KR20230130838A - Far-UVC 222 UVC Excimer 램프 고전압 전원발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 UV222nm 파장을 가지는 엑시머램프의 방사되는 출력을 제어하고 안전적인 전원을 공급하기 위한 UV222 전용 전원발생장치이다. 램프의 자외선 에너지 방사량을 조절할 수 있으며, 램프의 수명을 연장할 수 있다.
특히, 6Kv의 고전압을 발생시키는 AC-DC, DC-DC전원발생장치로서 램프를 여기(Excitation) 할 수 있는 3kV~6kV의 직류전압을 10kHz~400kHz 주파수로 스위칭하여 엑시머램프의 고전압특성에 만족하는 고주파 변압기(Ferrite Transformer)의 Duty Rate, Frequency를 변조하여 안정적인 램프의 동작이 이루어질 수 있도록 하기 위한 UV222엑시머 램프 전용의 고전압 전원발생기에 관한 것이다.

Description

Far-UVC 222 UVC Excimer 램프 고전압 전원발생기{HIGH-VOLTAGE POWERSUPPLY FOR FAR-UVC 222 UVC EXCIMER LAMP}

본 발명은 UV222nm 파장을 가지는 엑시머램프의 방사되는 출력을 제어하고 안전적인 전원을 공급하기 위한 UV222 전용 전원발생장치이다. 램프의 자외선 에너지 방사량을 조절할 수 있으며, 램프의 수명을 연장할 수 있다.

특히, 6Kv의 고전압을 발생시키는 AC-DC, DC-DC전원발생장치로서 램프를 여기(Excitation) 할 수 있는 3kV~6kV의 직류전압을 10kHz~400kHz 주파수로 스위칭하여 엑시머램프의 고전압특성에 만족하는 고주파 변압기(Ferrite Transformer)의 Duty Rate, Frequency를 변조하여 안정적인 램프의 동작이 이루어질 수 있도록 하기 위한 UV222엑시머 램프 전용의 고전압 전원발생기에 관한 것이다.

Excimer lamp는 UVC를 방출하는 램프로서 주로 유기화합물의 화학반응에 의한경화, 반도체공정, 세균 및 박테리아의 살균처리에 활용되는 기술로서, 222nm파장을 발생하기 위해서는 KrCl 가스에 의해 발생된다.

종류	파장	명칭	응용분야
UV-A	320~400nm	화학선	화학반응, UV 경화, 위폐 감별,생화학무기 감별 등
UV-B	280~320nm	건강선	건선, 백반, 습진등 피부 진활치료등에 쓰임 311nm 가 가장좋은 효과를 보임
UV-C	200~280nm	살균선	가장 큰 에너지를 가지는 자외선으로서 각종 세균을 살균하는데 큰 효과를 일으킴(예 : 대장균 박테리아 바이러스 등)

