KR100471085B1

KR100471085B1 - 열전소자의 제어시스템 및 제어방법

Info

Publication number: KR100471085B1
Application number: KR10-2002-0078358A
Authority: KR
Inventors: 김명철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2005-03-09
Also published as: KR20040050506A

Abstract

본 발명은 냉장고 등에 사용되는 열전소자의 제어시스템에 관한 것으로서, 전원공급부로부터의 출력전압에 의해 작동되는 서로 직렬접속된 복수개의 열전소자와, 상기 전원공급부의 출력전압과 소정의 제1기준전압을 비교하는 제1비교부와, 상기 각 열전소자와 병렬로 접속되어 상기 각 열전소자에 인가되는 전압과 소정의 제2기준전압을 비교하는 제2비교부와, 상기 제1비교부의 비교결과에 따라 상기 출력전압의 과전압여부를 판단하며 상기 제2비교부의 비교결과에 따라 상기 각 열전소자의 고장여부를 판단하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 복수의 열전소자가 냉장고에 조립된 상태에서 열전소자의 고장여부를 판단할 수 있으며, 열전소자로 공급되는 전원의 과전압여부를 판단하여 열전소자를 보호할 수 있다.

Description

열전소자의 제어시스템 및 제어방법{Control system and method for thermoelectric device}

본 발명은 열전소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉온저장고에 사용되는 열전소자의 고장여부를 판단하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적인 냉장고는 압축기, 응축기, 모세관을 거친 냉매가 냉장실에 설치된 증발기에서 증발하면서 내부의 공기를 냉각시키는 구조를 갖고 있다. 그러나, 이러한 종래의 냉장고에 사용되는 냉매는 각종 환경규제의 대상이 되고 있을 뿐만 아니라, 압축기의 구동시 소음이 발생하며, 냉매순환을 위한 냉동사이클을 별도로 구비하여야 한다는 문제점이 있었다.

이에 따라 냉매를 사용하지 않고, 반도체소자로서 펠티에소자와 같은 열전소자로 냉각부를 구성한 냉장고, 냉온저장고 등의 제품이 개발되고 있다. 여기서 열전소자의 양부 여부는 단품 상태에서는 별도의 측정계기를 이용하여 판정이 가능하다. 그러나 냉장고 등에 조립된 상태에서 열전소자의 양부를 측정하기 위해서는 장시간동안 냉장고를 동작시킨 다음, 소비전력이나 냉각속도 등을 확인하여 판정할 수 밖에 없다.

도 3은 냉장고에서 종래의 열전소자로 구성된 냉각부만을 간략히 도시한 것이다. 스위칭모드전원공급장치(SMPS)로 구현된 전원공급부(100)는 상용교류전원을 입력받아, 냉각부(200)를 구성하는 열전소자의 구동에 필요한 직류전압(V₁₀₀)을 출력한다. 냉각부(200)를 구성하는 열전소자는 서로 직렬연결되어 있으며, 정상적으로 냉각작동을 할 때에는 각 열전소자(201, 202, 203)에는 서로 동일한 전압이 분배되어 인가된다(V₂₀₀=V₃₀₀=V₄₀₀). 그런데, 열전소자 자체가 손상된 상태로 조립되거나, 조립공정상의 결함으로 소자에 손상이 발생하면, 열전소자의 특성상 내부 저항이 상승하거나 하강하는 등의 변화가 일어난다. 이에 따라 전원공급부에서 출력되는 전압이 각 열전소자에 동일하게 분배되지 못하고, 한 소자에 과전압이 인가되고, 다른 소자에는 저전압이 인가될 수 있다. 가령 열전소자1(201)의 내부저항값이 상승하면, 열전소자1(201)에는 과전압이 인가되고, 열전소자2,3(202,203)에는 저전압이 인가된다(V₂₀₀>V₃₀₀=V₄₀₀). 이때 열전소자3(203)의 내부저항값도 하강한 상태이면 각 소자에는 서로 상이한 전압이 인가된다(V₂₀₀>V₃₀₀>V₄₀₀). 또한 유통 과정이나 사용자의 부주의로 시간이 경과됨에 따라 열전소자가 손상되어 냉온작동을 정상적으로 하지 못할 수도 있다.

