KR20210009821A - High voltage ingnition circuit for dc plasma power supllying apparatus - Google Patents

High voltage ingnition circuit for dc plasma power supllying apparatus Download PDF

Info

Publication number
KR20210009821A
KR20210009821A KR1020190086889A KR20190086889A KR20210009821A KR 20210009821 A KR20210009821 A KR 20210009821A KR 1020190086889 A KR1020190086889 A KR 1020190086889A KR 20190086889 A KR20190086889 A KR 20190086889A KR 20210009821 A KR20210009821 A KR 20210009821A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transistor
voltage
inverter
output node
gate voltage
Prior art date
Application number
KR1020190086889A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이영춘
김건형
Original Assignee
주식회사 제이에스티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 제이에스티 filed Critical 주식회사 제이에스티
Priority to KR1020190086889A priority Critical patent/KR20210009821A/en
Publication of KR20210009821A publication Critical patent/KR20210009821A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/068Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode mounted on a transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815Resonant converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4826Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode operating from a resonant DC source, i.e. the DC input voltage varies periodically, e.g. resonant DC-link inverters
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H02M2007/4815
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a high voltage generation circuit for a direct current (DC) plasma power supply which supplies high voltage to a plasma torch to generate an initial plasma arc. The high voltage generation circuit for a DC plasma power supply comprises: an inverter including an upper transistor and a lower transistor connected in series between a DC voltage and a ground voltage; a transformation unit including a primary-side inductor connected to an output node of the inverter and a secondary-side inductor inductively coupled to the primary-side inductor; and a feedback unit preventing the upper transistor and the lower transistor from being turned on at the same time by controlling a gate voltage of the upper transistor or a gate voltage of the lower transistor based on a voltage of the output node of the inverter.

Description

DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로{HIGH VOLTAGE INGNITION CIRCUIT FOR DC PLASMA POWER SUPLLYING APPARATUS}High voltage generator circuit for DC plasma power supply {HIGH VOLTAGE INGNITION CIRCUIT FOR DC PLASMA POWER SUPLLYING APPARATUS}

본 발명은 DC 플라즈마 전원 장치에서, 초기의 플라즈마 아크를 생성하기 위한 고전압을 발생시는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로에 관한 것이다.The present invention relates to a high voltage generation circuit for a DC plasma power supply for generating a high voltage for generating an initial plasma arc in a DC plasma power supply.

반도체 소자나 OLED 소자의 제조시 CVD(Chemical Vapor Deposition)나 에칭 등의 반도체 성막 또는 성막 챔버의 클린징을 위해 PFCs(Per Fluoro Compounds) 가스 (CF4, NF3, SF6 등)과 같은 다양한 가스들이 이용된다. 이러한 가스들의 대부분은 난분해성이어서 분해 처리하는데 수천도 이상이 요구되기 때문에 열적 아크 플라즈마(thermal Arc Plasma)를 이용하여 분해 처리한다.When manufacturing semiconductor devices or OLED devices, various gases such as PFCs (Per Fluoro Compounds) gas (CF 4 , NF 3 , SF 6, etc.) are used for semiconductor film formation such as CVD (Chemical Vapor Deposition) or etching or cleaning of the film formation chamber. Is used. Most of these gases are non-decomposable and require thousands of degrees or more to decompose, so they are decomposed using a thermal arc plasma.

이러한 플라즈마 아크를 발생시키기 위해서는 플라즈마 토치에 N2 가스와 같은 방전기체를 흘리면서 초기 점화(piolot ignition) 후에 플라즈마 아크가 생성되고 유지되도록 DC 플라즈마 전원 장치가 연결된다.In order to generate such a plasma arc, a DC plasma power supply is connected so that a plasma arc is generated and maintained after initial ignition while flowing a discharge gas such as N 2 gas through the plasma torch.

이와 관련하여 한국등록특허 제10-1879244호는, 반도체 제조공정에서 발생하는 CF4 처리를 하기 위한 플라즈마 시스템에 있어서, 상기 플라즈마 시스템은 플라즈마 토치; 상기 플라즈마 토치에 형성되어 폐가스 처리를 위한 화학반응이 일어나는 반응로; 상기 반응로에 연결되도록 형성되어 폐가스를 외부로부터 반응로 내부로 공급하기 위한 폐가스공급장치; 상기 반응로 내부에 연결되도록 형성되어 폐가스 처리후 발생된 배기가스 중에 함유된 유해성분을 제거하기 위한 중화액을 분사하는 분사탱크; 상기 분사탱크에 연결되도록 형성되어 유해성분이 제거된 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스덕트; 및 ID Fan;을 포함하고, 상기 반응로 내부에는 상기 반응로에 설치된 플라즈마 토치로부터 발생되는 고온의 열에너지와 반응로에 공급된 폐가스가 작용되어 무해화처리 반응이 일어나는 반응존이 형성되며, 상기 플라즈마 토치는 반응로 상부에 형성되고, 상기 반응로 상부에는 반응로 내부로 물을 입수하는 플레이트가 형성되는 한편, 상기 플레이트는 상기 플라즈마 토치에 근접하게 형성되며, 상기 플레이트는 입수된 물을 통해 폐가스 처리를 위한 반응에 참여하는 스팀을 제조할 수 있도록, 상기 플레이트는 그 내부에 나선형의 물유동홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 폐가스 CF4 처리용 플라즈마 시스템을 개시한다.In this regard, Korean Patent No. 10-1879244 discloses a plasma system for processing CF 4 generated in a semiconductor manufacturing process, the plasma system comprising: a plasma torch; A reaction furnace formed in the plasma torch to cause a chemical reaction for treating waste gas; A waste gas supply device formed to be connected to the reactor to supply waste gas from the outside to the inside of the reactor; An injection tank formed to be connected to the inside of the reaction furnace to inject a neutralizing liquid for removing harmful components contained in exhaust gas generated after waste gas treatment; An exhaust gas duct configured to be connected to the injection tank to discharge exhaust gas from which harmful components are removed to the outside; And an ID fan, wherein a reaction zone in which a detoxification reaction occurs is formed in the reaction furnace by the high-temperature thermal energy generated from the plasma torch installed in the reaction furnace and the waste gas supplied to the reaction furnace. A torch is formed in the upper part of the reactor, and a plate for receiving water into the reactor is formed on the upper part of the reactor, while the plate is formed close to the plasma torch, and the plate is treated with waste gas through the received water. In order to produce steam participating in the reaction for, the plate discloses a plasma system for treating CF 4 of a semiconductor waste gas, characterized in that a spiral water flow groove is formed therein.

