KR19990071462A - 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어 회로 및 이 회로에 이용되는 파워써미스터의 제조 방법 그리고 전원공급을 위한 터미널블록 - Google Patents

Abstract

(목적)교류전원을 사용하는 대용량 유도성부하를 갖는 전자,전기기기에서 부하를 온, 오프 제어함에 있어 전기적 장해 현상을 억제하여 저렴한 원가로 국제전기표준회의(International Electrotechnical Commission)의 규격에 적합한 전원 안정화 동작을 실현키 위한 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어 회로, 이 회로에 이용되는 파워써미스터의 제조 방법, 전원공급을 위한 터미널블록에 관한 것이다.

(구성)변압,정류회로, 릴레이접점, 접점을 온,오프시키는 직류 릴레이, 릴레이의 온/오프를 선택,지연하여 접점의 순차적 동작을 제어하는 순차제어회로, 부하 인가 전압을 낮추는 전류제한회로를 기본 블록으로 하는 전원 안정화 장치로, 부하 동작이 개시 되면 변압, 정류, 평활 회로가 동작되어 직류 릴레이의 통전개시접점이 온되면 부하에 인가되는 전원은 전류제한접점과 병렬회로로 구성된 전류제한소자를 거쳐 통전되므로 순간돌입전류(In Rush Current)와 플리커(Flicker)현상이 억제되고, 전류제한접점이 온되면 부하는 정상전원으로 동작하고, 부하동작 신호가 차단되면 변압, 정류, 평활회로 동작이 정지되고 전류제한접점가 먼저 오프되어 부하의 통전 전압이 낮아지게 한 후 저전압에서 전원이 차단되어지므로 역기써지전압이 감쇄되도록하는 대용량 유도성부하의 전원 안정화 제어기와 방열형 세라믹 파워써미스터 및 터미널블록 이다.

(효과)제조원가 절감과 돌입전류 및 역기써지전압 등의 장해 현상을 억제하여 품질향상 및 전력비용 감소 효과가 있는 것이다.

Description

대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어 회로 및 이 회로에 이용되는 파워써미스터의 제조 방법 그리고 전원공급을 위한 터미널블록

본 발명은 교류전원을 사용하는 대용량(수백~수천와트급) 유도성 부하를 갖는 냉,난방기 및 쇼우케이스, 대형 냉장고 등의 전기, 전자기기에서 온(On), 오프(Off)제어시 발생되는 전원의 각종 장해 현상의 발생을 억제하고 제품의 제조원가를 낮추는 것에 관한 것으로, 특히, 대용량 유도성 부하인 출력의 기동 초기에 순간돌입전류(In Rush Current)가 흐르는 동안 및 모터류의 정속도 회전에 도달하는 동안에 전류제한소자와 병렬 조합 결성된 직류 릴레이의 접점을 순차적으로 작동시키는 회로를 구성하여 돌입 전류 발생 시간 동안 부하에 통전되는 전압을 낮추어 공급시키고, 일정 시간(수십~수백msec)후에는 정상 전압으로 부하가 동작될 수 있도록 통전 전압을 제어함으로서 순간돌입전류 발생을 억제시키고 이로써 기동시 발생되는 전원 전압 강하 장해 현상이 없도록하여 다른 전기,전자 제품의 오동작 유발 및 옥내 주전원 과전류 차단기의 오픈(Open)으로 정전 발생 등의 전기적 장해 현상의 방지와 부하의 멈춤(Off)시 부하에 통전되는 전압을 낮춘 상태에서 오프(Off)되도록 릴레이 접점을 기동(On)시킬 때와 역순으로 순차 제어하여 역기써지전압을 감쇄시키도록하는 대용량 유도성 부하를 갖는 전기, 전자기기 및 냉난방기기 등의 전원 안정화 제어 장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 전원 안정화 제어 회로에 채용되어지는 파워 써미스터(Power Thermister)에서 써미스터소자의 외곽면을 감싸는 재료와 그의 제조 공법에 관한 것으로서, 고전력 세멘트 저항에 이용되는 세라믹 재료로 조성하여 써미스터의 열 발상 효능을 향상시킴과 아울러 외피면의 전기적 절연내력을 향상시키고, 전극 접합부의 집중된 고열을 냉각하는 구조로 종래 파워 써미스터의 전기적 품질 결함 개선 및 전원 안정화 회로 구성시 염가의 재료비로 실현 할 수 있도록 제공함에 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기 전원 안정화 제어 회로에 전원과 신호를 공급하는 전원선을 연결하는 터미널블록을 기판에 일체로 형성하므로써 구성이 용이하고 제작비가 저렴한 터미널블록에 관한 것이다.

일반적으로 대용량의 유도성 부하들은 전기적인 특성상 통전 시작과 동시 평균 소비 전류보다 수내지 수십배로 많은 전류가 짧은 시간동안(수~수십msec) 급격히 흐르는 과도 현상으로 인하여 사용 전원의 라인을 통하여 다른 전기, 전자기기 등에 장해를 끼치는 각종 현상을 유발시킨다.

교류전원을 사용하는 전기, 전자기기 및 냉난방기기등이 작동할 때 임피던스가 낮아 소비전류가 많은 대용량 부하와 모터(Motor), 변압기(Transformer), 콤프레샤(Compressor) 등 유도성 부하(Inductive Load)의 온,오프 반복 제어시 온될 때에는 순간돌입전류가 발생되면서 전원의 전압 강하 현상을 유발시키고, 오프될 때에는 부하인가 전압의 수내지 수백배에 달하는 짧은 펄스(Puls)성의 역방향 써지(Surge)전압(일명 역기전력)이 생성되어 타 전기, 전자기기에 전자파 노이즈 장해내지는 오동작을 발생시키고 이러한 대전류와 큰서지(Surge)로 인하여 인하여 계전기의 접점 수명도 짧아지므로 실제 구동 전류에 2내지 4배에 달하는 접점 용량의 계전기 또는 릴레이를 사용하므로서 제품 제조원가도 상승한다.

상기한 장해 현상을 전문 용어로 정리하면, 전도노이즈(Conducted Emission Noise), EMI(Electro Magnetic Interferance), 돌입전류(In Rush Current), 전압강하(Voltage Drop), 과전류 차단기 오픈(Hose Braker Open), 순간정전(Voltage Dip), 플리커(Flicker), 고조파(Harmonics)등으로 대표할 수 있다.

산업용 냉장고 및 대형 냉난방기기, 대용량 가열조리기 등의 콤프레샤 내지는 히터, 트랜스(Transeformer)등이 부하로 이루어진 경우에 온되는 순간에 돌입전류 및 전원 전압 강하로부터 정전 피해를 줄이기 위하여 응답 지연형 과전류 차단기를 사용하고 있으나, 유럽등지에서는 과전류 차단기가 누전등으로 인한 화재 사고 등을 방지하기 위하여 응답지연이 없는 민감성 과전류 차단기를 사용하기 때문에 순간돌입전류가 많으면 과전류 차단기가 오픈되어 바로 정전으로 이어지는 장해가 발생된다.

상기에서 부하란 전기적 에너지를 물리적, 기계적 등의 에너지로 변환 또는 출력하는 장치의 총칭으로써 제품의 주 전력 소비원이며, 교류 회로에서는 부하의 크기는 통칭으로 임피던스(Imperdance) 또는 교류 저항값이라고 표기되어진다.

리액턴스에는 용량성, 유도성, 저항성으로 크게 분류되는데 유도성 부하는 일명 인덕티브 리액턴스(Inductive Reactance)라고 칭한다.

대용량의 유도성 부하를 갖는 제품의 종류는 냉난방기기 및 가열조리기, 대형 냉장고등 다양한 제품이 많이 있으나 본 발명의 명세서에서는 대표로 냉난방기기를 기준으로 기술하기로 한다.

도 1과 도2는 상기한 유도성 부하를 갖는 냉난방기기의 부하 제어 회로로서 종래 제 1 및 제2 실시일예이다.

도 1 및 도 2의 회로 동작을 분석하면 도 3에 도시한 것과 같다.

도 3은 회로를 온, 오프시 입력전원(10)단에 나타나는 전압/전류 특성 파형을 도시한 것이다.

