KR930001273B1

KR930001273B1 - 고전압 발생회로

Info

Publication number: KR930001273B1
Application number: KR1019890013438A
Authority: KR
Inventors: 쓰또무 마에다; 기요시 마쓰이; 미찌오 이시가와; 다까유끼 간노; 야스시 이와타
Original assignee: 티디케이 가부시기가이샤; 사또 히로시
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1993-02-22
Also published as: DE3931372A1; US5043598A; DE3931372C2; KR900005775A

Abstract

내용 없음.

Description

고전압 발생회로

제1도는 본 발명자들이 이전에 제안한 공지된 고전압 발생회로를 도시한 회로도.

제2도는 제1도에 도시된 회로의 동적작용에 관한 파형도.

제3도는 본 발명에 따른 고전압 발생회로의 동적작용에 관한 파형도.

제4도는 본 발명의 제1목적을 달성하기 위해 설계된 고전압 발생회로의 회로도.

제5도는 제4도에 도시된 고전압 발생회로의 구체적인 회로도.

제6도는 제5도에 도시된 회로내의 최저전위를 갖는 구간에서 코일로부터 얻어진 펄스파형도.

제7도는 제5도에 도시된 회로내에서 전압이 얼마나 안정되어 있는가를 설명하기 위한 도면.

제8도는 본 발명의 제 2목적을 달성하기 위해 설계된 또 다른 고전압 발생회로를 도시한 회로도.

제9도는 제8도에 도시된 고전압 발생회로의 구체적인 회로도.

제10도 및 제11도는 각각 본 발명에서 이용된 플라이백 변압기의 구성이 변경된 실시예를 설명하기 위한 도면.

본 발명은 고전압을 발생시키는 회로, 특히 출력코일측의 전압을 안정시킬 수 있도록 플라이백 변압기의 출력코일 가까이에 전압안전장치가 포함되어 있는 회로, 즉 출력 코일의 저전압측에 있는 일측단자에 다이오드를 전기적으로 접속하고, 다이오드의 애노드측에서의 접지전위를 저전압측에 배치된 전압안정장치로 제어하여 전압을 안정화시킴으로써, DC고전압용 출력전위를 일정하게 유지시켜 출력의 충분한 안정화를 달성 할 수 있도록 한 고전압 발생회로에 관한 것이다.

바람직한 형태의 고전압을 발생시키는 종래의 회로로서는 그 DC고전압용 출력전위를 안정시키기 위하여 고전압안정장치가 출력코일의 고전압측에 전기적으로 접속되어 있고, 전압안정을 위한 제어가 고전압측에서 수행되는 전형적 회로가 공지되어 있다. 제1도는 본 발명자가 전에 제안한 회로를 도시한 것으로서, 여기에는 플라이백 변압기(1)와 전압안정장치(2)가 포함되어 있다.

플라이백 변압기(1)는 입력코일(11)과 출력코일(12)을 구비한다. 입력코일 (1 1)은 통상적으로 트랜지스터등과 같은 스위칭소자에 전기적으로 접속되어 있고, 이러한 소자의 스위칭응답에　의하여 DC입력이 개폐됨으로써 상기 과정에서 생기는 펄스에 의하여 입력코일(11)이 구동된다. 출력코일(12)은 ˝n˝수의 구간으로 분할되고, 분할코일 (12₁∼12_n)은 각각 다이오드(3₁∼3_n)를 통해 서로 직렬로 접속되어 있다. 다이오드 (3₁∼3_n)의 방향은 개별구간(12₁∼12_n)의 각 코일내에서 발생하는 플라이백 전압에 대하여 순방향으로 위치되어 플라이백 전압정류기를 정류시키는 장치를 구성한다. 플라이백 변압기(1)는 그 외에도 제어코일(13)과 전압안정장치에 이용되는 보조전원장치용 코일(14)을 구비한다. 참조번호 4는 평활회로를 형성하는 콘덴서를 나타낸다.

