 장치와 같이 사용될 수 있다.
파워 컨트롤러 또는 양방향성 스위치용 소자로서 임의의 다른 적합한 소자, 특히 파워 반도체 소자, 예컨대 IGBT가 사용될 수 있다. 양방향성 스위치로서 게이트 또는 릴레이의 사용도 가능하다.
T1 변압기
V1, V2 파워 컨트롤러

Claims (6)

  1. 2차측 외부 도체 전위용 적어도 2개의 2차측 탭 및 2차측 중성 도체 전위용 하나의 탭을 구비한 제 1 변압기(T1) 및 2개의 파워 컨트롤러들(V1, V2)을 포함하는 파워 서플라이 장치로서, 상기 제 1 변압기의 정격 작동 중에 2차측 외부 도체 전위용 탭들 중 제 1 탭과 2차측 중성 도체 전위용 탭 사이에서 정격 전압이 강하하고, 2차측 외부 도체 전위용 탭들은 상기 2개의 파워 컨트롤러들을 통해 상기 파워 서플라이 장치의 출력부의 외부 도체 접속부에 접속되는, 파워 서플라이 장치에 서,
    상기 파워 서플라이 장치가 상기 제 1 변압기(T1)의 2차측에 상기 정격 전압보다 높게 전압을 승압시키는 전압 승압 수단(T2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 파워 서플라이 장치.
  2. 제 1항에서, 상기 전압 승압 수단(T2)이 접속 가능한 제 2 변압기인 것을 특징으로 하는, 파워 서플라이 장치.
  3. 제 2항에서, 상기 제 2 변압기가 단권 변압기(T2)인 것을 특징으로 하는, 파워 서플라이 장치.
  4. 제 3항에서, 상기 제 2 변압기(T2)의 중간 탭이 경우에 따라 파워 컨트롤러(VB1, VB2) 또는 스위치(VB1, VB2, VB3, VB4)의 중간 접속 하에 상기 제 1 변압기의 제 1 탭에 접속되는 것을 특징으로 하는, 파워 서플라이 장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에서, 상기 단권 변압기의 변압기 코일의 제 1 단부에 있는 탭이 경우에 따라 파워 컨트롤러 또는 스위치의 중간 접속 하에 상기 제 1 변압기의 탭에, 바람직하게는 두 번째로 높은 2차측 외부 도체 전위용 제 1 변압기의 탭에 접속되는 것을 특징으로 하는, 파워 서플라이 장치.
  6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에서, 상기 단권 변압기의 상기 변압기 코일의 제 2 단부에 있는 탭이 경우에 따라 파워 컨트롤러 또는 스위치의 중간 접속 하에 상기 출력부의 제 1 접속부와 접속되는 것을 특징으로 하는, 파워 서플라이 장치.
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