KR20070045552A - Power supply for plasma generator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고역율을 가지는 PWM 컨버터와, 인버터의 출력전압 및 평활전압을 변동시키기 위하여 리액터의 탭을 직접 조정할 필요가 없는 플라즈마 발생기용 전원장치를 제공함에 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a PWM converter having a high power factor and a power supply for a plasma generator that does not need to directly adjust the taps of the reactor in order to vary the output voltage and the smoothing voltage of the inverter.

본원의 플라즈마 발생기용 전원 장치는, 외부에서 인가되는 상용 교류 전원을 펄스 폭 변조하여 출력하기 위한 PWM 컨버터; 상기 PWM 컨버터로부터 출력되는 정류전압을 평활화시키기 위한 평활부; 상기 평활부로부터 출력되는 평활전압을 공진 및 스위칭소자의 온오프되는 스위칭 시간을 제어하여 제1 교류전압을 출력하기 위한 공진형 인버터; 및 상기 공진형 인버터로부터 출력되는 교류전압의 크기를 조절하기 위한 변압부를 포함할 수 있다.The power supply device for a plasma generator of the present invention includes a PWM converter for outputting pulse width modulated commercial AC power applied from the outside; A smoothing unit for smoothing the rectified voltage output from the PWM converter; A resonant inverter for outputting a first AC voltage by controlling a smoothing voltage output from the smoothing unit and controlling a switching time of switching on and off of the switching device; And it may include a transformer for adjusting the magnitude of the AC voltage output from the resonant inverter.

플라즈마, 발생, 펄스폭변조 컨버터, 공진형 인버터 Plasma, Generation, Pulse Width Modulation Converter, Resonant Inverter

Description

플라즈마 발생기용 전원장치{POWER SUPPLY FOR PLASMA GENERATOR}Power supply unit for plasma generators {POWER SUPPLY FOR PLASMA GENERATOR}

도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 발생기용 전원장치,1 is a power supply for a plasma generator according to the prior art,

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 발생기용 전원장치.2 is a power supply for a plasma generator according to the present invention.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명** Description of the main symbols in the drawings *

200: 상용 전원 210: PWM 컨버터200: commercial power 210: PWM converter

220: 평활부 230: LC 공진형 인버터220: smoothing unit 230: LC resonant inverter

240: 변압부240: transformer

본 발명은 플라즈마 발생기용 전원장치에 관한 것으로, 구체적으로는 고역률로 운전할 수 있고, DC 전압을 승압할 수 있으며, 부하 변동에 신속히 대응할 수 있는 플라즈마 발생기용 전원장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device for a plasma generator, and more particularly, to a power supply device for a plasma generator that can operate at a high power factor, can boost a DC voltage, and can quickly respond to load variations.

플라즈마(Plasma)는 이온화된 상태의 기체로서, 기체에 열을 충분히 가하면 원자들 간의 충돌로 인해 많은 수의 전자들이 원자핵의 구속에서 벗어나게 되는데 이것이 플라즈마이다. Plasma is an ionized gas. When heat is applied to the gas, a large number of electrons are released from the confinement of the nucleus due to collisions between atoms, which is a plasma.

플라즈마 속에는 전기적으로 중성인 원자들로만 이루어진 고온 기체와는 달리 서로 반대의 전하를 띤 입자들, 즉 전자와 원자핵이 뒤섞여 존재한다. 따라서 전체적으로는 중성이지만 국부적으로 이온과 전자 사이의 전하 분리에 의해 전기장이, 전하의 흐름에 의해 전류와 자기장이 발생하게 된다. Unlike hot gases, which consist only of electrically neutral atoms, plasma has a mixture of oppositely charged particles, the electrons and the nucleus. Therefore, the electric field is generated by the charge separation between the ions and the electrons, but the neutral and locally, the current and the magnetic field are generated by the flow of the charge.

이러한 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기를 위해서는 충분한 전압을 공급할 수 있는 전원장치가 필요하다.The plasma generator for generating such a plasma requires a power supply capable of supplying sufficient voltage.

도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 발생기용 전원장치이다.1 is a power supply for a plasma generator according to the prior art.

