KR102752880B1 - High-voltage generator with status monitoring and flexible output control - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기에 관한 것으로, 이는 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부; 상기 펄스 신호를 기 설정된 전압으로 승압시키는 변압기; 상기 변압기의 출력단 일측에 연결된 부유 접지 회로; 상기 변압기의 출력단 타측과 상기 부유 접지 회로 사이에 다단 연결된 두개의 체배 회로를 통해 변압기 승압 전압의 + 구간 또는 - 구간을 전압 체배하여 양극에 제공하는 두개의 전압 체배기; 상기 전압 체배기 각각의 첫번째단 전압 체배기의 출력 전압에 기반하여 양극 전압 또는 음극 전압을 각각 센싱하는 두개의 전압 센싱부; 상기 전압 체배기 각각의 마지막단 전압 체배기의 출력 전류에 기반하여 양극 전류 또는 음극 전류를 각각 센싱하는 두개의 전류 센싱부; 및 전압 및 전류 센싱 결과를 수신 및 분석하여 전압 체배 상태를 확인하고, 전압 체배 상태에 따라 상기 펄스 발생부를 동작 제어하는 마이크로 컨트롤러를 포함한다. The present invention relates to a high-voltage generator capable of state monitoring and flexible output control, comprising: a pulse generator for generating a pulse signal; a transformer for boosting the pulse signal to a preset voltage; a floating ground circuit connected to one side of an output terminal of the transformer; two voltage multipliers for voltage-multiplying a + section or a - section of a transformer boosted voltage and providing it to an anode through two multiplication circuits connected in multiple stages between the other side of the output terminal of the transformer and the floating ground circuit; two voltage sensing units for sensing a positive voltage or a negative voltage, respectively, based on an output voltage of a first-stage voltage multiplier of each of the voltage multipliers; two current sensing units for sensing a positive current or a negative current, respectively, based on an output current of a last-stage voltage multiplier of each of the voltage multipliers; and a microcontroller for receiving and analyzing voltage and current sensing results to check a voltage multiplication state, and controlling an operation of the pulse generators according to the voltage multiplication state.
Description
본 발명은 이온 발생을 위한 고전압 발생기에 관한 것으로, 특히 고전압 출력 상태를 감시하고 유연하게 제어할 수 있도록 하는 고전압 발생기에 관한 것이다.The present invention relates to a high voltage generator for ion generation, and more particularly, to a high voltage generator capable of monitoring and flexibly controlling a high voltage output state.
이온 발생기는 전기를 사용하여 이온을 생성하고 이를 다양한 용도로 활용하는 장치이다. 이때, 이온이란 전기적으로 충전된 원자나 분자를 말한다. An ion generator is a device that uses electricity to generate ions and utilizes them for various purposes. Here, ions refer to electrically charged atoms or molecules.
이러한 이온 발생기는 물질에 대한 전기적 충격을 통해 중성인 원자나 분자에서 전자를 빼내거나 추가하여 이온을 생성한다. 예를 들어, 고전압을 가하여 가스 분자에 충분한 에너지를 주면, 그 분자는 전자를 잃고 양이온이 될 수 있다. 반대로, 전자가 분자에 첨가된다면 음이온을 형성하게 된다.These ion generators create ions by removing or adding electrons from neutral atoms or molecules through an electrical shock to the substance. For example, if a high voltage is applied to a gas molecule to give it enough energy, the molecule can lose electrons and become a positive ion. Conversely, if an electron is added to the molecule, it forms a negative ion.
이에 이온 발생기는 고전압 발생기를 이용하여 이온 발생에 필요한 고전압을 제공받도록 하며, 고전압 발생기는 미국등록특허 제4,729,057호에서는 도 1과 같이 전압 체배기(28,29) 등을 이용하여 이온 발생에 이용될 고전압을 생성 및 공급하도록 한다. Accordingly, the ion generator uses a high voltage generator to provide the high voltage required for ion generation, and in U.S. Patent No. 4,729,057, the high voltage generator uses a voltage multiplier (28, 29) as shown in Fig. 1 to generate and supply the high voltage used for ion generation.