종래의 제1 및 제 2의 실시예에서 부하동작신호단자(18)에 전원 입력 신호가 입력되면 교류전원이 공급되고 접점제어소자(40)인 마그네트 계전기 또는 교류형 파워 릴레이의 온으로 부하(31, 32)의 기동시 도 3에 도시한 바와 같이, 순간돌입전류(14)가 흐르면서 전원 전압강하(15) 현상이 발생된다. 일정시간(수~수십msec) 경과후 평균순시전류(12)로 안정을 찾으며 전압도 정상전압(11)으로 복귀된다. 부하 동작신호단자(18)에 전원 차단 신호가 입력되면 전원이 차단되고 접점제어소자(40)인 마그네트 계전기 또는 교류파워릴레이가 오프되어 부하(31, 32)에 통전이 멈추는 순간 정상전압의 수~수백배에 달하는 역기써지전압(13)이 발생한다.

상기 순간돌입전류(14)는 과전류 흐름 현상이므로 과전류 차단기가 오픈되어 순식간에 정전 상태가 되며, 이로 인하여 사용중인 컴퓨터의 데이터를 손실하는 것은 물론 다른 전기, 전자기기에 셋팅(setting)되었던 시간이나 메모리가 소멸되는 장해등 유발시키고, 동작 초기의 전압 강하 현상은 주변 전기,전자 기기의 오동작을 초래하는 장해로 소비자에게 많은 피해를 주고 있는 것이 현실이다. 또한 부하의 멈춤시에는 도 3에 도시한 것과 같이 높은 에너지를 갖는 역기써지전압(13)이 발생되고 이 역기써지전압(13)이 전원 라인에 유도되어 주변기기의 전자파 장해나 혼선 등의 오동작을 초래하고 있다.

또한 이와 같은 높은 돌입전류 및 역기써지전압으로 인한 부하의 온,오프를 제어하는 접점의 융착 및 용융 등의 문제가 있으며, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 순시 최고전류와 전압의 수배에 달하는 고내압급의 접점제어소자(40)인 마그네트형 계전기나 교류용 파워릴레이를 전원 안정화 회로에 채용하고 있으나 이는 제품의 제조 원가는 상승될 수 밖에 없는 것이 현실이다.

최근들어 세계 각극은 상기한 순간 돌입 전류나 전원 전압 강하 및 역기 써지전압의 장해 요인에 대하여 억제 및 내성에 대한 규제를 더욱 강화하고 있는 실정이다. 특히 유럽지역에서는 규정 IEC1000-3-2, 3 항등에서 프리커 테스트(Fliker Test)라는 항목으로 강력히 규제를 하고 있다.

따라서 장해 요인을 완화시키는 안정화 회로 또는 보호 소자에 대한 많은 연구가 진행중이며, 일부 성과도 있었다.

본 발명의 명세서에서는 도시하지 않았지만 교류정전압 및 리미트(Limit)회로를 이용한 방법이 최근에 공개되었으나 부품 소자간의 용량 설정 기술이 고난이도이고, 장해 억제에는 한계가 있어 실용성이 떨어져 채용이 않되고 있다.

도 4와 도 5에 도시한 부하 제어 회로는 높은 비용이 들지만 순간 돌입 전류 장해를 다소 억제하는 방법으로 일부 유럽지역용 냉난방기기나 대용량 가열조리기에서 채용하고 있는 종래의 실시 일예로서 제어 동작은 다음과 같다.

도 4는 종래 제 3실시예로서 대용량 유도성부하(31)인 콤프레샤의 전원 공급선의 일측선(Line)에 직렬로 전류 상승을 억제하는 단권 트랜스의 일종인 돌입 전류 제한용리액터(45)를 연결하여 부하의 기동시 나타나는 순간 돌입 전류를 30%~70%정도 감쇄시켜주도록하는 리액터 단권 트랜스의 전류 상승 지연 효과를 이용한 방법이 있으나 제조 원가에 의해 부담이 가중되어 후발주자의 냉난방기기 제조사가 주로 채용하고 있는 실정이며, 부하사 3Kw 이상급에서는 효과가 의문시되고 있다.

도 5는 순간돌입전류 억제를 위하여 고가의 교류용 시간지연 파워릴레이(48)와 전류제한소자(43)인 고전력(수십 와트) 저항기를 조합 구성하여 대용량 유도성부하인 콤프레샤(31)와 송풍팬(32)에 연결되는 전원의 공급선의 일측입력선에 구성하여 도 6에 도시된 동작 특성 파형과 같이 부하(31, 32)의 초기 기동때에는 교류용 시간 지연 파워릴레이(48)의 접점이 오프된 상태이므로 전류제한소자(43)를 거쳐 낮아진 전압으로 부하에 통전시키므로서 순간돌입전류(14)를 30%~70% 정도로 억제하고 지연시간 경과후 접점이 온되면 정상전압(11)으로 동작을 한다. 또한 도4와 도 5의 방법으로 IEC 규제인 플리커 제어율에 있어서 산업용으로의 규제인 8％선에는 용이하게 제어되나 가정용 규제인 4％에는 만족하지 못하므로 별로의 배전반과 전력계를 설치 즉, 별도의 전력공급원을 설치해야하는 소비자의 설치 비용 또한 가중되고 있는 것이 현실이며 특히 2Kw급 이상의 유도성 부하 제어시 아직까지 4％ 규제인 가정용으로 개발되어 있지 못한 실정이다.

그러나 상기한 종래 제 3 및 제4 실시예에서는 부하동작 신호 단자(18)에서 전원 입력 신호가 오프되면서 대용량 유도성 부하의 전원이 바로 차단됨으로써 역기써지전압(13)은 여전히 장해 요인으로 발생되고 있음을 도 6의 특성 파형도로부터 알 수 있으며, 이의 전기적 장해 요인으로 인한 전자파 장해내지는 오동작 장해를 유발시키고 있음은 물론 고내압급의 용량을 갖는 접점제어소자(40)가 필요하게 되어 높은 원가의 교류형 마그네트 계전기나 교류 파워 릴레이를 채용하게 됨으로써 제품의 제조 원가 상승에 일조하고 있다.

상기한 종래 기술의 문제점을 다시 부연하여 설명하면, 도 1 및 도 2의 부하 제어회로의 경우는 순간돌입전류, 전원전압강하, 역기써지전압의 전기적 장해가 그대로 발생되는 것이 도 3에 나타나 있고, 이러한 장해 현상은 본 발명의 속하는 기술분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있는 것이며, 접점제어소자(40)인 고가형 마그네트 계전기나 교류 파워 릴레이의 채용으로 제품의 원가도 상승됨을 알수 있다. 도 4 및 도 5의 부하 제어 회로의 경우는 부하 기동시 전류제한소자(43)인 리액터나 고전력저항기에서 순간돌입전류 장해는 30%~70% 수준으로 줄일 수 있으나 부하 멈춤시의 역기써지전압은 계속 장해 요인으로 나타나고 있음을 도 6의 전압 전류 특성 파형으로 도시되어 있고, 역기써지전압으로 인한 전자파 장해 및 타기기의 오동작을 유발시킴은 물론 높은 써지전압으로 접점간에 아크(Arc)가 발생됨으로 인한 접점 융착의 방지 처방으로 고가의 접점제어소자(40)인 고내압급 교류파워 릴레이이나 교류 마그네트 계전기의 채용이 필요하게 되어 제조원가가 상승되는 문제점이 있는 것 등이 종래 부하 제어회로의 현실이다.

본 발명의 이해를 돕기위해 역전압에 대한 공지된 이론적 내용을 설명하면, 자체 인덕턴스가 L[H]인 코일(Coil)에 전류(i=√2×I×sin2×π×f×t[A] : I는 순시전류실효값, π는 3,14, f 는 주파수, t는 시간, I는 전류량이다) i가 흐르면 코일 자체 유도 작용에 의해 코일에 생기는 기전력(eL)은 -L×Δi÷Δt[V]가 된다.

상기한 공식에서 알수 있는 바와 같이 자체 유도에 의한 기전력(eL)은 언제나 전류의 변화를 반대하는 방향으로 생기며 그 크기는 전류 변화의 비율, 즉 Δi/Δt 에 비례한다.

