KR100886978B1 - 무자계 위상제어방식 온도조절기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 온열기에 사용되는 발열선에 있어서 가열과 온도검출을 무전자파, 무자계로 할 수 있는 침구류용 발열선의 무전자파 온도조절기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 위상제어방식을 통해, 3선식 발열선 내의 과열에 따른 NTC써미스터의 임피던스 변화를 감지하여, 가열 전류의 공급을 조절할 수 있도록 하는 위상제어방식 온도조절기에 대한 것이다.

본 발명은 단순화된 구성으로 온도검출과 가열과정을 위한 전류의 흐름을 교대로 전환할 수 있도록 하고, 부품 구성이 간단하고, 제조 비용 및 시간을 단축할 수 있도록 하는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 PTC 온도센서 대신에, 3선의 열선 사이에 NTC써미스터를 적용하여, 부품수가 감소하여 온도조절기의 제작비가 적게 소요되고, 불량율을 낮추는 효과를 갖는다. 본 발명은 위상제어회로를 통해, 국부 과열시 가열 전류의 공급을 용이하게 제어할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

위상제어, NTC써미스터, 과열

Description

무자계 위상제어방식 온도조절기 {Temperature controller}

본 발명은 전기 장판, 전기요, 전기 찜질기 등의 온열기에 사용되는 발열선에 있어서 가열과 온도검출을 무전자파, 무자계로 할 수 있는 침구류용 발열선의 무전자파 온도조절기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 위상제어방식을 통해, 3선식 발열선 내의 과열에 따른 NTC써미스터의 임피던스 변화를 감지하여, 가열 전류의 공급을 조절할 수 있도록 하는 위상제어방식 온도조절기에 대한 것이다.

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

종래의 발열선과 이를 가열하기 위한 온도조절기, 온도조절방법은 온도감지를 위해 별도의 온도센서를 사용하며, 이러한 온도센서를 통해 과열을 감지하여, 가열전류의 공급을 제어하였다. 기존의 방식은 온도센서로 PTC 온도센서를 사용하기 때문에, PTC 온도센서를 증폭하기 DLN한 전자회로 및 부품이 많이 소요되었으며, 이로 인해 생산원가가 증가하고, 부품 수가 증가함에 따른 고장율이 증가하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, PTC 온도센서 대신에, 3선의 열선 사이에 NTC써미스터를 적용하고, 가열에 사용되는 2개의 선이 서로 반대방향으로 흐르도록 하여 무자계를 형성하며, 회로 구성에 사용되는 부품 수가 적고, 고장율이 적은 위상제어회로를 결합하여, 단순화된 구성으로 온도검출과 가열과정을 위한 전류의 흐름을 교대로 전환할 수 있도록 하는 온도조절기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 서로 나란히 배치되는 제1선, 제2선 및 제3선을 포함하고, 상기 제1선은 온도검출시에 사용되고, 상기 제2선 및 상기 제3선의 단부는 상호 연결되어, 상기 제2선으로 입력된 전류는 단부에서 유턴되어 상기 제3선으로 출력되는 발열선과 연결되고, 온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압 공급 조절부; 상기 제1선을 통해 흐르는 전류를 설정 유지전류 기준에 따라 위상 제어 방식으로 출력을 조절하는 위상제어부; 및 상기 위상제어부의 출력에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 발생부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

서로 나란히 배치되는 제1선 및 제2선을 포함하고, 상기 제1선은 온도검출시에 사용되고, 상기 제2선의 단부와 상호 연결되어, 상기 제1선 또는 제2선으로 입 력된 전류는 단부에서 유턴되어 다른 선으로 출력되는 발열선과 연결되고, 온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압 공급 조절부; 상기 제1선을 통해 흐르는 전류를 설정 유지전류 기준에 따라 위상 제어 방식으로 출력을 조절하는 위상제어부; 및 상기 위상제어부의 출력에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 발생부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도신호전압 공급 조절부는: 전원 및 상기 제1선의 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 위상제어부는: 트리거다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 위상제어부는: 정전압 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 위상제어부는: 상기 제1선과 상기 제2선 사이에 병렬로 연결되는 콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2선과 상기 제3선의 사이에는 병렬로 역방향 과전류 안전다이오드가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1선과 상기 제2선 및 상기 제3선 사이는 NTC써미스터에 의해 접촉되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1선, 제2선 및 제3선의 단면상 위치를 꼭지점으로 그 사이를 상호 연결하여 형성되는 삼각형에 있어서, 상기 꼭지점의 사이사이에는 상기 NTC써미스터가 상기 제1, 2, 3선을 상호 연결시키며 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2선 및 상기 제3선은 같은 층에 간격을 두고 권선되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2선 또는 상기 제3선 중 어느 하나 이상은 절연체 또는 NTC써미스터로 감싸지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1선 또는 상기 제3선 중 어느 한 선을 실드용으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 실드용으로 사용되는 상기 선은: 박막형태로 구성되어 다른 나머지 두 선보다 외측에 위치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1선은 실드용으로 사용하고, 실드용으로 사용되는 상기 제1선은 일측 단부만이 전원측과 연결되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 단순화된 구성으로 온도검출과 가열과정을 위한 전류의 흐름을 교대로 전환할 수 있도록 하고, 부품 구성이 간단하고, 제조 비용 및 시간을 단축할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

