KR100315444B1 - A transformer combined with capacitor and inductor and high voltage generator using the generator - Google Patents
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Abstract
이 발명은 교류 전압이 인가되는 1차측과; 코일과, 상기 코일과 직렬 연결된 필름 권선을 포함하여 이루어져 상기 1차측의 교류 전압을 직류 전압으로 유기시키는 2차측으로 이루어지며, 상기 2차측은 자심과, 제1 및 제2 도전체 사이에 유전체가 접합되도록 한 후 상기 자심에 감기는 상기 필름 권선으로 이루어지며, 상기 제1 도전체에 제1 전극이 연결되고 상기 제2 도전체에 제2 전극이 연결되는 것을 특징으로 하는 커패시터와 인덕터의 기능이 결합된 변압기와, 이 변압기를 이용하고, 정류부와 스위칭부와 펄스폭 변조 제어부와, 출력부와, 상기 정류부에 의해 정류된 전압에 대한 전류를 감지하여 전류의 변동을 보상하게 하는과전류 보호부와, 상기과전류 보호부와 병렬 연결된 제1 및 제2 커패시터와, 제1 및 제2 저항을 포함하며, 상기 정류된 전압을 감지하여 전압의 변동을 보상하게 하는과전압 보호부를 포함하는 커패시터와 인덕터의 기능이 결합된 변압기를 이용한 고전압 전원 장치에 관한 것으로, 커패시터 성분을 가지도록 하고, 또한 필름 권선과 더불어 일반 코일을 직렬 연결하여 고전압에 의한 필름 권선에 열화가 발생하는 것을 방지하며, 이러한 변압기를 이용하여 고전압 전원 장치를 구성하고자 할 때 회로에 인가되는 전압 및 전류를 보상하여 과전압 또는 과전류에 의한 장치의 손상을 방지하는 효과가 있다.The present invention includes a primary side to which an AC voltage is applied; It comprises a coil and a film winding connected in series with the coil is composed of a secondary side for inducing the AC voltage of the primary side to a DC voltage, the secondary side is a magnetic core, the dielectric between the first and second conductors Capacitor and inductor are made of the film winding wound on the magnetic core after being bonded, the first electrode is connected to the first conductor and the second electrode is connected to the second conductor. A combined transformer, a rectifier, a switching part, a pulse width modulation control part, an output part, an overcurrent protection part which senses a current for the voltage rectified by the rectifier part and compensates for the variation of the current; And first and second capacitors connected in parallel with the overcurrent protection unit, and first and second resistors to sense the rectified voltage to compensate for the variation of the voltage. The present invention relates to a high voltage power supply using a transformer in which a capacitor including an overvoltage protection unit and a function of an inductor are combined, and to have a capacitor component and to deteriorate the film winding due to a high voltage by connecting a common coil together with a film winding. When the high voltage power supply device is configured using such a transformer, the voltage and current applied to the circuit are compensated to prevent damage to the device due to overvoltage or overcurrent.
Description
본 발명은 고전압 전원장치를 구성하는 배압 회로에 관한 것으로, 트랜스포머 자체에 커패시터 성분을 포함하고, 권선에 발생하는 열화를 방지한 열화를 방지한 커패시터와 인덕터의 기능이 결합된 기능을 가지는트랜스포머(transformer) 및 이를 이용한 고전압 전원 장치에 관한 것이다.The invention the transformer (transformer with that, with the capacitor element to the transformer itself, and the function of the capacitor and the inductor prevents the deterioration preventing deterioration caused in the coil binding function of the back pressure circuit constituting the high voltage power supply And a high voltage power supply using the same .
일반적으로 전자렌지 마그네트론(magnetron) 구동용 고전압 발생장치는 상용전원(AC220/110V)을 입력으로 하여 트랜스포머에 의해 승압된 전압을 반파 배압시켜 출력을 얻게 된다.In general, a high-voltage generator for driving a magnetron of a microwave uses a commercial power source (AC220 / 110V) as an input to obtain an output by half-wave backing a voltage boosted by a transformer.
여기서, 사용되는 배압 회로는 트랜스포머와 더불어 트랜스포머의 2차 코일측에 형성된 커패시터, 다이오드 등 수동 소자들로 구성되어 있는데, 이러한 수동 소자들은 고압용 소자이기 때문에 가격이 고가이면서 부피가 크고 무거우며 특히, 전해 커패시터의 경우 수명이 제한되는 단점이 있다.Here, the back pressure circuit used is composed of a passive element such as a capacitor, a diode, and the like formed on the secondary coil side of the transformer together with the transformer. These passive elements are expensive and bulky and heavy because they are high voltage elements. Electrolytic capacitors have a disadvantage in that their lifetime is limited.
또한, 종래의 전자렌지용 리니어(linear) 트랜스포머를 이용한 고전압 발생장치 및 인버터 방식의 고전압 발생 장치는 입력 전압의 변동에 따른 출력 전압의 라인 레귤레이션(line regulation) 기능이 없기 때문에 소모 전력이 큰 단점이 있다.In addition, the high voltage generator and the inverter type high voltage generator using a linear transformer for a microwave oven do not have a line regulation function of the output voltage according to the variation of the input voltage. have.
