KR100455445B1

KR100455445B1 - 전열매트에서의 자동접지 선별 조절기

Info

Publication number: KR100455445B1
Application number: KR10-2001-0058517A
Authority: KR
Inventors: 김동열
Original assignee: 김동열
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2004-11-12
Also published as: KR20010099344A

Abstract

본 발명은 마이콤을 이용한 전열매트에 가상 접지점이 형성되는 자동접지 선별 조절기에 관한 것으로서, 별도의 접지선 없이 2선의 인입선중 접지와 같은 전위의 선로을 마이콤 포트을 통해서 자동적으로 선별하고, 접지와 같은 전위선이 없을 시 회로상에 가상접지점을 형성하여 매트 본체 차폐판에 연결하므로서 전열매트에서 발생되는 전위 및 전자파가 인체에 유도되지 않도록 구성된 자동접지 선별 조절기에 관한 것이다.

Description

전열매트에서의 자동접지 선별 조절기{The automatic ground-earthing regulator in electric heat mat}

본 발명은 마이콤을 이용한 전열매트에 가상 접지점이 형성되는 자동접지 선 별 조절기에 관한 것으로서, 별도의 접지선 없이 2선의 인입선중 접지와 같은 전위의 선로을 마이콤 포트를 통해서 자동적으로 선별하고, 접지와 같은 전위선이 없을 시 회로상에 가상접지점을 형성하여 매트 본체 차폐판에 연결하므로서 전열매트에서 발생되는 전위 및 전자파가 인체에 유도되지 않도록 구성된 자동접지 선별 조절기에 관한 것이다.

종래에는 일반적으로 피뢰침에 연결되어 있는 접지선은 대기에서 발생하는 많은 양의 전하를 지표로 직접 이동시켜 전하들이 다른 경로로 이동해 건물이나 인간에게 피해를 입히는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

그리고 사람 자신이 접지되어 있을 경우가 있으므로(습기 찬 바닥위에 서있거나 금속 배관등에 접촉하고 있을 때) 가옥의 배선에서는 전선 1개를 접지하여 번개의 발생, 변압기의 고장, 전선의 절연 등의 이상에 의해 발생하는 인명피해와 화제에서 발생되는 피해를 최소화 시키고 있다.

또한, 금속성 케이스와 다른 도선의 밀폐함은 접지가 되어 있어서 만일 내부 부품중 어떤 것의 절연이 파괴되어 케이스와 접촉하게 되더라도 외부에는 전기충격을 주지 않게 되며, 휴대용 전기기구는 전기충격을 방지하기 위해 대부분 접지가 가능하게 되어 있다.

한편, 상기와 같은 내용으로 선출원된 특허출원(제99-28386호)의 "보온 전기요의 전자파 제거장치"는 발열체에 전류의 방향과 나선방향이 다른 전기 도선을 중첩시켜 전자파의 발생을 감소시키고, 발열체에서 누설되는 전자파는 발열체를 포설한 전자파 흡수도체를 통해 접지로 흘려 보내게 함으로써, 전기요에서 발생하는 전자파의 95% 이상을 제거하는 전자파 제거장치를 제공하며, 상기 발열체의 중심으로 부터 전기 절연성 심부지지체, 나선상 내층도선, 중간 전기 절연층, 나선상 외중도선 및 피복 전기 절연층을 가지며, 내층도선과 외충도선의 나선 방향은 전류의 방향을 기준으로 서로 반대 방향으로 배열하고, 전기요에 발열체를 포설하는 전자파 흡수도체를 구비하여, 상하의 전자파 흡수도체는 하나의 접지에 결속할 수 있도록 연결하여 사용하고 있다.

또한, 특허공고 제 95-13944호의 마이콤을 이용한 "전기요의 제어회로"는 입력전압에 퓨우즈, 스위치, 온도퓨우즈, 트라이액을 직렬로 연결해서 발열체의 열선에 전원을 공급하도록 구성되며, 입력전압을 정류용 집적회로를 사용하여 직류 6V로 정류해서 다이오드를 통하여 0.6V 전압강하된 5.4V의 전압을 마이콤에 공급하는 직류전원 안정화 회로와, 입력전원에 저항, 다이오드, 저항, 캐패시터를 연결, 상기 입력전압을 직류전압으로 강하시켜 직류전압에 의하여 입력전압이 110V 인지 220V인지를 마이콤에서 검출하게 하는 입력전원 검출회로로 연결되어 캐패시턴스에 의한 검출전압의 입력전원에 대한 지연시간으로 온도를 판단하여 트라이악을 제어함으로 설정온도까지의 도달시간이 짧고 정확한 온도제어가 가능하고, 트라이악의 제로 전압에서 온·오프되도록 제로 크로싱 제어함으로 트라이악에 무리가 가해지지 않고, 다른 회로소자에 잡음을 발생시키지 않아서 안정된 회로 동작을 할 수 있고, 마이콤이 알람기능, 예약기능을 할 수 있도록 구성되어 있으나 이러한 구성으로 이루어진 종래의 장치들은 온도를 감지하고 발열선에 흐르는 전류치를 조절하기 위한 다수의 집적회로와 이들 집적회로로 동작전원을 인가하기 위한 보조 전원회로로 구성되어 있었고, 별도의 접지선별장치를 사용하여야 하는 단점이 있다.