본 발명은 PTC 온도센서 대신에, 3선의 열선 사이에 NTC써미스터를 적용하여, 부품수가 감소하여 온도조절기의 제작비가 적게 소요되고, 불량율을 낮추는 효과를 갖는다.

본 발명은 위상제어회로를 통해, 국부 과열시 가열 전류의 공급을 용이하게 제어할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

본 발명은 3선 포함 발열선 중 어느 한 선이 실드 기능을 하게 하여, 누설 전기장을 완전히 차단할 수 있도록 하며, 또한 연결 개소를 감소시켜, 전열선과 온도조절기 사이에 연결되는 단자 수가 최소 3개로까지 감소될 수 있으므로, 연결부분이 줄어 생산 조립이 용이하고, 전선 사용을 줄일 수 있어 원가 절감이 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

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

교류는 360도의 위상을 가지며 위상에 따라 전압이 변하게 된다. 위상각이 0 도에서 증가하면서, 0 전위의 전압이 서서히 상승하여, 90 도에서 최고 전압을 나타내다 서서히 감소하여 180 도에서 0 전위를 나타내고, - 전위로 내려간다. 270 도 위상에서 마이너스 최저 전압을 나타내며, 360 도가 되면 다시 0 전위로 회복하게 된다.

위상제어는 시간에 따라 변화하는 전압이 높낮이를 통해, 어느 시점의 위상각의 전위값을 출력하는지를 제어하는 것, 즉, 제어값에 따라 출력전압이 달라지는 것을 이용하는 것으로서, 위상제어 방식 자체는 일반적인 공지 기술이다.

도 11을 참조하면, 가변저항(11)의 조절에 따라, 가변저항(11)의 저항값을 크게 하였을 때(a)에는, 트리거 전위가 천천히 상승하면서, 140" 위상(예시)이 되어서야 출력이 되면서, 가열전류를 180"까지의 짧은 시간 동안만 출력하게 된다. 가변저항(11)의 저항값을 중간정도로 하였을 때(b)에는, 트리거 전위가 상대적으로 신속하게 상승하면서, 90" 위상(예시)이 되면 출력이 되면서, 가열전류를 출력하게 된다. 가변저항(11)의 저항값을 낮게 하면(c), 20"위상(예시)이 되어서야 출력이 되면서 가열전류가 긴 시간 동안 출력하게 된다. 이와 같이 트리거 전위를 통해 어느 시점의 위상각의 전위값을 출력하도록 제어하는 것을 위상제어 방식이라 한다.

본 발명은 위상제어 방식을 최소로 간단한 회로로 구성하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 무자계가 아닌 일반 발열선의 위상제어 방식 온도조절기 회로를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 발열선(20)은 제1선(21)과 제2선(22)과 그 사이를 연결하는 NTC써미스터(24)를 구비한다. 전원측에는 휴즈(미도시)와 파워스위치(미도시)가 연결되고, 온도신호전압공급조절부(100)와 트리거발생부(300)가 병렬로 연결된다.

트리거발생부(300)와 제1선(21)의 단부 사이에는 제어정류소자(15)를 통해 연결되어 있다. 제어정류소자(15)는 주로 SCR을 사용한다.

