KR100987046B1 - 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트에 관한 것으로서, 특히 온열 매트에 있어서, 면상발열체를 구비하는 온열 매트 본체와; AC 전압을 입력받아 이를 DC 저압으로 변환하여 상기 온열 매트 본체의 면상발열체로 출력하고, 상기 면상발열체의 온도를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 AC 전압을 전류와 전압의 세기 및 온도에 따라 일정한 DC 전압으로 변환시켜 면상발열체에 공급하여 하나의 컨트롤러를 프리볼트로 사용함으로써 제작 원가를 상대적으로 낮추고, 이로 인한 경쟁력을 증대시킬 수 있으며, 또한, 전원과 면상발열체가 전기적으로 분리된 상태에서 직류를 면상발열체에 공급함으로써 전자파 발생을 미연에 방지하고, 전류와 전압의 세기 및 온도에 따라 면상발열체로 공급되는 저전압의 DC 전압을 사용함으로써 과열과 감전의 문제를 미연에 차단할 수 있다.

온열 매트, 면상발열체, 컨트롤러, AC 전압, DC 전압, 프리볼트, 과열, 감전

Description

프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트{HEATING MAT FOR HAVING FREE VOLTAGE CONTROLLER}

본 발명은 온열 매트에 관한 것으로서, 상세하게는 85~240V의 AC 전압을 전류와 전압의 세기 및 온도에 따라 일정한 DC 전압으로 변환시켜 면상발열체에 공급하여 하나의 컨트롤러를 프리볼트로 사용하도록 하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트에 관한 것이다.

일반적으로 온열매트는 세라믹, 황토, 옥, 맥반석 등과 같은 음이온 및 원적외선 방사체들을 다수개로 배열 고착시킨 본체의 내부에 전열선이 균일하게 배열되어 구성되는 것으로, 가정용 교류전원(AC 220V, 60㎐)이 컨트롤러로 공급되면 컨트롤러에서 전원을 전열선으로 공급하면서 전열선이 가열되어 원적외선 방사체들에 열을 가함으로서 온열과 함께 음이온 및 원적외선을 방사하여 인체 건강을 증진시키는데 사용됨이 주지된 사실이다.

한편, 온열매트는 국내 소비뿐만 아니라 꾸준히 해외로 수출되고 있는 실정인데, 국내의 경우 AC 220V를 사용하나, 해외의 경우 각 국의 실정에 85~240V의 범위로 사용하기 때문에 사용국가의 전압 및 주파수 차이에 따라 다품목 소량화 관리 및 제작 공정의 세분화로 인해 제작 원가가 상승되고, 이로 인한 경쟁력 저하가 발생되는 문제점이 있다.

또한, 이러한 종래의 온열매트는 컨트롤러를 통해 수동적으로 설정한 온도 상태에 따라 열선으로 공급되는 전류를 차단하거나 제한적으로 공급하도록 되어 있는 데, 열선에 공급되는 AC 전원에 대한 위상 제어 방식과 온도 센서를 통해 감지되는 신호에 따라 온/오프 제어를 수행하여 매트의 과열 및 안전사고 발생을 방지하는 위상제어방식은 아날로그 방식인 관계로 열선에 흐르는 전류를 정확하게 제어하기 어려워 여전히 과열과 감전의 문제점을 내포하고 있으며, AC공급 전원에 기인하여 열선에서 인체에 유해한 전자파가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 85~240V의 AC 전압을 전류와 전압의 세기 및 온도에 따라 일정한 DC 전압으로 변환시켜 면상발열체에 공급하여 하나의 컨트롤러를 프리볼트로 사용함으로써 제작 원가를 상대적으로 낮추고, 이로 인한 경쟁력을 증대시킬 수 있도록 하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전원과 면상발열체가 전기적으로 분리된 상태에서 직류를 면상발열체에 공급함으로써 전자파 발생을 미연에 방지하고, 전류와 전압의 세기 및 온도에 따라 면상발열체로 공급되는 저전압의 DC 전압을 사용함으로써 과열과 감전의 문제를 미연에 차단하도록 하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트 를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