그러나, 상기 등록특허는 전체적인 플라즈마 시스템의 구조를 개시하고 있을 뿐이며, 플라즈마 토치에 DC 전원을 공급하기 위한 구체적인 회로를 개시하고 있지는 않다.However, the registered patent only discloses the structure of the entire plasma system, and does not disclose a specific circuit for supplying DC power to the plasma torch.

한국등록특허 제10-1879244호Korean Patent Registration No. 10-1879244

본 발명의 실시예는 플라즈마 토치에 초기의 플라즈마 아크를 생성하기 위한 고전압을 공급하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a high voltage generator circuit for a DC plasma power supply supplying a high voltage for generating an initial plasma arc to a plasma torch.

본 발명의 실시예에 따른 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압발생회로는, DC전압과 접지전압의 사이에 직렬로 연결되는 상측 트랜지스터 및 하측 트랜지스터를 포함하는 인버터; 상기 인버터의 출력노드에 연결되는 1차측 인덕터 및, 상기 1차측 인덕터와 유도결합된 2차측 인덕터를 포함하는 변압부; 및 상기 인버터의 출력노드의 전압에 기초하여 상기 상측 트랜지스터의 게이트 전압 또는 상기 하측 트랜지스터의 게이트 전압을 제어함으로써 상기 상측 트랜지스터와 상기 하측 트랜지스터가 동시에 턴온되는 것을 방지하는 피드백부를 포함한다.A high voltage generation circuit for a DC plasma power supply according to an embodiment of the present invention includes an inverter including an upper transistor and a lower transistor connected in series between a DC voltage and a ground voltage; A transformer comprising a primary-side inductor connected to the output node of the inverter and a secondary-side inductor inductively coupled to the primary-side inductor; And a feedback unit for preventing the upper transistor and the lower transistor from being turned on at the same time by controlling the gate voltage of the upper transistor or the gate voltage of the lower transistor based on the voltage of the output node of the inverter.

상기 피드백부는, 상기 상측 트랜지스터와 상기 하측 트랜지스터가 동시에 턴온되는 것을 방지되도록 상기 상측 트랜지스터의 게이트 전압 또는 상기 하측 트랜지스터의 게이트 전압을 제어할 수 있다.The feedback unit may control a gate voltage of the upper transistor or a gate voltage of the lower transistor to prevent the upper transistor and the lower transistor from being turned on at the same time.

상기 상측 트랜지스터는 풀업 트랜지스터이고 상기 하측 트랜지스터는 풀다운 트랜지스터이고, 상기 피드백부는, 상기 인버터의 출력 전압이 로우 레벨인 경우, 상기 상측 트랜지스터가 턴오프되도록 상기 상측 트랜지스터의 게이트 전압을 변경할 수 있다.The upper transistor is a pull-up transistor, the lower transistor is a pull-down transistor, and the feedback unit may change the gate voltage of the upper transistor so that the upper transistor is turned off when the output voltage of the inverter is at a low level.

상기 피드백부는, 상기 DC전압과 상기 인버터의 출력노드의 사이에 연결되며, 상기 인버터의 출력노드의 전압이 로우 레벨인 경우 전류가 흐르는 피드백 다이오드; 상기 다이오드에 전류가 흐르는 경우 전류가 흐르는 포토 커플러; 및 상기 포토 커플러에 전류가 흐르면 상기 상측 트랜지스터가 턴오프되도록 상기 상측 트랜지스터의 게이트 전압을 변경하는 게이트전압 제어부를 포함할 수 있다.The feedback unit may include a feedback diode connected between the DC voltage and the output node of the inverter, and through which a current flows when the voltage of the output node of the inverter is a low level; A photo coupler through which current flows when current flows through the diode; And a gate voltage controller configured to change a gate voltage of the upper transistor so that the upper transistor is turned off when a current flows through the photo coupler.

상기 상측 트랜지스터는 풀업 트랜지스터이고 상기 하측 트랜지스터는 풀다운 트랜지스터이고, 상기 피드백부는, 상기 인버터의 출력 전압이 하이 레벨인 경우, 상기 하측 트랜지스터가 턴오프되도록 상기 하측 트랜지스터의 게이트 전압을 변경할 수 있다.The upper transistor is a pull-up transistor, the lower transistor is a pull-down transistor, and the feedback unit may change the gate voltage of the lower transistor so that the lower transistor is turned off when the output voltage of the inverter is a high level.

상기 피드백부는, 상기 DC전압과 상기 인버터의 출력노드의 사이에 연결되며, 상기 인버터의 출력노드의 전압이 하이 레벨인 경우 전류가 흐르는 피드백 다이오드; 상기 피드백 다이오드에 전류가 흐르는 경우 전류가 흐르는 포토 커플러; 및 상기 포토 커플러에 전류가 흐르면 상기 하측 트랜지스터가 턴오프되도록 상기 하측 트랜지스터의 게이트 전압을 변경하는 게이트전압 제어부를 포함할 수 있다.The feedback unit may include a feedback diode connected between the DC voltage and the output node of the inverter, and through which current flows when the voltage of the output node of the inverter is a high level; A photo coupler through which current flows when current flows through the feedback diode; And a gate voltage controller configured to change a gate voltage of the lower transistor so that the lower transistor is turned off when a current flows through the photo coupler.

상기 인버터의 출력노드의 전압이 공진주파수에서 최대값을 갖도록 하여 상기 1차측 인덕터에 전달하는 공진부를 더 포함할 수 있다.It may further include a resonator for transmitting the voltage of the output node of the inverter to the primary side inductor to have a maximum value at the resonance frequency.

상기 공진부는, 상기 인버터의 출력단과 상기 1차측 인덕터의 사이에 직렬로 연결되는 인덕터 및 커패시터와, 상기 1차측 인덕터와 병렬로 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.The resonator may include an inductor and a capacitor connected in series between the output terminal of the inverter and the primary side inductor, and a capacitor connected in parallel with the primary side inductor.

본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마 토치에 초기의 플라즈마 아크를 생성하기 위한 고전압을 공급할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a high voltage for generating an initial plasma arc can be supplied to the plasma torch.

