KR101478800B1 - Power supply unit for magnetron - Google Patents

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KR101478800B1
KR101478800B1 KR1020130122014A KR20130122014A KR101478800B1 KR 101478800 B1 KR101478800 B1 KR 101478800B1 KR 1020130122014 A KR1020130122014 A KR 1020130122014A KR 20130122014 A KR20130122014 A KR 20130122014A KR 101478800 B1 KR101478800 B1 KR 101478800B1
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최영욱
최재구
김관호
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to a power supply device for a magnetron. More particularly, the present invention relates to a power supply device for a magnetron with an excellent power output and an extended lifetime by configuring a power supply device by using an insulated gate bipolar transistor and a control circuit which applies an improved control signal to the insulated gate bipolar transistor. The power supply device for a magnetron according to the present invention includes: a unit power module including a capacitor and an insulated gate bipolar transistor which are serially connected to each other; a power supply provided therein with at least one unit power module which is serially connected to each other; a charging circuit to charge the capacitor; and a control circuit to control an operation of the insulated gate bipolar transistor. The control circuit turns off the insulated gate bipolar transistor by applying a negative voltage to a gate of the insulated gate bipolar transistor.

Description

절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 제어 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치 {Power supply unit for magnetron}{Power supply unit for magnetron} <br> <br> <br> Patents - stay tuned to the technology Magnetron power supply using insulated gate bipolar transistor and control circuit [

본 발명은 마그네트론 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 그에 대하여 개선된 제어 신호를 인가하는 제어 회로를 사용하여 전원 공급 장치를 구성함으로써 우수한 전원 출력 특성과 함께 수명이 개선된 마그네트론 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetron power supply, and more particularly, to a power supply device using an insulated gate bipolar transistor and a control circuit for applying an improved control signal thereto, And more particularly to a magnetron power supply with improved lifetime.

다양한 용도로 사용되고 있는 마그네트론(Magnetron)은 전기장과 자기장이 서로 수직으로 인가되는 교차장(crossed field)이 존재하는 진공 환경에서 발생된 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환하여 방사하는 고효율, 고출력의 전자기파 발생 장치로서, 구체적인 응용예로는 915MHz 대역의 마이크로파 해동/가열 시스템으로부터 2.45GHz의 마이크로파 오븐, 9.5GHz 대역의 선박용 레이더, 35GHz 대역의 기상 관측용 레이더, 95GHz 대역의 공항 관제용 레이더 등을 들 수 있다.Magnetron, which is used for various purposes, is a high-efficiency, high-power magnetron that converts the electric energy of an electron beam generated in a vacuum environment in which a crossed field, in which an electric field and a magnetic field are vertically applied, Specific examples of the electromagnetic wave generator include a 2.45 GHz microwave oven, a 9.5 GHz band marine radar, a 35 GHz band weather observation radar, and a 95 GHz band airport control radar from a 915 MHz band microwave defrosting / .

