소개
커패시터 충전기는 다양한 전자 및 전기 광학 시스템에서 중요한 역할을 하며 고전압 커패시터를 효율적이고 안정적으로 충전하여 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 합니다. 커패시터 충전기는 레이저 시스템, 펄스 UV 장치 및 새롭게 부상하고 있는 자기 자극 치료의 새로운 의료 과학에서 고전압 커패시터를 충전하는 데 필수적인 구성 요소입니다. 이러한 전원 공급 장치는 고전압과 고전류의 엄격한 조건을 결합하므로 설계 및 구현이 전체 시스템의 신뢰성에 매우 중요합니다.
이 애플리케이션 노트 시리즈에서는 커패시터 충전기 및 관련 회로의 설계, 작동, 최적화에 대해 살펴봅니다. 커패시터 충전기 설계, 기본 충전 회로 및 펄스 고전압 회로에 사용되는 추가 구성 요소와 같은 주요 원리에 중점을 둡니다. 또한 전압 반전, 대형 커패시터 충전 및 열 관리와 같은 문제를 완화하기 위한 실용적인 솔루션도 논의됩니다. 필요에 따라 공식이 제공됩니다.
커패시터 충전기 설계
커패시터 충전기는 고전압 커패시터의 충전을 제어하기 위해 펄스 전원 애플리케이션에서 사용하기 위한 전류 소스로 특별히 설계되었습니다. 부하에 따라 출력 전류를 제어할 수 있도록 특정 출력 전압으로 설정할 수 있는 일반적인 전압 소스 전원 공급 장치와 달리 커패시터 충전기는 커패시터 전압이 최대 충전으로 상승할 때 미리 설정된 출력 전류를 갖습니다. 커패시터가 0 전압, 즉 단락에서 완전 충전으로 충전될 때 출력 전류를 제어하면 전원 공급 장치의 제어 및 보호 회로가 간소화됩니다. 전압 소스 전원 공급장치는 충전되지 않은 커패시터에 연결하면 단락 보호 기능이 출력 전압을 '폴드백'하기 때문에 커패시터를 쉽게 충전할 수 없습니다. 또한 커패시터 충전기에는 전원 공급 장치 또는 고전압 출력 회로에서 발생할 수 있는 오류와 사용자의 안전을 강화하기 위해 설계된 추가 안전 및 보호 회로가 포함되어 있습니다.
커패시터 충전 방법
펄스 애플리케이션에서 커패시터(
)를 충전하는 가장 일반적인 방법은 완전 방전 및 부분 방전(
) 고전압 출력입니다. 완전 방전은 이름에서 알 수 있듯이 매번 커패시터를 0으로 방전할 수 있습니다. 그런 다음 전원 공급 장치가 활성화되고 커패시터가 설정된 전압으로 충전된 후 방전 주기가 반복됩니다. 그림 1은 고체 레이저 시스템에서 제논 플래시램프에 높은 피크 전류를 전달하는 데 사용되는 단순화된 펄스 형성 네트워크의 예입니다. 5kV 미만의 전압에서는 일반적으로 방전 스위치가 SCR이며, 그 이상의 전압에서는 Thyratron이 선호됩니다. 플래시램프 애플리케이션의 경우 반복 속도는 일반적으로 100Hz 미만이지만 엑시머 레이저의 경우 수 킬로헤르츠의 펄스 폭이 필요할 수 있습니다.
그림 1
표준 공식
커패시터 충전기에는 초당 줄(J/s)로 표시되는 두 가지 전력 등급, 즉 피크 전력과 평균 전력이 있습니다.최대 전력 등급은 충전 시간을 계산할 때 사용되며 평균 전력은 다음을 결정하는 데 사용됩니다.
최대 반복 속도. 그림 2는 평균 전력과 피크 전력의 차이를 보여줍니다. 애플리케이션에 필요한 에너지의 양을 추정하는 가장 간단한 방법은 공식을 사용하는 것입니다:
에너지/펄스(줄) =0.5 x CV2
충전 속도 = 에너지/펄스 x 반복 속도
Where:
C = 커패시터(패럿)
V = 필요한 충전 전압
헤르츠 단위의 Rep-Rate
그림 2
예시: 75uf 커패시터를 1000V로 충전하는 데 필요한 충전 속도(반복률 20Hz).
충전 속도 = 0.5 * 1000v2* 75uf * 20 = 750j/sec.
펄스 사이의 고전압 회로에서 약간의 안정화 시간을 고려하려면 충전 속도가 약간 더 높은 커패시터 충전기를 선택하는 것이 좋습니다. 이 애플리케이션의 경우 권장되는 커패시터 충전기는 750V에서 LCH1000-100 1000와트입니다.
