KR100939018B1 - 전열침구의 자동 온도제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래에 사용되던 별도의 온도검출용 열선의 구성을 없애고, 발열용 열선으로부터 직접 온도를 검출할 수 있는 방식을 구현함으로써, 제품의 단가를 크게 낮추고, 전열침구의 제작공수를 줄여 생산효율이 좋아지도록 한 전열침구의 자동 온도제어장치에 관한 것으로, 전원 입력단으로부터 전원을 공급받아 발열 동작되며, 제1열선 및 제2열선이 직렬 연결되는 발열부; 스위칭소자를 구비하고 상기 발열부의 제1열선과 제2열선 사이에 개재되어 상기 열선으로의 전원공급을 온, 오프 단속하는 스위칭부; 상기 발열부의 어느 한 쪽 열선의 내부 저항치와 동일한 기준저항을 설정하고 이 기준저항과 열선의 내부저항을 비교 및 증폭 출력하여 전열침구의 내부 온도를 직접적으로 검출하는 온도검출 및 증폭부; 상기 온도검출 및 증폭부로부터 출력된 전열침구의 감지온도와 사용자가 설정한 온도와 비교하여 열선 구동신호를 출력하는 온도 설정 및 비교부; 상기 온도설정 및 비교부로부터 출력된 열선 구동신호에 의해 트리거신호를 발생하며, 열선구동시의 온 타임이 설정하여 출력부로 제공하는 파형정형부; 및 상기 파형정형부로부터 출력된 신호에 의해 트리거되어 이미 설정된 온타임 동안 상기 스위칭부로 열선구동신호를 출력하는 출력부를 포함하여 된 것이다.

전열, 무자계, 열선, 온도, 제어, 침구, 매트

Description

전열침구의 자동 온도제어장치{DEVICE FOR AUTOMATICALLY CONTROLLING TEMPERATURE OF HEATING BEDDING}

본 발명은 열선을 이용한 전열침구의 온도제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래에 사용되던 별도의 온도검출용 열선의 구성을 없애고, 발열용 열선으로부터 직접 온도를 검출할 수 있는 방식을 구현함으로써, 제품의 단가를 크게 낮추고, 전열침구의 제작공수를 줄여 생산효율이 좋아지도록 한 전열침구의 자동 온도제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 열선이 내장된 전열침구는 그 온도제어를 위하여 다수개의 온도감지소자(써미스터)를 설치하거나, 바이메탈과 같은 단순한 온도감지용 소자를 채용하여 온도를 제어하여 왔다.

따라서 부품에 따른 제조비용이 상승하거나 온도제어가 정확하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 최근에는 무자계 효과를 발휘하는 열선구조가 개발되어, 전열침구 등 에 다수 이용되고 있는 실정이다.

첨부된 도면, 도 1에는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 종래의 열선(무자계 효과 겸용 열선 포함)을 이용한 전열침구의 온도제어장치의 개략적인 회로 구성도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 종래의 온도제어장치는, 상용전원 입력단(R,S)으로부터 열선(H1,H2)이 직렬로 연결되고, 전원단(R)에는 스위칭소자(S)가 개재된 구성이며, 특히 전열침구의 온도 제어를 위하여 별도의 온도감지용 열선(H3)과, 상기 열선(H3)으로부터 감지된 온도와 비교하여 상기 스위칭소자(S)의 온, 오프를 단속 제어하는 온도제어부(CL)로 구성되어 있다.

