KR101321112B1 - 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면,
발열선의 양단에 연결되는 제1발열단자 및 제2발열단자; 상기 발열선과 나란히 배치되는 감열선의 양단에 연결되는 제1감열단자와 제2감열단자;를 포함하고 상기 제1, 2발열단자는 교류전원과 전력제어용 사이리스터를 통하여 접속되는 전열기구의 제어장치에 있어서(- 상기 발열선과 상기 감열선 사이는 온도변화에 따라 임피던스가 변화하는 감온성 수지로 절연됨),
상기 전력제어용 사이리스터의 순방향전압 주기에 상기 전력제어용 사이리스터의 게이트에 트리거 전압 신호가 인가되는 것에 의하여 발열전류가 상기 제1, 2발열단자를 통하여 흐르도록 제어되고,
상기 전력제어용 사이리스터의 역방향전압 주기시에 상기 감온성 수지를 통하여 흐르는 온도감지전류와 온도설정용 가변저항에 의하여 설정된 설정전압에 의하여 온도제어 제 1, 2 트랜지스터의 전류증폭률 및 스위칭 동작이 제어되며,
상기 온도제어 제1, 2 트랜지스터의 에미터에 흐르는 전류에 의하여 트리거발생 트랜지스터와 연계된 트리거제어 콘덴서가 방전되는 방전전류가 제어되고,
상기 방전전류에 의하여 상기 전력제어용 사이리스터의 게이트에 상기 트리거 전압 신호가 인가되도록 제어됨으로써, 온도 변화에 따른 상기 온도감지전류의 크기에 의하여 상기 트리거 전압신호의 형성 시점을 상기 순방향전압의 제로포인트 또는 제로포인트보다 앞선 위상으로 제어되되,
상기 제1감열단자는 상기 제1발열단자와 기준전위 저항에 의해 접속되고 상기 제2감열단자는 온도감지 제1충전콘덴서를 거쳐서 기준전위용 방전콘덴서에 접속되도록 함으로써, 상기 제2감열단자로부터 흐르는 기준전류 및 감지전류가 상기 제1충전콘덴서를 거쳐서 상기 기준전위용 방전콘덴서에 충전되며, 상기 온도감지 제1충전콘덴서에 충전된 전압이 설정된 기준전위 이하로 감지되면 상기 전력제어용 사이리스터를 차단하도록 제어하는 감열선 단선 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치가 제공된다.

Description

안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치{electric heating controller with safety circuit}

본 발명은 전열기구의 발열선을 안전하게 제어할 수 있도록 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 보온장판 등 전기 난방장치의 발열선의 온도 제어방식에는 주로 기계식 바이메탈을 사용하는 방식과 감온성 수지를 이용하여 온도를 제어하는 방식이 사용된다.

기계식 바이메탈을 사용하는 장치는 실리콘이나 PVC로 피복된 발열선을 사용하되 온도 검출은 발열선의 온도가 올라갈수록 저항치가 낮아지는 NTC 타입의 온도센서를 별도로 설치하여 온도 제어를 하게 되며 안전장치인 온도 과열 방지장치는 기계식 바이메탈을 사용하게 된다.

발열선과 감열선 사이에 온도 특성이 NTC 타입인 나일론 감온성 수지를 부착하여 온도를 제어하는 방식에 사용되는 나일론 감온성 수지는 발열선의 온도가 높아지게 되면 임피던스가 변화하게 되는데, 이때 감온성 수지에 흐르는 전류변화를 감지하여 그 전류량에 의한 전압 변화에 따라 사이리스터에 의한 전원공급을 제어함으로써 온도를 제어할 수 있다.

즉 나일론 감온성 수지를 이용한 온도제어방식은 별도로 온도 감지센서와 온도과열 방지장치인 바이메탈이 불필요하고 감온성 수지 자체가 절연체로 활용할 수 있고, 발열선과 감열선이 하나의 선 내에 배치할 수 있으므로 비용이 저렴하고 작업성이 좋아 많이 사용이 되고 있다.

감열선 방식을 사용한 전기요 장판 등 전열기구에 있어서 사용자는 다이얼, SW등을 조정하여 설정온도를 선택하면 발열선에 전력공급이 이루어지게 된다.

전열기구는 전열기의 표면 온도가 설정된 온도까지 도달된 다음에는 계속 상승되지 않도록 온도를 제어하여 설정온도를 유지하도록 설계되어야 한다.

선행기술문헌인 10-0553815에는 서로 나란히 배치된 제 1, 2 전열선 사이에 부도체의 온도 특성에 의한 온도 변화에 따라 정전용량의 변화가 생기는 나일론 서미스터를 구비하여 온도에 따라 발생되는 전압에 의해 발열 온도를 제어하고, 서로 제1, 2 전열선의 전류가 서로 상쇄되는 방향으로 되돌아 오도록 함으로써, 발열선의 온도를 제어하고 유해 전자파를 발생하지 않도록 하는 온도조절기에 대한 내용이 개시되어 있다.

한국등록특허공보 10-0553815

본 발명의 목적은 교류 전원에 의하여 발열이 되는 전열기구에 발열 온도를 제어하는 제어장치에 있어서, 별도의 제어 전원을 공급하는 제어용 직류 전원공급부가 없이 설정온도에 따라 온도를 안전하게 제어할 수 있는 경제적이고 간편한 전열기구의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발열선이나 제어장치의 고장으로 인하여 발열선에 과열이 발생하는 것을 방지하는 제어장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 온도를 제어하는 전력소자가 불량인 경우 발열선에 공급되는 전력을 차단하도록 함으로써, 안전사고를 방지할 수 있도록 하는 제어장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 발열선의 국부적인 과열로 인하여 발열선의 절연이 파괴된 경우 안전하게 회로를 차단할 수 있는 경제적인 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

발열선의 양단에 연결되는 제1발열단자 및 제2발열단자; 상기 발열선과 나란히 배치되는 감열선의 양단에 연결되는 제1감열단자와 제2감열단자;를 포함하고 상기 제1, 2발열단자는 교류전원과 전력제어용 사이리스터를 통하여 접속되는 전열기구의 제어장치에 있어서(- 상기 발열선과 상기 감열선 사이는 온도변화에 따라 임피던스가 변화하는 감온성 수지로 절연됨),

상기 전력제어용 사이리스터의 순방향전압 주기에 상기 전력제어용 사이리스터의 게이트에 트리거 전압 신호가 인가되는 것에 의하여 발열전류가 상기 제1, 2발열단자를 통하여 흐르도록 제어되고,

상기 전력제어용 사이리스터의 역방향전압 주기시에 상기 감온성 수지를 통하여 흐르는 온도감지전류와 온도설정용 가변저항에 의하여 설정된 설정전압에 의하여 온도제어 제 1, 2 트랜지스터의 전류증폭률 및 스위칭 동작이 제어되며,

상기 온도제어 제1, 2 트랜지스터의 에미터에 흐르는 전류에 의하여 트리거발생 트랜지스터와 연계된 트리거제어 콘덴서가 방전되는 방전전류가 제어되고,

상기 방전전류에 의하여 상기 전력제어용 사이리스터의 게이트에 상기 트리거 전압 신호가 인가되도록 제어됨으로써, 온도 변화에 따른 상기 온도감지전류의 크기에 의하여 상기 트리거 전압신호의 형성 시점을 상기 순방향전압의 제로포인트 또는 제로포인트보다 앞선 위상으로 제어되되,

상기 제1감열단자는 상기 제1발열단자와 기준전위 저항에 의해 접속되고 상기 제2감열단자는 온도감지 제1충전콘덴서를 거쳐서 기준전위용 방전콘덴서에 접속되도록 함으로써, 상기 제2감열단자로부터 흐르는 기준전류 및 감지전류가 상기 제1충전콘덴서를 거쳐서 상기 기준전위용 방전콘덴서에 충전되며, 상기 온도감지 제1충전콘덴서에 충전된 전압이 설정된 기준전위 이하로 감지되면 상기 전력제어용 사이리스터를 차단하도록 제어하는 감열선 단선 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치가 제공된다.

