[논문]로젠형 압전변압기를 적용한 의료융합 플라즈마기기

이강연; 정병균; 박정숙; 박주훈; 정병호

doi:10.15207/jkcs.2021.12.1.243

초록
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이온화된 기체인 플라즈마의 의료분야에서 적용은 현재 주로 살균분야에 국한되어 적용되고 있지만 바이오플라즈마기술의 등장으로 그 응용범위가 확대되고 있는 실정이다. 또한, 인체에 직접 조사하거나 비열처리하는 경우에는 정교한 시술을 위해 핸드헬드가 가능한 고밀도 소형화가 요구된다. 변압기로 인한 전자기파 영향이 없고 소형으로 구현이 가능한 형태의 로젠형 압전변압기는 압전효과를 이용한 전기-기계 커플링을 통해 전압변환을 달성하며 상대적으로 에너지밀도를 높일 수 있는 장점으로 휴대용 플라즈마 발생장치에 이용되고 있다. 본 논문에서는 로젠형 압전변압기의 등가회로를 이용한 모델링을 수행하고, 의료용으로 적용가능한 형태의 플라즈마 발생장치를 설계 및 제작하였다. 이를 위해 플라즈마 발생 모듈은 12V 입력전원으로 5.8kV의 출력전압을 발생시키도록 하프브리지 커버터 토폴로지 전력변환장치를 적용하여 고전압 동작하도록 설계하였다. 설계를 통해 제작된 프로토타입을 통해 의료용합형 플라즈마 기기로의 활용가능성에 대해 확인하였고, 이러한 연구결과를 통해 플라즈마 제트 또는 직접조사용 등의 다양한 의료기기로서의 역할을 확보할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the medical field, applications of plasma are applied sterilize instruments mainly but with the advent of bio-plasma technology, the scope of application is expanding. Recently, In addition, high-density miniaturization with handheld is required for sophisticated procedures when irradiated direct...

In the medical field, applications of plasma are applied sterilize instruments mainly but with the advent of bio-plasma technology, the scope of application is expanding. Recently, In addition, high-density miniaturization with handheld is required for sophisticated procedures when irradiated directly or treated with non-standard conditions. Rosen-type PZT is a device with a structure that generates high voltage plasma by achieving voltage transformation through electro-mechanical coupling using piezoelectric effect.and is used in portable plasma generating devices as an advantage to increase energy density relatively. In this paper, Rosen-type PZT was modeled using equivalent circuits and was carried out and a plasma generating device for medical application was designed and prototype tested. Prototype plasma generating device generates an output voltage of 5.8 kV with 12V input power and is designed to operate at high voltage by applying the half-bridge topology power converter. The results of the study confirmed the availability of various medical devices, such as plasma jets or direct exposure equipment.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Polarization of piezoelectric materials (PI Piezo technology Co.)
그림 Fig. 2. Structure of Rosen-type PZT
그림 Fig. 3. Equivalent circuit of Rosen-type PZT model
그림 Fig. 4. Rosen-type PZT external specification
표 Table 1. PZT parameters
그림 Fig. 5. I-V Characteristics in DC HV discharge
그림 Fig. 6. Half bridge converter with Rosen-type PZT
그림 Fig. 7. Half bridge operation waveforms
그림 Fig. 8. Half bridge topology for simulation
그림 Fig. 9. Simulation output waveforms
그림 Fig. 10. AC-DC bridge rectifier
그림 Fig. 11. MOSFET driver and power circuits
그림 Fig. 12. Output voltage detection and feedback circuit
그림 Fig. 13. 9V battery input and 12V output voltage waveforms
그림 Fig. 14. 5.8kV high voltage output waveforms
그림 Fig. 15. Plasma generation prototype with PZT devices

참고문헌 (15)

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