그러나 이와 같은 종래의 온도제어장치는, 전열침구의 온도제어를 위하여 별도의 온도감지용 열선(H3)을 사용함으로써, 이러한 구성 역시 제조단가가 상승함은 물론 침구 제작 시 상기 온도감지용 열선(H3)의 추가로 그 제조공정이 늘어나 생산효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래에 사용되던 별도의 온도검출용 열선의 구성을 없애고, 발열용 열선으로부터 직접 온도를 검출할 수 있는 방식을 구현함으로써, 제품의 단가를 크게 낮추고, 전열침구의 제작공수를 줄여 생산효율이 좋아지도록 한 전열침구의 자동 온도제어 장치를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전원 입력단으로부터 전원을 공급받아 발열 동작되며, 제1열선 및 제2열선이 직렬 연결되는 발열부; 스위칭소자를 구비하고 상기 발열부의 제1열선과 제2열선 사이에 개재되어 상기 열선으로의 전원공급을 온, 오프 단속하는 스위칭부; 상기 발열부의 어느 한 쪽 열선의 내부 저항치와 동일한 기준저항을 설정하고 이 기준저항과 열선의 내부저항을 비교 및 증폭 출력하여 전열침구의 내부 온도를 직접적으로 검출하는 온도검출 및 증폭부; 상기 온도검출 및 증폭부로부터 출력된 전열침구의 감지온도와 사용자가 설정한 온도와 비교하여 열선 구동신호를 출력하는 온도 설정 및 비교부; 상기 온도설정 및 비교부로부터 출력된 열선 구동신호에 의해 트리거신호를 발생하며, 열선구동시의 온 타임이 설정하여 출력부로 제공하는 파형정형부; 및 상기 파형정형부로부터 출력된 신호에 의해 트리거되어 이미 설정된 온타임 동안 상기 스위칭부로 열선구동신호를 출력하는 출력부를 포함하여 된 것이다.

이와 같이 본 발명은 종래에 사용되던 별도의 온도감지용 열선의 구성을 없애고, 발열용 열선으로부터 직접 온도를 검출할 수 있는 방식을 구현함으로써, 과열을 방지하여 화재의 위험을 배제함과 동시에 제품의 단가를 크게 낮추고, 전열침 구의 제작공수를 줄여 생산효율이 좋아지도록 한 기술적 효과를 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전열침구의 자동 온도제어장치의 회로 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 전원 입력단(R,S)으로부터 전원을 공급받아 발열 동작되며, 제1열선(H1) 및 제2열선(H2)이 직렬 연결되는 발열부(10)와, 스위칭소자(SCR)를 구비하고 상기 발열부(10)의 제1열선(H1)과 제2열선(H2) 사이에 개재되어 상기 열선(H1,H2)으로의 전원공급을 온, 오프 단속하는 스위칭부(20)와, 상기 발열부(10)의 어느 한 쪽 열선(H2)의 내부 저항치와 동일한 기준저항을 설정하고 이 기준저항과 열선(H2)의 내부저항을 비교 및 증폭 출력하여 전열침구의 내부 온도를 직접적으로 검출하는 온도검출 및 증폭부(30)와, 상기 온도검출 및 증폭부(30)로부터 출력된 전열침구의 감지온도와 사용자가 설정한 온도와 비교하여 열선 구동신호를 출력하는 온도 설정 및 비교부(40)와, 상기 온도설정 및 비교부(40)로부터 출력된 열선 구동신호에 의해 트리거신호를 발생하며, 열선구동시의 온(ON) 타임이 설정하여 출력부(60)로 제공하는 파형정형부(50)와, 상기 파형정형부(50)로부터 출력된 신호에 의해 트리거되어 이미 설정된 온타임 동안 상기 스위칭부로 열선구동신호를 출력하는 출력부(60)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 구체적인 회로구성을 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저, 전원입력단(R,S)에는 전원스위치(SW)가 개재되고, 퓨즈(FU), 저항(R1,R2) 및 캐패시터(C1)로 구성되는 전원회로가 구성되며, 전원은 발열부(10)의 제1열선(H1)과, 스위칭부(20)의 스위칭소자(SCR) 및 제2열선(H2)에 인가되도록 연결된다.

상기 스위칭부(20)의 스위칭소자(SCR)의 온, 오프에 따라서 제1 및 제2열선(H1,H2)은 통전되거나 차단되어진다.

상기 스위칭소자(SCR)는 게이트단에 연결된 출력단(60)의 출력에 따라 트리거 되어진다.

또한 상기 제2열선(H2)의 일단은 온도검출 및 증폭부(30)로 연결되어 상기 제2열선(H2)을 통해 검출된 전열침구의 현재 온도값을 제공하게 된다.

온도검출 및 증폭부(30)를 상세히 설명한다.