상기와 같이 다양한 용도로 적용됨에 따라 마그네트론에 전력을 공급하기 위한 전원 공급 장치도 또한 다양하게 구성될 수 있는데, 특히 고전압 대전류가 사용되는 마그네트론의 경우, 그 특성에 따라 통상 사이러트론(Thyratron)을 스위치로 사용하여 전원 공급 장치를 구성하여 마그네트론을 구동시켜 왔다. 예를 들어, 근래 의료용 중입자 가속기 등 다양한 용도로 사용되고 있는 입자 가속기의 경우, 마그네트론의 양극 전압(anode volatage)은 약 30~50kV, 양극 전류(anode current)는 약 80~100A를 가지며, 주기적으로 약 4~5μs의 펄스폭(pulse width)을 가지는 펄스가 생성되는 규격의 전원 공급 장치가 구성되어 적용된다. 이에 따라서 여기에 적용되는 스위치도 고전압 및 대전류의 전원을 제어할 수 있는 특성을 가지는 사이러트론(Thyratron)이 많이 사용되어 왔다. 도 1에서는 상기한 종래 사이러트론(110)을 이용한 마그네트론 전원 공급 장치를 도시하고 있고, 도 2(a)에서는 상기한 펄스를 포함하는 전원의 파형을 예시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 펄스 형성 네트워크(Pulse Forming Network, PFN)와 연결된 사이러트론(110)이 스위치로서 동작하면서 상기와 같은 펄스 파형을 형성하게 된다. 그런데, 이러한 사이러트론(110)은 양극과 음극 사이에 그리드를 하나 또는 둘 가진 열음극방전관(음극을 가열하여 열전자방출을 이용하는 방전관) 내지 그리드 제어 방전관으로서 관 속에 음극, 그리드, 양극의 전극이 있고 수소, 비활성기체, 수은증기 등의 가스가 봉입되어 있는 구조를 가지는 바, 사용 환경에 따라 달라질 수는 있으나, 일반적인 반도체 소자와 비교할 때 그 수명이 짧다는 문제가 있다. 이와 함께, 싸이러트론(110)은 높은 규격의 전기적 특성이 요구되는 바 그 단가가 상당히 높기 때문에, 짧은 수명에 따른 주기적인 교체 비용이 크게 상승하게 된다는 문제점이 있다.As described above, the power supply device for supplying power to the magnetron may be variously configured as described above. In particular, in the case of a magnetron in which a high voltage and a large current are used, usually a thyratron The magnetron has been driven by using a switch to configure the power supply. For example, in the case of a particle accelerator used for various purposes such as medical accelerator for medical use, the magnetron has an anode voltage of about 30 to 50 kV, an anode current of about 80 to 100 A, A power supply of a standard in which a pulse having a pulse width of 4 to 5 μs is generated is applied and configured. Accordingly, a thyratron having a characteristic capable of controlling a high voltage and a high current power has been widely used. FIG. 1 shows a magnetron power supply apparatus using the conventional thyratron 110 described above. FIG. 2 (a) illustrates a waveform of a power source including the above-described pulse. As can be seen in FIG. 1, a thyratron 110 connected to a pulse forming network (PFN) operates as a switch to form the above-described pulse waveform. The thyratron 110 has a cathode, a grid, and an anode in a tube as a hot cathode discharge tube (a discharge tube that uses a cathode to heat and emit thermoelectrons) having a grid between the anode and the cathode and a grid control discharge tube Hydrogen, inert gas, mercury vapor, or the like is enclosed. However, the lifetime is short compared with a general semiconductor device although it may vary depending on the use environment. In addition, since a high standard electric characteristic is required for the cyclotron 110, the cyclotron 110 has a considerably high unit price, and therefore, there is a problem in that the cyclic replacement cost increases significantly with a short lifetime.

이에 대하여 상기 사이러트론(110)을 대체하는 방안으로서, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 복수개 사용하여 전원 공급 장치를 구성하는 방안을 생각해 볼 수 있다. 그러나, 상기와 같이 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 적층하여 전원 공급 장치를 구성할 경우, 그 정격 전압 등을 고려할 때 많은 수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 사용하여야 하고, 따라서 그 특성에 따른 영향이 누적되어 나타나게 된다. 특히, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)는 캐리어(carrier)로서 전자와 정공을 모두 사용하는 바, 턴오프(turn-off) 시간이 길어지게 되어 스위칭 속도가 떨어지거나, 단락 전류가 발생할 수 있어, 그 동작 특성을 열화시킬 수 있다는 문제점이 나타날 수 있다.As an alternative to the above-described thyratron 110, a method of constructing a power supply device using a plurality of insulated gate bipolar transistors may be considered. However, when the insulated gate bipolar transistor (IGBT) is stacked as described above and a power supply device is constructed, a large number of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) should be used in consideration of the rated voltage and the like, The effects are cumulative. Particularly, since the insulated gate bipolar transistor (IGBT) uses both electrons and holes as carriers, the turn-off time becomes longer, so that the switching speed may decrease or a short-circuit current may be generated. It is possible to deteriorate the operating characteristics.

