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KR102427763B1 - 펄스 전원 장치의 스위칭 회로 - Google Patents

펄스 전원 장치의 스위칭 회로 Download PDF

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KR102427763B1
KR102427763B1 KR1020160084301A KR20160084301A KR102427763B1 KR 102427763 B1 KR102427763 B1 KR 102427763B1 KR 1020160084301 A KR1020160084301 A KR 1020160084301A KR 20160084301 A KR20160084301 A KR 20160084301A KR 102427763 B1 KR102427763 B1 KR 102427763B1
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Abstract

본 발명은 고전압 펄스 전원 장치에 포함되는 스위칭 회로를 공개한다. 본 발명은 전원 공급 장치와 부하 사이에 스위칭 회로를 배치하여 고전압 전원 펄스의 부하측 공급을 제어하되, 스위칭 회로를 서로 병렬로 연결된 복수의 스위칭 모듈로 구성함으로써, 고전압 펄스 전원 장치로부터 부하로 공급되는 전류를 분산시켜 반도체 스위치 소자의 전류 정격 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 스위칭 모듈이, 서로 직렬로 연결된 복수의 반도체 스위치 소자를 통해서 전원을 공급하도록 함으로써, 기존의 반도체 스위치 소자의 전압 정격 문제를 해결할 수 있다. 이렇게, 본 발명은 낮은 전압 및 전류 정격을 갖으며 가격이 저렴한 반도체 스위칭 소자를 직렬 및 병렬로 스택킹하여 스위칭 회로를 구현함으로써, 저비용으로 펄스 상승 시간이 빠르고 전력 손실을 최소화할 수 있는 스위칭 회로를 제공할 수 있다.

Description

펄스 전원 장치의 스위칭 회로{Switching circuit for pulse power supply}
본 발명은 스위칭 회로에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고전압 펄스 전원 장치의 스위칭 회로에 관한 것이다.
일반적으로 고전압 펄스 전원 장치는 각종 시험장비와 플라즈마 발생장치(PSII 등)와 같은 부하로 고전압 펄스 전원을 공급하는데, 종래의 고전압 펄스 전원 장치는 장치의 수명 문제, 펄스폭 가변, 동작 주파수의 증대, 펄스 전압의 조절, 직류 고전압 전원의 필요성 등의 측면에 있어서 많은 문제점이 발견되고 있다.
도 1은 일반적인 고전압 펄스 전원 장치의 개략적인 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 고전압 펄스 전원 장치는 전원 공급 장치(10), 및 전원 공급 장치(10)와 부하(30) 사이에 연결된 스위칭 회로(20)를 포함하여 구성된다.
전원 공급 장치(10)는 고전압 전원을 서로 직렬로 연결된 복수의 커패시터에 충전하고 있다가, 스위칭 회로(20)가 온 되어 부하(30)와 통전되면, 커패시터들에 충전된 전원을 일시에 방전함으로써 고전압 펄스를 부하(30)측으로 공급하고, 스위칭 회로(20)가 오프되면 방전된 커패시터들을 다시 충전한다.
이러한 과정을 통해서, 고전압 펄스 전원이 부하(30)측으로 공급되고, 스위칭 회로(20)를 제어함으로써 고전압 펄스 전원의 펄스 폭, 반복률 등의 제어를 수행하게 된다.
종래에는 이러한 스위칭 회로(20)를 기계식 스위치를 이용하여 구현하였으나, 최근에는 반도체 스위치 소자들을 이용하여 구현하는 연구들이 진행중이다. 반도체 스위치 소자는 수명이 반영구적이며, jitter없이 반복률 및 펄스폭 제어가 가능한 장점이 있다.
그러나, 반도체 스위치 소자는 정격 전압과 정격 전류가 존재하므로, 고전압 펄스 전원 장치와 같이 고전압과 고전류의 펄스 전원을 공급하는 경우에는 전압 및 전류 정격이 높은 반도체 스위치 소자를 이용해야 하는데, 이러한 고정격의 반도체 스위치 소자는 가격이 고가이면서도 스위칭 특성이 좋지 않은 문제점이 존재한다.