결국, 상기한 종래의 방법에서는 부하 멈춤시 짧은 시간에 많은 전류의 변화차이가 발생되어 역기전력이 크게 나타난다는 것을 알 수 있는 것이다.

또한 상기 도 5에 일실시예로 도시된 바와 같이 구성된 부하제어회로에는 전류제한소자로 고전력저항기나 파워써미스터등이 사용되고 있다.

상기 파워써미스터는 온도에 따라 저항값이 변화하는 특성을 지닌 전기,전자 부품으로서 전원의 돌입전류 억제나 써지 전압의 감쇄 목적으로 전원 안정화 회로에 주로 사용되어지고 있다.

이하 첨부된 도면을 기본으로하여 파워써미스터에 대한 종래의 기술을 설명한다.

먼저, 파워써미스터에 관한 공지된 기술을 근거로 전기적 기본 특성과 그 특성을 이용한 전기적 역할을 상세히 설명 하자면, 도 18a는 써미스터의 종류별 온도 변화 대비 저항치의 변화 특성도를 나타낸 것으로서, 일명 CTR(Critical Temperature Cofficient Thermister)이라 명명되는 써미스터는 산화 바나륨(Vanadium)계의 재료를 사용하여 소성한 종류로서 온도가 높아지면 저항값이 낮아지는 특성을 지니면서 어떤 온도에서는 급격히 저항값이 변화하는 특성을 갖는 종류이며, 일명 PTC(Positive Temperature Cofficient Thermister)라 명명되는 써미스터는 티탄산 바륨(Barium Titanate)계의 재료를 사용하여 소성한 종류로서 온도가 높아지면 저항값도 높아지는 특성을 지니면서 어떤 온도에서는 급격한 저항값 변화를 일으키는 종류이며, 일명 NTC(Negative Temperature Cofficient Thermister)라 명명되는 써미스터는 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 코발트(Co)등 산화물 등의 재료를 사용하여 소성한 종류로서 온도가 높아지면 저항값이 낮아지는 특성을 갖는 종류가 있음을 도시한 것이다.

보충 설명을 하자면, 금속과 달리 반도체류에서는 기본적으로 온도가 높을수록 저항율은 감소한다. 이러한 것은 온도계수가 부(-)라고 한다.

써미스터라 함은 반도체로서 어떤 종류의 금속 산화물 분말을 소결 형성한 것으로 온도 변화에 저항값이 연동하여 변화되는 특성을 갖는 전기적 부품 소자의 일종이며, 써미스터는 상기한 특성을 이용하여 온도, 습도, 가스 등의 센서(Sensor)로 근래에 많이 보편화되어 사용되고 있다.

본 발명에서 다루는 파워써미스터는 써미스터의 일종으로 일반적으로 사용되어지는 상기한 센서의 종류와 본질적 전기특성은 동일하나, 허용되는 통전 전류량이 수~수백배 높은 것으로 상기한 NTC(부특성 써미스터)를 대전력 제어에 사용할 수 있도록 조성되어 전류 흐름에 따라 써미스터 소재의 온도와 저항값 변화가 일어나는 전기적 특성을 이용하여 전원 안정화 제어에 응용되어지도록 개발된 전기적 소자이다.

도 18b는 파워 써미스터의 허용 전류 저감 곡선을 도시한 것으로서, 소자의 온도가 높아지면 즉, 파워 써미스터가 통전 정지 상태에서 몸체 온도가 높아져 있으면 최대 허용 전류도 낮아짐을 나타낸 것이며, 이는 본 발명에서 개선하고자 전기적 특성을 표현한 그래프인 것이다.

도 18c는 파워 써미스터의 일반적인 신뢰성 품질에 관한 것으로서, 내열성 시험, 내습성 시험, 상온 부하 방치 시험, 온도 사이클(Cycle) 시험의 방법과 합격 판정 규격을 나타낸 것으로 디스크(Disk)형과 와샤(Washer)형의 보증 온도 차이가 있음을 공지된 도표를 인용하여 표현하였으며, 이는 방열 특성에 따라 신뢰성 보증 한계 온도가 달라짐을 알려주고 있다.

도 18d는 파워 써미스터의 통전 후 오프(Off) 상태에서 통전으로 발열된 몸체가 식어가는 과정의 저항값과 시간의 상관 관계의 공지된 특성 그래프를 도시한 것으로서 짧은 시간안에 소정의 저항값까지 복귀하려면 정격 용량의 수배에 달하는 용량으로 선정되어야 함을 나타내는 것으로서 통전 정지후의 방열 효율이 용량 설정에 중요하게 작용되고 용량이 커질수록 원가부담이 커지는 것은 본 발명의 기술 분야에 지식인이라면 용이하게 이해할 수 있는 것이며, 방열 효율이 전원 안정화 회로 구성 원가에 영향이 있다는 것을 극명하게 나타내주고 있다.

도 18e는 공지된 파워 써미스터의 사용 가능한 열방산 정수를 구하는 공식으로서 연속 사용 전류량, 허용 손실 전력, 써미스터 허용 온도의 포화 저항치, 최대 허용 온도, 주위 온도(휴지 상태의 써미스터의 보유열) 등의 상관 관계를 나타내는 공식으로 주위 온도 즉, 파워 써미스터가 보유하고 있는 열의 방열량이 파워 써미스터의 용량을 결정하는 요인으로 작용되는 것을 나타내주고 있다.

이상으로 상기한 내용은 파워 써미스터의 일반적으로 공지된 개론을 설명하였다.

상기한 파워 써미스터의 전기적인 특성을 이용하여 전원 안정화 제어 회로에서 응용 실시한 일예를 설명한다.

도 19a는 상기한 파워 써미스터를 이용한 전원 안정화 회로 구성의 다른 일예를 도시한 것이고 도 19b는 도 19a의 안정화 회로의 전류, 전압특성도로서, 부하(104)가 교류 전원(10)으로 작동되는 회로의 전원 안정화 제어 회로(300)의 실시일례로서 도시한 회로의 작동 원리를 살펴보면, 전원 제어 스위치(101)을 온(On)하면 전원은 파워써미스터(100,200,250)를 통하여 부하(104)에 통전되므로 파워 써미스터(100,200,250)의 저항값에 의해 초기 전류는 감쇄된 전류(106)만큼 흐르고 즉, 순간돌입전류(107)가 억제되어 흐르고, 지연된 시간 후 시간 지연 릴레이(103)가 동작하여 접점(102)이 온(On)되면 부하(104)에는 정상 전류가 흐르는데 이 회로는 공지된 순간 돌입 전류를 억제하여 전원을 안정화하는 회로로서 초기에는 파워 써미스터의 높은 저항에 의해 전류가 적게 흐르면서 부하(104)가 낮은 전압으로 기동되기 시작하여 파워 써미스터(100,200,250)가 통전에 의한 발열로 저항값이 낮아지면서 상대적으로 부하의 공급전압도 점차 높아져 부하 전류도 점차 증가하다가 수십~수천msec 지연된 시간 후 접점(102)가 온(On)되면서 부하(104)에 정상 순시 전류(105)가 흐르게 되는 파워 써미스터 특성을 이용한 전원 안정화 회로의 일예이다.

도 20a는 파워 써미스터가 사용된 정류회로의 전원 안정화 제어 회로의 일예이고, 도 20b는 부하양단의 전압 특성도로서, 상용 교류 전원(10)을 직류로 변환하는 정류 회로(201)에서의 써지(Surge) 전압(207)을 파워 써미스터(100,200,250)를 이용하여 억제하는 전원 안정화 회로의 실시 일예이다. 도시한 회로의 작동 원리를 살펴보면, 전원 스위치(101)를 온(On)하면 전원은 정류회로(201)의 다이오드(Diode)를 거쳐 맥류로 변환되고 평활회로(202)에 의해 직류로 변환되어 부하(104)에 통전되는데 정상전압(205)을 기준하여 저항(RA) 양단의 전압을 검시하면 파워 써미스터(100,200,250)가 회로 결선되었을 경우는 써지전압(207)이 감쇄된 전압(206)상태로 나타나지만 파워 써미스터(100,200)가 없는 회로일 경우에는 저항(RA) 양단에는 써지전압(207)이 나타난다는 것은 본 발명의 기술분야의 지식인이라면 능히 알 수 있는 것이다.