또한, 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치는 상기 발열선과 상기 감열선을 포함하는 발열부; 와

상기 온도제어 제 1, 2 트랜지스터, 온도감지 제1충전콘덴서, 기준전위용 방전콘덴서를 포함하며 상기 기준전류와 감지전류를 직류 감지 전압 신호로 변환하는 온도감지부;와

상기 직류 감지 전압 신호를 상기 온도설정 가변저항에 의하여 온도 제어전압으로 변환하고 베이스에 가해지는 상기 온도 제어전압에 의해 온도제어신호를 발생하는 것을 포함하는 온도제어부; 와

상기 발열선 주변의 온도가 상기 설정전압에 의한 설정온도 이상에서 상기 전력제어용 사이리스터가 차단동작이 되지 않을 때를 감지하여 전원을 차단시키는 과열 방지부;와

상기 온도제어신호를 받아 상기 트리거 전압신호를 발생시키는 트리거발생부; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2발열단자는 발열선 감지저항을 통하여 상기 접지와 접속되며, 상기 발열선 감지저항에서 상기 접지로 흐르는 전류에 의하여 발열선 감지트랜지스터의 베이스에 바이어스 전압 이상이 형성되면, 상기 발열선감지 트랜지스터의 에미터와 상기 접지 사이에 연결된 제1발열선감지 엘이디가 점등되도록 하며,

상기 제1, 2 발열단자 사이에 분압저항에 의해 연결된 제2발열선감지 엘이디가 상기 발열선감지 트랜지스터의 컬렉터와 상기 접지 사이에 접속되어, 발열선 감지트랜지스터의 베이스에 바이어스 전압 이상이 형성되지 않으면 상기 제2발열선감지 엘이디가 점등되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 교류 전원에 의하여 발열이 되는 전열기구에서, 일정 온도 이상의 발열온도를 제어하는 제어회로에 별도의 제어회로 공급용 직류 전원 공급부가 필요 없게 되어, 부품이 적게 소요되고 경제적인 전열기구의 온도 제어장치를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발열선 주위를 감싸는 나일론 서미스터의 임피던스 변화를 발열선을 제어하는 사이리스터의 게이트의 입력 트리거 시간과 연계하도록 함으로써, 온도 변화에 따른 감지전류에 의하여 상기 게이트의 입력 트리거 시점을 변화시켜서 발열선의 온도를 제어함으로써, 경제적이고 효과적으로 소비전력 및 온도를 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열선을 제어하는 전력소자가 양방향 도통이 되거나, 반파 단락이 되어 게이트의 제어 신호에 정상적인 동작을 하지 않을 경우에 발열선에 흐르는 발열전류를 안전하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 감열선, 발열선의 단선 유무 및 제어장치의 동작 및 고장 유무를 표시하는 수단을 채용하여 사용자가 쉽게 고장부위 및 이상 유무를 확인할 수 있도록 함으로써, 사용자가 안전하게 사용하고 또한, 제조사에게 정확한 A/S 서비스 요청을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열기구의 제어장치에 대한 기술적 구성을 간략하게 도시한 배선도이다.
도 2는 설정온도 이하에서 발열선에 출력되는 전압의 파형을 도시한 것이다.
도 3은 공급전압의 제로포인트 부근에서 트리거가 발생하는 경우에 발열선에 흐르는 전류의 파형을 설명하기 위한 파형도이다.
도 4는 공급전압의 제로포인트보다 빠른 위상에서 트리거가 발생하는 경우에 발열선에 흐르는 발열전류의 파형을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리거 발생 시점에 따라 발열선으로 흐르는 출력의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 전압이 공급되는 시간에 따른 발열선과 전열기구의 전열 표면온도와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1에서 감열선 단선감지 표시부를 추가한 부분 배선도이다.
도 8은 도 1에서 발열선의 단선 감지 표시부를 추가한 부분 배선도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다." 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이제, 본 명세서에 개시된 방법 및 장치의 기능 및 사용의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하기 위해 소정의 예시적인 실시 예가 기술될 것이다. 이들 실시 예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시된다.

본 명세서에 구체적으로 기술되고 첨부 도면에 도시된 구조들은 단지 예시적 실시 예들이고, 예시적인 일 실시 예와 관련하여 도시되거나 기술되는 특징부 들은 다른 실시 예들의 특징부 들과 조합될 수 있다. 그러한 수정 및 변경은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.

본 발명의 일 실시 예는 전기매트 또는 전기 장판의 제어장치에 관련하여 기술되지만, 이 제어장치는 전기 난방기구 및 모든 전열기구에 적용될 수 있다.

이하에서는 반복되는 설명은 내용 이해에 지장이 없는 한도 내에서 생략하기로 하며 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 발열선과 감지선이 사이에 부온도 특성을 가진 나일론서미스터(NTC) 타입의 감온성 수지를 게재하여 온도를 제어하는 방식에 관한 것이다.

위와 같은 감온성 수지는 절연체이면서 발열선의 온도가 높아지게 되면 임피던스가 변화하게 되는데, 감온성 수지인 나일론 서미스터는 교류에 대하여 용량성 임피던스의 성질을 갖는다.

즉, 나일론 서미스터에 교류 전압을 가해서 온도가 일정 온도 이상이 되면 누설전류가 흐르게 되는데, 이를 이용하여 온도를 검출하게 된다.

상기 나일론 서미스터의 임피던스 값은 온도에 대하여 부의 값을 가지므로 온도검출 전류는 나일론 서미스터의 임피던스 값에 반비례하며 온도에 비례하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전열기구의 제어장치에 대한 기술적 구성을 간략하게 도시한 배선도이다.

본 발명의 일 실시 예는 발열선의 양단에 연결된 제1, 2 발열단자(H1, H2)가 형성되고, 발열선과 나란히 배치되며 양단에 제1감열단자(S1)와 제2감열단자(S2)로 연결된 감열선과, 상기 발열선과 상기 감열선 사이를 절연하며 온도 변화에 따라 임피던스가 변화하는 나일론 서미스터(N1)를 포함하는 발열체에 전원 공급 및 온도를 제어하는 전열기구의 제어장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전열기구의 발열체는 발열선에 흐르는 교류 전류에 의하여 발열을 하게 된다.

발열체는 H1 - H2로 연결된 제1발열선, S1- S2로 연결된 감열선으로 구성되며, 제1발열선, 감열선 사이에 감온성 수지인 나일론 서미스터(N1)로 절연된다. 상기 발열체는 제1발열선, 감열선을 절연이 유지될 수 있는 정도에서 근접하게 위치시키고 그 사이와 외부를 나일론 서미스터(N1)로 절연한 형태이다.