본 발명의 실시예에 의하면, 하프 브릿지 구조의 인버터를 포함하기 때문에, 플라즈마 토치에서 발생한 급격한 전압 변화가 입력측에 영향을 미치는 것을 차단할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the inverter of the half-bridge structure is included, it is possible to prevent the sudden voltage change generated in the plasma torch from affecting the input side.

본 발명의 실시예에 의하면, 공진부를 포함하기 때문에, 전력 전송 효율을 향상시킴과 함께 ZVS(Zero Voltage Switching)을 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the resonator is included, it is possible to improve power transmission efficiency and implement ZVS (Zero Voltage Switching).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC 플라즈마 전원 장치의 구성도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로에 대한 구성도를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 피드백부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 피드백부의 회로도의 일 예이다.
도 6은 도 2의 피드백부의 회로도의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로에 대한 구성도를 나타내는 도면이다.
1 is a diagram showing the configuration of a DC plasma power supply according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the configuration of a high voltage generation circuit for a DC plasma power device according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views for explaining the operation of the feedback unit of FIG. 2.
5 is an example of a circuit diagram of a feedback unit of FIG. 2.
6 is an example of a circuit diagram of a feedback unit of FIG. 2.
7 is a diagram showing a configuration diagram of a high voltage generation circuit for a DC plasma power device according to an embodiment of the present invention.

본 출원에 설명된 임의의 실시예의 방법 또는 구성이 본 출원에 설명된 임의의 다른 방법 또는 구성에 대하여 구현될 수 있다는 것이 고려된다.It is contemplated that the method or configuration of any embodiment described in this application may be implemented for any other method or configuration described in this application.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Terms or words used in this specification and claims are limited to their usual or dictionary meanings and should not be interpreted, and that the inventor can appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. Based on the principle, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

명세서 및 청구범위에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. In the specification and claims, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, not excluding other components unless otherwise stated.

명세서 및 청구범위에서 용어 "포함하는"과 함께 사용되는 단수 단어의 사용은 "하나"의 의미일 수도 있고, 또는 "하나 이상", "적어도 하나", 및 "하나 또는 하나보다 많은"의 의미일 수도 있다.The use of a singular word used in conjunction with the term “comprising” in the specification and claims may mean “one”, or “one or more”, “at least one”, and “one or more than one”. May be.

명세서 및 청구범위에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Terms such as "... unit", "... group", "module", and "device" described in the specification and claims mean a unit that processes at least one function or operation, which is a unit of hardware or software or hardware and software. It can be implemented in combination.

명세서 및 청구범위에서의 용어 "또는"의 사용은 상호 배타적이거나 단지 선택가능한 것들을 나타내는 것으로 명백하게 표시되지 않는 한 "및/또는"을 의미하기 위해 사용된다.The use of the term “or” in the specification and claims is used to mean “and/or” unless expressly indicated as being mutually exclusive or merely representing selectables.

명세서 및 청구범위에서의 "연결"된다는 표현은 두 개의 구성요소가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, 중간에 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 연결되는 경우도 포함하며, 유선 또는 무선의 경우를 모두 포함할 수 있다.The expression "connected" in the specification and claims includes not only the case where the two elements are directly connected, but also the case that the two elements are connected indirectly through another element in the middle, and includes both wired or wireless cases. I can.

본 발명의 특징 및 이점들은 다음 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위 내 다양한 변경 및 변형이 본 상세한 설명으로부터 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 분명해질 것이기 때문에, 상세한 설명 및 구체적인 예들은 본 발명의 구체적인 실시예들을 나타내지만, 단지 예로서 주어진다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들은 본 발명의 예시적인 실시예들이 도시되는, 첨부 도면들에 대하여 아래에서 상세하게 논의된다. 구체적인 구현예들이 논의되지만, 이는 단지 예시 목적들을 위해 행해진다. 관련 기술분야에서의 통상의 기술자는 다른 구성요소들 및 구성들이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 같은 번호들은 전체에 걸쳐 같은 요소들을 나타낸다.Features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention will become apparent to those skilled in the art from this detailed description, the detailed description and specific examples represent specific embodiments of the present invention, but only examples. It should be understood that it is given as Various exemplary embodiments of the invention are discussed in detail below with respect to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown. While specific implementations are discussed, this is done for illustrative purposes only. Those skilled in the art will recognize that other components and configurations may be used without departing from the spirit and scope of the present invention. The same numbers represent the same elements throughout.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC 플라즈마 전원 장치의 구성도를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a DC plasma power supply according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, DC 플라즈마 전원 장치는, ADC 컨버터(10), 필터(20), 스위칭부(30), 전력전송부(40), ADC 컨버터(50), 고전압 발생회로(60)와, 고전압 발생회로(60)에 연결된 1차 인덕터(L1)와, 1차 인덕터(L1)와 유도결합된 2차 인덕터(L2)와, 플라즈마 토치(70), 메인 제어부(80)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the DC plasma power supply device includes an ADC converter 10, a filter 20, a switching unit 30, a power transmission unit 40, an ADC converter 50, a high voltage generation circuit 60, and It may include a primary inductor L1 connected to the high voltage generation circuit 60, a secondary inductor L2 inductively coupled to the primary inductor L1, a plasma torch 70, and a main control unit 80. .

ADC 컨버터(10)는 3상 교류 전원을 DC 전원으로 변환한다. 필터(20)는 ADC 컨버터(10)에서 출력된 DC 전원의 리플을 제거한다. 스위칭부(30)는 리플이 제거된 DC 전원을 AC 전원으로 변환한다. 전력전송부(40)는 스위칭부(30)에 의해 변환된 AC 전원을 저전압 대전류 변환하여 전송하고, ADC 컨버터(50)는 전력전송부(40)에 의해 전송된 전력을 다시 DC로 변환한다. 고전압 발생회로(60)는 고전압을 순간적으로 발생시킨다. 이에 따라, 1차측 인덕터(L1) 및 2차측 인덕터(L2)를 통해 플라즈마 토치(70)의 양단에 고전압이 인가된다. 플라즈마 토치(70)에 N2와 같은 방전 기체를 흘리면서 고전압 발생회로(60)에 고전압을 순간적으로 발생시키면, 방전 기체가 절연 파괴됨으로써 플라즈마 토치(70)가 착화된다. 이때, 생성된 플라즈마 아크는 ADC 컨버터(50)에서 출력된 저전압 대전류에 의해 유지된다.The ADC converter 10 converts three-phase AC power to DC power. The filter 20 removes the ripple of the DC power output from the ADC converter 10. The switching unit 30 converts DC power from which ripple has been removed into AC power. The power transmission unit 40 converts the AC power converted by the switching unit 30 to a low voltage high current and transmits it, and the ADC converter 50 converts the power transmitted by the power transmission unit 40 back to DC. The high voltage generation circuit 60 instantaneously generates a high voltage. Accordingly, a high voltage is applied to both ends of the plasma torch 70 through the primary inductor L1 and the secondary inductor L2. When a high voltage is instantaneously generated in the high voltage generator circuit 60 while flowing a discharge gas such as N 2 through the plasma torch 70, the discharge gas is insulated and destroyed, thereby igniting the plasma torch 70. At this time, the generated plasma arc is maintained by the low voltage high current output from the ADC converter 50.