이러한 단점은 결국 라인 전압이 높은 경우 정격출력보다 높은 출력을 내게 되므로 에너지 낭비의 주요 원인이 되며 내구성에 악영향을 끼치게 되어 시스템의 안정성에 문제를 유발시키게 한다.This drawback is the main cause of energy wastage because the line voltage is higher than the rated output in the case of high line voltage, adversely affect the durability, causing problems in the stability of the system.
따라서, 이 발명은 고전압 전압 장치의 배압 회로를 이루는 트랜스포머의 2차 코일측에 형성되는 전해 커패시터를 사용하지 않고 2차측의 전압을 직류 전압으로 변환시키고, 2차 코일의 권선의 열화를 방지하는 열화를 방지하며, 과전압에 의한 회로의 손상을 방지하는 커패시터와 인덕터의 기능이 결합된 트랜스포머 및 이를 이용한 고전압 전원 회로를 제공한다.Therefore, this invention converts the voltage of a secondary side into a direct current voltage without using the electrolytic capacitor formed in the secondary coil side of the transformer which comprises the back voltage circuit of a high voltage voltage device, and deterioration which prevents deterioration of the winding of a secondary coil. The present invention provides a transformer coupled with the functions of a capacitor and an inductor, and a high voltage power supply circuit using the same.
도1은 이 발명의 실시예에 따른 트랜스포머의 2차 권선의 구성도이다.1 is a block diagram of a secondary winding of a transformer according to an embodiment of the present invention.
도2a와 도2b는 이 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머의 2차측에 권선이 감긴 상태를 나타낸 도면이다.2A and 2B are diagrams showing a state in which a winding is wound around a secondary side of a transformer according to the first embodiment of the present invention.
도3은 도2를 등가적으로 나타낸 등가 회로도이다.FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of FIG. 2 equivalently.
도4는 이 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머의 2차측에 권선이 감긴 상태를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a state in which the winding is wound on the secondary side of the transformer according to the second embodiment of the present invention.
도5는 이 발명의 실시예에 따른 트랜스포머를 이용한 고전압 전원 장치의 회로도이다.5 is a circuit diagram of a high voltage power supply using a transformer according to an embodiment of the present invention.
도6은 이 발명의 트랜스포머를 이용한 실시예에 따른 고전압 전원 장치의 회로도이다.6 is a circuit diagram of a high voltage power supply device according to an embodiment using the transformer of the present invention.
상기의 목적을 달성하기 위한 열화를 방지한 커패시터와 인덕터의 기능이 결합된 트랜스포머는,In order to achieve the above object, a transformer in which a capacitor and an inductor are prevented from deterioration are combined.
자심과, 상기 자심위에 감겨져 있으며, 제1 도전체 및 제2 도전체와 상기 제1 및 제2 도전체 사이에 있는 유전체를 가지는 필름 권선과,A film winding wound around the magnetic core and having a dielectric between the first and second conductors and the first and second conductors;
상기 자심위에 형성되어 있으며, 상기 필름 권선과 직렬로 연결되어 있는 코일을 포함하며,상기 코일의 시작점에 제1 전극이 접속되고, 상기 코일의 끝점과 상기 제1 도전체의 시작점이 연결되며, 상기 제2 도전체의 끝점에 제2 전극이 연결되는 것을 특징으로 한다. A coil formed on the magnetic core and connected in series with the film winding, wherein a first electrode is connected to a start point of the coil, an end point of the coil is connected to a start point of the first conductor, and A second electrode is connected to the end point of the second conductor.
여기서, 필름 권선은 상기 제1 도전체와, 상기 제1 도전체에 적층되는 제1 유전체와, 상기 제1 유전체에 적층되는 제2 도전체와, 상기 제2 도전체에 적층되는 제2 유전체로 이루어지는 것이 바람직하다.The film winding may include a first dielectric, a first dielectric stacked on the first conductor, a second conductor stacked on the first dielectric, and a second dielectric stacked on the second conductor. It is preferable to make.
또한, 제1 및 제2 도전체는 알루미늄인 것이 바람직하다.In addition, the first and second conductors are preferably aluminum.