전압안정장치(2)는 고전압측에서의 전압안정을 제어할 수 있도록 플라이백 변압기(1)내에 배치되어 있는 제어코일(13)에 전기적으로 접속되어 있다. 전압안정장치 (2)는 전압검출장치(21), 기준전압인 전원장치(22), 제어회로(23)등으로 구성되어 있다. 전압검출장치(21)는 저항(R₁, R₂)에 따라 출력단자(5)에서 발생한 DC고전압용 출력전압(V₀)을 분할하여 얻는 전압신호와 기준전압용 전원장치(22)로부터 얻은 기준전압으로부터 전압을 검출하는데 필요한 신호를 발생시킨다. 이러한 전압검출장치(21)는 에러증폭기, 비교기 등으로 구성할 수 있다.

제어회로(23)는 전압검출장치(21)로부터 전압검출용 신호를 공급받는다. 이 제어회로(23)는 다이오드(6)와 제어코일(13)에 접속된 콘덴서(7)로 구성된 정류-평활회로의 출력단자와 출력코일(12)의 최고 전압단내에 위치된 분할코일(12_n)의 정류출력단자 사이에 전기적으로 접속된다. 제어코일(13)의 일측단자는 다이오드(8)을 통해 분할코일(12_n)의 정류출력단자에 접속된다.

전압안정장치(2)는 보조전원장치용으로 코일(14)에 전기적으로 접속된 정류-평활회로(9)로부터 동전기력을 공급받는다.

DC고전압용 출력전압(V₀)내에 어떤 편차가 생길 경우, 저항(R₁/R₂)에 따라 분할되고, 전압검출장치(21)에 입력되는 전압신호는 이러한 편차에 따라 변동된다. 그 다음에, 전압검출장치(21)는 전압신호를 기준전압용 전원장치(22)로부터 발생된 기준전압과 비교하거나 또는 전술한 두 전압 사이의 차를 증폭시키고, 편차에 비례하는 전압검출신호를 제어회로(23)에 공급하도록 작동한다. 전압검출장치(21)로부터 공급된 전압 검출신호에 응답하여 제어회로(23)가 제어코일(13)로부터 출력코일 (12)의 고전압출력단자에 더해지는 전압을 제어함으로써, DC고전압용 출력단자(V₀)의 편차를 제거하여 상기 출력전압을 일정하게 유지한다.

그러나, 상술한 출력안정회로에 있어서는 전압안정장치(2)가 출력코일(12)의 고전압측에 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 전압안정장치(2)의 접지전위가 매우 높아져 절연과정에 상당한 곤란을 초래하는 경우가 있다. 더욱이 제어코일(13)을 추가로 설치해야 하므로 결과적으로 회로구성이 복잡하게 된다 또한, 상술한 고전압 발생회로는 평활용 콘덴서(4)가 정류장치의 출력단자와 접지 사이에 전기적으로 접속되어 있고, 전압안정장치(2)가 출력분할코일(12₁∼12_n), 정류장치(3₁∼3_n) 및 평활콘덴서(4)로 구성된 회로의 루프내에 포함되어 있으므로, 전압안정장치(2)가 회로의 상기 루프내에서 생기는 전압맥동에 의하여 나쁜 영향을 받게 되어 결과적으로 DC고전압용 출력전위 (V₀)의 오버슈트 및 언더슈트가 증가되고, 회복시간이 연장된다는 또다른 문제가 제기된다. DC고전압용으로 29KV의 출력전압을 발생시키는 고전압 발생회로에 관한 예를 하기에 기술한다. 제2도는 DC고전압용으로 29KV의 출력전압을 발생시키게 설계된 고전압 발생회로의 각 부분에서의 동적신호의 파형도이다. 여기에서 I₀는 출력단자(5)로부터 흘러나가는 출력전류의 파형을 나타내고, V₀는 DC고전압의 파형을 나타낸다.

