KR20220035762A - 고주파 정류기 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 정류기와 관련된다. 본 발명은 실시예로, 제어신호를 입력받고 입력받은 제어신호에 대응하는 직류전류를 공급하는 직류전원부, 상기 직류전원부와 연결되고 상기 직류전원부로부터 공급된 직류전류가 통과하며 통과하는 직류전류에 의해 에너지가 저장되는 저장부, 상기 저장부와 연결되고, 출력을 위한 제1경로에 제1스위치가 구비되고 상기 저장부에 에너지를 저장하기 위한 제2경로에 제2스위치가 구비되며, 상기 제1스위치와 상기 제2스위치의 작동에 의해 상기 저장부로부터 출력되는 직류전류가 제1경로를 통해 출력되거나 제2경로를 통해 저장되도록 제어하는 스위치부, 상기 제1경로와 연결되고 상기 스위치부의 작동에 의해 상기 저장부에서 저장된 에너지에 의해 발생한 전류가 단속적인 펄스신호로 출력되는 출력부 및 출력 전류값이 설정되고 상기 출력부에서 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 값이 되도록 상기 직류전원부와 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 고주파 정류기를 제시한다.

Description

고주파 정류기 및 그의 제어방법{High frequency rectifier and control method thereof}
본 발명은 정류기에 관한 것으로서 상세하게는 고주파 펄스신호의 출력이 가능한 정류기와 이러한 정류기에서 설정된 고주파 펄스신호의 출력이 가능하도록 정류기를 제어하는 방법과 관련된다.
최근의 전자회로기판(PCB)은 집적도를 높이기 위해 다수의 기판을 적층한 다층구조를 가지는 경우가 많고, 탑재 부품의 소형화와 미세 피치에 대응하여 배선패턴도 갈수록 미세화되어 가고 있다.
또한 부품을 삽입하거나 기판의 상하면을 전기적으로 연결하기 위해 형성되는 쓰루홀(Through hole)의 직경도 갈수록 소형화되고 있어 쓰루홀 내부를 도금하기 위해서는 매우 정밀한 도금기술이 요구되고 있다.
예로서 인쇄회로기판(PCB)의 구리도금 분야 중 최근에는 정밀도가 한층 요구되는 다층기판(MLB; Multi Later Board)의 홀의 직경이 작아지면서 홀과 회로 패턴의 도금두께 편차가 발생하는 현상이 발생하였다.
이를 해결하기 위하여 제조업체에서는 정류기의 펄스출력을 이용한 펄스 도금공법을 도입하고 있다. 이와 같은 펄스 도금공법을 사용할 경우 일반적으로 펄스 주기가 1000분의 1초 단위로 바뀌어 인쇄회로기판의 홀과 회로 패턴(pattern)의 도금두께 편차가 발생하는 현상을 크게 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다.
또한 펄스 주기를 작게 할 수록 이러한 현상을 최소화 할 수 있고 이러한 고주파 펄스의 경우 도금에 사용되는 전해액의 양을 줄일 수 있는 한편 균일하고 얇은 막을 형성할 수 있게 한다.
하지만 펄스출력을 공급하는 정류기는 내부의 소자들이 가진 특성들에 의해 출력에서 지연이 일어날 수 있고 이에 따라 500kHz 정도의 고주파 펄스출력을 구현하는 것에는 한계가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0054888호 (2009.06.01)
본 발명은 충전된 전류를 출력단으로 일시에 방출할 수 있도록 하여 고주파의 펄스신호를 출력 가능하며, 도금에 사용되는 전해액을 줄이고 스루홀이나 비스홀이 형성된 다층프린트 배선판에 대해서도 균일하고 얇은 두께의 도금막을 형성할 수 있게 하는 고주파 정류기을 제시한다.