제1선(21)은 온도조절기의 온도신호전압 공급 조절부(100)와 일측이 연결되고, 타측은 위상제어부(200)와 연결된다. 온도신호전압 공급 조절부(100)는 가변 저항(11)을 포함하고 있으며, 위상제어부(200)는 제1선(21)에 직렬로 연결되는 트리거다이오드(13), 제1선(21)과 제2선(22) 사이에 병렬로 연결되는 콘덴서(12)와 저항(14)을 포함한다. 제2선(22)의 양 단에는 역방향 과전류 안전다이오드(18)가 연결되고, 위상제어부(200)는 트리거 발생부(300)의 제어정류소자(15)와 연결된다.

트리거다이오드(13)는 위상각을 제어하기 위한 제어 펄스를 발생시키는데, 제어정류소자(15)는 트리거다이오드(13)에서 출력되는 제어 펄스를 입력받고, 그 제어 펄스에 대응하여 입력되는 교류 전원의 위상을 제어하여 컨버팅하게 된다. 콘덴서(12)와 저항(14)의 설정치와 충방전 작용에 의해 시정수가 설정되며, 이 시정수에 따라 트리거다이오드(13)는 입력 교류전원의 위상각을 제어하기 위한 제어 펄스를 발생하며, 제어정류소자(15)에 전달한다. 제어정류소자(15)는 이 제어 펄스를 스위칭 신호로 하여 입력되는 사인파의 양단 위상각을 제어하여 소정의 전압으로 컨버팅 출력하게 된다.

또한, 위상제어부(200)에 정전압 제너다이오드(미도시)를 사용하여, 제1선(21)의 후단에 연결되면, NTC 값 전체의 변화가 출력되던 것이, ^{정전압 다이오드}가 구비됨에 따라 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 1에 도시된 발열선(20)은 무자계를 형성하지는 않지만, 제1선(21)과 제2선(22) 사이에는 온도가 상승할수록 저항값이 낮아지는 NTC써미스터(Negative Temperature Coefficient thermistor)(24)가 구비되고, 제2선(22)이 국부적으로 과열되거나, NTC써미스터(24)가 파손되어 제1선(21)과 제2선(22)이 단락되는 경우에는, 기 설정된 온도조절점에 이르게 되면서, NTC써미스터(24)의 임피던스 값이 급감하게 되면서, 위상제어부(200)는 위상제어시간을 늘어뜨리는 제어를 하게 된다. 즉, NTC써미스터(24)의 임피던스가 낮아지며 전압이 NTC써미스터(24)에 걸려 유턴 되면서, 신호전압이 위상제어부(200)까지 오지 않거나, 전압이 감소되어 전달된다.

이 경우 제어정류소자(15, SCR)는 오프되면서, 트리거 신호를 발생시키지 않게 되고, 가열 전류의 공급은 중단된다. 이러한 과정은 본 발명의 무자계 발열선을 포함한 도면을 통해 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 위상제어 방식 온도조절기 회로를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 다른 부분의 구성은 대체적으로 도 1의 구성과 동일하나, 발열선(20)이 제1선(21), 제2선(22) 및 제3선(23)을 포함하고 있다. 이 중 제1선(21)은 온도검출을 위해 사용되고, 제2선(22) 및 제3선(23)은 가열시에 주로 사용된다. 역방향 과전류 안전다이오드(18)는 제2선(22) 및 제3선(23)의 사이에 병렬로 연결되며, 제2선(22) 및 제3선(23)의 단부는 상호 접속되어, 제2선(22)으로 입력된 가열 전류는 제3선(23)으로 유턴되어 나오게 된다.

제1선(21), 제2선(22) 및 제3선(23)의 사이에는 NTC써미스터(24)로 접촉되어 있으며, 단면상 NTC써미스터(24)를 가운데 두고 제1선(21), 제2선(22) 및 제3선(23)이 삼각 구도로 배치된다. 제2선(22) 및 제3선(23)의 사이도 NTC써미스터로 연결되는 것이 원칙이나, 경우에 따라서는 절연체(25)를 구비하여, 제2선(22) 및 제3선(23)이 상호 단락되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

온도가 상승할수록 저항값이 낮아지는 NTC써미스터(Negative Temperature Coefficient thermistor)는, 제2, 3선(22, 23)이 국부적으로 과열되거나, NTC써미스터(24, 25)가 파손되어 제1선(21)과 제2, 3선(22, 23)이 단락되는 경우에는, 기 설정된 온도조절점에 이르게 되면서, NTC써미스터(24, 25)의 임피던스 값이 급감하게 되면서, 전압이 NTC써미스터(24, 25)에 걸려 유턴되면서, 신호전압이 위상제어부(200)까지 오지 않거나, 전압이 감소되어 전달된다. 이 경우 제어정류소자(15, 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(22)과 제3선(23)은 후단부가 상호 연결되며, 제2선(22)으로 입력시, 제3선(23)으로 되돌아 나오거나 또는 그 반대방향으로 흐르도록 구성된다.