다만, 도 1의 고전압 발생기는 고전압의 출력 전류 및 전압을 계측하는 수단을 구비하지 못해, 사용자가 수동으로 직접 양극 전압과 음극 전압의 출력 비율을 제어해야 하는 번거로움이 있었다. However, the high-voltage generator of Fig. 1 does not have a means for measuring the output current and voltage of high voltage, so there was the inconvenience of having to manually control the output ratio of the positive and negative voltages by the user.
특히, 고전압 발생기는 출력은 고전압에서 전류계측의 센싱 수단의 구현이 어렵고 비용이 증가하는 문제가 있었다. In particular, high-voltage generators have the problem that it is difficult to implement a sensing means for current measurement at high voltage output and that the cost increases.
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 고전압 발생 상태를 실시간 감시하고, 이를 반영하여 고전압 출력을 유연하게 제어할 수 있도록 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기를 제공하고자 한다. Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides a high voltage generator capable of status monitoring and flexible output control, which monitors the high voltage generation status in real time and flexibly controls the high voltage output by reflecting the status.
그리고 전압 체배기가 부유 접지를 유지하여 보다 효율적으로 증폭할 수 있도록 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기를 제공하고자 한다. And it is intended to provide a high voltage generator with condition monitoring and flexible output control so that the voltage multiplier can maintain floating ground to amplify more efficiently.
또한 양극과 음극의 출력 전압을 불균형 출력 제어할 수 있도록 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기를 제공하고자 한다. In addition, it is intended to provide a high-voltage generator capable of condition monitoring and flexible output control to enable unbalanced output control of the positive and negative output voltages.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purpose of the present invention is not limited to the purposes mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부; 상기 펄스 신호를 기 설정된 전압으로 승압시키는 변압기; 상기 변압기의 출력단 일측에 연결된 부유 접지 회로; 상기 변압기의 출력단 타측과 상기 부유 접지 회로 사이에 다단 연결된 두개의 체배 회로를 통해 변압기 승압 전압의 + 구간 또는 - 구간을 전압 체배하여 양극에 제공하는 두개의 전압 체배기; 상기 전압 체배기 각각의 첫번째단 전압 체배기의 출력 전압에 기반하여 양극 전압 또는 음극 전압을 각각 센싱하는 두개의 전압 센싱부; 상기 전압 체배기 각각의 마지막단 전압 체배기의 출력 전류에 기반하여 양극 전류 또는 음극 전류를 각각 센싱하는 두개의 전류 센싱부; 및 전압 및 전류 센싱 결과를 수신 및 분석하여 전압 체배 상태를 확인하고, 전압 체배 상태에 따라 상기 펄스 발생부를 동작 제어하는 마이크로 컨트롤러를 포함하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기를 제공한다.As a means for solving the above problem, according to one embodiment of the present invention, a high voltage generator capable of state monitoring and flexible output control is provided, including: a pulse generator for generating a pulse signal; a transformer for boosting the pulse signal to a preset voltage; a floating ground circuit connected to one side of an output terminal of the transformer; two voltage multipliers for voltage-multiplying a + section or a - section of a transformer boosted voltage and providing it to the positive electrode through two multiplication circuits connected in multiple stages between the other side of the output terminal of the transformer and the floating ground circuit; two voltage sensing units for sensing a positive voltage or a negative voltage, respectively, based on the output voltage of the first-stage voltage multiplier of each of the voltage multipliers; two current sensing units for sensing a positive current or a negative current, respectively, based on the output current of the last-stage voltage multiplier of each of the voltage multipliers; and a microcontroller for receiving and analyzing voltage and current sensing results to check a voltage multiplication state and controlling operation of the pulse generator according to the voltage multiplication state.
상기 전압 센싱부 각각은 첫번째단 전압 체배기의 출력단에 연결되어, 상기 첫번째단 전압 체배기의 출력 전압을 기 설정된 저항 비율에 따라 전압 분배시키는 저항 분배 회로; 및 상기 저항 분배 회로에 의해 전압 강하된 전압을 센싱하여, 고전압 출력 전압을 확인하는 전압 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다. Each of the above voltage sensing units is characterized by including a resistance distribution circuit that is connected to the output terminal of the first-stage voltage multiplier and divides the output voltage of the first-stage voltage multiplier according to a preset resistance ratio; and a voltage sensor that senses the voltage dropped by the resistance distribution circuit and confirms the high-voltage output voltage.