온열 매트에 있어서, 면상발열체를 구비하는 온열 매트 본체와; AC 전압을 입력받아 이를 DC 전압으로 변환하여 상기 온열 매트 본체의 면상발열체로 출력하고, 상기 면상발열체의 온도를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 컨트롤러는 AC 전압을 입력받아 각 구성부에 공급하는 전원 입력부와; 사용자의 조작에 따라 온/오프되어 상기 전원 입력부의 전원을 공급 및 차단하는 전원 스위치와; 상기 전원 입력부로부터 입력되는 AC 전압을 정류 및 평활하여 DC 전압으로 변환시켜 출력하는 입력 정류부와; 상기 입력 정류부로부터 1차 코일에 유기되는 DC 전압에 의하여 2차 코일에 AC 전압이 유기되는 스위칭 트랜스포머와; 상기 스위칭 트랜스포머의 2차 코일에 유기된 AC 전압을 정류 및 평활하여 DC 전압으로 변환시켜 상기 면상발열체로 출력하는 출력 정류부와; 외부의 제어에 따라 스위칭되어 상기 스위칭 트랜스포머의 1차 코일의 출력을 제어하는 FET와; 상기 FET의 출력 전류 크기를 센싱하는 과전류 센싱 저항과; 상기 출력 정류부로부터 출력되는 출력 전압값이 기설정값과 비교하여 비교 결과에 따라 온/오프되는 전압 제어부와; 상기 온열 매트 본체의 온도를 센싱하여 현재 온도를 사용자 설정 온도과 비교하여 비교 결과에 따라 온/오프되는 온도 제어부; 및 상기 스위칭 트랜스포머의 2차 코일에서 발생되는 주파수를 이용하여 펄스 신호를 생성하여 상기 FET를 스위칭시키되, 상기 과전류 센싱 저항의 전압값과, 상기 전압 제어부 및 온도 제어부의 온/오프 여부에 따라 상기 펄스신호의 펄스폭을 가변시켜 상기 FET의 스위칭 속도를 제어하는 PWM 제어부로 이루어진다.

여기에서 또한, 상기 컨트롤러는 상기 전원 입력부와 상기 입력 정류부 사이에 상기 스위칭 트랜스포머의 스위칭시 발생하는 노이즈를 차폐시키는 노이즈 필터가 더 구비된다.

여기에서 또, 상기 전압 제어부는 상기 출력 정류부의 출력단의 출력 전압이 기설정된 전압 이상 출력되면 도통되는 제너 다이오드를 구비하는 전압 감시회로와; 상기 전압 감시회로의 제너 다이오드와 발광부가 연결되고, 수광부가 상기 PWM 제어부와 연결되어 상기 전압 감시회로의 제너 다이오드가 도통되면 온되는 제 1포토 커플러로 이루어진다.

여기에서 또, 상기 온도 제어부는 상기 온열 매트 본체에 설치되는 온도 센서와; 상기 전원 입력부의 전원을 DC 전압으로 변환시켜 출력하는 온도 제어용 전원 입력회로와; 상기 제어용 전원 입력회로로부터 입력되는 DC 전압으로 동작되어 사용자 설정 온도와 현재 온도를 디스플레이하고, 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 사용자 설정 온도보다 높으면 온신호를 출력하는 마이컴과; 발광부가 상기 마이컴과 연결되고, 수광부가 상기 PWM 제어부와 연결되어 상기 마이컴으로부터 온/오프 신호가 출력되면 이에 따라 온/오프되는 제 2포토 커플러로 이루어진다.

여기에서 또, 상기 출력 정류부는 상기 스위칭 트랜스포머의 2차 코일에 유기된 AC 전압을 정류 및 평활시켜 DC 전압으로 변환시켜 상기 면상발열체로 출력한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트에 따르면, AC 전압을 전류와 전압의 세기 및 온도에 따라 일정한 DC 전압으로 변환시켜 면상발열체에 공급하여 하나의 컨트롤러를 프리볼트로 사용함으로써 제작 원가를 상대적으로 낮추고, 이로 인한 경쟁력을 증대시킬 수 있으며, 또한, 전원과 면상발열체가 전기적으로 분리된 상태에서 직류를 면상발열체에 공급함으로써 전자파 발생을 미연에 방지하고, 전류와 전압의 세기 및 온도에 따라 면상발열체로 공급되는 저전압의 DC 전압을 사용함으로써 과열과 감전의 문제를 미연에 차단할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트(1)는, 온열 매트 본체(100)와, 컨트롤러(200)로 이루어진다.