그리고, 상기의 목적을 달성하기 위한 열화를 방지한 커패시터와 인덕터의 기능이 결합된 트랜스포머를 이용한 고전압 전원 회로는,교번 동작하는 2개의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 정류부에 의해 정류된 전압을 인가받아 제1 신호에 따라 스위칭 동작함으로써 상기 정류된 전압의 크기를 조절하는 스위칭부와; 교류 신호에 따라 상기 스위칭부의 2개의 스위칭 소자를 번갈아 턴 온시키는 제1 신호인 스위칭 신호를 출력하는 펄스폭 변조 제어부와; 상기 정류부에 의해 정류된 전압에 대한 전류를 검출하여 상기 펄스폭 변조부로 인가하여 상기 펄스폭 변조부가 전류의 변동을 보상하게 하는 과전류 보호부와; 상기 과전류 보호부와 병렬 연결된 제1 및 제2 커패시터와, 제1 및 제2 저항을 포함하며, 상기 정류된 전압을 검출하여 상기 펄스폭 변조부가 전압의 변동을 보상하게 하는 과전압 보호부와; 2차 코일이 제1 및 제2 도체 사이에 유전체가 접합된 필름 권선을 포함하며, 상기 정류된 전압을 직류 전압으로 유기시키는 변압부와; 상기 변압부에 의해 유기된 전압에 따라 고주파 신호를 발진하는 출력부를 포함한다.In addition, a high voltage power supply circuit using a transformer in which a capacitor and an inductor function are combined to prevent deterioration in order to achieve the above object , includes two switching elements that alternately operate , and receives a rectified voltage by the rectifier. A switching unit for adjusting a magnitude of the rectified voltage by switching according to a first signal; A pulse width modulation control unit outputting a switching signal which is a first signal which alternately turns on two switching elements of the switching unit according to an AC signal; An overcurrent protection unit for detecting a current with respect to the voltage rectified by the rectifier and applying the current to the pulse width modulator so that the pulse width modulator compensates for a change in current; An overvoltage protection unit including first and second capacitors connected in parallel with the overcurrent protection unit, first and second resistors, and detecting the rectified voltage to compensate the voltage variation; A transformer unit including a film winding in which a secondary coil has a dielectric bonded between the first and second conductors, and configured to induce the rectified voltage to a DC voltage; And an output unit configured to oscillate a high frequency signal according to the voltage induced by the transformer .
이하, 도면을 참조로 하여 이 발명의 열화를 방지한 커패시터와 인덕터의 기능이 결합된 트랜스포머를 설명한다.Hereinafter, a transformer in which functions of a capacitor and an inductor which prevent deterioration of the present invention will be described with reference to the drawings.
도l은 이 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머의 2차 권선의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a secondary winding of a transformer according to the first embodiment of the present invention.
도1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 트랜스포머의 2차 권선은 필름 권선(10)이다. 이때, 트랜스포머의 1차 권선은 일반적인 코일을 사용한다.As shown in Fig. 1, the secondary winding of the transformer according to the embodiment of the present invention is a film winding 10. At this time, the primary winding of the transformer uses a common coil.
이러한 필름 권선(10)의 1 턴(turn)은 평면의 알루미늄 도체(A1)와, 알루미늄 도체(A1)에 적층된 유전체(B1)와, 유전체(B1)에 적층된 알루미늄 도체(A2)와, 알루미늄 도체(A2)에 적층된 유전체(B2)로 이루어진다. 여기서, 유전체(B1, B2)는 폴리프로필렌 필름이다.One turn of the film winding 10 includes a planar aluminum conductor A1, a dielectric B1 laminated on the aluminum conductor A1, an aluminum conductor A2 laminated on the dielectric B1, It consists of a dielectric material B2 laminated | stacked on the aluminum conductor A2. Here, the dielectrics B1 and B2 are polypropylene films.
결국, 필름 권선(10)은 도전체(A1, A2) 사이에 유전체(B1)가 위치한 형태를 가지고, 도전체(A1)와 보빈(2) 사이에 유전체(B2)가 위치한 형태를 가진다.As a result, the film winding 10 has a form in which the dielectric B1 is positioned between the conductors A1 and A2, and a dielectric B2 is positioned between the conductor A1 and the bobbin 2.
여기서, 도전체(A1)의 시작점 즉 자심에 감기기 시작하는 지점에는 양극이 접속되고, 도전체(A2)의 끝점 즉 자심에 감기는 마지막 지점에는 음극이 접속된다.Here, the anode is connected to the start point of the conductor A1, that is, the point where the magnetic core starts to be wound, and the cathode is connected to the end point of the conductor A2, that is, the last point to the magnetic core.
이렇게 구성된 필름 권선(10)을 도2a와 도2b에 도시한 바와 같이 감으면, 이 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머의 2차 권선이 이루어진다.When the film winding 10 thus constructed is wound as shown in Figs. 2A and 2B, the secondary winding of the transformer according to the first embodiment of the present invention is made.
도2a 및 도2b는 이 발명의 제1 실시예에 따른 커패시터와 인덕터의 기능이 결합된 트랜스포머의 2차측에 권선이 감긴 상태를 나타낸 도면이다. 도2a는 페라이트 코어(ferrate core) 즉, 보빈(bobbin)(2)에 필름 권선(10)이 감긴 상태를 나타내고, 도2b는 보빈(2)에 감긴 필름 권선(10)을 절단하여 위에서 내려다본 도면이다.2A and 2B are diagrams showing a state in which a winding is wound around a secondary side of a transformer in which the functions of a capacitor and an inductor are combined according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A shows a state in which a film winding 10 is wound around a ferrite core, that is, bobbin 2, and FIG. 2B shows a cut of the film winding 10 wound around the bobbin 2 and viewed from above. Drawing.
도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이 필름 권선(10)은 보빈(2)에 균일하게 감긴다.As shown in Figs. 2A and 2B, the film winding 10 is wound around the bobbin 2 uniformly.