또한 이러한 고주파 정류기를 이용하여, 설정된 고주파의 펄스신호의 출력이 가능하도록 제어하는 고주파 정류기의 제어 방법을 제시한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 제어신호를 입력받고 입력받은 제어신호에 대응하는 직류전류를 공급하는 직류전원부, 상기 직류전원부와 연결되고 상기 직류전원부로부터 공급된 직류전류가 통과하며 통과하는 직류전류에 의해 에너지가 저장되는 저장부, 상기 저장부와 연결되고, 출력을 위한 제1경로에 제1스위치가 구비되고 상기 저장부에 에너지를 저장하기 위한 제2경로에 제2스위치가 구비되며, 상기 제1스위치와 상기 제2스위치의 작동에 의해 상기 저장부로부터 출력되는 직류전류가 제1경로를 통해 출력되거나 제2경로를 통해 저장되도록 제어하는 스위치부, 상기 제1경로와 연결되고 상기 스위치부의 작동에 의해 상기 저장부에서 저장된 에너지에 의해 발생한 전류가 단속적인 펄스신호로 출력되는 출력부 및 출력 전류값이 설정되고 상기 출력부에서 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 값이 되도록 상기 직류전원부와 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 고주파 정류기를 제시한다.
여기에서 상기 스위치부는, 제1경로에 설치되고, 출력단으로 향하는 전류의 흐름을 제어하며, 열린 상태에서 상기 저장부에 일정 에너지가 충전되면 출력단으로 전류가 흐르도록 닫히는 제1스위치 및 제2경로에 설치되고, 상기 제1스위치가 열릴 때 상기 저장부에 에너지가 저장되도록 닫히는 동시에 상기 제1스위치가 닫힐 때에는 출력단으로 전류가 흐르도록 열리는 제2스위치를 포함할 수 있다.
또한 출력되는 펄스신호의 전류값을 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 감지부에서 감지된 전류값은 상기 제어부로 전송되고 상기 제어부에서는 상기 감지부에서 감지된 전류값이 설정된 전류값과 일치하도록 상기 직류전원부에 전송되는 제어신호와 상기 스위치부의 개폐작동을 제어할 수 있다.
여기에서 상기 제어부는, 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값에 도달하도록 상기 직류전원부에 제어신호를 전송하여 상기 직류전원부에서 출력되는 전압을 조절하는 전압제어유닛 및 상기 전압제어유닛의 전압 조절에 따라 출력되는 전류가 설정된 전류값을 초과하는 경우 상기 저장부에서 충전되는 에너지의 양을 줄여 적절한 전류가 출력되도록 조절하는 전류제어유닛을 포함할 수 있다.
또한 상기 전류제어유닛은, 출력단에 연결되는 상기 제1스위치가 열릴 때 상기 제2스위치가 닫히는 작동시간을 지연시켜 상기 저장부에 충전되는 에너지의 양을 줄일 수 있다.
한편 위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 펄스신호 출력의 주파수 또는 주기와 전류값을 설정하는 제1단계, 전압을 인가하여 출력단에서 반주기동안 전류를 출력하는 제2단계, 상기 제2단계에서 출력되는 펄스신호의 전류값을 측정하는 제3단계, 상기 제3단계에서 측정된 전류값이 상기 제1단계에서 설정된 전류값보다 낮은 경우 인가되는 전압을 높이는 제4단계, 상기 제4단계에서 높여진 전압에 따라 발생하는 전류를 반주기동안 충전하는 동시에 전류의 출력을 차단하는 제5단계, 상기 제5단계에서 충전된 전류를 출력하는 제6단계, 상기 제6단계에서 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값보다 낮은 경우 상기 제4단계 내지 제6단계를 반복하여 수행하는 제7단계, 상기 제6단계에서 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값을 초과하는 경우 인가되는 전압을 고정하고 충전시간을 낮추는 제8단계 및 상기 제8단계를 통해 조정된 충전시간에 따라 전류를 충전한 후 출력하고 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값을 초과하는 경우 상기 제8단계를 반복하여 설정된 전류값으로 수렴시키는 제9단계를 포함하는 고주파 정류기의 제어방법을 제시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저장부에서 에너지를 저장한 후 저장된 에너지에 해당하는 만큼의 전류가 단속적으로 출력되도록 하여 펄스신호를 발생시키는 한편 스위치부의 작동에 의해 전류가 급속도로 출력되게 함으로써 출력되는 펄스신호가 신속하게 정상상태에 도달할 수 있고 고주파의 펄스 출력을 구현할 수 있다.
한편 스위치부가 출력 경로를 제어하는 제1스위치와 충전 경로를 제어하는 제2스위치로 이루어지고 제1스위치와 제2스위치가 서로 교대로 작동하여 전류가 충전된 후 출력되도록 함으로써 간단한 구성으로 이상적인 펄스신호를 발생시킬 수 있다.