이와 같이 열전소자의 불량으로 내부저항의 차이가 있는 상태로 장시간 사용하면, 어느 한 소자에만 과전압이 공급되어 소자 자체의 수명에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 그럼에도 불구하고 일단 열전소자가 냉장고에 조립된 상태에서는 초기의 조립라인이나 구입후 사용자가 사용할 때에 열전소자의 고장여부를 판별하기가 곤란하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 복수의 열전소자가 냉장고에 조립된 상태에서 열전소자의 고장여부를 판단할 수 있는 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 전원공급부로부터의 출력전압에 의해 작동되며 복수개가 서로 직렬접속되어 있는 냉각부를 구성하는 열전소자와, 상기 전원공급부의 출력전압과 소정의 제1기준전압을 비교하는 제1비교부와, 상기 각 열전소자와 병렬로 접속되어 상기 각 열전소자에 인가되는 전압과 소정의 제2기준전압을 비교하는 제2비교부와, 상기 제1비교부의 비교결과에 따라 상기 출력전압의 과전압여부를 판단하며, 상기 제2비교부의 비교결과에 따라 상기 각 열전소자의 고장여부를 판단하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어시스템에 의하여 달성된다.

여기에서, 상기 제1비교부는, 상기 전원공급부의 출력전압을 감지하는 제1전압감지수단과, 상기 제1전압감지수단에서 출력되는 감지전압과 상기 제1기준전압을 비교하는 제1비교기를 포함하고; 상기 제2비교부는, 상기 열전소자에 인가되는 전압을 감지하는 제2전압감지수단과, 상기 제2전압감지수단에서 출력되는 감지전압과 상기 제2기준전압을 비교하는 제2비교기를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1전압감지수단은 상기 전원공급부와 병렬로 접속되는 한 쌍의 직렬저항으로 이루어지며; 상기 제2전압감지수단은 상기 열전소자와 병렬로 접속되는 한 쌍의 직렬저항으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마이컴은 상기 제1비교부의 비교결과에 따라 상기 출력전압이 과전압으로 판단되는 경우, 상기 열전소자로 공급되는 전원을 차단하도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 마이컴의 판단결과에 따른 상기 출력전압의 과전압 여부 또는 상기 열전소자의 고장 여부를 표시하는 표시부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명은 다른 분야에 따르면, 전원공급부로부터의 출력전압에 의해 작동되며 복수개가 서로 직렬접속되어 냉각부를 구성하는 열전소자의 제어방법에 있어서, 상기 전원공급부의 출력전압과 소정의 제1기준전압을 비교하는 단계와; 상기 출력전압과 상기 제1기준전압이 일치하는 경우, 상기 각 열전소자에 인가되는 전압과 소정의 제2기준전압을 비교하는 단계와; 상기 제2기준전압과의 비교결과에 따라 상기 열전소자의 고장여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어방법에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 출력전압과 상기 제1기준전압이 일치하지 않는 경우, 상기 출력전압의 과전압여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 출력전압이 과전압인 것으로 판단되는 경우, 상기 열전소자로 공급되는 전원을 차단하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1기준전압을 비교하는 단계는, 상기 전원공급부의 출력전압을 감지하는 단계와, 상기 감지된 출력전압과 소정의 제1기준전압을 비교하는 단계를 포함하고; 상기 제2기준전압을 비교하는 단계는, 상기 열전소자에 인가되는 전압을 감지하는 단계와, 상기 감지된 상기 열전소자의 인가전압과 소정의 제2기준전압을 비교하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 판단결과에 따라 상기 출력전압의 과전압 여부를 표시하거나, 상기 감지된 열전소자의 인가전압이 상기 제2기준전압과 불일치하는 경우, 상기 열전소자가 고장상태임을 표시하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 냉장고에서 본 발명에 따른 열전소자를 채용한 냉각부와, 열전소자의 제어시스템을 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열전소자의 제어시스템은, 상용교류전원을 소정의 직류전원으로 변환하는 SMPS로 구현된 전원공급부(10)와, 전원공급부(10)로부터의 출력전압(V₁)에 의해 작동되는 직렬연결된 복수의 열전소자(21,22,23)로 구성된 냉각부(20)와, 전원공급부(10)의 출력전압(V₁)과 소정의 제1기준전압을 비교하는 제1비교부(41)와, 각 열전소자(21,22,23)와 병렬로 접속되어 각 열전소자에 인가되는 전압(V₂, V₃, V₄)과 소정의 제2기준전압을 비교하는 제2비교부(42, 43, 44)와, 제1비교부(41)의 비교결과에 따른 출력전압(V₁)의 과전압여부 및 제2비교부의 비교결과에 따른 각 열전소자의 고장여부를 판단하는 마이컴(50)과, 마이컴(50)의 판단결과에 따른 출력전압(V₁)의 과전압 여부 또는 열전소자(20)의 고장 여부를 표시하는 표시부(60)를 포함한다.