또한, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 스위칭 동작에 따라 콜렉터(collector)와 에미터(emitter) 사이에 채널(channel)이 형성되고, 전류의 흐름에 따라 발열이 발생하게 되며, 더 나아가 게이트(gate)에 가하여지는 스위칭을 위한 구동 신호의 오차에 의하여 발열이 가중되는 경우, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 접합면 온도(junction temperature)가 크게 높아질 수 있으므로, 이로 인하여 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)가 손상되거나 그 특성이 열화되는 문제점을 야기할 수 있다.In addition, a channel is formed between the collector and the emitter according to the switching operation of the insulated gate bipolar transistor (IGBT), and heat is generated according to the flow of the current. Further, The junction temperature of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be greatly increased, and thus the insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be prevented from being damaged by the heat generated by the driving signal for the switching Which may cause damage or deterioration of its characteristics.

이에 따라, 마그네트론 전원 공급 장치를 구성함에 있어 사이러트론(110)을 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 대체하여 전원 공급 장치를 구성함과 동시에, 상기 반복된 스위칭 동작에 의한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 특성의 열화 내지 손상을 방지할 수 있는 마그네트론 전원 공급 장치를 구성할 필요성이 제기된다.Accordingly, in constructing the magnetron power supply device, the power supply device is constructed by replacing the thyratron 110 with the insulated gate bipolar transistor (IGBT), and the characteristic of the insulated gate bipolar transistor by the repeated switching operation There is a need to construct a magnetron power supply device capable of preventing deterioration or damage of the magnetron power supply device.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 마그네트론 전원 장치에서 사용되는 사이러트론 스위치를 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 대체하고, 이와 함께 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 동작 특성을 개선하며 열화를 억제할 수 있는 마그네트론 전원 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a magnetron power supply device in which a thyratron switch is replaced with an insulated gate bipolar transistor (IGBT) It is an object of the present invention to provide a magnetron power supply device capable of improving operating characteristics and suppressing deterioration.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 마그네트론 전원 공급 장치는 직렬 연결되는 콘덴서와 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈; 하나 이상의 상기 단위 전원 모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부; 상기 콘덴서를 충전하는 충전 회로; 및 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함하여 구성되며, 상기 제어 회로는 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 턴오프(turn-off) 시킴에 있어, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트에 음의 전압(VGE < 0)을 인가하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetron power supply device comprising: a unit power module including a capacitor connected in series and an insulated gate bipolar transistor; A power unit having at least one unit power module connected in series; A charging circuit for charging the capacitor; And a control circuit for controlling the operation of the insulated gate bipolar transistor, wherein the control circuit controls the turn-off of the insulated gate bipolar transistor so that the gate of the insulated gate bipolar transistor has a negative And a voltage (V GE < 0) is applied.

여기서, 상기 제어 회로가 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트에 인가하는 음의 전압은 -3V 내지 -15V 일 수 있다.Here, the negative voltage applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor by the control circuit may be -3V to -15V.

또한, 상기 제어 회로가 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트에 음의 전압을 인가한 후, 소정의 시간 동안 상기 음의 전압을 유지한 다음 점진적으로 전압을 높여 0V를 인가할 수 있다.Also, the control circuit may apply a negative voltage to the gate of the insulated gate bipolar transistor, hold the negative voltage for a predetermined time, and gradually increase the voltage to apply 0V.

본 발명의 다른 측면에 따른 마그네트론은 앞서 기재된 마그네트론 전원 공급 장치를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부; 및 상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetron comprising: a magnetron power supply unit including the magnetron power supply unit; And a microwave oscillation unit for generating microwaves by receiving power from the magnetron power supply unit.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 입자 가속기는 앞서 기재된 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론; 입자를 발생시키는 입자 생성부; 및 상기 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a particle accelerator comprising: a magnetron generating a microwave as described above; A particle generating unit for generating particles; And a particle accelerator for accelerating the particle using the microwave.