따라서, 전압 및 전류 정격은 낮지만 스위칭 특성이 양호한 반도체 스위치 소자를 복수개 결합하여, 저비용으로 고신뢰성을 담보할 수 있는 스위칭 회로의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저렴하면서도 응답 특성이 양호한 반도체 스위치 소자들을 이용하여 구현된 스위칭 회로를 제공하되, 전원 공급 장치에서 부하측으로 고전압 펄스 전원의 공급을 높은 신뢰도로 제어할 수 있는 스위칭 회로를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로는, 전원 공급 장치와 부하 사이에서 전원 공급을 제어하도록, 상호 병렬로 연결된 복수의 스위칭 모듈; 및 상기 스위칭 모듈의 스위칭을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 모듈 각각은 서로 직렬로 연결된 복수의 반도체 스위치 소자, 및 상기 제어기의 제어에 따라서 상기 복수의 반도체 스위치 소자를 각각 제어하는 복수의 드라이브 회로를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로의 상기 드라이브 회로는, 상기 제어기로부터 콘트롤 변압기의 1차측 권선을 통해서 펄스 제어 신호(구동 펄스)를 전달받아 내부의 제 1 커패시터(C1)를 충전시키고, 상기 1차측 권선에 구동 펄스가 종료되는 시점에 상기 1차측 권선에 유기되는 스파이크 전압에 의해서, 상기 드라이브 회로에 연결된 반도체 스위치 소자에 연결된 제 2 커패시터(C2)를 충전시켜 상기 제 2 커패시터(C2)의 충전 전압으로 상기 반도체 스위치 소자를 턴 온 시키면서, 상기 제 1 커패시터(C1)의 방전을 개시하며, 상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압이 사전에 정의된 레벨까지 방전되면 상기 제 2 커패시터(C2)를 방전시켜 상기 반도체 스위치 소자를 턴 오프시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로의 상기 드라이브 회로는 상기 제 2 커패시터(C2)의 양단에 연결된 드라이브 스위칭 소자가 더 포함하고, 상기 드라이브 스위칭 소자는, 상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압이 사전에 정의된 레벨까지 방전되면 턴 온되어 상기 제 2 커패시터(C2)를 방전시킴으로써 상기 반도체 스위치 소자를 턴 오프시키고, 상기 반도체 스위치 소자의 턴 오프 상태를 유지하며, 상기 제 1 커패시터(C1)가 사전에 정의된 레벨 이상으로 충전되면 오프될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로에서, 동일한 스위칭 모듈에 포함된 복수의 1차측 권선은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로의 상기 드라이브 회로는, 드레인이 제 1 노드에 연결되고, 게이트가 제 2 노드에 연결되며, 소오스가 제 3 노드에 연결되는 드라이브 스위칭 소자; 일단이 상기 반도체 스위치 소자의 게이트에 연결되고, 타단이 상기 제 3 노드에 연결되어 상기 반도체 스위치 소자의 구동을 제어하는 제 2 커패시터(C2); 일단이 상기 제 1 노드에 연결되고, 타단이 상기 반도체 스위치 소자의 게이트에 연결되는 제 2 저항(R2); 상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결되어 상기 드라이브 스위칭 소자의 구동을 제어하는 제 1 커패시터(C1); 상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 상기 제 1 커패시터(C1)와 병렬로 연결된 제 1 저항(R1); 상기 제어기로부터 펄스 제어 신호를 입력받는 1차측 권선 및 상기 1차측 권선에 대응되고, 일단이 상기 제 3 노드에 연결되는 2차측 권선을 포함하는 콘트롤 변압기; 상기 2차측 권선의 타단과 상기 제 1 노드 사이에, 상기 제 1 노드 방향이 순방향이 되도록 설치된 제 1 다이오드(D1); 및 상기 2차측 권선의 타단과 상기 제 2 노드 사이에, 상기 제 2 노드 방향이 역방향이 되도록 설치된 제 2 다이오드(D2);를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로는 상기 제 1 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결된 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로는 상기 제어기로부터 1차측 권선에 펄스 제어 신호(구동 펄스)가 인가되면, 상기 1차측 권선에 