KR100347364B1 - 고전압대전류의펄스발생장치 - Google Patents

Abstract

고전압, 대전류의 펄스 발생장치에 있어서, 대전류의 펄스를 형성하는 트랜스포머부와, 상기 트랜스포머부에 병렬로 연결되어 대전류를 출력하는 모듈을 포함하여 구성된 것으로, 상기 모듈내의 스위칭소자로 일반적으로 사용되는 반도체 소자를 적용함으로써 스위칭 소자의 수명문제가 해결되고 펄스파워 영역의 상용화가 가능하다.

Description

고전압 대전류의 펄스 발생장치{Device for Generating Pulse of Hogh Volt & High Current}

본 발명은 고전압 대전류의 펄스 발생장치에 관한 것으로, 특히 고압 대전류반도체 스위칭 소자를 일반 범용 반도체 스위칭 소자를 이용하여 구현하는 장치에관한 것이다.

일반적으로, 고전압 대전류의 펄스 발생장치에서 사용되는 에너지는 정전에너지, 자기에너지, 화학에너지 등 여러 가지 형태로 축적할 수 있는데, 콘덴서를 사용하여 정전에너지로 저장하는 방식과, 인덕터를 사용하여 자기에너지로 저장하는 방식이 널리 사용된다.

상기 콘덴서를 이용한 방식에서는 단락 스위치가 사용되고, 인덕터를 이용한 방식에서는 개방 스위치가 필요하게 되며, 대전류, 고속 등의 성능이 불가결하므로 지금까지는 갭(Gap) 스위치가 사용되어 왔다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술을 설명하면 다음과 같다.

종래 기술에 따른 콘덴서를 이용한 방식에서는 교류 입력전압을 고압으로 승압하고, 정류하는 충전시스템(1a)과, 상기 충전시스템(1a)에서 출력된 전압을 인가받아 고압으로 충전하는 콘덴서(1b)와, 상기 콘덴서(1b)에서 출력된 전압을 부하단에 짧은 시간에 인가하는 갭(Gap) 스위치(1c)와, 상기 갭(Gap) 스위치(1c)에서 출력된 고압의 펄스를 인가받아 동작하는 부하(1d)로 구성된다.

상기 충전시스템(1a)은 교류 입력전압을 변압기를 이용하여 고압으로 승압하고, 상기 승압된 전압을 정류하여 충전 목표전압(Vc)까지 콘덴서(1b)를 충전한다.

상기 콘덴서(1b)에 충전된 전압은 용도에 따라 다르나 대개 수십 KV 정도이며, 이 전압은 갭(Gap) 스위치(1c)를 이용하여 부하단에 짧은 시간에 인가되어 고압의 펄스를 부하(1d)에 공급한다.

이때, 상기 부하(1d)에 인가되는 전압은 수십KV, 전류는 수천A의 대전력이며, 이 대전력을 극히 짧은 시간에 스위칭 하는 것이 중요하다.

종래 기술에 따른 펄스 발생 장치의 스파크 갭(Spark Gap) 스위치는 전극 양단의 방전 특성을 이용한 방식으로 스위치가 될 때마다 전극 양단에 아크(Arc)가 발생한다.

따라서, 이 열에 의해서 스위치 전극의 마모가 발생되고 또한, 아크(Arc)열에 의한 손실이 많아 설치 장소가 매우 제한적이고 상용화가 되지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 고압 대전류 반도체 스위칭 소자를 일반 범용 반도체 스위칭 소자를 이용하여 구현함으로써 상용화가 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 펄스 발생장치의 구성을 나타낸 블록도

도 2는 본 발명에 따른 고전압 대전류의 펄스 발생장치의 구성을 나타낸 블록도

도 3은 본 발명에 따른 고전압 대전류의 펄스 발생장치의 상세회로도

도 4는 본 발명에 따른 응용예를 나타낸 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 ∼ M : 브랜치(Branch) 10 : 부하

11 :충전시스템 12 : 콘덴서

13 : 스위치 100 ∼N : 모듈

100' ∼ N' : 트랜스포머부

본 발명의 특징은 대전류의 펄스를 형성하는 트랜스포머부와, 상기 트랜스포머부에 병렬로 연결되어 대전류를 출력하는 모듈을 포함하여 구성됨에 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 고전압 대전류의 펄스 발생장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고전압 대전류의 펄스 발생장치의 상세 회로도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다른 응용예를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 입력전압을 고압으로 승압하고 정류하는 충전시스템(11)과, 상기 충전시스템(11)에서 출력된 전압을 입력받아 고압으로 충전하는 콘덴서(12)와, 상기 콘덴서(12)에서 출력된 전압을 입력받아 스위칭하는 스위치(13)로 구성된 M개의 브랜치(Branch)(1~M)가 병렬로 연결된다.

