초음파세척과 초음파유탁, 초음파현탁과 초음파용접을 비롯하여 현실에서 많이 응용되고있는 초음파는 볼트로 조임한 랑쥬뱅진동자에 고주파시누스전압을 가하여 기계적으로 진동시켜 얻는다.
공진역변환기는 높은 출력변환효률을 가지고있기때문에 볼트조임랑쥬뱅진동자(BLT: Bolted Langevin Transducer)들을 구동하는 고주파시누스전류를 발생시키는데 리용된다. 여러 형태의 공진역변환기들중에서 D급공진역변환기는 높은 출력구동이 가능한것으로 하여 고출력초음파장치들의 전원으로 적합하다. D급공진역변환기의 출력조종은 일반적으로 역변환기의 입구직류전원전압의 크기를 조종하는 방법 즉 PAM방안을 리용한다.
이 방안은 역변환기가 부하의 공진주파수에서 동작할 때 모든 스위치요소들이 령전압령전류열기 및 끄기되므로 동작안정성이 높다는 우점이 있지만 또 하나의 AC/DC변환기의 리용이 불가피한것으로 하여 역변환기의 출력효률을 떨어뜨리면서도 가격의 증가를 가져온다.
D급공진역변환기에 대하여 위상밀림조종을 하면 추가적인 변환기가 없이도 출력조종이 가능한것으로 하여 큰 출력의 유도가열기들을 비롯하여 많은 장치들에서 이 기술이 응용되고있으며 많은 연구들이 진행되고있다. 그러나 위상밀림조종방법으로 역변환기의 출력을 조종할 때 역변환기의 모든 스위치요소들에 대하여 PAM방안을 리용할 때와 같이 령전압령전류열기 및 끄기를 실현하는것은 원리적으로 불가능하다. 위상밀림조종역변환기가 부하의 공진주파수에서 동작할 때조차도 완전다리회로 왼쪽가지의 스위치요소들은 령전압령전류열기되나 비령전압령전류끄기(강제끄기)되며 위상밀림조종되는 오른쪽가지의 스위치요소들은 령전압령전류끄기되나 비령전압령전류켜기(강제열기)된다.
왼쪽가지의 스위치요소들의 강제끄기는 스위치요소들에서 열손실을 증대시켜 역변환기의 효률을 저하시키므로 대책하기 위한 연구들이 진행되고있다. 그러나 특히 역변환기 오른쪽가지의 스위치요소들에 대한 강제켜기로 인한 충격전류들의 발생은 스위치요소들에서 출력손실을 증대시키는것은 물론이고 더우기는 위상밀림조종이 없는 역변환기(PAM방안으로 동작하는 역변환기)가 용량성부하에서 동작할 때와 마찬가지로 역변환기의 동작에 불리한 여러가지 후과들을 발생시키며 엄중한 경우 스위치요소들의 파손을 초래할수 있다.
우리의 연구목적은 BLT를 부하로 하는 위상밀림조종역변환기의 동작과정과 출력조종원리를 연구분석한데 기초하여 변환기의 동작과정에 충격전류가 발생하지 않는 합리적인 출력조종방안을 찾자는것이다.
제안된 방법에 의한 출력조종은 위상밀림각조종뿐 아니라 해당한 위상밀림각에서 역변환기의 출구전압과 전류의 시작령점이 일치하도록 동작주파수까지 조종함으로써 충격전류발생을 근원적으로 없앤다.
초음파의 출력을 제안한 방안으로 조종할 때 전원이 BLT의 공진주파수에서 약간 벗어나 동작하는것으로 하여 출력변환효률이 일정하게 저하되는 약점이 있지만 강제켜기되던 오른쪽가지들의 스위치요소들이 령전압령전류켜기되는것으로 하여 강제켜기로 인한 출력손실도 없애고 스위치요소들이 충격전류로 하여 파손될 위험이 없어지게 된다.
충격전류들이 발생하지 않는 안전한 상태에서 위상밀림조종역변환기를 동작시키기 위한 방안은 그림 1과 같이 위상밀림 Φ의 조종뿐 아니라 해당한 위상밀림에 대하여 동작주파수의 변화로 전류의 위상지연을 주어 역변환기의 출구전압령점과 전류령점을 일치시키는것이다. 제안된 방법에서는 출력조종시 동작주파수가 공진주파수의 왼쪽부분(공진주파수보다 낮은 주파
따라서 우리가 제안한 출력조종방안을 간단히 《위상밀림+동작주파수조종》이라고 표현할수 있다.
역변환기가 위상밀림각 Φ에서 우의 조건을 만족시키는 동작주파수에서 동작할 때 한주기동작에는 4개의 상태가 있다.
초음파출력조종을 위한 위상밀림각조종범위는 0~약 90°이며 출력조종범위는 12~100%이다.
구체적인 내용은 잡지 《Journal Acoustical Society of America》에 《A safe power controlling method for a phase-shift migration inverter to drive a high-power ultrasonic transducer》(https://doi.org/10.1121/10.0021054)의 제목으로 출판되였다.
