KR100393012B1 - 고전력 전자시스템용 온도검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전력 전자시스템에서 서미스터 소자를 발열부품에 내장시킴으로써 온도검출의 정확도를 높이고, 작업공수를 줄여 제조비를 절감하며, 정의온도에 따라 온도검출을 실현할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 구성은, 전원부(10)로부터 전류를 공급받아 정류시키는 정류부(12), 상기 정류부(12)로부터 공급받은 전류를 구동부(50)에 적합한 전류로 변환시켜주는 인버터부(20)와 컨버터부(30), 상기 인버터부(20)에 신호를 보내어 과부하시 전류공급을 차단시키도록 제어하는 제어부(40)로 이루어진 고전력 전자시스템에 있어서, 상기 컨버터부(30)의 내부 하측에 부착되는 서미스터소자(34); 상기 서미스터소자(34)와 연결선(36)으로 연결되어 외부로 신호를 보내도록 상기 컨버터부(30)의 상면에 구비된 터미널(38); 상기 터미널(38)로부터 받은 신호를 판단하여 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)로 신호를 전달해주도록 상기 제어부(40)내에 형성된 비교부(42)와 오프셋 온도조정부(44); 를 포함하여 이루어져 있다.

이러한 구성을 가지는 본 발명은 히트싱크의 표면에 별도의 온도센서를 부착할 필요가 없어 작업공수를 줄이고 제조비를 절감할 수 있으며, 정확한 온도감지가 가능하여 과열로 인해 제품에 이상이 생기거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

Description

고전력 전자시스템용 온도검출장치{Temperature detecting device for high-power electric system}

본 발명은 고전력 전자시스템용 온도검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서미스터 소자를 전자시스템의 발열부품인 컨버터부에 내장시켜 정의온도에 따라 과열을 방지하도록 제어가 가능하며, 작업공수를 줄이고 온도검출의 정확성을 높인 고전력 전자시스템용 온도검출장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 통상의 전자시스템의 내부에는 회로상에 수많은 발열부품이 내재된다. 이러한 회로상의 부품에 전류가 흐르면, 그 전기적인 에너지의 일부가 부품 내부에서 열적인 에너지로 변화되어 부품 또는 부품 연결 부위의 온도가 상승하고 기준 온도 이상 상승하면 부품이 오작동하거나 파손되는 문제가 발생한다.

이러한 전자부품 중 미소 전류만 취급하는 것들은 발열량이 적기 때문에 방열에 대해서 크게 고려할 필요는 없으나, 오디오 기기의 파워앰프, 정전압회로의 전류부스터용 파워, 트랜지스터나 반도체 집적회로 등과 같이 대전류를 취급하는 부품들은 동작상태에 의해 몇 와트의 대전력이 열로 변하여 부품의 온도가 상승하여 부품이 파괴될 염려가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 부품들에 열전달계수(conductivity)가 큰 재질을 붙여 자연대류를 이용하여 외부로 방사시키기 위한 장치를 사용하였는데 이를 히트싱크라 한다. 이러한 히트싱크는 상기와 같은 전자, 전기적 회로상에서 쓰일 뿐만 아니라, 발전기의 정류장치 즉 다이오드의 발열이나 에어컨, 전자렌지 등의 트랜지스터 부품의 발열을 방사시키는 데에도 쓰이고 있다.

상기의 히트싱크는 알루미늄 등의 전열성이 양호한 재료로 형성되어 있고, 일면에 복수개의 빗상의 방열핀이 갖추어져 있으며, 냉각풍이 강제 통풍되는 환경 내에서 발열부품을 히트싱크면에 접착 또는 압접시켜서 사용하고, 발열부품에서 발생한 열은 히트싱크에 전열된 후 냉각풍에 흡수되도록 되어 있다.

그러나 이러한 히트싱크를 부품에 부착하여 발열소자의 열을 외부로 방사한다 하더라도 고열을 완전히 방사시킬 수 없고, 더구나 전자시스템을 장시간 운용시에는 근처의 대류 온도 또한 상승하여 자칫, 방열되지 못한 열로 인해 부품에 손상이 가해질 수 있었다. 이에따라 통상 히트싱크의 표면에 온도센서를 부착하여 일정 온도 이상이 감지되면 전원 공급을 차단하도록 하였다.

상기의 온도센서는 히트싱크의 표면에 부착되었고, 부품으로부터 방출되는 열을 감지하여 일정온도 이상이 되면 신호를 제어부를 통해 차단장치로 보내어 전원의 공급을 중단시키도록 하였다.

그러나, 이러한 종래의 온도검출장치는 온도센서를 알루미늄 재질로 된 히트싱크 표면에 직접 나사 등을 이용하여 부착하였기 때문에 불필요한 작업공수를 발생시켰고, 발열부품과 일정간격 이격되어 위치되므로 발열부품의 정확한 온도를 감지하기가 어려웠다.

또한, 상기 온도센서는 일정하게 지정된 기준온도 이상만을 감지하므로, 자칫 발열부품의 온도 상승을 민감하게 감지하지 못했을 시에는 발열부품의 고장이나 파손이 우려되고, 외기의 상승으로 인해 기준온도 이하에서 감지할 수 없는 경우에는 시스템에 무리가 갈 수밖에 없었다.

상술한 바와 같은 종래의 고전력 전자시스템의 온도검출장치를 첨부도면 도 1과 도 2에서 살펴보면 다음과 같다.

첨부도면 도 1과 도 2는 고전력 전자시스템의 일실시예를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이, 전원부(10)로부터 공급되는 전류는 정류부(12)와 이 정류부(12)로부터 정류된 전류를 공급받아 변환시키는 인버터부(20), 컨버터부(30)를 거치고 구동부(50)로 공급되는데, 이 중 대용량 반도체칩(33)이 내장된 컨버터부(30)를 포함한 발열부품들은 작동 중에 발생되는 열을 방사하기 위해 상기의 히트싱크(52)위에 실장된다.

그리고, 상기 히트싱크(52)의 표면에는 상술한 바와 같이 온도센서(54)가 나사(55) 등을 사용하여 부착되어, 일정온도 이상의 온도상승을 감지하면 제어부(40)로 신호를 보내게 되고, 상기 제어부(40)에서는 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)로 신호를 보내어 상기 컨버터부(30)로 흐르는 전류의 흐름을 차단시켜 주도록 되어있다.

상기의 고전력 전자시스템의 일실시예에서 잘 드러나듯, 상기 히트싱크(52)의 표면에 부착된 온도센서(54)는 대용량 발열부품인 컨버터부(30)로부터 일정 간격 이격되어 있어 발열되는 반도체칩(33)의 정확한 온도를 감지하는 것이 어려웠고, 나사(55) 등을 사용하여 상기 히트싱크(52) 표면에 부착함으로써 불필요한 작업공수가 발생하여 생산비의 증가를 초래하였다. 또한, 일정 기준의 절대 온도에만 반응하므로 외기가 상승할 경우에 자칫, 발열부품의 온도상승을 민감하게 감지하지 못할 위험도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 고전력 전자시스템에서 서미스터 소자를 발열부품에 내장시킴으로써 온도검출의 정확도를 높이고, 작업공수를 줄여 제조비를 절감하며, 정의온도에 따라 온도검출을 실현할 수 있도록 한 고전력 전자시스템용 온도검출장치를 제공함에 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 온도센서가 외장된 고전력 전자시스템의 일실시예를 도시한 블록도

도 2는 종래 온도센서가 외장된 고전력 전자시스템의 일실시예를 개략적으로 도시한 사시도

도 3은 본 발명의 서미스터가 내장된 컨버터부를 포함한 고전력 전자시스템의 일실시예를 도시한 블록도

도 4는 본 발명의 서미스터가 내장된 컨버터부의 확대사시도와 이를 포함한 고전력 전자시스템의 일실시예를 개략적으로 도시한 사시도

도 5는 본 발명의 온도검출의 신호흐름을 도시한 블록도

도 6은 본 발명의 온도검출된 신호를 비교하는 흐름을 도시한 회로도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 전원부 12 : 정류부

14 : 주연결선 15, 16 : 보조연결선

20 : 인버터부 24 : 스위칭소자

30 : 컨버터부 32: 절연판

33 : 반도체칩 34 : 서미스터소자

36 : 연결선 38 : 터미널

40 : 제어부 42 : 비교부

44 : 오프셋온도조정부 50 : 구동부

52 : 히트싱크 53 : 방열핀

54 : 온도센서 55 : 나사

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전원부로부터 전류를 공급받아정류시키는 정류부와, 상기 정류부로부터 공급받은 전류를 구동부에 적합한 전류로 변환시켜주는 인버터부와 컨버터부, 상기 인버터부에 신호를 보내어 과부하시 전류공급을 차단시키도록 제어하는 제어부로 이루어진 고전력 전자시스템에 있어서, 상기 컨버터부의 내부 하측에 부착되는 서미스터소자; 상기 서미스터소자와 연결선으로 연결되며 외부로 신호를 보내도록 상기 컨버터부의 상면에 구비된 터미널; 상기 터미널로부터 받은 신호를 판단하여 상기 인버터부의 스위칭소자로 신호를 전달해주도록 상기 제어부내에 형성된 비교부와 오프셋 온도조정부;를 포함하여 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전원부(10)로부터 전류를 공급받아 정류시키는 정류부(12)와, 상기 정류부(12)로부터 공급받은 전류를 구동부(50)에 적합한 전류로 변환시켜주는 인버터부(20)와 컨버터부(30), 상기 인버터부(20)에 신호를 보내어 과부하시 전류공급을 차단시키도록 제어하는 제어부(40)로 이루어진 고전력 전자시스템에 있어서, 상기 컨버터부(30)의 내부 하측에 부착되는 서미스터소자(34); 상기 서미스터소자(34)와 연결선(36)으로 연결되어 컨버터부(30)의 외부로 신호를 보내도록 상기 컨버터부(30)의 상면에 구비된 터미널(38); 상기 터미널(38)로부터 받은 신호를 판단하여 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)로 신호를 전달해주도록 상기 제어부(40)내에 형성된 비교부(42)와 오프셋 온도조정부(44);를 포함하여 이루어져있다.

상기 전원부(10)로부터 상기 정류부(12), 인버터부(20), 컨버터부(30), 구동부(50)는 순차적으로 주연결선(14)을 통해 연결되어 있고, 상기 제어부(40)는 일측이 상기 컨버터부(30)의 터미널(38)과, 타측이 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)와 보조연결선(15,16)을 통해 연결된다.

상기 컨버터부(30)의 내부 하면에는 하측의 히트싱크(52)와의 통전을 막기 위해 절연판(32)이 구비되어 있고, 상기 절연판(32)의 상측으로 서미스터(34)와 발열소자인 반도체칩(33)이 구비된다.

상기 인버터부(20)에는 상기 정류부(12)로부터 공급되는 전류를 컨버터부(30)로 흐르는 것을 차단할 수 있는 스위칭소자(24)가 내장되어 구비되며, 상기 스위칭소자(24)는 상기 제어부(40)의 비교부(42)와 보조연결선(16)을 통해 연결되어 있다.

상기 서미스터소자(34)는 바람직하게 NTC(Negative Temperature Coefficient)소자로 되어있다.

상기 제어부(40)의 비교부(42)는 상기 컨버터부(30)의 서미스터(34)로부터 유입된 신호와 상기 오프셋온도검출부(44)의 신호와 비교하여 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)로 신호를 보내도록 되어있다.

이와같이 구성된 본 발명은 상기 컨버터부(30)가 작동 중 과열되면 상기 제어부(40)를 통해 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)가 전류의 유입을 차단하여과열된 부품의 파손을 방지할 수 있는 것이다.

즉, 상기 컨버터부(30) 내 반도체칩(33)이 작동 중 발열하게 되면, 상기 반도체칩(33)의 일측에 구비된 상기 서미스터소자(34)가 온도의 상승을 감지하게 되고, 이에 따라 신호를 연결선(36)을 거쳐 상기 컨버터부(30)의 상면에 구비된 터미널(38)로 보내게 된다.

그리하여, 상기 서미스터소자(34)로부터 인가된 신호는 터미널(38)을 통해 상기 제어부(40)의 비교부(42)로 보내지게 되고, 상기 비교부(42)는 일측에 구비된 오프셋온도조정부(44)와의 신호교환을 통해, 과열로 판단되면 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)로 신호를 보내어 상기 컨버터부(30)로의 더 이상의 전류의 유입을 차단하게 되는 것이다.

이때, 상기 제어부(40) 내의 오프셋온도조절부(44)와 비교부(42)의 정의온도 비교는 첨부도면 도 6의 회로도에 의하고, 이는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하겠다.

또한, 상기 서미스터는 온도변화에 따라 대단히 크고 비직선적인 저항 변화를 나타내는 저항기로써, 온도의 상승에 따라 그 제로부하 저항값이 감소하는 것을 NTC소자, 증가하는 것을 PTC소자라고 하며, 이 중 구현하고자 하는 시스템에 맞게 소자를 취부할 수 있되, 본 발명에서는 바람직하게 NTC소자를 사용한다.

따라서, 상기 컨버터부(30)의 반도체칩(33)이 정의온도 이상 과열되면 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)가 상기 컨버터부(30)로 흐르는 전류의 흐름을 차단하여 상기 반도체칩(33)을 보호할 수 있고, 나아가 상기 컨버터부(30)와 연결된 구동부(50) 또한 과전류로부터 보호될 수 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 서미스터소자(24)는 미세한 전류도 감지할 수 있어 민감한 전자시스템에도 활용이 가능한 것이다.

아울러, 본 발명에서 주장하는 바는 비단 상술한 바와 같은 고전력 전자시스템의 일실시예에 국한되지 않고, 여타의 전자시스템의 발열부품 내에 온도검출 장치를 내장하여 과열시 전원공급을 차단해주는 장치에 상응하므로, 이와 유사한 실시예 또한 본 발명의 요지범위에 속한다 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 히트싱크 위에 별도의 온도센서를 부착할 필요가 없이 발열부품 내에 온도검출소자를 내장시킴으로써 작업공수를 줄이고, 제조비를 절감할 수 있으며 정확한 온도감지가 가능하여 과열로 인해 제품에 이상이 생기거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 절대온도만을 감지하여 제어하는 것이 아니라, 사용자가 원하는 정의온도를 조절할 수 있어, 외기의 상승으로 온도검출의 정확도가 감소하는 것을 방지하고 필요에 따라 다양하게 정의 온도를 조절할 수 있어 시스템의 운용에 효과적이라 할 수 있다.

Claims (1)

1. 전원부(10)로부터 전류를 공급받아 정류시키는 정류부(12), 상기 정류부(12)로부터 공급받은 전류를 구동부(50)에 적합한 전류로 변환시켜주는 인버터부(20)와 컨버터부(30), 상기 인버터부(20)에 신호를 보내어 과부하시 전류공급을 차단시키도록 제어하는 제어부(40)로 이루어진 고전력 전자시스템에 있어서,

   상기 컨버터부(30)의 내부 하측에 부착되는 서미스터소자(34);

   상기 서미스터소자(34)와 연결선(36)으로 연결되며 외부로 신호를 보내도록 상기 컨버터부(30)의 상면에 구비된 터미널(38);

   상기 터미널(38)로부터 받은 신호를 판단하여 상기 인버터부(20)의 스위칭소자(24)로 신호를 전달해주도록 상기 제어부(40)내에 형성된 비교부(42)와 오프셋 온도조정부(44); 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고전력 전자시스템용 온도검출장치.