제1선(21)과 제2선(22)의 일단부 또는 제1선(21)과 제3선(23)의 일단부에는 위상제어부(200)가 연결된다. 도면 상에는 제2선(22)과 연결된 것으로 표시되어 있다.

제2, 3선이 가열되면 제1선(21)과 제2선(22)사이의 NTC1 써미스터와 제1선(21)과 제3선(23)사이의 NTC2 써미스터 교류 임피던스가 낮아지며, 여기에 흐르는 온도신호 교류 전류값도 비례하여 제1선과 제2, 3선 사이의 양단 교류전압 값도 똑같이 비례하여 낮아지므로 온도신호전압이 제1선(21)과 제2선(22) 또는 제1선(21)과 제3선(23) 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) 평균온도 변화값과 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.

위상제어부(200)의 제어에 따라, 사인파 중 일정 기준을 충족시키는 경우에는, 전류가 트리거발생부(300)의 충전량제어용 저항(16)을 지나 콘덴서(17)를 충전시키고, 충전된 전류는 제어정류소자(15)의 제어에 따라, 가열 전류로 공급된다.

한편, 도면과 달리, 트리거 발생부(300)와 그 제어정류소자(15)를 온도신호전압공급조절부(100)와 같은 방향으로 전원측에 배치할 수도 있다. 이 경우 도 2 회로와의 구성 차이는, 제1선 또는 제3선을 실드선으로 사용할 때에, 전기장 차단율에 차이가 있다. 도 2와 같이 구성할 경우, 전기장 차단율이 낮고, 같은 방향으로 배치할 경우, 전기장 차단율을 높일 수 있다. 예를 들어 도 2와 같은 회로 구성에서 제3선(23)을 실드선으로 사용하는 경우, 전기장이 완전히 차단되기 힘들다. 발열선 길이가 짧으면 차단율이 매우 높지만, 그 길이가 길어지면 제3선(23)의 양단에 가열전류가 흘러서, 이 전류값과 제3선(23) 실드선의 내부 저항값에 비례된 전압 V = I×R×1.4(교류피크치)이 나타나므로, 50% 이하로 줄어들 수 있기 때문이다.

같은 방향으로 배치한 회로 구성의 경우, 제1선(21)을 실드선으로 사용하면서 동시에 접지에 연결시켜 동작시키면, 제1선(21)에 흐르는 전류는 온도검출 전류 뿐이고, 이 온도검출전류는 1㎃ 이하이므로, 제1선(21) 양단의 전위는 0V에 가까워 지며, 따라서 이 전류는 무시되어 전기장이 100% 차단될 수 있게 된다.

즉, 실드선에 가열 전류가 흐르느냐 못 흐르느냐로서 전기장 차단 효과에 차이가 있을 수 있게 된다. 물론 이와 같은 차이에도 불구하고, 온도검출, 가열동작, 순서 등의 기능 동작은 양자가 동일하다.

한편, 콘덴서(17)는 제어정류소자(15)가 쇼트되면 쇼트전류가 흘러 전원휴즈를 단선되도록 하는 역할을 한다.

도 3은 본 발명의 제1선을 일방향만 연결한 실시례 회로를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 실드용 제1선(21)의 일단부만 전원측 내지는 제2선(22)측과 연결되고, 다른 부분에는 연결이 전혀 없도록 구성할 수 있다. 이 경우 발열선과 온도조절기 사이에 연결되는 커넥터(30) 수가 최소 3개로까지 감소될 수 있으므로, 연결부분이 줄어 생산 조립이 용이하고, 전선 사용을 줄일 수 있어 원가 절감의 경제적 효과가 있게 된다.

