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KR102260998B1 - Pulse power compensating apparatus and High-voltage pulse power supply system - Google Patents

Pulse power compensating apparatus and High-voltage pulse power supply system Download PDF

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KR102260998B1
KR102260998B1 KR1020170090392A KR20170090392A KR102260998B1 KR 102260998 B1 KR102260998 B1 KR 102260998B1 KR 1020170090392 A KR1020170090392 A KR 1020170090392A KR 20170090392 A KR20170090392 A KR 20170090392A KR 102260998 B1 KR102260998 B1 KR 102260998B1
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한국전기연구원
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Abstract

본 발명은 펄스 전원 보상 장치를 공개한다. 본 발명은 고전압 펄스 전원 장치와 부하 사이에 직렬로 펄스 전원 보상 장치를 설치하고, 고전압 펄스 전원 장치에서 출력하는 고전압 전원 펄스의 전압을 부하에 흐르는 전류를 이용하여 측정하며, 측정된 전류값으로부터 현재 부하에 공급되는 전원 펄스의 전압 드룹량을 계산한 후, 이를 보상하여 부하에 일정한 전압이 공급되도록 하는 보상 펄스를 펄스 전원 보상 장치에서 생성하여 부하로 출력함으로써, 커패시터의 용량의 크게 증가시키지 않고서도, 간단한 회로 구조의 펄스 전원 보상 장치를 추가로 설치함으로써 부하로 전하 드룹이 없는 일정한 전압의 펄스 전원을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명은 펄스 전원 보상 장치 내부의 방전 커패시터에 충전된 에너지를 열로서 소비하지 않고, 다시 충전부로 공급하여 회생시킴으로써 에너지 낭비를 방지할 수 있다.The present invention discloses a pulse power compensation device. The present invention installs a pulse power compensation device in series between a high voltage pulse power supply device and a load, measures the voltage of a high voltage power pulse output from the high voltage pulse power supply device using a current flowing through the load, and calculates the current from the measured current value. After calculating the voltage droop amount of the power pulse supplied to the load, the pulse power compensator generates a compensation pulse that compensates for a constant voltage to be supplied to the load and outputs it to the load without significantly increasing the capacity of the capacitor. , it is possible to supply a constant voltage pulse power without charge droop to the load by additionally installing a pulse power compensator having a simple circuit structure. In addition, the present invention can prevent energy waste by regenerating the energy charged in the discharge capacitor of the pulse power compensating device by supplying it back to the charging unit without consuming it as heat.

Figure R1020170090392
Figure R1020170090392

Description

펄스 전원 보상 장치 및 이를 포함하는 고전압 펄스 전원 시스템{Pulse power compensating apparatus and High-voltage pulse power supply system}Pulse power compensating apparatus and high-voltage pulse power supply system including the same

본 발명은 펄스 전원 보상 장치 및 이를 포함하는 고전압 펄스 전원 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고전압 펄스 전원 장치에 연결되어 펄스 전원의 전압 강하를 보상하여 일정한 전압의 펄스전원이 부하측으로 제공될 수 있도록 하는 펄스 전원 보상 장치 및 이를 포함하는 고전압 펄스 전원 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse power compensation device and a high voltage pulse power supply system including the same, and more particularly, to a high voltage pulse power supply device connected to the high voltage pulse power supply device to compensate the voltage drop of the pulse power supply so that a constant voltage pulse power can be provided to the load side. It relates to a pulse power compensation device and a high voltage pulse power system including the same.

일반적으로 고전압 펄스 전원 장치는 각종 시험장비와 플라즈마 발생장치(PSII 등)와 같은 부하로 고전압 펄스 전원을 공급하는 장치를 칭한다. In general, a high voltage pulse power supply device refers to a device that supplies high voltage pulse power to loads such as various test equipment and plasma generators (PSII, etc.).

도 1은 일반적인 고전압 펄스 전원 장치의 개략적인 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 고전압 펄스 전원 장치는 전원 공급부(10), 전원 공급부(10)와 부하(40) 사이에 연결된 스위칭부(20), 및 전원 공급부(10)와 스위칭부(20)를 제어하는 제어기(30)를 포함하여 구성된다.1 is a view showing a schematic structure of a general high voltage pulse power supply device. Referring to FIG. 1 , the high voltage pulse power supply controls the power supply unit 10 , the switching unit 20 connected between the power supply unit 10 and the load 40 , and the power supply unit 10 and the switching unit 20 . It is configured to include a controller (30).

전원 공급부(10)는 입력 전원을 정류하여 서로 직렬로 연결된 복수의 커패시터에 고전압 직류 전원을 충전하고 있다가, 스위칭부(20)가 온 되어 부하(40)와 통전되면, 커패시터들에 충전된 전원을 일시에 방전함으로써 고전압 펄스를 부하(40)측으로 공급하고, 스위칭부(20)가 오프되면 방전된 커패시터들을 다시 충전한다. The power supply unit 10 rectifies the input power to charge high voltage DC power to a plurality of capacitors connected in series with each other, and when the switching unit 20 is turned on and energized with the load 40, the power charged in the capacitors The high voltage pulse is supplied to the load 40 by temporarily discharging, and when the switching unit 20 is turned off, the discharged capacitors are charged again.

이러한 과정을 통해서, 고전압 펄스 전원이 부하(40)측으로 공급되고, 스위칭부(20)를 제어함으로써 고전압 펄스 전원의 펄스 폭, 반복율 등의 제어를 수행하게 된다.Through this process, the high voltage pulse power is supplied to the load 40 , and the pulse width and repetition rate of the high voltage pulse power are controlled by controlling the switching unit 20 .

종래에는 이러한 스위칭부(20)를 기계식 스위치를 이용하여 구현하였으나, 최근에는 반도체 스위치 소자들을 이용하여 구현하고 있다. 반도체 스위치 소자는 가격이 저렴하여 저비용으로 스위칭부(20)를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 응답 특성이 뛰어나 펄스의 상승시간을 감소시키고 에너지 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.Conventionally, such a switching unit 20 was implemented using a mechanical switch, but recently implemented using semiconductor switch elements. The semiconductor switch element has advantages in that it is possible to implement the switching unit 20 at a low cost because of its low price, and to reduce the rise time of the pulse and minimize energy loss due to excellent response characteristics.

그런데, 종래의 펄스 전원 공급 장치에서 생성된 고전압 펄스가 부하로 인가되는 동안 부하(40)로 출력되는 고전압 펄스에는 도 2에 도시된 바와 같이 각 펄스마다 전압이 조금씩 떨어지는 전압 드룹(voltage droop) 현상이 발생한다.However, as shown in FIG. 2 , in the high voltage pulse output to the load 40 while the high voltage pulse generated in the conventional pulse power supply device is applied to the load, a voltage droop phenomenon in which the voltage gradually drops for each pulse as shown in FIG. 2 . This happens.

이러한 전압 두룹 현상은 충전 커패시터에 충전된 에너지로 펄스를 인가하는 동안 충전 커패시터의 전압이 부하(40)로의 방전됨에 따라서 전압이 점점 떨어지면서 발생하는데, 전압 두룹 현상은 펄스 전원 시스템의 응용 분야에 따라 크게 문제가 되지 않을 수도 있다.This voltage loop phenomenon occurs as the voltage of the charge capacitor is discharged to the load 40 while a pulse is applied with the energy charged to the charge capacitor, and the voltage gradually drops. The voltage loop phenomenon occurs depending on the application field of the pulse power system. It might not be much of a problem.

그러나, 펄스 전원 시스템을 전자가속기용 전원 또는 레이더용 펄스 전원으로 사용하거나 클라이스트론(klystron) 응용 분야에 적용할 경우 까다로운 전압 두룹 조건이 요구된다.However, when a pulse power system is used as a power source for an electronic accelerator or a pulse power source for a radar, or when applied to a klystron application field, stringent voltage loop conditions are required.