한편 출력되는 펄스신호의 전류값을 측정할 수 있는 감지부를 구비하고 제어부에 의해 감지된 전류값이 설정값과 일치하도록 제어함으로써 원하는 펄스신호와 일치하는 정확한 펄스신호를 발생시킬 수 있다.
또한 제어부는 전압제어유닛과 전류제어유닛을 구비하고 정류기를 구동하는 초기에는 전압제어유닛을 통해 직류전원부의 출력전압을 점차 상승시키고 이에 따른 출력전류의 증가를 모니터링 하는 한편 출력전류가 설정된 전류값을 초과하는 경우 전압의 상승을 멈추고 전류제어유닛을 통해 저장부에 다소 적게 에너지가 저장되도록 스위치부를 조절하여 출력전류를 낮추고 정확하게 설정치의 전류값이 출력되도록 정밀하게 제어할 수 있다.
이때 출력전류가 낮아지도록 조절함에 있어서는, 저장되는 에너지가 다소 적어지도록 하기 위해 충전에 관계되는 제2스위치를 지연하여 작동시키는 간단한 제어를 통해 설정치와 일치하는 전류를 정확하게 출력할 수 있다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 정류기를 나타내는 블럭도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 스위치부와 제어부를 나타내는 블럭도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 따른 고주파 정류기의 개략적인 회로도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 따른 고주파 정류기의 제어 과정에 있어서 시간에 따라 출력되는 신호를 나타내는 파형도.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 고주파 정류기의 제어 과정을 나타내는 순서도.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 정류기 및 그의 제어방법에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
본 발명의 실시예에 따른 고주파 정류기(100)는 직류전원부(1), 저장부(2), 스위치부(3), 출력부(4) 및 제어부(5)를 포함한다.
직류전원부(1)는 제어신호(CS)를 입력받고 입력받은 제어신호(CS)에 대응하는 직류전류를 공급한다. 이러한 직류전원부(1)에 저장부(2)가 연결되는데 저장부(2)는 직류전원부(1)로부터 공급된 직류전류가 통과하는 한편 통과하는 직류전류에 의해 에너지가 저장된다.
스위치부(3)는 저장부(2)와 연결되고 출력을 위한 제1경로(33)에 제1스위치(31)가 구비되고 에너지 저장을 위한 제2경로(34)에 제2스위치(32)가 구비된다. 스위치부(3)는 제1스위치(31)와 제2스위치(32)를 교대로 작동시켜 저장부(2)를 거친 직류전류가 제1경로(33)를 흐르면서 출력되거나 제2경로(34)를 흐르면서 저장부(2)에 에너지가 저장되도록 한다.
출력부(4)는 제1경로(33)와 연결되고 스위치부(3)의 작동에 의해 저장부(2)에서 저장된 에너지에 의해 발생한 전류가 단속적으로 출력되도록 하여 고주파의 펄스신호를 출력한다.
이러한 과정은 제어부(5)에서 제어되는데 제어부(5)는 출력 전류값이 설정되고 출력부(4)에서 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 값이 되도록 직류전원부(1)와 스위치부(3)를 제어한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 저장부에서 에너지를 저장한 후 저장된 에너지에 해당하는 만큼의 전류가 단속적으로 출력되도록 하여 펄스신호를 발생시키는 한편 스위치부의 작동에 의해 전류가 급속도로 출력되게 함으로써 출력되는 펄스신호가 신속하게 정상상태에 도달할 수 있어 고주파의 펄스 출력을 구현할 수 있다.
이하 각 부의 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 정류기를 나타내는 블럭도이고, 도 2는 본 실시예에 채용된 스위치부와 제어부를 나타내는 블럭도이며, 도 3은 본 실시예에 따른 고주파 정류기의 개략적인 회로도이다.
직류전원부(1)는 제어부(5)로부터 제어신호(CS)를 입력받아 이 제어신호(CS)에 대응하는 전압으로 전류를 출력한다. 직류전원부(1)의 입력 제어신호(CS)는 낮은 전압값으로 주어질 수 있고 직류전원부(1) 내부에서 전압 변환 또는 전환 과정을 거쳐 입력값에 대응하고 상대적으로 높은 전압값을 출력할 수 있다.
예를 들면 제어신호(CS)는 0~5V의 전압값이 될 수 있고 출력신호(OS)는 0~30V의 전압값이 될 수 있다. 제어신호(CS)의 변동에 따라 출력신호(OS)는 비례적으로 변동하게 되고 출력되는 전압값에 따른 직류전류가 출력되게 된다.