대응되는 2차측 권선에 구동 펄스가 전달되고, 상기 2차측 권선, 상기 제 1 저항과 상기 제 1 커패시터(C1) 및 상기 제 2 다이오드(D2)를 따라서 폐루프가 형성되어, 상기 제 1 커패시터(C1)가 충전될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로는, 상기 1차측 권선에 구동 펄스가 종료되는 시점에 상기 1차측 권선에 유기되는 스파이크 전압에 의해서, 상기 2차측 권선, 상기 제 1 다이오드, 상기 제 2 저항 및 상기 제 2 커패시터(C2)를 따라서 폐루프가 형성되어 제 2 커패시터(C2)가 충전되고, 상기 제 2 커패시터(C2)의 충전 전압으로 상기 반도체 스위치 소자가 턴 온되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로는, 상기 제 2 커패시터(C2)에 충전된 전압이 유지되는 동안 상기 반도체 스위치 소자의 턴 온 상태가 유지되고, 상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압은 제 1 저항(R1)을 통해서 방전될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로는, 상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압이 사전에 정의된 레벨까지 방전되면, 상기 드라이브 스위칭 소자가 턴 온되고, 상기 드라이브 스위칭 소자와 상기 제 2 커패시터(C2) 및 상기 제 2 저항(R2)이 폐루프를 형성하여, 상기 제 2 커패시터(C2)의 충전 전압이 상기 제 2 저항(R2)을 통해서 방전되어, 상기 반도체 스위치 소자가 턴 오프될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로는, 동일한 스위칭 모듈에 포함된 복수의 1차측 권선은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 전원 장치의 스위칭 회로는, 상기 콘트롤 변압기는 토로이달 코어를 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명은 전원 공급 장치와 부하 사이에 스위칭 회로를 배치하여 고전압 전원 펄스의 부하측 공급을 제어하되, 스위칭 회로를 서로 병렬로 연결된 복수의 스위칭 모듈로 구성함으로써, 고전압 펄스 전원 장치로부터 부하로 공급되는 전류를 분산시켜 반도체 스위치 소자의 전류 정격 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 스위칭 모듈이, 서로 직렬로 연결된 복수의 반도체 스위치 소자를 통해서 전원을 공급하도록 함으로써, 기존의 반도체 스위치 소자의 전압 정격 문제를 해결할 수 있다.
이렇게, 본 발명은 낮은 전압 및 전류 정격을 갖으며 가격이 저렴한 반도체 스위칭 소자를 직렬 및 병렬로 스택킹하여 스위칭 회로를 구현함으로써, 저비용으로 펄스 상승 시간이 빠르고 전력 손실을 최소화할 수 있는 스위칭 회로를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 고전압 펄스 전원 장치의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 회로의 전체 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 회로 전체의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 모듈의 세부 구성을 도시하는 회로도이다.
도 5a 내지 도 5e 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 모듈의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따를 스위칭 모듈의 동작 타이밍도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 회로의 전체 구성을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 회로 전체의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 회로(200)는 전원 공급 장치(10)와 부하(30) 사이에 서로 병렬로 연결된 복수의 스위칭 모듈들(220-1~220-M)과 이들을 제어하는 제어기(210)로 구성된다.
또한, 각각의 스위칭 모듈들(220-1~220-M)은 그 내부에 서로 직렬로 연결된 복수의 반도체 스위치 소자들(S1-1~SN-M)을 포함하고, 각 반도체 스위치 소자에는 드라이브 회로(222-1-1~222-N-M)가 하나씩 연결되어 각 반도체 스위치 소자의 온/오프를 제어한다.