이와 같이 보빈(2)에 필름 권선(10)이 균일하게 감겨지면, 1차측에 전압이 인가되었을 때 2차측은 인덕터의 기능으로서 2차측의 권선수에 비례하여 1차측의 전압을 유기한다.When the film winding 10 is uniformly wound on the bobbin 2 in this manner, when a voltage is applied to the primary side, the secondary side induces a voltage on the primary side in proportion to the number of turns on the secondary side as a function of the inductor.
여기서, 2차측에는 2차측의 알루미늄 도체(A1, A2)는 직접 연결되어 있지 않으므로 커패시터를 형성한다. 즉, 알루미늄 도체(A1)에는 양극 전압이 형성되고 알루미늄(A2) 도체에는 음극 전압이 형성되며, 두 도체(A1, A2) 사이에 유전체(B1)가 위치하고 있으므로, 유전체(B1)에 전하가 축적되는 커패시터의 성분을 가지게된다.Here, the secondary aluminum conductors A1 and A2 are not directly connected to the secondary side, thereby forming a capacitor. That is, since the anode voltage is formed on the aluminum conductor A1 and the cathode voltage is formed on the aluminum A2 conductor, and the dielectric B1 is positioned between the two conductors A1 and A2, charge is accumulated in the dielectric B1. Will have the components of the capacitor.
이때, 2차측에 형성되는 커패시터 성분은 다음과 같다.At this time, the capacitor component formed on the secondary side is as follows.
1) 페라이트 코어(2)와 도체(A1 또는 A2)간에 존재하는 커패시터 성분(CC),1) a capacitor component (CC) present between the ferrite core 2 and the conductor A1 or A2,
2) 도체(A1)과 도체(A2) 사이에 존재하는 커패시터 성분(CW),2) the capacitor component CW present between the conductor A1 and the conductor A2,
3) 턴(turn) 사이에 존재하는 커패시터 성분(CT).3) Capacitor component CT present between turns.
이상과 같은 커패시터 성분(CC, CW, CT)의 용량은 다음의 수학식1, 2, 3에 의해 구해질 수 있다.Capacities of the capacitor components CC, CW, and CT as described above may be obtained by the following equations (1), (2) and (3).
MLT는 코아에 감기는 1턴 당의 필름 권선(A1 또는 A2)의 평균길이이고, L은 필름 권선의 시작과 끝간의 거리이며, e는 유전 상수이고, d는 유전체(B1 또는 B2)의 두께 혹은 권선의 절연피막의 두께이다.MLT is the average length of the film winding (A1 or A2) per turn wound around the core, L is the distance between the beginning and the end of the film winding, e is the dielectric constant, d is the thickness of the dielectric (B1 or B2) or The thickness of the insulation coating of the winding.
여기서,은 2차측 권선의 총수를 의미한다.here, Is the total number of secondary windings.
여기서, 커패시터 성분(CC)과 커패시터 성분(CW)은 필름 권선(10) 즉 인덕터에 흐르는 전류에 대해 병렬적인 요소로 작용하고, 커패시터 성분(CT)은 직렬적인 요소로 작용한다.Here, the capacitor component CC and the capacitor component CW act as parallel elements to the current flowing in the film winding 10, that is, the inductor, and the capacitor component CT acts as a series element.
따라서, 이 발명의 트랜스포머를 등가적으로 나타내면 도3과 같다. 도3은 도2를 등가적으로 나타낸 등가 회로도이다.Therefore, equivalently, the transformer of this invention is shown in FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of FIG. 2 equivalently.
도3에서 보면, 트랜스포머는 1차측 코일(L10)과, 2차 코일(L20)과, 2차 코일(L20)의 직렬 연결된 커패시터(CC + CW)와, 2차 코일(L20)에 병렬 연결된 커패시터(CT)로 이루어진다.Referring to FIG. 3, the transformer includes a primary coil L10, a secondary coil L20, a capacitor CC + CW connected in series with the secondary coil L20, and a capacitor connected in parallel with the secondary coil L20. (CT).
이하, 도3에 도시된 트랜스포머의 동작을 설명한다.The operation of the transformer shown in FIG. 3 will now be described.
우선, 트랜스포머의 1차 코일(L10)에는 교류 전압이 인가된다. 그러면, 2차 코일(L20)에는 1차 코일(L10)의 권선수에 비례하는 기전력이 유기된다.First, an alternating voltage is applied to the primary coil L10 of the transformer. Then, an electromotive force proportional to the number of turns of the primary coil L10 is induced in the secondary coil L20.
여기서, 교류 전원의 반주기 동안에는 2차 코일(L20)에 양의 전압이 유기되고 다이오드(D1)를 통한①의 경로로 전류가 흘러 커패시터(CC+CW)에 충전되고, 음의 전압인 동안에는 2차 코일(L20)에 음의 전압이 유기되고②의 경로로 전류가 흘러 2차측에 유기된 전압과 커패시터(CC+CW)에 충전된 전압이 더해지는 상태에서 부하에 인가된다.Here, the positive voltage is induced in the secondary coil L20 during the half cycle of the AC power, the current flows in the path of ① through the diode D1, and is charged in the capacitor CC + CW. The negative voltage is induced in the coil L20 and current flows in the path of ② to be applied to the load in the state in which the voltage induced on the secondary side and the voltage charged in the capacitor CC + CW are added.
