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초록

영어

This study aims to expand the application of plasma technology in the medical field by designing and developing a portable medical plasma generation device. While plasma technology has been predominantly utilized for sterilization, advancements in bio-plasma technology have broadened its potential applications. For safe and precise medical treatments, particularly involving direct exposure to the human body or non-thermal applications, miniaturization and high-density designs are essential. In this research, a Rosen-type piezoelectric transformer, which minimizes electromagnetic interference and supports compact implementation, was adopted. Leveraging piezoelectric effects for electro-mechanical coupling, the transformer achieved high energy density and efficient voltage conversion, serving as a core component for the medical plasma generation device. The plasma generation module was specifically designed to operate with a 12V input power source, producing a high output voltage of 5.8kV. This was achieved by integrating a half-bridge converter topology for stable and reliable high-voltage operation. A prototype of the designed device was fabricated and evaluated through various tests, demonstrating its performance and stability. The results validated its applicability to medical uses, such as direct human exposure, plasma jet applications, and other non-thermal treatment modalities.

한국어

본 연구는 플라즈마 기술의 의료 분야 응용 가능성을 확장하기 위해 휴대용 의료용 플라즈마 발생장치를 설계하 고 제작하였다. 현재 플라즈마는 주로 살균 분야에 국한되어 활용되고 있으나, 바이오플라즈마 기술의 발전으로 그 적용 범위가 넓어지고 있다. 특히, 인체에 직접 조사하거나 비열처리 형태로 활용하려면 정밀하고 안전한 시술이 가능하도록 소 형화와 고밀도 설계가 필요하다. 본 연구에서는 변압기로 인한 전자기파 영향을 최소화하고 소형화 구현이 가능한 로젠형 피에조변압기를 채택하였다. 압전효과를 활용한 전기-기계 커플링 메커니즘을 통해 높은 에너지 밀도와 효율적인 전압 변 환을 달성하였으며, 이를 바탕으로 의료용 플라즈마 발생장치의 핵심 구성요소로 활용하였다. 플라즈마 발생 모듈은 12V 의 입력 전원을 기반으로 5.8kV의 고출력 전압을 생성할 수 있도록 설계되었다. 이를 위해 하프브리지 컨버터 토폴로지를 적용한 전력 변환 장치를 설계하여 안정적인 고전압 출력을 확보하였다. 설계 및 제작된 프로토타입 장치는 다양한 실험 을 통해 그 성능과 안정성을 평가받았으며, 인체 직접 조사, 플라즈마 제트, 및 기타 비열처리 의료기기로의 적용 가능성 을 검증하였다. 본 연구는 로젠형 피에조변압기의 등가회로 모델링 및 실질적인 장치 구현을 통해 플라즈마 기술의 의료 응용 가능성을 입증한 사례로, 향후 의료용 플라즈마 기기의 개발과 상용화에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다.

목차

요약
Abstract
1. 서론
2. 로젠형 피에조변압기
2.1 로젠형 피에조변압기의 동작원리
2.2 로젠형 피에조변압기 모델과 적용
3. 피에조변압기 기반 플라즈마발생장치
3.1 피에조변압기의 공진형 컨버터 토폴로지
3.2 시뮬레이션
3.3 프로토타입의 제작
4. 실험결과
5. 결론
REFERENCES

키워드

저자

• 임중열 [ Jung Yeol Lim | 남부대학교 IT경영학과 교수 ]
• 정병호 [ Byeong-Ho Jeong | 남부대학교 전기공학과 교수 ] Corresponding Author

참고문헌

발행기관

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• 간행물명

  중재학회지 [The journal of Intervention]

• 간기

  계간

• pISSN

  3022-8689

• eISSN

  3058-4019

• 수록기간

  2024~2026

• 십진분류

  KDC 001 DDC 001