제1비교부(41)에서는 전원공급부(10)에서 출력되는 전압을 감지부(31)를 통해 감지하고, 감지된 전압(V_sen1)과 소정의 제1기준전압과의 비교결과를 마이컴(50)에 제공한다. 여기에서 감지부(31)는 한쌍의 직렬저항으로 이루어진 분압저항(R₁₁, R₁₂)으로 구성하여 전원공급부(10)와 병렬로 접속되도록 구성할 수 있다. 한편, 제1비교부(41)에는 소정의 제1기준전압을 미리 설정해 둘 수 있다. 또한 제1비교부(41)는 별도의 제1기준전압발생부에서 출력되는 제1기준전압과, 감지부(31)에서 감지된 전압을 입력받아 비교한 뒤 마이컴(50)으로 출력하는 비교기로 구성할 수도 있다. 가령, 냉각부를 구성하는 3개의 열전소자(21, 22, 23)가 각각 12V_dc전압으로 구동된다고 하면, 전원공급부(10)에서는 36V_dc가 출력되어야 하므로, 36V_dc가 소정의 제1기준전압이 된다. 이에 따라 제1비교부(41)에서는 감지부(31)에서 감지된 전압(V_sen1)이 소정의 제1기준전압(36V_dc)과 일치하는지 여부를 비교한다.

이 때, 마이컴(50)에서는 감지된 전압(V_sen1)이 제1기준전압과 일치하면, 전원공급부(10)의 출력전압이 각 열전소자로 공급되게 하여, 냉각부(20)를 구동시킨다. 만약 감지된 전압(V_sen1)이 제1기준전압보다 높을 경우에는, 마이컴(50)에서는 전원공급부(10)에서 과전압이 출력되는 것으로 판단하여, 냉각부(20)로의 전원공급을 차단함으로써 열전소자를 보호하도록 한다. 그리고 감지된 전압(V_sen1)이 제1기준전압보다 낮을 경우에는, 전원공급부(10)에서 저전압이 출력되는 것으로 판단한다. 이와 같이 전원공급부(10)에서 출력되는 전압이 과전압이거나 저전압상태일 때에는 전원공급부(10)가 이상상태임을 나타내는 에러메시지를 표시부(60)에 표시하도록 구성할 수도 있다.

전원공급부(10)에서 제1기준전압과 일치되는 전압이 출력되어 냉각부(20)로 공급되면, 각각의 열전소자(21, 22, 23)와 병렬로 마련되어 있는 제2비교부(42, 43, 44)에서는 각 소자에 인가되는 전압을 각 감지부(32, 33, 34)를 통해 순차적으로 감지한다. 각 감지부(32, 33, 34)는 감지된 각각의 전압(V_sen2, V_sen3, V_sen4)과 소정의 제2기준전압과의 비교결과를 마이컴(50)에 제공한다. 여기서 각 감지부(32, 33, 34)는 한쌍의 직렬저항으로 이루어진 분압저항(R₂₁, R₂₂; R₃₁, R₃₂; R₄₁, R₂₂)으로 각각 구성하여, 각 열전소자(21, 22, 23)와 병렬로 접속되도록 구성할 수 있다. 한편, 제2비교부(42, 43, 44)에는 소정의 제2기준전압을 미리 설정해 둘 수 있다. 또한 제2비교부(42, 43, 44)는 별도의 제2기준전압발생부에서 출력되는 제2기준전압과, 각 감지부(32, 33, 34)에서 감지된 전압을 입력받아 비교한 뒤 마이컴(50)으로 출력하는 비교기로 각각 구성할 수도 있다. 나아가 복수의 제2비교부를 통합하여 하나의 제2비교부로 구성할 수도 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 각각의 열전소자가 각각 12V_dc로 구동된다고 하면, 12V_dc가 소정의 제2기준전압이 된다. 이에 따라 각 제2비교부(42, 43, 44)에서는 각 감지부(32, 33, 34)에서 감지된 전압(V_sen2, V_sen3, V_sen4)이 소정의 제2기준전압(12V_dc)과 일치하는지 여부를 비교한다.