이때의 출력 전압을 Vout라고 할 때, 출력 전압(Vout)을 다음의 수학식4로 구할 수 있다.When the output voltage at this time is called Vout, the output voltage Vout can be obtained by the following equation (4).
여기서, a는 한 주기중 첫 번째 반주기의 시간이고 b는 두 번째 반주기의 시간이며, Vin은 회로에 인가되는 상용전원이고, N2/N1은 권선비이고, K는 전압 계수이다.Where a is the time of the first half cycle of one period, b is the time of the second half cycle, Vin is the commercial power applied to the circuit, N2 / N1 is the turns ratio, and K is the voltage coefficient.
수학식4에서 커패시터(CC+CT)에 충전되는 전압이 부하를 거치지 않고 고압 다이오드를 통하여 전전압 충전되었다고 보면 출력 전압은 수학식5와 같다.In Equation 4, when the voltage charged in the capacitor CC + CT is charged through the high voltage diode without going through a load, the output voltage is shown in Equation 5.
그러므로, therefore,
따라서, 상용전압(Vin)이 AC220V이고, 권선비(N2/N1)이 10:1이라고 하면 부하에 공급되는 직류 전압인 출력 전압은 다음과 같다.Therefore, when the commercial voltage Vin is AC220V and the turns ratio N2 / N1 is 10: 1, the output voltage, which is a DC voltage supplied to the load, is as follows.
Vdc=×(10/1)×220 + 0.45×(10/1)×220 = 4100V이다.Vdc = X (10/1) x 220 + 0.45 x (10/1) x 220 = 4100 V.
결국, 이 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머는 고압의 전압이 발생된다.As a result, the transformer according to the first embodiment of the present invention generates a high voltage.
그러나, 도3과 같이 구성된 트랜스포머는 2차 코일(L20)측에 고압의 전압이 유기됨에 따라 열화가 발생한다. 즉, 필름 권선(10)을 보빈(2)에 감는 턴 수가 많기 때문에 필름 권선(10)간의 상호 간섭에 의해 열화가 발생한다.However, in the transformer configured as shown in FIG. 3, deterioration occurs as the high voltage is induced on the secondary coil L20 side. That is, since the number of turns of winding the film winding 10 on the bobbin 2 is large, deterioration occurs due to mutual interference between the film windings 10.
이와 같은 열화는 도4와 같이 구성된 이 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머로 방지할 수 있다.Such deterioration can be prevented by the transformer according to the second embodiment of the present invention configured as shown in FIG.
도4는 이 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머의 2차측에 권선이 감긴 상태를 나타낸 도면이다. 도4에 도시되어 있듯이, 제2 실시예에 따른 트랜스포머의 2차측 코일(L20)은 권선수의 1/2을 에나멜 동선(20)으로 하고, 나머지 1/2을 필름 권선(10)으로 한다.4 is a view showing a state in which the winding is wound on the secondary side of the transformer according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the secondary coil L20 of the transformer according to the second embodiment uses half of the number of turns as the enameled copper wire 20 and the other half as the film winding 10.
이때, 2차 코일(L20)은 에나멜 동선(20)의 시작점에 양극을 접속하고, 에나멜 동선(20)의 끝점과 필름 권선(10)의 알루미늄 도체(A1)의 시작점이 연결되어 있으며, 알루미늄 도체(A2)의 끝점에 음극이 접속되어 있다.At this time, the secondary coil (L20) is connected to the start point of the enameled copper wire 20, the end point of the enameled copper wire 20 and the start point of the aluminum conductor (A1) of the film winding 10 is connected, the aluminum conductor The cathode is connected to the end point of (A2).
즉, 에나멜 동선(20)과 필름 권선(10)은 직렬 연결되어 있다.That is, the enamelled copper wire 20 and the film winding 10 are connected in series.
도5는 도4에 도시한 트랜스포커의 등가회로를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of the transformer shown in FIG.
도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머는 필름 권선에 의해 형성되는 인덕터(L21)와, 에나멜 동선에 의해 형성되는 인덕터(L21')가 직렬로 연결되어 있으며, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 필름 권선에 의해 형성되는 커패시터가 직, 병렬로 연결되어 있다.As shown in Fig. 5, in the transformer according to the second embodiment of the present invention, the inductor L21 formed by the film winding and the inductor L21 'formed by the enamelled copper wire are connected in series. As described in the first embodiment, the capacitors formed by the film windings are connected in series and in parallel.
이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머에 따르면, 커패시터 값은 필름 권선에 의해 결정되지만, 인덕턴스 값은 필름 권선과 에나멜 동선에 의해 결정되기 때문에 트랜스포머가 열화되는 것을 방지하면서 높은 인덕턴스 값을 얻을 수 있다.According to the transformer according to the second embodiment of the present invention, the capacitor value is determined by the film winding, but since the inductance value is determined by the film winding and the enamelled copper wire, a high inductance value can be obtained while preventing the transformer from deteriorating. Can be.
