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1
서로 직렬로 연결된 반도체 스위치 및 충전 커패시터, 상기 반도체 스위치의 구동을 위한 파워 스위치 드라이버, 상기 반도체 스위치의 양단에 연결된 바이패스 다이오드 및 상기 충전 커패시터의 양단에 연결된 정류 다이오드를 가지는 파워 셀들이 상기 반도체 스위치 간 직렬로 연결되어 이루어진 복수개의 파워 스테이지와;상기 충전 커패시터의 충전을 위한 전원을 공급하는 파워 인버터와;고압 절연 케이블로서 상기 파워 인버터로부터 상기 각 파워 스테이지의 각 파워 셀 내 정류 다이오드에 전원이 공급되도록 하는 파워 루프와;상기 반도체 스위치의 게이트 신호 및 게이트 전원을 발생시키기 위한 제어신호를 제공하는 컨트롤 인버터와;고압 절연 케이블로서 상기 컨트롤 인버터로부터 상기 각 파워 스테이지의 각 파워 셀 내 파워 스위치 드라이버에 제어신호가 공급되도록 하는 컨트롤 루프;를 포함하여 구성되고, 전체 반도체 스위치가 직렬로 연결되도록 파워 스테이지 간에도 직렬로 연결되는 펄스전원장치
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| 2 |
2
청구항 1에 있어서, 상기 반도체 스위치는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)인 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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| 3 |
3
청구항 1에 있어서,상기 파워 스위치 드라이버는 상기 반도체 스위치의 게이트, 콜렉터, 에미터에 각각 연결되어, 상기 컨트롤 인버터가 제공하는 제어신호를 상기 컨트롤 루프를 통해 인가받아 그로부터 반도체 스위치의 구동을 위한 게이트 신호와 구동 전원을 동시에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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4
청구항 3에 있어서,상기 파워 스위치 드라이버는, 상기 컨트롤 루프를 통해 인가되는 컨트롤 인버터의 제어신호에 의해 충전되어, 그 충전된 전원을 반도체 스위치의 콜렉터에 구동 전원으로 제공하게 되는 커패시터와;상기 반도체 스위치의 게이트에 연결되어 컨트롤 루프를 통해 인가되는 컨트롤 인버터의 제어신호에 의해 온 되어서 상기 반도체 스위치를 온 시키기 위한 게이트 신호를 인가하게 되는 스위칭 소자와; 상기 커패시터와 스위칭 소자 사이, 상기 스위칭 소자와 반도체 스위치의 게이트, 콜렉터 및 에미터로 연결되는 연결단 사이에 설치되어, 상기 제어신호에 따라 상기 스위칭 소자를 온 시킴과 동시에 상기 커패시터에 충전된 전원이 반도체 스위치의 콜렉터에 인가되도록 하고, 온 상태로 유지되는 상기 스위칭 소자를 제어신호에 따라 오프시켜 반도체 스위치가 오프되도록 하며, 반도체 스위치의 양단에 단락 발생시에 상기 스위칭 소자가 오프되도록 하기 위한 다수개의 다이오드, 스위칭 소자 및 저항;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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5
청구항 1에 있어서,상기 파워 인버터는, 교류 전원으로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전원으로 변환한 뒤 그로부터 상기 충전 커패시터의 충전을 위한 전원을 공급하는 것으로, 상기 교류 전원에 연결되며 4개의 스위칭 소자로 이루어진 전형적인 인버터인 풀브릿지 인버터로 구성되되, 공진커패시터, 공진인덕터, 인버터 컨트롤러, 드라이버를 매개로 상기 인버터 컨트롤러에 의해 구동되는 4개의 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자와 역병렬로 연결되어 스위칭 소자의 오프상태에서 인덕턴스에 흐르는 전류가 환류할 수 있도록 하는 다이오드를 포함하여 구성되는 직렬공진형 인버터인 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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| 6 |
6
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,상기 컨트롤 인버터는, 교류 전원으로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전원으로 변환한 뒤 그로부터 각 파워 스위치 드라이버에 인가하기 위한 제어신호를 생성하는 것으로, 상기 교류 전원이 연결되며 4개의 스위칭 소자로 이루어진 전형적인 인버터인 풀브릿지 인버터로 구성되되, 타이밍 컨트롤러, 상기 제어신호가 생성되도록 드라이버를 매개로 상기 타이밍 컨트롤러에 의해 구동되는 4개의 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자와 역병렬로 연결되어 스위칭 소자의 오프상태에서 인덕턴스에 흐르는 전류가 환류할 수 있도록 하는 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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7