상술한 회로에 있어서, 이러한 파형도로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 오버슈트와 언더슈트로 인하여 생기는 고전압에 의하여 편차된 값은 35Vpp에 달하고, 이와 같은 오버슈트 및 언더슈트의 회복시간은 2.5msec이상이며, 전류는 고전압이 초기상태로 회복되기 전에 변동된다. 제2도는 1사이클의 시간에 상당하는 5msec이상의 시간이 경과한 후에도, 전압이 전류변화에 아직도 대응하지 아니하는 것물 보여준다.

그러므로, 본 발명의 제1목적은 상술한 문제들을 해결하고, 전압안정장치의 절연과정을 용이하게 할 수 있는 간단한 구조의 고전압 발생회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은 우수한 제어특성을 보장하면서도 오버슈트, 언더슈트 및 회복시간을 최소화하는 기능으로 상술한 문제들을 해결하는데 적합한 고전압 발생회로를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고전압 발생회로는 DC입력을 개폐하기 위한 스위칭 회로, 입력코일이 스위칭회로의 동적스위칭 작용으로 발생되는 펄스에 의하여 구동되는 플라이백 변압기, 플라이백 변압기의 출력코일내에서 발생된 플라이백 전압을 정류하는 정류회로, 정류된 출력을 평활하는 콘덴서 및 전압안정장치로 구성된다. 이러한 고전압발생회로에 있어서, 다이오드가 접지에 대해 저전압측이 되는 플라이백 변압기의 출력코일의 일측단자에 전기적으로 접속되어 정류방향에 대해 순방향이 되도록 위치되어 있다. DC고전압용 출력전압을 검출하여 얻은 전압검출용 신호에 근거하여 상기 전압안정장치는 다이오드의 애노드측에서 DC고전압용 출력전압을 일정하게 유지할 수 있는 방향으로 접지전위를 제어하는 장치의 특징을 가진다.

이러한 회로구성에 있어서 다이오드는 플라이백 변압기의 출력코일이고 접지에 대해 저전압측인 일측단자에 전기적으로 접속되고, 정류회로의 정류방향에 대해 순방향으로 위치되도록 구성된다. 전압안정장치는 먼저 DC고전압용 출력전압을 검출한 다음에 거기에서 구해진 전압검출용 신호에 근거하여 다이오드의 애노드측에서 DC고전압용 출력전압을 일정하게 유지할 수 있는 방향으로 접지전위를 제어한다. 즉, 본 발명에 의한 고전압 발생회로에 있어서는 전압안정장치가 그 저전압측에 전기적으로 접속되어 있고, 저전압측에서 전압을 안정시키도록 제어되기 때문에 접지에 대한 전압안정장치의 전위가 낮아진다. 따라서, 필요한 절연내력이 감소되어 그 결과 절연처리가 촉진된다. 더욱이, 제어를 위한 코일을 설치할 필요가 없으므로 회로구성이 간소화된다.

상술한 제2목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고전압 발생회로에는 상기 제1목적을 달성할 수 있도록 설계된 회로내의 평활콘덴서가 상기 정류회로의 출력측과 상기 다이오드의 상기 애노드측 사이에 전기적으로 접속된다.

평활콘덴서가 정류회로의 출력측과 다이오드의 애노드측 사이에 전기적으로 접속되어 있는 회로배열에 있어서는 전압안정장치가 정류-평활회로의 루프에서 제거되고, 전압안정을 위한 제어가 정류 및 평활의 동적 작용으로 인한 맥동에 의하여 나쁜 영향을 받지 않고 실행될 수 있다. 결과적으로 최소화된 오버슈트 및 언더슈트와 단축된 회복시간을 포함하여 우수한 제어특성을 가진 개량된 고전압 발생회로를 완성할 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 의하여 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 발명의 제1목적을 달성할 수 있게 설계된 고전압 발생회로의 회로도이다. 다이오드(10)는 플라이백 변압기(1)의 출력코일(12)내에 포함된 분할코일 (12₁)의 일측단자에 전기적을 접속되고 접지에 대해 저전압측에 위치된다. 또한 다이오드 (10)는 다이오드(3₁∼3_n)로 구성된 회로의 정류방향에 대해 순방향으로 위치결정되어 있다. R₃는 저항을 나타낸다.

