KR100833722B1

KR100833722B1 - 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로

Info

Publication number: KR100833722B1
Application number: KR1020070122457A
Authority: KR
Inventors: 길종진
Original assignee: 길종진
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2008-05-29
Also published as: CN101589352A; WO2009064057A1; KR100845693B1

Abstract

본 발명은 전기 장판, 전기요, 전기매트, 전열침구류, 전기 찜질기 등의 온열기에 사용되는 전열선에 있어서, 가열과 온도검출을 전자파 누설 없이 가능하도록 한 침구류용 전열선의 무전자파 온도조절기 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단층3선식 NTC 감열선에 있어서 NTC 써미스터의 온도 임피던스 변화 검출과 이를 이용한 온도조절 방법 및 온도조절기에 관한 것이다.

본 발명은 단순화된 단층구조의 3선식 열선 구조로서 전원 교류전압을 사용하여 온도센서와 온도 과승방지 장치를 별도로 구성하지 않으면서도, 온도를 조절하고 온도의 과승을 방지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 전열침구류 등에 별도의 온도센서 및 온도 과승방지용 바이메탈을 사용하지 않아도 되므로 전기공해 즉, 전자파 등의 차단이 용이하며 구성이 간단하고 제작이 용이하여 제작비가 적게 소요되며 불량률을 낮추는 효과를 갖는다.

Description

전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로 {Temperature control circuit}

인간의 숙면에는 온도와 습도 등의 침상 주변조건이 중요한 요건으로 작용하며, 일반 가정의 경우에 침상의 온도를 적정하게 유지하기 위하여 전기장판, 전기매트, 전기요, 전기 찜질기 등의 전열 침구류, 온열기를 많이 사용하고 있다. 이러한 전열 침구류, 온열기에는 내부에 전열선이 내장되어 있어서, 전열선에 전원을 공급하면 열을 발생하게 된다. 따라서 전열선 주변의 온도를 감지하여 그에 상응하게 전원 공급을 제어하는 온도조절기가 필수적으로 구성되어 있다.

종래의 전열선과 이를 가열하기 위한 온도조절기, 온도조절방법은 온도감지를 위해 별도의 온도센서를 사용하여야 하고, 여기에 별도로 이상온도 과승방지를 위한 온도접점 스위치 또는 바이메탈전기접점을 구비하여, 온도조절 및 이상 온도과승을 제어 조절하였다. 이러한 기존의 방식은 별도의 온도센서 및 바이메탈을 사용하기 때문에 전기장, 자기장을 차단하는 방법과 병행되기가 어려웠으며, 따라서 전기장, 자기장 차단을 위한 별도의 실드 및 기타 부품과 생산 공정수가 증가하는 문제가 있다.

따라서 바이메탈전기접점을 사용하지 않으면서도, 온도 감지 및 조절이 용이한 온도조절 방법과 온도조절 장치에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 3개의 열선을 사용하면서 별도로 분리된 온도센서 대신에 3선의 열선 사이에 NTC 써미스터 수지를 적용하여 열선과 온도센서가 분리되지 않고 동시 온도검출과 가열을 할 수있는 온도조절방법 및 온도조절기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 가열은 3선 중 2선을 사용하여 하여 가열전류가 서로 반대 방향으로 흐르게 하여 자기장을 상쇄 차단하고, 나머지 1선은 가열 2선과의 상호 작용에 의해 각각 NTC 써미스터에 의한 온도 전압이 검출 되도록 하여, 전체는 물론 국부적인 온도 감지와 온도 과승 방지가 가능하도록 하는 온도조절방법 및 온도조절기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 3개의 선이 NTC써미스터를 사이에 두고 배치되는 전열선과 연결되어 사용하는 온도 검출 및 온도 조절 회로에 있어서, 상기 전열선의 3개의 선은, 제1선은 검출선으로 하고, 제2선 및 제3선은 단부를 상호 연결하여 가열 전류가 상기 제2선으로 입력시 제3선으로 유턴되도록 하고, 온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압공급조절부; 상기 제1선과 상기 제2선 사이 및/또는 상기 제1선과 상기 제3선 사이에서 출력된 온도신호 전압을 기준전압과 비교하여 온도 제어신호를 출력하는 온도검출부; 트리거 신호를 생성하고 이 동작을 제어하기 위한 트리거결합, 발생부; 및 상기 트리거결합, 발생부와 연결되는 제어정류기;를 구비하고, 상기 제어정류기의 캐소드는 전원에 연결되고, 상기 제2선 또는 제3선 중 어느 한 선의 일 단부는 전원에 연결되고, 다른 단부는 상기 제어정류기의 애노드에 연결되며, 상기 온도검출부에서 상기 제1선과 상기 제2선 사이의 임피던스 값 또는 상기 제1선과 상기 제3선 사이의 임피던스 값 변화 중 어느 하나 이상을 감지하여 가열 온도에 비례하는 전기 온도신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

3개의 선이 NTC써미스터를 사이에 두고 배치되는 전열선과 연결되어 사용하는 온도 검출 및 온도 조절 회로에 있어서, 상기 전열선의 3개의 선은, 제1선은 검출선으로 하고, 제2선 및 제3선은 단부를 상호 연결하여 가열 전류가 상기 제2선으로 입력시 제3선으로 유턴되도록 하고, 온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압공급조절부; 상기 제1선과 상기 제2선 사이 및/또는 상기 제1선과 상기 제3선 사이에서 출력된 온도신호 전압을 기준전압과 비교하여 온도 제어신호를 출력하는 온도검출부; 트리거 신호를 생성하고 이 동작을 제어하기 위한 트리거결합, 발생부; 및 상기 트리거결합, 발생부와 연결되는 제어정류기;를 구비하고, 상기 제어정류기의 애소드는 전원에 연결되고, 상기 제2선 또는 제3선 중 어느 한 선의 일 단부는 전원에 연결되고, 다른 단부는 상기 제어정류기의 캐노드에 연결되며, 상기 온도검출부에서 상기 제1선과 상기 제2선 사이의 임피던스 값 또는 상기 제1선과 상기 제3선 사이의 임피던스 값 변화 중 어느 하나 이상을 감지하여 가열 온도에 비례하는 전기 온도신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

3개의 선이 NTC써미스터를 사이에 두고 배치되는 전열선과 연결되어 사용하는 온도 검출 및 온도 조절 회로에 있어서, 상기 전열선의 3개의 선은, 제1선은 검출선으로 하고, 제2선 및 제3선은 단부를 상호 연결하여 가열 전류가 상기 제2선으로 입력시 제3선으로 유턴되도록 하고, 상기 제3선은 상기 제2선과 절연되도록 구성되며, 온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압공급조절부; 상기 제1선과 상기 제2선 사이에서 출력된 온도신호 전압을 기준전압과 비교하여 온도 제어신호를 출력하는 온도검출부; 트리거 신호를 생성하고 이 동작을 제어하기 위한 트리거결합, 발생부; 및 상기 트리거결합, 발생부와 연결되는 제어정류기;를 구비하고, 상기 제어정류기의 캐소드는 전원에 연결되고, 상기 제2선 또는 제3선 중 어느 한 선의 일 단부는 전원에 연결되고, 다른 단부는 상기 제어정류기의 애노드에 연결되며, 상기 온도검출부에서 상기 제1선과 상기 제2선 사이의 임피던스 값 변화를 감지하여 가열 온도에 비례하는 전기 온도신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