본 발명에 따르면, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 이에 대하여 개선된 제어 신호를 인가하는 제어 회로를 포함하여 전원 공급 장치를 구성함으로써 우수한 전원 출력 특성과 함께 수명이 개선된 마그네트론 전원 공급 장치를 구현하는 효과를 갖는다.According to the present invention, a power supply device including an insulated gate bipolar transistor and a control circuit for applying an improved control signal thereto is constructed to provide a magnetron power supply . &Lt; / RTI &gt;

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 사이러트론을 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 사이러트론을 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 파형 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 제어 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치의 회로도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)에 의한 제어 신호 파형 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a circuit diagram of a magnetron power supply device using a thyratron according to the prior art.
2 is a waveform graph of a magnetron power supply using a thyratron according to the prior art.
3 is a circuit diagram of a magnetron power supply using an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a control circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a control signal waveform graph of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another Is used.

본 발명은, 종래 기술의 경우 사이러트론(Thyratron)을 사용하여 마그네트론 전원 장치를 구성할 경우, 사이러트론의 단수명 및 높은 단가로 인하여 주기적인 교체 비용이 커지게 되어 마그네트론의 유지 관리 비용이 크게 증가하게 되고, 또한 상기 사이러트론 대신 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용하여 상기 전원 장치를 구성하는 경우 반복된 스위칭 동작에 의하여 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 특성이 열화되거나 손상될 수 있다는 문제점에 착안하여, 상기 사이러트론을 사용한 마그네트론 전원 공급 장치의 수명을 개선하기 위하여 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용하고, 여기에 개선된 제어 신호를 인가하는 제어 회로를 연결하여 상기 마그네트론 전원 공급 장치를 구성함으로써 우수한 전원 출력 특성과 함께 개선된 수명을 가지는 마그네트론 전원 공급 장치를 개시하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, when the magnetron power supply device is constructed using Thyratron in the prior art, the replacement cost of the magnetron is increased due to the short lifetime and the high unit price of the thyratron, The characteristics of the insulated gate bipolar transistor may be degraded or damaged by repeated switching operations when the power supply device is constructed using an insulated gate bipolar transistor instead of the thyratron. In view of the problem, an insulated gate bipolar transistor is used to improve the lifetime of the magnetron power supply device using the thyratron, and a control circuit for applying an improved control signal is connected to the insulated gate bipolar transistor, Configure the magnetron power supply To initiate the service life with improved magnetron power supply with a high power output characteristics as characterized.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 제어 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(300)의 회로도를 도시하고 있다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 마그네트론 전원 공급 장치(300)는 직렬 연결되는 콘덴서(312)와 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈(310); 하나 이상의 상기 단위 전원 모듈(310)이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부; 상기 콘덴서(312)를 충전하는 충전 회로(320); 및 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)와 상기 충전 회로(320)를 제어하는 제어 회로(330)를 포함하여 구성될 수 있다.FIG. 3 shows a circuit diagram of a magnetron power supply 300 using an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a control circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the magnetron power supply 300 according to an embodiment of the present invention includes a unit power module 310 including a capacitor 312 and an insulated gate bipolar transistor 314 connected in series. A power unit having at least one unit power module (310) connected in series; A charging circuit (320) for charging the capacitor (312); And a control circuit 330 for controlling the insulated gate bipolar transistor 314 and the charging circuit 320.