또한, 각각의 스위칭 모듈(220-1~220-M)에는 서로 직렬로 연결되어 제어기(210)로부터 펄스 제어 신호(구동 펄스)를 동시에 공급받는 복수의 1차측 권선(221a-1-1 ~ 221a-N-M), 및 1차측 권선에 대응되어 펄스 제어 신호(구동 펄스)를 드라이브 회로(222-1-1 ~ 222-N-M)로 전달하는 2차측 권선(221b-1-1 ~ 221b-N-M)을 포함하는 콘트롤 변압기(221)를 포함한다. 여기서, 콘트롤 변압기(221)는 토로이달 코어(Toroidal Core)를 이용하여 구현될 수 있고, 콘트롤 변압기(221)의 2차측 권선(221b-1-1 ~ 221b-N-M)의 일단은 후술하는 제 3 노드에 연결된다.
한편, 각각의 드라이브 회로(222-1-1 ~ 222-N-M)는 2차측 권선(221b-1-1 ~ 221b-N-M)으로부터 펄스 제어 신호를 입력받으면, 반도체 스위치 소자(S1-1 ~ SN-M)의 턴 온/턴 오프를 제어한다.
도 4에 도시된 예에서, 제어기(210)가 펄스 제어 신호(Vprimary)를 발생시켜 출력하면, 펄스 제어 신호는 복수의 스위칭 모듈들(220-1~220-M)로 동시에 입력되고, 각 스위칭 모듈에 입력된 펄스 제어 신호는 서로 직렬로 연결된 모든 1차측 권선(221a-1-1 ~ 221a-N-M)으로 제공됨으로써, 모든 반도체 스위치 소자들(S1-1 ~ SN-M)을 제어하게 된다. 이 때, 제어기(210)는 펄스 제어 신호의 펄스 폭과 반복률을 조절함으로써, 전원 공급 장치(10)에서 부하(30)측으로 전달되는 고전압 전원 펄스의 폭과 반복률 등을 제어할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 모듈의 세부 구성을 도시하는 회로도이다. 도 4에서는 설명의 편의를 위하여, 하나의 드라이브 회로(222) 및 이에 연결된 콘트롤 변압기(TX1)와 반도체 스위치 소자(Q1)를 도시하였고, 도시가 생략된 나머지 드라이브 회로 및 반도체 스위치 소자와 콘트롤 변압기 등도 동일한 구성을 갖으며, 동일한 방식으로 동작됨을 주의해야 한다.
도 4를 참조하여 스위칭 모듈의 세부 구성을 설명하면, 제어기(210)는 각 스위칭 모듈(220-1~220-M)에 설치된 콘트롤 변압기(221)의 1차측 권선(221a)에 직렬로 연결된 스위칭 소자에 펄스(VMOSFET drive)를 인가하여 스위칭 소자를 턴 온/턴 오프 시킴으로써, 콘트롤 변압기(221)의 1차측 권선(221a)에, 도 4에 도시된 바와 같은 펄스 제어 신호(Vprimary)를 인가하고, 1차측 권선(221a)에 공급된 펄스 제어 신호는 2차측 권선(221b)을 통해서 드라이브 회로(222)로 입력된다.
드라이브 회로(222)의 구성을 살펴보면, 드라이브 회로(222)는, 드라이브 스위칭 소자(M1), 제 1 다이오드(D1), 제 2 다이오드(D2), 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2), 제 1 커패시터(C1), 제 2 커패시터(C2) 및 제너 다이오드(D4)를 포함하여 구성된다.
먼저, 드라이브 스위칭 소자(M1)는 드레인이 제 1 노드(N1)에 연결되고, 게이트가 제 2 노드(N2)에 연결되며, 소오스가 제 3 노드(N3)에 연결된다.
제 2 커패시터(C2)는 일단이 제어 대상인 반도체 스위치 소자(Q1)의 게이트에 연결되고, 타단이 제 3 노드(N3)에 연결되어 반도체 스위치 소자(Q1)의 구동을 제어한다.
제 1 커패시터(C1)는 제 2 노드(N2)와 제 3 노드(N3) 사이에 연결되어 드라이브 스위칭 소자(M1)의 구동을 제어한다.
