Planar transformer를 적용한 소형 AC Adaptor와 이를 이용한 대기압 플라즈마 생성 및 의료분야 응용에 관한 연구

Abstract

스마트폰, 스마트패드, 스마트글라스 등의 세계적인 인기에 따른 관련 산업이 고성장 되면서, 배터리는 더 많은 전기를 소비하면서, 배터리 수명은 짧아지고 있다. 또한, 대기압 플라즈마에서 발생하는 활성 산소(Reactive oxygen species), 활성 질소(Reactive nitrogen species), 전류(Electric currents)의 의료분야로의 이용이 2017년부터 대두되고 있다. 이에, 스마트 기기를 충전하는 사용자의 편의와 함께 소형 플라즈마 피부관리 및 의료기기의 전원으로서 소형 AC 아답터에 대한 수요가 증가하여, 절연 하이브리드형 구조의 새로운 변압기를 개발하였다. 개발된 변압기는 기존의 변압기보다 45%정도로 부피가 작아, 전체 AC 아답터의 부피는 기존 대비 65% 수준이었다. 개발된 변압기와 기존의 변압기와의 노이즈 레벨, 전력 변환 효율 및 제조 효율을 평가하였는데, 5-15 dB까지 노이즈가 감소하였고, 전력효율은 2% 증가, 생산효율은 50%가 증가됨을 확인하였다. 개발된 Planar Transformer를 사용하여, 고전압 DC/DC 컨버터를 통한, 플라즈마 제트 장치를 제작하여, 분출되는 긴수명분자(Long live species)들을 FT-IR (Fourier-transform Infrared Spectroscopy)를 이용하여 진단하였는데, 매우 낮은 흡광도(Absorbance)의 오존과, N2O 그리고 CO2가 생성됨을 확인하였다. 아크 환경에서 높은 온도기인으로 낮은 흡광도(Absorbance)의 오존이 발생한 것으로 사료되며, CO2는 공기 중에 함유된 고유 농도(400 ppm)에 아세탈 절연체와 아크에서 생성된 활성 산소 분자와의 반응으로 생성된 CO2가 추가된 것으로 사료된다. 펄스 코로나 방전 발생장치에서는 대표적인 병원균인 황색포도상구균이 약하게 살균됨을 확인하였다. 하이드록실 라디칼(OH)은 강한 살균력, 피부 재생 촉진, 암세포 사멸 그리고 인체의 면역체계를 활성하는 것으로 보고되어 의료기기로의 OH 발생이 매우 중요하다. 개발된 AC 아답터를 G사에서 악취 제거용으로 개발된 장치의 Pulsed DC 전원에 연결 하여, 표면 유전체 방전 방식의 헬륨 플라즈마를 발생할 수 있었으며, 방출분광법(Optical Emission Spectroscopy)을 통한 분석으로 309 nm 근처의 OH peak를 확인하였다. 개발된 소형 Planar 변압기는 휴대용 스마트 기기들의 빠른 충전용 AC 아답터 및 바이오 의료용 플라즈마 장치의 전원으로 활용될 수 있다. 2017년 현재 개발된 방식의 소형 Planar 변압기는 많은 스마트기기들과 휴대용 플라즈마 피부관리기의 전원으로 사용 중이다.