이를 좀더 자세하게 살핀다면, 상기 충전 회로(320)가 상기 콘덴서(312)를 충전시켜 소정의 전압 레벨까지 상승시키게 되고, 이에 따라 일련의 단위 전원 모듈(310)이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부의 출력은 각 단위 전원 모듈(310)의 전압 레벨의 합에 근접하게 된다. 예를 들어 도 3의 경우를 살펴보면, 각 단위 전원 모듈(310)의 콘덴서(312)에는 600V의 전압이 걸려 있는 상태이므로, 상기 단위 전원 모듈(310)이 12개 직렬로 연결되어 구성된 전원부의 출력 전압은 7.2kV에 근접하게 된다. 이어서, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (314)를 도 2(b)와 같은 제어 신호를 사용하여 단속하면서 펄스 파형을 형성하게 된다.The charging circuit 320 charges the capacitor 312 and raises the voltage to a predetermined voltage level so that a series of unit power modules 310 are connected in series, Becomes close to the sum of the voltage levels of the unit power supply modules 310. [ For example, in the case of FIG. 3, since a voltage of 600 V is applied to the capacitor 312 of each unit power supply module 310, the output of the power supply unit formed by connecting the 12 unit power supply modules 310 in series The voltage becomes close to 7.2 kV. Next, a pulse waveform is formed while interrupting the insulation gate bipolar transistor 314 using a control signal as shown in FIG. 2 (b).

덧붙여, 상기 충전 회로(320)는 하나의 회로로서 구성될 수도 있으나, 각 단위 전원 모듈(310) 별로 독립적으로 구성되는 충전 모듈이 집합을 이루어 전체 충전 회로(320)를 구성할 수도 있다.In addition, the charging circuit 320 may be configured as a single circuit, but the charging modules formed independently for each unit power source module 310 may be a set of the entire charging circuits 320.

종래 많이 사용되었던 사어러트론의 수명이 길지 못한데 반하여, 상기와 같이 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)(314)를 사용하는 경우, 고체 반도체 소자로서 수명이 크게 늘어날 수 있게 된다. 이에 따라, 높은 단가의 사이러트론의 교체에 따른 높은 유지 관리 비용을 상당 부분 절감할 수 있게 된다.The lifetime of the solid-state semiconductor device can be greatly increased when the insulated gate bipolar transistor (IGBT) 314 is used as described above. As a result, a high maintenance cost due to the replacement of the high cost unit of thyratron can be considerably reduced.

상기 제어 회로(330)는 마그네트론에 필요한 전압 및 펄스 파형을 고려하여 각 단위 전원 모듈(310)의 콘덴서에 충전되는 전압 레벨을 결정하여 충전하고, 필요한 펄스의 폭 등 파형을 고려하여 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)와 충전 회로(320)가 적절하게 동작할 수 있도록 제어하는 역할을 수행하게 된다. 특히, 상기 제어 회로(330)가 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 게이트(gate)에 제어 신호를 인가함으로써 채널(channel)을 형성하게 되고, 이에 따라 전류가 도통하거나 차단되어 스위치로서 동작하게 된다. 종래 통상 사용되었던 게이트 제어 신호는 도 4(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 0V와 15V를 사용하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3에서와 같이 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)를 적층하여 전원 공급 장치를 구성할 경우, 그 정격 전압 등을 고려할 때 많은 수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)를 사용하여야 하고, 따라서 그 특성에 따른 영향이 누적되어 나타나게 된다. 특히, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)는 캐리어(carrier)로서 전자와 정공을 모두 사용하는 바, 턴오프(turn-off) 시간이 길어지게 되어 스위칭 속도가 떨어지거나, 단락 전류가 발생할 수 있어, 그 동작 특성을 열화시킬 수 있다는 문제점이 나타날 수 있다.The control circuit 330 determines the voltage level to be charged in the capacitor of each unit power module 310 considering the voltage and the pulse waveform required for the magnetron and charges them. And controls the transistor 314 and the charging circuit 320 to operate properly. Particularly, the control circuit 330 forms a channel by applying a control signal to the gate of the insulated gate bipolar transistor 314, so that the current is turned on or off to operate as a switch. 4 (a), 0V and 15V are used. However, according to an embodiment of the present invention, insulating gate bipolar transistor 314 is stacked as shown in FIG. 3, A large number of insulated gate bipolar transistors 314 must be used in consideration of the rated voltage and the like, so that the influence depending on the characteristics thereof is accumulated. Particularly, since the insulated gate bipolar transistor 314 uses both electrons and holes as a carrier, the turn-off time becomes long, so that the switching speed may decrease or a short-circuit current may be generated. It is possible to deteriorate the operating characteristics.