종래기술에 따른 플라즈마 발생기용 전원장치는, 상용전원(100)을 입력받아 정류시키기 위한 다이오드 정류부(110), 다이오드 정류부(110)로부터 출력되는 정류전압을 평활화하기 위한 커패시터로 된 평활부(120), 평활부(120)로부터 출력되는 평활전압을 LC 공진 및 스위칭소자의 온오프되는 스위칭 시간을 제어하여 교류전압을 출력하기 위한 LC 공진형 인버터(130) 및 LC 공진형 인버터(130)로부터 출력되는 교류전압의 크기를 조절하기 위한 변압부(140)를 포함한다.The plasma generator power supply according to the prior art, the diode rectifier 110 for receiving the rectified commercial power supply 100, the smoothing unit 120 made of a capacitor for smoothing the rectified voltage output from the diode rectifier 110 The LC voltage is output from the LC resonant inverter 130 and the LC resonant inverter 130 for outputting an AC voltage by controlling the switching time at which the smoothing voltage output from the smoothing unit 120 is turned on and off of the LC resonance and switching elements. It includes a transformer 140 for adjusting the magnitude of the AC voltage.

종래기술에 따른 플라즈마 발생기용 전원장치는 입력단에 다이오드 정류기를 사용하여 직류전압을 만들기 때문에 입력전원에 고조파 전류가 흐르기 때문에 역률이 저하한다는 문제가 있다. 또한, 다이오드 출력전압의 크기는 제어가 되지 않는 문제가 있다. 또한, 다이오드 정류기의 출력전압이자 LC 공진형 인버터의 입력전압인 평활전압은 부하의 증감에 따라서 그 크기가 변하게 된다는 문제가 있다. The power generator for the plasma generator according to the prior art has a problem that the power factor is lowered because harmonic current flows through the input power since a DC voltage is generated using a diode rectifier at the input terminal. In addition, there is a problem that the magnitude of the diode output voltage is not controlled. In addition, there is a problem that the smoothing voltage, which is the output voltage of the diode rectifier and the input voltage of the LC resonant inverter, changes in magnitude as the load increases or decreases.

또한, LC 공진형 인버터에서 LC 공진주파수보다 낮은 동작주파수는 리액턴스 값의 변경에 따라 인버터 출력전압이 변동되는데, 이 때에 리액터에 수개의 탭을 내어 리액턴스 값을 변경시키는 불편함이 따른다.In addition, in the LC resonant inverter, the operating frequency lower than the LC resonant frequency is changed according to the change of the reactance value. At this time, it is inconvenient to change the reactance value by giving several taps to the reactor.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 고역율의 플라즈마 발생기용 전원장치를 제공함에 목적이 있다. The present invention devised to solve the above problems is an object of the present invention to provide a power generator for a high power factor plasma generator.

또한, 본 발명은 인버터의 출력전압 및 평활전압을 변동시키기 위하여 리액터의 탭을 직접 조정할 필요가 없는 플라즈마 발생기용 전원장치를 제공함에 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a power supply for a plasma generator, which does not need to directly adjust the taps of the reactor in order to vary the output voltage and the smoothing voltage of the inverter.

상기 목적을 달성하기 위한 본원의 플라즈마 발생기용 전원 장치는, 외부에서 인가되는 상용 교류 전원을 펄스 폭 변조하여 출력하기 위한 PWM 컨버터; 상기 PWM 컨버터로부터 출력되는 정류전압을 평활화시키기 위한 평활부; 상기 평활부로부터 출력되는 평활전압을 공진 및 스위칭소자의 온오프되는 스위칭 시간을 제어하여 제1 교류전압을 출력하기 위한 공진형 인버터; 및 상기 공진형 인버터로부터 출력되는 교류전압의 크기를 조절하기 위한 변압부를 포함할 수 있다.Plasma generator power supply of the present invention for achieving the above object, PWM converter for outputting the pulse width modulated commercial AC power applied from the outside; A smoothing unit for smoothing the rectified voltage output from the PWM converter; A resonant inverter for outputting a first AC voltage by controlling a smoothing voltage output from the smoothing unit and controlling a switching time of switching on and off of the switching device; And it may include a transformer for adjusting the magnitude of the AC voltage output from the resonant inverter.