상기 온도 검출 및 증폭부(30)는,

상기 제2열선(H2)의 내부저항에 걸리는 전압이 다이오드(D4)를 거쳐 저항(R4,R6)을 통해 분압되어 증폭기(OP1)의 비반전단자(+)에 입력되도록 연결되고, 상기 증폭기(OP1)의 반전단자(-)에는 상기 제2열선(H2)의 내부저항과 동일한 저항값을 가지는 기준저항(R3)과, 이에 연결되는 다이오드(D3), 저항(R4)으로 분압되는 전압이 걸리도록 연결되어, 전열침구의 내부온도에 따라 변화되는 상기 제2열선(H2)의 내부저항 변화에 의해 증폭기(OP1)의 입력단에 입력되는 전압의 차이로서 현재 전열침구의 온도를 검출하고, 이에 검출된 신호를 증폭기(PO1)를 통해 출력한다.

미설명부호 R7~R9는 저항, D1,D2는 다이오드, ZD1,ZD2는 제너다이오드, C2~C6은 캐패시터이다.

온도설정 및 비교부(40)는,

상기 증폭기(OP1)의 출력이 저항(R11)을 통해 비교기(OP2)의 반전단자(-)로 인가되도록 연결되고, 상기 비교기(OP2)의 비반전단자(+)에는 가변저항(VR1, VR2)및 저항(R10)으로 분압된 전압이 인가되도록 구성된다.

상기 가변저항(VR1)은 제품 세팅용이며, 상기 가변저항(VR2)은 사용자 온도조절기이다.

따라서 사용자가 온도조절기(VR2)를 통해 설정한 온도와 상기 온도검출 및 증폭부(30)를 통해 검출된 현재 전열침구의 온도를 비교하여 열선(H1,H2) 온, 오프 구동에 따른 비교기(OP2)의 출력을 수행한다.

미설명부호 R12는 저항, C7,C8은 캐패시터이다.

파형정형부(50) 및 출력부(60)는,

상기 온도설정 및 비교부(40)의 출력이 저항(R13)을 거쳐 에미터단이 접지된 NPN형 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되도록 구성되고, 상기 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단에는 저항(R14)과, 저항(R15) 및 캐패시터(C9)로 이루어진 충방전회로가 연 결됨과 동시에 이 출력이 출력부(60)의 타이머(IC)의 트리거단(TR)에 연결되며, 상기 타이머(IC)의 입력단(THR/DIS)에는 저항(R16) 및 캐패시터(C10)의 분압신호가 입력되도록 연결되고, 상기 타이머(IC)의 출력단(O)은 동작표시램프(LED) 및 저항(R17)을 거쳐 상기 스위칭부(20)의 스위칭소자(SCR)의 게이트에 연결되도록 구성된다.

여기서, 상기 트랜지스터(Q1)가 턴온되면, 캐피시터(C9)에 충전된 전하가 방전되면서 짧은 저전위 신호가 출력되고, 이 신호는 타이머(IC)의 트리거단(TR)에 입력되어 타이머(IC)는 출력단(O)으로 일정시간동안 고전위 신호를 출력한다.

상기 출력단(O)으로 출력되는 일정시간동안(온타임)의 고전위 출력은, 상기 타이머(IC)의 입력단(THR/DIS)에 저항(R16) 및 캐패시터(C10)를 통해 설정된 분압신호에 의해 온타임이 결정된다.

미설명 부호 C14는 캐패시터, R18~R20은 저항이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 이하 설명한다.

먼저, 사용자가 전원스위치(SW)를 온하면 본 발명 온도제어장치에는 전원이 인가된다.

인가된 전원은 발열부(10)에 인가되고, 이때 스위칭부(20)의 스위칭소자(SCR)가 오프된 상태에서 제2열선(H2)의 내부저항이 온도 검출 및 증폭부(30)로 인가된다.

즉 온도검출 및 증폭부(30)의 증폭기(OP1)의 비반전단자(+)로 입력된 전압과 그 반전단자(-)에 걸린 기준전압을 서로 비교하여 현재의 온도를 검출하게 된다.

현재온도는 증폭기(OP1)를 통해 증폭되어 출력되며, 이 출력은 온도설정 및 비교부(40)의 저항(R11)을 통해 비교기(OP2)의 반전단자(-)에 입력된다.