도 4는 본 발명의 온도조절기에 연결되어 사용되는 3선 방식 발열선을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, (a)는 중앙에 합성수지 재질의 심실(21a)이 배치되고, 심실(21a) 주위를 나선형으로 제1선(21)이 감겨 있으며, 그 외측은 NTC써미스터(24)가 감겨져 있고, 그 외측에 일정 간격을 두고 제2선(22) 및 제3선(23)이 나선형으로 감겨져 있다. 과거에는 도선 권취기술이 미비하여, 도면과 같이 2개의 도선을 같은 층에 이격시켜 배치하는 것이 매우 어려웠으나, 최근 권취기술이 개선 되어 이격간격을 정교하게 조절하여 같은 층 내에 2개의 도선을 배치하는 것이 가능해 졌고, 이로 인해 발열선의 두께가 감소되는 효과를 가져오게 되었다.

(b)는 중앙의 제1선(21)을 심실(21a)없이 배치하는 실시예이다. 한편, 제2선(22) 및 제3선(23) 중 어느 한 선(도면상 제3선)을 에나멜이나 합성수지 등의 절연체(25)로 감싸서, 혹시 발생할 수 있는 제2선(22) 및 제3선(23)과의 단락을 예방하는 것도 가능하다.

(c)는 제1선(21), 제2선(22) 및 제3선(23) 각각을 NTC써미스터(24)로 감싸서 나란히 배치하는 발열선의 실시예이다.

(d)는 제3선(23)을 박형의 실드로 외측에 감은 형태이고, (e)는 제1선(21)을 외측으로 배치하여 박형의 실드로 감은 형태이다. 이 때 외측의 피복(25)은 NTC써미스터를 사용하거나, 절연재질로 할 수도 있다.

즉, 제1선(21) 또는 제3선(23) 중에서 어느 한 선을 실드선으로 사용할 수 있는데, 도 2와 같은 구성에서는 제3선(23)이 실드선이 될 수 있고, 전술한 트리거 발생부(300) 선단 배치 실시례에서는 제1선(21)이 실드선이 될 수 있다. 만약 트리거 발생부(300) 선단 배치 실시례에서는 제3선(23)을 실드선으로 사용하면 무자계 가열동작은 가능하나, 전기장을 차단할 수 없으며, 제2선(22)을 실드선으로 하면, 도 2와 동일한 전기장 차단율을 갖게 된다.

도 5는 본 발명의 온도조절기에 연결되어 사용되는 발열선의 단면을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 제1선(21), 제2선(22) 및 제3선(23)은 NTC써미스 터(24)를 사이에 두고 삼각 구도로 배치되는 것을 알 수 있다.

(a)는 도 3의 (a) 발열선 단면을 나타내는 것으로서, 제1선(21)은 NTC써미스터(24)의 내측에, 제2선(22) 및 제3선(23)은 외측에 배치되어 삼각 구도를 형성하고, 그 사이는 NTC써미스터(24)로 상호 접속되어, 임피던스 값의 변화를 제1선(21)이 감지할 수 있도록 한다. 제2선(22)과 제3선(23)이 제조상의 잘못이나, 파손으로 인해 상호 단락되는 것을 방지하기 위해, 둘 중 어느 한 선을 절연체로 코팅하는 것도 가능하다.

(b)는 도 3의 (b) 발열선 단면을 나타내는 것으로서, 동작 및 구조는 (a)와 동일하다.

(c)는 도 3의 (c) 발열선 단면을 나타내는 것으로서, 각각의 제1선(21), 제2선(22) 및 제3선(23)을 NTC써미스터(24)로 감싸는 방식을 사용한다. 이 경우 각 선이 서로 단락될 위험이 적어지면서도, 각 선은 삼각 구도를 형성하며, 그 내부는 NTC써미스터(24)가 위치하게 된다.

상기와 같은 제1선(21)은 접촉된 NTC써미스터(24)를 통해, 과열, 단락 여부를 판단할 수 있게 된다.

제1선(21)과 제2선(22) 및 제3선(23)은 서로 삼각 구도를 이루며, 온도감지를 위한 제1선(21)은 각각 제2선(22), 제3선(23)과의 사이에 NTC써미스터(24)를 두고 있어서, 도면에서 보는 바와 같이, NTC1 및 NTC2의 관계에서 임피던스 변화에 의한 온도신호값 변화를 나타내게 된다.