상기 전류 센싱부 각각은 마지막단 전압 체배기의 출력단에 연결되어, 상기 마지막단 전압 체배기의 출력 전류에 따라 발광 세기를 가변하는 발광 소자; 상기 발광 소자에 의해 발광되는 광을 수광하는 수광 소자; 및 상기 수광 소자의 광 수광량을 센싱하여 고전압 출력 전류를 확인하는 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다. Each of the above current sensing units is characterized by including a light emitting element that is connected to an output terminal of a final-stage voltage multiplier and varies light emission intensity according to the output current of the final-stage voltage multiplier; a light receiving element that receives light emitted by the light emitting element; and a current sensor that senses the amount of light received by the light receiving element to check the high-voltage output current.
상기 펄스 발생부는 트랜지스터 스위칭 방식으로 펄스 신호의 + 구간과 - 구간의 비율을 독립적으로 조절할 수 있는 H-브릿지 드라이빙 회로로 구현되는 것을 특징으로 한다. The above pulse generator is characterized by being implemented with an H-bridge driving circuit capable of independently controlling the ratio of the + and - sections of a pulse signal using a transistor switching method.
상기 부유 접지 회로는 상기 변압기의 출력단 일측과 접지 사이에 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다. The above floating ground circuit is characterized by including a capacitor connected between one side of the output terminal of the transformer and ground.
상기 고전압 발생기는 상기 변압기의 출력단 타측과 접지 사이에 연결된 다이오드와 저항을 통해 양극 전압 체배기와 음극 전압 체배기의 출력 전압 불균형을 제어하기 위한 전류를 인입시키는 전류 인입 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The above high voltage generator is characterized by further including a current induction circuit that induces current for controlling the output voltage imbalance of the positive voltage multiplier and the negative voltage multiplier through a diode and a resistor connected between the other side of the output terminal of the transformer and ground.
상기 마이크로 컨트롤러는 사전 정의된 과전류 검출 기준에 따라 전류 센싱 결과를 분석하여 과전류 발생 여부를 확인하고, 과전류 발생시에는 고전압 발생 동작을 일시 중지시키거나, 리셋 후 재가동시키는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The above microcontroller is characterized by further including a function of analyzing the current sensing result according to predefined overcurrent detection criteria to determine whether an overcurrent has occurred, and, when an overcurrent has occurred, temporarily suspending a high voltage generation operation or resuming operation after a reset.
상기 마이크로 컨트롤러는 재가동 횟수가 기 설정 횟수를 초과하면, 고전압 발생 동작을 완전 중지시키는 안전기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The above microcontroller is further characterized by including a safety function that completely stops the high voltage generation operation if the number of restarts exceeds a preset number of times.
본 발명은 고전압 발생 상태를 실시간 감시하고, 이를 반영하여 고전압 출력을 유연하게 제어할 수 있도록 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능하도록 한다. The present invention enables state monitoring and flexible output control that monitors a high-voltage generation status in real time and flexibly controls a high-voltage output by reflecting the status.
그리고 전압 체배기에 부유 접지 회로를 연결하여, 보다 효율적으로 증폭할 수 있도록 한다. And by connecting a floating ground circuit to the voltage multiplier, it can be amplified more efficiently.
또한 양극과 음극의 출력 전압을 불균형 출력 제어하기 위한 전류를 추가로 인입할 수 있도록 함으로써, 보다 안정적인 동작을 보장할 수 있도록 한다. In addition, it ensures more stable operation by allowing additional current to be input to control the unbalanced output voltage of the positive and negative poles.
도 1은 종래의 기술에 따른 이온 발생을 위한 고전압 발생기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기를 도시한 도면이다. Figure 1 is a drawing illustrating a high-voltage generator for ion generation according to conventional technology.