전압안정장치(2)는 다디오드(10)의 애노드(a)와 접지 사이에 삽입된 제어회로 (23)를 포함한다. 상기의 제어회로(23)는 트랜지스터 등과 같이 3개의 단자를 제어할 수 있는 소자로 구성할 수도 있다.

제5도는 본 발명에 따른 고전압 발생회로의 또 다른 구체적인 구성을 나타낸다. 제5도에서, 제4도에 도시된 것과 동일한 참조번호 및 기호는 동일부분을 나타낸다. 전압안정장치(2)내에 포함된 전압검출장치(21)는 에러증폭기로 구성된다. 또한 여기에는 콘덴서(C₁, C₂) 및 정·부의 동적전원용 전압(+V_A, -V_A)이 도시되어 있다. 기준전압을 제공하는 전원장치(22)는 분권조정기(shunt regulator)로 구성되어 있다.

제어회로(23)내에는 복수의 트랜지스터(Q₁∼Q₄)가 다이오드(10)의 애노드 (a )와 접지 사이에 전기적으로 직렬 접속되어 있고, 최하단에 배치된 트랜지스터(Q₁)의 베이스는 전압검출장치(21)의 출력에 의하여 구동된다. 한편, 나머지 트랜지스터 (Q₂~Q₄)는 각각 이에 인가되는 적당한 바이어스에 의하여 구동된다. 저항(R₅~R₁₁)과 다이오드(D₁∼D₃)는 바이어스 회로를 구성한다. 24는 서로 전기적으로 병렬 접속되어 있는 저항(R₄)과 콘덴서(C₃)로 가속회로를 나타낸다. 갭(25)은 트랜지스터(Q₁∼Q₄)를 보호하기 위하여 설치되어 있다.

보조전원회로(9)가 다이오드(D₄) 및 콘덴서(C₄)로 구성된 정류-평활회로와 다이오드(D₅) 및 콘덴서(C₅)로 구성된 정류-평활회로에 전기적으로 접속된 보조전원용 코일(14)에서 중심탭을 가짐으로써, 각각 정의 동적 공급전압(+V_A)과 부의 동적 공급전압(-V_A)을 발생시킨다.

제4도 및 제5도에 도시한 실시예에서 DC고전압용 출력전압(V₀)내에 어떤 편차가 생길 경우, 저항(R₁,R₂)에 따라 분할되어 전압검출장치(21)에 입력된 전압신호 또는 이러한 편차에 따라 변화된다. 전압검출장치(21)는 이러한 전압신호를 기준전압제공용의 전원장치(22)로부터 공급된 기준전압과 비교하거나 양자의 차이를 증폭시켜 편차에 비례하는 전압검출신호를 제어회로(23)에 공급한다. 제어회로(23)는 전압검출장치 (21)로부터 발생된 전압검출용 신호에 근거하여 다이오드(10)의 애노드(a)에서 접지전위를 제어하여 고전압용 출력전압(V₀)을 일정하게 유지한다.

분할코일(12₁)에서 발생된 플라이백 전압(Vp₁)은 제6도에 도시된 바와 같은 펄스 파형을 가진다. 이 도면에서 접지전위(0)와 비교하여 정(positive)의 영역(a)은 분할코일(12₁)과 전기적으로 접속되어 있는 다이오드(3₁)에 의하여 정류되고, 반면에 접지전위(0)와 비교하여 부(negative)의 영역(b)은 다이오드(10)에 의하여 정류된다. 다이오드(10)의 애노드(a)에서 전압안정장치(2)에 의해 전위를 제어한다는 것은 제6도에 도시된 펄스파형내에서 부의 영역(b)을 제어한다는 것을 의미한다.

