A Study on the Generation of Medical Plasma Jets Using Piezoelectric Transformers

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.