메인 제어부(80)는 DC 플라즈마 전원 장치 전체를 관장하는 것으로, 특히 PWM 드라이버를 포함할 수 있다. 이에 따라, 스위칭부(30)는 PWM 드라이버의 출력 신호에 따라 DC 전원을 AC 전원으로 변환할 수 있다.The main control unit 80 controls the entire DC plasma power supply and may include a PWM driver in particular. Accordingly, the switching unit 30 may convert DC power into AC power according to the output signal of the PWM driver.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로(1)의 구성도를 나타내는 도면이다. 도 2의 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로(1)는 도 1의 1차측 인덕터(L1), 2차측 인덕터(L2) 및 고전압 발생회로(60)에 대응할 수 있다.2 is a diagram showing the configuration of a high voltage generator circuit 1 for a DC plasma power supply device according to an embodiment of the present invention. The high voltage generation circuit 1 for a DC plasma power supply device of FIG. 2 may correspond to the primary side inductor L1, the secondary side inductor L2, and the high voltage generation circuit 60 of FIG. 1.

도 2를 참조하면, DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로(1)는 DC 전압(DC_High)과 접지전압의 사이에 직렬로 연결되는 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)를 포함하는 인버터(100); 상기 인버터(100)의 출력노드(A)에 연결되는 1차측 인덕터(L1) 및, 상기 1차측 인덕터(L1)와 유도결합된 2차측 인덕터(L2)를 포함하는 변압부(200); 및 상기 인버터(100)의 출력노드(A)의 전압에 기초하여 상기 상측 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG1) 또는 상기 하측 트랜지스터(M2)의 게이트 전압(VG2)을 제어함으로써 상기 상측 트랜지스터(M1)와 상기 하측 트랜지스터(M2)가 동시에 턴온되는 것을 방지하는 피드백부(300)를 포함한다. 인버터(100)는 DC 전압(DC_High)과 접지전압의 사이에 직렬로 연결되는 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)를 포함한다. 즉, 인버터(100)는 하프 브릿지 구조의 2개의 트랜지스터(M1, M2)를 포함한다. 상측 트랜지스터(M1) 및 하측 트랜지스터(M2)는 N형 FET(Field Effect Transistor)일수 있다. 상측 트랜지스터(M1)의 드레인 단자는 DC 전압(DC_High)에 연결되고 상측 트랜지스터(M1)의 소스 단자는 출력노드(A)에 연결될 수 있다. 하측 트랜지스터(M2)의 드레인 단자는 출력노드(A)에 연결되고 하측 트랜지스터(M2)의 소스 단자는 접지전압에 연결될 수 있다. Referring to FIG. 2, the high voltage generator circuit 1 for a DC plasma power supply device includes an inverter 100 including an upper transistor M1 and a lower transistor M2 connected in series between a DC voltage DC_High and a ground voltage. ); A transformer 200 including a primary-side inductor (L1) connected to the output node (A) of the inverter 100 and a secondary-side inductor (L2) inductively coupled to the primary-side inductor (L1); And the upper transistor M1 by controlling the gate voltage VG1 of the upper transistor M1 or the gate voltage VG2 of the lower transistor M2 based on the voltage of the output node A of the inverter 100. ) And a feedback unit 300 that prevents the lower transistor M2 from being turned on at the same time. The inverter 100 includes an upper transistor M1 and a lower transistor M2 connected in series between the DC voltage DC_High and the ground voltage. That is, the inverter 100 includes two transistors M1 and M2 having a half bridge structure. The upper transistor M1 and the lower transistor M2 may be an N-type field effect transistor (FET). The drain terminal of the upper transistor M1 may be connected to the DC voltage DC_High, and the source terminal of the upper transistor M1 may be connected to the output node A. The drain terminal of the lower transistor M2 may be connected to the output node A, and the source terminal of the lower transistor M2 may be connected to the ground voltage.

상측 트랜지스터(M1)의 게이트에 인가되는 상측 입력 신호(High_Side_In)와 하측 트랜지스터(M2)의 게이트에 인가되는 하측 입력 신호(Low_Side_In)는 소정의 동작 주파수(ωop)를 가지며 대략적으로 서로 상반된 레벨을 가질 수 있다. 상측 입력 신호(High_Side_In)와 하측 입력 신호(Low_Side_In)는 도 1의 메인 제어부(60)의 PWM 드라이버로부터 출력될 수 있다. 상측 입력 신호(High_Side_In)가 하이 레벨이고 하측 입력 신호(Low_Side_In)가 로우 레벨이면, 상측 트랜지스터(M1)는 턴온되고 하측 트랜지스터(M2)는 턴오프되어, DC 전압(DC_High)에 근접한 전압이 출력된다. 상측 입력 신호(High_Side_In)가 로우 레벨이고 하측 입력 신호(Low_Side_In)가 하이 레벨이면, 상측 트랜지스터(M1)는 턴오프되고 하측 트랜지스터(M2)는 턴온되어, 접지전압에 근접한 전압이 출력된다. 즉, 인버터(100)는 DC 전압(DC_High)을 동작 주파수(ωop)로 오실레이팅하는 AC 전압으로 변환한다.The upper input signal High_Side_In applied to the gate of the upper transistor M1 and the lower input signal Low_Side_In applied to the gate of the lower transistor M2 have a predetermined operating frequency (ω op ) and have approximately opposite levels. Can have. The upper input signal High_Side_In and the lower input signal Low_Side_In may be output from the PWM driver of the main control unit 60 of FIG. 1. When the upper input signal High_Side_In is at a high level and the lower input signal Low_Side_In is at a low level, the upper transistor M1 is turned on and the lower transistor M2 is turned off, so that a voltage close to the DC voltage DC_High is output. . When the upper input signal High_Side_In is at a low level and the lower input signal Low_Side_In is at a high level, the upper transistor M1 is turned off and the lower transistor M2 is turned on, so that a voltage close to the ground voltage is output. That is, the inverter 100 converts the DC voltage DC_High into an AC voltage oscillating at the operating frequency ω op .