제7도는 본 발명에 따른 고전압 발생회로의 전압안정도를 그래프로 도시한 개념도로서, 여기에서 접지전위는 출력단자(5)에서 발생되는 DC고전압용 출력전압 (V₀)의 기준에 대하여 편차를 가지는 것으로 가정된다. 출력단자(5)의 전위가 접지에 비하여 값(△V)만큼 편차를 갖는 경우 이러한 변동값(△V)이 다이오드 (10)의 애노드 (3)에서 접지전위를 조정함으로써 흡수되기 때문에, 전위는 미리 정한 값(0)으로 조정된다. 이러한 방법으로, DC고전압용 출력전압(V₀)은 고정값으로 일정하게 유지할 수 있다. 이 실시예에 있어서는 전압안정장치(2)가 접지전위에 비하여 출력코일(12)의 저전압측에 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 절연처리가 촉진된다. 더욱이, 제어코일이 불필요하기 때문에 회로구성을 간소화시킬 수 있다.

제8도는 본 발명의 제2목적을 달성하기 위해 설계된 회로이다. 이 도면에서 평활용 콘덴서(4)는 다이오드(3_n)의 출력측 캐소우드와 정류회로를 구성하는 다이오드 (10)의 애노드측 사이에 전기적으로 접속되어 있다.

그러므로, 전압안정장치(2)가 정류회로의 다이오드(3₁~3_n)와 평활용 콘덴서 ( 4)로 구성되어 있는 정류-평활장치의 루프에서 제거되기 때문에, 전압을 안정시키기 위한 제어는 정류 및 평활의 동적작용과 관련되는 맥동으로 인하여 나쁜 영향을 받지 않고 실시될 수 있다. 그 결과 적은 오버슈트 및 언더슈트와 짧은 회복시간을 포함하여 우수한 제어특성을 가진 개량된 고전압 발생회로를 완성할 수 있다. 제3도에 의하여 이러한 점을 설명하면, 각각 3볼트의 오버슈트 및 언더슈트와 0.3msec의 회복시간(t₁)을 포함하는 응답특성이 달성된다.

더욱이, 이 실시예에서 사용된 전압검출장치(21)에서는 콘덴서(C₁₁, C₁₂)가 DC고전압용 출력전압(V₀)을 분할하는데 이용되는 저항(R₁, R₂)에 전기적으로 병렬 접속되어 있다. 저항(R₁, R₂)에 의하여 분할된 전압이 전압검출용 신호로서 이용되는 전술한 공지의 회로(제1도)에 있어서, DC고전압용 출력전압(V₀)내에서 생기는 편차가 저항 (R₁, R₂)의 분배용량의 나쁜 영향을 인해 직접적으로 분할되지 못하기 때문에, 전압안정장치(2)에 입력되는 전압검출용 신호의 편차가 더 작아져서 고전압출력의 편차를 증가시킨다. 그러나, 콘덴서(C₁₁, C₁₂)가 저항(R₁, R₂)에 각각 전기적으로 병렬 접속되어 있는 경우에는 저항(R₁, R₂)의 분배용량으로부터의 나쁜 영향이 감소되어 고전압출력의 편차가 감소될 수 있다. 저항(R₁, R₂)과 콘덴서(C₁₁, C₁₂)의 일정한 값은 다음의 관계를 만족시킬 수 있게 정하여진다.

R₁: R₂=C₁₂: C₁₁

이에 의하여 저항(R₁)에 인가되는 전압과 콘덴서(C₁₁)에 인가되는 전압 사이의 균형이 달성될 뿐만 아니라, 저항(R₂)에 인가되는 전압과 콘덴서(C₁₂)에 인가되는 전압 사이에도 균형이 이루어진다.

제9도는 본 발명에 다른 고전압 발생회로의 또다른 구체적인 회로도를 나타낸다. 이 회로도에서 제8도에 도시한 것과 동일한 참조번호 및 기호는 동일한 부분을 나타낸다. 스위칭회로(100)에 있어서, 주스위칭소자로 이용되는 트랜지스터 (101)는 펄스변압기(103)를 통해 전계효과 트랜지스터(102)에 의하여 구동된다. 트랜지스터 (10 1)는 입력코일(11)을 통해 공급된 DC입력(Vin)을 스위칭할 수 있도록 플라이백 변압기(1)의 입력코일(11)에 전기적으로 직렬접속된 콜렉터전극을 구비한다. 다이오드 (104)와 저항(105)으로 구성된 병렬회로는 트랜지스터 (101)의 베이스에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 이 도면에는 다이오드(106), 인덕터(107) 및 콘덴서 (108 ∼11 1)가 도시되어 있다.