만약 제3선(23)을 절연 피복으로 감싸면, 제1선(21)과 제2선(22) 사이의 NTC1 에 대한 임피던스 변화값만 검출된다. 각선의 내부전기저항값은 NTC 임피던스값보다 매우 낮기 때문에, 거의 0으로 간주되며, 제2선(22)과 제3선(23)의 단부가 연결되면서 병렬로 취급된다.

한편, (d)와 같이 제3선(23)을 실드선으로 하여, 제2선(22) 및 제1선(21)을 감싸도록 할 수 있으며, (e)와 같이 제1선(21)을 실드선으로 하여, 제2선(22) 및 제3선(23)을 감싸도록 할 수도 있다. 실드 기능을 하는 선은 외부를 감싸면서, 전원측에서 접지가 되므로 외측으로 누설되는 전하, 형성 전기장을 그라운드시켜 소멸시키는 역할을 한다. 이러한 발열선의 모습은 도 9와 같이 제1선(21)을 실드선으로 하거나, 도 10과 같이 제3선(23)을 실드선으로 한 회로로 표현될 수 있다.

도 6은 및 도 7은 본 발명의 온도조절기 회로에서 온도검출 동작을 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 온도조절기 회로에서 가열전류가 흐르는 동작을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 온도신호전압 공급 조절부(100)에서 설정된 기준전압에 따라 온도검출을 위한 (+) 반주기 동안, 제1선(21)에서 검출된 온도신호전압을 기준전압과 비교하고 기준전압에 적합한 경우, 위상제어부(200) 트리거다이오드(13)는 트리거발생부(300)의 제어정류소자(15)를 ON 시킨다. 제어정류소자(15, SCR)가 ON 되면, 전류가 콘덴서(12)를 충전시킨다. 도 7은 도 3과 같은 회로의 실시례에서의 전류 흐름을 나타내는 것으로서, 전류 흐름 등의 동장은 도 6의 회로와 동일하다.

도 8을 참조하면, 앞선 설명과 같이 전원의 (+) 반주기 동안, 온도검출 동 작이 완료되면, 다음 (-) 반주기 동안에 가열동작을 하게 되는데, 위상제어부(200)의 콘덴서(12)에 충전된 전하가 제어정류소자(15)의 게이트를 트리거시켜 ON 되면, 전류 i(h)는 제2선(22)으로 인입되고, 제3선(23)으로 유턴되어 나오게 되므로, 발열선(20)을 무자계로 가열시키게 된다.

만약 온도검출시에 전열선이 기준 온도보다 과열된 경우, NTC써미스터(66)의 임피던스가 낮아지면서 온도검출전압이 낮아지게 된다. 온도검출전압이 낮아지면서, 위상제어시간을 늘어뜨리게 되고, SCR(15)은 OFF 되어 트리거 신호를 출력하지 않게 된다. 동시에 콘덴서(12)의 충전이 지연(위상 지연)되면서, 트리거다이오드(13)는 기준점 이하의 전위에서 SCR(15) 게이트에 트리거 전압을 연결하지 못하게 된다. 결국 온도신호전압 공급 조절부(100)의 조절에 따라, NTC써미스터(24)의 임피던스 감소에 의한 제어와, 콘덴서(12)의 충전 지연에 따른 제어를 복합적으로 받게 된다.

만약, NTC써미스터(24)가 단선되면 충방전용 콘덴서(12)의 전압공급이 차단되어 트리거다이오드(13, 다이액)는 정류제어소자(15)를 트리거 턴온하지 못하므로, 가열이 중지된다. 또한 NTC써미스터(24)를 감지하기 위한 제1선(21)과 제2, 3선(22, 23)이 상호 단락되는 경우, 임의의 부분이 과열되어 NTC써미스터(24)의 임피던스 값이 급감하는 경우에는, 충방전 콘덴서(12)의 전압공급이 차단되어 트리거다이오드(13)는 제어정류소자(15)를 턴온시키지 않게 된다. 따라서 가열전류가 흐르지 않게 되므로, 과열 및 단선에 대한 조절이 가능해 진다.

한편, 제2선(22) 및 제3선(23)은 전류가 u지점에서 유턴되어 흘러나오도록 직렬로 연결하고, 직렬로 연결된 일단은 정류제어소자(15)의 캐소드에 직렬로 연결하여, 전원가열 반파전류가 직렬로 흐르도록 하고, 제어정류소자(15)가 단락되면 과전류가 흘러서 전원 휴즈가 자동으로 단선될 수 있도록 역방향 과전류 안전용 다이오드(18)를 구비한다.

