KR20150053055A - Power supply unit for magnetron including noise reduction circuit - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a power supply unit for a magnetron and, more specifically to a power supply unit for a magnetron comprised by using a semi-conductive switching element, wherein a noise reduction circuit is included, which is capable of removing noise being flown inside from the outside such as a magnetron power heater. The present invention comprises: a power switch including a semi-conductive switching element; a unit power module including a power condenser connected serially to the power switch; a power unit including one or more power unit modules which are connected serially; a charging circuit charging the power condenser; a pulse transformer coil raising the voltage of power output signals from the power unit; and a noise reduction circuit connected in parallel to both input sockets of a magnetron heat generating filament, wherein a secondary output of the pulse transformer coil is connected to one input terminal of the magnetron heat generating filament. By comprising the power switch by using the semi-conductive switching element, and by including the noise reduction circuit to the power supply unit for the magnetron, the noise flown from the outside including the magnetron power heater and the like can be appropriately reduced, and the power supply unit for the magnetron is semi-permanent.

Description

잡음 제거 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치 {Power supply unit for magnetron including noise reduction circuit}Technical Field [0001] The present invention relates to a magnetron power supply including a noise canceling circuit,

본 발명은 마그네트론 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체 스위치 소자를 사용하여 마그네트론 전원 공급 장치를 구성함에 있어, 마그네트론 히터 전원 등 외부로부터 유입되는 잡음을 제거할 수 있는 잡음 제거 회로를 포함하여 구성된 마그네트론 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetron power supply device, and more particularly, to a magnetron power supply device using a semiconductor switch device, including a noise canceling circuit capable of removing noise from an external source such as a magnetron heater power supply To a magnetron power supply.

마그네트론(Magnetron)은 전기장과 자기장이 서로 수직으로 인가되는 교차장(crossed field)이 존재하는 진공 환경에서 발생된 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환하여 방사하는 고효율, 고출력의 전자기파 발생 장치이다. 마그네트론은 다양한 용도로 응용되고 있는데, 915MHz 대역의 마이크로파 해동/가열 시스템으로부터 2.45GHz의 마이크로파 오븐, 9.5GHz 대역의 선박용 레이더, 35GHz 대역의 기상 관측용 레이더, 95GHz 대역의 공항 관제용 레이더 등의 시스템에 적용되고 있고, 그 외에도 다양한 분야에서 사용되고 있다.Magnetron is a high-efficiency, high-power electromagnetic wave generator that converts electric energy of an electron beam generated in a vacuum environment in which a crossed field, in which an electric field and a magnetic field are vertically applied, into high-output electromagnetic wave energy. The magnetron is used for various purposes. It is used for various applications such as microwave oven of 2.45GHz, microwave oven of 9.5MHz band, marine radar of 9.5GHz band, weather radar of 35GHz band, and airborne radar of 95GHz band And is used in various fields.