3개의 선이 NTC써미스터를 사이에 두고 배치되는 전열선과 연결되어 사용하는 온도 검출 및 온도 조절 회로에 있어서, 상기 전열선의 3개의 선은, 제1선은 검출선으로 하고, 제2선 및 제3선은 단부를 상호 연결하여 가열 전류가 상기 제2선으로 입력시 제3선으로 유턴되도록 하고, 상기 제3선은 상기 제2선과 절연되도록 구성되며, 온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압공급조절부; 상기 제1선과 상기 제2선 사이에서 출력된 온도신호 전압을 기준전압과 비교하여 온도 제어신호를 출력하는 온도검출부; 트리거 신호를 생성하고 이 동작을 제어하기 위한 트리거결합, 발생부; 및 상기 트리거결합, 발생부와 연결되는 제어정류기;를 구비하고, 상기 제어정류기의 애소드는 전원에 연결되고, 상기 제2선 또는 제3선 중 어느 한 선의 일 단부는 전원에 연결되고, 다른 단부는 상기 제어정류기의 캐노드에 연결되며, 상기 온도검출부에서 상기 제1선과 상기 제2선 사이의 임피던스 값 변화를 감지하여 가열 온도에 비례하는 전기 온도신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 트리거결합, 발생부는: 방전트리거저항(210), 충전량제어용저항(230) 및 콘덴서(220)를 포함하고, 상기 방전트리거저항(210)은 상기 콘덴서(220)가 방전되면서 상기 제어정류기(30)를 턴온시키기 위한 것이고, 상기 충전량제어용저항(230)은 상기 콘덴서(220)의 충전량을 제어하기 위한 것임을 특징으로 한다.

상기 트리거결합, 발생부는: 방전트리거저항(210), 충전량제어용저항(230), 콘덴서(220), 트랜지스터(240) 및 충방전콘덴서(260)를 포함하고, 상기 충방전콘덴서(260)는 상기 제1선 및 상기 제2선의 사이에 연결되고, 상기 트랜지스터(240)는 상기 충방전콘덴서(260)와 상기 방전트리거저항(210) 사이에 연결되고, 상기 방전트리거저항(210)은 상기 콘덴서(220)가 방전되면서 상기 제어정류기(30)를 턴온시키기 위한 것이고, 상기 충전량제어용저항(230)은 상기 콘덴서(220)의 충전량을 제어하기 위한 것임을 특징으로 한다.

상기 온도검출부는: 상기 제1선과 상기 제2선의 사이를 연결하거나, 상기 제1선과 상기 제3선의 사이를 연결하는 매칭저항(310)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부는: 상기 제1선과 상기 제2선의 사이를 연결하는 매칭저항(310)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부는: 상기 제1선과 연결되는 정전압다이오드(320)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부는: 상기 제1선과 상기 정전압다이오드(320)의 사이에 정류다이오드(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부는: 상기 제1선과 연결되는 정류다이오드(340)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부는: 상기 제1선과 상기 제2선의 사이를 연결하거나, 상기 제1선과 상기 제3선의 사이를 연결하는 포토커플러(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부는: 상기 제1선과 상기 제2선의 사이를 연결하는 포토커플러(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부에 신호전압이 인가된 경우에 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부(600);를 더 포함하고, 상기 트리거결합, 발생부(200)는 상기 펄스폭조절 발생회로부로부터 신호를 받아 가열전류를 통전시키는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부에 신호전압이 인가된 경우에 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부(600); 및 상기 펄스폭조절 발생회로부(600)로부터의 신호를 받아 가열전류를 통전시키는 스위칭부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

온도신호전압공급조절부(100)는: 가변저항과 고정저항을 구비하고, 상기 가 변저항과 상기 고정저항은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 트리거결합, 발생부(200)는: 상기 트랜지스터(240)와 연결되는 과전류 리미트 저항(250)을 더 포함하고, 상기 과전류 리미트 저항(250)은 충방전콘덴서(260)의 방전시간 조절을 목적으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어정류기(30)는: 캐소드가 전원교류단자에 연결되고, 애노드는 상기 온도검출부(300)의 온도신호 입력측 기준점에 연결되고, 이 기준점은 상기 전열선의 가열을 위한 제2선 및 제3선과 직렬로 접속되어 상기 전원교류단자 타단에 연결되는 것을 특징으로 한다. 또는 애노드가 전원교류단자에, 캐소드가 온도신호 입력측 기준점에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 트리거결합, 발생부(200)는: 충전 리미트 저항(410); 및 제어정류소자(420)를 포함하고, 상기 충전 리미트 저항(410)은 방전트리거저항(210) 및 콘덴서(220) 측과 상기 제어정류소자(420)의 애노드 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 트리거결합, 발생부(200)는: 충전 리미트 저항(410); 및 제어정류소자(420)를 포함하고, 상기 트랜지스터(240)는: 베이스와 에미터를 온도검출부(200)측과 연결하고, 상기 충전 리미트 저항(410)은 방전트리거저항(210) 및 콘덴서(220) 측과 상기 제어정류소자(420)의 애노드 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부에 신호전압이 인가된 경우, 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부를 더 포함하고, 상기 펄스폭조절 발생회로부 는: 펄스폭이 볼륨을 통해 조절되도록 하여, 상기 볼륨을 조절함에 따라 가열 전력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도검출부에 신호전압이 인가된 경우, 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부를 더 포함하고, 상기 펄스폭조절 발생회로부는 설정된 카운터 분할 조건에 따라 전원동기 주파수를 분할하여 제어하는 마이컴 제어부를 포함하며, 상기 마이컴 제어부는: 전원동기 주파수를 분할하여 펄스 발생과 펄스폭을 조절하고, 고온측 온도제어는 고정시키고, 저온측 온도를 펄스폭 제어 발진회로를 통해 펄스폭 제어에 따라 자동으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 펄스폭조절 발생회로부는는: 절연을 위해 포토커플러를 포함하고, 상기 포토커플러를 통해 온도신호 전압을 읽어들이거나, 상기 제어정류기의 게이트를 트리거 시키는 것을 특징으로 한다.

상기 포토커플러는: 제로 전압 크로싱으로 동작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 단순화된 단층구조의 3선식 열선 구조로서 전원 교류전압을 사용하여 온도센서와 온도 과승방지 장치를 별도로 구성하지 않으면서도, 온도를 조절하고 온도의 과승을 방지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 전열침구류 등에 별도의 온도센서 및 온도 과승방지용 바이메탈을 사용하지 않아도 되므로 전기공해 즉, 전자파 등의 차단이 용이하며 구성이 간단하고 제작이 용이하여 제작비가 적게 소요되며 불량률을 낮추는 효과를 갖는 다.

이하 첨부된 도면에 도시된 본 발명 구성의 실시례를 참조하여, 본 발명의 구성을 상세히 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 구성을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 전원측에는 휴즈(미도시)와 파워스위치(미도시)가 연결되고, 온도신호전압공급조절부(100)와 트리거결합, 발생부(200)가 병렬로 연결된다.

트리거결합, 발생부(200)와 제1선(1)의 선단부 사이에는 제어정류기(30)가 연결되어 있다. 제어정류기(30)는 주로 SCR을 사용하며, 게이트측에 트리거결합, 발생부(200)가 연결된다.

전열선(10)은 중심에는 제1, 2, 3선(11, 12, 13)이 구비되고, 제1선(11)과 제2선(12)이 사이, 제1선(11)과 제3선(13)의 사이에는 NTC써미스터(14, 플라스틱 나일론 NTC 온도센서)가 배치된다. 제2선(12)과 제3선(13)의 사이에도 NTC써미스터(14)가 위치되도록 할 수도 있으나, 절연시킬 수도 있다.