전압안정장치(2)내에 포함되어 있는 전압검출장치(21)는 에러증폭기로 구성되어 있고, 기준전압을 제공하는 전원장치(22)는 분권조정기로 구성되어 있다.

제어회로(23)내에서는 복수의 트랜지스터(331∼335)가 다이오드(10)의 애노드(a)와 접지면 사이에 전기적으로 직렬 접속되어 있기 때문에, 최저단에 위치한 트랜지스터(331)의 베이스를 전압검출장치(21)의 출력에 의하여 구동할 수가 있다. 한편, 나머지 트랜지스터(332∼335)는 그에 인가되는 적당한 바이어스에 의하여 작동한다. 저항(341∼349)과 다이오드(351∼354)는 바이어스회로를 구성한다. 24는 서로 전기적으로 병렬 접속된 저항(361)과 콘덴서(362)로 구성되어 있는 가속회로를 나타낸다.

보조전원회로(9)가 다이오드(811) 및 콘덴서(812)로 구성된 정류-평활회로와 다이오드(821) 및 콘덴서(822)로 구성된 정류-평활회로에 전기적으로 접속된 보조전원장치용 코일(14)내에 중심탭을 구비함으로써, 각각 동적전원의 정전압(+V_A)과 동적전원의 부전압(-V_A)을 각각 발생시킨다. 또한 여기에는 저항(813,823), 제너다이오드(814,824) 및 콘덴서(815,825)도 포함되어 있다.

상술한 각 실시예에서 사용된 출력 코일(12)은 복수(n)의 구간으로 분할된 다중단일형 (multisingular type)이고, 분할코일(12₁∼12_n)은 각각 다이오드(3₁-3_n)를 통해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 그러나, 본 발명은 제10도에 도시된 바와 같이 다이오드(D)가 복수(즉, 2)의 분할코일(12₁∼12_n)에 대해 하나의 비율로 하여 전기적으로 접속된 또다른 다중단일형 또는 제11도에 도시된 바와 같이 다이오드로의 전기접속이 없는 권선형 및 전압이중정류회로를 갖는 유형에도 적용할 수가 있다.

Claims

DC입력을 스위칭하는 스위칭회로(100)와; 상기 회로의 스위칭작동으로부터 발생된 펄스에 의해 입력코일(11)이 구동되는 플라이백 변압기(1)와; 상기 플라이백 변압기의 출력코일(12)에서 발생된 플라이백 전압을 정류하는 정류회로(3₁∼3_n)와, 이 정류된 출력을 평활하는 콘덴서(4)와; 전압안정장치(2)로 이루어지고, 다이오드(10)가 접지에 대하여 저전압측에 있는 상기 플라이백 변압기(1)의 상기 출력코일의 일측단자에 전기적으로 접속되고, 정류방향에 대해 순방향으로 위치되며, 상기 전압안정장치 (2)가 DC고전압의 출력을 검출하여 얻어진 전압검출용 신호에 의거하여, 상기 DC고전압의 출력을 일정하게 유지할 수 있도록 상기 다이오드(10)의 애노드측에서 접지전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제1항에 있어서, 상기 평활용 콘덴서(4)가 상기 정류회로(3₁∼3_n)의 출력측과 상기 다이오드(10)의 애노드측 사이에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전압안정장치(2)가 DC고전압의 출력을 분할하는 저항(R₁, R₂)과 상기 저항의 각 저항에 전기적으로 병렬 접속된 콘덴서(C₁₁, C₁₂)출 구비한 결합장치에 의해 DC고전압의 출력을 검출하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 출력코일(12)이 복수의 구간으로 분할되고, 상기 분할코일(12₁∼12_n)이 다이오드를 통해 서로 전기적으로 직렬 접속된 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.