그리고, 종래에 사용되는 전기요는 커버내부에 쿠션층, 발열층, 열 확산층, 지지보호층등을 적층하고, 발열층은 교류층, 절류층 또는 반파용 히터를 열 확산층에 배열한것으로서 전기요의 발열 히터는 인가 전압과 소비전력에 비례하여 다량의 전기장과 자기장을 발생시키고 있다.

한편, 상기 전기요는 전자파를 줄이기 위하여 전기 도체 두 가닥을 꼬아서 히터로 사용하는 과거 진공관의 자기장 감쇄 기술이 사용되고 있으나 이와 같은 기술만으로서는 전류 용량이 큰 전기요에서 발생되는 전자파를 효율적으로 제거할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 기존의 회로들은 NTC 대신 대형 저항을 많이 사용하게 되므로 발열이 심하고 저항의 구조상 단선 불량이 자주 발생하는 문제점이 있다.

그리고 본원의 선출원된 실용신안등록출원제2000-22827호의 "전열매트의 자동접지 선별 조절기"가 있다.

이는 별도의 접지선 없이 2선의 인입선중 접지와 같은 전위의 선을 전자장치를 이용하여 선별하고, 전열매트 본체에 장치된 차폐판에 연결하므로서 전열매트에서 발생되는 전위 및 전자파가 인체에 유도되지 않도록 접지시키는 조절기를 구성하는 것으로 마이콤의 포트입력 저항이 거의 무한대라는 점을 이용하여 마이콤의 입력포트에 안테나를 연결하고, 조절기 주위의 공간전위 60Hz를 검출하여 AC 전원에서 소용량 DC 전원을 형성시킬 때 사용되는 콘덴서와 직렬 연결된 저항은 NTC부로 전원 접속시 돌입전류를 상기 NTC부의 저항으로 제한시켜 전선내 회로의 부품을보호하는 수단으로 발열온도가 자동으로 제한되는 전열매트의 자동접지 선별기로 이루어져 있으므로 인하여 1선 접지 방식전원에서는 작동이 용이하나 중성접지 전원 지역에서 발생되는 전자파의 차단은 효과적으로 대처하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본원의 선출원된 마이콤을 이용한 전열매트의 접지기능에 있어서, 중성접지 지역에서도 접지를 시킬 수 있는 가상접지 회로를 사용하여 별도의 접지선 없이 2선의 인입선중 접지와 같은 전위의 선로을 마이콤 포트를 통해서 선별하고, 접지와 같은 전위선로가 없을 경우 중성접지로 판단하여 가상접지점을 만들어 전열매트 본체에 장치된 차폐판에 연결 하므로서 전열매트에서 발생되는 전위 및 전자파가 인체에 유도되지 않도록 접지시키는 조절기를 구성하는데 본 발명의 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 별도 접지선이 제공되지 않는 2선 교류전원선을 통해 상용교류전원을 공급받는 전열매트에서의 자동접지 선별 조절기에 있어서, 상용교류전원이 인가되는 제1 교류전원선(AC1) 및 제2 교류전원선(AC2) 사이에 제1 바이패스회로(11), 제1 포토커플러(PC1), 제2 포토커플러(PC2), 제2 바이어스회로(13)를 직렬로 연결하고, 상기 제1 포토커플러(PC1)와 제2 포토커플러(PC2)간의 노드(N1)가 차폐판(14)과 회로 접지(GND)에 각각 연결되게 구성하고, PCB패턴으로 형성되어 주변의 공간전위를 감지하는 안테나(ANT)를 입력저항이 무한대인 마이콤(12)의 입력포트에 연결하고, 상기 마이콤(12)이 제1 및 제2 포토커플러(PC1,PC2)를 제어하되, 상기 마이콤(12)이 설정 제어한 제1,제2포토커플러(PC1,PC2)의 스위치 상태조건에서 상기 안테나(ANT)를 통한 공간전위 감지 여부에 의거하여 제1,제2 포토커플러(PC1,PC2)의 각 스위치를 다시 제어하여 상기 차폐판(14)에 대지접지나 중성점 접지전원에 대응된 가상접지가 형성되게 함을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 보온 전기요의 전자파 제거장치의 회로도