직류전원부(1)로는 입력전압에 의해 출력전압의 제어가 가능한 일반적인 직류전원공급장치를 사용할 수 있다.
저장부(2)는 직류전원부(1)와 연결되고 직류전원부(1)로부터 출력된 직류전류가 통과하면서 에너지가 저장되는 구성이다. 저장부(2)에서는 통과하는 직류전류의 양에 비례하여 에너지가 저장된다.
본 실시예에서 저장부에는 전류를 흐르게 할 수 있는 에너지가 자기장 형태로 저장되는 것이지만 설명의 편의상 전류가 저장되는 것 또는 충전되는 것으로 혼용하여 설명한다.
저장부(2)로는 흐르는 전류에 의해 발생하는 에너지를 자기장으로 저장하여 전류가 차단되었을 때 역기전력에 의한 전류를 발생시킬 수 있는 일반적인 리액터를 사용할 수 있다.
스위치부(3)는 저장부(2)와 연결되고 저장부(2)에서 출력되는 전류의 경로를 결정해 주며, 제1스위치(31), 제1경로(33), 제2스위치(32), 제2경로(34)를 포함하여 구성된다. 제1경로(33)는 출력부(4)의 출력단(O)과 연결되고 제2경로(34)는 접지단(G)과 연결된다.
도 2a와 도 3을 참조하면, 제1스위치(31)는 제1경로(33)에 설치되고, 출력단(O)으로 향하는 전류의 흐름을 제어하며, 제1스위치(31)가 열린 상태에서 저장부(2)에 일정 에너지가 충전되면 출력단(O)으로 전류가 흐르도록 닫힌다.
제2스위치(32)는 제2경로(34)에 설치되고, 제1스위치(31)가 열릴 때 저장부(2)에 에너지가 저장되도록 닫히며, 제1스위치(31)가 닫힐 때 출력단(O)으로 전류가 흐르도록 열린다.
이와 같이 제1스위치(31)와 제2스위치(32)는 교번 작동하게 된다. 즉 제1스위치(31)가 닫혀 출력이 이루어질 때 충전은 이루어지지 않으며, 제2스위치(32)가 닫혀 충전이 이루어질 때 출력이 이루어지지 않는다.
이에 따라 출력(충전 없음), 충전(출력 없음), 출력(충전 없음), 충전(출력 없음)의 과정이 계속 반복되면서 펄스신호가 출력되게 된다.
한편 제1스위치(31)가 닫혀 출력이 이루어질 때 충전된 에너지에 의한 역기전력에 의해 순간적으로 높은 전압이 발생하고 이는 출력단(O)에서 출력되는 전류의 상승 시간(rising time)을 최소화하여 급속하게 전류가 출력값에 도달하게 된다. 이에 따라 정확한 형태의 펄스신호를 얻을 수 있고 상승 시간을 고려하지 않아도 되므로 짧은 주기의 펄스신호의 구현이 가능해지며 고주파의 출력을 가능하게 한다.
즉 상승 시간이 클 때에는 펄스신호를 구현하기 위하여 정상상태까지 기다릴 필요가 있으므로 상승 시간보다 작은 주파수의 펄스신호를 구현하기 어렵다. 하지만 상승 시간을 무시할 수 있을 만큼 아주 작다면 더 큰 주파수의 펄스신호를 구현하는 것이 가능하다.
스위치부(3)의 제1스위치(31)와 제2스위치(32)로는 FET(Field Effect Transitor)를 채용할 수 있다. 본 실시예의 구성과 제1스위치(31)와 제2스위치(32)의 충전 및 출력 작동에 의해 대략 500kHz의 펄스신호를 출력하는 것이 가능하다.
출력부(4)는 스위치부(3)와 연결되고 스위치부(3)의 제1스위치(31)가 닫혔을 때 제1경로(33)를 통해 흐르는 전류가 출력되는 구성으로서, 제1스위치(31)와 제2스위치(32)의 교번 작동에 의해 펄스신호가 출력되게 된다. 펄스신호는 출력부(4)에 구비된 출력단(O)을 통해 출력되게 된다.
이와 같이 출력단(O)을 통해 출력된 전류는 인쇄회로기판의 도금 작업에 사용될 수 있다. 고주파의 펄스신호에 의해 낮은 농도의 전해액을 사용하여도 고품질의 얇고 균일한 도금막을 얻을 수 있다.