결국, 이 발명의 트랜스포머는 2차측 출력부분에 커패시터를 직렬로 장치하여야 하는 회로에서 커패시터를 장치할 필요가 없으며, 또한 출력전류를 주파수와 콘덴서 값에 따라서 자동적으로 출력 전류치를 설정해 줄 수 있다.As a result, the transformer of the present invention does not need to install a capacitor in a circuit in which a capacitor is installed in series at the secondary output portion, and the output current can be automatically set according to the frequency and the capacitor value.
도6은 이 발명의 트랜스포머를 이용한 실시예에 따른 고전압 전원 장치의 회로도이다.6 is a circuit diagram of a high voltage power supply device according to an embodiment using the transformer of the present invention.
도6 도시된 고전압 전원 장치는, 정류부(100)와, 과전류 보호부(200)와, 과전압 보호부(300)와, 스위칭부(400)와, 펄스폭 변조부(500)와, 변압부(600)와 마그네트론(700)을 포함한다.6 shows a rectifier 100, an overcurrent protection unit 200, an overvoltage protection unit 300, a switching unit 400, a pulse width modulating unit 500, and a transformer unit. 600 and magnetron 700.
여기서, 정류부(100)는 입력되는 상용 교류 전압(Vin)을 직류 전압으로 정류한다.Here, the rectifier 100 rectifies the input commercial AC voltage Vin into a DC voltage.
과전류 보호부(200)는 상기 정류부(100)의 출력단에 연결된 전류 감지 저항(Rsen)과, 전류 감지 저항(Rsen)에 의해 감지된 전류를 전달하는 포토 커플러(PC1)로 이루어진다.The overcurrent protection unit 200 includes a current sensing resistor Rsen connected to the output terminal of the rectifier 100 and a photo coupler PC1 transferring a current sensed by the current sensing resistor Rsen.
과전압보호부(300)는 전류 감지 저항(Rsen)의 일단에 일단이 연결된 커패시터(C1)와, 커패시터(C1)의 타단에 일단이 연결되고 타단이 접지된 커패시터(C2)와, 전류 감지 저항(Rsen)과 커패시터(C1)의 접점에 일단이 연결된 저항(R1)과, 저항(R1)의 타단에 일단이 연결되고 타단이 접지된 저항(R2)과, 저항(R1, R2)의 접점의 전압을 전달하는 포토 커플러(PC2)로 이루어진다.The overvoltage protection unit 300 includes a capacitor C1 having one end connected to one end of the current sensing resistor Rsen, a capacitor C2 having one end connected to the other end of the capacitor C1 and grounded at the other end, and a current sensing resistor ( Resistor R1 having one end connected to the contact of Rsen and the capacitor C1, a resistor R2 having one end connected to the other end of the resistor R1 and grounded at the other end, and a voltage of the contact point of the resistors R1 and R2. It consists of a photo coupler (PC2) for transmitting.
스위칭부(400)는 저항(R1)의 일단에 컬렉터가 연결된 NPN 타입의 IGBT(Insulated gate bipolar transistor)(Q1)와, IGBT(Q1)의 이미터에 컬렉터가 연결되고 이미터가 접지된 NPN 타입의 IGBT(Q2)로 이루어진다.The switching unit 400 is an NPN type Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Q1 having a collector connected to one end of the resistor R1, and an NPN type having a collector connected to an emitter of the IGBT Q1 and the emitter grounded. Is made of IGBT (Q2).
펄스폭 변조부(500)는 상기 포토 커플러(PC1, PC2)로부터 입력되는 전류 및 전압을 설정된 기준 전압과 비교하여 튜티비가 조절된 신호를 IGBT(Q1,Q2)의 베이스로 인가한다.The pulse width modulator 500 compares a current and a voltage input from the photo couplers PC1 and PC2 with a set reference voltage and applies a signal having a controlled duty ratio to a base of the IGBTs Q1 and Q2.
변압부(600)는 커패시터(C1, C2)의 접점에 일단이 연결되고, IGBT(Q2)의 컬렉터에 타단이 연결된 1차 코일(L10)과, 도4와 같이 필름 권선(10)과 에나멜 동선(20)이 감긴 코일(L21)과 이 코일(L21)에 직렬로 연결된 히터 코일(L22)을 2차 코일(L20)로 한다.The transformer 600 has one end connected to the contacts of the capacitors C1 and C2, and the other end connected to the collector of the IGBT Q2, and the film winding 10 and the enamelled copper wire as shown in FIG. The coil L21 wound around 20 and the heater coil L22 connected in series with this coil L21 are used as the secondary coil L20.
마그네트론(700)은 상기 히터 코일(L22)의 양단에 연결되어, 히터 코일(L22)로부터 인가되는 전압에 따라 구동을 시작한다.The magnetron 700 is connected to both ends of the heater coil L22 to start driving according to the voltage applied from the heater coil L22.
이하, 도6을 참조로 이 발명의 실시예에 따른 트랜스포머를 이용한 고전압 전원 장치의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the high voltage power supply apparatus using the transformer according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도6은 이 발명의 실시예에 따른 트랜스포머를 이용한 고전압 전원 장치의 회로도이며, 전자렌지 마그네트론 구동용 고전압 전원 장치이다.6 is a circuit diagram of a high voltage power supply using a transformer according to an embodiment of the present invention, and is a high voltage power supply for driving a microwave magnetron.