또한, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 스위칭 동작에 따라 콜렉터(collector)와 에미터(emitter) 사이에 채널(channel)이 형성되고, 전류의 흐름에 따라 발열이 발생하게 되며, 더 나아가 게이트(gate)에 가하여지는 스위칭을 위한 구동 신호의 오차에 의하여 발열이 가중되는 경우, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 접합면 온도(junction temperature)가 크게 높아질 수 있으므로, 이로 인하여 반도체 소자가 손상되거나 그 특성이 열화되는 문제점을 야기할 수 있다.In addition, a channel is formed between the collector and the emitter in accordance with the switching operation of the insulated gate bipolar transistor 314, heat is generated according to the flow of the current, and further, The junction temperature of the insulated gate bipolar transistor 314 may be significantly increased, which may cause damage to the semiconductor device or damage to the semiconductor device due to the characteristics thereof. It may cause a problem of deterioration.

이에 대하여, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 게이트(gate)에 개선된 제어 신호를 인가함으로써 상기 반복된 스위칭 동작에 의한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 특성의 열화 내지 손상을 방지할 수 있다. 도 4(b)와 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 신호 파형을 도시하고 있다. 도 4(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 제어 회로가 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 게이트에 음의 전압(VGE < 0, 에미터 단자에 대한 게이트 단자의 전압)을 인가한 후, 소정의 시간 동안 상기 음의 전압을 유지한 다음 점진적으로 전압을 높여가면서 0V까지 인가 전압을 올려 갈 수 있다. 더 나아가, 제어 신호에 따른 효과를 명확하게 하고, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 구동 전압을 고려할 때, 상기 게이트에 인가하는 음의 전압으로서 -3V 내지 -15V를 인가하는 것이 바람직하다. 예를 들어 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 게이트(gate)에 -5V 를 인가하고 1ms 동안 유지한 후, 점진적으로 인가 전압을 올려 0V가 인가되도록 할 수 있다. 또는, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 채널(channel)을 턴오프(turn-off)시키기 위하여, -5V 전압을 인가한 후, 이를 계속 유지하는 것도 가능하다.In contrast, by applying an improved control signal to the gate of the insulated gate bipolar transistor 314, deterioration or damage to the characteristics of the insulated gate bipolar transistor 314 due to the repeated switching operation can be prevented. 4 (b) and 4 (c) show control signal waveforms according to an embodiment of the present invention. As can be seen in FIG. 4 (b), after the control circuit applies a negative voltage (V GE <0, the voltage at the gate terminal to the emitter terminal) to the gate of the insulated gate bipolar transistor 314, The negative voltage may be maintained for a predetermined time, and then the applied voltage may be increased to 0 V while gradually increasing the voltage. Furthermore, it is preferable to apply -3V to -15V as the negative voltage to be applied to the gate when clarifying the effect according to the control signal and considering the driving voltage of the insulated gate bipolar transistor 314. For example, after applying -5V to the gate of the insulated gate bipolar transistor 314 and holding it for 1ms, the applied voltage may be gradually increased to apply 0V. Alternatively, as shown in Fig. 4 (c), it is also possible to apply a voltage of -5 V and keep it on in order to turn off the channel of the insulated gate bipolar transistor 314 Do.

이러한 제어 신호를 적용하여 게이트(gate) 구동 오차 및 구동 실패를 방지함으로써, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 스위칭 동작을 보다 정확하게 실행할 수 있고, 단락 전류에 의한 소자의 열화를 방지할 수 있으며, 또한 게이트(gate)에 인가되는 스위칭을 위한 구동 신호의 오차에 의하여 발열이 가중되는 것을 방지할 수 있어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(314)의 접합면 온도(junction temperature)의 상승을 억제하고 소자의 손상 내지 특성의 열화를 방지할 수 있게 된다.By applying such a control signal to prevent gate drive error and drive failure, switching operation of the insulated gate bipolar transistor 314 can be executed more accurately, deterioration of the device due to short-circuit current can be prevented, It is possible to prevent the heat from being exerted by the error of the driving signal for switching applied to the gate and to prevent the junction temperature of the insulated gate bipolar transistor 314 from rising, Deterioration of the characteristics can be prevented.