도 2에 도시된 예에서, t는 시간을, Vpulse는 고전압 펄스 전원 장치에서 생성되어 부하(40)로 최종 인가되는 고전압 전원 펄스를 나타낸다.In the example shown in FIG. 2 , t represents time, and V pulse represents a high voltage power pulse generated by the high voltage pulse power supply device and finally applied to the load 40 .

이때, 전압 두룹량(전압 강하량)(ΔVdroop)은 펄스 전원 장치 내 전체 충전 커패시터의 커패시턴스(Cstorage)와 펄스 전류(Ipulse), 펄스 폭(tpw)과 관계된다.At this time, the voltage droop amount (voltage drop amount) (ΔV droop ) is related to the capacitance (C storage ) of the entire charging capacitor in the pulse power supply, the pulse current (I pulse ), and the pulse width (t pw ).

도 2에서와 같이 고전압 펄스 전원 장치에서는 고전압 전원 펄스가 인가되는 동안 생성된 각 펄스마다 전압 두룹이 발생하고, 이때 전자가속기나 레이더용 펄스 전원, 클라이스트론(klystron) 등의 응용 분야에서는 전압이 떨어지는 정도, 즉 전압 강하율에 대한 낮은 기준치를 적용하여 기준치 이내의 작은 전압 강하율을 요구하고 있다. 따라서, 넓은 펄스 폭을 갖으면서도 전압 강하율을 최소화할 수 있는 고전압 펄스 전원 장치가 요구되고 있다.As shown in FIG. 2 , in the high voltage pulse power supply device, a voltage loop occurs for each pulse generated while the high voltage power pulse is applied, and at this time, the voltage drops in applications such as electronic accelerators, radar pulse power sources, and klystrons. In other words, a small voltage drop rate within the standard value is requested by applying a low reference value for the voltage drop rate. Accordingly, there is a demand for a high voltage pulse power supply capable of minimizing a voltage drop rate while having a wide pulse width.

전압 두룹을 줄이기 위한 방법으로 충전 커패시터의 용량을 크게 증대시키는 방법이 고려될 수 있으나, 실질적으로 커패시터의 용량을 증대시켜 전압 두룹 최소화를 위해서는, 실질적으로 불가능한 수준의 커패시터 용량이 필요하며, 특히 고전압 전원장치에서 커패시터의 용량을 증대시키면 큰 비용이 필요할 뿐만 아니라 부피가 상당히 커지게 되고, 이마저 펄스 폭이 길어질 경우에는 한계가 있다.A method of significantly increasing the capacity of the charging capacitor may be considered as a method for reducing the voltage loop, but in order to substantially increase the capacity of the capacitor to minimize the voltage loop, a capacitor capacity of a practically impossible level is required, and in particular, a high voltage power supply Increasing the capacity of the capacitor in the device not only requires a large cost but also significantly increases the volume, and even this has a limit when the pulse width is long.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비용이나 부피의 큰 증가 없이 간단한 회로 구성을 추가로 구비하여 고전압 전원 펄스를 인가하는 동안 발생하는 전압 강하 현상을 보상할 수 있는 펄스 전원 보상 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pulse power compensator capable of compensating for a voltage drop occurring while applying a high voltage power pulse by additionally having a simple circuit configuration without significant increase in cost or volume.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 보상 장치는, 펄스 전원 장치와 부하 사이에 직렬로 연결되어, 상기 펄스 전원 장치에서 일정한 시간 주기로 상기 부하로 제공하는 전원 펄스의 전압 드룹을 보상하여 상기 부하로 일정한 전압 크기를 갖는 전원 펄스가 제공되도록 하는 펄스 전원 보상 장치로서, 상기 전원 펄스의 전압 드룹량을 계산하고, 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압값의 갖는 보상 펄스를 생성하기 위한 제어 신호를 출력하는 보상 제어부; 및 상기 보상 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 DC 전압의 크기를 변경하여 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압값의 갖는 보상 펄스를 생성하여 상기 부하로 제공함으로써 상기 부하로 일정한 전압 크기를 갖는 전원 펄스가 제공되도록 하는 펄스 전원 보상부;를 포함한다.A pulse power compensating device according to a preferred embodiment of the present invention for solving the above problems is connected in series between a pulse power device and a load, and the voltage of a power pulse provided from the pulse power device to the load at a constant time period A pulse power compensating device that compensates for droop to provide a power pulse having a constant voltage to the load, calculating a voltage droop amount of the power pulse, and generating a compensation pulse having a voltage value corresponding to the voltage droop amount a compensation control unit for outputting a control signal for generating; and a compensation pulse having a voltage value corresponding to the voltage droop amount by changing the magnitude of the DC voltage according to the control signal input from the compensation control unit and providing the compensation pulse to the load, thereby providing a power pulse having a constant voltage magnitude to the load and a pulse power compensator to provide

또한, 상기 보상 제어부는, 상기 부하에 흐르는 전류를 측정하는 전류 센서에서 측정된 전류값을 이용하여 상기 전원 펄스의 전압 드룹량을 계산하고, 상기 펄스 전원 보상부는, 입력 AC 전원을 정류하여 DC 전압을 생성하고, 상기 보상 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 DC 전압의 크기를 변경하여 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압값을 갖는 보상 펄스를 생성하여 상기 부하로 제공할 수 있다.In addition, the compensation control unit calculates an amount of voltage droop of the power pulse using a current value measured by a current sensor measuring a current flowing through the load, and the pulse power compensator rectifies the input AC power to obtain a DC voltage , and by changing the magnitude of the DC voltage according to the control signal input from the compensation controller, a compensation pulse having a voltage value corresponding to the voltage droop amount may be generated and provided to the load.

또한, 상기 펄스 전원 보상부는, 입력되는 AC 전원을 DC 전원으로 정류하여 출력하는 정류부; 상기 정류부로부터 입력되는 평활화되지 않은 DC 전원을 평활화하는 평활 커패시터; 상기 평활 커패시터에서 평활화된 전압을 입력받고, 상기 보상 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서, 상기 전압 드룹량에 대응되도록 전압의 크기를 변환하여 방전 커패시터를 충전시키는 충전부; 및 상기 충전부로부터 입력된 DC 전압을 평활화하여 상기 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압으로 충전되고, 충전된 전압의 보상 펄스를 부하측으로 출력하여 방전하는 상기 방전 커패시터;를 포함할 수 있다.In addition, the pulse power compensator may include: a rectifier for rectifying input AC power into DC power and outputting it; a smoothing capacitor for smoothing the unsmoothed DC power input from the rectifying unit; a charging unit receiving the voltage smoothed from the smoothing capacitor and charging the discharge capacitor by converting a voltage level corresponding to the voltage droop amount according to a control signal input from the compensation control unit; and the discharging capacitor smoothing the DC voltage input from the charging unit to be charged with a voltage corresponding to the voltage droop amount, and discharging by outputting a compensation pulse of the charged voltage to the load side.

또한, 상기 충전부는, 상기 보상 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 상기 평활 커패시터에 충전된 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 출력하는 인버터 회로; 상기 인버터 회로에서 입력되는 AC 전원을 승압 또는 강압하여 출력하는 트랜스포머; 및 상기 트랜스포머로부터 입력된 AC 전원을 DC 전원으로 정류하여 상기 방전 커패시터로 출력함으로써, 상기 방전 커패시터를 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압으로 충전시키는 정류 회로;를 포함할 수 있다.In addition, the charging unit may include: an inverter circuit for converting DC power charged in the smoothing capacitor into AC power and outputting it according to a control signal input from the compensation control unit; a transformer for boosting or stepping-down the AC power input from the inverter circuit and outputting it; and a rectifier circuit that rectifies the AC power input from the transformer into DC power and outputs the DC power to the discharge capacitor, thereby charging the discharge capacitor with a voltage corresponding to a voltage droop amount.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 상기 펄스 전원 보상 장치는, 상기 전원 펄스가 생성되지 않는 동안에, 상기 방전 커패시터에 충전된 전원을 상기 평활 커패시터로 전달하여 상기 방전 커패시터에 충전된 에너지를 상기 충전부의 입력단으로 전달하여 회생시킴으로써 에너지 낭비를 방지하는 회생부를 더 포함할 수 있다.In addition, the pulse power compensating device according to another preferred embodiment of the present invention transfers the power charged in the discharge capacitor to the smoothing capacitor while the power pulse is not generated, and transfers the energy charged in the discharge capacitor to the smoothing capacitor. It may further include a regenerative unit for preventing energy wastage by regenerative by transferring it to the input terminal of the charging unit.