먼저, 온열 매트 본체(100)는 통상의 매트 구조이며, 특히 전열선을 대신하여 면상발열체(110)를 구비한다.

그리고, 컨트롤러(200)는 전원 입력부(210)와, 전원 스위치(220)와, 노이즈 필터(230)와, 입력 정류부(240)와, 스위칭 트랜스포머(250)와, 출력 정류부(260)와, FET(Q1)와, 과전류 센싱 저항(R1)과, 전압 제어부(270)와, 온도 제어부(280)와, PWM 제어부(290)로 이루어진다.

전원 입력부(210)는 콘센트에 결합되어 AC 전압(85~240V)을 입력받아 각 구성부에 공급한다.

전원 스위치(220)는 전원 입력부(210)의 라인에 설치되어 사용자의 조작에 따라 온/오프되어 전원 입력부(210)의 전원을 공급 및 차단한다.

노이즈 필터(230)는 전원 입력부(210)와 하기에서 설명할 입력 정류부(240) 사이에 설치되어 하기에서 설명할 스위칭 트랜스포머(250)의 스위칭시 발생하는 노이즈를 차폐시킨다.

입력 정류부(240)는 노이즈 필터(230)의 출력단에 설치되어 전원 입력부(210)로부터 입력되는 AC 전압을 정류 및 평활하여 DC 전압으로 변환시켜 출력한다.

스위칭 트랜스포머(250)는 1차 코일(L1)이 입력 정류부(240)와 하기에서 설 명할 FET(Q1)에 연결되고, 2차 코일(L2)이 하기에서 설명할 출력 정류부(260)와 PWM 제어부(290)에 연결되어 입력 정류부(240)로부터 출력되어 1차 코일(L1)에 유기되는 DC 전압에 의하여 2차 코일(L2)에 AC 전압이 유기된다.

출력 정류부(260)는 스위칭 트랜스포머(250)의 2차 코일(L2)에 연결되어 스위칭 트랜스포머(250)의 2차 코일(L2)에 유기된 AC 전압을 정류 및 평활하여 DC 전압(48V)으로 변환시켜 면상발열체(110)로 출력한다.

FET(Q1)는 MOS타입으로 스위칭 트랜스포머(250)의 1차 코일(L1)에 드레인(D)이 연결되고, 게이트(G)와 소스(S)가 하기에서 설명할 PWM 제어부(290)에 연결되어 PWM 제어부(290)의 제어에 따라 스위칭되어 스위칭 트랜스포머(250)의 1차 코일(L1)의 출력을 제어한다.

과전류 센싱 저항(R1)은 FET(Q1)의 소스(S)에 직렬 연결되어 FET(Q1)의 출력 전류 크기를 센싱한다.

전압 제어부(270)는 출력 정류부(260)의 출력단에 연결되어 출력 정류부(260)의 출력 전압이 기설정된 DC 전압(DC 48V) 이상 출력되면 도통되는 제너 다이오드(ZD1)를 구비하는 전압 감시회로(271)와, 전압 감시회로(271)의 제너 다이오드(ZD1)와 발광부가 연결되고, 수광부가 PWM 제어부(290)와 연결되어 전압 감시회로(271)의 제너 다이오드(ZD1)가 도통되면 온되는 제 1포토 커플러(273)로 이루어진다.

온도 제어부(280)는 온열 매트 본체(100)에 설치되는 온도 센서(281)와, 전원 입력부(210)에 연결되어 전원 입력부(210)로부터 입력되는 AC 전압(85~240V)을 정류 및 평활하여 DC 전압(5V)로 변환시켜 출력하는 온도 제어용 전원 입력회로(283)와, 제어용 전원 입력회로(283)로부터 입력되는 DC 전압으로 동작되어 사용자 설정 온도와 현재 온도를 온도 패널(285)을 통해 디스플레이하고, 온도 센서(281)로부터 센싱된 현재 온도가 사용자 설정 온도보다 높으면 온신호를 출력하는 마이컴(287)과, 발광부가 마이컴(287)과 연결되고, 수광부가 PWM 제어부(290)와 연결되어 마이컴(287)으로부터 온/오프 신호가 출력되면 이에 따라 온/오프되는 제 2포토 커플러(289)로 이루어진다.