제 2 저항(R2)은 일단이 제 1 노드(N1)에 연결되고, 타단이 상기 반도체 스위치 소자(Q1)의 게이트 및 제 2 커패시터(C2)에 연결되며, 제 1 저항(R1)은 제 2 노드(N2)와 제 3 노드(N3) 사이에 제 1 커패시터(C1)와 병렬로 연결된다. 제 1 저항(R1) 및 제 2 저항(R2)은 각각 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)에 충전된 전압을 방전시키는 용도로서 이용된다.
제 1 다이오드(D1)는 상기 2차측 권선의 타단(제 3 노드(N3)와 연결되지 않은 일단)과 제 1 노드(N1) 사이에, 제 1 노드(N1) 방향이 순방향이 되도록 설치되고, 제 2 다이오드(D2)는 2차측 권선의 타단(제 3 노드(N3)와 연결되지 않은 일단)과 제 2 노드(N2) 사이에, 제 2 노드(N2)를 향하는 방향이 역방향이 되도록 설치된다.
제너 다이오드(D4)는 제 1 노드(N1)와 제 3 노드(N3) 사이에 연결되어, 제 1 노드(N1)와 제 3 노드(N3) 사이에 과전압이 인가되는 것을 방지함으로써, 드라이브 스위칭 소자(M1) 및 제 2 커패시터(C2) 등을 과전압으로부터 보호한다.
도 5a 내지 도 5e 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 모듈의 동작을 설명하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따를 스위칭 모듈의 동작 타이밍도이다.
이하에서는, 도 5a 내지 도 6을 더 참조하여, 본 발명의 스위칭 회로의 동작을 살펴본다.
먼저, 제어기(210)는 도 6에 도시된 타이밍도의 M1 구간동안, 스위칭 모듈 내부에서 서로 직렬로 연결된 복수의 1차측 권선(221a)과 직렬로 연결된 제어기(210) 내부의 스위치로 온 펄스(VMOSFET drive)를 인가함으로써, 도 5a에 도시된 바와 같이, 1차측 권선(221a)에 펄스 제어 신호(구동 펄스)(Vprimary)를 공급한다.
그러면, 1차측 권선(221a)에 공급된 구동 펄스는 콘트롤 변압기(221)의 2차측 권선(221b)으로 전달되고, 2차측 권선(221b)에 유기된 전압에 의해서, 2차측 권선(221b), 제 1 저항(R1)과 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 다이오드(D2)를 따라서 폐루프가 형성되어, 제 1 커패시터(C1)가 충전된다.
그 후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 1차측 권선(221a)에 구동 펄스가 종료되는 시점부터 도 6에 도시된 타이밍도의 M2 구간동안, 1차측 권선(221a)에 유기되는 스파이크 전압에 의해서, 제 2 권선(221b), 제 1 다이오드(D1), 제 2 저항(R2) 및 제 2 커패시터(C2)를 따라서 폐루프가 형성되어, 제 2 커패시터(C2)가 충전되고, 제 2 커패시터(C2)의 충전 전압으로 반도체 스위치 소자(Q1)가 턴 온 된다.
이 때, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제 2 커패시터(C2)에 충전된 전압이 유지되는 동안(도 6의 M3 구간 동안) 반도체 스위치 소자(Q1)의 턴 온 상태가 유지되고, 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압은 제 1 저항(R1)을 통해서 방전된다.
그 후, 도 5d에 도시된 바와 같이, 제 1 커패시터(C1)가 지속적으로 방전되어 사전에 정의된 레벨까지 방전되면, 드라이브 스위칭 소자(M1)가 턴 온되고, 드라이브 스위칭 소자(M1)와 제 2 커패시터(C2) 및 상기 제 2 저항(R2)이 폐루프를 형성하여, 제 2 커패시터(C2)의 충전 전압이 제 2 저항(R2)을 통해서 방전되어, 반도체 스위치 소자(Q1)가 턴 오프된다(도 6의 M4 구간 참조).
제 2 커패시터(C2)가 방전되어 반도체 스위치 소자(Q1)가 턴 오프된 구간(도 6의 M5 구간)에서, 도 5e에 도시된 바와 같이, 드라이브 스위칭 소자(M1)는 턴 온 상태를 유지하며, 반도체 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 풀 다운시켜, 반도체 스위치 소자(Q1)가 임의로 턴온되는 것을 방지한다.