FIG. 2 is a diagram illustrating a high-voltage generator capable of state monitoring and flexible output control according to one embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, preferred embodiments will be described in detail so that those with ordinary skill in the art can easily practice the present invention. However, when describing preferred embodiments of the present invention in detail, if it is determined that a specific description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts that perform similar functions and actions.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is said to be 'connected' to another part, this includes not only the case where it is 'directly connected' but also the case where it is 'indirectly connected' with another element in between. Also, 'including' a component means that it can include other components rather than excluding other components unless specifically stated otherwise.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기를 도시한 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating a high-voltage generator capable of state monitoring and flexible output control according to one embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회로는 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부(110), 상기 펄스 신호를 기 설정된 전압으로 승압시키는 변압기(120), 상기 변압기의 출력단 일측(n1)에 연결된 부유 접지 회로(130), 상기 변압기의 출력단 타측(n2)과 상기 부유 접지 회로 사이에 다단 연결된 두개의 체배 회로((411,412),(421,422))를 통해 변압기 승압 전압의 + 구간 또는 - 구간을 전압 체배하여 양극 또는 음극에 각각 제공하는 두개의 전압 체배기(141,142), 상기 전압 체배기(141,142) 각각의 첫번째단 전압 체배기(411,421)의 출력 전압에 기반하여 양극 전압 또는 음극 전압을 각각 센싱하는 두개의 전압 센싱부(151,152), 상기 전압 체배기(141,142) 각각의 마지막단 전압 체배기(412,422)의 출력 전류에 기반하여 양극 전류 또는 음극 전류를 각각 센싱하는 두개의 전류 센싱부(161,162), 및 전압 및 전류 센싱 결과를 수신 및 분석하여 전압 체배 상태를 확인하고, 전압 체배 상태에 따라 상기 펄스 발생부(110)를 동작 제어하는 마이크로 컨트롤러(170) 등을 포함한다. As illustrated in FIG. 2, the circuit of the present invention comprises: a pulse generator (110) that generates a pulse signal, a transformer (120) that boosts the pulse signal to a preset voltage, a floating ground circuit (130) connected to one side (n1) of an output terminal of the transformer, two voltage multipliers (141, 142) that multiply the + section or - section of the transformer boost voltage and provide it to the positive or negative pole, respectively, through two multiplier circuits ((411, 412), (421, 422)) that are connected in multiple stages between the other side (n2) of the output terminal of the transformer and the floating ground circuit, two voltage sensing units (151, 152) that sense the positive voltage or the negative voltage, respectively, based on the output voltage of the first-stage voltage multiplier (411, 421) of each of the voltage multipliers (141, 142), and a positive voltage or a negative voltage based on the output current of the last-stage voltage multiplier (412, 422) of each of the voltage multipliers (141, 142). It includes two current sensing units (161, 162) that sense current or negative current, respectively, and a microcontroller (170) that receives and analyzes voltage and current sensing results to check the voltage multiplication status and controls the operation of the pulse generating unit (110) according to the voltage multiplication status.
더하여, 부유 접지 회로(130)는 변압기(120)의 출력단 일측(n1)과 접지 사이에 연결된 커패시터(Cgnd)로 구현될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. In addition, the floating ground circuit (130) may be implemented with a capacitor (Cgnd) connected between one side (n1) of the output terminal of the transformer (120) and the ground, but is not limited thereto.
체배 회로(411,412,421,422) 각각은 변압기(120)의 출력단 일측(n1)에 일측이 연결된 정방향(또는 역방향) 다이오드(D1), 정방향(또는 역방향) 다이오드(D1)의 타측에 일측에 연결된 역방향(또는 정방향) 다이오드(D2), 정방향(또는 역방향) 다이오드(D1)의 타측과 부변압기(120)의 출력단 타측(n2)(또는 전단 체배 회로의 출력단 타측) 사이에 연결된 제1 캐패시터(C1), 정방향(또는 역방향) 다이오드(D1)의 일측과 역방향(또는 정방향) 다이오드(D2)의 타측 사이에 연결된 제2 캐패시터(C2)로 구현될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. Each of the multiplication circuits (411, 412, 421, 422) may be implemented with a forward (or reverse) diode (D1) having one side connected to one side (n1) of the output terminal of the transformer (120), a reverse (or forward) diode (D2) having one side connected to the other side of the forward (or reverse) diode (D1), a first capacitor (C1) connected between the other side of the forward (or reverse) diode (D1) and the other side (n2) of the output terminal of the sub-transformer (120) (or the other side of the output terminal of the previous multiplication circuit), and a second capacitor (C2) connected between one side of the forward (or reverse) diode (D1) and the other side of the reverse (or forward) diode (D2), but is not necessarily limited thereto.