이상으로 상기한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야를 설명한 것이며 파워 써미스터(100,200,250)에 관한 종래의 기술을 설명한다.

도 21a는 디스크 에폭시 몰딩 타입(Disk Epoxy Molding Type)을 도시한 것이고, 도 21b는 와샤 타입(Washer Type)의 종래에 통용되는 대표적인 모델(Model)이며, 상세한 구조를 설명하자면, 도 21a의 디스크 에폭시 몰딩 타입(200)은 가장 많이 통용되는 모델로서, 구조는 얇은 원반형으로 소성된 써미스터소자(100a)의 양측면에 환형 리드(Lead Wire)(322)를 납땜하기 위한 납땝결합전극부(330)을 부설시켜 환형 리드(322)를 납땜 고착시킨 후, 외피면을 에폭시(Epoxy)계의 재료로 몰딩(Molding) 또는 코팅(Coating)한 에폭시수지피복(242)으로 구성한 파워 써미스터(200)의 실시일예이다.

도 21b는 고전류(수~수십 암페어)용으로 통용되는 와샤 타입으로서 반지 형태의 고리 모양으로 소성된 써미스터소자(100b)의 양측면에 도전성 판형전극(212)을 배치하고 원형 고리 중앙을 관통하는 절연부재(227)로 판형전극(212)과 써미스터소자(100b)를 결합시켜 절연시킨 후 지지 브라켓(Bracket)(226)을 한측면에 겹쳐끼우고 상기한 결합체(100b,212,227,226) 모두를 스크류(Screw)(228)와 너트(Nut)(229)로 고정하여 구성한 대전류용 파워 써미스터(250)의 실시일예를 도시하고 있다.

이상으로 파워 써미스터의 공지된 전기적인 특성과 구성 및 작용을 설명하였다.

추가로 보충 설명을 위하여 종래의 파워 써미스터 제조 공정도와 종래의 실시에서의 문제점을 설명한다.

도 22는 종래의 파워 써미스터(200,250)의 제조 공정도 일예를 도시한 것으로서, 디스크 에폭시 몰딩형(200)의 제조 공정 순서는 소재(소성될 재료의 선정 및 혼합 비율)설계→볼밀,스프레이,건조 등의 배합공정압출 형성→소정 및 열처리→전극의 은도금 또는 도전막 증착내지는 도전막 인쇄 및 건조→양전극에 환형 리드(Lead Wire)납땜→외피면 에폭시(Epoxy)계의 수지 몰딩(Molding)→건조→부품 규격 및 고유 번호 마킹(Marking)→포장 순서로 기본적인 제조 공정이 이루어지고, 와샤형(250)의 제조 공정 순서는 소재(소성될 재료의 선정 및 혼합 비율)설계→분말 소재 혼합(Maxing)→혼합된 분말의 프레스(Press)에 의한 압출 성형→압출 성형품의 건조 및 열처리→전극의 은도금 또는 도전막 증착내지는 도전막 인쇄 및 건조→전극 와샤, 절연부싱(Bushing),지지 브라켓(Bracket)을 스크류와 너트를 이용하여 결합 조립→부품 규격 및 고유 번호 마킹(Marking)→포장 순서로 제조 공정이 이루어짐을 특징으로 한다.

도 23은 종래의 파워 써미스터(200,250)의 사용상 전기적인 문제점을 도시한 것으로 도 23a는 디스크 타입에서 대표되는 전기적 장해를 나타낸 것으로서, 인쇄회로기판(400)에 삽입되어 납땜 고정된 파워 써미스터(200)가 물류 및 취급 과정에서 외부의 물리적 힘을 받아 파워 써미스터(200)의 몸체간 또는 다른 전기적 부품간에 근접 상태로 장기간 사용하게 되면 습기로 인한 절연 성분 약화내지는 외부의 충격 및 진동에 의한 에폭시 피복 마모로 기인하여 상호간 절연내력이 약화되어 전기적 결함이 발생됨을 도시하고 있으며, 본 발명의 기술 종사자라면 한 번쯤은 경험 또는 목격하거나 충분히 추정할 수 있는 예상 문제점인 것이다.

도 23b는 와샤 타입의 대표적인 장해 현상 및 사용상의 문제점을 나타낸 것으로 써미스터소자(100b)가 외부에 노출되어 있어 방열 효과가 우수하여 대전류 제어용으로는 적합하지만 외부의 습기 참투에는 노출된 소자가 직접적으로 영향을 받아 전기적인 성능 변화로 이어지거나, 밀폐된 공간에서만 사용 가능하다는 제약 조건이 따르며, 회로 기판에 바로 동박(회로 Pattern)으로 결선되지 않아 별도로 전선을 이용하여 회로 결선을 해야하는 번거로움도 문제점으로 지적되는 것이 현실인 것이다.

상기한 문제점 외에 디스크 타입은 대용량의 전류를 제어하기 위해서는 방열 효능이 떨어지므로 다수개의 파워 써미스터를 직렬로 결성해야 한다는 문제점이 있고, 이로 인한 제조원가가 상승하게 되고, 써미스터소자(100a) 디스크의 크기를 키워 대용량으로 제조하는데는 한계가 있는 것이며, 상기한 문제의 해소를 위하여 와샤형이 있는데 이 또한 와샤형 나름대로 상기했듯이 사용상의 번거로움과 주위 환경 조건의 제약이 따르는 문제점이 있고, 특히, 디스크 에폭시 몰딩 타입(200)의 경우는 방열 효능이 많이 떨어져 낮은 전류(수 암페어 이내)의 전원 안정화에 주로 채용되고 있고, 와샤형(250)의 경우에는 높은 전류(수~십수 암페어)의 전원 안정화 제어 회로에 채용되어지고 있으나 제조 공정의 까다로움으로 부품 원가가 높고, 상기한 바와 같이 사용상의 제약조건의 단점이 있는 것이 종래의 파워 써미스터(200, 250)의 현실인 것이다.

또한 상기와 같이 구성된 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어기 회로에는 제어신호를 입력하기위한 제어신호 입력을 위한 전선과 구동전압을 공급하기 위한 전원선이 연결되어야 하며, 상기 전원 안정화 제어기 회로는 기판고정체에 의해 보호되는 상태로 회로기판에 구성되어 있다.

상기 전원 안정화 제어기 회로에 신호 및 전기를 공급하는 전선을 연결시키기 위한 수단으로 터미널블록이 사용되고 있으며, 이를 도 24에 개략적으로 도시하였다. 상기 터미널블록(243)에는 다수개의 판형상의 터미널(243a)이 격벽에 의해 절연된 상태로 설치되어 터미널(243a)의 일측에는 상기 안정화 제어기 회로에 연결된 전선이 연결되고 타측에는 제어기나 상용 전원로부터 인출된 전선이 연결되도록 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 전원 안정화 제어기 회로나 터미널블록(243)을 제어기나 상용전원에 고정시키기 위해서는 안정화 제어기 회로기판(241)을 보호하고 지지하는 기판고정체(242)와 터미널블록(243) 각각에 고정나사를 조여 전기,전자 제품의 어느 일측에 고정시켜야 하며 각각 고정된 기판고정체(242)과 터미널블록(243)을 다시 전선으로 연결시켜야하므로 전선의 배선이 복잡해질 뿐만아니라 작업공정이 많아 조립시간이 많이 소모되고 또한, 이와 같이 각각을 나사고정시키기 위해서는 각각에 고정부재를 사용해야하므로 많은 고정부재가 사용될 뿐만아니라 터미널블록을 별도로 제작하기 위한 생산시설의 구비는 물론 자재가 사용되므로 생산성을 낮추는 원인이 되었다.