현재 Excimer lamp는 직류 내부전극(+)과 외부전극(-)으로 외부 Copper winding는 외부전극 Minus(-) 와 연결되어 있다. 베리어방전램프(엑시머램프는 일정 주파수과 듀티에 의한 전계를 형성함으로서 고전압을 제공한다. 아래는 초기 AC전원이 인가되고 이를 정류소자에 의한 1차 정류와 2차 전해 콘덴서의 평활로 순수 DC전압이 생성된다. DC전원의 인가는 고주파 스위칭에의해서 이루어지며 고주파 변압기에 생성된 HV전압은 변압기에 의해서 이루어진다. 생성된 HV는다시 2차 스위칭에 의해 램프가 동작될 수 있는 전압으로 제공이 되므로서 엑시머램프는 UVC222nm의 파장으로 베리어방전(Emission)이 이루어진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 종래의 고전압발생시 출력되는 UV에너지량(mW/㎠, mJ)은 주파에 따라 출력되는 방사량이 달라지므로 살균시 Excimer Lamp에 피폭되는 양이 과도 혹은 부족할 수 있다, 이를 PID통한 지능화된 제어시스템으로 출력 제어 가능하다, 이러한 출력제어는 UV222센서에 의해 Feed-Back하고 양자화된 수신데이터를 통하여 보정하고 출력의 게이값을 가변적으로 설정함으로써 해결할 수 있다. 특히 사물에 대한 살균이 아닌 인체를 대상으로 하는 살균의 조사량은 매우 정밀하게 처리 되어야 한다. UV고전압발생기는 AC입력 전원의 EMI필터부와, 정류부, 스위칭제어부, 고전압발생부, 출력 및 피드백 영역으로 세분화함으로써 효율적인 회로의 네트워크를 구성하여 출력을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 UVC 222nm Excimer 램프의 AC입력단의 프리 EMI 필터부는 전원 초기 소스로서 전자파 노이즈를 제거하고 안정적인 램프의 수명을 보장하기 위한 전원소로서 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 정류부와 고전압 발생부을 스위칭 제어함으로서 변압기의 HV 를 생성하며, 발생시 적합한 변압기의 보빈 설계가 이루어 진후 1차측(Primary)와 2차측(Secondary) 를 분리된 Isolate 변압기로서 내부 코일열화 및 발열을 최소화 하여 설계함으로서 내부 단락에 의한 위험성을 절연 코일로서 보완설계 하였다. 고주파 10kHz에서 최대 400kHz의 주파수를 스위칭 하기위한 제어는 32비트 고성능 MCU를 탑재함으로서구현이 가능하고, 12Bit ADC을 통하여 FeedBack이 가능하도록 함으로써 고속 스위칭 응답시간을 보장하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 구성된다. 즉, Far-UVC222 고전압발생기는 UV222 Excimer Lamp의 수명과 안정적인 출력제공을 위하여 제어부 내부에 가변 주파수 설정 및 Duty 설정을 할 수 있도록 구성되고, 스위칭 제어부에 출력 폐루프시스템으로 UV광센서와 연동하고, 개인설정이 용이 가능하도록 구성되며, 통상 50~60% 듀티비를 통하여 설정하고 가변주파수에 의한 출력조절이 원활히 이루어질 수 있도록 마련되어, UV222램프의 전원안정화와 동작 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 고전압 발생용 트랜스포머는 높은 공율의 고주파 페이이트(PC40: Mn,Zn)재질의 소재를 채택하여 권선설계로서 고전압생성되도록 구비되고, 상기 고전압발생부는 단락 혹은 과열에 의한 변압기 소손이 발생할 수 있어 1차측(Primary Transformer)과 2차측(Secoundary Transformer)의 권선은 독립적인 복권식 구조로 설계하여 발열과 주파수 공진에 의한 소음을 줄이고 효율을 높이도록 구성된 것을 특징으로 한다.

더불어, 출력의 정확도를 보정하기 위한 내부 중앙연산처리 제어부에 폐루프시스템(Closed-Loop)에 UV222 광센서부를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 출력단의 단락으로 내부 회로가 파손될 수 있고 특히 고전압으로 매우 위험하기 때문에 출력단 쇼트방지 회로부를 포함한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, UVC222 고전압 전원발생기(UVC222 HV PowerSupply)는 엑시머램프의 전원공급을 원활하게 하여 출력의 안정성을 확보함으로서 살균 및 방역기관의 사용자에게 사물살균 뿐만아니라 인체 살균의 안정적인 사용을 제공할 수 있다. 시중에 출시되고 있는 UVC222 램프 제품의 공간방역살균기에 대한 안정적인 전압공급으로 제품의 수명연장과 사용자 안전관점에서 본 발명의 효과가 있으며, 향후 다양한 인체 살균시스템에 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 UVC222 고전압 전원발생기의 계통도

본 발명에 따른 Far-UVC222 고전압발생기(1)는 UV222 Excimer Lamp의 수명과 안정적인 출력제공을 위하여 제어부 내부에 가변 주파수 설정 및 Duty 설정을 할 수 있도록 구성하여 정밀한 출력과 안정성을 보장하도록 하며, 스위칭 제어부에 출력 폐루프시스템으로 UV광센서와 연동하고, 개인설정이 용이 가능하도록 구성할 수 있다. 통상 50~60% 듀티비를 통하여 설정하고 가변주파수에 의한 출력조절이 원활히 이루어 질 수 있도록 함으로써, UV222램프의 전원안정화와 동작 가능하다.

또한, 고전압 발생용 트랜스포머는 높은 공율의 고주파 페이이트(PC40: Mn,Zn)재질의 소재를 채택하여 권선설계로서 고전압생성을 효율적으로 해결할 수 있다.

상기, 고전압발생부는 단락 혹은 과열에 의한 변압기 소손이 발생할 수 있어 1차측(Primary Transformer)과 2차측(Secoundary Transformer)의 권선는 독립적인 복권식 구조로 설계하여 발열과 주파수 공진에 의한 소음을 줄이고 효율을 높일 수 있다.