또한, 상기 회생부는, 상기 보상 제어부의 제어신호에 따라서 전원 펄스가 오프될 때 턴 온되어 방전 커패시터에 충전된 전력을 상기 충전부의 입력단으로 출력하도록 하는 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자를 통해서 입력된 전력을 변환하여 출력하는 트랜스포머; 및 상기 트랜스포머에서 출력된 전압을 상기 충전부의 입력단으로 출력하고, 상기 충전부의 입력단으로부터 상기 트랜스포머로 전류가 유입되는 것을 차단하는 다이오드를 포함할 수 있다.In addition, the regenerative unit may include: a switching element that is turned on when a power pulse is turned off according to a control signal of the compensation control unit and outputs power charged in the discharge capacitor to an input terminal of the charging unit; a transformer for converting and outputting power input through the switching element; and a diode for outputting the voltage output from the transformer to the input terminal of the charging unit and blocking current from flowing into the transformer from the input terminal of the charging unit.

또한, 상기 보상 제어부는, 상기 전원 펄스의 생성 타이밍을 나타내는 타이밍 신호를 입력받아 상기 타이밍 신호를 반전시킨 반전 타이밍 신호를 생성하는 반전부; 상기 반전 타이밍 신호가 하이 상태인 동안 비활성 신호를 생성하여 스위칭 신호 생성부로 출력하는 비활성 신호 생성부; 상기 비활성 신호가 입력되지 않는 동안에 상기 전류 센서로부터 입력되는 전류값을 이용하여 상기 전원 펄스의 드룹된 전압값을 계산하고, 보상 게이트 드라이브 회로로 드룹된 전압값 만큼의 보상 전압을 갖는 보상 펄스를 생성하도록 보상 제어 신호를 출력하며, 상기 비활성 신호가 입력되면 상기 보상 제어 신호의 생성을 중단하는 스위칭 신호 생성부; 및 상기 보상 제어 신호에 따라서 상기 충전부의 인버터에 포함된 각 반도체 스위칭 소자들의 턴 온 및 턴-오프를 제어하는 게이트 제어신호를 상기 충전부로 출력하는 보상 게이트 드라이브 회로를 포함할 수 있다.The compensation control unit may include: an inverting unit configured to receive a timing signal indicating a generation timing of the power pulse and generate an inverted timing signal obtained by inverting the timing signal; a deactivation signal generating unit generating an inactive signal while the inverted timing signal is in a high state and outputting it to a switching signal generating unit; While the deactivation signal is not input, the drooped voltage value of the power pulse is calculated using the current value input from the current sensor, and a compensation pulse having a compensation voltage equal to the drooped voltage value is generated by the compensation gate drive circuit. a switching signal generator for outputting a compensation control signal so as to stop the generation of the compensation control signal when the deactivation signal is input; and a compensation gate drive circuit outputting a gate control signal for controlling turn-on and turn-off of each of the semiconductor switching elements included in the inverter of the charging unit to the charging unit according to the compensation control signal.

또한, 상기 보상 제어부는, 상기 반전 타이밍 신호의 상승 엣지에 해당하는 타이밍에 회생 개시 펄스 신호를 생성하여 회생 게이트 드라이브 회로로 출력하는 제 3 미분기; 및 상기 회생 개시 펄스 신호가 입력되면, 회생부에 포함된 반도체 스위칭 소자를 턴온시키는 턴-온 펄스(VRE _GATE)를 회생부로 입력하는 회생 게이트 드라이브 회로를 더 포함할 수 있다.In addition, the compensation control unit may include: a third differentiator for generating a regenerative start pulse signal at a timing corresponding to a rising edge of the inversion timing signal and outputting it to the regenerative gate drive circuit; and a regenerative gate drive circuit inputting a turn-on pulse V RE _GATE for turning on the semiconductor switching element included in the regenerative unit to the regenerative unit when the regenerative start pulse signal is input.

또한, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전압 펄스 전원 시스템은, 상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 보상 장치; 상기 부하에 흐르는 전류를 측정하는 상기 전류 센서; 및 사전에 정의된 시간 주기로 상기 전원 펄스를 생성하여 상기 부하로 제공하는 펄스 전원 장치;를 포함할 수 있다.In addition, a high voltage pulse power supply system according to a preferred embodiment of the present invention for solving the above-described technical problem, the pulse power compensating device according to the preferred embodiment of the present invention; the current sensor for measuring the current flowing through the load; and a pulse power supply device that generates the power pulse at a predefined time period and provides it to the load.

본 발명은 고전압 펄스 전원 장치와 부하 사이에 직렬로 펄스 전원 보상 장치를 설치하고, 고전압 펄스 전원 장치에서 출력하는 고전압 전원 펄스의 전압을 부하에 흐르는 전류를 이용하여 측정하며, 측정된 전류값으로부터 현재 부하에 공급되는 전원 펄스의 전압 드룹량을 계산한 후, 이를 보상하여 부하에 일정한 전압이 공급되도록 하는 보상 펄스를 펄스 전원 보상 장치에서 생성하여 부하로 출력함으로써, 커패시터의 용량의 크게 증가시키지 않고서도, 간단한 회로 구조의 펄스 전원 보상 장치를 추가로 설치함으로써 부하로 전하 드룹이 없는 일정한 전압의 펄스 전원을 공급할 수 있다.The present invention installs a pulse power compensation device in series between a high voltage pulse power supply device and a load, measures the voltage of a high voltage power pulse output from the high voltage pulse power supply device using a current flowing through the load, and calculates the current from the measured current value. After calculating the voltage droop amount of the power pulse supplied to the load, the pulse power compensator generates a compensation pulse that compensates for a constant voltage to be supplied to the load and outputs it to the load without significantly increasing the capacity of the capacitor. , it is possible to supply a constant voltage pulse power without charge droop to the load by additionally installing a pulse power compensator having a simple circuit structure.

또한, 본 발명은 펄스 전원 보상 장치 내부의 방전 커패시터에 충전된 에너지를 열로서 소비하지 않고, 다시 충전부로 공급하여 회생시킴으로써 에너지 낭비를 방지할 수 있다.In addition, the present invention can prevent energy waste by regenerating the energy charged in the discharge capacitor of the pulse power compensating device by supplying it back to the charging unit without consuming it as heat.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 고전압 펄스 전원 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 일반적인 고전압 펄스 전원 장치에서 발생되는 펄스의 파형을 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 보상 장치의 간략한 구성을 도시하고, 도 3b는 펄스 전원 보상 장치를 이용하여 펄스 전원의 전압 드룹을 보상하는 방식을 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 보상 장치의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보상 제어부 및 전원 제어부의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 제어부 및 보상 제어부에서 출력되는 신호들의 타이밍도이다.1 is a diagram showing a schematic configuration of a general high voltage pulse power supply device according to the prior art.
2 is a diagram illustrating a waveform of a pulse generated in a general high voltage pulse power supply device according to the related art.
FIG. 3A shows a simplified configuration of a pulse power compensating device according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a conceptual diagram illustrating a method of compensating for voltage droop of pulse power using the pulse power compensating device.
4 is a diagram illustrating a detailed configuration of a pulse power compensation device according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating detailed configurations of a compensation control unit and a power control unit according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a timing diagram of signals output from a power control unit and a compensation control unit according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전압 펄스 전원 장치 및 펄스 전원 보상 장치의 간략한 구성을 도시하고, 도 3b는 펄스 전원 보상 장치를 이용하여 펄스 전원의 전압 드룹을 보상하는 방식을 설명하는 개념도이다.3A is a schematic diagram of a high voltage pulse power supply device and a pulse power compensation device according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a conceptual diagram illustrating a method of compensating for voltage droop of a pulse power supply using the pulse power compensation device to be.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 보상 장치(400)는 종래의 고전압 펄스 전원 장치(300)와 부하(500) 사이에 직렬로 연결되어, 고전압 펄스 전원 장치(300)에서 부하(500)측으로 고전압 전원 펄스가 공급되는 동안, 고전압 전원 펄스의 전압 강하량에 대응되는 만큼의 보상 펄스를 추가로 부하(500)측으로 공급함으로써 부하(500)측이 전체적으로 일정한 전압 크기를 갖는 전원 펄스를 공급받을 수 있도록 한다. Referring to FIG. 3A , the pulse power compensating device 400 according to the preferred embodiment of the present invention is connected in series between the conventional high voltage pulse power supply device 300 and the load 500, and the high voltage pulse power supply device 300 is connected in series. While the high voltage power pulse is supplied from the to the load 500 side, a compensation pulse corresponding to the voltage drop amount of the high voltage power pulse is additionally supplied to the load 500 side so that the load 500 side has a constant voltage as a whole. to receive pulses.