청구항 6에 있어서,상기 컨트롤 인버터는 상기 각 파워 스위치 드라이버에 인가되는 제어신호로서 양의 극성을 갖는 턴 온 신호와 음의 극성을 갖는 턴 오프 신호가 반복되는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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8
청구항 7에 있어서,상기 컨트롤 인버터는 파워 스위치 드라이버에 구성된 커패시터를 미리 충전하기 위한 턴 오프 신호와, 상기 파워 스위치 드라이버에서 반도체 스위치의 게이트에 연결된 스위칭 소자를 온 시키기 위한 턴 온 신호와, 상기 스위칭 소자를 오프시키기 위한 턴 오프 신호가 반복되는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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9
청구항 7에 있어서,상기 컨트롤 인버터는 타이밍 컨트롤러에 의해 상기 턴 온 신호와 턴 오프 신호의 출력을 제어할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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10
청구항 4에 있어서,상기 파워 스위치 드라이버는, 컨트롤 인버터가 출력하는 턴 온 신호를 입력받게 되면 반도체 스위치의 게이트에 연결된 상기 스위칭 소자가 온 되고, 컨트롤 인버터가 출력하는 턴 오프 신호를 입력받게 되면 상기 스위칭 소자가 오프되며, 상기 턴 온 신호 입력 후 스위칭 소자의 온 상태에서 상기 턴 오프 신호 입력시까지는 상기 스위칭 소자가 계속해서 온 상태를 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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11
청구항 10에 있어서,상기 파워 스위치 드라이버는,상기 스위칭 소자와 반도체 스위치의 콜렉터로 연결되는 연결단 사이에 설치되어, 상기 스위칭 소자 및 반도체 스위치가 상기 턴 오프 신호 입력시까지 계속해서 온 상태를 유지하도록 하면서, 상기 반도체 스위치에 단락전류가 흐르게 될 경우 반도체 스위치의 양단 전압강하 증가에 의해 역바이어스되어서 상기 스위칭 소자 및 반도체 스위치가 오프되도록 하는 다이오드가 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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12
청구항 1에 있어서, 서로 직렬로 연결된 상기 복수개의 파워 스테이지가 상하로 적층 배치되어 다단으로 설치되고, 각 파워 스테이지 단에서, 상기 파워 셀 내에 포함된 동수의 반도체 스위치를 각각 나누어 수용하고 있는 복수개의 반도체 스위치 모듈과, 상기 파워 셀 내에 포함된 파워 스위치 드라이브들과, 상기 파워 셀 내에 포함되면서 상기 반도체 스위치에 직렬로 연결된 충전 커패시터 및 상기 충전 커패시터의 양단에 연결된 정류 다이오드를 수용하고 있는 복수개의 스토리지 커패시터가 평면상의 사각공간 내에 배치되되, 상기 복수개의 반도체 스위치 모듈이 상기 평면상의 사각공간 내에서 코너 인근의 외곽에 위치되도록 전후 및 좌우로 소정 간격을 두고 분산 배치되고, 그 중앙부에 상기 파워 루프와 컨트롤 루프가 각각 구성하는 파워 변압기와 컨트롤 변압기가 배치되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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13
청구항 1 또는 청구항 12에 있어서,상기 파워 루프는 각 파워 스테이지에서 이를 구성하는 복수개의 파워 셀 내 정류 다이오드에 각각 연결된 권선들과 파워 변압기를 구성하고, 상기 파워 변압기를 통해 공급되는 파워 인버터의 전원에 의해 각 파워 스테이지의 파워 셀 내 충전 커패시터들이 병렬로 충전되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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14
청구항 13에 있어서,상기 파워 루프는 각 파워 스테이지에서 상기 복수개의 파워 셀 내 정류 다이오드에 각각 연결된 권선들과 단일 턴으로 상기 파워 변압기를 구성하는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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15
청구항 1 또는 청구항 12에 있어서,상기 컨트롤 루프는 각 파워 스테이지에서 이를 구성하는 복수개의 파워 셀 내 파워 스위치 드라이버에 각각 연결된 권선들과 컨트롤 변압기를 구성하고, 상기 파워 스위치 드라이버가, 파워 스테이지의 각 파워 셀 내에 인가되는 게이트 절연 전원으로서, 상기 컨트롤 변압기를 통해 공급되는 컨트롤 인버터의 제어신호를 인가받도록 된 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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16