변압부(200)는 인버터(100)의 출력노드(A)에 연결되는 1차측 인덕터(L1) 및, 1차측 인덕터(L1)와 유도결합된 2차측 인덕터(L2)를 포함한다. 인버터(100)에 의해 출력노드(A)에 AC 전압이 생성됨에 따라 1차측 인덕터(L1)에는 AC 전류가 흐른다. 2차측 인덕터(L2)는 1차측 인덕터(L1)과 유도결합되어 있기 때문에, 1차측 인덕터(L1)과 2차측 인덕터(L2)의 권선수의 비에 따라 2차측 인덕터(L2)에 유도전류가 흐르게 된다. 통상 2차측 인덕터(L2)의 권선수는 1차측 인덕터(L1)의 권선수보다 크며, 이에 따라 2차측 인덕터(L2)에는 고전압 이 발생되게 된다. 2차측 인덕터(L2)에는 플라즈마 토치(도 1의 도면부호 70을 참조)가 연결되며, 2차측 인덕터(L2)에 생성된 고전압에 의해 플라즈마 토치가 초기 점화된다.The transformer 200 includes a primary-side inductor L1 connected to the output node A of the inverter 100 and a secondary-side inductor L2 inductively coupled to the primary-side inductor L1. As an AC voltage is generated at the output node A by the inverter 100, an AC current flows through the primary inductor L1. Since the secondary-side inductor L2 is inductively coupled with the primary-side inductor L1, the induced current is applied to the secondary-side inductor L2 according to the ratio of the number of turns of the primary-side inductor L1 and the secondary-side inductor L2. Flow. Typically, the number of turns of the secondary-side inductor L2 is larger than the number of turns of the primary-side inductor L1, and accordingly, a high voltage is generated in the secondary-side inductor L2. A plasma torch (refer to 70 in FIG. 1) is connected to the secondary inductor L2, and the plasma torch is initially ignited by the high voltage generated in the secondary inductor L2.

피드백부(300)는 인버터(100)의 출력노드(A)의 전압에 기초하여 상측 트랜지스터(M1)의 게이트 전압 또는 하측 트랜지스터(M2)의 게이트 전압을 제어함으로써 함으로써 상측 트랜지스터(M1)와 하측 트랜지스터(M2)가 동시에 턴온되는 것을 방지한다. The feedback unit 300 controls the gate voltage of the upper transistor M1 or the gate voltage of the lower transistor M2 based on the voltage of the output node A of the inverter 100 to control the upper transistor M1 and the lower transistor. Prevents (M2) from turning on at the same time.

도 3 및 도 4는 도 2의 피드백부(300)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.3 and 4 are diagrams for explaining the operation of the feedback unit 300 of FIG. 2.

상측 입력 신호(High_Side_In)와 하측 입력 신호(Low_Side_In)는 이상적으로는 반대 레벨을 갖는 구형파 신호이어야 하지만, 실제로는 딜레이가 상이한 등의 이유로 동일한 레벨을 가질 수 있다. 이에 따라, 피드백부(300)가 없이 상측 입력 신호(High_Side_In)와 하측 입력 신호(Low_Side_In)가 상측 트랜지스터(M1)와 하측 트랜지스터(M2)에 각각 직접 입력되는 경우, 두 트랜지스터(M1, M2)가 모두 턴온이 되는 상황이 발생할 수 있다. The upper input signal High_Side_In and the lower input signal Low_Side_In should ideally be square wave signals having opposite levels, but may actually have the same level for reasons such as different delays. Accordingly, when the upper input signal High_Side_In and the lower input signal Low_Side_In are directly input to the upper transistor M1 and the lower transistor M2 without the feedback unit 300, the two transistors M1 and M2 are There may be a situation where both are turned on.

예를 들어, 도 3(a)의 t1 구간에서 하측 입력 신호(Low_Side_In)가 하이 레벨이므로 하측 트랜지스터(M2)가 턴온되어 출력노드(A)의 전압이 로우 레벨일 수 있다. 그러나, 이때 하이 레벨의 상측 입력 신호(High_Side_In)가 입력되어 상측 트랜지스터(M1)도 턴온되어 상측 트랜지스터(M1)의 드레인에는 DC 전압(DC_High)이 인가되고 상측 트랜지스터(M1)의 소스에는 접지전압이 연결됨으로써 상측 트랜지스터(M1)에 전류가 흐를 수 있다. 통상 상측 트랜지스터(M1)의 드레인에 공급되는 DC 전압(DC_High)은 수십~수백 V에 달하는 큰 전압이기 때문에, 상측 트랜지스터(M1)에 매우 큰 전류가 흘러 상측 트랜지스터(M1)가 손상될 수 있다.For example, in the period t1 of FIG. 3A, since the lower input signal Low_Side_In is at a high level, the lower transistor M2 is turned on and the voltage of the output node A may be at a low level. However, at this time, a high-level upper input signal (High_Side_In) is input and the upper transistor M1 is also turned on, so that a DC voltage (DC_High) is applied to the drain of the upper transistor M1, and the ground voltage is applied to the source of the upper transistor M1. By being connected, a current may flow through the upper transistor M1. In general, since the DC voltage DC_High supplied to the drain of the upper transistor M1 is a large voltage ranging from several tens to several hundred V, a very large current flows through the upper transistor M1, and the upper transistor M1 may be damaged.

본 실시예는 피드백부(300)를 구비하여, 출력노드(A)의 전압이 로우 레벨인 경우, 상측 트랜지스터(M1)가 턴오프되도록 상측 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG1)을 변경한다. 본 실시예에서 상측 트랜지스터(M1)는 N형 트랜지스터이므로, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 상측 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG1)을 로우 레벨로 변경할 수 있다. 이에 따라, 상측 트랜지스터(M1)가 턴오프되기 때문에 상측 트랜지스터(M1)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.In this embodiment, the feedback unit 300 is provided, and when the voltage of the output node A is at a low level, the gate voltage VG1 of the upper transistor M1 is changed so that the upper transistor M1 is turned off. In this embodiment, since the upper transistor M1 is an N-type transistor, the gate voltage VG1 of the upper transistor M1 may be changed to a low level as shown in FIG. 3B. Accordingly, since the upper transistor M1 is turned off, it is possible to prevent an overcurrent from flowing through the upper transistor M1.