미리 설정된 전류값을 가진 펄스신호를 출력하기 위하여 사전에 직류전원부(1)의 제어신호(CS)와 출력부(4)의 펄스신호의 전류값의 대응관계를 데이터화할 수 있다. 이에 따라 설정된 전류값에 해당하는 전압을 제어신호(CS)로 채택할 수 있다. 예를 들어 사전에 직류전원부(1)에 3V의 제어신호(CS)를 인가하였을 때 10A의 펄스신호를 얻을 수 있었다면 설정된 전류값이 10A인 경우 10A의 펄스신호를 얻기 위하여 3V의 제어신호(CS)를 직류전원부(1)에 인가할 수 있다.
다만 이러한 관계는 대응관계를 시험작동을 완료한 특정 직류전원부(1)에만 해당할 수 있다. 즉 직류전원부(1)가 다른 것으로 바뀌거나 정류기의 회로 구성이 바뀌게 되는 경우에는 이러한 관계가 일치하지 않을 수 있다.
이러한 점을 고려하여 출력신호(OS)를 감지하여 원하는 출력값이 나오도록 제어하기 위한 감지부(6)를 더 포함할 수 있다. 감지부(6)는 출력되는 펄스신호의 전류값을 감지할 수 있다. 또한 추가하여 감지부(6)는 출력되는 펄스신호의 전압값 및 충전되는 전류의 전류값을 감지하여 모니터링 하도록 할 수 있다.
감지부(6)에서 감지된 전류값과 전압값은 제어부(5)로 전송된다. 제어부(5)에서는 설정된 전류값을 감지부(6)에서 감지된 전류값과 비교하여 이들이 일치하도록 직류전원부(1)에서 출력되는 전압과 스위치부(3)의 작동을 제어할 수 있다.
감지부(6)는 출력되는 펄스신호의 전류값과 전압값을 감지하기 위하여 (+)출력단으로 연결되는 제1경로(33)의 도중에 제1전류센서(61)가 설치되고, (+)출력단과 (-)출력단에 걸쳐 제1전압센서(62)가 설치되며, 접지단(G)으로 연결되는 제2경로(34)의 도중에 제2전류센서(63)가 설치될 수 있다.
이때 제1전류센서(61)에서 감지된 전류값은 제어의 용도로 사용될 수 있고, 제1전압센서(62)에서 감지된 전압값과 제2전류센서(63)에서 감지된 전류값은 모니터링의 용도로 사용될 수 있다.
제어부(5)는 출력전류의 전류값과 주파수가 설정되고, 출력부(4)에서 출력되는 펄스신호의 전류값과 주파수가 설정된 값이 되도록 직류전원부(1)와 스위치부(3)를 제어하는 구성으로서, 상술한 바와 같이 출력전류에 대응하는 제어신호(CS)를 직류전원부(1)에 전송하고 스위치부(3)를 설정된 주파수에 맞도록 스위칭하여 출력신호(OS)가 정해진 전류값과 주파수가 되도록 제어할 수 있다.
한편 제어부(5)는 감지부(6)로부터 감지된 출력 전류값을 입력받고 도 2b에 도시된 바와 같은 전압제어유닛(51)과 전류제어유닛(52)을 통해 출력전류를 정밀하게 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 주기가 2㎲(500kHz 주파수)이고, 설정된 출력 전류값은 10A인 경우를 예로 들어 설명한다.
전압제어유닛(51)은 직류전원부(1)에 연결되어 직류전원부(1)의 제어신호(CS)를 조절함으로써 직류전원부(1)의 출력신호(출력전압)(OS)을 조절하고 전류제어유닛(52)은 스위치부(3)에 연결되어 스위치의 작동시간을 조절함으로써 출력부(4)에서 출력되는 펄스신호의 전류값을 조절한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 정류기의 제어 과정에 있어서 시간에 따라 출력되는 신호를 나타내는 파형도이다.
도시된 바와 같이 제어부(5)는 일단 충분히 낮은 전압을 직류전원부(1)에 인가하한다. 도면에서 점선으로 흐릿하게 표시된 선이 전압(V)을 나타낸다. 따라서 이 전압에 대응되는 전류(A)가 출력된다. 낮은 전압이 인가되었으므로 전류값도 설정된 전류값보다 낮게 되며 이러한 전류값이 감지부(6)에 감지된다.