본 발명의 실시 예들에서는 감열선은 발열 및 감열의 역할을 겸용으로 사용되거나 감열 용도로 사용될 수도 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전열기구의 제어장치는 전열기구를 발열시키고 발열에 따른 누설 감지전류를 감지하는 발열부(100), 상기 누설 감지전류를 직류 전압신호로 변환시키는 온도 감지부(200), 상기 직류 전압 신호를 설정온도에 따라 온도 제어 신호를 발생시키는 온도제어부(500), 상기 온도제어신호에 의하여 트리거 전압신호를 발생하여 전력소자인 전력제어용 사이리스터를 스위칭하는 트리거발생부(600), 설정온도 이상에서 상기 전력소자가 비정상적으로 발열전류를 공급함으로써, 전열기구가 과열되는 것을 차단하는 과열방지부(400), 감열선이 단선되는 신호를 판단하여 전력소자에 차단 제어신호를 발생시키는 감열선 단선 감지부(300)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열부(100)는 제1전원선(AC1)에 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 애노드가 연결되고, 캐소드는 발열선의 일단이 접속된 제1발열단자에 접속되며, 발열선의 다른 일단이 접속된 제2발열단자는 접지로 접속되는 회로로 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 교류전원 공급부는 제1전원선 단자(AC1)와 제2전원선 단자(AC2)로 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이 제2전원선 단자(AC2)가 제어장치의 공통접지(도 1에서 접지기호(E)로 표시되며 본 발명에서는 “접지”로 통용한다.)와 접속된다.

발열선과 감열선 사이를 절연하는 나일론 서미스터의 임피던스는 전기요의 경우, 길이 약 34M를 기준으로 상온에서의 임피던스는 약 5-10[MΩ] 정도이며 온도가 상승하여 설정온도 이상에서는 1[MΩ] 이하로 떨어지며, 국부 과열이 발생하게 되면 수백[㏀] 이하로까지 변화된다. 그러므로 상온 또는 일정 온도 이하에서는 나일론 서미스터에는 거의 전류가 흐르지 않는다.

공급되는 교류전압이 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 순방향 전압이 형성되는 순방향 전압 주기(이하 본 발명의 명세서에서는 '순방향전압 주기' 또는 '발열주기'라 한다.)에는 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 온(on) 상태이므로 발열선에 전류가 흘러 발열을 하게 된다.

공급되는 교류전압이 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 역방향전압이 형성되는 역방향전압 주기(이하 본 발명의 명세서에서는 '역방향전압 주기' 또는 '감온주기'라 한다.)인 감온주기에서, 온도가 일정 온도 이상 상승하게 되면 나일론 서미스터(N1)의 임피던스가 낮아지게 되어 누설전류인 온도감지전류가 흐르게 된다.

본 발명의 일 실시예에서 온도감지부(200)는 다음과 같이 나일론 서미스터(N1)에 흐르는 온도감지전류를 직류 제어전압 신호로 변환시키게 된다.

도 1을 참조하면, 상기 온도감지전류는 발열선으로부터 나일론 서미스터(N1)를 거쳐 S1 - D3 - C5 - AC1의 방향으로 온도감지전류가 흐르게 구성하게 되는데, 이 온도감지전류는 온도감지부 제1콘덴서(C5)에 충전이 된다.

발열선과 감열선 사이의 온도가 설정 온도 이상으로 계속 올라가게 되면, 나일론 서미스터(N1)의 임피던스가 감소하여 나일론 서미스터(N1)를 통하여 흐르는 온도감지전류가 증가하게 된다.

전력제어용 사이리스터(SCR1)의 순방향전압 주기인 발열주기와, 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 역방향전압 주기인 감온주기는 사이리스터의 특성에 의하여 교류 1/2사이클 주기로 번갈아 실행된다.

감온주기에서 온도감지전류는 감지전류 충전용 다이오드(D3)를 거쳐 온도감지부 제1콘덴서(C5)에 충전을 하게 되며, 충전된 온도감지부 제1콘덴서(C5)의 전류는 발열주기에 방전용 다이오드(D8)를 통하여 방전하여 분압용 저항(R12, R26)을 거쳐 접지(E)로 흐르게 된다.

이때 온도감지부 저항(R26)에는 분압용 저항(R12, R26)의 저항비에 따라 전압 강하가 발생하며 이 전압에 의해 흐르는 전류가 온도감지부 제2콘덴서(C1)에 충전된다.

발열선의 온도가 낮은 상태에서는 나일론 서미스터의 임피던스가 매우 크므로 접지(E)로부터 나일론 서미스터를 통하여 온도감지부 제2콘덴서(C1)에 충전되는 전류가 없거나 매우 적게 되나, 접지(E)로부터 발열선과 기준전위 발생부의 저항(R14)을 통하여 인입되는 기본적인 전류에 의하여 기준전위가 형성된다.

본 발명의 일 실시예에서는 온도감지부 제2콘덴서(C1)의 양단에 설정온도 미만인 경우에는 항상 2[V] 정도의 기준전위가 형성 되도록 기준전위 발생부의 저항(R14)의 저항치를 설정한다.

즉, 온도감지부(200)는 상기 기준전류와 온도감지전류를 직류 감지신호전압으로 변환하여 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 베이스로 가해지게 된다.

또한, 온도가 설정온도 이상에서 감지전류가 흐르게 되면 온도감지부 제2콘덴서(C1)에 의한 온도감지노드(P11)에는 2[V]를 초과하는 직류 감지신호가 발생된다.

감열선이 정상적으로 접속되어 있는 상태에서는 온도감지부 제2콘덴서(C1)의 양단의 전압은 2[V] 이상이 형성되므로 감열선 단선감지부(300)의 단선감지 트랜지스터(Q8)의 베이스와 에미터 간에는 문턱전압(threshold voltage 약 0.6V) 이상의 동작 전압이 형성되므로 온(on) 상태를 유지하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서 단선감지부(300)는 감열선의 단선신호를 감지하는 기능을 수행한다.

감열선이 단선이 될 시에는 나일론 서미스터를 통하여 충전되는 전류도 흐르지 않게 되고 접지(E)로부터 발열선과 기준전위 발생부의 저항(R14)을 통하여 인입되는 기본적인 전류도 흐르지 않게 된다. (본 발명의 일 실시예에서는 AC1 - C5 - D8 - R12 - R26 - 접지(E)로 흐르는 전류에 의한 영향을 줄이기 위하여 저항 R12, 저항 R26은 수백[KΩ]의 고저항을 사용한다. 이에 따라 온도감지부(200)에서는 AC1이 C5를 통하여 접지(E)로 흐르는 전류는 거의 형성되지 않는다.)

따라서, 감열선이 단선이 될 시에는 온도감지노드(P11)에 전압이 거의 형성되지 않아 베이스에 문턱전압이 형성되지 않게 되므로 단선감지 트랜지스터(Q8)는 OFF 상태가 된다.

감열선이 정상적으로 접속되어 있는 상태에서, 단선감지 트랜지스터(Q8)의 베이스에 문턱전압 이상이 가해지므로 컬렉터 에미터 간이 도통 되어 전류는 AC1- D4 - R29- Q8 컬렉터 에미터 - 접지(E)로 흐르게 된다.

단선감지노드(P12)의 전위는 컬렉터와 에미터가 도통이 된 상태에서는 감열선 접지(E) 전위인 0[V]가 된다.

따라서, 단선감지부 다이오드(D13)를 통하여는 전류가 흐르지 않으므로 정상적인 상태에서는 상기 단선감지부(300)가 온도제어부의 트랜지스터(Q4)의 동작에는 아무런 영향을 주지 않게 된다.

온도감지노드(P11)의 전압은 분압저항(R24)과 온도설정 가변저항(VR1)에 의하여 분압되며, 이와 같이 분압되어 제1제어신호노드(P13)에 형성된 전압은 다이오드(D11), 베이스 저항(R10)을 거쳐 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 베이스에 인가된다.