온도가 상승할수록 저항값이 낮아지는 NTC써미스터(Negative Temperature Coefficient thermistor)는, 제2, 3선(12, 13)이 국부적으로 과열되거나, NTC써미스터(14)가 파손되어 제1선(11)과 제2, 3선(12, 13)이 단락되는 경우에는, 기 설정된 온도조절점에 이르게 되면서, NTC써미스터(14)의 임피던스 값이 급감하게 되면 서, 전압이 NTC써미스터(14)에 걸려 유턴되면서, 신호전압이 온도검출부까지 오지 않거나, 전압이 감소되어 전달된다. 이 경우 제어정류부(30, SCR)는 오프되면서, 트리거 신호를 발생시키지 않게 되고, 가열 전류의 공급은 중단된다.

선들의 외측에는 피복, 쉴드들이 형성된다. 경우에 따라서는 쉴드, 피복을 더하거나 제할 수도 있다. 제2선(12)과 제3선(13)은 후단부가 상호 연결되며, 제2선(12)으로 입력시, 제3선(13)으로 되돌아 나오거나 또는 그 반대방향으로 흐르도록 구성된다.

제1선(11)과 제2선(12)의 일단부 또는 제1선(11)과 제3선(13)의 일단부에는 온도검출부(300)가 연결된다. 도면 상에는 제2선(12)과 연결된 것으로 표시되어 있다. 온도검출부(300)는 NTC써미스터를 포함 내지는 연결하고, 그 내부에 온도검출용 저항 내지는 게이트 바이어스 저항으로서, 저항(310)을 포함하고 있다.

온도검출부(300)는 전열선(10)의 NTC써미스터(14)와 함께 제1선(11)과 제2선(12) 사이의 온도신호, 또는 제1선(11)과 제2선(12) 사이 및 제1선(11)과 제3선(13)의 온도신호 값을 검출한다. 온도검출부(300)는 트리거결합, 발생부(200)와 연결되어, 검출한 온도신호 값을 트리거결합, 발생부(200)로 보낸다. 온도신호검출 출력방법 동작은 교류전원전압이 저항(110)과 가변저항(120)을 통하여 전열선(10)의 제1선(11)에 직렬로 연결하면 온도신호 교류 전류는 저항(110), 가변저항(120) 및 병렬로 이루어진 제1선(11)과 제2선(12)사이의 NTC1 써미스터와 제1선(11)과 제3선(13) 사이의 NTC2 써미스터를 통하여 가열선 제2, 3선으로 흐른다.

이때 제2, 3선이 가열되면 제1선(11)과 제2선(12)사이의 NTC1 써미스터와 제 1선(11)과 제3선(13)사이의 NTC2 써미스터 교류 임피던스가 낮아지며, 여기에 흐르는 온도신호 교류 전류값도 비례하여 제1선과 제2, 3선 사이의 양단 교류전압 값도 똑같이 비례하여 낮아지므로 온도신호전압이 제1선(11)과 제2선(12) 또는 제1선(11)과 제3선(13) 사이의 선택에 의하여 출력된다. 상기 출력되는 온도신호 값은 NTC1 써미스터와 NTC2 써미스터가 병렬로 결합한 값으로 출력한다.

여기서 전열선(10) 전체 길이 중 임의 부분이 국부 과열되면, 즉 이상온도 과승이 되면 이에 대한 온도과승신호 전압도 같이 나타남으로 전열선(10) 평균온도변화값과 전열선(10)이상 온도과승 값이 동시에 같이 출력되므로 이 신호 값을 이용하여 전열선(10)의 소비전력을 제어하면 온도과승 방지장치가 동작하는 온도조절기가 구성되므로 별도의 온도센서나 온도과승방지장치 바이메탈이 필요 없게 되는 효과가 있다.

온도검출부(300)는 온도신호전압공급조절부(100)에서 발생되는 온도신호전압을 검출하고, 기준전압과 비교하는 기능을 하는 부분이다. 온도검출을 위한 (+) 반주기 동안, 온도검출부(300)에서 검출된 온도신호전압을 기준전압과 비교하여, 기준전압에 비해 높으면 트리거결합, 발생부(200)의 SCR(420; 도 11)을 온(ON)시킨다. SCR(420)이 온 되면 전류가 트리거결합, 발생부(200)의 충전량제어용저항(230)을 지나 콘덴서(220)를 충전시키고, 콘덴서(220)의 충전전위량은 충전전류 리미트용 저항(410)의 저항값에 의해 결정된다.

도 2는 본 발명에서 사용되는 단층3선식 전열선의 여러 실시례를 나타내는 도면이고, 도 3은 상기 도 2의 전열선의 각 단면을 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, (a)는 중앙의 합성수지 등의 실(11a)에 제1선(11)을 감고, 그 외측에 NTC써미스터(14)를 감고, 그 외측에 제2선(12)과 제3선(13)이 평행을 이루며 서로 접촉되지 않도록 나란히 감는 전열선 방식이다. 이 경우 제2선(12)과 제3선(13) 사이는 이격되어 있고 NTC써미스터(14)만이 상호 접촉되도록 하고 있게 된다. 경우에 따라서는 제2선(12) 또는 제3선(13) 중 어느 하나를 피복시켜 절연시키는 것도 가능하다. 이는 이하의 도면 17 내지 20에서 상세히 설명하도록 한다.

제1선(11), 제2선(12) 및 제3선(13)의 사이에는 NTC써미스터(14)로 접촉되어 있으며, 단면상 NTC써미스터(14)를 가운데 두고 제1선(11), 제2선(12) 및 제3선(13)이 삼각 구도로 배치된다. 제2선(12) 및 제3선(13)의 사이도 NTC써미스터로 연결되는 것이 원칙이나, 경우에 따라서는 절연체(15)를 구비하여, 제2선(12) 및 제3선(13)이 상호 단락되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

(a)는 중앙에 합성수지 재질의 심실(11a)이 배치되고, 심실(11a) 주위를 나선형으로 제1선(11)이 감겨 있으며, 그 외측은 NTC써미스터(14)가 감겨져 있고, 그 외측에 일정 간격을 두고 제2선(12) 및 제3선(13)이 나선형으로 감겨져 있다. 과거에는 도선 권취기술이 미비하여, 도면과 같이 2개의 도선을 같은 층에 이격시켜 배치하는 것이 매우 어려웠으나, 최근 권취기술이 개선되어 이격간격을 정교하게 조절하여 같은 층 내에 2개의 도선을 배치하는 것이 가능해 졌고, 이로 인해 발열선의 두께가 감소되는 효과를 가져오게 되었다.

(b)는 상기 (a)와 대체적으로 동일하나, 제1선(11)을 심실에 감지 않고, 단 독으로 중앙에 배치한 실시례이다.

(c)는 제1, 2, 3선(11, 12, 13)을 각각 NTC써미스터(14)로 감싼 방식이다. 경우에 따라서는 제2선(12) 또는 제3선(13) 중 어느 하나를 에나맬이나 합성수지 절연체로 피복시키는 것도 가능하다.

(d)는 제1, 2, 3선(11, 12, 13)을 하나의 NTC써미스터(14) 구조 안에 매립시키는 방식이다.

위와 같은 여러 실시례는 온도감지를 위한 제1선(11)과 전류가 유턴되어 나오는 제2선(12) 및 제3선(13)이 구비되고, 그 사이에는 NTC써미스터(14)가 배치되는 것을 특징으로 한다. 제2선(12)과 제3선(13)은 중간 부분에서 서로 접촉되어서는 안되고, 제2선(12)과 제3선(13) 중 어느 하나는 절연체로 피복될 수도 있다.

