KR100719324B1 - Power control apparatus for electrical warm air circulator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기에 의해 열을 발산하는 발열체에 공급되는 전력을 제어하는 전기 온풍기용 전력 제어 장치로서, 입력되는 교류 신호의 영점 위치를 검출하는 제로 크로스 회로와, 상기 제로 크로스 회로의 영점 위치로부터 일정한 기간 동안 상기 교류 신호의 전력량을 조절하기 위한 펄스 신호를 생성하는 스위칭 제어 회로와, 상기 스위칭 제어 회로로부터 펄스 신호를 입력 받아 상기 펄스 신호에 따라 상기 발열체에 인가되는 교류 신호의 입력을 온(ON) 또는 오프(OFF)시킴으로써, 상기 발열체에 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어 회로를 포함하고 있다. 따라서 상기 전력 제어 장치는 변압기 등을 사용하지 않고 전기 온풍기의 발열체에 공급되는 교류 전력을 효과적으로 조절할 수 있다.The present invention relates to a power control device for an electric warmer that controls electric power supplied to a heating element that emits heat by electricity, the present invention comprising a zero cross circuit for detecting a zero position of an input AC signal and a constant from a zero position of the zero cross circuit. A switching control circuit for generating a pulse signal for adjusting the amount of power of the AC signal during a period, and an input of an AC signal applied to the heating element according to the pulse signal by receiving a pulse signal from the switching control circuit; Or a power control circuit for controlling the power supplied to the heating element by turning OFF. Therefore, the power control device can effectively control the AC power supplied to the heating element of the electric warmer without using a transformer or the like.
전기 온풍기, 전력 제어, 몰리브덴, 발열체 Electric Heater, Power Control, Molybdenum, Heating Element
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 온풍기용 전력 제어 장치의 구성을 나타내는 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram showing the configuration of a power control apparatus for an electric warmer according to an embodiment of the present invention.
도 2는 제로 크로스 회로의 입력 파형과 출력 파형을 나타내는 파형도이다.2 is a waveform diagram showing an input waveform and an output waveform of a zero cross circuit.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 온풍기용 전력 제어 장치의 제로 크로스 회로를 나타내는 회로도이다.FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a zero cross circuit of the electric power fan control device according to the embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 온풍기용 전력 제어 장치의 스위칭 제어 회로를 나타내는 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a switching control circuit of the electric power blower power control apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 온풍기용 전력 제어 장치의 전력 제어 회로를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram showing a power control circuit of the power control apparatus for an electric warm air fan according to the embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 온풍기용 전력 제어 장치에 의해 교류 신호가 조절되는 것을 나타내는 파형도이다.6 is a waveform diagram illustrating that an AC signal is adjusted by the electric power blower for electric heater according to the embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 상기 스위칭 제어 회로에 의한 스위칭을 다른 일례를 나타내는 파형도이다.7 is a waveform diagram showing another example of switching by the switching control circuit according to the embodiment of the present invention.
본 발명은 전기 온풍기의 전력 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전소자를 사용하는 전기 온풍기에서 대용량의 변압기를 사용하지 않고 효과적으로 전력을 제어할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power control apparatus for an electric warmer, and more particularly, to an apparatus capable of controlling power effectively without using a large-capacity transformer in an electric warmer using a thermoelectric element.
종래에 비닐하우스 등을 난방하기 위한 농업용 온풍기는 석유 등을 태워서 직접 가열하는 방식이 많이 이용되었으나, 근래에는 대기 오염, 유가 상승 등의 영향으로 인하여 전기 가열 방식의 전기 온풍기로 대체되는 추세에 있다.Conventionally, an agricultural hot air heater for heating a plastic house or the like has been used in a manner of directly heating by burning petroleum, etc., but in recent years, it has been replaced by an electric heating air heater of an electric heating method due to the effects of air pollution and an increase in oil prices.
이러한 전기 온풍기에서 발열 기능을 하는 발열체(heater)는 수명을 고려하여 그 표면 온도를 1000℃ 이하로 제한하고 있다. 그러나 규화몰리브덴(MOsi2)이나 탄화규소(SiC) 등과 같은 발열체는 동일 전력으로 표면 온도를 1800℃ 까지 발열시킬 수 있기 때문에, 최근의 전기 온풍기 제작에 많이 사용되고 있다.A heater that generates heat in such an electric heater has its surface temperature limited to 1000 ° C. or less in consideration of its lifetime. However, heating elements such as molybdenum silicide (MOsi 2 ), silicon carbide (SiC), and the like can generate heat up to 1800 ° C. at the same power, and thus are widely used in the recent production of electric heaters.