본 발명의 일 실시예에서 온도제어부(500)는 직류 제어전압 신호를 설정온도에 따라 온도 제어 신호로 발생시키는 기능을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 온도설정 가변저항(VR1)의 설정된 저항에 의한 전압이 낮으면 고온으로 설정되고, 높으면 저온으로 설정이 되도록 하였다.

일 실시예에서 고온 설정의 경우, 설정온도 이하에서 제1제어신호노드(P13)에 약 0.2[V]가 형성되도록 되도록 설정된다.

이 경우, 설정온도 이하에서는 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 베이스 전압이 문턱전압(0.6V) 이하로 형성되므로 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)는 오프(off) 상태가 된다. 이때 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 컬렉터 측 제3제어신호노드(P15)에는, AC1- D4 - R15 - R4 - 접지(E)의 순으로 흐르는 전류에 의해 제3제어신호노드 전압이 형성된다. 일 실시예에서는 분압저항(R15)과 온도제어부 컬렉터저항(R4)의 저항치의 배분에 의하여 설정온도 이하에서는 제3제어신호노드(P15)에 약 10[V]로 전압이 형성되도록 설정된다.

제3제어신호노드(P15)에 형성된 전압에 의하여 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)는 베이스에 문턱전압(0.6V) 이상이 걸리게 되어 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)는 온(on) 상태가 된다.

온도제어부 제2트랜지스터(Q1)가 온(on) 상태에서는 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)의 컬렉터 측의 전압은 접지(E) 전위와 같은 0[V]를 유지하게 된다.

한편, 역방향전압 주기에서는 발열선 H2, H1- 게이트저항(R19)- 트리거용 콘덴서(C4) -다이오드(D6)- 저항(R17)을 거쳐 AC1으로 흐르는 전류에 의하여 트리거용 콘덴서(C4)에 트리거 전압이 충전된다.

본 발명의 일 실시예에서 트리거발생부(600)는 온도제어부(500)의 온도제어신호에 의하여 전력제어용 전력소자를 스위칭하는 트리거 전압신호를 발생하는 기능을 포함한다.

순방향전압 주기(AC1에서 AC2로 흐를 때)에서는, 트리거용 콘덴서(C4)의 양단에 충전된 트리거 전압은 트리거용 콘덴서(C4) - 저항(R19)- 다이오드(D9)를 통하여 트리거용 트랜지스터(Q6)의 컬렉터- 에미터 - 트리거용 콘덴서(C4)의 순으로 방전전류가 흐르게 된다.

또한, 역방향 주기에서 접지(E)- 전류제한 저항(R22)- 다이오드(D7)를 거쳐 트리거제어 제1콘덴서(C3) - AC1의 순으로 전류가 흘러 트리거 제어 제1콘덴서(C3)의 양단에는 트리거 제어전압이 충전된다.

상기 충전된 트리거 제어전압에 의하여 순방향주기에서 C3 - D5 - R21 - Q6 베이스, 에미터- C4로 방전전류가 흐르게 되며, 이 방전전류에 의해 트랜지스터(Q6)의 베이스에 문턱전압 이상이 발생되어 트리거발생부 트랜지스터(Q6)는 온(on) 상태가 된다.

트리거발생부 트랜지스터(Q6)가 온(on)이 되면, 트리거용 콘덴서(C4)에 충전된 전압은 C4- R19- D9- Q6 컬렉터-에미터- C4의 순으로 트리거 방전전류가 흐르게 되므로 트리거 저항(R19)에 트리거 전압이 형성되고, 이 트리거 전압이 형성되는 위상 주기에 의해 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 발열전류를 흐르게 하거나 차단하는 동작을 하게 된다.

본 발명의 일 실시예 따르면, 설정온도 이하에서는 트리거 발생부 트랜지스터(Q6)의 베이스에 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 순방향 전압의 제로볼트 시점에서 상기 트리거 방전 전류가 흐르도록 시정수를 설정하였다.

감온주기에서 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)가 턴 온(on) 상태가 되면 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)의 컬렉터의 전위는 도통이 되어 접지 전위가 되므로 트리거제어 제1콘덴서(C3)에 충전된 전류의 일부는 전류 제한용 저항(R16) - D1 - Q1을 거쳐 접지(E)로 흐르게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 전류제한용 저항(R16)의 저항치와 트리거제어 제1콘덴서(C3)의 시정수를 트리거 제어트랜지스터(Q6)의 베이스 전압에 형성되는 위상이 순방향 전압의 제로 볼트 시점에서 인가될 수 있도록 설정하였다.

즉, 트리거제어 제1콘덴서(C3)에서 방전되는 전류의 일부가 접지(E)로 흘러나가게 되고 트리거 발생부 트랜지스터(Q6)의 트리거 시점의 위상은 순방향 전압의 제로 볼트 시점에서 인가되도록 함으로써, 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 제로 볼트 시점에서 턴 온 되어 전력 공급을 하게 된다.

한편, 온도설정 가변저항(VR1)의 설정 전압이 0.2[V]로 설정되었을 때, 발열선 주변 온도(감온성 수지의 온도)가 설정온도보다 낮은 상태에서는 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)는 오프(off) 상태가 된다.

온도제어부 제1트랜지스터(Q4)가 오프(off) 상태이면 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)는 온(on) 상태가 되고, 트리거발생부 트랜지스터(Q6) 역시 온(on) 상태가 되어 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 계속 온(on) 동작 상태가 유지된다.

즉, 발열선 주변 온도가 설정온도보다 낮은 상태에서는 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)는 오프(off), 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)는 온(on) 상태가 되고 트리거발생부 트랜지스터(Q6)는 제로볼트 시점에서 온(on)이 되어 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 제로포인트 점에서 온(on) 상태로서 발열전류를 흘리게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 설정온도 이하에서 발열선에 출력되는 전압의 파형을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면 설정온도 이하에서는 발열선 주위의 온도가 설정 온도까지 도달하기 전까지는 전력소자인 전력제어용 사이리스터(SCR1)를 통하여 흐르는 전류를 전부 발열전류로 흐르게 함으로써, 설정온도까지는 도 6에 도시된 바와 같이 신속하게 온도를 높일 수 있게 된다.

발열선의 온도가 증가할수록 나일론 서미스터(N1)의 임피던스 저항은 낮아지게 되고 발열선 - 나일론 서미스터 N1- 감지선 S1 - 온도감지부 다이오드(D3)를 통하여 온도감지부 제1콘덴서(C5)에 충전되는 온도감지전류량이 점차 늘어나게 되고 주기별 방전되는 방전전류도 증가하게 되어 온도감지부 제2콘덴서(C1)에 충전되는 전압은 점차 높아지게 된다.

온도감지부 제2콘덴서(C1)에 충전된 전압은 분압저항(R24) - 안내 다이오드(D11) - 온도제어부 제1베이스저항(R10)을 거쳐 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 베이스로 가해지게 된다.

이때 발열선의 온도가 점차 높아져서 온도감지전류가 늘어나게 되면, 온도감지부 제2콘덴서(C1)의 충전전압이 높아져서 제1제어신호노드(P13)의 전압이 높아지게 되는데, 제2제어신호노드(P14)의 전압이 문턱전압(0.6V)에 가까이에 이르게 되면 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)에는 베이스전류가 흐르기 시작한다.