다른 예로, 도 4(a)의 t2 구간에서 상측 입력 신호(High_Side_In)가 하이 레벨이므로 상측 트랜지스터(M1)가 턴온되어 출력노드(A)의 전압이 하이 레벨일 수 있다. 그러나, 이때 하이 레벨의 하측 입력 신호(Low_Side_In)가 입력되어 하측 트랜지스터(M2)도 턴온이 된다. 이에 따라, 하측 트랜지스터(M2)의 드레인에는 DC 전압(DC_High)이 인가되고 하측 트랜지스터(M2)의 소스에는 접지전압이 연결됨으로써 하측 트랜지스터(M2)에 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 하측 트랜지스터(M2)에 매우 큰 전류가 흘러 하측 트랜지스터(M2)가 손상될 수 있다.As another example, since the upper input signal High_Side_In is at a high level in the period t2 of FIG. 4A, the upper transistor M1 is turned on and the voltage of the output node A may be at a high level. However, at this time, a high-level lower input signal Low_Side_In is input and the lower transistor M2 is also turned on. Accordingly, the DC voltage DC_High is applied to the drain of the lower transistor M2 and the ground voltage is connected to the source of the lower transistor M2, so that current may flow through the lower transistor M2. Accordingly, a very large current flows through the lower transistor M2, and the lower transistor M2 may be damaged.

피드백부(300)는, 출력노드(A)의 전압이 하이 레벨인 경우, 하측 트랜지스터(M2)가 턴오프되도록 하측 트랜지스터(M)의 게이트 전압(VG2)을 변경한다. 본 실시예에서 하측 트랜지스터(M2)는 N형 트랜지스터이므로, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 하측 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG2)을 로우 레벨로 변경할 수 있다. 이에 따라, 하측 트랜지스터(M2)가 턴오프되기 때문에 하측 트랜지스터(M2)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.When the voltage of the output node A is at a high level, the feedback unit 300 changes the gate voltage VG2 of the lower transistor M so that the lower transistor M2 is turned off. In this embodiment, since the lower transistor M2 is an N-type transistor, the gate voltage VG2 of the lower transistor M1 can be changed to a low level as shown in FIG. 4B. Accordingly, since the lower transistor M2 is turned off, it is possible to prevent an overcurrent from flowing through the lower transistor M2.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피드백부의 회로도의 일 예(3100)이다.5 is an example 3100 of a circuit diagram of a feedback unit according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 피드백부(3100)는, DC 전압과 출력노드(A)의 사이에 연결되며, 출력노드(A)의 전압이 로우 레벨인 경우 전류가 흐르는 피드백 다이오드(3110); 피드백 다이오드(3110)에 전류가 흐르는 경우 전류가 흐르는 포토 커플러(3120); 및 포토 커플러(3120)에 전류가 흐르면 상측 트랜지스터(M1)의 게이트 전압을 로우 레벨로 변경하는 게이트전압 제어부(3130)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트전압 제어부(330)는 상측 입력 신호(High_Side_In)와, 상기 포토커플러의 출력단 전압을 입력단으로 하고, 출력단이 상측 트랜지스터(M1)의 게이트(VG1)에 연결되는 앤드 연산자(3130)로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 5, the feedback unit 3100 includes: a feedback diode 3110 connected between a DC voltage and an output node A and through which current flows when the voltage of the output node A is at a low level; A photo coupler 3120 through which current flows when a current flows through the feedback diode 3110; And a gate voltage controller 3130 for changing a gate voltage of the upper transistor M1 to a low level when current flows through the photo coupler 3120. As shown in FIG. 5, the gate voltage controller 330 uses an upper input signal High_Side_In and an output voltage of the photocoupler as an input terminal, and an end connected to the gate VG1 of the upper transistor M1. It may be implemented as an operator 3130.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피드백부의 회로도의 일 예(3200)이다.6 is an example 3200 of a circuit diagram of a feedback unit according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 피드백부(3200)는, 접지 전압과 출력노드(A)의 사이에 연결되며, 출력노드(A)의 전압이 하이 레벨인 경우 전류가 흐르는 피드백 다이오드(3210); 피드백 다이오드(3210)에 전류가 흐르는 경우 전류가 흐르는 포토 커플러(3220); 및 포토 커플러(3220)에 전류가 흐르면 하측 트랜지스터(M2)의 게이트 전압을 로우 레벨로 변경하는 게이트전압 제어부(3230)를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 게이트전압 제어부(3230)는 하측 입력 신호(Low_Side_In)와, 상기 포토커플러(3220)의 출력단 전압을 입력단으로 하고, 출력단이 하측 트랜지스터(M2)의 게이트(VG2)에 연결되는 앤드 연산자(3230)로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 6, the feedback unit 3200 includes a feedback diode 3210 connected between the ground voltage and the output node A, and through which current flows when the voltage of the output node A is at a high level; A photo coupler 3220 through which current flows when current flows through the feedback diode 3210; And a gate voltage controller 3230 that changes the gate voltage of the lower transistor M2 to a low level when a current flows through the photo coupler 3220. As shown in FIG. 6, the gate voltage controller 3230 uses the lower input signal Low_Side_In and the output voltage of the photocoupler 3220 as an input terminal, and the output terminal is connected to the gate VG2 of the lower transistor M2. It may be implemented as a connected AND operator 3230.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로(2)에 대한 구성도를 나타내는 도면이다. 도 7의 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로(2)는 도 1의 1차측 인덕터(L1), 2차측 인덕터(L2) 및 고전압 발생회로(60)에 대응할 수 있다. 7 is a diagram showing a configuration diagram of a high voltage generator circuit 2 for a DC plasma power supply device according to an embodiment of the present invention. The high voltage generator circuit 2 for a DC plasma power supply device of FIG. 7 may correspond to the primary inductor L1, the secondary inductor L2, and the high voltage generator circuit 60 of FIG. 1.

도 7의 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로(2)는, 도 2의 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로(1)에 비해 인버터(100)와 변압부(200)의 사이에 연결된 공진부(400)를 더 포함한다.The high voltage generation circuit 2 for a DC plasma power supply device of FIG. 7 is a resonator 400 connected between the inverter 100 and the transformer 200 compared to the high voltage generation circuit 1 for a DC plasma power supply device of FIG. 2. ).