도 2는 종래의 전기요 제어회로의 회로도

도 3은 본 발명의 실시예를 나타내는 회로도

도 4는 본 발명의 일선 접지 전원을 나타낸 회로도

도 5는 본 발명의 중성점 접지 전원을 나타낸 회로도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10. 전원회로부 11. 제1 바이패스회로

12. 마이콤 13. 제2 바이패스회로

14. 차폐판 17. 포토커플러부

이하, 첨부된 도면에 관련하여 본 발명의 실시예에 의해서 이루어진 그 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 보온 전기요의 전자파 제거장치의 회로도이며, 도 2는 종래의 전기요 제어회로의 회로이고, 도 3은 본 발명의 실시예를 나타내는 회로도이고, 도 4는 일선 접지 전원의 회로도이고, 도 5는 주상변압기의 중성점 접지 전원의 회로도이다.

상기의 도 3과 같이 본 발명은 MOSFET소자로 구성된 통상적인 마이콤(12)의 포트의 입력저항이 거의 무한대라는 점을 이용하여 마이콤(12)의 포트입력에 PCB패턴으로 형성된 안테나(ANT)를 연결하여 상용교류전압에 의해 형성되는 60Hz 또는 50Hz의 공간전위를 검출하는 방식을 채택하였다.공간전위는 주변의 벽, 건물과 같은 대지전위로 포괄적으로 표현하였다.도 3에서, 안테나(ANT)와 대지간에는 공간을 통해서 미세한 값의 커패시턴스(정전용량)가 형성된다. 통상 마이콤(12)의 입력포트(IN PORT)는 MOSFET소자의 게이트단으로 형성되므로, 거의 하이임피던스상태의 높은 입력저항을 가진다. 마이콤(12)의 입력포트(IN PORT)에는 본 발명에 따라 입력저항(R₂)를 통해서 공간전위를 감지하는 안테나(ANT)와 연결된다. 주변에 교류전압이 형성되면 안테나(ATN)는 60Hz 또는 50Hz의 공간전위를 검출하게 되고 입력저항(R2)를 통해서 검출에 대응된 미세한 전류가 마이콤입력포트(IN PORT)로 인가되는 바 마이콤(12)은 이를 입력신호로서 검출하게 된다. 마이콤(12)의 Vcc단에는 직류전압 VCC가 인가되며, Vss단은 PCB 회로접지(GND)에 접지된다.

한편, 본 발명의 자동접지 선별회로는, 상용교류전원(AC)을 트랜스포머(T1)을 통해서 전압변환되어 전원회로부(10)에 인가되고, 전원회로부(10)는 전압변환된 교류전압을 직류전압 VCC로 변환하여 마이콤(12) 등에 공급한다.상용교류전원(AC)이 인가되는 제1 교류전원선(AC1) 및 제2 교류전원선(AC2) 사이에는 제1 바이패스회로(11), 포토커플러부(17)의 제1 포토커플러(PC1), 포토커플러부(17)의 제2 포토커플러(PC2), 제2 바이어스회로(13)가 직렬로 연결되고, 제1 포토커플러(PC1)와 제2 포토커플러(PC2)간의 노드(N1)가 차폐판(14)과 마이콤(12)의 Vss단이 접지된 회로접지(GND)에 각각 연결되어 있다.

제1,제2 바이패스회로(11,13)는 각각 커패시터(C₃)(C₄)와 저항(R5)(R7)의 병렬구조로 구성하여, 상용교류전원(AC)의 60Hz주파수 이상의 교류전압을 바이패스시킨다.

마이콤(12)은 출력저항(R₃, R₄)을 통하여 포토커플러부(17)의 제1,제2 포토커플러(PC1, PC2)에 각각 연결되며, 제1,제2 포토커플러(PC1,PC2)의 스위치 온오프 조건을 설정하고, 그에 따른 안테나(ANT)를 통한 60Hz의 공간전위 감지 여부에 의거하여 제1,제2 포토커플러(PC1,PC2)의 스위치를 다시 제어한다.