이 경우 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)는 컬렉터와 에미터가 완전히 도통이 되는 스위칭 동작 상태는 아니나, 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 전류증폭률(hfe)에 의한 일부 컬렉터 전류가 에미터 - 접지(E)의 순으로 흐르게 된다.

온도제어부 제1트랜지스터(Q4) 컬렉터 전류가 흐르기 시작하면 온도제어부 제1저항(R4)의 양단의 전압은 조금씩 낮아지게 되며, 온도제어부 제2트랜지스터(Q1) 베이스에 가해지는 전압 역시 문턱전압(0.6V) 가까이 떨어져서 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)의 컬렉터 전류도 점차 줄어들게 된다.

이러한 제어동작에 의하여 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)의 컬렉터에서 에미터로 흐르는 전류는 점차 제한을 받게 된다.

또한, 트리거 제어 콘덴서(C3)에 충전된 전류는 방전시에 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)로 흐르는 온도제어부의 전류제한저항(R16)으로 분로되고 나머지는 트리거제어 제1다이오드(D5)를 통하여 방전되어 분로되는 전류량에 따라, 방전되는 전류량이 변하게 된다.

상기 트리거제어 제1다이오드(D5)를 통하여 방전되는 전류는 진상전류로서, 진상 전류량이 많아지게 되면, 트리거발생부 트랜지스터(Q6)의 문턱전압이 생성되는 시기도 앞서게 되어 결국 트리거발생부 트랜지스터(Q6)의 온(on)이 되는 시점이 제로포인트보다 점차 앞서게 된다.

즉, 발열선 부근의 온도가 설정온도 범위 부근에서는 트리거제어 제1다이오드(D5)를 통하여 방전되는 전류량에 따라 트리거발생부 트랜지스터(Q6)의 온(on) 되는 시점이 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 순방향전압의 제로포인트의 전이나 제로포인트에서 발생하게 된다.

온도가 올라가서 제로포인트보다 앞선 위상의 트리거신호가 발생하게 되면, 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 트리거신호가 인가되었음에도 불구하고 오프(off) 상태가 되며 오프(off) 상태가 되는 순간 발열선의 온도는 내려가기 시작한다. 발열선의 온도가 어느 정도 내려가면(설정온도 이하로 내려가면) 나일론 서미스터의 임피던스는 다시 커져서 감지전류는 적어지게 되므로 제2제어신호노드(P14)의 전위는 다시 내려가고 제3제어신호노드(P15)의 전위는 다시 올라가게 되어 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 다시 온(on) 상태가 된다.

이러한 과정은 1/60초의 짧은 시간 주기로 반복적으로 이루어 지게 된다.

즉 본 발명의 일 실시예에 따르면, 감지전류에 의한 온도가 설정온도 범위 부근에서는 트리거 신호가 제로포인트 전, 또는 제로포인트 점에서 형성되도록 함으로써, 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 on - off가 번갈아 수행되어 온도가 급격하게 변하지 않고 일정한 온도를 유지되도록 할 수 있다.

온도제어부 제2트랜지스터(Q1)의 컬렉터로 방전되는 전류의 양이 줄어들게 되면 상대적으로 트리거 발생부 트랜지스터(Q6)의 베이스에 가해지는 진상전류는 점점 늘어나서 도 4와 같이 처음의 제로볼트 신호로부터 점차 앞선 시점에서 트리거 신호가 인가된다.

전술한 바와 같이 발열선 주위의 온도가 설정온도 범위 미만에서는 트리거발생부 트랜지스터(Q6)의 트리거 시점은 도 3과 같이 제로볼트 시점이 되지만 온도가 높아져서 온도설정 가변저항(VR1)에 의한 설정전압에 의한 설정온도 이상이 되면 도 4와 같이 제로볼트보다 앞선 위치에서 트리거 신호가 발생하게 되며, 앞선 위치에서 트리거된 신호는 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 게이트에 가해져도 순방향전압 구간에서 트리거 신호가 인가되지 못하여 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 오프(off) 상태가 된다.

따라서, 도 5와 같이 발열전류의 턴 온(on)되는 주기가 제어되므로 전력 제어로서 동작을 하게 되고 발열선에 가해지는 소비전력이 줄게 되므로 발열선의 온도는 설정온도를 유지하게 된다.

도 6을 참조하면, 위와 같은 전력제어 상태에서는 나일론 서미스터의 임피던스도 더 이상 감소하지 않으므로 유입되는 전류량도 역시 더 이상 늘어나지 않게 되어 도 6과 같이 발열선의 표면 온도는 일정하게 유지될 수 있다.

다른 한편, 전기요가 심하게 접혀진 상태에서 발열을 하는 등 이상으로 국부 과열이 발생을 하게 되면, 나일론 서미스터의 임피던스 역시 과열된 부분을 따라 급격히 떨어지게 된다.

온도감지 전류의 유입이 증가하여 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 베이스에 가해지는 전압이 문턱전압(0.6V)을 훨씬 넘게 되면, 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)는 스위칭 동작을 하여 완전한 온(on) 상태가 된다.

온도제어부 제1트랜지스터(Q4)가 완전한 턴 온(on)을 하게 되면 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 컬렉터 측의 전위는 0[V]가 되고 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)의 베이스 전압이 0[V]가 되어 베이스 전류가 흐르지 않게 되며, 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)는 전류증폭률(hfe)에 의한 증폭 작용에서 오프(off) 상태로 바뀌게 된다.

온도제어부 제2트랜지스터(Q1)가 오프(off) 상태가 되면, 감온주기에서 접지(E)- R22 - D7 - C3 - AC1의 순으로 흐르는 전류에 의하여 트리거 제어 콘덴서(C3)가 충전되며, 상기 트리거 제어 콘덴서(C3)에 충전된 전류는 전부가 발열주기에서 트리거제어 제1다이오드(D5)를 통하여 트리거발생부 트랜지스터(Q6)의 베이스에 가해지게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 트리거 제어 콘덴서(C3)에 충전된 전류는 진상전류이므로 이 진상전류에 의한 트리거발생부 트랜지스터(Q6)의 트리거 신호 발생시점은 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 순방향전압 구간에서 벗어난 앞선 위상에서 트리거 신호가 발생되므로 발열선의 전력 공급은 중단된다.

즉 발열선 주위의 온도가 설정온도 부근에서는 온도제어부 제1, 2트랜지스터(Q4, Q1)가 전류증폭률(hfe)에 의한 제어방식으로 전력제어를 하게 되나, 설정온도 범위 이상을 일정부분 올라가게 되면, 온도제어부 제1, 2트랜지스터(Q4, Q1)가 스위칭 방식에 의한 온 오프방식의 제어 동작을 하게 된다.

따라서, 낮은 온도에서 처음에는 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 완전하게 턴 온이 되어 도 2와 같이 교류 반파 전력이 공급되다가 설정온도에 이르러서는 도 5와 같이 전력제어로 동작을 하여 설정온도를 유지하게 되며 과열 시에는 전력공급이 완전히 중단되어 온도를 내려가도록 제어함으로써, 발열선 온도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

사용 중에 감열선이 단선되는 경우에는 감지전류가 감지되지 않아 계속적으로 발열전류가 흐르도록 제어신호가 발생되므로 과열상태로 이어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 사용 중에 감열선이 단선되는 경우에는 전력 공급을 중단하는 제어신호를 발생시키는 단선감지부(300)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 전술한 바와 같이 감온주기에서 상승된 온도에 의한 감지전류는 감지전류 충전용 다이오드(D3)를 거쳐 온도감지부 제1콘덴서(C5)에 충전을 하게 되며, 상기 온도감지부 제1콘덴서(C5)에 충전된 감지전류는 발열주기에서 방전용 다이오드(D8)를 통하여 방전하여 분압저항(R12, R26)을 거쳐 접지(E)로 흐르게 된다.