전압 센싱부(151 또는 152)는 첫번째단 전압 체배기(411,421)의 출력단에 연결되어, 상기 첫번째단 전압 체배기(411,421)의 출력 전압을 기 설정된 저항 비율에 따라 전압 분배시키는 저항 분배 회로(R1,R2), 저항 분배 회로(R1,R2)에 의해 전압 강하된 전압을 센싱하여, 고전압 출력 전압을 확인하는 전압 센서(Svol)로 구현될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. The voltage sensing unit (151 or 152) may be implemented as a voltage sensor (Svol) that is connected to the output terminal of the first-stage voltage multiplier (411, 421), divides the output voltage of the first-stage voltage multiplier (411, 421) according to a preset resistance ratio, and senses the voltage dropped by the resistance multiplier circuit (R1, R2) to check the high-voltage output voltage, but is not necessarily limited thereto.
전류 센싱부(161 또는 162)는 마지막단 전압 체배기(412,422)의 출력단에 연결되어, 마지막단 전압 체배기(412,422)의 출력 전류에 따라 발광 세기를 가변하는 발광 소자(PD), 발광 소자(Photodiode)에 의해 발광되는 광을 수광하는 수광 소자(PT), 수광 소자(PT)의 광 수광량을 센싱하여 고전압 출력 전류를 확인하는 전류 센서(Scur) 등을 포함하여 구현될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. The current sensing unit (161 or 162) is connected to the output terminal of the final-stage voltage multiplier (412, 422) and may be implemented to include a light-emitting element (PD) that varies the light emission intensity according to the output current of the final-stage voltage multiplier (412, 422), a light-receiving element (PT) that receives light emitted by the light-emitting element (Photodiode), and a current sensor (Scur) that senses the amount of light received by the light-receiving element (PT) to check the high-voltage output current, but need not be limited thereto.
이하, 본 발명의 고전압 발생기의 동작 방법을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the operating method of the high voltage generator of the present invention is described as follows.
먼저, 펄스 발생부(110)는 고전압의 펄스 신호를 생성한다. First, the pulse generator (110) generates a high voltage pulse signal.
참고로, 본 발명의 펄스 발생부(110)는 H-브릿지 드라이빙 회로로 구현되어, 마이크로 컨트롤러(170)의 제어하에 트랜지스터 스위칭 방식으로 펄스 신호의 + 구간과 - 구간의 비율을 독립적으로 조절할 수 있도록 한다. For reference, the pulse generator (110) of the present invention is implemented as an H-bridge driving circuit, so that the ratio of the + and - sections of the pulse signal can be independently adjusted by a transistor switching method under the control of a microcontroller (170).
변압기(120)는 펄스 발생부(110)의 펄스 신호가 1차측으로 인가되면, 1차측과 2차측의 권선비에 따라 펄스 신호를 기 설정된 전압으로 승압시킨 후 2차측으로 출력한다. When a pulse signal from a pulse generator (110) is applied to the primary side of the transformer (120), the transformer boosts the pulse signal to a preset voltage according to the turns ratio of the primary side and the secondary side and then outputs the pulse signal to the secondary side.
다만, 본 발명은 변압기(120)의 변압기(120)의 출력단 일측(n1)에 부유 접지 회로(130)를 연결시켜 변압기(120)의 출력단 일측(n1)에 연결되는 두 개의 전압 체배기(141, 142)가 부유 접지 상태(floating ground)를 유지하고, 이에 따라 보다 효율적인 증폭이 가능한 상태가 되도록 한다. However, the present invention connects a floating ground circuit (130) to one side (n1) of the output terminal of the transformer (120) so that two voltage multipliers (141, 142) connected to one side (n1) of the output terminal of the transformer (120) maintain a floating ground state, thereby enabling more efficient amplification.