도 4는 3선 사이의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1선(11)과 제2선(12) 및 제3선(13)은 서로 삼각 구도를 이루며, 온도감지를 위한 제1선(11)은 각각 제2선(12), 제3선(13)과의 사이에 NTC써미스터(14)를 두고 있어서, 도면에서 보는 바와 같이, NTC1 및 NTC2 의 관계에서 임피던스 변화에 의한 온도신호값 변화를 나타내게 된다. 이러한 온도신호값은 온도검출부(300)에서 병렬값으로 연산, 검출된다. 만약 제3선(13)을 절연 피복으로 감싸면, 제1선(11)과 제2선(12) 사이의 NTC1 에 대한 임피던스 변화값만 검출된다. 각선의 내부전기저항값은 NTC 임피던스값보다 매우 낮기 때문에, 거의 0으로 간주되며, 제2선(12)과 제3선(13)의 단부가 연결되면서 병렬로 취급된다.

온도검출부(300)에서는 제1선(11)에서의 온도검출전류에 의한 검출신호전압을 기준전압과 비교하게 되는데, NTC써미스터(14)의 특성상, 온도가 높을수록 임피던스가 낮아지며, 이 경우 검출신호전압은 기준전압에 비해 낮아지게 된다. 온도전압이 기준전압보다 낮아진 경우 트리거 신호는 출력되지 않고, 이로 인해 제어정류기(30)는 작동하지 않으므로 가열은 중단된다. 따라서 온도가 낮은 경우에만 가열 동작이 계속되도록 하는 역할을 한다.

도 5는 온도검출 전류가 흐를 때의 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 전원의 (+) 반주기 동안 입력되는 온도검출 및 트리거 발생 전류의 흐름을 나타내는데, 온도검출전류는 화살표의 방향과 같이, 온도신호전압공급조절부(100)의 저항(110) 및 가변저항(120)을 지나 제1선(11)의 선단부로 입력된다. 트리거발생전류는 트리거결합, 발생부(200)의 충전량제어용저항(230)과 콘덴서(220)를 지나게 되는데, 이 때 콘덴서(220)는 충전된다. 매칭저항(310)은 온도검출부(300)와의 사이에서 상호 임피던스 매칭(눈금 SPAN 매칭)으로 사용하고, 검출 부하 로드를 표현할 때 사용된다.

온도신호전압 공급조절부(100)에서 설정된 기준전압에 따라 온도검출을 위한 (+) 반주기 동안, 제1선(11)에서 검출된 온도신호전압을 기준전압과 비교하고 기준전압에 적합한 경우, 온도검출부(300)는 제어정류기(30)를 ON 시킨다. 제어정류기(30, SCR)가 ON 되면, 전류가 콘덴서(220)를 충전시킨다.

이와 같이 전원의 (+) 반주기 동안, 온도검출 동작이 완료되면, 다음 (-) 반 주기 동안에 가열동작을 하게 된다. 가열동작은 콘덴서(220)에 충전된 전하가 제어정류기(30)의 게이트를 트리거시켜 ON 되면, 전류는 제2선 또는 제3선으로 인입되고, 다른 선으로 유턴되어 나오게되므로, 전열선(10)을 무자계로 가열시키게 되는데, 이는 이후의 도 10을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 6은 도 5 구성의 다른 실시례를 나타내는 도면이다. 도 7 내지 9는 도 5 구성의 여러 실시례들을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 제1선(11)의 후단에 정전압다이오드(320)가 더 구비된다. 정전압다이오드(320)는 NTC 값 전체의 변화가 출력되나, 정전압다이오드(320)가 더 구비되면 정전압 값 이하에서의 NTC 값은 0 이 되고, 정전압 값 이상의 변화 값만 나타내게 된다. 이 회로에서는 정전압으로 비교한 후, 그 이상 값은 HIGH, 그 이하 값은 LOW 로 읽어 들이기 위한 것이다. 이는 도 8과 같이 일방향성 정류다이오드(340)로 대체할 수도 있다.

도 7을 참조하면, 추가로 정류다이오드(330)를 제1선(11) 단부와 정전압다이오드(320) 사이에 구비하여 일방향성으로 온도신호를 출력한다. 이로써 역전압 발생으로 인한 다음 단에서의 회로를 보호하는 역할을 한다.

도 9를 참조하면, 포토커플러(350)를 구비하여, 전기적 절연이 되도록 할 수도 있다. 온도신호전압공급조절부(100)에서 나온 전류가 NTC써미스터(14)와 포토커플러(350)로 나뉘어 전류가 흐르는데, 이 때 NTC써미스터(14)가 가열되어 고온이 되면 임피던스 값이 낮아지면서, 포토커플러(350)로 흘러야 할 전류가 NTC써미스터(14)로 흐르게 되면서 포토커플러(350)의 조도값이 변화하게 된다. 이 조도값의 변화에 따라 포토트랜지스터의 전류 값이 비례하여 변화하게 되면서, 가열 전류의 흐름을 조절하게 된다.

도 10은 가열 전류가 흐를 때의 회로를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 1의 구성도를 상세하게 나타내는 도면이다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 전원의 (+) 반주기 동안에 온도검출 동작이 완료되면 다음 (-) 반주기 동안에 가열동작을 하게 되는데, 트리거결합, 발생부(200)의 콘덴서(220)에 충전된 전하가 방전되면서 가열이 시작된다. 콘덴서(220)에 충전된 전하가 제어정류기(30)의 게이트를 트리거시켜 온(ON)되면, 전류는 제3선(13)으로 인입된다. 그리고 단부를 통해 유턴되어 제2선(12)으로 되돌아 나온 전류는 전원으로 돌아오므로 전열선(10)을 무자계로 가열시키게 된다.

이러한 기능의 트리거결합, 발생부(200)는 종래 정류 다이오드를 콘덴서와 함께 병렬로 연결하였으나, 본 발명에서는 정류 다이오드를 사용하지 않고, 방전트리거저항(210) 및 충전량제어용저항(230)과 그 사이에 연결된 콘덴서(220)의 충방전을 통해 간단한 구조만으로 동일한 기능을 담당하도록 한다. 이로써 부품수를 감소시키고, 열발생 개소를 줄이는 역할을 하게 된다.

트리거결합, 발생부(200)는 충전량제어용저항(230)이 전원과 연결되는 동시에 제어정류기(30)의 게이트와 연결되고, 제어정류기(30)의 캐소드는 동시에 전원측과도 연결된다. 제어정류기(30)의 애노드는 제2선(2)의 단부에 연결되고 콘덴서(220)는 게이트측에 연결되는 동시에 방전트리거저항(210)과도 연결된다. 트리거 결합, 발생부(200)는 방전트리거저항(210)과 직렬로 연결되는 충전전류 리미트용 저항(410)과 SCR(420)을 포함한다.

제어정류기(30)는 캐소드가 전원교류단자에 연결되고, 애노드는 상기 온도검출부의 온도신호 입력측 기준점에 연결되고, 이 기준점은 상기 전열선의 가열을 위한 제2선 및 제3선과 직렬로 접속되는 것이 바람직하며, 또는 애노드가 전원교류단자에, 캐소드가 제2선 또는 제3선측에 연결되는 것도 가능하다.

전원의 (-) 반주기 동안 입력되는 가열전류 및 트리거 방전 전류의 흐름은 화살표 방향과 같은데, 트리거결합, 발생부(200)의 콘덴서(220)가 방전되면서, 방전트리거저항(210) 및 충전량제어용저항(230)을 흐르는 트리거 방전 전류가 흐르게 된다. 콘덴서(220)에 충전된 전하가 제어정류기(30)의 게이트를 트리거시켜 온(ON)되면, 가열전류는 제3선(13)으로 인입되고, 유턴되어 제2선(12)으로 되돌아 나온 전류는 전원으로 돌아오므로 전열선(10)을 가열시키게 된다.

즉, 가열동작은 트리거결합, 발생부(200)의 트리거 신호 출력에 의해서 제어정류기(30)가 온 되면, 전원과 직렬로 연결된 제3선(13), 제2선(12)에 가열전류가 흘러서 전열선이 가열된다.