청구항 15에 있어서,상기 컨트롤 루프는 각 파워 스테이지에서 상기 복수개의 파워 셀 내 파워 스위치 드라이버에 각각 연결된 권선들과 단일 턴으로 상기 컨트롤 변압기를 구성하는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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17
청구항 16에 있어서,상기 컨트롤 변압기는 각 파워 스테이지에서 상기 복수개의 파워 셀 내 파워 스위치 드라이버의 권선들이 감겨진 코어의 중심을 고압 절연 케이블로 구성된 컨트롤 루프가 단일 턴으로 관통하는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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18
청구항 12에 있어서,상기 각 파워 스테이지 단에서 상기 복수개의 파워 스위치 드라이브가, 상기 평면상의 사각공간 내에서 좌우로 배치된 상기 반도체 스위치 모듈 사이 공간에, 상기 파워 루프가 구성하는 파워 변압기와 상기 컨트롤 루프가 구성하는 컨트롤 변압기의 외곽 쪽으로 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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19
청구항 12에 있어서,상기 각 파워 스테이지 단에서 상기 복수개의 스토리지 커패시터가, 상기 평면상의 사각공간 내에서 전후로 배치된 상기 반도체 스위치 모듈 사이 공간에, 상기 파워 루프가 구성하는 파워 변압기와 상기 컨트롤 변압기가 구성하는 컨트롤 변압기의 외곽 쪽으로 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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20
청구항 12, 청구항 18 및 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,상기 파워 루프와 상기 컨트롤 루프는 각각 최상단 파워 스테이지의 상측에서 'U'자 형태로 벤딩되어 그 아래 나란한 두 부분이 상하 적층 배치된 복수개의 파워 스테이지 단을 차례로 통과하면서, 상기 컨트롤 루프의 상기 나란한 두 부분과 파워 스위치 드라이버에 연결된 권선들은 상기 컨트롤 변압기를 구성하고, 상기 파워 루프의 상기 나란한 두 부분과 스토리지 커패시터의 정류 다이오드에 연결된 권선들은 상기 파워 변압기를 구성하는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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청구항 20에 있어서,상기 파워 루프와 상기 컨트롤 루프는 루프 간 노이즈 발생 및 자속상 문제를 해결하기 위하여 90°각도로 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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청구항 20에 있어서,상기 컨트롤 루프는 나란한 두 부분 사이의 거리가 상기 파워 루프의 나란한 두 부분 사이의 거리에 비해 상대적으로 멀리 떨어지도록 설치되고, 각 파워 스테이지 단에서 상기 컨트롤 루프의 나란한 두 부분이 구성하는 상기 컨트롤 변압기가 평면상의 정중앙에, 상기 파워 루프의 나란한 두 부분이 구성하는 상기 파워 변압기가 상기 컨트롤 변압기의 양 측방으로는 배치되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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청구항 12에 있어서,상기 반도체 스위치 모듈의 외측면에 접촉되도록 방열판이 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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청구항 23에 있어서,상기 방열판은 'ㄱ'자 구조로 제작되고, 이러한 'ㄱ'자 구조의 방열판 4개가 차폐판 및 케이싱 역할을 함께 수행할 수 있도록 각 파워 스테이지의 코너부분을 포함한 외곽부분 전체를 둘러싸도록 횡 설치되는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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청구항 23 또는 청구항 24에 있어서,상기 방열판은 방열 특성이 우수한 알루미늄을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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청구항 12에 있어서,상하로 적층 배치된 상기 복수개의 파워 스테이지에서 상기 파워 루프가 구성하는 상, 하단 파워 스테이지의 파워 변압기 간에는 보상권선을 감극성이 되도록 연결하여 설치하는 것을 특징으로 하는 펄스전원장치
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