이때 분압저항(R26)의 양단에 형성된 전압에 의하여 온도감지부 제2콘덴서(C1)가 충전된다.

감열선이 단선 시에는 접지 전위로부터 기준전위용 저항(R14)을 통하여 유입되는 기본적인 전류나, 접지(E)로부터 나일론 서미스터를 통하여 유입되는 감지전류가 차단이 되므로 기준전위 검출용 저항(R26) 양단에는 기준치 전압 2[V]보다 낮은 거의 0[V]에 가까운 전압이 형성된다.

위와 같이 기준전압 감지노드(P11)에서 감지전압이 문턱전압(0.6V) 이하가 되면 감열선 단선감지부의 스위칭 기능을 하는 단선감지 트랜지스터(Q8)의 베이스 문턱전압이 형성되지 않아 off 상태가 된다.

감열선 단선 감지부 트랜지스터(Q8)가 오프(off) 상태가 되면, 컬렉터저항(R9)에 의한 감열선 단선감지노드(P12) 전압이 단선신호 안내 다이오드(D13)를 거쳐 온도제어부 제1트랜지스터(Q4) 베이스에 가해져서 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)는 온(on) 상태가 된다(본 발명의 일 실시예에서는 감열선 단선 감지부 트랜지스터(Q8)가 오프(off) 상태가 되었을 경우, 분압저항(R29)에 의하여 컬렉터저항(R9)에 분압되는 감열선 단선감지노드(P12)의 전압이 10[V]가 되도록 저항값을 설정하였다.).

온도제어부 제1트랜지스터(Q4)가 온(on) 상태가 되면, 온도제어부 제2트랜지스터(Q1)은 오프(off) 상태가 되고, 트리거 제어 콘덴서(C3)의 모든 진상전류가 트리거발생부 트랜지스터(Q6)의 베이스 저항(R21)에 문턱전압을 형성하게 되므로 전술한 바와 같이 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 순방향전압 구간보다 벗어난 앞선 위치에서 트리거 신호를 인가하게 되어 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 전력공급을 중단하게 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서는 감열선의 단선 시에는 과열을 막기 위한 단선 감지부 트랜지스터(Q8)에 의하여 전력 공급이 중단 되게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 감열선의 단선 유무를 감지할 수 있는 표시장치를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 단열선의 단선감지를 표시하기 위하여 도 1의 실시예에서 감열선 단선 감지부 트랜지스터(Q8)의 컬렉터 저항(R9)과 직렬로 감열선 단선감지 엘이디(LED2)를 추가하였다.

도 7을 참조하면, 정상적인 동작 시에는 감열선 단선 감지부 트랜지스터(Q8)가 온(on) 상태가 되어 컬렉터저항(R9)에 전류가 흐르지 않으므로 감열선 단선감지 엘이디(LED2)는 소등 상태를 유지하게 된다.

그러나 감열선이 단선이 되면 전술한 바와 같이 감열선 단선 감지부 트랜지스터(Q8)가 오프(off) 상태가 되며, 이 경우, 컬렉터저항(R9)에 전압이 형성되어 접지(E)로 전류가 흐르게 되므로 감열선 단선감지 엘이디(LED2)가 점등이 된다.

따라서, 상기 감열선 단선감지 엘이디(LED2)의 점등 표시 신호에 의해 사용자가 감열선의 단선 유무를 알 수 있게 된다.

이는 통상적인 전열기구는 전열선 및 감열선으로 이루어진 전기장판과 전원공급 및 온도조절기로 이루어진 제어장치가 접속기로 분리할 수 있도록 구성되어 있는데, 소비자가 전력공급이 중단시 감열선의 단선 유무를 육안으로 쉽게 인지할 수 있도록 함으로써, 고장 부위별 A/S요청을 용이하게 할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 발열선의 단선을 표시하기 위하여 도 1에서 발열선이 단선이 되었을 때 단선 유무를 표시하도록 하는 표시회로를 추가한 것이다.

도 8을 참조하면, 발열선에 흐르는 발열전류에 의하여 발열선과 접지(E) 사이에 접속된 발열선 감지저항(R36)에는 발열선 감지전압이 형성된다.

상기 발열선 감지전압에 의하여 발열선 감지 트랜지스터(Q10) 베이스에 문턱전압(0.6[V]) 이상이 감지되면 발열감지 트랜지스터(Q10)가 온(on)이 되면서 에미터에 연결된 제1발열선감지 엘이디(LED3)가 점등된다.

한편, 발열단자(H1, H2) 사이에는 분압저항(R37, R38)의 사이에 연결된 제2발열선감지 엘이디(LED4)가 발열선감지 트랜지스터(Q10)의 컬렉터와 접지(E) 사이에 접속된다.

상기 제2발열선감지 엘이디(LED4)는 발열단자(H1, H2)에 전원이 인가되고 발열선감지 트랜지스터(Q10)가 오프(off) 상태로 될 때, 점등을 하게 된다.

따라서, 제1발열선감지 엘이디(LED3)가 점등되었을 때는 발열선이 정상적으로 발열되고 있는 것을 알 수 있으며, 제1발열선감지 엘이디(LED3)가 소등이 되고 제2발열선감지 엘이디(LED4)가 점등되었을 경우는 발열선이 단선되었음을 인지할 수 있게 된다. 또한, 제1, 2 발열선감지 엘이디(LED3, LED4)가 모두 소등되었을 경우는 제어장치의 고장인 것임을 인지할 수 있게 된다.

전열기구의 소비전력은 발열선에 흐르는 발열전류에 의하여 결정이 되어지는데, 발열전류는 정해진 특성에 따라 일정하게 되므로 발열선과 직렬로 연결된 상기 발열선 감지저항의 저항치가 크면 그만큼 전력의 낭비로 이어지기 때문에 최소한의 전류가 흐르도록 할 필요가 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 발열선 감지저항(R10)의 소비전력이 최소화되는 방안으로 발열선 감지전압을 트랜지스터의 문턱전압값 범위 내에서 형성하도록 하였다.

본 발명의 일 실시예에서는 정격전류 1[A]에서 상기 발열선 감지저항(R10)의 저항값을 0.7[Ω]로 설정하여 상기 발열선 감지저항(R36)에 의하여 소비전력이 낭비되는 영향을 최소화하였다.

전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 감열선의 단선 여부를 육안으로 확인할 수 있도록 함으로써, 소비자가 안전하게 사용하고 제조사에게 정확한 A/S 서비스 요청을 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자가 발열선의 단선 유무 및 제어장치의 고장 등 고장부위를 육안으로 인지할 수 있도록 함으로써, 소비자가 안전하게 사용하고 제조사에게 정확한 A/S 서비스 요청을 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 위와 같은 안전장치 외에 발열선을 제어하는 전력소자가 고장으로 정상적인 동작을 하지 않을 경우를 대비한 안전회로를 함께 채택하였다.

전력소자인 사이리스터(SCR1)의 고장 유형에는 SCR의 파손에 의한 단선과, SCR이 쇼트되어 도통 상태에 있는 경우, SCR의 제어기능의 고장으로 다이오드와 같은 동작 즉, 반파쇼트가 된 경우 등이 있다.