이러한 마그네트론에 전력을 공급하기 위한 전원 공급 장치도 또한 그 용도에 따라 다양한데, 특히 고전압 대전류가 사용되는 마그네트론의 경우, 그 특성에 따라 통상 싸이러트론(Thyratron)을 스위치로 사용하여 전원 공급 장치를 구성하여 마그네트론을 구동시켜 왔다. 예를 들어, 근래 의료용 중입자 가속기 등 다양한 용도로 사용되고 있는 입자 가속기의 경우, 마그네트론의 양극 전압(anode volatage)은 약 30~50kV, 양극 전류(anode current)는 약 80~100A를 가지며, 주기적으로 약 4~5μs의 펄스폭(pulse width)을 가지는 펄스가 생성되는 규격의 전원 공급 장치가 구성되어 적용된다. 이에 따라서 여기에 적용되는 스위치도 고전압 및 대전류의 전원을 제어할 수 있는 특성을 가지는 싸이러트론(Thyratron)이 많이 사용되어 왔다. 도 1에서는 상기한 구조를 가지는 종래의 마그네트론 전원 공급 장치를 도시하고 있고, 도 2에서는 상기한 펄스를 포함하는 전원의 파형을 예시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 펄스 형성 네트워크(Pulse Forming Network, PFN)와 연결된 싸이러트론(110)이 스위치로서 동작하면서 펄스 파형을 형성하게 된다. 그런데, 이러한 싸이러트론(110)은 양극과 음극 사이에 그리드를 하나 또는 둘 가진 열음극방전관(음극을 가열하여 열전자방출을 이용하는 방전관) 내지 그리드 제어 방전관으로서 관 속에 음극, 그리드, 양극의 전극이 있고 수소, 비활성기체, 수은증기 등의 가스가 봉입되어 있는 구조를 가지는 바, 사용 환경에 따라 달라질 수는 있으나, 일반적인 반도체 스위치 소자와 비교할 때 그 수명이 짧다는 문제가 있다. 이와 함께, 싸이러트론(110)은 높은 규격의 전기적 특성이 요구되는 바 그 단가가 상당히 높기 때문에, 짧은 수명에 따른 주기적인 교체 비용이 크게 상승하게 된다는 문제점이 있다.The power supply for supplying power to the magnetron also varies according to the application. In particular, in the case of a magnetron in which a high voltage and a large current are used, a power supply is usually constituted by using a thyratron as a switch, To drive the magnetron. For example, in the case of a particle accelerator used for various purposes such as medical accelerator for medical use, the magnetron has an anode voltage of about 30 to 50 kV, an anode current of about 80 to 100 A, A power supply of a standard in which a pulse having a pulse width of 4 to 5 μs is generated is applied and configured. Accordingly, a thyratron, which has a characteristic to control a high voltage and a high current power source, has been widely used. FIG. 1 shows a conventional magnetron power supply apparatus having the above-described structure. FIG. 2 illustrates a waveform of a power source including the above-described pulse. As shown in FIG. 1, a cyclotron 110 connected to a pulse forming network (PFN) operates as a switch to form a pulse waveform. The cyclotron 110 has a cathode, a grid, and an anode in a tube as a hot cathode discharge tube (a discharge tube that uses a cathode to heat and emit thermoelectrons) or a grid control discharge tube having one or two grids between an anode and a cathode Hydrogen, inert gas, mercury vapor, or the like is enclosed. However, there is a problem that the lifetime is shorter than that of a general semiconductor switch element, although it may vary depending on the use environment. In addition, since a high standard electric characteristic is required for the cyclotron 110, the cyclotron 110 has a considerably high unit price, and therefore, there is a problem in that the cyclic replacement cost increases significantly with a short lifetime.

이에 대한, 개선책으로 반도체 스위치 소자를 사용하여 상기 싸이러트론(110)을 대체하는 전원 공급 장치를 구성하는 방안을 고려할 수 있다. 도 3에서는 복수개의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용하여 전원 공급 장치를 구성한 예를 도시하고 있다. 그러나 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 등 반도체 스위치 소자를 포함하는 전원 공급 장치를 사용하여 마그네트론에 전원을 공급하는 경우, 마그네트론에 포함되는 열방출 필라멘트를 가열하기 위한 마그네트론 히터 전원 등 외부에서 발생하는 잡음이 상기 전원 공급 장치로 유입되어 전원의 품질을 떨어뜨리는 등 정상적인 동작을 방해하거나, 더 나아가 순간적으로 반도체 스위치 소자의 정격 전압 범위를 넘어서면서 상기 소자를 파손시키거나, 이에 이르지는 않더라도 소자 내부에 손상을 가하여 그 성능을 열화시킬 수 있게 된다.As a solution to this problem, it is possible to consider a method of constructing a power supply for replacing the above-mentioned cyclotron 110 by using a semiconductor switch element. FIG. 3 shows an example in which a plurality of insulated gate bipolar transistors are used to configure a power supply. However, when power is supplied to the magnetron by using a power supply device including a semiconductor switch device such as an insulated gate bipolar transistor, noise generated from the outside, such as a magnetron heater power for heating the heat emission filament included in the magnetron, It is possible to prevent damage to the inside of the device even if the device breaks down or does not happen immediately after exceeding the rated voltage range of the semiconductor switch device. As shown in Fig.