그러나 상기한 몰리브덴 발열체는 그 내부 저항이 0.04 ~ 1Ω 이하인 특성을 가지므로, 일반적인 상용 전기(110VAC ~440VAC, 60Hz)를 직접 인가하여 사용할 수가 없다. 따라서 몰리브덴 발열체를 사용하는 경우에는, 대용량의 전압 강하용 변압기(transformer)를 사용하여 낮은 전압을 만들어서 몰리브덴 발열체에 인가할 수밖에 없다.However, since the molybdenum heating element has a characteristic in which the internal resistance thereof is 0.04 to 1 Ω or less, it cannot be used by directly applying general commercial electricity (110 VAC to 440 VAC, 60 Hz). Therefore, when the molybdenum heating element is used, it is inevitable to apply the molybdenum heating element by making a low voltage by using a large-capacity voltage drop transformer.
상기한 바와 같이, 전기 온풍기에서 대용량의 변압기를 사용하게 되면, 온풍 기의 부피 및 중량이 커지게 되고, 그 제조 비용도 높아진다. 즉, 대용량 변압기의 사용은 전기 온풍기의 설계 및 제작에 많은 제한 요소로서 작용하고 있다.As described above, when a large-capacity transformer is used in the electric warmer, the volume and weight of the warmer are increased, and the manufacturing cost thereof is high. In other words, the use of a large-capacity transformer is acting as a limiting factor in the design and manufacture of electric warmers.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대용량의 변압기를 사용하지 않고, 몰리브덴 발열체를 발열시킬 수 있는 전기 온풍기를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 전기 온풍기에 입력되는 상용 전기를 직접 제어하여 필요한 유효 전력을 발생시킬 수 있는 전력 제어 장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, to provide an electric warmer that can generate molybdenum heating element without using a large-capacity transformer. That is, an object of the present invention is to provide a power control device capable of directly controlling the commercial electricity input to the electric warmer to generate the required active power.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기 온풍기용 전력 제어 장치는, 전기에 의해 열을 발산하는 발열체에 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어 장치로서, 입력되는 교류 신호의 영점 위치를 검출하는 제로 크로스 회로와, 상기 제로 크로스 회로의 영점 위치로부터 일정한 기간 동안 상기 교류 신호의 전력량을 조절하기 위한 펄스 신호를 생성하는 스위칭 제어 회로와, 상기 스위칭 제어 회로로부터 펄스 신호를 입력 받아 상기 펄스 신호에 따라 상기 발열체에 인가되는 교류 신호의 입력을 온(ON) 또는 오프(OFF)시킴으로써, 상기 발열체에 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어 회로를 포함하고 있다.Electric power blower electric power control device according to the present invention for solving the above problems is a power control device for controlling the power supplied to the heating element that emits heat by electricity, the zero for detecting the zero position of the input AC signal A switching control circuit for generating a pulse signal for adjusting a power amount of the AC signal for a predetermined period from a zero position of the zero cross circuit, a cross circuit, and receiving a pulse signal from the switching control circuit according to the pulse signal; And a power control circuit for controlling the power supplied to the heating element by turning the input of an AC signal applied to the heating element ON or OFF.
따라서 상기 전력 제어 장치는 전기 온풍기의 발열체에 공급되는 교류 전력을 대형 변압기 등을 사용하지 않고 효과적으로 조절할 수 있다.Therefore, the power control device can effectively control the AC power supplied to the heating element of the electric warmer without using a large transformer or the like.
상기 전력 제어 장치는, 입력되는 교류 신호의 전류량을 감지하여 상기 스위칭 제어 회로로 피드백(feedback)시키는 전류 감지기를 더 포함할 수 있다. 이러한 전류 감지기에 의해, 전력량을 정확히 감시하여 실시간으로 보정할 수 있다.The power control device may further include a current detector that senses a current amount of an input AC signal and feeds back to the switching control circuit. By such a current sensor, the amount of power can be accurately monitored and corrected in real time.