본 발명의 상기한 전기적 장해 현상을 제거함과 제품의 제조 원가 절감을 위하여 발명된 것으로 교류 전원을 사용하는 대용량의 전기, 전자 기기 내지는 냉난방기기의 제품에서 대전력을 소비하는 유도성부하의 온, 오프 제어기에 있어서, 전류제한 소자와 직류 릴레이 접점 및 릴레이의 순차적 온, 오프 제어회로를 조합 구성하여, 부하 온신호가 입력되면 초기 부하 인가 전압을 낮게 통전시키고 순간돌입전류가 발생되는 일정시간(수십~수백msec)동안 단계적으로 부하 인가 전압을 높여 정상전압으로 부하가 동작되도록 순차 전력 제어를 하고, 출력 멈춤시에는 유도성 부하에 인가되는 전압을 일정 시간(수~수십msec)동안 기동시와 역순으로 부하 통전 전압이 점차 낮아지도록 전력제어시킨 후, 오프되도록 제어기를 구성하므로써, 순간돌입전류, 전원전압강하, 역기써지전압 등의 전기적 장해 현상을 저전압 온, 오프로서 억제하여 제품의 품질 향상을 도모하고 고가형의 고내압급의 계전기를 염가형 직류형 다접점 다중간극 릴레이로 대체함으로서 제품의 제조 원가를 낮출 수 있게 하기 위함을 목적으로 한다.

종래의 실시보다 대용량 유도성 부하의 온 또는 오프가 저전압에서 제어되게 함으로서 높은 순간돌입전류 내지는 고에너지의 역기써지 전압이 본 발명에서는 당연히 억제됨으로 릴레이 접점에는 무리한 전기적 에너지가 통전하지 않으므로서, 종래와 같이 통상 순시평균 전류의 250%~350%의 내압급의 접점을 갖는 고가형 마그네트 계전기나 교류 파워릴레이를 사용하지 않고 본 발명에서는 통상 순시평균 전류의 100%~150%정도의 내압급의 직류 릴레이로도 충분히 보증되므로 대체가 가능토록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어하고자 하는 주요점을 전기적 이론 공식으로 기술하자면, 전류 I〓√2I×sin2π×f×t[A]에서 I=V(부하인가전압)/Z(부하 임피던스)이므로 일정시간(t) 동안 부하 인가 전압을 낮게 조정하여 결국, 순간 돌입 전류가 발생하는 것을 억제하는 것이며, 자체 유도 작용에 의하여 발생되는 역기전력 eL=-L(Δi/Δt)에서 Δi=ΔV(인가전압)/Z(부하 리액턴스)이므로 오프되는 순간 부하 인가 전압을 낮게 하여 역기써지 전압을 감쇄시키는 전원 안정화 제어기를 제공함에 목적이 있는 것이다.

또한 본 발명은 써미스터소자의 외피면을 저가 재료인 세라믹류의 소성재료로 대체하여 낮은 재료비로 열방산 효율을 향상시키고, 전극면의 방열을 편형 리드를 이용하여 향상시키고, 전극과 리드의 결합을 클램핑에 의해 조립되어지는 구조를 도입하여, 수동 납땜으로 인한 제조 공정상의 불량 발생 및 인건비 상승의 문제를 해결하고, 써미스터 소자의 형태를 환봉 형태 또는 디스크 형태내지는 각봉 형태등으로 다양하게 제공하여 전기적 특성에 맞추어 형상을 자유롭게 설계할 수 있도록하며, 자동화 작업화를 용이하게 할 수 있는 구조를 제공하여 제조원가를 절감하고, 원반형 형태의 써미스터를 다영한 방열 구조에 대응하는 형태로 개선한 전기적 절연 내력이 우수한 파워 써미스터를 제공함에 목적이 있다.

또한 본 발명은 터미널블록을 전원 안정화 제어기 회로가 구성된 회로기판이 고정되는 기판고정체의 일측에 기판고정체와 일체로 형성시켜 제작이 용이하고 조립이 간편한 에어컨 실외기용 터미널블록을 제공함에 있다.

또한 본 발명은 터미널블록을 전원 안정화 제어기 회로가 구성된 회로기판에 일체로 전선 접속용 터미널을 형성시켜 제작이 용이하고 조립이 간편한 에어컨 실외기의 전선 연결 구조을 제공함에 있다.

도 1은 냉난방기기의 전원 제어회로 종래 제1의 실시예도

도 2는 냉난방기기의 전원 제어회로 종래 제2의 실시예도

도 3은 도 1 및 도2의 동작 전류, 전압 특성 파형도

도 4는 냉난방기기의 전원 제어 회로 종래 제3의 실시예도

도 5는 냉난방기기의 전원 제어 회로 종래 제4의 실시예도

도 6은 도 4 및 도 5의 동작 전류, 전압 특성 파형도

도 7a 및 b는 본 발명의 전원 제어회로 제1 및 제2의 실시예의 블록도

도 8a, b, c, d, e, f, g 및 h는 본 발명의 부하 제어 접점회로 구성의 8가지 실시예도

도 9는 본 발명의 전원 안정화 제어기의 릴레이 동작 순서표 및 전기적 특성 변화도

도 10a 및 b는 부하의 온, 오프시 전기적 특성 변화를 종래와 본 발명을 비교한 파형도

도 11a 및 b는 본 발명의 전원 안정화 회로 제 1 및 제 2의 실시예의 회로도

도 12a는 종래의 다접점 릴레이 및 마그네트 계전기의 접점 간극 구조도

도 12b는 본 발명의 다접점 다중 간극 릴레이의 실시예도

도 12c는 본 발명의 다중 간극 릴레이를 이용한 전원 안정화 제어기 실시예도,

도 13은 본발명에 도입된 변환회로의 공지된 4가지 회로의 실시예도,

도 14a는 본 발명의 릴레이 순차 제어 회로의 변형된 실시 제1예도,

도 14b는 본 발명의 릴레이 순차 제어 회로의 변형된 실시 제2예도,

도 14c는 본 발명의 릴레이 순차 제어 회로의 변형된 실시 제3예도다.

도 15a, b, c 및 d는 본 발명의 세라믹 봉입형 파워 써미스터의 일예를 도시한 구조도

도 16은 본 발명의 세라믹 봉입형 파워 써미스터의 제조 공정도

도 17a, b는 종래의 파워써미스터의 리드선의 형상 일예도

도 17c는 본 발명의 세라믹 봉입형 파워 써미스터의 리드선의 형상 일예도

도 18a는 써미스터 종류별 온도에 따른 저항 특성도

도 18b는 써미스터의 허용 전류 저감 곡선

도 18c는 써미스터의 일반적인 신뢰성 규격 도표

도 18d는 써미스터의 통전 종료후 방열에 의해 식어가는 시간과 저항값의 복귀 상황을 나타낸 그래프

도 18e는 써미스터의 사용가능한 열방산계수 산출 공식

도 19a는 써미스터를 이용한 전원 안정화 제어 회로의 제1실시예도

도 19b는 도 19a의 안정화 회로의 전류, 전압특성도

도 20a는 써미스터를 이용한 전원 안정화 제어 회로의 제2실시예도

도 20b는 도 20a의 안정화 회로의 전류, 전압특성도

도 21a, b는 종래의 파워 써미스터의 구조도

도 22은 종래의 파워 써미스터의 제조 공정도

도 23는 종래의 파워 써미스터의 사용상 전기적 장해 현상 일예도

도 24는 종래의 터미널블록과 전원안정화회로기판를 개략적으로 도시한 사시도

도 25a는 본 발명에 따른 터미널블록을 갖는 전원 안정화 제어기 회로기판의 일실시예를 개략적인 사시도,

도 25b는 도 25a의 A-A에서 도시한 단면도이다.