마이콤(12)의 입력저항(R2)와 PCB 패턴의 안테나(ANT)간에는 일단이 접지된 풀다운저항(R1)과 고주파잡음제거용 커패시터(C1)가 병렬접속되어 연결된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따라 동작 및 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 일선접지 전원 주상 트랜스방식이면, 접지선이 없는 교류전원 2선(핫선, 뉴트럴선) AC1,AC2중에서 한 선은 대지에 접지되어야 할 뉴트럴(nutral)선이고 나머지 한선은 상용교류전원(핫전원)인 220볼트 또는 110볼트가 인가되는 핫(hot)전원선이 될것이다.

마이콤(12)은 초기에 제1,제2 포토커플러(PC1,PC2)의 스위치중 하나만을 스위치 온되게 제어한다. 일예로서 초기에 제2 포토커플러(PC2)만을 스위치 온되게 제어하고, 상보적으로 제1 포토커플러(PC1)는 스위치 오프되게 제어된다.이때 만약 교류전원선들중 AC2가 접지가 되어야할 뉴트럴선이고 AC1이 핫선이라면, 핫선인 AC1의 핫전원(상용교류전원)은 제1 바이패스회로(11)를 통해서 인가되지만 제1 포토커플러(PC1)가 스위치 오프상태이므로 전원차단되어지고, 제2 포토커플러(PC2)는 스위치온되어 있음에 따라 뉴트럴선인 AC2의 접지전원은 제2 바이패스회로(13), 제2 포토커플러(PC2) 및 노드 N1을 통하여 차폐판(14) 및 마이콤(12)의 Vss단이 접지된 회로접지(GND)로 패스가 형성되는 정상적인 상태가 된다. 그에 따라 접지전위가 주변에 형성되므로 공간전위를 감지하는 안테나(ANT)를 통해서 마이콤(12)의 입력포트(IN PORT)가 인가되는 입력신호는 없게 되고, 그에 따라 마이콤(12)은 포토 커플러부(17)의 제1, 제2 포토커플러(PC₁)의 스위치 상태를 현상태 그대로 유지시킨다.한편 만약 교류전원선중 AC1이 접지가 되어야할 뉴트럴선이고 AC2가 핫선이라면, 핫선인 AC2의 핫전원(상용교류전원)은 제2 포토커플러(PC2)가 스위치온되어 있음에 따라 제2 바이패스회로(13), 제2 포토커플러(PC2) 및 노드 N1을 통하여 차폐판(14) 및 마이콤(12)의 Vss단이 접지된 회로접지(GND)로 패스가 형성된다. 그에따라 상용교류전원의 회로접지(GND)로의 인가에 따라 60Hz의 공간전위가 주변에 형성되므로 안테나(ANT)는 60Hz의 공간전위를 감지함으로써 마이콤(12)의 입력포트(IN PORT)를 통해 입력신호가 인가되고, 그에 따라 마이콤(12)은 포토 커플러부(17)의 제1, 제2 포토커플러(PC₁)의 스위치 상태를 상반된 상태로 전환한다. 즉 제1 포토커플러(PC1)의 스위치를 스위치 온시키고, 상보적으로 제2 포토커플러(PC2)의 스위치를 스위치 오프시킨다.그 결과, 핫선인 AC2의 핫전원(상용교류전원)은 제2 바이패스회로(13)를 통해서 인가되지만 제2 포토커플러(PC2)가 스위치 오프상태이므로 전원차단되어지고, 뉴트럴선인 AC1의 접지전원은 제1 바이패스회로(11), 제2 포토커플러(PC1) 및 노드(N1)를 통하여 차폐판(14) 및 마이콤(12)의 Vss단이 접지된 회로접지(GND)로 패스 형성되는 정상적인 상태가 된다.