파손에 의한 단선 시에는 전력 공급이 중단이 되므로 안전에는 커다란 문제는 없으나, SCR의 쇼트인 경우에는 평상시 순방향전압주기에만 전력이 공급되던 것이 역방향주기까지 전력이 발열선에 공급이 되어 과열이 될 수 있으므로 즉시 전원을 차단할 필요가 있다.

도 1을 참조하면, 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 양방향 도통이 되어 역방향 전류가 흐를 때의 전류는 감온주기에서 접지(E) - D2 - 전력제어용 사이리스터(SCR1)- 전류퓨즈 F1- AC1의 순으로 전류가 흐르게 되는데, 이 역방향 전류에 의한 전류는 부하를 통하지 않은 과전류 상태이므로 이 역방향 전류에 의하여 전류 퓨즈가 단선되어 전원이 차단된다.

또한, 반파 쇼트인 경우에는 트리거 신호가 없어도 전력제어용 사이리스터(SCR1)에 계속 반파 전류가 흐르게 되고 온도 제어가 되지 않게 되므로 발열선의 온도는 제어 신호와는 관계없이 계속 상승하게 된다.

이러한 경우에는 전술한 바와 같이 제1제어신호노드(P13)의 전압은 계속 상승하게 되어, 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)는 온(on) 상태가 되면서 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)의 컬렉터 측의 전압은 컬렉터 저항(R4)에 의해 설정된 10[V]에서 0[V]로 바뀌게 된다.

만약 SCR이 반파 쇼트가 되어 발열선의 온도가 설정 온도보다 상승을 하게 되면 전술한 바와 같이 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)가 완전한 턴 온이 되어 컬렉터 측의 전압은 10[V]에서 0[V]가 되고 과열방지부 콘덴서(C8)의 전압 역시 정상적일 경우의 10[V]에서 0[V]가 전환되므로, 과열방지부 트랜지스터(Q3)의 베이스에는 전류가 흐르지 않게 되어 정상 동작시의 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 된다.

정상 동작시에는 과열방지부 트랜지스터(Q3)의 동작에 의하여 컬렉터 측 전압이 0[V]가 되어 과열방지부 사이리스터(SCR2)의 게이트에 전류가 흐르지 않으므로 오프(off) 상태이나, 과열방지부 트랜지스터(Q3)가 오프(off) 상태가 되면 과열방지부 사이리스터(SCR2)의 게이트와 접지(E) 사이에 위치한 과열 방지부 게이트 저항(R8)에 게이트 전압이 형성되므로 과열방지부 사이리스터(SCR2)가 온(on) 상태가 된다.

도 1을 참조하면, 과열방지부 사이리스터(SCR2)는 전력제어용 사이리스터(SCR1)와 발열저항(Rh)에 의하여 직렬로 연결되어 있으며, 상기 발열저항(Rh)은 온도퓨즈(Ft2)와 인접되게 설치된다.

과열방지부 사이리스터(SCR2)가 온(on) 상태가 되면 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 반파 쇼트 상태이므로 AC1 - SCR1- 발열저항 R1h - SCR2 - 접지(E)의 순으로 전류가 흘러서 발열저항(Rh)에 전류가 흐르게 되므로 온도퓨즈(Ft2)는 단선이 되고 전원이 차단된다.

즉, 전력소자인 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 제어 불능 상태인 반파 쇼트 시에는 온도퓨즈(Ft2)를 동작하도록 하여 전원을 차단하는 회로를 채택하였다.

상기 온도퓨즈(Ft2)가 동작을 하게 되면, 업체에서 A/S 서비스를 받기 전까지는 전기요를 사용할 수 없게 된다. 전력소자가 제어 불능 상태인 반파 쇼트 시에는 회로기판을 수리하기 전까지는 전기요를 사용할 수 없게 되므로 이때는 온도 퓨즈가 소손이 되더라도 회로기판 수리시 A/S 서비스로 수리가 가능하게 된다.

그러나 평상시 온도 퓨즈가 소손이 되면 매번 A/S 서비스를 요청하여야 하므로 소비자의 불만요소가 될 수 있다.

따라서, 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 정상적으로 동작되고 있는 상태에서는, 발열선의 과열이 발생을 하는 경우에도 과열방지부 사이리스터(SCR2)가 동작은 하지만, 발열저항(Rh)은 발열동작을 하지 않도록 할 필요가 있다.

설정온도 이상에서 계속적으로 과열 시에는 전술한 바와 같이 온도제어부 제1트랜지스터(Q4)는 온(on) 상태가 되고, 과열방지부의 트랜지스터(Q3)는 오프(off) 상태가 되며, 과열방지부 사이리스터(SCR2)는 온(on) 상태가 된다.

이때 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 정상적으로 동작되면, 전술한 바와 같이 트리거발생부 트랜지스터(Q6)의 트리거 시점이 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 순방향전압 구간에서 벗어난 앞선 위상에서 트리거 되므로 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 off 상태를 유지하게 되어 발열선에 전력 공급이 되지 않게 된다.

따라서, 과열방지부 사이리스터(SCR2)가 on 상태에 있다고 하여도 전력제어용 사이리스터(SCR1)는 off 상태를 유지하게 되므로 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 정상적으로 동작되고 있는 상태에서는 발열저항(Rh)에는 전류가 흐르지 않게 된다.

발열선이 이상 과열로 인하여 감열선이 단선이 되거나 국부과열이 발생한다 하더라고 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 이상이 없는 한, 발열선만 교체하면 온도 조절기는 재사용이 가능하게 되지만, 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 내부적으로 직결되는 고장이 발생될 때에는 부품 불량이 되어 온도제어장치를 교환하거나 전문 A/S센터에서 수리하기 전에는 재사용이 불가능하게 되므로 온도퓨즈로 전원을 차단하도록 함으로써, 안전하고 경제적인 온도제어장치를 제공할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 트리거 전압 시점에 따라 발열선으로 흐르는 출력의 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 트리거 신호가 제로포인트 부근에서 형성되면 매 순방향 전압 주기시 마다 발열전류가 흐르게 되어 많은 발열전력이 발생되지만, 트리거 신호가 온도감지전류에 의하여 제로포인트보다 앞선 위치에서 형성되는 횟수가 많아질수록 도 5에서 도시된 바와 같이 점차 소비전력이 적게 발생된다. 트리거 신호가 온도감지 전류에 의하여 제로볼트보다 앞선 위치에서 형성되는 횟수가 많아지면, 점차 발열선의 온도는 내려가게 된다.

도 6은 전압이 공급되는 시간에 따른 발열선과 전열기구의 전열 표면온도와의 관계를 나타낸 도면이다. 도 5와 같이 트리거 시점의 위상이 제로포인트보다 앞서게 되면 전력제어용 사이리스터(SCR1)의 오프(off) 상태로 있는 시간이 늘어나게 되어 소비전력은 줄어들게 되어, 도 6과 같이 온도가 곡선을 그리면서 상승을 한 후, 설정온도범위에서는 일정한 온도를 가지게 된다.

온도설정 가변저항(VR1)으로 적정 온도를 설정하게 되면 처음 발열선의 온도가 낮을 때는 전력제어용 사이리스터(SCR1)가 매 1/60[sec]마다 제로볼트 부근에서 트리거 되어 전 전류가 발열전류가 되어 큰 소비전력을 소비하게 되지만, 발열선의 온도가 올라가서 설정온도 부근에서는 앞선 위상에서 트리거되는 횟수가 많아지게 된다.