상용전원인 AC 220V가 회로에 인가되면, 정류부(100)는 교류 상용 전원을 직류 전원으로 정류시켜 출력한다. 이때 정류부(100)는 일반적인 브릿지 정류 회로를 이용한다.When AC 220V, which is a commercial power source, is applied to a circuit, the rectifier 100 rectifies and outputs an AC commercial power source to a DC power source. In this case, the rectifier 100 uses a general bridge rectifier circuit.
이때, 정류된 직류 전압은과전류 보호부(200)의 전류 감지 저항(Rsen)에 의해 검출된다. 이때 검출되는 전압은 전류 감지 저항(Rsen)의 일단에 걸리는 전압과 타단에 걸리는 전압이다.At this time, the rectified DC voltage is detected by the current sensing resistor Rsen of the overcurrent protection unit 200. The voltage detected at this time is a voltage applied to one end of the current sensing resistor Rsen and a voltage applied to the other end.
이렇게 검출된 전압은 포토 커플러(CP1)에 인가되는데, 포토 커플러(CP1)는 발광 다이오드와 발광 다이오드로부터 인가되는 광 전압을 베이스 입력으로 하는 동작하는 트랜지스터로 이루어진다.The detected voltage is applied to the photo coupler CP1. The photo coupler CP1 includes a light emitting diode and a transistor that operates as a base input of an optical voltage applied from the light emitting diode.
그러므로, 포토 커플러(CP1)는 인가되는 전압을 펄스폭 변조부(500)로 인가하게 된다.Therefore, the photo coupler CP1 applies the applied voltage to the pulse width modulator 500.
그러면, 펄스폭 변조부(500)는 전류 감지 저항(Rsen)에 의해 검출된 두 전압의 차를 검출하고 검출된 전압차를 전류 감지 저항(Rsen)으로 나누어 전류를 판단한다. 그래서, 판단한 전류를 해당 전압으로 변환시켜 기준 전압과 비교하여 기준 전압보다 큰지 또는 작은지에 따라 스위칭 신호(S)의 듀티비를 조절하게 된다.Then, the pulse width modulator 500 detects the difference between the two voltages detected by the current sense resistor Rsen and divides the detected voltage difference by the current sense resistor Rsen to determine the current. Thus, the duty ratio of the switching signal S is adjusted according to whether the determined current is converted to the corresponding voltage and is larger or smaller than the reference voltage.
보통, 판단 전류에 대한 전압이 기준 전압보다 크면, 듀티비를 크게 한다.Usually, if the voltage for the judgment current is larger than the reference voltage, the duty ratio is increased.
한편, 전류 감지 저항(Rsen)을 통과한 전류는과전압 보호부(300)의 커패시터(C1)와 커패시터(C2)에 충전되고, 저항(R1, R2)에 흐른다.Meanwhile, the current passing through the current sensing resistor Rsen is charged in the capacitor C1 and the capacitor C2 of the overvoltage protection unit 300 and flows through the resistors R1 and R2.
여기서, 커패시터(C1, C2)의 분압 전압은 1차 코일로 인가되고, 저항(R1, R2)의 분압 전압은 포토 커플러(CP2)로 인가된다. 여기서, 커패시터(C1)의 크기는 커패시터(C2)보다 훨씬 크도록 한다.Here, the divided voltages of the capacitors C1 and C2 are applied to the primary coil, and the divided voltages of the resistors R1 and R2 are applied to the photo coupler CP2. Here, the size of the capacitor (C1) to be much larger than the capacitor (C2).
포토 커플러(CP2)는 포토 커플러(CP1)와 동일한 구성으로 이루어져 있으며, 저항(R1, R2)에 의해 분압된 전압을 펄스폭 변조부(500)로 인가한다.The photo coupler CP2 has the same configuration as that of the photo coupler CP1, and applies voltages divided by the resistors R1 and R2 to the pulse width modulator 500.
그러면, 펄스폭 변조부(500)는 인가되는 분압 전압을 비교 전압과 비교하여, 분압 전압이 비교 전압보다 큰지 작은지에 따라 스위칭 신호(S1,S2)의 듀티비를 조절한다.Then, the pulse width modulator 500 compares the divided voltage applied to the comparison voltage, and adjusts the duty ratio of the switching signals S1 and S2 according to whether the divided voltage is larger or smaller than the comparison voltage.
여기서, 펄스폭 변조부(500)의 스위칭 신호(S1, S2)는 IGBT(Q1,Q2)의 베이스로 인가된다.Here, the switching signals S1 and S2 of the pulse width modulator 500 are applied to the bases of the IGBTs Q1 and Q2 .