상기 브랜치(Branch)(1~M)가 병렬로 연결된 모듈(100)과, 상기 모듈(100)에서 출력된 전압을 이용하여 구동하는 부하(10)로 구성된다.

이와 같이 구성된 고전압 대전류의 펄스 발생장치는 갭(Gap) 스위치 대신, 범용의 콘덴서를 저압으로 충전하고, 반도체소자로 스위칭하는 여러개의 모듈(100~N) 구성하여 부하에 병렬로 연결하는 방식이다.

따라서, 상기 모듈(100~N)들은 트랜스포머를 이용하여 새로운 방식으로 연결되고, 도 3를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 브랜치(Branch)(1~M)가 병렬로 접속되어 하나의 모듈(100~N)을 이루고, 각 모듈(100~N)은 트랜스포머(100' ~ N')의 1차측에 직렬로 연결된다.

상기 각각의 브랜치(Branch)(1~M)는 충전시스템(11)에의해 콘덴서에 입력전압(Vo)까지 충전하며 트랜스포머(100' ~ N')의 1차측과 직렬경로를 이룬다.

또한, 상기 트랜스포머(100' ~ N')는 1차측, 2차측 턴수가 각각 1인 싱글 턴 트랜스포머(Single Turn Transformer)이다.

상기 트랜스포머(100' ~ N')의 2차측은 모두 직렬로 접속한다.

이와 같이 구성된 대전압 고전류의 펄스 발생장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 콘덴서에 충전된 에너지는 접지를 통해 경로가 형성되고, 트랜스포머 1차측과 공진이 일어난다.

또한, 모듈(100~N)에는 M개의 브랜치(Branch)가 병렬로 연결되어 있으므로, 트랜스포머(100' ~ N') 1차측에 넘어가는 전압은 Vo가 되고 전류는 Io의 M배가 된다.

따라서, 부하에서 보이는 전압은 Vo의 N배가 되고, 전류는 Io의 M배가 된다.

즉, 대전류를 얻기 위해서 브랜치(Branch)를 병렬로 연결하여 모듈을 구성하고, 고전압을 얻기 위해 2차측을 직렬로 연결하는 것이다.

또한, 도 4를 참조하여 응용분야의 예를 살펴보면, 고전압, 대전류의 펄스를 표쪽한 전극에 인가하면 전극의 양단에서 플라즈마(ⓒ)가 발생한다.

상기 플라즈마(ⓒ)를 이용하여 오염물질(ⓐ)을 정화물질(ⓑ)로의 변환이 가능하다.

본 발명은 일반적으로 사용되는 고속의 반도체 소자를 스위칭 소자에 적용하여 스위칭 소자의 수명을 연장함과 동시에 고전압 대전류의 펄스 발생장치의 효율을 향상시키며, 대기오염, 수처리 등 펄스파워 영역에도 적용이 가능함으로써 오염물질을 제거할 수 있다.

Claims (2)

1. 고전압 대전류의 펄스 발생장치에 있어서,

   1차측 권선은 병렬 접속되고 2차측 권선은 직렬로 접속되어, 대전류의 펄스를 형성하는 N개의 싱글 턴 트랜스포머와,

   직렬 접속된 충전용 콘덴서 및 스위칭 소자의 브랜치가 각기 M개 병렬 접속되어, 상기 N개의 싱글 턴 트랜스포머의 1차측 권선에 각기 대전류를 출력하는 N개의 모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 대전류의 펄스 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 콘덴서는 저압으로 충전하고, 스위칭 소자는 고속의 반도체 소자의 사용함을 특징으로 하는 고전압 대전류의 펄스 발생장치.

Images