전열선(10)이 가열되면 NTC써미스터(14)의 임피던스가 낮아지므로, 교류전원이 양(+)의 위상을 갖는 다음 반주기 동안에는 온도검출전압이 낮아진다. 따라서, 온도검출전압이 기준전압보다 낮아진 경우 트리거 신호는 출력되지 않고, 이로 인해 제어정류기(30)는 작동하지 않으므로 가열은 중단된다.

이러한 트리거결합, 발생부(200)의 충전 및 방전 동작에 의해, 반파마다 반 대방향으로 온도검출전류와 가열전류를 흐르도록 할 수 있는데, 트리거결합, 발생부(200)는 별도의 정류기 없이 콘덴서(20)와 방전트리거저항(210) 및 충전량제어용저항(230)을 통해 기능 달성이 가능하다.

온도검출부(300)에 매칭저항(310)을 포함하는 것으로 그려져 있으나, NTC써미스터(14)를 검출할 수 있도록 하는 모든 부분을 포함한다.

제2선(12), 제3선(13)의 타단측 사이에는 정류기(20)를 연결시킬 수 있다. 이 정류기는 역전압 방지 안전장치의 역할을 하며, 쉽게 이를 검출하여 전원 휴즈를 단선시키는 역할을 한다.

한편, 상기와 같은 무자계 발열선, 즉 열선이 내외측의 이중으로 구성되어 유턴되어 흐르도록 한 발열선 이외에도, 동일한 원칙으로 1방향의 전류만 흐르는 발열선에 대해서도 동일한 방식을 사용할 수 있게 된다. 이 경우 전열선은 선을 1줄만 포함하고 있으며, 1개의 센서용 제1선, 1개의 가열용 제2선만을 같이 포함하게 된다. 이 경우에도 마찬가지 원리에 의해 트리거결합, 발생부(200)의 충전 및 방전 동작에 의해, 반파마다 온도검출과 가열이 되도록 할 수 있다.

이 회로는 도 5를 통해 설명한 온도신호 전압을 이용하여 가열전력을 제로크로스 스위칭 방식으로 온오프하여 온도를 조절하기 위한 것이다. 120의 가변저항기를 저온측으로 설정하여 온도신호 전압값을 낮추면 제어정류소자 SCR(420)의 입력 전압 값이 낮아져 턴온하지 못하고, 콘덴서(220)가 충전되지 못하면서, 제어정류기(30)는 도통하지 못하게 되면서, 가열전류 공급이 차단된다.

가변저항(120)을 고온 측으로 변환하여 온도신호 전압값을 높이면 SCR(420) 입력 전압값이 높아져 턴온되고, 톤덴서(220)가 충전되면서 제어정류기(30)가 도통하면서 가열전류가 공급된다.

전열선(10)이 가열되어 온도가 상승하여, NTC써미스터(14)의 온도신호전압이 가변저항(120)의 설정치보다 낮아지면 SCR(420)의 도통이 OFF 되면서 가열전류 공급이 차단된다. 이러한 동작이 반복되면서 전열선(10)의 온도는 자동으로 일정하게 유지된다.

이 동작은 전원교류 반주기마다 콘덴서(220)가 충전(온도검출 주기)과 방전(가열주기)되면서, 제어정류기(30)의 전력제어가 제로스위칭 동작하여 스위칭 전기잡음을 차단한다.

도 12는 도 11 구성의 다른 실시례를 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하면, 제1선(11)의 후단에 정전압 제너다이오드(320)가 더 구비되고, 추가로 정류다이오드(330)를 제1선(11) 단부와 정전압다이오드(320) 사이에 구비하여 일방향성으로 온도신호를 출력한다. 이로써 역전압 발생으로 인한 다음 단에서의 회로를 보호하는 역할을 한다. 정전압다이오드(320)는 NTC 값 전체의 변화가 출력되나, 정전압다이오드(320)가 더 구비되면 정전압 값 이하에서의 NTC 값은 0 이 되고, 정전압 값 이상의 변화 값만 나타내게 된다. 이 회로에서는 정전압으로 비교한 후, 그 이상 값은 HIGH, 그 이하 값은 LOW 로 읽어 들이기 위한 것이다.

도 13은 도 11 회로에서의 동작 파형을 나타내는 도면이다. 도 13을 참조하 면, a 와 같은 입력 교류 전류가 전원으로 인가되는 경우, 트리거결합, 발생부(200)의 SCR(420) 게이트 입력 온도신호전압은 b 와 같은 파형을 나타낸다. 이 값이 설정치(수평 점선)보다 높으면 애노드 측에서 도통 전류가 출력되고, 낮으면 출력되지 않는다(c 참조). SCR(420)의 출력에 따라 d 와 같이 콘덴서(220)의 전위는 변화하고, 충전에 따라 다음 반주기동안 ON 과 같이 가열 전류가 인가되거나, OFF 와 같이 가열 전류가 차단되기도 한다.

도 14는 도 11의 회로를 역위상으로 구성한 실시례를 나타내는 도면이고, 도 15는 도 14 구성의 다른 실시례를 나타내는 도면이다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 각각 도 11 및 12의 회로를 약간씩 변형한 것이다. 트리거결합, 발생부(200)에 방전트리거저항(210), 충전량제어용저항(230), 콘덴서(220), 트랜지스터(240) 및 충방전콘덴서(260), 과전류 리미트 저항(250)를 포함한다.

이와 같이 구성하는 경우, 온도신호 전압이 (+) 동작 위상각에서 흐르던 것이, (-) 동작 위상각에서 흐르고, 이 (-) 신호전압으로 온도조절을 하기 위하여, 트랜지스터(240)와 과전류 리미트 저항(250)를 구비한다. 가열 전압 역시 (+)로 반대 위상에서 동작하게 된다. 이러한 회로는 위상 값만 반대일 뿐, 온도조절 방법은 앞서 설명한 회로와 동일하다.

온도신호를 (-) 신호전압으로 검출하기 때문에 pnp 트랜지스터를 사용한다. SCR 입력은 (+)신호만 입력되어야 하는데 (-)신호가 가해지므로 다시 위상을 (-)에서 (+)로 전환해줘야 하는 문제가 발생하므로 사용하지 못한다.

과전류 리미트 저항(250)은 충방전콘덴서(260)의 방전시간 조절을 목적으로 하는 것으로서, 도 16에서 설명될 b에서 빗금친 부분이 뒤쪽으로 길게 늘어지도록 하는 역할을 한다. 이는 앞서 설명한 저항(310)과 같이 임피던스 매칭용 겸 과전류 리미트용으로 사용된다. 아울러 전열선에서 정전기가 발생하여 높은 전압이 발생할 때 보호차원에서 사용하기도 한다. 트랜지스터(240)는 온도신호에 따라서 콘덴서(220)의 방전여부를 결정하는데 사용된다.

즉, 충전시에는 충전량제어용저항(230), 콘덴서(220), 충전전류 리미트용 저항(410)과 SCR(420)의 순으로, 방전시에는 콘덴서(220), 방전트리거저항(210), 트랜지스터(240), 충전량제어용저항(230)의 순으로 작동한다.

도 16은 도 14 회로에서의 동작 파형을 나타내는 도면이다. 도 16을 참조하면, a 와 같은 입력 교류 전류가 전원으로 인가되는 경우, 트리거결합, 발생부(200)의 트랜지스터(240) 입력측 온도신호전압의 크기 및 충방전콘덴서(260)의 충전, 방전전압은 b와 같이 나타난다. 이 값이 설정치(수평 점선)보다 높으면 도통 전류가 출력되고, 낮으면 출력되지 않는다. 이 때 콘덴서(220)의 충방전 전위는 d와 같으며, SCR(420)의 출력에 따라 d 와 같이 충전에 따라 다음 반주기동안 ON 과 같이 가열 전류가 인가되거나, OFF 와 같이 가열 전류가 차단되기도 한다.