도 26a는 본 발명에 따른 터미널블록을 갖는 전원 안정화 제어기 회로기판의 일실시예를 개략적인 사시도,

도 26b는 도 26a의 A-A에서 도시한 단면도이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

1 .. 통전개시접점 2,2',2" .. 전류제한접점

10 .. 교류전원 11 .. 정상전압

12 .. 평균순시전류 13 .. 역기써지전압

14 .. 순간돌입전류 15 .. 전압강하

18 .. 부하 온,오프 신호 단자 20 .. 변압회로

21 .. 정류회로 21a .. 평활회로

22 .. 제어회로 24a,24b .. 시간지연회로

25 .. 부하전류제한회로 31 .. 유도성부하(콤프레샤)

32 .. 유도성부하(송풍팬) 33 .. 유도성부하(기동콘덴서)

40 .. 접점제어소자 42a,42b .. 직류용 릴레이

43 .. 전류제한소자(파워써미스터) 45 .. 돌입전류제한용리액터

46 .. 다접점다중간극릴레이 47,47a,47b,47c,47d .. 콘덴서

48 .. 교류용 시간지연 파워릴레이 49,49a,49b… .. 저항

60 .. 마이컴

100a, 100b, 100c, 100d .. 파워 써미스터소자

100 .. 세라믹 봉입형 파워 써미스터 101 .. 전원스위치

102 .. 릴레이 접점 103 .. 시간지연릴레이

104 .. 부하 111 .. 세라믹케이스

112 .. 판형 결합 전극 113 .. 압입고정전극부

132 .. 몰딩액재

201 .. 정류회로 202 .. 평활회로

200 .. 에폭시피복 처리 파워 써미스터 212 .. 판형전극

242 .. 에폭시수지피복 250 .. 와샤 조립형 파워 써미스터

300 .. 전원 안정화 회로 312 .. 판형 리드 와이어

322 .. 환형 리드 와이어 330 .. 납땜 결합 전극부

510,610 .. 회로기판 510a,650 .. 땜납

520,620 .. 기판고정체 520a .. 터미널블록

530 .. 판터미널 530a .. 링터머널고정공

530b .. 절연벽 530c .. 터미널고정요홈

540 .. 고정나사 550 .. 링터머널

630 .. 터미널 640 .. 플러그

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 전원 안정화 제어기와 전원 안정화 제어기용 파워써미스터 및 이에 전원선을 연결시키는 터미널블록의 구성 및 효과에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 7a는 본 발명의 전원 안정화 장치의 제 1실시예의 블록도로서, 변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a), 접점 온,오프 시간 지연회로(24a,24b), 부하 통전개시접점(1)을 단속하는 직류릴레이(42a), 전류를 제한하거나 전압의 분압 역할을 하는 부하 전류제한회로(25), 전류제한회로(25)와 병렬로 조합 구성된 전류제한접점(2)을 단속하는 직류릴레이(42b)로 이루어짐을 기본으로하는 안정화 제어기의 블록도이다.

부하 기동 개시 신호(18)의 교류 전원 출력 여부에 따라 변압, 정류, 평활 회로가 가동 또는 멈춤이 되면 직류전원의 온, 오프로 이어지고, 시간 지연회로(24a, 24b)에 의해 직류릴레이(42a,42b)는 접점을 순차적으로 단속 동작을 하게 되고, 이러한 단속 동작을 전류제한소자(43)와 전류제한접점(2)의 조합으로 부하에 인가되는 전압을 제어하게 된다. 직류릴레이(42a,42b)의 온, 오프 순차 제어에 대한 상세한 동작 원리는 도 11의 회로도 설명에서 다루기로 한다.

도 7b는 본 발명의 제 2실시예의 제어블록도로서 변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a), 직류용 다접점 다중간극 릴레이(46)를 기본으로 제어회로를 구성하고 있다. 다접점 다중간극 릴레이(46)의 상세한 원리는 도 12의 설명에서 다루기로 한다.

부하기동 개시 신호(18)의 교류 전원이 출력되면 변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a)가 가동되어 다접점 다중간극 직류 릴레이(46)가 동작을 시작하는데 접점 간극이 좁은 측의 통전개시접점(1)이 먼저 온되면서 부하(31, 32)는 통전을 개시하는데 접점 간극이 넓은 전류제한접점(2)가 온되기 전까지는 전류제한소자(43)를 직렬로 거쳐 통전되므로 낮은 전압으로 기동되어지므로써 돌입전류는 억제되고, 일정시간(수~수십 msec)후 전류제한접점(2)가 온되면 부하는 정상전압으로 작동하게 된다.

기동 개시 신호(18)의 교류 전원이 차단되면 변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a)의 가동이 멈추면서 다접점 다중간극 직류릴레이(46)가 오프가 시작되어 접점간극이 넓은 전류제한접점(2)가 먼저 열리면서 부하는 병렬로 결선된 전류제한소자(43)를 거쳐 통전되므로 전압이 낮게 걸린 상태 이후 접점 간극이 좁은 통전개시접점(1)이 열리면서 최종적으로 부하가 오프되어지므로 상기에서 기술되었던 것과 같이 낮은 전압에서 오프되므로 역기써지전압은 감쇄되어지는 것이다.

상기한 본 발명의 전원 안정화 제어기의 요부인 도 7a의 블록도 1과 도 7b의 블록도 2를 요약 설명하면 변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a)로 구성된 직류릴레이(46)를 구동하기 위한 전원변화회로와, 부하 기동 개시때 통전개시접점(1)이 일정시간(수~수백msec) 온(on)후 전류제한접점(2)가 온(on)되도록하고, 부하 멈춤 때에는 역순으로 부하 멈춤때는 전류제한접점(2)이 먼저 오프된후 통전개시접점(1)이 오프되어지면 전류제한소자(43)와 병렬로 구성된 전류제한접점(2)이 오프된 상태에서는 부하에 인가되는 전압이 낮추어져 공급되므로 부하의 기동(on)이나 멈춤(off)순간 일정시간 동안 전압을 제어할 수 있도록 릴레이(42a,42b)를 순차제어하는 시간지연회로(24a, 24b)를 채용한 도 7a의 제 1블록도에 도시된 것과 기구적으로 시간차를 두고 접점이 단속되도록하는 다접점 다중간극 릴레이(46)를 이용한 도 7b의 제 2블록도에 도시된 것은 본 발명의 기초가 되는 것이며, 상기한 동작에 의해 도 10a와 도 10b에 도시한 것과 같이, 전기적 장해 현상이 나타나는 종래의 전압,전류 특성 파형과 비교하여, 본 발명의 전원 안정화 장치는 전기적 장해가 억제된 전류, 전압 파형을 얻을 수 있는 것을 명확히 알 수 있는 것이다.

도 8a에서 도 8h까지는 본 발명의 전원 안정화 제어에 있어서 전류제한소자(43)와 부하 통전개시접점(1, 1'), 전류제한소자와 병렬로 결선되어 부하측에 인가되는 전압을 낮추어주는 제어를 하는 전류제한접점(2, 2',2")을 1개내지 3개 구성하여 이루어진 본 발명의 전원 안정화 장치의 변형예를 냉난방기기 제품의 부하(31,32,33)회로에 조합 구성하는 변형 실시 일예의 여러 가지 회로의 구성을 도시하였다.

도 8a는 전부하(31,32,33)를 부하 통전개시접점(1)에서 동시 제어하고, 전류 제한을 1개의 전류제한접점(2)에서 1단계로 수행하도록하며, 전원선의 두선을 모두 단속 제어하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 8b는 전부하(31,32,33)를 부하 통전개시접점(1)에서 동시 제어하고, 전류 제한을 1개의 전류제한접점(2)에서 1단계로 수행하도록하며, 전원선의 한선(1 Line)만을 단속 제어하는 방법으로 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 8c는 전부하(31,32,33)를 부하 통전개시접점(1)에서 동시 제어하고, 부하에 공급되는 전류 제한을 각 부하에 따로 전류제한접점(2,2')을 구성하여 수행하며, 전원선의 한선만을 단속 제어하는 방법으로 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 8d는 전 부하를 전류제한접점(2)으로 동시 제어하고, 통전개시접점(1,1')을 각각의 부하에 따로 구성하여 시간차를 두어 순차 동작을 시키면 2단계로 전류가 제한되고, 전원선의 한선만을 단속 제어하는 방법으로 본 발명의 실시예를 도시한 것이다.

도 8e는 각각의 부하에 전류제한접점(2',2")를 구성하여 따로 제어하고 별도의 전류제한접점(2)과 통전개시접점(1)을 구성하여 전류제한을 4단계로 하며, 전원의 한선만을 단속 제어하는 방법으로 본 발명의 다른 실시일예를 도시한 것이다.