그러면 양극 전압 체배기(141)는 다수의 체배 회로(411,412)를 통해 변압기(120)의 츨력 전압의 + 구간을 전압 체배시켜 양극에 제공하고, 음극 전압 체배기(142)는 다수의 체배 회로(421,422)를 통해 변압기(120)의 츨력 전압의 - 구간을 전압 체배시켜 음극에 제공한다. Then, the positive voltage multiplier (141) voltage-multiplies the + section of the output voltage of the transformer (120) through a plurality of multiplication circuits (411, 412) and provides it to the positive electrode, and the negative voltage multiplier (142) voltage-multiplies the - section of the output voltage of the transformer (120) through a plurality of multiplication circuits (421, 422) and provides it to the negative electrode.
그리고 양극 전압 센싱부(151)는 양극 전압 체배기(141)의 첫번째단 전압 체배기(411)의 출력 전압에 기반하여 양극 전압을 센싱하고, 음극 전압 센싱부(152)는 음극 전압 체배기(142)의 첫번째단 전압 체배기(421)의 출력 전압에 기반하여 음극 전압을 센싱한다. And the positive voltage sensing unit (151) senses the positive voltage based on the output voltage of the first-stage voltage multiplier (411) of the positive voltage multiplier (141), and the negative voltage sensing unit (152) senses the negative voltage based on the output voltage of the first-stage voltage multiplier (421) of the negative voltage multiplier (142).
즉, 본 발명에서는 전압이 높아질수록 측정이 어려워짐을 고려하여, 가장 낮은 값을 가지는 첫번째단 전압 체배기의 출력 전압을 이용하여 전압 측정 동작을 수행함으로써, 고전압 측정의 어려움이 최소화될 수 있도록 한다. That is, in the present invention, considering that measurement becomes more difficult as the voltage increases, the voltage measurement operation is performed using the output voltage of the first-stage voltage multiplier having the lowest value, thereby minimizing the difficulty of high-voltage measurement.
한편, 양극 전류 센싱부(161)는 양극 전압 체배기(141)의 마지막단 전압 체배기(412)의 출력 전류에 기반하여 양극 전류를 센싱하고, 음극 전류 센싱부(162)는 음극 전압 체배기(142)의 마지막단 전압 체배기(422)의 출력 전류에 기반하여 음극 전류를 센싱한다. Meanwhile, the positive current sensing unit (161) senses the positive current based on the output current of the last-stage voltage multiplier (412) of the positive voltage multiplier (141), and the negative current sensing unit (162) senses the negative current based on the output current of the last-stage voltage multiplier (422) of the negative voltage multiplier (142).
특히, 본 발명에서는 발광 소자(PD)와 수광 소자(PT)를 통해 광학적 절연 환경을 구성하고, 이를 통해 고전압 출력의 소모 전류를 안전하고 신뢰성있게 계측할 수 있도록 한다. In particular, the present invention configures an optical isolation environment through a light-emitting element (PD) and a light-receiving element (PT), thereby enabling safe and reliable measurement of current consumption of a high-voltage output.
마지막으로 마이크로 컨트롤러(170)는 전압 센싱부(151,152)와 전류 센싱부(161,162)를 통해 전압 및 전류 센싱 결과에 기반하여 현재의 전압 체배 상태를 확인한다. 그리고 전압 체배 상태를 기 설정된 목표 상태와 비교한 후, 비교 결과에 따라 펄스 발생부(110)를 통해 펄스 신호의 진폭, 듀티 폭 등을 유연하게 제어하여, 전압 체배 상태가 기 설정된 목표 상태를 추종할 수 있도록 한다. Finally, the microcontroller (170) checks the current voltage multiplication state based on the voltage and current sensing results through the voltage sensing unit (151, 152) and the current sensing unit (161, 162). Then, the voltage multiplication state is compared with a preset target state, and the pulse signal amplitude, duty width, etc. are flexibly controlled through the pulse generating unit (110) according to the comparison result, so that the voltage multiplication state can follow the preset target state.