도 17은 도 1의 구성도를 다른 실시례로 상세하게 나타내는 도면이고, 도 18 내지 20은 도 17 구성의 다른 실시례들을 나타내는 도면이다. 도 17 내지 도 20을 참조하면, 앞서 설명한 회로들과 모두 동일하되, 전열선(10)에 차이가 있다.

전열선(10)에 있어서, 제3선(13)을 절연층(15)으로 피복함에 따라 제2선(12)만이 제1선(11)과 NTC써미스터(14)로 접촉되고, 제3선(13)은 접촉되지 않는다. 이 경우 앞서 설명한, NTC1 값과 NTC2 값을 병렬 결합하여 계산하는 것이 아니라, NTC1 값만을 계산하게 된다.

도 21 및 도 22는 본 발명의 다른 방식의 실시례를 나타내는 도면이다. 도 21 및 22를 참조하면, 조절회로에 추가적으로 전력을 시분할로 조절하기 위한 펄스발생 타이머 IC 를 구비한 것이다. 앞선 회로의 전열선(10) 온도감지는 평균 온도 신호값으로만 온도를 제어하는 것은 전열선(10) 전체로 보았을 때, 보온 관계가 불균일하게 사용될 경우, 전열선(10) 표면 온도도 저온 사용 쪽에서는 불평등하게 되므로, 이를 보완하기 위해 저온측은 고정 전력비로 가열하여 보완하기 위한 것이다. 즉, 전열선(100)의 고온 부 온도제어는 기존 온도신호전압으로 고정하여 과열 및 온도 과승을 제어하고, 저온 부 온도제어는 전력을 시분할로 고정하여 제어하기 위한 것이다.

여기서 시분할 방법은 펄스폭 발진회로를 사용하여 달성하게 되고, 발진 주파수는 고정하되 펄스폭의 듀티비(duty ratio)를 조절하여 제어하는 것으로서, 마이컴칩 도는 타이머IC 를 사용하여 쉽게 구성할 수 있다.

펄스폭조절 발생회로부(600)는 저항(621), 정류다이오드(622), 직류평활콘덴서(624), 제너다이오드(623)로 구성된 전원부에 인가되어 회로전원이 생성되어, 마 이컴 제어부 IC-lm555(620), 콘덴서(630)(631), 저항(625)(627)(629), 볼륨(610)을 구비하여, 트리거결합, 발생부(200) 에 전원을 공급한다.

펄스폭조절 발생회로부(600)는 공지의 타이머 IC-lm555 발진회로를 사용하며, IC-lm555 발진회로의 펄스폭조절 방식은 공지된 판매 제품에 의한 것이므로 별도의 동작 설명은 생략한다.

발진주기는 콘덴서(631)와 저항(625)(627)(629), 볼륨(610)에 의하여 결정되고, 펄스폭 조절은 볼륨(610)을 통하거나, 다이오드(626)(628)의 충방전 방향, 시간을 조절하여 결정된다. 볼륨(610)에 의해 펄스폭을 조절하는 경우, 펄스폭의 듀티비가 10% 이하부터 90% 이상까지의 범위에서 변화가 가능하다. 이러한 볼륨(610)의 조절에 따라 펄스폭 신호가 반파 가열전류와 동기되어, 제2선(12)과 제3선(13)이 가열된다.

펄스폭조절 발생회로부(600)는 온오프 스위칭부(500)와 연결되고, 온도신호전압공급조절부(100)의 가변저항(120)을 없애 고온측으로 고정하고, 고정 저항(110)으로 온도신호 값을 출력시킨 뒤, 펄스폭조절 발생회로부(600)를 스위칭부(500)로 결합하여 온도 신호 출력값을 HIGH-LOW 로 시분할 스위칭 하여 주면 그 동기에 따라서 SCR(420)이 온오프 하여 전열선(10)이 가열동작된다.

펄스폭조절 발생회로부(600)는 온도검출부(300)와 결합 다이오드(510)에 의해 연결, 결합되어 있다. 결합다이오드(510)의 애노드는 제어정류소자(420) 게이트의 바이어스 저항(310)측에 연결되고, 캐소드는 펄스폭조절 발생회로부(600)의 출력으로 연결되어, 시분할 펄스출력 신호 전압이 low가 되면 바이어스 저항(310) 양 단의 제어 신호 전압은 결합 다이오드(510)를 통하여 low레벨이 되면서 제어정류소자(420)의 통전을 제어한다.

시분할 펄스출력 신호 전압이 high가 되면 바이어스 저항(310) 양단의 제어신호전압은 결합 다이오드(510)에 역전압이 되므로, 결합 다이오드(510)의 영향을 받지 않고 제어정류소자(420)의 통전을 결정한다.

도 23은 본 발명 온도조절기의 실제 동작 파형도로서, 특히 도 22 회로에서의 고온측 동작 파형을 나타내는 도면이다. 도 23을 참조하면, 교류의 전원이 입력되면(a), 초기 반파는 제1선(11)과 제2선(12) 또는 제3선(13) 사이의 임피던스 값 변화에 따라 전압 손실 등을 일으키고, SCR(420)의 게이트 입력 온도신호전압의 크기가 일정 설정치 이상인 경우에는 SCR(420)의 애노드 전류를 c와 같이 발생시킨다.

제어정류소자(420)가 온 되면 반파 전류가 콘덴서(220)를 충전시키고(d), 이와 같이 전원의 (+) 반주기 동안에 검출 동작이 완료되면 다음 (-) 반주기 동안에 가열동작을 하는데, 콘덴서(220)에 충전된 전하가 방전되면서 가열이 시작된다(e).

콘덴서(220)에 충전된 전하가 제어 정류기(30)의 게이트를 트리거시켜 온 되면, 가열전류는 제2선(12) 또는 제3선(13) 중 어느 한 선으로 인입된다. 그리고, 어느 한 선으로 인입된 전류는 단부에서 유턴되어 다른 한 선으로 되돌아 나오므로 발열선을 무자계로 가열시킨다. 이와 같은 과정으로 발열선의 이상 유무, 국부 가 열, 과승온을 체크하며 무자계 가열하는 것이다.

도 24는 도 22 회로에서의 저온측 동작 파형을 나타내는 도면이다. 도 24를 참조하면, (a)는 교류전원의 입력, (b)는 반복주기당 가열전류의 듀티비를 10%로 하는 경우, (d)는 50%로 하는 경우, (f)는 100%로 하는 경우의 시분할 펄스발진파형을 나타내는 것이고, (c)(e)(g)는 각 듀티비에서의 가열전류 인가 상태를 나타내는 것이다.

듀티비에 따라 가열시간이 길어지거나 짧아지게 되면서, 가열 강도를 조절할 수 있게 되는데, 이러한 듀티비의 조절은 볼륨을 통해 선택하거나, 또는 저항과 콘덴서의 충전, 방전 시간을 이용하여 조절하거나, 또는 마이컴을 통해 펄스 발생과 펄스폭을 조절하기도 한다.

(b)와 같이 듀티비가 10%로 선택된 경우에는 전원이 입력될 때, 시분할 적으로 펄스폭이 한정되므로, 히터가열 전력은 해당 시간 범위 내에서만 인가된다(c). 듀티비가 50%일 때, 듀티비가 100%일 때의 파형을 나타낸 것도 동일하게 해석된다.