PWM 제어부(290)는 스위칭 트랜스포머(250)의 2차 코일(L2)에서 발생되는 주파수를 이용하여 펄스 신호를 생성하여 FET(Q1)를 스위칭시키되, 과전류 센싱 저항(R1)에서 센싱되는 전압값과, 전압 제어부(270) 및 온도 제어부(280)의 온/오프 여부에 따라 펄스신호의 펄스폭을 가변시켜 FET(Q1)의 스위칭 속도를 제어한다.

이하, 본 발명에 따른 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원 입력부(210)를 통해 60㎐ AC 110V가 공급되면 입력 정류부(240)에서는 약 DC 155V가 출력되어 스위칭 트랜스포머(250)의 1차 코일(L1)로 입력된다. 또한, 전원 입력부(210)를 통해 60㎐ AC 240V가 공급되면 입력 정류부(240)에서는 약 DC 310V가 출력되어 스위칭 트랜스포머(250)의 1차 코일(L1)로 입력된다.

그러면, 스위칭 트랜스포머(250)의 2차 코일(L1)에서 60㎐ AC 전압이 유기되고, 이와 동시에 PWM 제어부(290)는 스위칭 트랜스포머(250)의 2차 코일(L2)에서 발생되는 주파수(60㎐)가 입력된다.

그리고, PWM 제어부(290)는 입력된 주파수를 통해 발진 주파수 생성하고, 이를 이용하여 펄스 신호를 생성하여 FET(Q1)를 스위칭시키면 FET(Q1)의 스위칭에 따라 스위칭 트랜스포머(250)의 2차 코일(L1)에 AC 전압이 유기된다.

한편, PWM 제어부(290)는 과전류 센싱 저항(R1)에서 센싱되는 전압값을 통해 센싱 전압값이 기준 전압값보다 높으면 펄스 신호의 폭을 넓게 변조하고, 센싱 전압값이 기준 전압값보다 낮으면 펄스 신호의 폭을 좁게 변조하여 스위칭 트랜스포머(250)의 1차 코일(L1)의 전류량을 제어한다.

그리고, 스위칭 트랜스포머(250)의 2차 코일(L1)에서 60㎐ AC 전압이 유기되면, 이는 출력 정류부(260)를 통해 정류 및 평활되어 48V DC 전압으로 변환되어 면상발열체(110)로 출력되고, 면상발열체(110)가 가열된다.

또한, 출력 정류부(260)에서 출력되는 DC 전압은 전압 제어부(270)의 전압 감시회로(271)를 통해 감시되며, 출력 정류부(260)의 출력 전압이 기설정된 전압(DC 48V) 이상 출력되면 전압 감시회로(271)의 제너 다이오드(ZD1)가 도통되어 제 1포토 커플러(273)가 온되고, 제 1포토 커플러(273)를 통해 온 신호를 입력받은 PWM 제어부(290)가 FET(Q1)를 오프시키도록 한다.

또, 온도 센서(281)에서 센싱된 면상발열체(110)의 온도가 사용자 설정 온도보다 높으면 온도 제어부(280)의 마이컴(287)은 온신호를 제 2포토 커플러(289)로 출력하여 제 2포토 커플러(289)가 온되도록 하고, 제 2포토 커플러(289)를 통해 온 신호를 입력받은 PWM 제어부(290)가 FET(Q1)를 오프시키도록 한다.

따라서, 본 발명은 AC 전압의 입력과 상관없이 이를 일정한 DC 전압으로 변 환하여 면상발열체를 가열할 수 있고, 피드백되는 전류과 전압 및 온도값에 따라 DC 출력 전압을 조절하여 과열에 따른 화재 발생을 차단할 수 있다.