최초의 전압은 직류전원부(1)에서 출력된 전압에 따르며 반주기 동안 일정한 전압이 인가된다. 이때 출력되는 펄스신호는 일반적인 출력신호(OS)로서 상승 시간이 발생한다.
전압제어유닛(51)은 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값에 도달하도록 인가되는 전압을 점차 높여 직류전원부(1)에 제어신호(CS)를 전송한다. 이에 따라 직류전원부(1)에서 출력되는 전압도 이에 비례하여 높아지게 된다. 이때 직류전원부(1)의 출력은 충전(도 4b 참조) 되고 이후 충전된 전류를 출력하게 되며 이러한 과정이 반복된다.
충전된 전류는 출력시 역기전력에 의해 순간적으로 높은 전압으로 출력된다. 이에 따라 출력되는 펄스신호는 상승 시간이 발생하지 않고 정확한 형태를 가진다. 전압제어유닛(51)에서 제어신호(CS)인 전압을 상승시킴에 따라 충전 및 출력되는 전류값도 점차 높아지게 되며 일정 시간 이후에는 출력되는 전류값이 설정값을 초과하게 된다(도 4a 참조).
이와 같이 전압제어유닛(51)의 전압 조절에 따라 출력되는 전류가 설정된 전류값을 초과하는 경우 전류제어유닛(52)은 충전되는 전류를 줄여 적절한 전류가 출력되도록 조절할 수 있다. 이때 전압제어유닛(51)에서는 제어를 위한 전압값을 이전과 동일한 값으로 고정할 수 있다.
여기에서 전류제어유닛(52)은 출력단(O)에 연결되는 제1스위치(31)가 열릴 때 제2스위치(32)가 닫히는 시간을 지연시켜 충전되는 전류의 양을 줄일 수 있다. 또한 지연시간은 작게 시작하여 점차 시간을 늘려갈 수 있다. 지연되는 시간만큼 충전되는 전류의 양은 다소 작아지게 되며 이러한 제어를 반복하여 적절한 지연시간이 결정되면 출력신호(OS)의 전류값이 설정된 값과 일치할 수 있다.
상술한 설명에서는 전압제어유닛(51)이 전압값을 고정한 후 전류제어유닛(52)이 충전되는 전류의 양을 제어하는 것으로 설명하였지만 전압제어유닛(51)에서 전압값을 다시 낮출 수도 있다. 다만, 전압제어유닛(51)에서 전압값을 고정한 후 전류제어유닛(52)이 충전되는 전류의 양을 제어함으로써 더 정밀한 제어가 가능하다.
제어부(5)로는 마이크로컴퓨터를 사용할 수 있고 2㎲ 이내의 고속연산이 가능한 CPU를 탑재한 것이 바람직하다.
이하에서는 위와 같은 고주판 정류기를 제어하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 정류기의 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도면을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 고주파 정류기(100)의 제어방법은, 출력되는 전류값을 측정할 수 있는 감지부를 구비한 정류기에 있어서, i) 출력 주파수 및 전류값을 설정하는 단계(S1), ii) 저전압으로 반주기의 출력을 수행하는 단계(S2), iii) 출력신호의 전류값을 측정하는 단계(S3), iv) 전압을 조정하는 단계(S4), v) 조정된 전압으로 반주기의 충전을 수행하는 단계(S5), vi) 충전된 전류를 출력하는 단계(S6), vii) 측정된 전류값이 설정된 전류값을 초과할 때까지 iv)~vi) 단계를 반복하는 단계(S7), viii) 초과된 전류값에 따라 충전되는 시간을 조절하는 단계(S8), ix) 조절된 충전전류를 출력하는 단계(S9)를 포함할 수 있다
먼저 제1단계에서는 펄스신호 출력의 주파수와 전류값을 설정한다. 이는 제어부(5)를 통해 이루어질 수 있고 예를 들어 주파수는 500kHz로 하고 출력 전류는 10A로 설정할 수 있다. 이에 따라 펄스 출력신호(OS)의 주기는 자연스럽게 2㎲로 결정될 수 있다. 정류기를 도금 공정에 사용하는 경우 해당 도금 공정에서 필요한 적절한 주파수와 전류값을 설정할 수 있다. 한편 주파수 대신 주기를 설정하여 자연스럽게 주파수가 결정되도록 할 수도 있다.