참고로, 종래의 펄스 전원 장치에서 서로 직렬로 연결된 복수의 커패시터들은 하나의 커패시터(Cstorage)(313)로, 서로 직렬로 연결된 복수의 반도체 스위칭 소자는 하나의 스위치(SW)(311)로 등가적으로 표시하였다. For reference, in the conventional pulse power supply, a plurality of capacitors connected in series with each other are equivalent to one capacitor (C storage ) 313 , and a plurality of semiconductor switching elements connected in series with each other are equivalent to one switch (SW) 311 . indicated negatively.

도 3b를 더 참조하면, 고전압 펄스 전원 장치(300)에서 출력되는 전원 펄스로서 전압 드룹이 발생한 전원 펄스은 Vpulse으로 나타내고, t는 시간을, ΔVdroop은 전압 강하량을 각각 나타낸다. Referring further to FIG. 3B , as a power pulse output from the high voltage pulse power supply device 300 , a power pulse in which a voltage droop occurs is represented by V pulse , t represents time, and ΔV droop represents an amount of voltage drop, respectively.

도 3b에서, Vpulse는 고전압 펄스 전원 장치(300)에서 출력되는 고전압 전원 펄스를 나타내고, Vcomp는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 보상 장치(400)에서 출력되는 보상 펄스를 나타낸다. 또한 VLOAD는 서로 직렬로 연결된 고전압 펄스 전원 장치(300)에서 출력되는 고전압 전원 펄스 Vpulse 와 펄스 전원 보상 장치(400)에서 출력된 보상 펄스 Vcomp 의 전압값이 서로 합산됨으로써, 전압 강하가 보상되어 부하에 제공되는 펄스 전원의 파형을 나타낸다. In FIG. 3B , V pulse denotes a high voltage power pulse output from the high voltage pulse power supply device 300 , and Vcomp denotes a compensation pulse output from the pulse power compensation device 400 according to a preferred embodiment of the present invention. In addition, V LOAD is the voltage value of the high voltage power pulse V pulse output from the high voltage pulse power supply device 300 connected in series with each other and the voltage value of the compensation pulse Vcomp output from the pulse power compensation device 400 , so that the voltage drop is compensated. The waveform of the pulse power supplied to the load is shown.

도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 펄스 전원 보상 장치(400)는 고전압 펄스 전원 장치(300)와 동기화되어, 고전압 펄스 전원 장치(300)에서 출력되는 고전압 전원 펄스에서 전압 강하가 발행하는 만큼의 전압값을 갖는 보상 펄스를 실시간으로 출력하고, 부하측에 제공되는 전원 펄스는 고전압 전원 펄스와 보상 펄스가 합쳐져서 제공되므로 부하는 일정한 전압 크기를 갖는 전원 펄스를 공급받게 된다. 이를 위해서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 고전압 전원 펄스가 시간이 경과함에 따라서 전압값이 단조 감소함에 비례하여 보상 펄스는 시간이 경과함에 따라서 전압값이 단조 증가하게 된다.As shown in FIG. 3B , the pulse power compensation device 400 of the present invention is synchronized with the high voltage pulse power supply device 300 , and as much as a voltage drop occurs in the high voltage power pulse output from the high voltage pulse power supply device 300 . A compensation pulse having a voltage value of , is output in real time, and the power pulse provided to the load is provided by combining a high voltage power pulse and a compensation pulse, so that the load is supplied with a power pulse having a constant voltage level. To this end, as shown in FIG. 3B , the voltage value of the compensation pulse monotonically increases as time elapses in proportion to the monotonically decreasing voltage value of the high voltage power pulse as time elapses.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 보상 장치(400)의 세부 구성을 도시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a detailed configuration of a pulse power compensation device 400 according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 고전압 펄스 전원 장치(300)는 고전압 펄스 전원을 생성하여 부하측으로 공급하는 펄스 전원 공급부(310) 및 펄스 전원 공급부(310)를 제어하는 전원 제어부(320)를 포함하고, 본 발명의 펄스 전원 보상 장치(400)는 보상 펄스를 생성하여 부하측으로 공급하는 펄스 전원 보상부(410) 및 펄스 전원 보상부(410)를 제어하는 보상 제어부(420)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 4 , the high voltage pulse power supply device 300 of the present invention includes a pulse power supply unit 310 for generating and supplying high voltage pulse power to the load side and a power control unit 320 for controlling the pulse power supply unit 310 . And, the pulse power compensating device 400 of the present invention is configured to include a pulse power compensator 410 that generates a compensation pulse and supplies it to the load side, and a compensation control unit 420 that controls the pulse power compensator 410. .

또한, 펄스 전원 보상부(410)는 정류부(411), 평활 커패시터(412), 충전부(413), 방전 커패시터(414), 및 회생부(415)를 포함하여 구성된다. 이하 각 구성요소들의 기능을 설명하면 다음과 같다.In addition, the pulse power compensating unit 410 includes a rectifying unit 411 , a smoothing capacitor 412 , a charging unit 413 , a discharging capacitor 414 , and a regenerative unit 415 . Hereinafter, the function of each component will be described.

먼저, 정류부(411)는 입력되는 AC 전원을 DC 전원으로 정류하여 평활 커패시터(412) 측으로 출력하고, 평활 커패시터(412)는 정류부(411)로부터 입력되는 평활화되지 않은 DC 전원을 평활화하고, 평활화된 전압(VLink)은 충전부(413)로 입력된다.First, the rectifying unit 411 rectifies the input AC power into DC power and outputs it to the smoothing capacitor 412 side, and the smoothing capacitor 412 smoothes the unsmoothed DC power input from the rectifying unit 411 and smooths the smoothed The voltage V Link is input to the charging unit 413 .

충전부(413)는 인버터 회로(413a), 트랜스포머(413b) 및 정류 회로(413c)를 포함하여 구성되고, 평활화된 전압(VLink)은 인버터 회로(413a)로 입력된다. 인버터 회로(413a)는 보상 제어부(420)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 평활 커패시터(412)에 충전된 DC 전원을 전원 펄스의 전압 강하의 보상에 필요한 주파수 및 전압 크기를 갖는 AC 전원으로 변환하여 트랜스포머(413b)로 출력하고, 트랜스포머(413b)는 입력된 AC 전원을 승압 또는 강압하여 정류 회로(413c)로 출력하며, 정류 회로(413c)는 트랜스포머(413b)로부터 입력된 AC 전원을 DC 전원으로 정류하여 방전 커패시터(414)로 출력함으로써, 방전 커패시터(414)를 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압으로 충전시킨다. The charging unit 413 includes an inverter circuit 413a, a transformer 413b, and a rectifier circuit 413c, and the smoothed voltage V Link is input to the inverter circuit 413a. The inverter circuit 413a converts the DC power charged in the smoothing capacitor 412 according to the control signal input from the compensation control unit 420 into AC power having a frequency and voltage magnitude required to compensate the voltage drop of the power pulse, and converts the transformer output to 413b, the transformer 413b boosts or steps down the input AC power and outputs it to the rectifier circuit 413c, and the rectifier circuit 413c rectifies the AC power input from the transformer 413b into DC power. and output to the discharge capacitor 414 to charge the discharge capacitor 414 with a voltage corresponding to the voltage droop amount.