또한, 본 발명은 스위칭 트랜스포머와 포토 커플러를 통해 전원 입력과 출력을 완전히 분리시킴으로써 감전을 차단할 수 있다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트의 구성을 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트의 구성을 나타낸 블록도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1 : 온열 매트 100 : 온열 매트 본체

200 : 컨트롤러 210 : 전원 입력부

220 : 전원 스위치 230 : 노이즈 필터

240 : 입력 정류부 250 : 스위칭 트랜스포머

260 : 출력 정류부 270 : 전압 제어부

280 : 온도 제어부 290 : PWM 제어부

Q1 : FET R1 : 과전류 센싱 저항

Claims (6)

1. 삭제
2. 면상발열체를 구비하는 온열 매트 본체와; AC 전압을 입력받아 이를 DC 전압으로 변환하여 상기 온열 매트 본체의 면상발열체로 출력하고, 상기 면상발열체의 온도를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트에 있어서,

   상기 컨트롤러는,

   AC 전압을 입력받아 각 구성부에 공급하는 전원 입력부와;

   사용자의 조작에 따라 온/오프되어 상기 전원 입력부의 전원을 공급 및 차단하는 전원 스위치와;

   상기 전원 입력부로부터 입력되는 AC 전압을 정류 및 평활하여 DC 전압으로 변환시켜 출력하는 입력 정류부와;

   상기 입력 정류부로부터 1차 코일에 유기되는 DC 전압에 의하여 2차 코일에 AC 전압이 유기되는 스위칭 트랜스포머와;

   상기 스위칭 트랜스포머의 2차 코일에 유기된 AC 전압을 정류 및 평활하여 DC 전압으로 변환시켜 상기 면상발열체로 출력하는 출력 정류부와;

   외부의 제어에 따라 스위칭되어 상기 스위칭 트랜스포머의 1차 코일의 출력을 제어하는 FET와;

   상기 FET의 출력 전류 크기를 센싱하는 과전류 센싱 저항과;

   상기 출력 정류부로부터 출력되는 출력 전압값이 기설정값과 비교하여 비교 결과에 따라 온/오프되는 전압 제어부와;

   상기 온열 매트 본체의 온도를 센싱하여 현재 온도를 사용자 설정 온도과 비교하여 비교 결과에 따라 온/오프되는 온도 제어부; 및

   상기 스위칭 트랜스포머의 2차 코일에서 발생되는 주파수를 이용하여 펄스 신호를 생성하여 상기 FET를 스위칭시키되, 상기 과전류 센싱 저항의 전압값과, 상기 전압 제어부 및 온도 제어부의 온/오프 여부에 따라 상기 펄스신호의 펄스폭을 가변시켜 상기 FET의 스위칭 속도를 제어하는 PWM 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 컨트롤러는,

   상기 전원 입력부와 상기 입력 정류부 사이에 상기 스위칭 트랜스포머의 스위칭시 발생하는 노이즈를 차폐시키는 노이즈 필터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 전압 제어부는,

   상기 출력 정류부의 출력단의 출력 전압이 기설정된 전압 이상 출력되면 도통되는 제너 다이오드를 구비하는 전압 감시회로와;

   상기 전압 감시회로의 제너 다이오드와 발광부가 연결되고, 수광부가 상기 PWM 제어부와 연결되어 상기 전압 감시회로의 제너 다이오드가 도통되면 온되는 제 1포토 커플러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 온도 제어부는,

   상기 온열 매트 본체에 설치되는 온도 센서와;

   상기 전원 입력부의 전원을 DC 전압으로 변환시켜 출력하는 온도 제어용 전원 입력회로와;

   상기 제어용 전원 입력회로로부터 입력되는 DC 전압으로 동작되어 사용자 설정 온도와 현재 온도를 디스플레이하고, 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 사용자 설정 온도보다 높으면 온신호를 출력하는 마이컴과;

   발광부가 상기 마이컴과 연결되고, 수광부가 상기 PWM 제어부와 연결되어 상기 마이컴으로부터 온/오프 신호가 출력되면 이에 따라 온/오프되는 제 2포토 커플러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 출력 정류부는,

   상기 스위칭 트랜스포머의 2차 코일에 유기된 AC 전압을 정류 및 평활시켜 DC 전압으로 변환시켜 상기 면상발열체로 출력하는 것을 특징으로 하는 프리 볼트 컨트롤러를 구비하는 온열 매트.

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