다음으로 제2단계에서는 낮은 전압을 인가하여 출력단에서 반주기동안 전류를 출력한다. 예를 들어 상술한 고주파 정류기(100)의 경우 제어부(5)가 제어신호로서 직류전원부(1)에 1V를 인가하고 직류전원부(1)의 실제 출력이 인가된 전압의 5배의 비율로 출력된다고 하면 5V의 전압으로 전류를 출력하게 된다. 주파수를 500kHz로 설정한 경우 1주기는 2㎲가 되므로 반주기에 해당하는 1㎲ 동안 출력부(4)는 5V의 전압으로 전류를 출력한다. 이는 제1스위치(31)를 1㎲ 동안 닫는 동시에 제2스위치(32)를 1㎲ 동안 열어 수행할 수 있다.
이에 따라 출력단(O)에는 10A 미만의 작은 전류가 출력되게 된다. 또한 이때 전류는 충전된 전류가 아니므로 상승 시간을 가진다(도 4a 참조).
다음으로 제3단계에서는 출력되는 펄스신호의 전류값을 측정한다. 이는 감지부(6)에서 수행하며 감지부(6)는 측정된 전류값을 제어부(5)에 전달한다.
다음으로 제4단계에서는 전압을 조정한다. 예를 들어 제3단계에서 측정된 전류값이 설정된 전류값보다 낮은 경우 제어신호(CS)의 전압을 높힌다. 전압은 이전 전압에 비해 약간 높게 조정된다. 예를 들어 0.2V 단위로 높힐 수 있고 이에 따라 인가되는 전압이 1.2V가 되면 직류전원부(1)의 실제 출력은 6V가 된다.
다음으로 제5단계에서는 조정된 전압에 따라 반주기동안 전류를 충전한다. 이때 출력단(O)에서는 전류가 출력되지 않는다. 따라서 출력전류는 전체적으로 펄스신호와 같은 형태를 가진다. 계속하여 위의 예를 적용하면 1㎲ 동안 전류를 충전하게 되는데 이는 제1스위치(31)를 1㎲ 동안 여는 동시에 제2스위치(32)를 1㎲ 동안 닫음으로써 수행할 수 있다. 이에 따라 저장부(2)에는 전류가 충전된다.
다음으로 제6단계에서는 제5단계에서 충전된 전류를 출력한다. 충전된 전류는 역기전력에 의해 급속하게 출력되고 전류는 수직 상승하며 출력된다. 이는 제2스위치(32)를 1㎲ 동안 여는 동시에 제1스위치(31)를 1㎲ 동안 닫음으로써 수행할 수 있다. 이에 따라 출력단(O)으로 충전된 만큼의 전류가 출력된다. 이때 전압은 최초에 큰 폭으로 상승하며 전류를 급속하게 출력시키게 되고 출력되는 전류값은 처음보다 더 상승하게 된다(도 4a 참조).
다음으로 제7단계에서는 측정된 전류값이 설정된 전류값을 초과할 때까지 제4단계 내지 제6단계를 반복한다. 이에 따라 시간에 따라 전류값이 점차 증가하는 펄스신호가 출력되며 일정 시간 후에는 측정된 전류값이 설정된 전류값을 초과하게 된다. 도 4a를 참조하면 6번째 펄스신호에서 전류가 10A(전압은 10V)를 다소 초과하게 된다.
다음으로 제8단계에서는 이와 같이 측정된 전류값이 설정된 전류값을 초과하면 전압값을 고정하고 충전시간을 조절하여 충전되는 전류의 양이 다소 작아지도록 제어한다. 예를 들어 초과된 양이 1㎲ 동안 1A라면 1㎲의 1/11에 해당하는 0.09㎲를 지연시켜 충전함으로써 전류값이 설정된 전류값으로 출력되도록 할 수 있다.
한편 충분히 작은 시간(예를 들어 0.01㎲)을 지연시켜 가면서 설정된 전류값으로 수렴하도록 할 수도 있다. 이를 위해 제9단계로서 조절된 충전량으로 제8단계를 반복하여 출력단(O)에서 설정된 전류값이 출력되도록 할 수 있다.