그러나, 가정에 공급되는 전원이 도 4에 도시된 바와 같은 일선 접지 전원 주상 트랜스 방식이 아니고, 도 5와 같이 중성점 접지 전원 주상트랜스 방식이면, 교류전원선 AC1과 AC2 각각에는 상용교류전압 110V가 동일하게 인가된다.그러면 포토커플러부(17)의 제1 포토커플러(PC1)가 스위치온 상태에 있더라도 교류전원선 AC1을 통해서 인가된 상용교류전원 110V가 제1 바이패스회로(11), 제1 포토커플러(PC1), 노드 N1을 통해서 회로접지(GND) 및 차폐판(14)으로 인가되고, 안테나(ANT)가 60Hz의 공간전위를 감지하므로 마이콤(12)에서는 입력신호가 있는 것으로 판단하여 제1 포토커플러(PC1)는 스위치 오프시킴과 동시에 상보적으로 제2 포토커플러(PC2)는 스위치 온시킨다.하지만 포토커플러부(17)의 제2 포토커플러(PC1)가 스위치온 상태로 전환된다하더라 교류전원선 AC2를 통해서 인가된 상용교류전원 110V가 제2 바이패스회로(13), 제2 포토커플러(PC2), 노드 N1을 통해서 회로접지(GND) 및 차폐판(14)으로 여전히 인가되고, 그에따라 안테나(ANT)가 60Hz의 공간전위를 감지하므로 마이콤(12)에서는 입력신호가 있는 것으로 판단한다.마이콤(12)은 제1 포토커플러(PC1) 및 제2 포토커플러(PC2) 모두를 순차적으로 택일해서 스위치 온시키더라도 모두 입력신호가 있게 되면, 교류전원선 AC1과 AC2 각각을 통해서 상용교류전압 110V이 인가되는 중성점 접지 전원 주상 트랜스방식으로 인식하여 제1 및 제2 포토커플러(PC2)의 스위치 모두를 스위치 온시킨다.상기와 같이 제1 포토커플러(PC1) 및 제2 포토커플러(PC2)의 스위치를 모두 스위치 온시키게되면, 제1 및 제2 바이패스회로(11,13)의 임피던스값과 저항 R5 및 R8 저항값은 서로 동일하게 구성되어 있음으로, 노드 N1과 차폐판(14)에 가성접지점이 형성된다. 즉 제1 교류전원선 AC1과 노드 N1에 걸리는 전압이 110V이고, 제2 교류전원선 AC2와 노드 N1에 걸리는 전압도 마찬가지로 110V가 되므로 등전위가 형성되어, 결국 노드 N1을 통해서 회로접지점(GND)이나 차폐판(14)으로는 전류가 흐르게 않게된다.

회로도에서, 저항(R₁)은 마이콤 입력포트 풀다운(PULL DOWN) 저항으로서 감도를 조정하케 하고, 커패시터(C₁)는 고주파성분을 바이패스(By Pass)시켜줌으로써 마이콤(12)의 오동작을 방지하게 된다.

상기와 같이 본 발명의 마이콤을 이용한 자동 접지 선별장치에 의하여 별도의 접지선 없이 2선의 인입선중 접지와 같은 교류전원선을 마이콤 포트를 통해서 선별하여 보온매트의 본체에 장치된 차폐판에 바로 연결하므로서 보온매트에서 발생되는 전위 및 미세한 전자파가 인체에 유도되지 못하도록 되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 전기도선의 발열과 동시에 발생되는 미세한 전자파를 감쇄시키고, 발열체에서 누설되는 전자파는 바로 인체에 유도되지 못하도록 하고, 종래와 같이 복잡한 다수의 집적회로를 사용하지 않으므로 인하여 부품수가 적으면서 구조가 간단하여 대량생산에 적합한 특징과 함께 제작단가를 최소화 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

별도 접지선이 제공되지 않는 2선 교류전원선을 통해 상용교류전원을 공급받는 전열매트에서의 자동접지 선별 조절기에 있어서,

상용교류전원이 인가되는 제1 교류전원선(AC1) 및 제2 교류전원선(AC2) 사이에 제1 바이패스회로(11), 제1 포토커플러(PC1), 제2 포토커플러(PC2), 제2 바이어스회로(13)를 직렬로 연결하고, 상기 제1 포토커플러(PC1)와 제2 포토커플러(PC2)간의 노드(N1)가 차폐판(14)과 회로 접지(GND)에 각각 연결되게 구성하고,

PCB패턴으로 형성되어 주변의 공간전위를 감지하는 안테나(ANT)를 입력저항이 무한대인 마이콤(12)의 입력포트에 연결하고, 상기 마이콤(12)이 제1 및 제2 포토커플러(PC1,PC2)를 제어하되,

상기 마이콤(12)이 설정 제어한 제1,제2포토커플러(PC1,PC2)의 스위치 상태조건에서 상기 안테나(ANT)를 통한 공간전위 감지 여부에 의거하여 제1,제2 포토커플러(PC1,PC2)의 각 스위치를 다시 제어하여 상기 차폐판(14)에 대지접지나 중성점 접지전원에 대응된 가상접지가 형성되게 함을 특징으로 하는 전열매트에서의 자동접지 선별 조절기.