상기 비교기(OP2)는 사용자가 가변저항(온도조절기)(VR2)을 통해 이미 설정된 비반전단자(+)의 온도값과 서로 비교하여 그 차에 대한 출력을 수행한다.

여기서 현재 온도가 사용자가 설정한 온도보다 낮다면 비교기(OP2)는 고전위 신호를 출력하게 된다.

상기 비교기(OP2)로부터 출력된 고전위 신호는 파형정형부(50)의 저항(R13)을 통해 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가된다.

따라서 상기 트랜지스터(Q1)는 턴온되며, 그 컬렉터단에 연결된 충방전회로인 저항(R14)(R15) 및 캐패시터(C9)에 의해 짧은 시간동안 저전위 출력(트리거신호)이 수행된다.

상기 트랜지스터(Q1)의 출력에 의해 출력부(60)의 타이머(IC)의 트리거단(TR)에 트리거신호가 인가되면서 타이머(IC)는 동작하여 출력단자(O)로 일정시간동안 고전위 신호를 출력한다.

상기 타이머(IC)의 출력단자(O)로 출력된 고전위 신호는 동작표시램프(LED)를 발광시키고 동시에 스위칭소자(SCR)의 게이트에 온 신호를 인가하여 스위칭소자(SCR)는 도통된다.

상기 스위칭소자(SCR)의 도통으로 전원(R,S)이 발열부(10)의 제1열선(H1) 및 제2열선(H2)에 인가되어 상기 제1열선(H1) 및 제2열선(H2)은 발열 동작된다.

이후, 상기 타이머(IC)로부터 출력된 고전위 출력은 일정시간이후 저전위로 다시 복귀되며, 스위칭소자(SCR)는 오프된다.

이때 다시 상기 온도감지 증폭부(30)를 통해 감지된 전열침구의 온도와 온도설정 및 비교부(40)를 통해 설정된 온도와를 비교하여, 감지된 온도가 설정된 온도 보다 낮다면 상기 비교기(OP2)는 고전위 신호를 출력하게 되고, 파형정형부(50)의 트랜지스터(Q1)가 다시 턴온되어 트리거신호를 타이머(IC)로 제공하며, 타이머(IC)는 다시 일정시간동안 출력단(O)으로 고전위 신호를 출력하게 된다. 이와 같은 동작을 반복하게 되면서 전열침구의 온도제어가 수행된다.

여기서 상기 타이머(IC)의 출력단(O)으로 출력되는 신호가 일정시간 고전위 출력 후 저전위 신호로 복귀하는 이유는, 스위칭소자(SCR)의 구동을 차단하여 제2열선(H2)을 비통전 상태로 유지한 다음 제2열선(H2)의 내부 저항값을 검출하기 위함이다.

이와 같은 구동 후, 상기 온도검출 및 증폭부(30)를 통해 검출된 제2열선(H2)의 온도 값이 설정된 온도 값 이상으로 상승되면, 상기 온도설정 및 비교부(40)의 비교기(OP2)는 저전위 신호를 출력하게 된다.

상기 비교기(OP2)로부터 출력된 저전위 신호는 파형정형부(50)의 트랜지스터(Q1)를 턴오프시킨다.

상기 트랜지스터(Q1)가 턴오프되면 그 컬렉터단은 고전위 상태를 유지하게 되어, 트리거 신호가 생성되지 않는다. 따라서 타이머(IC)는 출력단(O)으로 저전위 출력상태를 유지하게 된다.

상기 타이머(IC)의 출력단자(O)로 출력된 저전위 신호는 동작표시램프(LED)를 소등시키고, 동시에 스위칭소자(SCR)를 차단하여 발열부(10)의 제1열선(H1) 및 제2열선(H2)에는 전원이 인가되지 않게 된다.

따라서 전열침구의 온도는 하강하게 된다.