또한, 상기 스위칭 제어 회로는 상기 영점 위치의 전후로 일정한 기간 동안 유지되는 펄스 신호를 발생시키도록 할 수도 있다. 이러한 스위칭 제어는 공급되는 교류 신호를 더욱 평활하게 만들 수 있다.The switching control circuit may also generate a pulse signal that is maintained for a predetermined period before and after the zero position. This switching control can make the supplied AC signal smoother.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 온풍기용 전력 제어 장치의 개략적인 동작을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a schematic operation of a power control device for an electric warmer according to an embodiment of the present invention.
도 1에서와 같이, 본 발명의 전기 온풍기용 전력 제어 장치는 제로 크로스(zero cross) 회로(10), 스위칭 제어 회로(20), 전력 제어 회로(30), 전류 감지기(40)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the electric power blower of the present invention is composed of a zero
먼저, 제로 크로스 회로(10)는 상용 교류전원으로부터 입력되는 전압의 영점을 검출하는 회로이다. 도 2에 입력되는 전압의 파형과 제로 크로스 회로(10)에 의해 검출된 영점에서의 펄스를 나타내었다.First, the zero
도 2에서와 같이, 제로 크로스 회로(10)는 교류 전압(예를 들어, 220VAC 60Hz)을 입력받아 그 영점에 해당하는 위치에 펄스 신호를 발생시킨다. 이러한 펄스 신호는 교류 전압의 주기(1/60 sec = 16.67ms)의 1/2에 해당하는 주기(8.335ms)로 일정하게 발생된다.As shown in FIG. 2, the zero
도 3에 제로 크로스 회로(10)를 실제로 구현한 회로의 일례를 나타내었다. 도 3에서와 같이, 제로 크로스 회로(10)는 다이오드가 역병렬 접속된 AC 입력용 포토커플러(photo-coupler)(P1)를 사용함으로써 간단히 구성할 수 있다. 3 shows an example of a circuit in which the zero
상기 제로 크로스 회로(10)에서 발생된 영점 위치의 펄스 신호는 스위칭 제어 회로(20)로 입력된다. 스위칭 제어 회로(20)는 입력된 영점 위치 펄스 신호를 기준으로 하여 전력 제어에 필요한 스위칭 신호를 생성한다. 즉, 사인파 형태로 된 입력 교류 전압을 영점 위치에서부터 소정 기간까지 주기적으로 스위칭할 수 있는 펄스 신호를 발생시켜, 필요한 만큼의 전력만이 출력될 수 있도록 한다.The zero point pulse signal generated by the zero
도 4에 상기 스위칭 제어 회로(20)를 실제로 구현한 회로를 나타내었다. 도 4에서와 같이 스위칭 제어 회로(20)는 마이크로프로세서 등을 이용하여 용이하게 구현할 수 있다(도 4에서는 원칩 마이크로프로세서를 사용함).4 shows a circuit in which the
상기 스위칭 제어 회로(20)에 의해 생성된 스위칭 신호는 전력 제어 회로 (30)에 인가된다. 전력 제어 회로(30)는 교류 전원으로부터 입력된 교류 전압을 스위칭 제어 회로(20)로부터 입력된 스위칭 신호에 따라 적절히 스위칭하고 정류함으로써, 필요로 하는 양의 전력을 부하(LOAD)에 공급한다. The switching signal generated by the
도 5에 상기 전력 제어 회로(30)를 실제로 구현한 회로를 나타내었다. 전력 제어 회로(30)는 포토커플러, 트라이악(TRAIC), 정류 소자 등으로 구성된다.5 shows a circuit in which the
도 5에서와 같이 스위칭 제어 회로(20)로부터의 스위칭 신호(AC SW1)는 포토커플러(P2)(트라이악 포토 커플러를 사용)를 통해 트라이악(T1)의 게이트(3)에 인가되어, 트라이악(T1)의 양단(1, 2)으로 흐르는 교류 신호(220VAC)를 제어한다. 즉 , 트라이악(T1)의 게이트(3)에 인가되는 스위칭 신호(AC SW1)에 따라 트라이악(T1)이 온/오프(ON/OFF)되어 교류전원으로부터 입력되는 신호의 전력량을 조절하게 된다.As shown in FIG. 5, the switching signal AC SW1 from the
트라이악(T1)에 의해 조절된 신호는 브리지 다이오드(bridge diode)로 형성된 정류기(REC)에 의해 직류로 정류되어 부하(LOAD)에 인가된다. 즉, 몰리브덴 발열체가 전기를 공급받아 이를 열로 변환하게 된다.The signal controlled by the triac T1 is rectified by a direct current by a rectifier REC formed of a bridge diode and applied to a load LOAD. That is, the molybdenum heating element receives electricity and converts it into heat.