계측된 출력전압(151, 152)과 설정된 출력전압의 오차에 비례하여 펄스 발생기(110)의 출력 듀티비를 되먹임 제어를 하여 안정적이면서 조절이 가능한 고전압 발생기를 제어한다. 되먹임 제어는 통상적인 PI제어 알고리즘과 듀티비와 출력전류의 민감도를 기반으로 한 학습비례제어 방식을 통해 구현될 수 있다. 출력전압의 설정은 사용자가 가변저항 혹은 통신으로 세팅이 가능하다. 고전압 출력전류(181, 182)와 변압기(120)의 1차측 전류를 게측하고 정상적인 상태값을 저장하여 정상값에서 전류값이 크게 벗어나고 변화의 폭이 빠른 경우에 전류누설에 의한 이상상태로 판단한다. 마이크로 컨트롤러(170)는 상기의 과전류 검출 기준에 따라서, 실시간 분석하여 과전류 발생 여부를 확인한다. 그리고 과전류 발생시에는 고전압 발생 동작을 일시 중지시키거나, 리셋 후 재가동시키도록 함으로써 화재 발생 가능성을 최소화시킨다. The output duty ratio of the pulse generator (110) is feedback-controlled in proportion to the error between the measured output voltage (151, 152) and the set output voltage to control the high-voltage generator in a stable and adjustable manner. The feedback control can be implemented through a conventional PI control algorithm and a learning proportional control method based on the sensitivity of the duty ratio and output current. The output voltage can be set by the user using a variable resistor or communication. The high-voltage output current (181, 182) and the primary current of the transformer (120) are measured and the normal state value is stored. If the current value deviates significantly from the normal value and the range of change is rapid, it is judged to be an abnormal state due to current leakage. The microcontroller (170) analyzes in real time according to the above-mentioned overcurrent detection criteria to check whether an overcurrent has occurred. In addition, when an overcurrent has occurred, the high-voltage generation operation is temporarily suspended or reset and then restarted, thereby minimizing the possibility of fire.
또한 재가동 횟수가 기 설정 횟수(예를 들어, 3회)를 초과하면, 안전을 위해 고전압 발생 동작을 완전 중지하고, 이상 발생을 사용자 통보하도록 한다. In addition, if the number of restarts exceeds the preset number (e.g., 3 times), the high-voltage generation operation is completely stopped for safety reasons and the user is notified of the abnormality.
더하여, 본 발명은 양극 전압 체배기(141)와 음극 전압 체배기(142)의 출력 전압 불균형을 제어하기 위한 전류를 추가로 인입시키는 전류 인입 회로(180)를 더 구비할 수도 있도록 한다. In addition, the present invention may further include a current introduction circuit (180) that additionally introduces current to control the output voltage imbalance of the positive voltage multiplier (141) and the negative voltage multiplier (142).
이때, 전류 인입 회로(180)는 변압기(120)의 출력단 타측(n2)과 접지 사이에 연결된 다이오드(D)와 저항(R)로 구현될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. At this time, the current inlet circuit (180) may be implemented with a diode (D) and a resistor (R) connected between the other side (n2) of the output terminal of the transformer (120) and the ground, but is not limited thereto.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Furthermore, such modifications should not be individually understood from the technical idea or prospect of the present invention.
Claims (8)
상기 펄스 신호를 기 설정된 전압으로 승압시키는 변압기;
상기 변압기의 출력단 일측에 연결된 부유 접지 회로;
상기 변압기의 출력단 타측과 상기 부유 접지 회로 사이에 다단 연결된 두개의 체배 회로를 통해 변압기 승압 전압의 + 구간 또는 - 구간을 전압 체배하여 양극에 제공하는 두개의 전압 체배기;
상기 전압 체배기 각각의 첫번째단 전압 체배기의 출력 전압에 기반하여 양극 전압 또는 음극 전압을 각각 센싱하는 두개의 전압 센싱부;
상기 전압 체배기 각각의 마지막단 전압 체배기의 출력 전류에 기반하여 양극 전류 또는 음극 전류를 각각 센싱하는 두개의 전류 센싱부; 및
전압 및 전류 센싱 결과를 수신 및 분석하여 전압 체배 상태를 확인하고, 전압 체배 상태에 따라 상기 펄스 발생부를 동작 제어하는 마이크로 컨트롤러를 포함하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기.A pulse generator that generates a pulse signal;
A transformer that steps up the pulse signal to a preset voltage;
A floating ground circuit connected to one side of the output terminal of the above transformer;
Two voltage multipliers that multiply the + section or - section of the transformer boost voltage and provide it to the anode through two multiplier circuits connected in multiple stages between the other side of the output terminal of the transformer and the floating ground circuit;
Two voltage sensing units each sensing a positive voltage or a negative voltage based on the output voltage of the first stage voltage multiplier of each of the above voltage multipliers;
Two current sensing units each sensing positive current or negative current based on the output current of the last voltage multiplier of each of the above voltage multipliers; and
A high voltage generator capable of status monitoring and flexible output control, including a microcontroller that receives and analyzes voltage and current sensing results to check a voltage multiplication status and controls the operation of the pulse generator according to the voltage multiplication status.