바람직하게는, 상기 PWM 컨버터는 상기 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비가 대략 70 내지 80 퍼센트가 되도록 제어될 수 있다.Preferably, the PWM converter may be controlled such that the duty ratio of the switching element in the resonant inverter is approximately 70 to 80 percent.

바람직하게는, 상기 PWM 컨버터는 상기 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비가 대략 74 내지 76 퍼센트가 되도록 제어될 수 있다.Preferably, the PWM converter may be controlled such that the duty ratio of the switching elements in the resonant inverter is approximately 74 to 76 percent.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기 로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 발생기용 전원장치이다.2 is a power supply for the plasma generator according to the present invention.

본 발명에 따른 플라즈마 발생기용 전원장치는, 상용전원(200)을 입력받아 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)를 통해 정류전압의 크기를 조절하기 위한 PWM 컨버터(210), PWM 컨버터(210)로부터 출력되는 정류전압을 평활화하기 위한 커패시터로 된 평활부(220), 평활부(220)로부터 출력되는 평활전압을 LC 공진 및 스위칭소자의 온오프되는 스위칭 시간을 제어하여 교류전압을 출력하기 위한 LC 공진형 인버터(230) 및 LC 공진형 인버터(230)로부터 출력되는 교류전압의 크기를 조절하기 위한 변압부(240)를 포함한다.The plasma generator power supply according to the present invention receives the commercial power supply 200, and outputs from the PWM converter 210, PWM converter 210 for adjusting the magnitude of the rectified voltage through the pulse width modulation (Pulse Width Modulation) LC resonant type for outputting AC voltage by controlling LC resonant and smoothing voltage output from smoothing part 220 and smoothing voltage output from smoothing part 220 An inverter 230 and a transformer 240 for adjusting the magnitude of the AC voltage output from the LC resonant inverter 230 is included.

여기서, PWM 컨버터(210)는 입력되는 상용전원(200)을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)하여 조절하기 때문에 입력전류가 정현파 형태로 제어되어 입력 역률(Pwer Factor)이 1로 제어되며, 입력되는 상용전원(200) 측에는 고조파 전류가 흐르지 않으며, 직류 평활전압은 소정의 범위 내에서 승압되어 일정하게 제어된다. Here, since the PWM converter 210 controls the input commercial power 200 by pulse width modulation, the input current is controlled in the form of a sine wave, so that the input power factor is controlled to 1, The harmonic current does not flow to the commercial power supply 200 side, and the DC smoothing voltage is stepped up within a predetermined range to be constantly controlled.

이러한 PWM 컨버터(210)를 사용하여 LC 공진형 인버터(230)를 제어하면, PWM 컨버터(210)의 출력전압, 즉, LC 공진형 인버터(230)의 입력전압을 종래기술에 따른 다이오드 정류기의 출력전압보다 높은 일정한 전압으로 제어할 수 있고, LC 공진형 인버터(230) 내 스위칭 소자의 듀티비(duty ratio)를 제어하여 LC 공진형 인버터(230)의 출력전압을 폭 넓게 제어할 수 있다.When the LC resonant inverter 230 is controlled using the PWM converter 210, the output voltage of the PWM converter 210, that is, the input voltage of the LC resonant inverter 230 is output from the diode rectifier according to the prior art. The output voltage of the LC resonant inverter 230 may be widely controlled by controlling a constant voltage higher than the voltage and controlling the duty ratio of the switching element in the LC resonant inverter 230.