따라서, 마그네트론 전원 공급 장치의 수명을 제한할 수 있는 싸이러트론 등의 부품을 반도체 스위치 소자로 대체하여 전원 공급 장치를 구성함과 동시에, 마그네트론 히터 전원 등 외부로부터 유입되는 잡음을 적절하게 제거할 수 있는 잡음 제거 회로를 포함하는 것이 필요하나, 아직까지 이를 만족시킬 수 있는 적절한 마그네트론 전원 공급 장치가 제시되지 못하고 있다.Therefore, it is possible to construct a power supply device by replacing a component such as a thyratron which can limit the lifetime of a magnetron power supply device with a semiconductor switch device, and to appropriately remove noise from the outside such as a magnetron heater power source It is necessary to include a noise elimination circuit, but there is not yet a suitable magnetron power supply device capable of satisfying this.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 마그네트론 전원 장치에서 사용되는 싸이러트론 스위치의 단수명에 의한 높은 유지 관리 비용 문제를 해결할 수 있도록 반도체 스위치 소자를 사용하여 전원 공급 장치를 구성하면서도, 마그네트론 히터 전원 등 외부로부터 유입되는 잡음을 적절하게 제거할 수 있는 잡음 제거 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor switch device, which is capable of solving the problem of high maintenance cost due to short life of a silatron switch used in a magnetron power supply, And an object of the present invention is to provide a magnetron power supply device including a noise canceling circuit which can appropriately remove a noise introduced from the outside such as a magnetron heater power while constituting the apparatus.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 마그네트론 전원 공급 장치는 반도체 스위치 소자를 포함하는 전원 스위치; 상기 전원 스위치와 직렬 연결되는 전원 콘덴서를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈; 하나 이상의 상기 단위 전원 모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부; 상기 전원 콘덴서를 충전하는 충전 회로; 및 마그네트론 열방출 필라멘트의 양 입력 단자에 병렬 연결되는 잡음 제거 회로를 포함하여 구성되며, 상기 전원부의 출력 단자는 상기 마그네트론 열방출 필라멘트의 일 입력 단자에 연결되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetron power supply including: a power switch including a semiconductor switch device; A unit power module including a power capacitor connected in series with the power switch; A power unit having at least one unit power module connected in series; A charging circuit for charging the power capacitor; And a noise canceling circuit connected in parallel to both input terminals of the magnetron heat releasing filament, wherein an output terminal of the power source is connected to one input terminal of the magnetron heat releasing filament.

여기서, 상기 반도체 스위치 소자로서 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용할 수 있다.Here, an insulated gate bipolar transistor may be used as the semiconductor switch element.

또한, 상기 잡음 제거 회로는 2개 이상 병렬로 연결된 콘덴서가 포함된 것일 수 있다.The noise cancellation circuit may include two or more capacitors connected in parallel.

또한, 상기 잡음 제거 회로는 서로 용량이 다른 것 2개 이상의 콘덴서를 포함할 수 있다.In addition, the noise cancellation circuit may include two or more capacitors having different capacities from each other.

또한, 상기 잡음 제거 회로는 1 ~ 3μF의 용량 및 8 ~ 12μF의 용량을 가지는 2개의 콘덴서를 포함할 수 있다.In addition, the noise cancellation circuit may include two capacitors having a capacitance of 1 to 3 μF and a capacitance of 8 to 12 μF.

또한, 상기 충전 회로와 전원 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The controller may further include a controller for controlling operations of the charging circuit and the power switch.

또한, 상기 전원부의 전원 출력 신호의 왜곡(Distortion)을 보상하여 주는 전원 보정 회로를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a power correction circuit that compensates for a distortion of the power output signal of the power unit.

또한, 상기 전원 보정 회로는 병렬로 연결된 콘덴서와 인덕터를 포함하여 구성되며, 상기 각 전원 스위치와 전원 콘덴서의 사이에 삽입되는 것일 수 있다.In addition, the power correction circuit may include a capacitor and an inductor connected in parallel, and may be inserted between the power switch and the power capacitor.

본 발명의 다른 측면에 따른 마그네트론은 앞서 기재된 마그네트론 전원 공급 장치를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부; 및 상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetron comprising: a magnetron power supply unit including the magnetron power supply unit; And a microwave oscillation unit for generating microwaves by receiving power from the magnetron power supply unit.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 입자 가속기는 앞서 기재된 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론; 입자를 발생시키는 입자 생성부; 및 상기 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a particle accelerator comprising: a magnetron generating a microwave as described above; A particle generating unit for generating particles; And a particle accelerator for accelerating the particle using the microwave.