방전 커패시터(414)는 충전부(413)로부터 입력된 DC 전원을 평활화하여 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압으로 충전되고, 충전된 전압의 보상 펄스(Vcomp)를 부하측으로 출력함으로써 펄스 전원의 전압 강하를 보상한다.The discharge capacitor 414 smoothes the DC power input from the charging unit 413 to be charged with a voltage corresponding to the voltage droop amount, and outputs a compensation pulse Vcomp of the charged voltage to the load side to drop the voltage of the pulse power. compensate for

한편, 회생부(415)는 방전 커패시터(414)와 연결되어, 보상 펄스가 출력된 후, 즉, 전원 펄스가 종료되고 전원 펄스가 생성되지 않는 동안에, 방전 커패시터(414)에 충전되어 있는 잔여 전압을 충전부(413)의 입력단으로 전달하여 회생시킴으로써 에너지의 낭비를 방지한다. Meanwhile, the regenerative unit 415 is connected to the discharge capacitor 414 and after the compensation pulse is output, that is, while the power pulse is terminated and the power pulse is not generated, the residual voltage charged in the discharge capacitor 414 . is transmitted to the input terminal of the charging unit 413 to be regenerated, thereby preventing wastage of energy.

보상 펄스가 출력된 후, 방전 커패시터(414)에 충전된 잔여 전압은 대부분 저항을 통해서 열로서 소모되는 것이 보통인데, 이 경우, 에너지의 낭비가 초래된다. 따라서, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 회생부(415)가 전원 펄스가 종료되는 시점부터 방전 커패시터(414)의 잔여 전력을 충전부(413)의 입력단인 평활 커패시터(412)로 출력함으로써 잔여 전력을 평활 커패시터(412)에 충전하여 다음 전원 펄스가 출력될 때 보상 펄스 생성에 활용되도록 함으로써 에너지 낭비를 방지한다.After the compensation pulse is output, most of the residual voltage charged in the discharge capacitor 414 is usually consumed as heat through the resistor. In this case, energy is wasted. Therefore, according to the present invention, as shown in FIG. 4 , the regenerative unit 415 outputs the remaining power of the discharge capacitor 414 from the time when the power pulse is terminated to the smoothing capacitor 412 which is the input terminal of the charging unit 413 . Energy waste is prevented by charging the remaining power in the smoothing capacitor 412 to be utilized for generating a compensation pulse when the next power pulse is output.

회생부(415)는 보상 제어부(420)의 제어신호에 따라서 전원 펄스가 오프될 때 온되어 방전 커패시터(414)에 충전된 전력을 충전부(413)의 입력단으로 출력하도록 하는 스위칭 소자(415a), 스위칭 소자(415a)를 통해서 입력된 전력을 변환하여 출력하는 트랜스포머(415b), 및 트랜스포머(415b)에서 출력된 전압을 충전부(413)의 입력단으로 출력하고, 충전부(413)의 입력단으로부터 회생부(415)로 전류가 유입되는 것을 차단하는 다이오드(415c)를 포함하여 구성된다.The regenerative unit 415 is turned on when the power pulse is turned off according to the control signal of the compensation control unit 420 to output the power charged in the discharge capacitor 414 to the input terminal of the charging unit 413 ( 415a), A transformer 415b that converts and outputs the power input through the switching element 415a, and outputs the voltage output from the transformer 415b to the input terminal of the charging unit 413, and a regenerative unit ( It is configured to include a diode 415c that blocks an inflow of current to the 415 .

이 때, 보상 제어부(420)는 부하에 흐르는 전류를 센싱하여 펄스 전원의 전압 강하량을 실시간으로 측정하고, 이에 대응되는 크기의 보상 전원 펄스를 생성하도록 충전부(413)를 제어한다.At this time, the compensation control unit 420 senses the current flowing through the load to measure the voltage drop amount of the pulse power in real time, and controls the charging unit 413 to generate a compensation power pulse having a corresponding magnitude.

상술한 내용을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 보상장치(400)의 전체적인 동작을 설명하면, 펄스 전원 공급부(310)는 커패시터(C_storage)를 방전시켜 출력 전류가 부하로 흐르도록 함으로써 펄스 전원을 발생시킨다. 따라서, 큰 출력 전류가 흐르면 펄스 전원의 전압 드룹의 크기가 커지고, 전류가 작아지면 전압 드룹의 크기 또한 작아진다.When the overall operation of the pulse power compensator 400 according to the preferred embodiment of the present invention is described with reference to the above content, the pulse power supply unit 310 discharges the capacitor C_storage so that the output current flows to the load. By doing so, pulse power is generated. Accordingly, when a large output current flows, the magnitude of the voltage droop of the pulse power supply increases, and when the current decreases, the magnitude of the voltage droop also decreases.

따라서, 보상 제어부(420)는 출력 전류를 센싱하면 전압 드룹의 크기를 계산할 수 있고, 펄스 전원 보상 장치(400)는 이 드룹의 크기에 대응되는 정전류를 생성하여 방전 커패시터(414)를 충전시킴으로써 펄스 전원의 전압 드룹을 보상할 수 있다. 즉, 전원 펄스 공급부(310)가 부하측으로 전원 펄스를 공급하는 동안, 보상 제어부(420)가 펄스 전원 보상부(410)의 방전 커패시터(414)로 정전류가 흐르도록 제어하면, i=c*dV/dt에 따라서 방전 커패시터(414)에는 도 3b에 도시된 바와 같이 일정한 기울기를 갖는 보상 전압(Vcomp)이 충전된다.Accordingly, the compensation control unit 420 may calculate the magnitude of the voltage droop by sensing the output current, and the pulse power compensation device 400 generates a constant current corresponding to the magnitude of the droop and charges the discharge capacitor 414 to generate a pulse The voltage droop of the power supply can be compensated. That is, while the power pulse supply unit 310 supplies the power pulse to the load side, if the compensation control unit 420 controls a constant current to flow through the discharge capacitor 414 of the pulse power compensation unit 410 , i=c*dV According to /dt, the discharge capacitor 414 is charged with the compensation voltage Vcomp having a constant slope as shown in FIG. 3B .

본 발명에서는, 펄스 전원의 드룹의 크기가 커질수록 더 큰 전압을 갖는 보상 전압을 생성해야 하고, 더 큰 보상 전압을 생성하기 위해서는 더 큰 정전류를 방전 커패시터(414)에 흐도록 하여 방전 커패시터(414)를 충전해야 한다.In the present invention, as the size of the droop of the pulse power increases, it is necessary to generate a compensation voltage having a larger voltage. In order to generate a larger compensation voltage, a larger constant current flows through the discharge capacitor 414 to generate the discharge capacitor 414 . ) to be charged.

전압 드룹이 발생하면, 보상 제어부(420)는 전류 센서(600)에서 센싱된 전류를 기반으로 펄스 출력 전압의 최종 드룹의 크기를 예측하고, 이를 토대로 최종 드룹의 크기에 맞는 전류를 만들어 내기 위해, 충전부(413)의 인버터부(413a)가 동작하는 스위칭 주파수를 조절한다.When the voltage droop occurs, the compensation control unit 420 predicts the size of the final droop of the pulse output voltage based on the current sensed by the current sensor 600, and based on this, generates a current that matches the size of the final droop. The switching frequency at which the inverter unit 413a of the charging unit 413 operates is adjusted.