이 때, 정상상태 시 LC 공진형 인버터의 출력전압이 최대치보다 소정범위 내에서 작은 값을 갖도록 제어함으로써 부하의 급작스런 증감에 대비하게 한다. 이를 위해 LC 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비는, 예를 들어, 대략 70 내지 80 퍼센트로 유지하게 할 수 있다. 더욱 바람직하게는, LC 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비는, 74 내지 76 퍼센트로 유지하게 할 수 있다. 더욱 바람직하게는, LC 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비는, 75 퍼센트로 유지하게 할 수 있다. 이는 위와 같은 소정의 듀티비를 갖도록 하는 평활전압(직류전압)의 크기를 산출하고, PWM 컨버터(210)의 출력전압이 이 값을 가지도록 제어함으로써 달성된다.At this time, by controlling the output voltage of the LC resonant inverter in a steady state less than the maximum value within a predetermined range to prepare for sudden increase or decrease of the load. For this purpose, the duty ratio of the switching elements in the LC resonant inverter can be maintained at, for example, approximately 70 to 80 percent. More preferably, the duty ratio of the switching elements in the LC resonant inverter can be maintained at 74 to 76 percent. More preferably, the duty ratio of the switching elements in the LC resonant inverter can be maintained at 75 percent. This is achieved by calculating the magnitude of the smoothing voltage (direct current voltage) to have the predetermined duty ratio as described above, and controlling the output voltage of the PWM converter 210 to have this value.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Various modifications and variations are possible, of course, within the scope of equivalents of the claims to be described.

본 발명에 따르면, 과도상태 시 인버터의 듀티비를 조절하기가 여유롭고 용이하여 부하 변동에 속응성 있는 제어가 가능하여 시스템이 안정적으로 동작할 수 있다는 유리하고도 현저한 효과가 있다. 또한, 인버터의 동작주파수를 변경시키더라도 리액터의 탭을 직접 조정할 필요가 없다는 효과가 있다. According to the present invention, it is easy and easy to adjust the duty ratio of the inverter in the transient state is possible to control in response to the load fluctuation has an advantageous and remarkable effect that the system can operate stably. In addition, even if the operating frequency of the inverter is changed, there is an effect that it is not necessary to adjust the tap of the reactor directly.

Claims (6)

외부에서 인가되는 상용 교류 전원을 펄스 폭 변조하여 출력하기 위한 PWM 컨버터;PWM converter for outputting the pulse width modulated commercial AC power applied from the outside; 상기 PWM 컨버터로부터 출력되는 정류전압을 평활화시키기 위한 평활부;A smoothing unit for smoothing the rectified voltage output from the PWM converter; 상기 평활부로부터 출력되는 평활전압을 공진 및 스위칭소자의 온오프되는 스위칭 시간을 제어하여 제1 교류전압을 출력하기 위한 공진형 인버터; 및A resonant inverter for outputting a first AC voltage by controlling a smoothing voltage output from the smoothing unit and controlling a switching time of switching on and off of the switching device; And 상기 공진형 인버터로부터 출력되는 교류전압의 크기를 조절하기 위한 변압부Transformer for adjusting the magnitude of the AC voltage output from the resonant inverter 를 포함하는 플라즈마 발생기용 전원 장치.Power supply for plasma generator comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 PWM 컨버터는 상기 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비가 대략 70 내지 80 퍼센트가 되도록 제어되는 플라즈마 발생기용 전원 장치.The PWM converter is controlled such that the duty ratio of the switching elements in the resonant inverter is approximately 70 to 80 percent. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 PWM 컨버터는 상기 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비가 대략 74 내지 76 퍼센트가 되도록 제어되는 플라즈마 발생기용 전원 장치.The PWM converter is controlled such that the duty ratio of the switching elements in the resonant inverter is approximately 74 to 76 percent. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 PWM 컨버터는 상기 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비가 75 퍼센트가 되도록 제어되는 플라즈마 발생기용 전원 장치.And the PWM converter is controlled such that the duty ratio of the switching element in the resonant inverter is 75 percent. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 PWM 컨버터는 역률 1로 제어되는 플라즈마 발생기용 전원 장치.The PWM converter is a power supply for a plasma generator that is controlled at a power factor of 1. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 부하 변동시 상기 공진형 인버터 내 스위칭 소자의 듀티비를 일정하게 유지하면서도, 상기 PWM 컨버터의 출력 전압을 증감시킬 수 있는 플라즈마 발생기용 전원 장치.And a power generator for the plasma generator capable of increasing or decreasing the output voltage of the PWM converter while maintaining a constant duty ratio of the switching elements in the resonant inverter during load fluctuations.
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Cited By (4)

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