본 발명에 따르면, 반도체 스위치 소자를 사용하여 전원 스위치를 구성하고, 이와 함께 잡음 제거 회로 포함하여 마그네트론 전원 공급 장치를 구성함으로써, 마그네트론 히터 전원 등 외부로부터 유입되는 잡음을 적절하게 제거할 수 있고 반영구적 수명을 가지는 마그네트론 전원 공급 장치를 구현하는 효과를 갖는다.According to the present invention, a power switch is constituted by using a semiconductor switch element, and a magnetron power supply including a noise elimination circuit is constituted to appropriately remove external noise such as a magnetron heater power source, The magnetron power supply device according to the present invention has the effect of realizing the magnetron power supply device.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 싸이러트론을 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 싸이러트론을 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 파형 그래프이다.
도 3은 종래 기술에 따른 반도체 스위치 소자를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 제거 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 5는 본 발명을 적용할 수 있는 전원 보정 회로를 추가한 반도체 스위치 소자를 이용하는 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른 잡음 제거 회로에 의한 전압 파형 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
FIG. 1 is a circuit diagram of a magnetron power supply apparatus using a conventional silatron.
2 is a waveform graph of a magnetron power supply apparatus using a quiltingron according to the prior art.
3 is a circuit diagram of a magnetron power supply device using a semiconductor switch device according to the related art.
4 is a circuit diagram of a magnetron power supply including a noise canceling circuit according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram of a magnetron power supply apparatus using a semiconductor switch element to which a power compensation circuit applicable to the present invention is added.
6 is a graph of voltage waveforms by a noise canceling circuit according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another Is used.

본 발명은, 종래 기술에 따라 싸이러트론(Thyratron)을 사용하여 마그네트론 전원 장치를 구성할 경우, 싸이러트론의 단수명 및 높은 단가로 인하여 주기적인 교체 비용이 커지게 되어 마그네트론의 유지 관리 비용이 크게 증가하게 되고, 또한 상기 싸이러트론 대신 반도체 스위치 소자를 사용하여 상기 전원 장치를 구성하는 경우 마그네트론 히터 전원 등 외부로부터 유입되는 잡음(noise)에 의하여 상기 반도체 스위치 소자의 파손 또는 열화가 발생할 수 있다는 문제점에 착안하여, 상기 싸이러트론을 사용한 마그네트론 전원 공급 장치의 수명을 개선하기 위하여 반도체 스위치 소자를 사용함에 있어, 마그네트론 히터 전원 등 외부로부터 유입되는 잡음(noise)을 적절하게 제거할 수 있는 잡음 제거 회로를 포함하여 상기 마그네트론 전원 공급 장치를 구성함으로써 상기 반도체 스위치 소자의 파손 또는 열화를 방지할 수 있고 반영구적 수명을 가지는 마그네트론 전원 공급 장치를 개시하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, when a magnetron power supply apparatus is constructed using a Thyratron according to the prior art, the replacement cost of the magnetron is increased due to a short lifetime and a high unit price of the thyratron, When the power supply device is constructed by using a semiconductor switch element instead of the above-mentioned cyclotron, damage or deterioration of the semiconductor switch element may occur due to noise introduced from the outside such as a magnetron heater power source In order to improve the lifetime of the magnetron power supply device using the above-mentioned cyclotron, a semiconductor switching device is used, and a noise eliminating device capable of appropriately removing the noise introduced from the outside such as a magnetron heater power source Circuitry to provide the magnetron power supply By characterized in that the start of the magnetron power supply, having a semi-permanent life and can prevent damage or deterioration of the semiconductor switching element.

도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 제거 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치(400)의 회로도를 도시하고 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 잡음 제거 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치(400)는 반도체 스위치 소자를 포함하는 전원 스위치(314), 상기 전원 스위치(314)와 직렬 연결되는 전원 콘덴서(312)를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈(310), 하나 이상의 상기 단위 전원 모듈(310)이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부, 상기 전원 콘덴서(312)를 충전하는 충전 회로(320), 및 마그네트론(410) 열방출 필라멘트의 양 입력 단자에 병렬 연결되는 잡음 제거 회로를 포함하여 구성되며, 이때 상기 전원부의 출력 단자는 상기 마그네트론(410) 열방출 필라멘트의 일 입력 단자에 연결되게 된다.FIG. 4 shows a circuit diagram of a magnetron power supply 400 including a noise canceling circuit according to an embodiment of the present invention. 4, a magnetron power supply 400 including a noise canceling circuit according to an embodiment of the present invention includes a power switch 314 including a semiconductor switch element, a power switch 314, A power supply unit including at least one unit power supply module 310 connected in series, a charging circuit for charging the power supply capacitor 312, And a noise eliminating circuit connected in parallel to both the input terminals of the magnetron 410 and the heat releasing filament 410. The output terminal of the power unit is connected to one input terminal of the magnetron 410 do.