상기와 같은 고주파 정류기와 이러한 고주파 정류기를 제어하는 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 직류전원부
2 : 저장부
3 : 스위치부 31 : 제1스위치 32 : 제2스위치
33 : 제1경로 34 : 제2경로
4 : 출력부
5 : 제어부 51 : 전압제어유닛 52 : 전류제어유닛
6 : 감지부 61 : 제1전류센서 62 : 제1전압센서 63 : 제2전류센서
CS : 제어신호 OS : 출력신호 V : 전압 A : 전류
G : 접지단 O : 출력단
100 : 고주파 정류기

Claims (6)

  1. 제어신호를 입력받고 입력받은 제어신호에 대응하는 직류전류를 공급하는 직류전원부,
    상기 직류전원부와 연결되고 상기 직류전원부로부터 공급된 직류전류가 통과하며 통과하는 직류전류에 의해 에너지가 저장되는 저장부,
    상기 저장부와 연결되고, 출력을 위한 제1경로에 제1스위치가 구비되고 상기 저장부에 에너지를 저장하기 위한 제2경로에 제2스위치가 구비되며, 상기 제1스위치와 상기 제2스위치의 작동에 의해 상기 저장부로부터 출력되는 직류전류가 제1경로를 통해 출력되거나 제2경로를 통해 저장되도록 제어하는 스위치부,
    상기 제1경로와 연결되고 상기 스위치부의 작동에 의해 상기 저장부에서 저장된 에너지에 의해 발생한 전류가 단속적인 펄스신호로 출력되는 출력부 및
    출력 전류값이 설정되고 상기 출력부에서 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 값이 되도록 상기 직류전원부와 상기 스위치부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 고주파 정류기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    제1경로에 설치되고, 출력단으로 향하는 전류의 흐름을 제어하며, 열린 상태에서 상기 저장부에 일정 에너지가 충전되면 출력단으로 전류가 흐르도록 닫히는 제1스위치 및
    제2경로에 설치되고, 상기 제1스위치가 열릴 때 상기 저장부에 에너지가 저장되도록 닫히는 동시에 상기 제1스위치가 닫힐 때에는 출력단으로 전류가 흐르도록 열리는 제2스위치
    를 포함하는 고주파 정류기.
  3. 제1항에 있어서,
    출력되는 펄스신호의 전류값을 감지하는 감지부를 더 포함하고,
    상기 감지부에서 감지된 전류값은 상기 제어부로 전송되고 상기 제어부에서는 상기 감지부에서 감지된 전류값이 설정된 전류값과 일치하도록 상기 직류전원부에 전송되는 제어신호와 상기 스위치부의 개폐작동을 제어하는
    고주파 정류기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값에 도달하도록 상기 직류전원부에 제어신호를 전송하여 상기 직류전원부에서 출력되는 전압을 조절하는 전압제어유닛 및
    상기 전압제어유닛의 전압 조절에 따라 출력되는 전류가 설정된 전류값을 초과하는 경우 상기 저장부에서 충전되는 에너지의 양을 줄여 적절한 전류가 출력되도록 조절하는 전류제어유닛
    을 포함하는 고주파 정류기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류제어유닛은, 출력단에 연결되는 상기 제1스위치가 열릴 때 상기 제2스위치가 닫히는 작동시간을 지연시켜 상기 저장부에 충전되는 에너지의 양을 줄이는 고주파 정류기.
  6. 펄스신호 출력의 주파수 또는 주기와 전류값을 설정하는 제1단계,
    전압을 인가하여 출력단에서 반주기동안 전류를 출력하는 제2단계,
    상기 제2단계에서 출력되는 펄스신호의 전류값을 측정하는 제3단계,
    상기 제3단계에서 측정된 전류값이 상기 제1단계에서 설정된 전류값보다 낮은 경우 인가되는 전압을 높이는 제4단계,
    상기 제4단계에서 높여진 전압에 따라 발생하는 전류를 반주기동안 충전하는 동시에 전류의 출력을 차단하는 제5단계,
    상기 제5단계에서 충전된 전류를 출력하는 제6단계,
    상기 제6단계에서 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값보다 낮은 경우 상기 제4단계 내지 제6단계를 반복하여 수행하는 제7단계,
    상기 제6단계에서 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값을 초과하는 경우 인가되는 전압을 고정하고 충전시간을 낮추는 제8단계 및
    상기 제8단계를 통해 조정된 충전시간에 따라 전류를 충전한 후 출력하고 출력되는 펄스신호의 전류값이 설정된 전류값을 초과하는 경우 상기 제8단계를 반복하여 설정된 전류값으로 수렴시키는 제9단계
    를 포함하는 고주파 정류기의 제어방법.
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