즉, 전류를 시분할 상태로 공급하여 발열선의 온도밀도를 조절하는데, 특히 침구류 등에서 인체를 직접 가열하여 보온하는 전열선의 히터 표면온도 밀도 값은 안전관계 또는 규격상 최대 120℃ 이하로 제어하고 실질적으로 평균 100℃ 이하로 규정하고 있으므로, 상기 이유로 발열선 표면온도가 120℃ 이하의 히터저항 표면전력으로 미리 정해지게 된다. 전열선의 표면 온도밀도는 발열선 표면 전기소모 전력 밀도와 동일한 비례 관계를 갖게 되므로 별도의 온도센서로 측정하면서 가열 전력을 공급하여 히터 표면온도를 제어할 필요가 없이 표면 전력밀도를 시분할하여 전열선 표면 온도를 제어할 수 있게 된다.

도 25는 포토커플러를 사용한 다른 방식의 실시례를 나타내는 도면이다. 도 25를 참조하면, 펄스폭조절 발생회로부(600)의 펄스폭 신호전압이 포토커플러(640)를 동작시켜 제어 정류기(30)를 통전시키면 제2선(12)과 제3선(13)에 반파 가열전류가 흘러 가열된다. 즉, 온도신호전압 출력을 포토커플러들을 이용, 전기적 절연 출력하여 마이컴칩 등을 이용하여 구성된 온도제어 회로에 보내지면 이 온도신호를 분석하여 제어정류기(30)의 게이트를 통해 출력하여 전열선(10)의 온도를 자동 조절하는 것으로서, 온도신호 전압이 포토커플러로 절연 출력하여 사용하면 무한한 회로의 응용가능성이 넓어짐을 알 수 있다.

여기서 포토커플러(640)는 입력 측의 발광다이오드(350)와 연결되어 펄스폭조절 발생회로부(600) 출력 측의 펄스폭 그대로 포토커플 발광 다이오드(360)가 켜지면서 제어정류기(30)의 게이트에 트리거되어 통전된다. 포토커플러(610)는 제로 전압 크로싱으로 트리거해주는 MOC3061 등을 사용하거나, MOC3021 등과 같은 위상제어용 포토커플을 사용할 수 있다.

한편, 전열선에 표면 전기장 차단부(미도시)를 별도로 구비하여, 접지가 되어 있는 전열선(10) 중 어느 한 선의 일단에 연결된 접지점등표시기와, 접지점등표 시기(미도시)를 꺼진 위치로 설정하여 전열선의 표면 전기장을 차단하는 점검 테스트 단자(미도시)를 구비할 수도 있다. 접지점등표시기는 직렬로 연결된 저항(미도시)과 네온관(미도시)으로 이루어져 있다.

또한, 상기와 같은 회로에 과전류 안전장치를 추가할 수 있다. 과전류 안전장치의 동작은 다음과 같다. 과전류 안전장치는 제어정류기(30)가 단락되어 전열선(10)에 역방향 과전류가 흐르는 것을 감지하여 단전시키기 위한 것으로서, 이러한 과전류를 감지하기 위해서, 역방향 검출용 정류기(20)를 포함한다.

정류기(20)는 제2선(12)과 제3선(13)의 가열전류의 역방향으로 병렬 연결되어 있다. 제어정류기(30)가 단락되면, 정류기(20)를 통하여 역방향 과전류가 흐른다. 이러한 과전류 통전시, 과전류가 퓨즈를 단선시킴으로써 과열로부터 회로를 보호할 수 있다.

상기와 같은 본건 특허의 청구범위는 3선은 단층 구조 내에서 상호 NTC 써미스터 수지로 피복 연결되어진 구조로서 3선 중 임의로 1선을 선택하여 온도신호 검출 선으로 사용하는 것을 포함한다.

본건 특허의 청구범위는 상기 제2선과 제3선의 가열 중 임의 국부 일부분이 국부과열될 경우 상기 제1선과 제2선 사이 또는 제1선과 제3선 사이의 NTC 써미스터의 임피던스가 감소하게 되고, 이를 통과한 온도신호전압이 감소하는 것을 이용하여 상기 제2, 3선의 가열전류를 제어하는 온도과승방지장치용 온도신호전압 출력 방법을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에서 사용되는 단층3선식 전열선의 여러 실시례를 나타내는 도면이다.

도 3은 상기 도 2의 전열선의 각 단면을 나타내는 도면이다.

도 4는 3선 사이의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 온도검출 전류가 흐를 때의 회로를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 도 5 구성의 다른 실시례를 나타내는 도면이다.

도 7은 도 5 구성의 또 다른 실시례를 나타내는 도면이다.

도 8은 도 5 구성의 또 다른 실시례를 나타내는 도면이다.

도 9는 도 5 구성의 또 다른 실시례를 나타내는 도면이다.

도 10은 가열 전류가 흐를 때의 회로를 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 도 1의 구성도를 상세하게 나타내는 도면이다.

도 12는 도 11 구성의 다른 실시례를 나타내는 도면이다.

도 13은 도 11 회로에서의 동작 파형을 나타내는 도면이다.

도 14는 도 11의 회로를 역위상으로 구성한 실시례를 나타내는 도면이다.

도 15는 도 14 구성의 다른 실시례를 나타내는 도면이다.

도 16은 도 14 회로에서의 동작 파형을 나타내는 도면이다.

도 17은 도 1의 구성도를 다른 실시례로 상세하게 나타내는 도면이다.

도 18은 도 17 구성의 다른 실시례를 나타내는 도면이다.

도 19는 도 17의 회로를 역위상으로 구성한 실시례를 나타내는 도면이다.

도 20은 도 18 구성의 다른 실시례를 나타내는 도면이다.

도 21은 본 발명의 다른 방식의 실시례를 나타내는 도면이다.

도 22는 도 21 구성도를 상세하게 나타내는 도면이다.

도 23은 도 22 회로에서의 고온측 동작 파형을 나타내는 도면이다.

도 24는 도 22 회로에서의 저온측 동작 파형을 나타내는 도면이다.

도 25는 포토커플러를 사용한 다른 방식의 실시례를 나타내는 도면이다.

Claims

3개의 선이 NTC써미스터를 사이에 두고 배치되는 전열선과 연결되어 사용하는 온도 검출 및 온도 조절 회로에 있어서, 상기 전열선의 3개의 선은, 제1선은 검출선으로 하고, 제2선 및 제3선은 단부를 상호 연결하여 가열 전류가 상기 제2선으로 입력시 제3선으로 유턴되도록 하고,

온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압공급조절부;

상기 제1선과 상기 제2선 사이 및/또는 상기 제1선과 상기 제3선 사이에서 출력된 온도신호 전압을 기준전압과 비교하여 온도 제어신호를 출력하는 온도검출부;

트리거 신호를 생성하고 이 동작을 제어하기 위한 트리거결합, 발생부; 및

상기 트리거결합, 발생부와 연결되는 제어정류기;를 구비하고,

상기 제어정류기의 캐소드는 전원에 연결되고,

상기 제2선 또는 제3선 중 어느 한 선의 일 단부는 전원에 연결되고, 다른 단부는 상기 제어정류기의 애노드에 연결되며,

상기 온도검출부에서 상기 제1선과 상기 제2선 사이의 임피던스 값 또는 상기 제1선과 상기 제3선 사이의 임피던스 값 변화 중 어느 하나 이상을 감지하여 가열 온도에 비례하는 전기 온도신호를 검출하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
3개의 선이 NTC써미스터를 사이에 두고 배치되는 전열선과 연결되어 사용하는 온도 검출 및 온도 조절 회로에 있어서, 상기 전열선의 3개의 선은, 제1선은 검출선으로 하고, 제2선 및 제3선은 단부를 상호 연결하여 가열 전류가 상기 제2선으로 입력시 제3선으로 유턴되도록 하고,

온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압공급조절부;