도 8f는 전 부하를 1개의 통전개시접점(1)과 2개의 전류제한접점(2,2')으로 동시 제어하고, 전류 제한을 3단계로 하고, 전원선의 한선만을 단속 제어하는 방법으로 본 발명의 실시일예를 도시한 것이다.

도 8g는 전 부하를 1개의 통전개시접점(1)과 2개의 전류제한접점(2,2')으로 동시 제어하고, 전류 제한을 3단계로 하고, 전원선의 두선을 모두 단속 제어하는 방법으로 본 발명의 실시일예를 도시한 것이다.

도 8h는 전 부하를 1개의 통전개시접점(1)과 1개의 전류제한접점(2)으로 동시 제어하고, 전류 제한을 3단계로 하고, 전류제한접점 중 하나(2')를 기동 콘덴서(33) 전단에 설정한 것으로 전원선의 한선만을 단속 제어하는 방법으로 본 발명의 실시일예를 도시한 것이다.

도 9의 표 1은 본 발명의 전류 제한 제어 회로의 실시 일예에서, 상기한 도 8a,b,c,d,e,f,g 및 h회로의 대용량 유도성부하의 기동시와 멈춤시의 전기적 현상을 억제하기 위한 릴레이 접점 동작 순서도를 도시하였으며,

도 9의 표 2는 상기한 도 8e의 부하측 전류 제한 접점 제어 회로의 상기 표 1에 의거 접점을 순차 제어할 경우의 부하측 임피던스 또는 리액턴스 값의 변화와 부하 기동(On)시 전류량의 변화 추이도 및 부하 멈춤(Off)시의 전압 변동을 표현한 것으로, 도 9에서는 도 8a내지 도 8h의 동작시 전압, 전류 특성과 접점 동작 순서를 나타내고 있으며, 본 발명의 전원 안정화 제어기에 의한 제어 방법과 종래의 제어 방법을 비교하여 전기적 장해 현상이 억제됨을 도시하고 있다.

도 10a 및 도 10b는 종래의 전원 제어 방법과 본 발명의 전원 제어 방법에서 부하의 온,오프시 발생되는 전기적 장해 현상을 전압과 전류 파형도로써 비교 도시 한 것으로 상기에서 거듭 기술된 내용으로서 종래의 전원 제어기의 제 1 및 제 2 실시에서는 전기적 장해(13,14,14')가 그대로 발생되고, 종래의 실시 3 및 실시 4의 실시에서는 전기적 장해(14')가 다수 감소되었으나 여전히 발생되고 있으며, 본 발명의 제어회로 실시에서는 전기적 장해가 거의 억제 및 감쇄되었음을 나타내는 전압 전류의 특성 파형도이다.

도 11a는 본 발명의 전원 안정화 제어회로 제 1실시 일례로서의 회로도와 동작 특성 그래프를 도시하였으며, 상기한 도 7a, 도 7b, 도 8a내지 도 8h, 도 9, 도 10a 및 도 10b를 종합화한 실질적 실시의 회로도로서 본 발명에서 대표가 되는 도면으로 상세한 회로 구성과 전원 안정화 제어의 원리는 다음과 같다.

부하 제어 신호(18)에서 동작 개시 신호인 교류 전원이 출력되면, 변압회로(20)는 전압 강하용 콘덴서(47)와 콘덴서(47)의 방전 저항(49a)로 구성되어 변압되고, 저압으로 변환된 교류 전원은 정류회로(21)의 다이오드(50)에 의해 정류되어 맥류 전원이 출력되고, 평활회로(21a)에서 전해콘덴서(47a)에 의해 맥류를 직류로 평활화하고, 이에 따라 ㉮점에 직류 전압이 그래프에 도시된 바와 같이 직류로 변환되어 릴레이(42a)의 기동전압㉠에 도달하면 통전개시접점(1)이 온되어 부하(31,32)는 전류제한소자인 전류제한소자(43)를 직렬로 통하여 제한된 전류로 즉, 낮추어진 전압으로 기동을 시작하게 되고, 저항(49b)과 콘덴서(47b)의 충전 시정수(T=0.69RC)만큼 그래프의 ㉯의 곡선과 같이 지연되어 전압이 상승하다가 역방향으로 전압을 인가시 소자규격의 브레이크다운(Break Down)전압㉡에 도달하면 역방향으로 전류가 흐르는 특성을 갖는 제너다이오드(51), 제너다이오드가 역방향으로 전류를 흘려 트랜지스터(52a)의 바이어스 전류가 흐르면서 트랜지스터는 턴온(Turn On)되어 릴레이(42b)가 작동되어 전류제한소자와 병렬로된 전류제한접점(2)를 온시켜 지연된(수~수천msec) 시간 후에는 부하에 정상적인 전압으로 통전하게 된다.

부하의 동작 제어 신호(18)의 교류 신호가 차단되면 변압회로(20), 정류회로(21)의 동작이 정지되고 평활 작용을 하던 전해 콘덴서(47a)와 시간 지연 콘덴서(47b) 방전이 시작되면, ㉯점의 전압이 그래프와 같이 제너다이오드의 브레이크다운 전압 이하인 ㉢에 도달되면 트랜지스터(52a)는 턴오프(Turn Off)되어, 릴레이(42b)는 동작이 멈춰 전류제한접점(2)이 열리면서(Open) 부하에 가해지는 전압은 전류제한소자(43)에 의해 낮아지게 되고, 시간지연용 콘덴서(47b)보다 용량이 크게 설정된 평활용 콘덴서(47a)가 방전하다가 ㉮점의 전압이 일정시간(수~수십msec) 후 그래프상의 ㉣점에 다다르면 전원 통전개시릴레이(42a)가 오프되면서 통전개시접점(1)이 오픈(Open)되어 부하의 동작도 멈추게 된다.

도 11a의 하단에 도시된 회로 동작 특성 그래프를 보면 상기한 동작을 타임챠트(Time Chart)로 쉽게 이해 할 수 있는 것이다.

상기한 회로 동작 내용과 같이 저전압으로 기동시켜 순간 돌입 전류를 억제하고 또한 저전압의 상태에서 유도성 부하를 오프(Off)시켜줌으로써 역기 써지전압을 감쇄시킴으로서 본 발명의 목적을 달성하는 것이다.

도 11b는 본 발명의 제 2실시일례로서 회로도와 회로 동작 특성 그래프를 도시하였으며 이의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 11a를 기준하여 시간지연릴레이(42c)가 추가된 것으로 전류제한접점(2')가 추가되어 전압의 조정폭을 더욱 세밀화하는 회로동작을 특징으로 하고 있다.

기본적인 동작원리는 도 11a와 같으므로 중첩을 피하고, 접점의 동작 순서는 부하 개시 신호(18)의 입력시에는 통전개시접점(1)온→전류제한접점(2)온→전류제한접점(2')온의 순서로 작동하고, 부하 개시 신호(18) 차단시에는 전류제한접점(2')오프→전류제한접점(2)오프→통전개시접점(1)오프의 순서로 순차적으로 작동을 하게 되며, 본 발명 회로의 순차동작을 위한 시간 제어(시정수) 부품의 용량은 제너다이오드는 51a<51b, 저항은 49b=49c, 콘덴서는 47b=47c이거나 제너다이오드는 51a=51b, 저항은 49b<49c, 콘덴서는 47b=47c이거나 또는 제너다이오드는 51a=51b, 저항은 49b=49c, 콘덴서는 47b<47c로 설정하면 상기한 접점의 순차 특성이 이루어지게 된다. 이의 동작을 쉽게 이해하도록 타이밍 챠트(Timming Chart)를 도 11b의 하단에 도시하였다.

상기한 도 11b의 제2의 실시일예는 도 11a의 회로 실시 대비 원가는 상승되나 순간 돌입 전류나 역기 써지전압의 제한을 두 단계로 제어하므로써 억제 효과를 한층 더 높일 수 있는 실시의 일예를 표현한 것이다.