본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 제거 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치(400)를 보다 구체적으로 살핀다면, 앞서 살핀 바와 같이 마그네트론 전원 공급 장치의 출력 전압은 통상 상당히 높은 값(예를 들어, 선형 가속기 등에 사용되는 경우 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 약 40kV 내외)을 가지며, 이와 같은 높은 전압을 반도체 스위치 소자로 스위칭하기 위해서 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 복수개의 반도체 스위치 소자를 직렬로 연결하여 사용하게 된다. 또한, 상기와 같이 높은 전압을 출력하기 위하여 복수개의 전원 콘덴서(312)에 충전 회로(320)를 연결하여 각 전원 콘덴서(312)를 충전하여 준 후, 동기화된 제어 신호를 통하여 상기 반도체 스위치 소자를 도통시켜 줌으로써 도 2와 같은 출력을 얻을 수 있게 된다.If we look more specifically at a magnetron power supply 400 that includes a noise cancellation circuit according to one embodiment of the present invention, as previously discussed, the output voltage of the magnetron power supply is typically a fairly high value (e.g., 2), and in order to switch such a high voltage to a semiconductor switch element, a plurality of semiconductor switch elements are connected in series as shown in FIG. 3 . In order to output the high voltage as described above, the charging circuit 320 is connected to the plurality of power capacitors 312 to charge the respective power capacitors 312, The output as shown in FIG. 2 can be obtained.

이와 같이, 상기 충전 회로(320)가 상기 전원 콘덴서(312)를 충전시켜 소정의 전압 레벨까지 상승시키게 되고, 이러한 일련의 단위 전원 모듈(310)이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부의 출력은 각 단위 전원 모듈(310)의 전압 레벨의 합에 근접하게 된다. 예를 들어 도 4의 경우를 살펴보면, 각 단위 전원 모듈(310)의 전원 콘덴서(312)에는 600V의 전압이 걸려 있는 상태이므로, 상기 단위 전원 모듈(310)이 70개 직렬로 연결되어 구성된 전원부의 출력 전압은 42kV에 근접하게 된다. 이어서, 상기 전원 스위치(314)를 단속하면서 펄스 파형을 형성하게 된다. 덧붙여, 상기 충전 회로(320)는 하나의 회로로서 구성될 수도 있으나, 각 단위 전원 모듈(310) 별로 독립적으로 구성되는 충전 모듈이 집합을 이루어 전체 충전 회로(320)를 구성할 수도 있다.In this way, the charging circuit 320 charges the power supply capacitor 312 to a predetermined voltage level. The output of the power supply unit, which is formed by connecting the series of unit power supply modules 310 in series, The voltage level of the power module 310 becomes close to the sum of the voltage levels of the power module 310. For example, in the case of FIG. 4, a voltage of 600 V is applied to the power supply capacitor 312 of each unit power supply module 310, so that the power supply unit composed of 70 unit power supply modules 310 connected in series The output voltage is close to 42 kV. Then, a pulse waveform is formed while interrupting the power switch 314. In addition, the charging circuit 320 may be configured as a single circuit, but the charging modules formed independently for each unit power source module 310 may be a set of the entire charging circuits 320.

이때, 상기 전원 스위치(314)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 등 반도체 스위치 소자를 사용하여 구성될 수 있다. 종래 많이 사용되었던 싸이러트론(110)은 그 수명이 길지 못한데 반하여, 고체 소자로 형성되는 반도체 스위치 소자를 사용하여 상기 전원 스위치(314)를 구성할 경우, 그 수명을 크게 늘릴 수 있게 된다. 이에 따라, 높은 단가의 싸이러트론(110)의 교체에 따른 높은 유지 관리 비용을 상당 부분 절감할 수 있게 된다.At this time, the power switch 314 may be formed using a semiconductor switch device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT). The life span of the power switch 314 can be greatly increased when the power switch 314 is formed by using a semiconductor switch device formed of a solid device while the lifetime of the conventionally used silicon switch 110 is not long. Accordingly, a high maintenance cost due to the replacement of the high cost unit of the cyclotron 110 can be considerably reduced.