부분 퇴원 신청
오늘날의 많은 펄스 애플리케이션은 표준 완전 방전 회로에서는 달성하기 어려운 방전 펄스 폭을 변경할 수 있는 기능의 이점을 누리고 있습니다. 부분 방전 회로는 커패시터 뱅크의 대량의 에너지 저장을 활용하고 필요에 따라 부하에 따라 펄스 폭을 변경합니다. 그림 3은 간단한 부분 방전 회로(
)로, 경우에 따라 수 패럿의 대용량 저장 커패시터와 IGBT 드라이버 보드를 사용하여 부하를 펄스화합니다. 커패시터 충전기가 활성화되면 커패시터 뱅크가 충전되며, 총 커패시턴스에 따라 몇 초가 걸릴 수 있습니다. IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 드라이버 보드를 트리거하면 원하는 펄스 폭으로 부하에 정사각형 펄스를 생성합니다. 그림 4는 커패시터가 방전될 때 초기 충전 전압(최대 V)과 전압 강하(V 드룹)를 보여주는 일반적인 부분 방전 파형의 예입니다. 대부분의 애플리케이션에서는 5~10%의 Vmax 강하가 허용되지만 커패시터 뱅크의 크기를 원하는 펄스 폭에 맞게 적절히 조정하면 필요한 경우 전압 강하가 더 길어질 수 있습니다. 일반적인 펄스 폭은 수백 마이크로초에서 수십 밀리초까지 다양합니다.
그림 3
일반적으로 충전 에너지 계산은 공식을 사용하여 수행할 수 있습니다:
E = 0.5 x C 부하 x (Vm2-Vd2)
Where
C= 커패시터 뱅크(패럿 단위)
Vmax = 최대 충전 전압
Vdroop = 허용 가능한 최저 드룹 전압
커패시터 충전기의 크기를 정하려면 재생률에 커패시터를 새로 고치는 데 필요한 에너지를 곱하세요.
그림 4
역전압으로부터 보호
고전압(HV) 커패시터 충전 회로에서 역전압으로부터 보호하는 것은 커패시터 충전기의 안전과 수명을 보장하는 데 매우 중요합니다. 잘못된 배선, 유도성 킥백 또는 부하로부터의 에너지 반환으로 인해 발생하는 역전압 상태는 전원 공급 장치 및 관련 고전압 부품, 반도체, 커패시터에 치명적인 손상을 일으킬 수 있습니다. 효과적인 역전압 보호는 원치 않는 전류 흐름을 차단하거나 안전하게 리디렉션하여 회로를 보호합니다. 전압 반전에 대한 손상 임계값을 정량화하기는 어렵지만 반전으로 인해 출력 전류가 공급 정격 출력 전류보다 커지면 부하에 보호 다이오드를 추가해야 합니다.
회로. 디자인에 대한 자세한 정보 및 지원은 고객 서비스에 문의하세요.sales@newsourcetechnology. com | 925-462-6888
펄스 전력 부품
그림 5: 레이저 및 UV 애플리케이션을 위한 일반적인 플래시램프 기반 펄스 시스템
그림 5
플래시램프 시머 전원 공급 장치
심머 전원 공급 장치는 램프 기반 레이저 또는 IPL(Intense Pulsed Light) 시스템에서 주 방전 펄스 사이에 램프를 통해 낮은 수준의 지속적인 전류 흐름을 유지하기 위해 사용되는 특수 전원 공급 장치입니다. "끓이기"라고 하는 이 프로세스는 램프를 안정화하고 수명을 개선하는 데 도움이 됩니다. 플래시 램프가 트리거되면 시머 전원 공급장치는 주 방전 펄스 사이에 세류 전류(일반적으로 100~150mA)를 플래시 램프에 공급합니다. 이 전류는 아크를 유지하므로 매 펄스 사이에 램프를 다시 트리거할 필요가 없습니다.
이렇게 설정된 전류 경로는 메인 펄스 동안 보다 안정적이고 일관된 플래시램프 방전을 보장하여 펄스 에너지의 변동이 적습니다. 아크 팽창의 심각성을 줄임으로써 조숙은 플래시램프의 조기 고장을 방지하는 데 도움이 됩니다. 또한 심머는 플래시램프를 자동으로 점화하는 주 펄스를 점화 변압기에 공급합니다.
1000V IGBT 드라이버 보드
IGBT 드라이버 보드는 부분 방전 펄스 고전압 애플리케이션에서 LCH 계열 커패시터 충전 전원 공급 장치와 함께 작동하도록 설계되었습니다. 최대 800A의 출력 성능을 갖춘 이 보드는 설계자에게 플래시 램프, 펄스 UV, 레이저 또는 플라즈마 장치를 구동할 수 있는 검증된 빌딩 블록을 제공합니다. 그림 5는 일반적인 부분 방전 램프 기반 시스템의 IGBT 보드를 보여줍니다. 시스템의 주 제어 회로는 게이트 전압을 트리거하여 램프의 펄스 폭을 변경할 수 있습니다. 10µ초의 상승 시간으로50µ초~1ms의 펄스 폭을구현할 수 있습니다.
펄스 시스템 워크시트
프로그램에 대한 사양이 있는 경우 아래 워크시트를 작성해 주시면 기술 담당자가 24시간 이내에 답변해 드리겠습니다.