조절된 스위칭 주파수에 따라, 트랜스포머(413b)로부터 정류부(413c)로 출력되는 전류값이 조절되며, 이에 따라서, 방전 커패시터(414)에 충전되는 전류값이 조절되어, 충전되는 전압이 펄스 드룹양에 대응되도록 조절된다.According to the adjusted switching frequency, the current value output from the transformer 413b to the rectifier 413c is adjusted, and accordingly, the current value charged in the discharge capacitor 414 is adjusted, so that the charged voltage depends on the pulse droop amount. adjusted to match.

충전 인버터부(413a)의 스위칭 주파수가 커지게 되면, 보상 전원의 방전 커패시터로 출력되는 정전류 i가 커지게 되고 이에 따라 보상 전원의 출력 전압의 크기의 기울기가 증가 되며, 이에 따라서, 동일 펄스폭 동안 더 큰 전압 드룹을 보상할 수 있게 된다.When the switching frequency of the charging inverter unit 413a increases, the constant current i output to the discharge capacitor of the compensation power increases, and accordingly, the slope of the magnitude of the output voltage of the compensation power increases, and accordingly, during the same pulse width Larger voltage droop can be compensated.

이 때, 트랜스포머(413b) 및 정류 회로(413c)를 통해서 방전 커패시터(414)에 공급되는 전류는 전원 펄스에 의해서 부하에 흐르는 전류보다 더 큰 전류가 흐르게 되므로, 펄스 전원이 인가되는 동안 방전 커패시터(414)에 충전되는 전압은 도 3b에 도시된 바와 같이 점차 증가하는 삼각파 형상이 된다.At this time, since the current supplied to the discharge capacitor 414 through the transformer 413b and the rectifier circuit 413c flows larger than the current flowing in the load by the power pulse, the discharge capacitor ( The voltage charged to 414) has a triangular wave shape that gradually increases as shown in FIG. 3B.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보상 제어부(420) 및 전원 제어부(320)의 세부 구성을 도시하는 도면이고, 도 6은 전원 제어부(320) 및 보상 제어부(420)에서 출력되는 신호들의 타이밍도이다.5 is a diagram showing detailed configurations of the compensation control unit 420 and the power control unit 320 according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating signals output from the power control unit 320 and the compensation control unit 420. It's a timing diagram.

도 5 및 도 6을 더 참조하여 설명하면, 전원 제어부(320)는 사전에 설정된 전원 펄스의 펄스 폭을 결정하는 펄스 폭 기준값(Vref1)을 생성하여 출력하는 펄스폭 기준값 설정부(321), 전원 펄스의 주파수를 결정하는 주파수 기준값을 생성하여 출력하는 주파수 기준값 설정부(322), 주파수 기준값 설정부(322)로부터 입력되는 전압값에 대응되는 주파수를 갖는 구형 펄스를 출력하는 주파수 변환부(323), 및 주파수 변환부(323)로부터 입력된 구형 펄스를 이용하여 해당 주파수에 대응되는 삼각파(Vsaw)를 생성하여 출력하는 삼각파 생성부(324), 및 펄스 폭 기준값(Vref1)과 삼각파(Vsaw)를 비교하여 전원 펄스의 타이밍 신호(VT)를 생성하여 출력하는 비교기(comparator)(325)를 포함한다(도 6의 (a) 및 (b) 참조).5 and 6, the power control unit 320 generates and outputs a pulse width reference value Vref1 that determines the pulse width of a preset power pulse, the pulse width reference value setting unit 321, the power supply A frequency reference value setting unit 322 for generating and outputting a frequency reference value for determining the frequency of a pulse, a frequency converting unit 323 for outputting a rectangular pulse having a frequency corresponding to a voltage value input from the frequency reference value setting unit 322 , and a triangular wave generator 324 that generates and outputs a triangular wave Vsaw corresponding to a corresponding frequency by using a rectangular pulse input from the frequency converter 323, and a pulse width reference value V ref1 and a triangular wave Vsaw. and a comparator 325 for generating and outputting the timing signal V T of the power pulse by comparing them (see FIGS. 6A and 6B ).

비교기(325)에서 출력된 타이밍 신호(VT)는 전류 부스터(326)로 입력되어 전류값이 증폭된 후, 동일한 타이밍의 신호(VT2)가 제 1 미분기(327)로 입력되고, 반전된 타이밍의 신호(VT1)가 제 2 미분기(328)로 입력되며, 제 1 미분기(327) 및 제 2 미분기(328)는 각각 타이밍 신호(VT)의 상승 엣지에 대응되는 신호(VON) 및 하강 엣지에 대응되는 신호(VOFF)를 전원 게이트 드라이브 회로(329)로 출력한다.(도 6의 (c) 및 (d) 참조) The timing signal V T output from the comparator 325 is input to the current booster 326 to amplify the current value, and then the signal V T2 at the same timing is input to the first differentiator 327 and inverted. The timing signal V T1 is input to the second differentiator 328 , and the first differentiator 327 and the second differentiator 328 are signals V ON corresponding to the rising edge of the timing signal V T , respectively. and a signal V OFF corresponding to the falling edge is output to the power gate drive circuit 329 (see FIGS. 6(c) and 6(d)).

전원 게이트 드라이브 회로(329)는 제 1 미분기(327) 및 제 2 미분기(328)로부터 입력되는 신호에 따라서 펄스 전원 공급부(310)에 포함된 복수의 반도체 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어 신호(VON /OFF)를 출력하여 펄스 전원 공급부(310)로 하여금 고전압 펄스 전원(Vpulse)을 생성하도록 제어하고, 펄스 전원 공급부(310)는 입력된 제어신호에 따라서 반도체 스위칭 소자를 턴 온/턴 오프하여 부하측으로 고전압 펄스 전원을 공급한다.(도 6의 (e) 참조) 결과적으로, 고전압 전원 펄스는 타이밍 신호(VT)가 High 상태인 동안에 생성되어 부하로 제공되고, 타이밍 신호(VT)가 Low 인 상태 동안에는 생성되지 않는다. The power gate drive circuit 329 is a control signal V for turning on/off the plurality of semiconductor switching elements included in the pulse power supply 310 according to signals input from the first differentiator 327 and the second differentiator 328 . ON / OFF ) to control the pulse power supply 310 to generate the high voltage pulse power (V pulse ), and the pulse power supply 310 turns on / turns off the semiconductor switching element according to the input control signal to supply high voltage pulse power to the load side. (See FIG. 6(e)) As a result, the high voltage power pulse is generated while the timing signal V T is in a High state and provided to the load, and the timing signal V T . It is not created while is in the Low state.

한편, 보상 제어부(420)는 보상 게이트 드라이브 회로(426), 반전부(421), 제 3 미분기(422), 회생 게이트 드라이브 회로(423), 스위칭 신호 생성부(425), 및 비활성 신호 생성부(424)를 포함하여 구성된다.Meanwhile, the compensation control unit 420 includes the compensation gate drive circuit 426 , the inverting unit 421 , the third differentiator 422 , the regenerative gate drive circuit 423 , the switching signal generation unit 425 , and the deactivation signal generation unit. (424) is included.

각 구성요소들의 동작을 살펴보면, 먼저, 전원 제어부(320)의 비교기(325)에서 출력된 타이밍 신호(VT)는 전류 부스터(326)에 입력되는 동시에 반전부(421)로 입력된다.Looking at the operation of each component, first, the timing signal V T output from the comparator 325 of the power control unit 320 is input to the current booster 326 and is simultaneously input to the inverting unit 421 .

반전부(421)는 입력된 타이밍 신호(VT)를 반전시켜(High->Low로, Low->High 로 각각 반전시킴), 반전 타이밍 신호(Vinv)를 제 3 미분기(422) 및 비활성 신호 생성부(424)로 출력한다.(도 6의 (f) 참조) 따라서, 전원 펄스의 타이밍 신호(VT)가 High인 동안(즉, 고전압 전원 펄스가 생성되는 동안), 반전 타이밍 신호(Vinv)가 Low 상태이고, 전원 펄스의 타이밍 신호(VT)가 Low인 동안(즉, 고전압 전원 펄스가 생성되지 않는 동안), 반전 타이밍 신호(Vinv)가 High인 상태이다. The inverting unit 421 inverts the input timing signal V T (inverts each of High->Low and Low->High), and converts the inverted timing signal V inv to the third differentiator 422 and inactive It is output to the signal generating unit 424 (refer to (f) of FIG. 6). Accordingly, while the timing signal V T of the power pulse is High (that is, while the high voltage power pulse is generated), the inverted timing signal ( V inv ) is in a Low state, and while the timing signal V T of the power pulse is Low (ie, while the high voltage power pulse is not generated), the inverted timing signal V inv is in a High state.