앞서 기술한 본 발명의 일 실시예에 따르는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 전원 보정 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치(300)는 이를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부를 구성할 수 있고, 이와 함께 상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 마그네트론을 구성하는 것도 당연히 가능하다.The magnetron power supply 300 using the insulated gate bipolar transistor and the power correction circuit according to an embodiment of the present invention can constitute a magnetron power supply unit including the same and the power from the magnetron power supply unit It is also possible to construct a magnetron by including a microwave oscillating unit for generating microwaves.

또한 이렇게 구성된 마그네트론은 입자를 발생시키는 입자 발생부 및 상기 마그네트론에서 발생되는 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 입자 가속기를 이용하여 의료 목적의 중입자 가속기 등 다양한 입자 가속기를 구성할 수 있다.In addition, the magnetron constructed as described above includes various kinds of particle accelerators such as an intracavity accelerator for medical use using a particle accelerator including a particle generating part for generating particles and a particle accelerating part for accelerating the particle using microwaves generated from the magnetron Can be configured.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to illustrate the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

110 : 사이러트론
300 : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 제어 회로를 이용한 마그네트론 전원 공급 장치
310 : 단위 전원 모듈
312 : 콘덴서
314 : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터
320 : 충전 회로
330 : 제어 회로110: thyratron
300: Magnetron power supply using insulated gate bipolar transistor and control circuit
310: Unit power module
312: Capacitor
314: Insulated gate bipolar transistor
320: Charging circuit
330: control circuit

Claims (5)

직렬 연결되는 콘덴서와 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함하여 구성되는 단위 전원 모듈;
하나 이상의 상기 단위 전원 모듈이 직렬로 연결되어 구성되는 전원부;
상기 콘덴서를 충전하는 충전 회로; 및
상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함하여 구성되며,
상기 제어 회로는 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 턴오프(turn-off) 시킴에 있어, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트에 음의 전압(VGE < 0)을 인가하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.A unit power module including a capacitor connected in series and an insulated gate bipolar transistor;
A power unit having at least one unit power module connected in series;
A charging circuit for charging the capacitor; And
And a control circuit for controlling operation of the insulated gate bipolar transistor,
Wherein the control circuit applies a negative voltage (V GE < 0) to the gate of the insulated gate bipolar transistor in turning off the insulated gate bipolar transistor. 제1항에 있어서,
상기 제어 회로가 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트에 인가하는 음의 전압은 -3V 내지 -15V인 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
And the negative voltage applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor by the control circuit is -3V to -15V. 제1항에 있어서,
상기 제어 회로가 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트에 음의 전압을 인가한 후,
소정의 시간 동안 상기 음의 전압을 유지한 다음 점진적으로 전압을 높여 0V를 인가하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 전원 공급 장치.The method according to claim 1,
After the control circuit applies a negative voltage to the gate of the insulated gate bipolar transistor,
Wherein the negative voltage is maintained for a predetermined time, and then the voltage is gradually increased to apply 0V. 제1항에 기재된 마그네트론 전원 공급 장치를 포함하여 구성되는 마그네트론 전원부; 및
상기 마그네트론 전원부로부터 전원을 공급받아 마이크로웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브 발진부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.A magnetron power supply unit including the magnetron power supply unit according to claim 1; And
And a microwave oscillation unit for generating a microwave by receiving power from the magnetron power supply unit. 제4항에 기재된 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론;
입자를 발생시키는 입자 생성부; 및
상기 마이크로웨이브를 이용하여 상기 입자를 가속시키는 입자 가속부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자 가속기.A magnetron generating the microwave according to claim 4;
A particle generating unit for generating particles; And
And a particle accelerator for accelerating the particle using the microwave.
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