이 때, 마이컴(50)에서는 각 열전소자에서 감지된 전압이 제2기준전압과 일치하면, 냉각부(20) 정상적으로 냉각 운전을 하도록 한다. 만약, 각 열전소자에서 감지된 전압이 제2기준전압과 일치하지 아니하면, 표시부(60)를 통해 해당되는 열전소자가 고장이라는 에러메시지를 표시한다.

한편, 표시부(60)는 LED와 같은 발광수단이나, LCD등의 표시장치로 구현할 수 있으며, 이상 발생시 경보음을 출력하도록 구성할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 열전소자의 제어과정을 나타낸 흐름도이다. 먼저 전원공급부(10)에서 출력되는 직류전원을 냉각부(20)를 구성하는 열전소자의 구동에 적합한 전압수준인지를 감지부(31)를 통하여 감지한다(S10). 감지된 출력전압(_Vsen1)은 제1비교부(41)에서 소정의 제1기준전압과 비교되어(S11), 서로 일치할 경우 냉각부(20)를 구성하는 열전소자1(21)에 인가되는 전압을 감지(_Vsen2)하여 소정의 제2기준전압과 비교한다(S12, S13). 다음으로 열전소자1(21)에 인가되는 전압과 제2기준전압이 서로 일치하면, 열전소자2(22)에 인가되는 전압을 감지(_Vsen3)하여 제2기준전압과 비교한다(S14, S15). 그리고 열전소자2(22)에 인가되는 전압과 제2기준전압이 서로 일치하면, 열전소자3(23)에 인가되는 전압을 감지(_Vsen4)하여 제2기준전압과 비교한다(S16, S17). 이에 따라 열전소자3(23)에 인가되는 전압과 제2기준전압이 서로 일치하면, 마이컴(50)에서는 냉각부(20)를 정상운전하도록 제어한다(S18). 만약 각 열전소자에서 감지된 인가전압과 제2기준전압이 서로 일치하지 않는 경우에는 표시부(60)를 통하여 에러메시지를 표시하도록 한다(S19)

한편, 전원공급부(10)에서 출력되는 전압을 감지한 결과 소정의 제1기준전압과 서로 일치하지 않으면, 감지된 출력전압이 제1기준전압보다 높은지 낮은지를 판단한다(S20). 이때 감지된 출력전압이 제1기준전압보다 높으면 전원공급부(10)의 출력이 과전압상태이므로, 열전소자로 공급되는 전원을 차단하도록 한다(S22, S23). 그리고 감지된 출력전압이 제1기준전압보다 낮으면 전원공급부(10)의 출력이 저전압상태임을 알 수 있다(S21). 이와 같이 전원공급부(10)의 출력이 과전압 또는 저전압상태일 때 이를 표시부(60)를 통하여 에러메시지를 나타내도록 구성할 수 있음은 물론이다.