반전 타이밍 신호(Vinv)를 입력받은 비활성 신호 생성부(424)는 반전 타이밍 신호(Vinv)가 High 인 동안(즉, 고전압 전원 펄스가 생성되지 않는 동안), 보상 펄스의 출력을 중단하도록 지시하는 비활성 신호(Vfault)를 생성하여 스위칭 신호 생성부(425)로 출력한다.(도 6의 (i) 참조)While the inverted timing signal (V inv) inactive signal generator 424, the input to the inverted timing signal (V inv) is High (i.e., while the high-voltage power supply pulse is not generated), the instruction to stop the output of the compensation pulse to generate a deactivation signal V fault and output it to the switching signal generator 425 (refer to (i) of FIG. 6 ).

한편, 반전 타이밍 신호(Vinv)를 입력받은 비활성 신호 생성부(424)는 반전 타이밍 신호(Vinv)가 Low 인 동안(즉, 고전압 전원 펄스가 생성되는 동안), 스위치 신호 생성부(425)가 충전부(413)를 제어하여 보상 펄스를 생성할 수 있도록 비활성 신호(Vfault)를 생성하지 않는다.Meanwhile, the inverted timing signal (V inv) (during the generation that is, the high voltage power pulse) inactive signal generator 424 receives input the is as long as the inverted timing signal (V inv) Low, the switch signal generation unit 425 does not generate the deactivation signal V fault so as to control the charging unit 413 to generate a compensation pulse.

스위칭 신호 생성부(425)는 비활성 신호가 입력되지 않는 동안에는, 전류 센서(600)로부터 입력되는 전류값을 이용하여 현재 고전압 전원 펄스의 전압값을 측정하고, 측정된 고전압 전원 펄스로부터 드룹된 전압값을 계산하여, 보상 게이트 드라이브 회로(426)로 드룹된 전압값 만큼의 보상 전압을 갖는 보상 펄스를 생성하도록 보상제어신호를 출력하고, 보상 게이트 드라이브 회로(426)는 보상 제어 신호에 따라서 충전부(413)의 인버터에 포함된 각 반도체 스위칭 소자들의 턴 온/턴-오프를 제어하는 게이트 제어신호(VCO_GATE)를 출력함으로써 보상 펄스를 부하측으로 제공하여 부하에 일정한 전압값을 갖는 고전압 전원 펄스를 제공한다.(도 6의 (j) 참조) 한편, 스위칭 신호 생성부(425)는 비활성 신호(Vfault)가 입력되면, 보상 게이트 드라이브 회로(426) 출력되는 보상제어신호를 중단한다.The switching signal generator 425 measures the voltage value of the current high voltage power pulse using the current value input from the current sensor 600 while the inactive signal is not input, and a voltage value drooped from the measured high voltage power pulse , and outputs a compensation control signal to generate a compensation pulse having a compensation voltage equal to the voltage value drooping to the compensation gate drive circuit 426, and the compensation gate drive circuit 426 operates the charging unit 413 according to the compensation control signal. ) by outputting a gate control signal (V CO_GATE ) that controls the turn-on/turn-off of each semiconductor switching element included in the inverter to provide a compensation pulse to the load side to provide a high-voltage power pulse having a constant voltage value to the load. . (refer to (j) of FIG. 6 ) Meanwhile, when the inactive signal V fault is input, the switching signal generator 425 stops the compensation control signal output from the compensation gate drive circuit 426 .

한편, 제 3 미분기(422)는 반전 타이밍 신호(Vinv)의 상승 엣지에 해당하는 타이밍(타이밍 신호(VT)의 하락 엣지에 해당하는 타이밍)에 회생 개시 펄스 신호(VRE)를 생성하여 회생 게이트 드라이브 회로(423)로 출력하고(도 6의 (g) 참조), 회생 게이트 드라이브 회로(423)는 회생 개시 펄스 신호(VRE)가 입력되면, 회생부(415)에 포함된 반도체 스위칭 소자를 턴온시키는 턴-온 펄스(VRE _GATE)를 회생부(415)로 입력한다(도 6의 (h) 참조).On the other hand, the third differentiator 422 generates a regeneration start pulse signal V RE at a timing corresponding to the rising edge of the inversion timing signal V inv (timing corresponding to the falling edge of the timing signal VT) to be regenerated. When the regenerative start pulse signal V RE is input to the gate drive circuit 423 (refer to (g) of FIG. 6 ), the regenerative gate drive circuit 423 receives a semiconductor switching element included in the regenerative unit 415 . A turn-on pulse V RE _GATE for turning on is input to the regenerative unit 415 (see (h) of FIG. 6 ).

회생부(415)의 반도체 스위칭 소자(415a)는 턴-온 펄스(VRE _GATE)에 의해서 턴-온되어 도 4의 방전 커패시터(414)에 저장된 에너지를 트랜스포머(415b)를 통해서 변환하고, 다이오드(415c)를 통해서 충전부(413)의 입력단인 평활 커패시터(412)로 출력하여 에너지를 재활용하도록 한다.The semiconductor switching element 415a of the regenerative unit 415 is turned on by the turn-on pulse V RE _GATE to convert the energy stored in the discharge capacitor 414 of FIG. 4 through the transformer 415b, and a diode The energy is recycled by outputting it to the smoothing capacitor 412, which is the input terminal of the charging unit 413, through 415c.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to preferred embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

310 : 펄스 전원 공급부
320 : 전원 제어부
321 : 펄스폭 기준값 설정부 322 : 주파수 기준값 설정부
323 : 주파수 변환부 324 : 삼각파 생성부
325 : 비교기 326 : 전류 부스터
327 : 제 1 미분기 328 : 제 2 미분기
329 : 전원 게이트 드라이브 회로
410 : 펄스 전원 보상부
420 : 보상 제어부
421 : 반전부 422 : 제 3 미분기
423 : 회생 게이트 드라이브 회로 424 : 비활성 신호 생성부
425 : 스위칭 신호 생성부 426 : 보상 게이트 드라이브 회로
500 : 부하
600 : 전류 센서310: pulse power supply
320: power control unit
321: pulse width reference value setting unit 322: frequency reference value setting unit
323: frequency converter 324: triangular wave generator
325: comparator 326: current booster
327: first differentiator 328: second differentiator
329: power gate drive circuit
410: pulse power compensation unit
420: compensation control
421: inversion part 422: third differentiator
423: regenerative gate drive circuit 424: inactive signal generator
425: switching signal generator 426: compensation gate drive circuit
500: load
600: current sensor

Claims (9)