첫번째단 전압 체배기의 출력단에 연결되어, 상기 첫번째단 전압 체배기의 출력 전압을 기 설정된 저항 비율에 따라 전압 분배시키는 저항 분배 회로; 및
상기 저항 분배 회로에 의해 전압 강하된 전압을 센싱하여, 고전압 출력 전압을 확인하는 전압 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기.In the first paragraph, each of the voltage sensing units
A resistance distribution circuit connected to the output terminal of the first-stage voltage multiplier and dividing the output voltage of the first-stage voltage multiplier according to a preset resistance ratio; and
A high-voltage generator capable of condition monitoring and flexible output control, characterized by including a voltage sensor that senses a voltage dropped by the above resistance distribution circuit and confirms a high-voltage output voltage.
마지막단 전압 체배기의 출력단에 연결되어, 상기 마지막단 전압 체배기의 출력 전류에 따라 발광 세기를 가변하는 발광 소자;
상기 발광 소자에 의해 발광되는 광을 수광하는 수광 소자; 및
상기 수광 소자의 광 수광량을 센싱하여 고전압 출력 전류를 확인하는 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기.In the first paragraph, each of the current sensing units
A light-emitting element connected to the output terminal of a final-stage voltage multiplier and having a light-emitting intensity that varies according to the output current of the final-stage voltage multiplier;
A light-receiving element that receives light emitted by the light-emitting element; and
A high-voltage generator capable of status monitoring and flexible output control, characterized by including a current sensor that senses the amount of light received by the photodetector and checks the high-voltage output current.
트랜지스터 스위칭 방식으로 펄스 신호의 + 구간과 - 구간의 비율을 독립적으로 조절할 수 있는 H-브릿지 드라이빙 회로로 구현되는 것을 특징으로 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기.In the first paragraph, the pulse generating unit
A high-voltage generator capable of state monitoring and flexible output control, characterized by being implemented with an H-bridge driving circuit capable of independently controlling the ratio of the + and - sections of a pulse signal by a transistor switching method.
상기 변압기의 출력단 일측과 접지 사이에 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기.In the first paragraph, the floating ground circuit
A high voltage generator capable of condition monitoring and flexible output control, characterized by including a capacitor connected between one side of the output terminal of the above transformer and ground.
상기 변압기의 출력단 타측과 접지 사이에 연결된 다이오드와 저항을 통해 양극 전압 체배기와 음극 전압 체배기의 출력 전압 불균형을 제어하기 위한 전류를 인입시키는 전류 인입 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기.In the first paragraph,
A high voltage generator capable of condition monitoring and flexible output control, characterized in that it further includes a current induction circuit that induces current to control the output voltage imbalance of the positive voltage multiplier and the negative voltage multiplier through a diode and a resistor connected between the other side of the output terminal of the transformer and ground.
사전 정의된 과전류 검출 기준에 따라 전류 센싱 결과를 분석하여 과전류 발생 여부를 확인하고, 과전류 발생시에는 고전압 발생 동작을 일시 중지시키거나, 리셋 후 재가동시키는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기.In the first paragraph, the microcontroller
A high-voltage generator capable of status monitoring and flexible output control, characterized by further including a function of analyzing current sensing results according to predefined overcurrent detection criteria to determine whether an overcurrent has occurred, and temporarily suspending high-voltage generation operation or resuming operation after reset when an overcurrent has occurred.
재가동 횟수가 기 설정 횟수를 초과하면, 고전압 발생 동작을 완전 중지시키는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상태 감시와 출력 유연 제어가 가능한 고전압 발생기.In the seventh paragraph, the microcontroller
A high voltage generator capable of condition monitoring and flexible output control, further comprising a function for completely stopping high voltage generation operation when the number of restarts exceeds a preset number of times.
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