상기와 같은 동작을 수행할 수 있도록, 본 발명의 바람직한 실시예는 반도체 스위치 소자(Q1)로 IGBT 또는 MOSFET을 이용하였고, 드라이브 스위칭 소자(M1)로 n 채널 JFET을 이용하였으나, 상기와 같은 기능을 수행할 수 있는 구성이라면, 이러한 소자에 한정되는 것은 아니다.
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.
10 : 전원 공급 장치 30 : 부하
200: 스위칭 회로 210: 제어기
220-1~220-M : 스위칭 모듈 221: 콘트롤 변압기
221a-1-1 ~ 221a-N-M: 1차측 권선
221b-1-1 ~ 221b-N-M: 2차측 권선
222-1-1 ~ 222-N-M : 드라이브 회로
S1-1 ~ SN-M: 반도체 스위치 소자

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 전원 공급 장치와 부하 사이에서 전원 공급을 제어하도록, 상호 병렬로 연결된 복수의 스위칭 모듈; 및
    상기 스위칭 모듈의 스위칭을 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 복수의 스위칭 모듈 각각은
    서로 직렬로 연결된 복수의 반도체 스위치 소자, 및
    상기 제어기의 제어에 따라서 상기 복수의 반도체 스위치 소자를 각각 제어하는 복수의 드라이브 회로를 포함하고,
    상기 드라이브 회로는
    상기 제어기로부터 콘트롤 변압기의 1차측 권선을 통해서 펄스 제어 신호(구동 펄스)를 전달받아 내부의 제 1 커패시터(C1)를 충전시키고,
    상기 1차측 권선에 구동 펄스가 종료되는 시점에 상기 1차측 권선에 유기되는 스파이크 전압에 의해서, 상기 드라이브 회로에 연결된 반도체 스위치 소자에 연결된 제 2 커패시터(C2)를 충전시켜 상기 제 2 커패시터(C2)의 충전 전압으로 상기 반도체 스위치 소자를 턴 온 시키면서, 상기 제 1 커패시터(C1)의 방전을 개시하며,
    상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압이 사전에 정의된 레벨까지 방전되면 상기 제 2 커패시터(C2)를 방전시켜 상기 반도체 스위치 소자를 턴 오프시키는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 드라이브 회로는 상기 제 2 커패시터(C2)의 양단에 연결된 드라이브 스위칭 소자가 더 포함하고,
    상기 드라이브 스위칭 소자는, 상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압이 사전에 정의된 레벨까지 방전되면 턴 온되어 상기 제 2 커패시터(C2)를 방전시킴으로써 상기 반도체 스위치 소자를 턴 오프시키고, 상기 반도체 스위치 소자의 턴 오프 상태를 유지하며, 상기 제 1 커패시터(C1)가 사전에 정의된 레벨 이상으로 충전되면 오프되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  4. 제 2 항에 있어서,
    동일한 스위칭 모듈에 포함된 복수의 1차측 권선은 서로 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  5. 전원 공급 장치와 부하 사이에서 전원 공급을 제어하도록, 상호 병렬로 연결된 복수의 스위칭 모듈; 및
    상기 스위칭 모듈의 스위칭을 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 복수의 스위칭 모듈 각각은
    서로 직렬로 연결된 복수의 반도체 스위치 소자, 및
    상기 제어기의 제어에 따라서 상기 복수의 반도체 스위치 소자를 각각 제어하는 복수의 드라이브 회로를 포함하고,
    상기 드라이브 회로는
    드레인이 제 1 노드에 연결되고, 게이트가 제 2 노드에 연결되며, 소오스가 제 3 노드에 연결되는 드라이브 스위칭 소자;
    일단이 상기 반도체 스위치 소자의 게이트에 연결되고, 타단이 상기 제 3 노드에 연결되어 상기 반도체 스위치 소자의 구동을 제어하는 제 2 커패시터(C2);
    일단이 상기 제 1 노드에 연결되고, 타단이 상기 반도체 스위치 소자의 게이트에 연결되는 제 2 저항(R2);
    상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결되어 상기 드라이브 스위칭 소자의 구동을 제어하는 제 1 커패시터(C1);
    상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 상기 제 1 커패시터(C1)와 병렬로 연결된 제 1 저항(R1);