공진부(400)는 인버터(100)의 출력노드(A)의 전압이 공진주파수에서 최대값을 갖도록 하여 1차측 인덕터(L1)에 전달한다. 또한, 공진부(400)는 ZVS(Zero Voltage Switching)이 가능하도록 하여, 안정적으로 상측 및 하측의 트랜지스터(M1, M2)를 스위칭하여 오동작 없이 출력을 얻을 수 있도록 한다.The resonator 400 transmits the voltage of the output node A of the inverter 100 to the primary-side inductor L1 to have a maximum value at the resonant frequency. In addition, the resonator 400 enables ZVS (Zero Voltage Switching) to stably switch the upper and lower transistors M1 and M2 to obtain an output without malfunction.

도 7에 도시된 바와 같이, 공진부(400)는 인버터의 출력노드(A)와 1차측 인덕터(L1)의 사이에 직렬로 연결되는 인덕터(LR) 및 커패시터(CR1)와, 1차측 인덕터(L1)와 병렬로 연결되는 커패시터(CR2)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7, the resonator 400 includes an inductor L R and a capacitor C R1 connected in series between the output node A of the inverter and the primary inductor L1, and the primary side A capacitor C R2 connected in parallel with the inductor L1 may be included.

본 발명의 실시예에 따른 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로(2)는 공진부(400)를 더 포함함으로써 변압부(200)의 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상측 입력 신호(High_Side_In)와 하측 입력 신호(Low_Side_In)의 입력 주기에 따른 주파수에 기초하여 공진부(400)의 공진 주파수를 설정함으로써 전력 전송 효율을 높일 수 있다.The high voltage generator circuit 2 for a DC plasma power supply device according to an exemplary embodiment of the present invention may further include a resonator 400 to improve power transmission efficiency of the transformer 200. For example, power transmission efficiency may be increased by setting the resonance frequency of the resonator 400 based on the frequency according to the input period of the upper input signal High_Side_In and the lower input signal Low_Side_In.

이상 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 한하지 않으며 다양한 변경 및 변형이 가능하다.The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the scope of the present invention is not limited thereto, and various changes and modifications are possible.

예를 들어, 상측 트랜지스터(M1)와 하측 트랜지스터(M2)가 모두 N형 트랜지스터인 것으로 설명하였지만, 게이트에 인버터를 적절히 추가함으로써 P형 트랜지스터로 대체할 수 있다.For example, although it has been described that both the upper transistor M1 and the lower transistor M2 are N-type transistors, it can be replaced with a P-type transistor by appropriately adding an inverter to the gate.

또한, 게이트전압 제어부(3130, 3230)가 앤드 연산자인 것으로 설명하였지만, 낸드 연산자와 인버터를 결합하는 등 논리적으로 동일한 다른 연산자로 구현될 수도 있다.In addition, although it has been described that the gate voltage controllers 3130 and 3230 are AND operators, they may be implemented with other logically identical operators, such as combining a NAND operator and an inverter.

또한, 공진부(400)는 전술한 구조에 한하지 않으며, 예를 들어 출력노드(A)와 접지전압의 사이에 인덕터와 커패시터가 직렬로 연결되고, 출력노드(A)와 1차측 인덕터(L1)의 사이에 다른 커패시터가 연결되는 등 공진특성에 따라 다양한 구조가 채용될 수 있다.In addition, the resonator 400 is not limited to the above structure, for example, an inductor and a capacitor are connected in series between the output node A and the ground voltage, and the output node A and the primary inductor L1 A variety of structures may be employed according to resonance characteristics, such as connecting other capacitors between ).

Claims (8)