그런데, 상기 마그네트론(410)은 그 동작 과정에서 마그네트론 히터 전원(420) 등 외부로부터의 잡음(noise)에 의한 문제에 노출될 수 있다. 마그네트론(410)의 동작 과정에 대한 상세한 내용은 아래와 같다. 먼저, 마그네트론(410)은 그 구동에 앞서 마그네트론 히터 전원(420)을 이용하여 마그네트론(410) 내부의 열방출 필라멘트에 약 15A의 전류를 흘려주어 2000°C 까지 가열하면서 열전자 방출을 유도한다. 이어서, 마그네트론(410) 전원 장치를 이용하여 40kV의 전압 등 해당 마그네트론(410)이 요구하는 전원을 상기 마그네트론(410)의 캐쏘드(Cathode)에 인가한다. 그런데, 이때 상기 마그네트론 히터 전원(420)은 접지(Ground)가 없는 전기 회로로서 그 작동에 따라 많은 잡음(noise)을 발생시키게 되고, 그 중 일부 잡음은 마그네트론 전원 장치로 유입되어 정상 동작을 방해하거나, 나아가서 상기 마그네트론 전원 장치의 반도체 소자 등을 파손시키는 등의 문제점을 유발할 수 있다.However, the magnetron 410 may be exposed to a problem caused by external noise such as the magnetron heater power source 420 during its operation. The details of the operation of the magnetron 410 are as follows. Before the magnetron 410 is driven, a current of about 15 A is supplied to the heat-releasing filament in the magnetron 410 using the magnetron heater power source 420 to induce thermoelectrons emission while heating to 2000 ° C. Then, a power source required by the corresponding magnetron 410, such as a voltage of 40 kV, is applied to the cathode of the magnetron 410 by using a magnetron 410 power source device. However, at this time, the magnetron heater power source 420 is an electric circuit without a ground, and generates a lot of noise according to its operation, and some noise enters the magnetron power source device to interfere with normal operation And further, the semiconductor device of the magnetron power supply device may be damaged.

종래 기술에 따른 싸이러트론(110)을 이용한 마그네트론 전원 장치의 경우에는 상기와 같은 잡음(noise)에 노출되더라도 그 동작에 문제가 발생할 수는 있더라도, 싸이러트론(110) 등 소자 자체가 파손되지는 않으나, 본 발명의 경우에는 마그네트론 전원 장치가 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 등 반도체 스위치 소자를 포함하여 구성되므로, 상기와 같은 마그네트론 히터 전원(420)의 잡음이 과도할 경우 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 등 반도체 스위치 소자가 파손되거나 손상될 수 있어, 보다 심각한 결과를 야기할 수 있다.In the case of the magnetron power supply apparatus using the cyclotron 110 according to the related art, even if it is exposed to the noise as described above, although the operation may be troublesome, the apparatus itself such as the cyclotron 110 may not be damaged However, in the case of the present invention, the magnetron power supply device includes a semiconductor switch device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT). Therefore, when the noise of the magnetron heater power source 420 is excessive, A semiconductor switch element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) may be damaged or damaged, which may cause more serious consequences.

또한, 상기 마그네트론 히터 전원(420)에 의하여 유발되는 잡음이 상기 반도체 스위치 소자를 파손 내지 손상시킬 정도에 이르지는 않는 경우에도, 그 잡음에 의하여 전원 공급이 불안정하게 될 수 있으므로, 마그네트론(410)의 안정적인 동작을 방해할 수 있게 된다.In addition, even if the noise caused by the magnetron heater power source 420 does not reach the level of breaking or damaging the semiconductor switch element, the power supply may become unstable due to the noise, So that stable operation can be prevented.

도 6(a)에서는 마그네트론 히터 전원(420)에 의하여 유발된 잡음(noise)에 의한 마그네트론 전원 장치의 전압 파형을 예시하고 있다. 도 6(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 전압 파형이 잡음에 의하여 불규칙적으로 유동하게 되고, 경우에 따라서는 도 6(a)에 표시된 A, B의 경우처럼 순간적으로 매우 높거나(B), 매우 낮은(A) 전압 레벨을 초래할 수 있다. 이러한 경우, 상기 마그네트론 전원 장치를 구성하는 반도체 스위치 소자의 정격 전압 범위를 넘어서게 될 수 있고, 이에 따라 상기 반도체 스위차 소자가 파손되거나, 또는 그 내부 구조에 손상을 가하여 성능을 열화시키는 문제를 유발할 수 있게 된다.6 (a) illustrates a voltage waveform of a magnetron power supply device due to noise caused by a magnetron heater power source 420. In FIG. As can be seen in FIG. 6 (a), the voltage waveform is irregularly flowing due to noise, and in some cases, it is instantaneously very high (B), as in the cases of A and B shown in FIG. 6 Resulting in a very low (A) voltage level. In this case, the voltage may exceed the rated voltage range of the semiconductor switch device constituting the magnetron power supply device, thereby damaging the semiconductor switch device or damaging the internal structure thereof, resulting in deterioration of performance .