저항(16)과 콘덴서(17)는 제어정류소자(15)가 턴온, 턴오프될 때 발생되는 전기잡음을 제거하기 위한 필터이다.

도 1은 무자계가 아닌 일반 발열선의 위상제어 방식 온도조절기 회로를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 위상제어 방식 온도조절기 회로를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1선을 일방향만 연결한 실시례 회로를 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 온도조절기에 연결되어 사용되는 3선 방식 발열선을 나타내는 도면이다.

도 6은 및 도 7은 본 발명의 온도조절기 회로에서 온도검출 동작을 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 온도조절기 회로에서 가열전류가 흐르는 동작을 나타내는 도면이다.

도 9 및 도 10은 각각 제1선, 제3선을 실드로 사용한 실시례 회로를 나타내는 도면이다.

도 11은 일반적인 위상제어 방식의 내용을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 온도신호전압 공급 조절부

200 : 위상제어부

300 : 트리거 발생부

11 : 가변저항 12 : 콘덴서

13 : 트리거다이오드 14 : 저항

15 : 제어정류소자(SCR) 16 : 저항

17 : 콘덴서 18 : 역방향 과전류 안전다이오드

20 : 발열선 21 : 제1선

22 : 제2선 23 : 제3선

24 : NTC써미스터 25 : NTC써미스터 또는 절연층

30 : 커넥터

Claims (17)

1. 서로 나란히 배치되는 제1선, 제2선 및 제3선을 포함하고, 상기 제1선은 온도검출시에 사용되고, 상기 제2선 및 상기 제3선의 단부는 상호 연결되어, 상기 제2선으로 입력된 전류는 단부에서 유턴되어 상기 제3선으로 출력되는 발열선과 연결되고,

   가변저항을 구비하고, 온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압 공급 조절부;

   상기 제1선을 통해 흐르는 전류를 상기 가변저항에 의해 설정된 유지전류 기준에 따라 위상 제어 방식으로 출력을 조절하는 위상제어부; 및

   상기 위상제어부의 출력에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 발생부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
2. 서로 나란히 배치되는 제1선 및 제2선을 포함하고, 상기 제1선은 온도검출시에 사용되고, 상기 제2선의 단부와 상호 연결되어, 상기 제1선 또는 제2선으로 입력된 전류는 단부에서 유턴되어 다른 선으로 출력되는 발열선과 연결되고,

   가변저항을 구비하고, 온도신호 전압의 공급을 제어하는 온도신호전압 공급 조절부;

   상기 제1선을 통해 흐르는 전류를 상기 가변저항에 의해 설정된 유지전류 기준에 따라 위상 제어 방식으로 출력을 조절하는 위상제어부; 및

   상기 위상제어부의 출력에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 발생부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 온도신호전압 공급 조절부는:

   전원 및 상기 제1선의 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상제어부는:

   트리거다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상제어부는:

   정전압 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 위상제어부는:

   상기 제1선과 상기 제2선 사이에 병렬로 연결되는 콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2선과 상기 제3선의 사이에는 병렬로 역방향 과전류 안전다이오드가 구비되는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1선과 상기 제2선 및 상기 제3선 사이는 NTC써미스터에 의해 접촉되는 것을 특징으로 하고,

   상기 제1선, 제2선 및 제3선의 단면상 위치를 꼭지점으로 그 사이를 상호 연결하여 형성되는 삼각형에 있어서, 상기 꼭지점의 사이사이에는 상기 NTC써미스터가 상기 제1, 2, 3선을 상호 연결시키며 배치되는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제2선 및 상기 제3선은 같은 층에 간격을 두고 권선되는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도도절기.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제2선 또는 상기 제3선 중 어느 하나 이상은 절연체 또는 NTC써미스터로 감싸지는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 제1선 또는 상기 제3선 중 어느 한 선을 실드용으로 사용하는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 실드용으로 사용되는 상기 선은:

    박막형태로 구성되어 다른 나머지 두 선보다 외측에 위치되는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 제1선은 실드용으로 사용하고,

    실드용으로 사용되는 상기 제1선은 일측 단부만이 전원측과 연결되는 것을 특징으로 하는 무자계 위상제어방식 온도조절기.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제

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