펄스 전원 장치와 부하 사이에 직렬로 연결되어, 상기 펄스 전원 장치에서 일정한 시간 주기로 상기 부하로 제공하는 전원 펄스의 전압 드룹을 보상하여 상기 부하로 일정한 전압 크기를 갖는 전원 펄스가 제공되도록 하는 펄스 전원 보상 장치로서,
상기 부하에 흐르는 전류를 측정하는 전류 센서에서 측정된 전류값을 이용하여 상기 전원 펄스의 전압 드룹량을 계산하고, 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압값의 갖는 보상 펄스를 생성하기 위한 제어 신호를 출력하는 보상 제어부; 및
입력 AC 전원을 정류하여 DC 전압을 생성하고, 상기 보상 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 DC 전압의 크기를 변경하여 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압값을 갖는 보상 펄스를 생성하여 상기 부하로 제공함으로써 상기 부하로 일정한 전압 크기를 갖는 전원 펄스가 제공되도록 하는 펄스 전원 보상부;를 포함하고,
상기 펄스 전원 보상부는
입력되는 AC 전원을 DC 전원으로 정류하여 출력하는 정류부;
상기 정류부로부터 입력되는 평활화되지 않은 DC 전원을 평활화하는 평활 커패시터;
상기 평활 커패시터에서 평활화된 전압을 입력받고, 상기 보상 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서, 상기 전압 드룹량에 대응되도록 전압의 크기를 변환하여 방전 커패시터를 충전시키는 충전부; 및
상기 충전부로부터 입력된 DC 전압을 평활화하여 상기 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압으로 충전되고, 충전된 전압의 보상 펄스를 부하측으로 출력하여 방전하는 상기 방전 커패시터; 및
상기 전원 펄스가 생성되지 않는 동안에, 상기 방전 커패시터에 충전된 전원을 상기 평활 커패시터로 전달하여 상기 방전 커패시터에 충전된 에너지를 상기 충전부의 입력단으로 전달하여 회생시킴으로써 에너지 낭비를 방지하는 회생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 보상 장치.Pulse power compensation that is connected in series between a pulse power supply and a load to compensate for voltage droop of a power pulse provided from the pulse power supply to the load at a constant time period to provide a power pulse having a constant voltage magnitude to the load As a device,
The voltage droop amount of the power pulse is calculated using the current value measured by the current sensor measuring the current flowing in the load, and a control signal for generating a compensation pulse having a voltage value corresponding to the voltage droop amount is generated. Compensation control unit to output; and
The input AC power is rectified to generate a DC voltage, and the magnitude of the DC voltage is changed according to the control signal input from the compensation controller to generate a compensation pulse having a voltage value corresponding to the amount of voltage droop and provided to the load. and a pulse power compensator for providing a power pulse having a constant voltage magnitude to the load by doing so;
The pulse power compensator
a rectifying unit rectifying the input AC power into DC power and outputting it;
a smoothing capacitor for smoothing the unsmoothed DC power input from the rectifying unit;
a charging unit receiving the voltage smoothed from the smoothing capacitor and charging the discharge capacitor by converting the voltage level to correspond to the voltage droop amount according to a control signal input from the compensation control unit; and
the discharge capacitor smoothing the DC voltage input from the charging unit to be charged with a voltage corresponding to the voltage droop amount, and discharging by outputting a compensation pulse of the charged voltage to the load side; and
While the power pulse is not generated, the power charged in the discharge capacitor is transferred to the smoothing capacitor, and the energy charged in the discharge capacitor is transferred to the input terminal of the charging unit to be regenerative, thereby preventing energy waste. A pulse power compensation device characterized by. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 충전부는
상기 보상 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 상기 평활 커패시터에 충전된 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 출력하는 인버터 회로;
상기 인버터 회로에서 입력되는 AC 전원을 승압 또는 강압하여 출력하는 트랜스포머; 및
상기 트랜스포머로부터 입력된 AC 전원을 DC 전원으로 정류하여 상기 방전 커패시터로 출력함으로써, 상기 방전 커패시터를 전압 드룹량에 대응되는 크기의 전압으로 충전시키는 정류 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 보상 장치.According to claim 1, wherein the charging unit
an inverter circuit for converting the DC power charged in the smoothing capacitor into AC power according to a control signal input from the compensation control unit and outputting the converted DC power;
a transformer for boosting or stepping-down the AC power input from the inverter circuit and outputting it; and
and a rectifying circuit for rectifying the AC power input from the transformer into DC power and outputting it to the discharge capacitor, thereby charging the discharge capacitor with a voltage corresponding to a voltage droop amount. . 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 회생부는
상기 보상 제어부의 제어신호에 따라서 전원 펄스가 오프될 때 턴 온되어 방전 커패시터에 충전된 전력을 상기 충전부의 입력단으로 출력하도록 하는 스위칭 소자;
상기 스위칭 소자를 통해서 입력된 전력을 변환하여 출력하는 트랜스포머; 및
상기 트랜스포머에서 출력된 전압을 상기 충전부의 입력단으로 출력하고, 상기 충전부의 입력단으로부터 상기 트랜스포머로 전류가 유입되는 것을 차단하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 보상 장치.The method of claim 1, wherein the regenerative unit
a switching element that is turned on when a power pulse is turned off according to a control signal of the compensation control unit and outputs power charged in the discharge capacitor to an input terminal of the charging unit;
a transformer for converting and outputting power input through the switching element; and
and a diode for outputting the voltage output from the transformer to the input terminal of the charging unit and blocking current from flowing into the transformer from the input terminal of the charging unit. 제 4 항에 있어서, 상기 보상 제어부는
상기 전원 펄스의 생성 타이밍을 나타내는 타이밍 신호를 입력받아 상기 타이밍 신호를 반전시킨 반전 타이밍 신호를 생성하는 반전부;
상기 반전 타이밍 신호가 하이 상태인 동안 비활성 신호를 생성하여 스위칭 신호 생성부로 출력하는 비활성 신호 생성부;
상기 비활성 신호가 입력되지 않는 동안에 상기 전류 센서로부터 입력되는 전류값을 이용하여 상기 전원 펄스의 드룹된 전압값을 계산하고, 보상 게이트 드라이브 회로로 드룹된 전압값 만큼의 보상 전압을 갖는 보상 펄스를 생성하도록 보상 제어 신호를 출력하며, 상기 비활성 신호가 입력되면 상기 보상 제어 신호의 생성을 중단하는 스위칭 신호 생성부; 및
상기 보상 제어 신호에 따라서 상기 인버터 회로에 포함된 각 반도체 스위칭 소자들의 턴 온 및 턴-오프를 제어하는 게이트 제어신호를 상기 충전부로 출력하는 보상 게이트 드라이브 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 보상 장치.5. The method of claim 4, wherein the compensation control unit
an inverting unit receiving a timing signal indicating a generation timing of the power pulse and generating an inverted timing signal obtained by inverting the timing signal;
a deactivation signal generating unit generating an inactive signal while the inverted timing signal is in a high state and outputting it to a switching signal generating unit;
While the deactivation signal is not input, the drooped voltage value of the power pulse is calculated using the current value input from the current sensor, and a compensation pulse having a compensation voltage equal to the drooped voltage value is generated by the compensation gate drive circuit. a switching signal generator for outputting a compensation control signal so as to stop the generation of the compensation control signal when the deactivation signal is input; and
and a compensation gate drive circuit for outputting a gate control signal for controlling turn-on and turn-off of each semiconductor switching element included in the inverter circuit to the charging unit according to the compensation control signal. . 제 7 항에 있어서, 상기 보상 제어부는
상기 반전 타이밍 신호의 상승 엣지에 해당하는 타이밍에 회생 개시 펄스 신호를 생성하여 회생 게이트 드라이브 회로로 출력하는 제 3 미분기; 및
상기 회생 개시 펄스 신호가 입력되면, 회생부에 포함된 반도체 스위칭 소자를 턴온시키는 턴-온 펄스(VRE_GATE)를 회생부로 입력하는 회생 게이트 드라이브 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 전원 보상 장치.The method of claim 7, wherein the compensation control unit
a third differentiator for generating a regenerative start pulse signal at a timing corresponding to a rising edge of the inverted timing signal and outputting it to the regenerative gate drive circuit; and
and a regenerative gate drive circuit inputting a turn-on pulse (V RE_GATE ) for turning on the semiconductor switching element included in the regenerative unit to the regenerative unit when the regenerative start pulse signal is input. 제 1 항의 펄스 전원 보상 장치;
상기 부하에 흐르는 전류를 측정하는 전류 센서; 및
사전에 정의된 시간 주기로 상기 전원 펄스를 생성하여 상기 부하로 제공하는 펄스 전원 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 펄스 전원 시스템.The pulse power compensation device of claim 1;
a current sensor for measuring the current flowing through the load; and
and a pulse power supply device that generates the power pulse at a predefined time period and provides the power pulse to the load.
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