상술과 같이 본 발명의 구성에 따르면, 복수의 열전소자를 이용하는 냉장고나 냉온저장고 등의 기기에서 열전소자의 고장을 간단한 구성으로 판단함으로써, 초기 조립라인에서 열전소자의 양부를 판단할 수 있어서 완제품의 불량을 낮출 수 있다. 그리고 사용자가 냉장고 등을 사용하는 과정에서도 열전소자의 불량여부를 실시간으로 체크할 수 있다. 또한 열전소자에 공급되는 전원공급부의 출력전압의 과전압 여부도 동시에 판단하여 열전소자를 보호할 수 있게 된다.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 복수의 열전소자가 냉장고 등에 조립된 상태에서 열전소자의 고장여부를 판단할 수 있으며, 열전소자로 공급되는 전원의 과전압여부를 판단하여 열전소자를 보호할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 열전소자 제어시스템의 구성도,

도 2는, 본 발명에 따른 열전소자의 제어과정을 나타내는 흐름도,

도 3은, 종래의 열전소자를 이용한 냉각부의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전원공급부(SMPS) 20 : 냉각부

21, 22, 23 : 열전소자 31, 32, 33, 34 : 감지부

41, 42, 43, 44 : 비교부 50 : 마이컴

60 : 표시부

Claims

전원공급부로부터의 출력전압에 의해 작동되며 복수개가 서로 직렬접속되어 있는 냉각부를 구성하는 열전소자와,

상기 전원공급부의 출력전압과 소정의 제1기준전압을 비교하는 제1비교부와,

상기 각 열전소자와 병렬로 접속되어 상기 각 열전소자에 인가되는 전압과 소정의 제2기준전압을 비교하는 제2비교부와,

상기 제1비교부의 비교결과에 따라 상기 출력전압의 과전압여부를 판단하며, 상기 제2비교부의 비교결과에 따라 상기 각 열전소자의 고장여부를 판단하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1비교부는, 상기 전원공급부의 출력전압을 감지하는 제1전압감지수단과, 상기 제1전압감지수단에서 출력되는 감지전압과 상기 제1기준전압을 비교하는 제1비교기를 포함하고,

상기 제2비교부는, 상기 열전소자에 인가되는 전압을 감지하는 제2전압감지수단과, 상기 제2전압감지수단에서 출력되는 감지전압과 상기 제2기준전압을 비교하는 제2비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어시스템.
제2항에 있어서,

상기 제1전압감지수단은 상기 전원공급부와 병렬로 접속되는 한 쌍의 직렬저항으로 이루어지며,

상기 제2전압감지수단은 상기 열전소자와 병렬로 접속되는 한 쌍의 직렬저항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어시스템.
제1항에 있어서,

상기 마이컴은 상기 제1비교부의 비교결과에 따라 상기 출력전압이 과전압으로 판단되는 경우, 상기 열전소자로 공급되는 전원을 차단하도록 하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 마이컴의 판단결과에 따른 상기 출력전압의 과전압 여부 또는 상기 열전소자의 고장 여부를 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어시스템.
전원공급부로부터의 출력전압에 의해 작동되며 복수개가 서로 직렬접속되어 냉각부를 구성하는 열전소자의 제어방법에 있어서,

상기 전원공급부의 출력전압과 소정의 제1기준전압을 비교하는 단계와,

상기 출력전압과 상기 제1기준전압이 일치하는 경우, 상기 각 열전소자에 인가되는 전압과 소정의 제2기준전압을 비교하는 단계와,

상기 제2기준전압과의 비교결과에 따라 상기 열전소자의 고장여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어방법.
제6항에 있어서,

상기 출력전압과 상기 제1기준전압이 일치하지 않는 경우, 상기 출력전압의 과전압여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어방법.
제7항에 있어서,

상기 출력전압이 과전압인 것으로 판단되는 경우, 상기 열전소자로 공급되는 전원을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자의 제어방법.
제7항에 있어서,

상기 제1기준전압을 비교하는 단계는, 상기 전원공급부의 출력전압을 감지하는 단계와, 상기 감지된 출력전압과 소정의 제1기준전압을 비교하는 단계를 포함하고,

상기 제2기준전압을 비교하는 단계는, 상기 열전소자에 인가되는 전압을 감지하는 단계와, 상기 감지된 상기 열전소자의 인가전압과 소정의 제2기준전압을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 판단결과에 따라 상기 출력전압의 과전압 여부를 표시하거나, 상기 감지된 열전소자의 인가전압이 상기 제2기준전압과 불일치하는 경우, 상기 열전소자가 고장상태임을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어방법.