더불어, 본 발명의 일측에 따르면, 출력의 정확도를 보정하기 위한 내부 중앙연산처리 제어부에 폐루프시스템(Closed-Loop)에 UV222 광센서부가 구성된다.

또한, 본 발명의 일측에 따르면, 출력단의 단락으로 내부 회로가 파손될 수 있고 특히 고전압으로 매우 위험하기 때문에 출력단 쇼트방지 회로부가 구성된다.

따라서, 본 발명의 UVC222 고전압 전원발생기(UVC222 HV PowerSupply)는 엑시머램프의 전원공급을 원활하게 하여 출력의 안정성을 확보함으로서 살균 및 방역기관의 사용자에게 사물살균 뿐만아니라 인체 살균의 안정적인 사용가능하고, 아울러, 시중에 출시되고 있는 UVC222 램프 제품의 공간방역살균기에 대한 안정적인 전압공급으로 제품의 수명연장과 사용자 안전관점에서 다양한 인체 살균시스템에 적용할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명은, 종래의 고전압발생시 출력되는 UV에너지량(mW/㎠, mJ)은 주파에 따라 출력되는 방사량이 달라지므로 살균시 Excimer Lamp에 피폭되는 양이 과도 혹은 부족한 문제점을 PID통한 지능화된 제어시스템으로 출력을 제어 가능하고, 이러한 출력제어는 UV222센서에 의해 Feed-Back하고 양자화된 수신데이터를 통하여 보정하고 출력의 게이값을 가변적으로 설정함으로써 해결할 수 있다.

더불어, 사물에 대한 살균이 아닌 인체를 대상으로 하는 살균의 조사량은 매우 정밀하게 처리되어야 하는 이유를, UV고전압발생기는 AC입력 전원의 EMI필터부와, 정류부, 스위칭제어부, 고전압발생부, 출력 및 피드백 영역으로 세분화 함으로써 효율적인 회로의 네트워크를 구성하여 출력을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 UVC 222nm Excimer 램프의 AC입력단의 프리 EMI 필터부는 전원 초기 소스로서 전자파 노이즈를 제거하고 안정적인 램프의 수명을 보장하기 위한 전원소로를 제공할 수 있는 것이다.

본 발명은 전술한 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

본 과제(결과물)는 2021년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업의 결과입니다. (2021RIS-003)

This results was supported by "Regional Innovation Strategy (RIS)" through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education(MOE)(2021RIS-003)

Far-UVC222 고전압발생기: 1

Claims (4)

1. Far-UVC222 고전압발생기는 UV222 Excimer Lamp의 수명과 안정적인 출력제공을 위하여 제어부 내부에 가변 주파수 설정 및 Duty 설정을 할 수 있도록 구성되고, 스위칭 제어부에 출력 폐루프시스템으로 UV광센서와 연동하고, 개인설정이 용이 가능하도록 구성되며, 통상 50~60% 듀티비를 통하여 설정하고 가변주파수에 의한 출력조절이 원활히 이루어질 수 있도록 마련되어, UV222램프의 전원안정화와 동작 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 Far-UVC 222 UVC Excimer 램프 고전압 전원발생기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   고전압 발생용 트랜스포머는 높은 공율의 고주파 페이이트(PC40: Mn,Zn)재질의 소재를 채택하여 권선설계로서 고전압생성되도록 구비되고, 상기 고전압발생부는 단락 혹은 과열에 의한 변압기 소손이 발생할 수 있어 1차측(Primary Transformer)과 2차측(Secoundary Transformer)의 권선은 독립적인 복권식 구조로 설계하여 발열과 주파수 공진에 의한 소음을 줄이고 효율을 높이도록 구성된 것을 특징으로 하는 Far-UVC 222 UVC Excimer 램프 고전압 전원발생기.
   
3. 제 1항에 있어서,
   출력의 정확도를 보정하기 위한 내부 중앙연산처리 제어부에 폐루프시스템(Closed-Loop)에 UV222 광센서부를 포함한 것을 특징으로 하는 Far-UVC 222 UVC Excimer 램프 고전압 전원발생기.
   
4. 제 1항에 있어서,
   출력단의 단락으로 내부 회로가 파손될 수 있고 특히 고전압으로 매우 위험하기 때문에 출력단 쇼트방지 회로부를 포함한 것을 특징으로 하는 Far-UVC 222 UVC Excimer 램프 고전압 전원발생기.
   
   

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