상기 제1선과 상기 제2선 사이 및/또는 상기 제1선과 상기 제3선 사이에서 출력된 온도신호 전압을 기준전압과 비교하여 온도 제어신호를 출력하는 온도검출부;

트리거 신호를 생성하고 이 동작을 제어하기 위한 트리거결합, 발생부; 및

상기 트리거결합, 발생부와 연결되는 제어정류기;를 구비하고,

상기 제어정류기의 애소드는 전원에 연결되고,

상기 제2선 또는 제3선 중 어느 한 선의 일 단부는 전원에 연결되고, 다른 단부는 상기 제어정류기의 캐노드에 연결되며,

상기 온도검출부에서 상기 제1선과 상기 제2선 사이의 임피던스 값 또는 상기 제1선과 상기 제3선 사이의 임피던스 값 변화 중 어느 하나 이상을 감지하여 가열 온도에 비례하는 전기 온도신호를 검출하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
3개의 선이 NTC써미스터를 사이에 두고 배치되는 전열선과 연결되어 사용하는 온도 검출 및 온도 조절 회로에 있어서, 상기 전열선의 3개의 선은, 제1선은 검출선으로 하고, 제2선 및 제3선은 단부를 상호 연결하여 가열 전류가 상기 제2선으로 입력시 제3선으로 유턴되도록 하고, 상기 제3선은 상기 제2선과 절연되도록 구성되며,

온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압공급조절부;

상기 제1선과 상기 제2선 사이에서 출력된 온도신호 전압을 기준전압과 비교하여 온도 제어신호를 출력하는 온도검출부;

트리거 신호를 생성하고 이 동작을 제어하기 위한 트리거결합, 발생부; 및

상기 트리거결합, 발생부와 연결되는 제어정류기;를 구비하고,

상기 제어정류기의 캐소드는 전원에 연결되고,

상기 제2선 또는 제3선 중 어느 한 선의 일 단부는 전원에 연결되고, 다른 단부는 상기 제어정류기의 애노드에 연결되며,

상기 온도검출부에서 상기 제1선과 상기 제2선 사이의 임피던스 값 변화를 감지하여 가열 온도에 비례하는 전기 온도신호를 검출하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
3개의 선이 NTC써미스터를 사이에 두고 배치되는 전열선과 연결되어 사용하는 온도 검출 및 온도 조절 회로에 있어서, 상기 전열선의 3개의 선은, 제1선은 검 출선으로 하고, 제2선 및 제3선은 단부를 상호 연결하여 가열 전류가 상기 제2선으로 입력시 제3선으로 유턴되도록 하고, 상기 제3선은 상기 제2선과 절연되도록 구성되며,

온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압공급조절부;

상기 제1선과 상기 제2선 사이에서 출력된 온도신호 전압을 기준전압과 비교하여 온도 제어신호를 출력하는 온도검출부;

트리거 신호를 생성하고 이 동작을 제어하기 위한 트리거결합, 발생부; 및

상기 트리거결합, 발생부와 연결되는 제어정류기;를 구비하고,

상기 제어정류기의 애소드는 전원에 연결되고,

상기 제2선 또는 제3선 중 어느 한 선의 일 단부는 전원에 연결되고, 다른 단부는 상기 제어정류기의 캐노드에 연결되며,

상기 온도검출부에서 상기 제1선과 상기 제2선 사이의 임피던스 값 변화를 감지하여 가열 온도에 비례하는 전기 온도신호를 검출하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트리거결합, 발생부는:

방전트리거저항, 충전량제어용저항 및 콘덴서를 포함하고,

상기 방전트리거저항은 상기 콘덴서가 방전되면서 상기 제어정류기를 턴온시키기 위한 것이고,

상기 충전량제어용저항은 상기 콘덴서의 충전량을 제어하기 위한 것임을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트리거결합, 발생부는:

방전트리거저항, 충전량제어용저항, 콘덴서, 트랜지스터 및 충방전콘덴서를 포함하고,

상기 충방전콘덴서는 상기 제1선 및 상기 제2선의 사이에 연결되고,

상기 트랜지스터는 상기 충방전콘덴서와 상기 방전트리거저항 사이에 연결되고,

상기 방전트리거저항은 상기 콘덴서가 방전되면서 상기 제어정류기를 턴온시키기 위한 것이고,

상기 충전량제어용저항은 상기 콘덴서의 충전량을 제어하기 위한 것임을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도검출부는:

상기 제1선과 상기 제2선의 사이를 연결하거나,

상기 제1선과 상기 제3선의 사이를 연결하는 매칭저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 온도검출부는:

상기 제1선과 상기 제2선의 사이를 연결하는 매칭저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도검출부는:

상기 제1선과 연결되는 정전압다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 9 항에 있어서, 상기 온도검출부는:

상기 제1선과 상기 정전압다이오드의 사이에 정류다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도검출부는:

상기 제1선과 연결되는 정류다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도검출부는:

상기 제1선과 상기 제2선의 사이를 연결하거나,

상기 제1선과 상기 제3선의 사이를 연결하는 포토커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 온도검출부는:

상기 제1선과 상기 제2선의 사이를 연결하는 포토커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도검출부에 신호전압이 인가된 경우에 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부;를 더 포함하고,

상기 트리거결합, 발생부는 상기 펄스폭조절 발생회로부로부터 신호를 받아 가열전류를 통전시키는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도검출부에 신호전압이 인가된 경우에 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부; 및

상기 펄스폭조절 발생회로부로부터의 신호를 받아 가열전류를 통전시키는 스위칭부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 온도신호전압공급조절부는:

가변저항과 고정저항을 구비하고,

상기 가변저항과 상기 고정저항은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 6 항에 있어서, 상기 트리거결합, 발생부는:

상기 트랜지스터와 연결되는 과전류 리미트 저항을 더 포함하고,

상기 과전류 리미트 저항은 충방전콘덴서의 방전시간 조절을 목적으로 하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 5 항에 있어서, 상기 트리거결합, 발생부는:

충전 리미트 저항; 및

제어정류소자를 포함하고,

상기 충전 리미트 저항은 방전트리거저항 및 콘덴서 측과 상기 제어정류소자의 애노드 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 6 항에 있어서, 상기 트리거결합, 발생부는:

충전 리미트 저항; 및

제어정류소자를 포함하고,

상기 트랜지스터는:

베이스와 에미터를 온도검출부측과 연결하고,

상기 충전 리미트 저항은 방전트리거저항 및 콘덴서 측과 상기 제어정류소자의 애노드 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도검출부에 신호전압이 인가된 경우, 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부를 더 포함하고,

상기 펄스폭조절 발생회로부는:

펄스폭이 볼륨을 통해 조절되도록 하여, 상기 볼륨을 조절함에 따라 가열 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도검출부에 신호전압이 인가된 경우, 설정된 시분할로 펄스폭을 조절하여 제어하는 펄스폭조절 발생회로부를 더 포함하고,

상기 펄스폭조절 발생회로부는 설정된 카운터 분할 조건에 따라 전원동기 주파수를 분할하여 제어하는 마이컴 제어부를 포함하며,

상기 마이컴 제어부는:

전원동기 주파수를 분할하여 펄스 발생과 펄스폭을 조절하고,

고온측 온도제어는 고정시키고, 저온측 온도를 펄스폭 제어 발진회로를 통해 펄스폭 제어에 따라 자동으로 조절하는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 21 항에 있어서, 상기 펄스폭조절 발생회로부는는:

절연을 위해 포토커플러를 포함하고,

상기 포토커플러를 통해 온도신호 전압을 읽어들이거나, 상기 제어정류기의 게이트를 트리거 시키는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.
제 22 항에 있어서, 상기 포토커플러는:

제로 전압 크로싱으로 동작되는 것을 특징으로 하는 전자파 차단 단층3선식 온도검출 및 조절회로.