따라서, 본 발명에서는 이를 방지하기 위한 잡음 제거 회로를 추가함으로써, 상기한 문제를 개선하고자 하였다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 마그네트론(410) 열방출 필라멘트의 양 입력 단자에 병렬 연결되는 잡음 제거 회로를 추가하여 줌으로써 도 6(a)에서 볼 수 있는 전압 파형의 잡음(noise)을 제거하여 도 6(b)와 같이 안정적인 전압 출력 파형을 유지하도록 할 수 있다. 이때, 상기 잡음 제거 회로로서 잡음제거 콘덴서(440)를 사용할 수 있으며, 경우에 따라서는 복수개의 잡음제거 콘덴서(440)를 병렬로 연결하여 사용하는 것도 가능하다. 보다 자세하게 살핀다면, 통상 잡음(noise)는 다양한 주파수 대역에 걸쳐 불규칙하게 나타나게 되므로, 다양한 주파수의 잡음을 제거할 수 있도록 다양한 용량의 잡음제거 콘덴서(440)를 포함하여 구성하는 것이 적절하다. 실험적으로는 마그네트론(410)의 전원 환경을 고려하였을 때, 고주파 잡음 제거를 위한 약 10μF의 콘덴서와 저주파 잡음 제거를 위한 약 2μF의 콘덴서를 병렬 연결하여 상기 잡음 제거 회로를 구성하는 것이 보다 바람직하다.Therefore, in the present invention, an attempt has been made to improve the above-mentioned problem by adding a noise canceling circuit for preventing this. As shown in FIG. 4, the noise elimination circuit connected in parallel to the positive input terminal of the magnetron 410 heat releasing filament is added to eliminate the noise of the voltage waveform shown in FIG. 6 (a) It is possible to maintain a stable voltage output waveform as shown in Fig. 6 (b). At this time, the noise cancellation capacitor 440 may be used as the noise cancellation circuit, and in some cases, a plurality of noise cancellation capacitors 440 may be connected in parallel. More specifically, it is preferable that noise is removed irregularly over various frequency bands. Therefore, it is preferable to include a noise cancellation capacitor 440 of various capacities so as to remove noise of various frequencies. Experimentally, when considering the power supply environment of the magnetron 410, it is preferable to construct the noise elimination circuit by connecting a capacitor of about 10 μF for high frequency noise removal and a capacitor of about 2 μF for low frequency noise removal in parallel.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따르는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(400)는 충전 회로(320)와 전원 스위치(314)의 동작을 제어하는 제어부(330)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(330)는 마그네트론에 필요한 전압 및 펄스 파형을 고려하여 각 단위 전원 모듈(310)의 콘덴서에 충전되는 전압 레벨을 결정하여 충전하고, 필요한 펄스의 폭 등 파형을 고려하여 상기 전원 스위치(314)와 충전 회로(320)가 적절하게 동작할 수 있도록 제어하는 역할을 수행하게 된다.The magnetron power supply 400 using the insulated gate bipolar transistor and the protection circuit according to an embodiment of the present invention may further include a controller 330 for controlling operations of the charging circuit 320 and the power switch 314 . The controller 330 determines the voltage level to be charged in the capacitor of each unit power module 310 considering the voltage and the pulse waveform necessary for the magnetron and charges the power. And the charging circuit 320 can be properly operated.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따르는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(400)는 상기 전원부의 전원 출력 신호의 왜곡(Distortion)을 보상하여 주는 전원 보정 회로를 더 포함할 수도 있다. 상기 전원 보정 회로는 병렬로 연결된 콘덴서와 인덕터를 포함하여 구성될 수 있으며, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 각 전원 스위치(314)와 전원 콘덴서(312)의 사이에 삽입되어 상기 전원부의 출력 파형이 정확한 펄스 파형을 유지할 수 있도록 보상해 주는 역할을 수행할 수 있다.In addition, the magnetron power supply device 400 using the insulated gate bipolar transistor (IGBT) and the protection circuit according to an embodiment of the present invention includes a power correction circuit that compensates for distortion of a power output signal of the power supply unit . The power correction circuit may include a capacitor and an inductor connected in parallel. As shown in FIG. 5, the power correction circuit may be inserted between each power switch 314 and the power capacitor 312, Can compensate for maintaining the accurate pulse waveform.