따라서, 순방향전압 주기시에 전력제어용 사이리스터(SCR1) 오프(off) 상태로 되는 횟수가 많아지게 되어 점차 소비전력이 줄게 되면서 표면온도가 안정적으로 제어된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저온시에는 급속하게 온도가 상승하게 되나 설정온도 부근에서는 온도가 완만하게 조정되므로, 저온에서는 빠른 시간 내에 설정온도에 도달이 되며, 고온에서는 안정적으로 온도가 제어되어 경제적이고 효율적으로 온도를 조절할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 교류 전원에 의하여 발열이 되는 전열기구에서, 일정온도 이상의 발열온도를 제어하는 제어회로에 소요되는 별도의 직류제어 전원공급부를 제외하고 회로를 구성함으로써, 부품 및 제조공정이 적게 소요되어 제조공정 경제적인 전열기구의 온도제어장치를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열선 주위를 감싸는 나일론 서미스터의 임피던스 변화를 발열선을 제어하는 사이리스터의 게이트의 입력 트리거 시간과 연계하여 온도 감지전류에 의하여 상기 게이트의 입력 트리거 시점을 순방향전압의 제로포인트 시점으로부터 변화시켜서 발열선의 온도를 제어함으로써, 경제적이고 효과적으로 소비전력 및 온도를 제어할 수 있는 효과가 있다.

C1 ~ Cn: 콘덴서
D1 ~ Dn: 다이오드
F1: 과전류퓨즈
Ft2: 온도퓨즈
H1, H2; 발열선단자
S1, S2: 감열선단자
N1: 감온성 수지
Rh: 발열저항
R1 ~ Rn: 저항:
SCR1: 전력제어용 사이리스터
SCR2: 온도퓨즈용 사이리스터
VR1: 온도설정용 가변저항
Q1 ~ Qn: 트랜지스터
LED1 ~ LEDn: 엘이디 램프

Claims (8)

1. 발열선의 양단에 연결되는 제1발열단자 및 제2발열단자, 상기 발열선과 나란히 배치되는 감열선의 양단에 연결되는 제1감열단자와 제2감열단자를 포함하고 상기 제1, 2 발열단자는 전력제어용 사이리스터를 통하여 제1교류전원(AC1)과 제2교류전원인 접지에 각각 접속되되, 상기 발열선과 상기 감열선 사이에 온도변화에 따라 임피던스가 변화하는 감온성 수지로 절연되는 것을 포함하는 발열부; 와
   상기 제2감열단자는 제1다이오드와 온도감지 제1콘덴서를 거쳐서 상기 제1교류전원(AC1)에 접속되며, 상기 제1콘덴서의 일단은 제2다이오드와 분압용 저항을 거쳐서 상기 접지에 접속되는 온도감지부; 와
   - 상기 온도감지부는, 상기 전력제어용 사이리스터의 역방향전압 주기 시에 상기 제2감열단자로 흐르는 감지전류가 상기 제1콘덴서에 충전이 되며, 상기 전력제어용 사이리스터의 순방향전압 주기 시에 상기 제1콘덴서에 충전된 전류가 상기 분압용 저항으로 방전되면서 상기 분압용 저항에 병렬로 접속된 온도감지 제2콘덴서에 충전되어, 상기 온도감지 제2콘덴서에서 직류 온도 감지 전압신호가 기준전압 감지노드로 출력되는 것을 특징으로 함-
   상기 기준전압 감지 노드의 상기 직류 감지 전압 신호의 크기에 의하여 상기 전력제어용 사이리스터를 제어하는 트리거 전압 신호가 형성되는 위상주기를 제어하여 온도제어신호를 발생하는 온도제어부;
   - 상기 온도제어부는 상기 전력제어용 사이리스터의 순방향전압 주기에 상기 전력제어용 사이리스터의 게이트에 상기 트리거 전압 신호가 인가되는 것에 의하여 발열전류가 상기 제1, 2 발열단자를 통하여 흐르도록 제어되고, 상기 전력제어용 사이리스터의 역방향전압 주기시에 상기 직류 감지 전압 신호와 온도설정용 가변저항에 의하여 설정된 설정전압에 의하여 온도제어 제 1, 2 트랜지스터의 전류증폭률 및 스위칭 동작이 제어되는 것을 특징으로 함-
   상기 발열선 주변의 온도가 상기 설정전압에 의한 설정온도 이상에서 상기 전력제어용 사이리스터가 차단동작이 되지 않을 때를 감지하여 전원을 차단시키는 과열 방지부;
   - 상기 과열 방지부는 상기 발열선 주변의 온도가 상기 설정온도를 초과하면서 상기 전력제어용 사이리스터가 on 상태가 되는 경우에, 과열방지부 사이리스터를 온(0n) 상태가 되도록 제어하여 상기 전력제어용 사이리스터를 통하여 흐르는 전류가 온도퓨즈와 연계된 발열저항을 통하여 흐르게 함으로써, 상기 온도퓨즈가 전원을 차단하도록 하는 것을 특징으로 함-
   상기 온도제어신호를 받아 상기 트리거 전압신호를 발생시키는 트리거발생부; 및
   - 상기 트리거 발생부는 상기 온도제어 트랜지스터에 흐르는 전류에 의하여 트리거발생 트랜지스터와 연계된 트리거제어 콘덴서에 방전되는 방전전류가 제어되며, 상기 방전전류에 의하여 상기 전력제어용 사이리스터의 게이트에 상기 트리거 전압 신호가 인가되도록 제어됨으로써, 온도 변화에 따른 상기 직류 감지 전압 신호의 크기에 의하여 상기 트리거 전압신호의 형성 시점을 상기 순방향전압의 제로포인트 또는 제로포인트보다 앞선 위상으로 제어되는 것을 특징으로 함-
   상기 기준전압 감지노드에 베이스가 연결되어 감열선의 단선을 감지하는 단선감지 트랜지스터를 포함하며, 상기 역방향전압 주기시에 상기 기준전압 감지노드의 직류 온도 감지 전압 신호가 상기 단선감지 트랜지스터의 문턱전압 이하로 형성될 때에는 상기 단선 감지트랜지스터에서 상기 전력제어용 사이리스터를 차단하는 제어신호를 발생하여 상기 발열선에 전력공급을 중단하는 제어신호를 발생하는 감열선 단선 감지부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 발열선 주변의 온도가 상기 설정온도 이상인 경우에는 증가되는 온도감지전류에 따라 상기 트리거전압 신호가 상기 제로포인트보다 앞선 위치에서 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 발열선 주변의 온도가 상기 설정온도 미만에서는 상기 트리거 전압신호가 상기 제로포인트 위치에서 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 감온성 수지의 온도가 상기 설정온도 부근에서는 상기 온도제어 제1트랜지스터의 전류증폭율에 의하여 흐르는 컬렉터 전류에 의해 상기 트리거 전압신호가 상기 제로포인트 전 또는 제로 포인트 점에 번갈아 형성되도록 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 제2발열단자는 발열선 감지저항을 통하여 상기 접지와 접속되며, 상기 발열선 감지저항에서 상기 접지로 흐르는 전류에 의하여 발열선 감지트랜지스터의 베이스에 바이어스 전압 이상이 형성되면, 상기 발열선감지 트랜지스터의 에미터와 상기 접지 사이에 연결된 제1발열선감지 엘이디가 점등되도록 하며,
   상기 제1, 2 발열단자 사이에 분압저항에 의해 연결된 제2발열선감지 엘이디가 상기 발열선감지 트랜지스터의 컬렉터와 상기 접지 사이에 접속되어, 상기 발열선 감지트랜지스터의 베이스에 바이어스 전압이 형성되지 않으면 상기 제2발열선감지 엘이디가 점등되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치

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