따라서,과전류 보호부(200) 및 과전압 보호부(300)는 트랜스포머(600)의 1차측에 흐르는 전류 및 전압의 변동을 검출하여, 펄스폭 변조부(500)로 하여금 IGBT(Q1,Q2)의 스위칭 시간이 달리하도록 함으로써, 과전압 또는 과전류에 의해 회로가 손상되는 것을 방지한다.Accordingly, the overcurrent protection unit 200 and the overvoltage protection unit 300 detect a change in the current and the voltage flowing to the primary side of the transformer 600, and causes the pulse width modulation unit 500 to determine the IGBT (Q1, Q2) . By varying the switching time, the circuit is prevented from being damaged by overvoltage or overcurrent.
여기서, 펄스폭 변조부(500)는 동일 시간동안 IGBT(Q1,Q2)가 교번 동작하도록 제어한다. 즉, 반주기동안 IGBT(Q1)가 턴 온될 때 IGBT(Q2)는 턴 오프되고, 반주기동안 IGBT(Q2)가 턴 온될 때 IGBT(Q1)는 턴 오프된다.Here, the pulse width modulator 500 controls the IGBTs Q1 and Q2 to operate alternately for the same time. That is, IGBT (Q2) when turning the IGBT (Q1) turned on for a half cycle is turned off, IGBT IGBT (Q1) when (Q2) is turned on during a half period are turned off.
따라서, 트랜스포머(600)의 1차 코일(L10)측에 흐르는 전류는 IGBT(Q1)가 턴 온될 때 IGBT(Q1)를 통과하여 커패시터(C2)를 거쳐 그라운드로 흐르게 되고,IGBT(Q2)이 턴 온될 때 커패시터(C2)를 통과하여 IGBT(Q2)를 통해 접지단에 흐르게 된다.Thus, the current flowing through the primary coil (L10) side of the transformer 600 flows to ground and when the IGBT (Q1) is turned on through the IGBT (Q1) via a capacitor (C2), IGBT (Q2) is turned When turned on, it flows through the capacitor C2 to the ground terminal through the IGBT Q2 .
결국, 트랜스포머(600)의 1차 코일(L10)에는 반주기동안은 포지티브 전압이 그리고, 반주기 동안에는 네가티브 전압이 인가된다.As a result, a positive voltage is applied to the primary coil L10 of the transformer 600 for a half cycle and a negative voltage for the half cycle.
이렇게, 1차 코일(L10)에 반주기 간격으로 음, 양의 전압이 인가되면, 2차 코일(L20)에는 1차 코일(L1O)의 권선수에 비례하는 전압이 발생하는데 이때, 도3을 참조로 설명한 바와 같이 배압된 전압이 출력된다.When negative and positive voltages are applied to the primary coil L10 at half-cycle intervals, a voltage proportional to the number of turns of the primary coil L10 is generated in the secondary coil L20. As described above, the back voltage is output.
여기서, 2차 코일(L20)은 에나멜 동선과 필름 권선이 직렬 연결된 반반씩 감긴 코일(L21)과, 히터 코일(L22)로 이루어지는데, 코일(L21)을 에나멜 동선과 필름 권선이 아닌 필름 권선만으로 구성할 수 있다.Here, the secondary coil (L20) is composed of a coil (L21) wound half and a half enameled copper wire and the film winding connected in series, and the heater coil (L22), the coil (L21) by the film winding, not the enameled copper wire and film winding Can be configured.
코일(L21)의 작용은 도2, 도3, 도4를 참조로 설명한 바와 같다.The operation of the coil L21 is as described with reference to FIGS. 2, 3, and 4.
한편, 히터 코일(L22)은 미세한 전압이 유기되는데, 이때 유기되는 전압은 약3.3V이다. 이렇게 유기된 3.3V의 전압은 마그네트론이 초기 구동을 위해 필요한 전압으로 사용되고, 마그네트론이 구동한 이후에는 코일(L21)로부터 인가되는 식5로부터 얻어진 4100V의 고전압에 따라 구동한다.On the other hand, the heater coil L22 is a minute voltage is induced, wherein the induced voltage is about 3.3V. The voltage of 3.3 V thus induced is used as the voltage required for the initial driving of the magnetron, and is driven according to the high voltage of 4100 V obtained from Equation 5 applied from the coil L21 after the magnetron is driven.
마그네트론은 4100V의 전압을 인가받아 전자렌지의 조리실로 2540MHz의 고주파 신호를 발진한다.The magnetron generates a high frequency signal of 2540MHz to the cooking chamber of the microwave by receiving a voltage of 4100V.
이 발명은 트랜스포머의 2차 코일을 필름 권선으로 구성하여 커패시터 성분을 가지도록 하고, 또한 필름 권선과 더불어 일반 코일을 직렬 연결하여 고전압에 의한 필름 권선에 열화가 발생하는 것을 방지하며, 이러한 트랜스포머를 이용하여 고전압 전원 장치를 구성하고자 할 때 회로에 인가되는 전압 및 전류를 보상하여 과전압 또는 과전류에 의한 장치의 손상을 방지하는 효과가 있다.The present invention consists of a film winding of the secondary coil of the transformer to have a capacitor component, and also by connecting the common coil in series with the film winding to prevent deterioration of the film winding due to high voltage, using such a transformer Thus, when a high voltage power supply device is to be configured, the voltage and current applied to the circuit are compensated for, thereby preventing damage to the device due to overvoltage or overcurrent.
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