더 나아가, 앞서 기술한 본 발명의 일 실시예에 따르는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 보호 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(400)는 이를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부를 구성할 수 있고, 이와 함께 상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 마그네트론을 구성하는 것도 당연히 가능하다.Further, the magnetron power supply device 400 using the insulated gate bipolar transistor and the protection circuit according to an embodiment of the present invention described above can constitute a magnetron power supply unit including the same, and the magnetron power supply unit It is also possible to construct a magnetron by including a microwave oscillation unit which generates microwaves by receiving power.

또한, 이렇게 구성된 마그네트론은 입자를 발생시키는 입자 발생부 및 상기 마그네트론에서 발생되는 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 입자 가속기를 이용하여 의료 목적의 중입자 가속기 등 다양한 입자 가속기를 구성할 수 있다.In addition, the magnetron constructed as described above includes a particle accelerator having a particle generating part for generating particles and a particle accelerating part for accelerating the particle using a microwave generated from the magnetron, and various particle accelerators .

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to illustrate the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

110 : 싸이러트론
310 : 단위 전원 모듈
312 : 전원 콘덴서
314 : 전원 스위치
320 : 충전 회로
330 : 제어부
400 : 잡음 제거 회로를 포함하는 마그네트론 전원 공급 장치
410 : 마그네트론
420 : 마그네트론 히터 전원
430 : 변압 코일
440 : 잡음제거 콘덴서110:
310: Unit power module
312: Power capacitor
314: Power switch
320: Charging circuit
330:
400: Magnetron power supply with noise rejection circuitry
410: Magnetron
420: Magnetron heater power
430: transformer coil
440: Noise Canceling Capacitor

Claims (10)

반도체 스위치 소자를 포함하는 전원 스위치;
상기 전원 스위치와 직렬 연결되는 전원 콘덴서를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈;
하나 이상의 상기 단위 전원 모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부;
상기 전원 콘덴서를 충전하는 충전 회로; 및
마그네트론 열방출 필라멘트의 양 입력 단자에 병렬 연결되는 잡음 제거 회로를 포함하여 구성되며,
상기 전원부의 출력 단자는 상기 마그네트론 열방출 필라멘트의 일 입력 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.A power switch including a semiconductor switch element;
A unit power module including a power capacitor connected in series with the power switch;
A power unit having at least one unit power module connected in series;
A charging circuit for charging the power capacitor; And
And a noise canceling circuit connected in parallel to both input terminals of the magnetron heat releasing filament,
And an output terminal of the power unit is connected to one input terminal of the magnetron heat releasing filament. 제1항에 있어서,
상기 반도체 스위치 소자로서 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein an insulated gate bipolar transistor is used as the semiconductor switch element. 제1항에 있어서,
상기 잡음 제거 회로는 2개 이상 병렬로 연결된 콘덴서가 포함된 것임을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Wherein the noise cancellation circuit includes two or more capacitors connected in parallel. 제3항에 있어서,
상기 잡음 제거 회로는 서로 용량이 다른 것 2개 이상의 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.The method of claim 3,
Wherein the noise cancellation circuit includes two or more capacitors having different capacities from each other. 제4항에 있어서,
상기 잡음 제거 회로는 1 ~ 3μF의 용량 및 8 ~ 12μF의 용량을 가지는 2개의 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the noise cancellation circuit comprises two capacitors having a capacitance of 1 to 3 microF and a capacitance of 8 to 12 microF. 제1항에 있어서,
상기 충전 회로와 전원 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
And a control unit for controlling operations of the charging circuit and the power switch. 제1항에 있어서,
상기 전원부의 전원 출력 신호의 왜곡(Distortion)을 보상하여 주는 전원 보정 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a power correction circuit for compensating for a distortion of a power output signal of the power unit. 제7항에 있어서,
상기 전원 보정 회로는 병렬로 연결된 콘덴서와 인덕터를 포함하여 구성되며,
상기 각 전원 스위치와 전원 콘덴서의 사이에 삽입되는 것임을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the power correction circuit includes a capacitor and an inductor connected in parallel,
Wherein the power switch is inserted between each power switch and the power capacitor. 제1항에 기재된 마그네트론 전원 공급 장치를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부; 및
상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.A magnetron power supply unit including the magnetron power supply unit according to claim 1; And
And a microwave oscillation unit for generating a microwave by receiving power from the magnetron power supply unit. 제9항에 기재된 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론;
입자를 발생시키는 입자 생성부; 및
상기 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자 가속기.A magnetron for generating the microwave according to claim 9;
A particle generating unit for generating particles; And
And a particle accelerator for accelerating the particle using the microwave.
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