    상기 제어기로부터 펄스 제어 신호를 입력받는 1차측 권선 및 상기 1차측 권선에 대응되고, 일단이 상기 제 3 노드에 연결되는 2차측 권선을 포함하는 콘트롤 변압기;
    상기 2차측 권선의 타단과 상기 제 1 노드 사이에, 상기 제 1 노드 방향이 순방향이 되도록 설치된 제 1 다이오드(D1); 및
    상기 2차측 권선의 타단과 상기 제 2 노드 사이에, 상기 제 2 노드 방향이 역방향이 되도록 설치된 제 2 다이오드(D2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결된 제너 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기로부터 1차측 권선에 펄스 제어 신호(구동 펄스)가 인가되면, 상기 1차측 권선에 대응되는 2차측 권선에 구동 펄스가 전달되고, 상기 2차측 권선, 상기 제 1 저항과 상기 제 1 커패시터(C1) 및 상기 제 2 다이오드(D2)를 따라서 폐루프가 형성되어, 상기 제 1 커패시터(C1)가 충전되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 1차측 권선에 구동 펄스가 종료되는 시점에 상기 1차측 권선에 유기되는 스파이크 전압에 의해서, 상기 2차측 권선, 상기 제 1 다이오드, 상기 제 2 저항 및 상기 제 2 커패시터(C2)를 따라서 폐루프가 형성되어 제 2 커패시터(C2)가 충전되고, 상기 제 2 커패시터(C2)의 충전 전압으로 상기 반도체 스위치 소자가 턴 온되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 커패시터(C2)에 충전된 전압이 유지되는 동안 상기 반도체 스위치 소자의 턴 온 상태가 유지되고,
    상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압은 제 1 저항(R1)을 통해서 방전되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 전압이 사전에 정의된 레벨까지 방전되면, 상기 드라이브 스위칭 소자가 턴 온되고, 상기 드라이브 스위칭 소자와 상기 제 2 커패시터(C2) 및 상기 제 2 저항(R2)이 폐루프를 형성하여, 상기 제 2 커패시터(C2)의 충전 전압이 상기 제 2 저항(R2)을 통해서 방전되어, 상기 반도체 스위치 소자가 턴 오프되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  11. 제 5 항에 있어서,
    동일한 스위칭 모듈에 포함된 복수의 1차측 권선은 서로 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
  12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콘트롤 변압기는 토로이달 코어를 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102077958B1 (ko) * 2019-04-16 2020-04-07 중앙대학교 산학협력단 반도체 스위치를 이용한 양극성 펄스 전원 장치
KR102616237B1 (ko) * 2019-05-02 2023-12-19 한국전기연구원 펄스 전원 장치
DE102019111996B3 (de) * 2019-05-08 2020-07-09 Webasto SE Vorrichtung zur Ansteuerung von Halbleiter-Leistungsschaltern im Hochvoltbereich
KR102448125B1 (ko) * 2021-04-02 2022-09-27 중앙대학교 산학협력단 고전압 펄스 전원 장치 및 이의 동작 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101252014B1 (ko) * 2011-11-22 2013-04-08 주식회사 브이씨텍 대전류용 병렬 스위치 배열을 갖는 인버터

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101172740B1 (ko) * 2009-07-03 2012-08-14 한국전기연구원 펄스전원장치의 반도체 스위치 구동회로

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101252014B1 (ko) * 2011-11-22 2013-04-08 주식회사 브이씨텍 대전류용 병렬 스위치 배열을 갖는 인버터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102570924B1 (ko) 2022-08-29 2023-08-28 한국전기연구원 스위치, 펄스 발생 장치 및 펄스 제어 장치의 제어 방법

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