이와 같은 방식으로 온도제어장치는 연속적인 동작을 수행하며, 사용자가 설정한 온도로 전열침구의 온도를 자동 조절하게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전열침구의 자동 온도제어장치의 회로 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전열침구의 자동 온도제어장치는, 전원입력단(R,S)에 브리지다이오드(BD)를 개재시켜 입력단으로부터의 전파전류를 제공하여 2배의 전류효율을 발휘할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 종래의 열선을 이용한 전열침구의 온도제어장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전열침구의 자동 온도제어장치의 회로 블록도,

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 전열침구의 자동 온도제어장치의 상세 회로도,

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전열침구의 자동 온도제어장치의 회로 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

H1,H2: 무자계 열선 10: 발열부

20: 스위칭부 30: 온도검출 및 증폭부

40: 온도설정 및 비교부 50: 파형정형부

60: 출력부 R3: 기준저항

SCR: 스위칭소자 OP1: 증폭기

OP2: 비교기 VR: 가변저항

Q1: 트랜지스터, IC: 타이머

LED: 동작표시램프

Claims (3)

1. 전원 입력단으로부터 전원을 공급받아 발열 동작되며, 제1열선 및 제2열선이 직렬 연결되는 발열부;

   스위칭소자를 구비하고 발열부의 제1열선과 제2열선 사이에 개재되어 열선으로의 전원공급을 온, 오프 단속하는 스위칭부;

   발열부의 어느 한 쪽 열선의 내부 저항치와 동일한 기준저항을 설정하고 이 기준저항과 열선의 내부저항을 비교 및 증폭 출력하여 전열침구의 내부 온도를 직접적으로 검출하는 온도검출 및 증폭부;

   온도검출 및 증폭부로부터 출력된 전열침구의 감지온도와 사용자가 설정한 온도와 비교하여 열선 구동신호를 출력하는 온도 설정 및 비교부;

   온도설정 및 비교부로부터 출력된 열선 구동신호에 의해 트리거신호를 발생하며, 열선구동시의 온 타임이 설정하여 출력부로 제공하는 파형정형부; 및

   파형정형부로부터 출력된 신호에 의해 트리거되어 이미 설정된 온타임 동안 스위칭부로 열선구동신호를 출력하는 출력부를 포함하며,

   상기 파형정형부 및 출력부는,

   온도설정 및 비교부의 출력이 저항(R13)을 거쳐 에미터단이 접지된 NPN형 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되도록 구성되고, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단에는 저항(R14)과, 저항(R15) 및 캐패시터(C9)로 이루어진 충방전회로가 연결됨과 동시에 이 출력이 타이머(IC)의 트리거단(TR)에 연결되며, 타이머(IC)의 입력단(THR/DIS)에는 온타임 설정용 저항(R16) 및 캐패시터(C10)의 분압신호가 입력되도록 연결되고, 타이머(IC)의 출력단(O)은 동작표시램프(LED) 및 저항(R17)을 거쳐 스위칭부(20)의 스위칭소자(SCR)의 게이트에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전열침구의 자동 온도제어장치.
2. 삭제
3. 전원 입력단으로부터 전원을 공급받아 발열 동작되며, 제1열선 및 제2열선이 직렬 연결되는 발열부;

   스위칭소자를 구비하고 발열부의 제1열선과 제2열선 사이에 개재되어 상기 열선으로의 전원공급을 온, 오프 단속하는 스위칭부;

   발열부의 어느 한 쪽 열선의 내부 저항치와 동일한 기준저항을 설정하고 이 기준저항과 열선의 내부저항을 비교 및 증폭 출력하여 전열침구의 내부 온도를 직접적으로 검출하는 온도검출 및 증폭부;

   온도검출 및 증폭부로부터 출력된 전열침구의 감지온도와 사용자가 설정한 온도와 비교하여 열선 구동신호를 출력하는 온도 설정 및 비교부;

   온도설정 및 비교부로부터 출력된 열선 구동신호에 의해 트리거신호를 발생하며, 열선구동시의 온 타임이 설정하여 출력부로 제공하는 파형정형부; 및

   파형정형부로부터 출력된 신호에 의해 트리거되어 이미 설정된 온타임 동안 스위칭부로 열선구동신호를 출력하는 출력부를 포함하며,

   전원입력단에는 브리지다이오드를 더 개재시킨 것을 특징으로 하는 전열침구의 자동 온도제어장치.

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