상기 전력 제어 회로(20)에 의해 조절된 교류 신호의 파형을 도 6에 나타내었다. 도 6에서와 같이, 영점 위치에서부터 사인파의 최고점에 이르기 전의 소정 위치까지만 교류 신호가 부하에 인가되도록 할 수 있다. 교류 신호가 인가되는 기간은 스위칭 제어 회로(20)에 의해 필요한 만큼 조절될 수 있다. 예를 들어, 16.67ms 동안 스위칭을 하여 전력 제어 회로(20)의 트라이악(T1)을 온(ON) 시키면 100%(220VAC)의 교류 신호가 공급되고, 8.35ms 동안 스위칭을 하면 50%(110VAC)의 교류 신호가 부하에 공급되고, 4.175ms 동안 스위칭을 하면 25%(55VAC)의 교류 신호가 부하에 공급된다. The waveform of the AC signal adjusted by the
공급되는 전압의 파형을 더욱 평활하게 하기 위해, 영점 위치의 전후에서 각각 스위칭을 실행할 수도 있다. 즉, 도 7에 나타낸 바와 같이, 스위칭 제어 회로(20)에서 영점의 전후로 일정한 시간을 계산하여 스위칭을 실행함으로써, 전력 제어 회로(20)를 통해 부하에 공급되는 전압이 더욱 평활하게 되도록 할 수 있다.In order to make the waveform of the supplied voltage more smooth, switching may be performed before and after the zero position, respectively. That is, as shown in FIG. 7, the
스위칭 제어 회로(20)에서의 더욱 정밀한 스위칭 제어를 위해 전류 감지기(40)를 사용할 수 있다. 즉, 도 5의 전력 제어 회로에서 교류 전원으로부터의 입력 라인(J2 단자)에 변류기(current transformer)를 연결하여, 현재 부하에 흐르는 전류를 감시하게 할 수 있다. 이와 같이 감시된 전류를 스위칭 제어 회로(20)에 입력 시켜(feedback), 스위칭 제어 회로(20)가 입력된 전류에 따라 스위칭 시간을 조정함으로써, 부하에 인가되는 전력량을 일정하게 유지시킬 수 있다.The
상기한 전류 감지기(40)에 의한 전력량의 보정은 마이크로프로세서로 구성된 스위칭 제어 회로(20)에 의해 실시간으로 실행된다. 예를 들어, 입력되는 전력량이 부족할 경우에는 스위칭 제어 회로(20)에 의해 전력 제어 회로(30)의 트라이악(T1)이 온(ON)되는 기간을 증가시키고, 입력되는 전력량이 과도할 경우에는 트라이악(T1)이 온(ON)되는 기간을 감소시킴으로서, 더욱 정확한 양의 전력이 부하에 공급되도록 할 수 있다. The correction of the amount of power by the
본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예가 구성될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.Although the present invention has been described with reference to the above-described preferred embodiments and the accompanying drawings, different embodiments may be constructed within the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention is defined by the appended claims, and should be construed as not limited to the specific embodiments described herein.
상기한 바와 같이, 본 발명의 전기 온풍기용 전력 제어 장치는 전기 온풍기에 입력되는 상용 교류 전원의 전력량을 직접 제어하여 몰리브덴 발열체에 공급함으로써, 대용량의 변압기 등을 사용하지 않고도 발열에 필요한 유효 전력을 용이하게 발생시킬 수 있다.As described above, the electric power blower for electric warmer of the present invention directly controls the amount of commercial AC power input to the electric warmer and supplies it to the molybdenum heating element, thereby facilitating effective power required for heat generation without using a large-capacity transformer or the like. Can be generated.
또한, 전류 감지기를 사용하여 공급되는 전력량을 정확히 감시하여 실시간으로 보정할 수 있으므로, 필요로 하는 전력량을 정확하게 제어하여 공급할 수 있다.In addition, the amount of power supplied can be accurately monitored and corrected in real time using the current detector, so that the required amount of power can be controlled and supplied accurately.
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