Proceedings of the KIPE Conference (전력전자학회:학술대회논문집)
- 2020.08a
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- Pages.233-235
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- 2020
Modular design of solid-state Marx modulator for 40kV nanosecond pulse
40kV 나노초 펄스발생용 모듈형 solid-state Marx modulator 설계
- Bae, Jung-Soo (University of Science & Technology) ;
- Kim, Tae-Hyun (University of Science & Technology) ;
- Son, Seong-Ho (University of Science & Technology) ;
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Yu, Chan-Hun
(Korea Electrotechnology Research Institute)
;
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Kim, Hyoung-Suk
(Korea Electrotechnology Research Institute)
;
- Jang, Sung-Roc (University of Science & Technology)
- 배정수 (과학기술연합대학원대학교) ;
- 김태현 (과학기술연합대학원대학교) ;
- 손성호 (과학기술연합대학원대학교) ;
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유찬훈
(한국전기연구원)
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김형석
(한국전기연구원)
;
- 장성록 (과학기술연합대학원대학교)
- Published : 2020.08.18
Abstract
본 논문은 40 kV 나노초 펄스발생을 위한 모듈형 solid-state Marx modulator(SSMM) 설계에 대해 기술한다. 가속기 및 플라즈마 어플리케이션과 같은 다양한 응용분야에 요구되는 전압 및 전류 사양을 만족시키기 위해 10 kV(출력 전압), 50 ns(펄스폭), 20 ns(상승&하강 시간), 100 kHz(반복률)의 사양을 만족하는 단위모듈기반으로 모듈형 설계를 제안한다. 독립적인 제어가 가능한 4개의 단위모듈을 기반으로 제안된 SSMM은 임의의 출력 파워 및 임피던스를 만족시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 예를 들어, 모든 단위모듈의 위상을 같게 했을 때 출력전압을 증가시킬 수 있으며 각 모듈의 위상을 지연하였을 경우는 펄스의 반복률을 크게 높일 수 있다. 개발된 SSMM은 직렬 스택 MOSFET의 스위칭 성능을 향상시키기 위해 게이트 구동 회로는 동기 신호와 구동 전력을 제공하는 1 턴 변압기로 설계되었다. 출력 펄스의 폭과 하강시간을 최소화하기 위해 다이오드 대신 기생 커패시턴스에 저장된 에너지를 빠르게 방출하는 액티브 풀다운 회로가 적용되었다. 또한, 출력 펄스의 빠른 상승을 달성하기 위해 게이트의 라인 인덕턴스를 최소화하고 모든 게이트 신호의 동기화는 필수적이다. 개발된 ns급 펄스전원장치는 단위모듈을 기반으로 최대 펄스전압이 40 kV 까지 출력이 가능하며 이에 대한 상세설계 및 구현은 실험결과를 바탕으로 검증한다.
Keywords