DC전압과 접지전압의 사이에 직렬로 연결되는 상측 트랜지스터 및 하측 트랜지스터를 포함하는 인버터;
상기 인버터의 출력노드에 연결되는 1차측 인덕터 및, 상기 1차측 인덕터와 유도결합된 2차측 인덕터를 포함하는 변압부; 및
상기 인버터의 출력노드의 전압에 기초하여 상기 상측 트랜지스터의 게이트 전압 또는 상기 하측 트랜지스터의 게이트 전압을 제어함으로써 상기 상측 트랜지스터와 상기 하측 트랜지스터가 동시에 턴온되는 것을 방지하는 피드백부
를 포함하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로.
An inverter including an upper transistor and a lower transistor connected in series between the DC voltage and the ground voltage;
A transformer comprising a primary-side inductor connected to the output node of the inverter and a secondary-side inductor inductively coupled to the primary-side inductor; And
A feedback unit that prevents the upper transistor and the lower transistor from being turned on at the same time by controlling the gate voltage of the upper transistor or the gate voltage of the lower transistor based on the voltage of the output node of the inverter
High voltage generation circuit for a DC plasma power device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 피드백부는, 상기 상측 트랜지스터와 상기 하측 트랜지스터가 동시에 턴온되는 것을 방지되도록 상기 상측 트랜지스터의 게이트 전압 또는 상기 하측 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로.
The method of claim 1,
And the feedback unit controls a gate voltage of the upper transistor or a gate voltage of the lower transistor to prevent the upper transistor and the lower transistor from being turned on at the same time.
제1항에 있어서,
상기 상측 트랜지스터는 풀업 트랜지스터이고 상기 하측 트랜지스터는 풀다운 트랜지스터이고,
상기 피드백부는, 상기 인버터의 출력 전압이 로우 레벨인 경우, 상기 상측 트랜지스터가 턴오프되도록 상기 상측 트랜지스터의 게이트 전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로.
The method of claim 1,
The upper transistor is a pull-up transistor and the lower transistor is a pull-down transistor,
And the feedback unit changes a gate voltage of the upper transistor so that the upper transistor is turned off when the output voltage of the inverter is at a low level.
제3항에 있어서,
상기 피드백부는,
상기 DC전압과 상기 인버터의 출력노드의 사이에 연결되며, 상기 인버터의 출력노드의 전압이 로우 레벨인 경우 전류가 흐르는 피드백 다이오드;
상기 다이오드에 전류가 흐르는 경우 전류가 흐르는 포토 커플러; 및
상기 포토 커플러에 전류가 흐르면 상기 상측 트랜지스터가 턴오프되도록 상기 상측 트랜지스터의 게이트 전압을 변경하는 게이트전압 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로.
The method of claim 3,
The feedback unit,
A feedback diode connected between the DC voltage and the output node of the inverter, and through which a current flows when the voltage of the output node of the inverter is at a low level;
A photo coupler through which current flows when current flows through the diode; And
A gate voltage controller that changes a gate voltage of the upper transistor so that the upper transistor is turned off when a current flows through the photo coupler
A high voltage generation circuit for a DC plasma power supply, comprising: a.
제1항에 있어서,
상기 상측 트랜지스터는 풀업 트랜지스터이고 상기 하측 트랜지스터는 풀다운 트랜지스터이고,
상기 피드백부는, 상기 인버터의 출력 전압이 하이 레벨인 경우, 상기 하측 트랜지스터가 턴오프되도록 상기 하측 트랜지스터의 게이트 전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로.
The method of claim 1,
The upper transistor is a pull-up transistor and the lower transistor is a pull-down transistor,
The feedback unit, when the output voltage of the inverter is at a high level, changes the gate voltage of the lower transistor so that the lower transistor is turned off.
제5항에 있어서,
상기 피드백부는,
상기 DC전압과 상기 인버터의 출력노드의 사이에 연결되며, 상기 인버터의 출력노드의 전압이 하이 레벨인 경우 전류가 흐르는 피드백 다이오드;
상기 피드백 다이오드에 전류가 흐르는 경우 전류가 흐르는 포토 커플러; 및
상기 포토 커플러에 전류가 흐르면 상기 하측 트랜지스터가 턴오프되도록 상기 하측 트랜지스터의 게이트 전압을 변경하는 게이트전압 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로.
The method of claim 5,
The feedback unit,
A feedback diode connected between the DC voltage and the output node of the inverter, and through which a current flows when the voltage of the output node of the inverter is a high level;
A photo coupler through which current flows when current flows through the feedback diode; And
And a gate voltage controller for changing a gate voltage of the lower transistor to turn off the lower transistor when a current flows through the photo coupler.
제1항에 있어서,
상기 인버터의 출력노드의 전압이 공진주파수에서 최대값을 갖도록 하여 상기 1차측 인덕터에 전달하는 공진부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로.
The method of claim 1,
A high voltage generation circuit for a DC plasma power supply device, further comprising: a resonator for transmitting the voltage of the output node of the inverter to the primary inductor to have a maximum value at a resonant frequency.
제7항에 있어서,
상기 공진부는,상기 인버터의 출력단과 상기 1차측 인덕터의 사이에 직렬로 연결되는 인덕터 및 커패시터와, 상기 1차측 인덕터와 병렬로 연결되는 커패시터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 플라즈마 전원 장치용 고전압 발생회로.

The method of claim 7,
The resonator may include an inductor and a capacitor connected in series between the output terminal of the inverter and the primary inductor, and a capacitor connected in parallel with the primary inductor.
A high voltage generation circuit for a DC plasma power supply, comprising: a.

KR1020190086889A 2019-07-18 2019-07-18 High voltage ingnition circuit for dc plasma power supllying apparatus KR20210009821A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190086889A KR20210009821A (en) 2019-07-18 2019-07-18 High voltage ingnition circuit for dc plasma power supllying apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190086889A KR20210009821A (en) 2019-07-18 2019-07-18 High voltage ingnition circuit for dc plasma power supllying apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210009821A true KR20210009821A (en) 2021-01-27

Family

ID=74238575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190086889A KR20210009821A (en) 2019-07-18 2019-07-18 High voltage ingnition circuit for dc plasma power supllying apparatus

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210009821A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023114457A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Nitricity Inc. Plasma power supply using an intermittent power source

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101879244B1 (en) 2017-04-06 2018-07-18 전주대학교 산학협력단 Plasma system for treatment of semiconductor waste gas CF4

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101879244B1 (en) 2017-04-06 2018-07-18 전주대학교 산학협력단 Plasma system for treatment of semiconductor waste gas CF4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023114457A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Nitricity Inc. Plasma power supply using an intermittent power source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Koudriavtsev et al. A novel pulse-density-modulated high-frequency inverter for silent-discharge-type ozonizer
US7353771B2 (en) Method and apparatus of providing power to ignite and sustain a plasma in a reactive gas generator
US8641978B2 (en) Power supply including transformer-less high voltage power oscillators for ozone generation
US5845488A (en) Power processor circuit and method for corona discharge pollutant destruction apparatus
Rao et al. All solid-state rectangular sub-microsecond pulse generator for water treatment application
US8367007B2 (en) Feedback stabilized ozone generator circuit
KR20210009821A (en) High voltage ingnition circuit for dc plasma power supllying apparatus
Florez et al. Efficiency of an exciplex DBD lamp excited under different methods
Liu et al. High-voltage high-frequency charging power supply based on voltage feedback and phase-shift control
JP2010154510A (en) Pulse generating circuit
US20180014398A1 (en) Quasi-Resonant Plasma Voltage Generator
El-Deib et al. Analysis and experimental validation of a new current-controlled driver for a dielectric barrier discharge lamp
Rueda et al. Optimum transformer turns ratio for the power supply of dielectric barrier discharge lamps
US20200295666A1 (en) Bias control in a voltage converter
Guo et al. Analysis and design of pulse frequency modulation discontinuous‐current‐mode dielectric barrier corona discharge with constant applied electrode voltage
Rueda et al. Series resonant inverter efficiency improvement with valley switching for dielectric barrier discharges
KR101706775B1 (en) Power supply device for plasma generator with resonant converter
RU2647662C1 (en) Generator of impulses of damped vibrations of limited duration
CN113427104A (en) High-frequency arc striking and maintaining circuit for argon arc welding machine
Hamed et al. Double modulation control scheme for a DC/DC converter applied to a battery charger
Ponce‐Silva et al. Power supply based on a multi‐stage‐shunt class E amplifier applied to ozone generation with high efficiency
Aqui-Tapia et al. Analysis and assessment of use of voltage and current inverters applied to the ozone generation in high frequency
Tabrizi et al. A Compact High Gain Pulse Power Generator Employed with Magnetic Pulse Compression and Push-Pull Charger for Applications in Dielectric Barrier Discharge
WO2024093173A1 (en) Streamer discharge driving apparatus, purification device, and streamer discharge drive control method
Zhang Wireless Power Supply for Ultraviolet (UV) Disinfection Lamps

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal