KR100399197B1

KR100399197B1 - 써멀일렉트릭쿨러 제어 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100399197B1
Application number: KR10-2000-0082760A
Authority: KR
Inventors: 윤정수; 이주형
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2003-09-26
Also published as: KR20020053261A

Abstract

본 발명은 써멀일렉트릭쿨러(TEC)의 전력공급을 제어함으로서 과도한 전류/전압등에 의한 TEC의 장애를 방지하기 위한 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서 비냉각 검출기의 온도가 변환된 입력전압과 기준전압의 차이값을 출력하는 에러검출부; 상기 차이값을 입력받아 상기 차이값만큼 상기 TEC에 전원을 공급하도록 제1전원구동신호를 출력하는 제1제어부; 상기 입력전압을 모니터링하여 상기 TEC의 동작온도범위내에서 동작하도록 하는 제2전원구동신호, 그리고 상기 제1전원구동신호와 제2전원구동신호중 하나를 선택할 수 있는 선택신호 및 전원 공급여부를 결정하는 차단신호를 출력하는 제2제어부; 상기 선택신호에 따라 제1전원구동신호와 제2전원구동신호중의 하나를 전력공급을 위한 구동신호로써 출력하는 선택부; 및 상기 구동신호와 차단신호에 따라 상기 TEC로 전원을 공급하는 전력공급부를 포함하는 것을 특징으로 하며

Description

써멀일렉트릭쿨러 제어 장치 및 그 방법{Apparatus for controlling TEC and method thereof}

본 발명은 비냉각 검출기의 써멀일렉트릭쿨러(Thermal Electric Cooler, 이하 "TEC"라고 한다)를 제어하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

비냉각 검출기는 물체에서 발산되는 열 신호를 감지하여 이를 영상 아날로그 신호로 변환시키는 열센서의 일종으로 자체 동작온도가 상온 정도에서 일정하게 유지되어야 제 기능을 발휘할 수 있다. 일반적으로 이러한 센서에는 내부에 TEC라는 소자와 온도센서를 가지고 있어 외부에서 온도센서를 통하여 내부의 동작온도를 인식하며 외부에서 TEC에 전력을 공급하여 일정온도가 유지되게 한다. TEC소자는 양면의 판에 +(양극)와 -(음극) 핀을 가지고 있어 전류/전압을 임의의 한 방향으로 인가했을 때 한 면의 온도가 올라가면 반대면의 온도가 내려가는 특정을 가지고 있다. 이 때 전류/전압의 방향을 바꾸게 되면 온도가 올라가던 면이 차가워지고 내려가던 면이 뜨거워지게 된다. 이러한 온도차이는 인가되는 전류/전압에 비례하게 된다.

상기와 같은 TEC를 제어하기 위한 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 종래의 TEC 제어를 나타낸 도면이다. 비냉각 검출기(100)는 기본적으로 온도센서(101)와 TEC소자(103)를 가지고 있다. 제어부(120)는 온도차검출부(121)와 PID(비례미분적분기,123) 그리고 전력공급부(125)로 구성된다. 온도차검출부(121)는 비냉각 검출기(100) 내부의 온도센서(101)에서 전압으로 변환된 비냉각 검출기(100)의 현재온도를 하나의 입력으로, 그리고 기준온도를 다른 입력으로 받아 그 차이값을 검출하여 PID(123)보낸다. PID(123)는 상기 차이값을 입력받아 적절한 이득을 갖도록 조절하여 전력공급부(125)의 입력으로 넣어준다. 전력공급부(125)는 예를 들면 전력 OP-Amp로 구성되는데, PID(123)의 출력신호에 따라 TEC(103)로 전력을 공급하게 된다.

그런데 이러한 제어방식에서 만일 TEC 제어회로(120)에 이상이 발생하게 되면 과다한 전류 혹은 전압이 TEC(103)에 공급되어 비냉각 검출기(100)의 내부온도가 비냉각 검출기 셀(cell)이 파손되거나 심각한 손상을 초래할 수 있는 온도까지 도달할 수 있게 된다. 게다가 더욱 심한 경우에는 비냉각 검출기(100)에 내장된 TEC(103) 자체가 파손되는 경우까지 발생할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 비냉각 검출기를 구성하는 TEC 에공급되는 전력을 제어함으로써 과도한 전류/전압이 공급되어 TEC가 입을 수 있는 장애를 방지하기 위한 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 TEC 제어를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 TEC 제어장치의 블럭을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 TEC 제어방법의 흐름을 나타낸 도면이다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 TEC 제어장치는 비냉각 검출기의 온도가 변환된 입력전압과 기준전압의 차이값을 출력하는 에러검출부; 상기 차이값을 입력받아 상기 차이값만큼 상기 TEC에 전원을 공급하도록 제1전원구동신호를 출력하는 제1제어부; 상기 입력전압을 모니터링하여 상기 TEC의 동작온도범위내에서 동작하도록 하는 제2전원구동신호, 그리고 상기 제1전원구동신호와 제2전원구동신호중 하나를 선택할 수 있는 선택신호 및 전원 공급여부를 결정하는 차단신호를 출력하는 제2제어부; 상기 선택신호에 따라 제1전원구동신호와 제2전원구동신호중의 하나를 전력공급을 위한 구동신호로써 출력하는 선택부; 및 상기 구동신호와 차단신호에 따라 상기 TEC로 전원을 공급하는 전력공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 TEC 제어방법은 비냉각검출기의 초기온도와 기준온도를 결정하는 단계; 비냉각 검출기로 전력을 공급한 후 상기 비냉각검출기의 내부온도를 읽는 단계; 상기 초기온도와 내부온도를 비교하는 단계; 상기 내부온도를 기준온도와 비교하는 단계; 상기 초기온도와 내부온도를 비교한 결과와 상기 내부온도와 기준온도를 비교한 결과에 근거하여 써멀일렉트릭쿨러 (TEC)로의 전력공급을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한다. 도 2는 본 발명에 의한 TEC 제어장치의 블럭을 나타낸 도면이다. 도 2에서는 종래의 기술에서 설명한 비냉각 검출기는 생략되어 있다. 개략적인 설명을 한 후에 도 3의 흐름을 참조하면서 다시 상세하게 설명하도록 한다. 에러검출부(201)는 비냉각 검출기내부의 온도센서로부터 전압으로 변환된 값(입력전압)을 수신한다. 또한 기준전압도 수신하여 두 전압값의 차이 즉 에러를 계산하게 된다. 제1제어부(203)는 예를들면 PID(비례미분적분기)로 구성되는데 사전에 설정된 이득을 가지면서 TEC가 안정적으로 동작할 수 있는 전압값을 공급할 수 있도록 소정의 수렴값(제1전원구동신호)를 출력한다. 이 PID는 본 발명이 속하는 업계에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이해할 수 있는 장치이므로 상세한 설명은 생략한다.

한편 제2제어부(205)는 기준전압을 저장하고 있는 상태에서 입력전압을 계속 모니터링 하면서 사전에 설정된 TEC의 동작온도범위내에 있는지를 확인한다. 동작온도범위내에 있지 아니하거나 TEC 제어방향이 틀린 경우에는 제1전원구동신호를 대체할 제2전원구동신호를 생성하여 출력하고 동시에 선택부(207)로 선택신호를 보낸다. 선택부(207)는 상기 선택신호에 따라 제1전원구동신호와 제2전원구동신호중의 하나를 선택하여 출력하는 기능을 수행하는데, 선택기(selector) 혹은 OP-Amp등으로 구성할 수 있다. 선택부(207)의 출력신호인 제1,혹은 제2전원구동신호는 전력공급부(209)로 입력되어 TEC를 동작시키기위한 전원을 공급하게 된다. 한편 제2제어부(205)는 제1,혹은 제2전원구동신호로도 TEC가 안정적인 동작을 보이지 않는 경우에는 차단신호를 발생시켜 전력공급부(209)로 입력시켜 TEC로 전원이 원천적으로 공급되지 않게 하여 TEC의 기능을 차단시킴으로써 TEC를 보호하게 된다.

이제 위에서 설명한 장치와 도 3의 흐름을 참조하면서 좀 더 상세하게 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명에 의한 TEC 제어방법의 흐름을 나타낸 도면이다.

먼저 전력공급부(209)를 구동하기 전에 초기상태에서 비냉각 검출기의 내부온도가 읽혀져 제2제어부(205)내의 프로세스부에 저장된다(301단계). 그 다음에 TEC를 동작시키기 위하여 사전에 설정된 값으로 전력공급부(209)를 구동한다. 그러면 TEC의 동작에 따른 비냉각 검출기의 온도 변화가 비냉각 검출기 내부의 온도센서로부터 입력이 되기 시작한다. 에러검출부(201)는 기준전압과 이 입력전압을 비교하여 그 차이값을 제1제어부(203)로 보내게 된다(303단계). 한편 제2제어부(205)는 온도센서로부터의 입력전압을 아날로그/디지털 변환을 하여 사전에 저장되어 있던 기준전압과 비교하여 그 차이값이 TEC의 동작허용범위내에 있는지를 계속 모니터링하게 된다. 제2제어부(205)는 TEC를 제어하기 위한 전류/전압의 방향이 옳바른지를 확인한다(305단계). 즉 예를 들면 비냉각 검출기의 온도가 낮으면 비냉각 검출기의 온도를 높이는 방향으로 전원이 공급되어야 하는지를 검출하는 것이다. 만약 이 제어방향 즉 전류/전압의 극성이 바뀌어야 하는 경우라면 제1제어부(203)의 제1전원구동신호에 의한 TEC로의 전력공급이 적절하지 못하다는 것을 의미하므로 제2제어부(205)는 제1전원구동신호를 대치할 제2전원구동신호를 생성하여 선택부(207)로 공급한다. 이 선택부(207)는 제1전원구동신호와 제2전원구동신호중에서 하나를 선택하기 위한 블럭이므로, 제2제어부(205)는 선택신호도 동시에 공급을 하여야 한다. 즉 정상적으로 동작을 한다면 제1제어신호에 의하여 전력이 공급되는 것이고 그렇지 못한 경우에는 1차적으로 제2제어신호에 의하여 전력이 공급되는 것이다. 이 과정은 전력공급부를 구동하기 위한 입력신호를 선택적으로 제공함으로써 TEC를 제어하는 것이다(311단계). 한편 위에서 설명한 305단계에서 TEC를 제어하기 위한 전류/전압 방향이 옳바르다고 하여도 비냉각검출기가 손상될 정도로 온도가 증가하거나 감소하는 가, 즉 허용온도범위내에 있는 가를 판단하여야 한다 (307단계). 허용온도범위내에 있는 경우에는 선택부(207)에서 선택된 전원구동신호에 의하여 지속적으로 전력구동부(209)가 동작하여 TEC에 전력을 공급하게 된다.

그러나 제어방향이 옳바르지 아니하거나 허용온도범위내에 있지 아니한 경우에는 윗 문단에서 설명한 것처럼 1차적으로 전력공급부(209)의 출력전력이 0이 되도록 전력공급부(209)에 입력한다(311단계). 그 결과 TEC가 이상동작하는 것을 막을 수 있다. 그 후 기준전압과 입력전압을 비교하여 정상적으로 동작하는 지가 판단된다(313단계). 전력공급부(209)의 입력제어에도 불구하고 TEC에 대한 제어가 이루어지지 아니하는 경우에는 최종적으로 전력공급부(209)의 기능을 다운시켜 TEC에 전력이 공급되는 것을 원천적으로 차단시킨다(315단계).

결과적으로 최악의 경우라도 TEC가 파손되는 것을 막아 비냉각 검출기가 고장나는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 TEC 제어장치 및 그 방법에 의하면, 비냉각검출기의 동작온도를 항상 모니터링하여 기준전압과 비교해서 동작온도범위안에 들어 있는지가 확인이 되며 만약 TEC를 제어하기 위한 전류/전압의 방향이 반대로 되거나 과도한 전류/전압이 공급되는 상태이면 TEC로 입력되는 전원공급을 차단함으로써 TEC가 장애를 입어 비냉각 검출기를 사용할 수 없는 상태가 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims

써멀일렉트릭쿨러(TEC)로 공급되는 전력을 제어하기 위한 장치에 있어서,

비냉각 검출기의 온도가 변환된 입력전압과 기준전압의 차이값을 출력하는 에러검출부;

상기 차이값을 입력받아 상기 차이값만큼 상기 TEC에 전원을 공급하도록 제1전원구동신호를 출력하는 제1제어부;

상기 입력전압을 모니터링하여 상기 TEC의 동작온도범위내에서 동작하도록 하는 제2전원구동신호, 그리고 상기 제1전원구동신호와 제2전원구동신호중 하나를 선택할 수 있는 선택신호 및 전원 공급여부를 결정하는 차단신호를 출력하는 제2제어부;

상기 선택신호에 따라 제1전원구동신호와 제2전원구동신호중의 하나를 전력공급을 위한 구동신호로써 출력하는 선택부;

상기 구동신호와 차단신호에 따라 상기 TEC로 전원을 공급하는 전력공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TEC 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제2제어부는

상기 입력전압을 디지털신호로 변환하는 A/D변환부;

상기 디지털신호로 변환된 입력전압값과 상기 기준전압을 비교하여 상기 선택신호 및 전력공급부의 기능을 차단하는 상기 차단신호를 발생시키는 프로세스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TEC 제어장치.
(a) 비냉각검출기의 초기온도와 기준온도를 결정하는 단계;

(b) 비냉각 검출기로 전력을 공급한 후 상기 비냉각검출기의 내부온도를 읽는 단계;

(c) 상기 초기온도와 내부온도를 비교하는 단계;

(d) 상기 내부온도를 기준온도와 비교하는 단계;

(e) 상기 (c)단계와 (d)단계의 비교 결과에 근거하여 써멀일렉트릭쿨러(TEC)로의 전력공급을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TEC 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 (d)단계는

상기 (c)단계의 비교결과 전류 혹은 전압 방향이 반대이거나, 상기 (d)단계의 비교결과 허용온도범위를 초과하는 경우에 전력공급을 하기 위한 입력신호를 차단하거나 혹은 전력공급을 차단하는 것을 선택적으로 할 수 있는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TEC 제어방법.
삭제