도 11c는 본 발명의 전원 안정화 제어 회로에 채용되어진 직류용 릴레이의 동작 특성에 대한 참조 도면으로서, 직류릴레이의 접점 온과 오프의 전압 레벨(Level)이 다른 것을 알 수 있으며, 본 발명에서는 도시한 릴레이의 동작 특성을 순차 제어회로에서 전원 통전개시접점(1)의 최후 오프에 응용하고 있다.

도 12a는 종래의 실시에서 사용하던 접점제어소자(40)인 교류형 마그네트 계전기 또는 교류형 파워릴레이와 본 발명의 제1 실시 블록도에서 채용되어지는 직류형 릴레이(42)의 계략적 구조도와 접점의 간극을 알 수 있도록 평면도를 도시한 것이다.

통상적인 직류릴레이는 케이스(420)와 각종 부품이 결합되어진 베이스(42e)로 크게 분류되어지고 베이스(42e)에는 전류 흐름에 따라 자력을 발생하는 코일과 보빈(42d), 보빈 중앙에 위치하여 자력에너지를 받는 코어(42b), 코어(42b)에 자력이 생성되면 코어측에 달라 붙으면서 가동 접점(42g)을 밀어서 이동시키는 구동 철편(42c), 온,오프할 수 있도록 이동되는 가동 접점(42g)과 고정된 고정접점(42f)을 기본적인 구성체로 하고 있으며, 동작원리는 코일에 직류전원이 인가되면 코어는 자화되어 구동철편을 끌어당기면, 구동철편은 절연체로된 밀림부로 가동접점을 밀어서 고정 접점에 밀착되어 온이되며, 전원이 차단되면 코어의 자화는 탈자가 되어 구동철편을 놓게 되고, 구동철편이 원상태로 북귀하게 되어 가동접점이 밀려나와 접점이 오프되어짐을 특징으로 하고 있다.

상기와 마찬가지로 교류형 마그네트 계전기, 교류형 파워릴레이의 기본원리와 구조는 유사하므로 설명은 삭제한다.

도 12a에서 도시하여 나타내고자 하는 주안점은 가동접점과 고정접점간의 간극이 접점이 절연되어 떨어져 있는 거리가 하나 이상의 다수의 접점을 갖는 종래의 릴레이에서는 접점의 한조(일명 1Way)의 간격은 다른조의 간격과 동일하게 유지, 즉 모든 접점의 간극은 동일하다는 것이다.

참고로 직류형 릴레이와 교류형 파워 릴레이 및 교류형 마그네트 계전기의 특성을 비교하자면 주로 사용하는 용도가 직류형 릴레이는 일반적인 가전기기나 중소용량의 부하제어에 이용되어지고 있고, 교류용 파워릴레이나 마그네트 계전기는 산업 설비 및 대용량의 전기,전자기기, 냉난방기기에 사용되어지고 있다. 특히, 냉난방기기의 실외 제어기에는 거의 예외가 없을 정도로 마그네트 계전기나 파워 릴레이를 채용하고 있는 것이 현실이다. 본 발명과 같이 안정화 제어를 하지 않고 바로 부하를 온,오프하기 때문에 실제 통상 전류 용량의 2~5배의 고압급 접점을 갖는 릴레이나 계전기를 채용하고 있고, 중소용량을 갖는 일반적인 가전기기도 통상 전류의 2~5배의 접점 용량으로 커버하고 있는 실정이다.

부품 원가는 냉난방기기의 실외기 제어를 기준으로 볼때, 본 발명에서 사용할 직류형 고전류용(10~16A) 릴레이를 기준으로 할 때 종래의 실시에서 채용하는 교류형 마그네트 계전기(25~35A)는 원가가 5~10배에 달하며, 교류형 파워 릴레이의 원가 5~8배에 달한다. 즉, 교류형 마그네트 계전기 한 개의 가격으로 직류 고전류형 릴레이를 평균 5개 이상을 구입할 수 있는 것이다. 참조로 시중 가격을 보면 직류형 릴레이의 원가를 100이라고 가정하면 마그네트형 계전기는 900수준으로 거래가 이루어지는 것이 현실이다.

도 12b는 본 발명의 다접점 다중간극 릴레이의 실시 일례도 도시한 것으로 케이스(46a)와 각종 부분품이 결합되어져 있는 베이스(46e)로 크게 구분하여 베이스(46e)에는 코일과 보빈(46d), 구동철편(46c), 코어(46b), 간극이 좁은 측의 고정접점(46f), 간극이 넓은 측의 고정접점(46h), 가동접점(46g)를 기본 구성체로 되어 있는 것이 특징으로 이루어진 것이다.

본 발명의 다접점 다중간극 릴레이의 동작은, 먼저 코일에 전원이 인가되면 코어가 자화되어 구동철편을 끌어 당기게 되며, 가동접점은 고정접점으로 밀려가게 되는데 접점 간극이 좁은 측의 고정접점(46f)에 가동접점(46g)이 먼저 도달하여 온되고 이후, 가동접점은 계속 밀려서 결국 접점 간극이 넓은 고정접점(46h)에 도달되어 온되어지게 하는 것으로 다수개의 접점이 붙는(On) 시간이 각각 다르게 되므로 접점이 순차적으로 제어되는 것과 같은 효과를 용이하게 얻을 수 있는 구조를 갖춘 것을 특징으로 하는 다접점 다중간극 릴레이로서, 오프시에도 접점 간극이 넓은 측의 접점이 먼저 오프된 후 좁은 측의 접점이 최후에 오픈(Open)되게 하여 온의 역순으로 순차적으로 오프(오픈, Open, Off)되어지는 것이 본 발명의 다접점 다중 간극 릴레이의 기본 동작 원리인 것이다. 상기한 기구적 구조에 의한 접점들의 순차 제어 동작을 원활히 하기 위하여 기존의 릴레이보다 자화력의 증대 내지는 구동 철편의 움직임 거리(Strock) 등의 조정이 수반 될 것이며, 이러한 조정은 상기한 분야의 지식인이라면 쉽게 접근할 수 있는 기술 수준이며, 참고로 간극이 좁은 측의 고정접점(46f)은 뒤로 밀리는 거리가 넓기 때문에 압축 반발력을 도 12b의 하단에 도시한 방법등과 같이 구조 조정 및 접점 고정판의 중앙부를 따냄 내지는 하부의 폭을 좁게하는 등의 조정도 같이 수반되어져 본 발명의 다접점 다중 간극 릴레이가 완성되는 것이다.

도 12c 및 도 12d는 본 발명의 다접점 다중간극 릴레이를 이용한 전원 안정화 제어기의 제 1 및 제 2의 실시일례를 도시하고 있으며, 제 1실시일례의 동작을 설명하면, 부하 개시 신호(18)에서 교류 신호가 출력되면 변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a)가 작동되어 본 발명의 다접점 다중간극 릴레이(46)가 동작을 하게 되는 데, 접점 간극이 좁은 통전개시접점(1)이 먼저 온되어 부하에는 전류제한소자(43)를 거쳐 낮은 전압으로 기동되도록하여 순간 돌입 전류나 전압 강하 장해를 억제하고 일정 시간 후, 접점 간극의 차이에서 조정되며 릴레이 제조 단계에서 결정됨(수~수백 msec) 접점 간극이 넓은 측의 전류제한접점(2)도 온되어 부하는 정상 전압으로 동작을 하게 되고, 부하 개시 신호(18)가 차단(Off)되면 변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a)의 동작이 멈추면서 다접점 다중간극 릴레이(46)가 동작정지되어 전류제한접점(2)이 먼저 오프되어 부하인가 전압을 낮추어 공급한 뒤 바로 뒤이어 전류제한접점(2)도 오프되어 부하의 작동을 멈추게 하므로써 돌입전류, 전압강하, 역기 써지전압발생 등의 전기적 장해를 억제하도록 구성되어짐을 특징으로 갖는 본 발명의 다접점 다중간극 릴레이(46)로 구성한 전원 안정화 제어기의 실시예이다.

도 12d에 도시한 본 발명의 다접점 다중간극 릴레이로 구성한 전원 안정화 회로의 제 2 실시일예를 도시하고 있으며, 도 12c의 상단에 도시한 직류용 릴레이를 기준 통상적인 공지 기술에 의해 교류용으로 변경한 다접점 다중간극 릴레이(46a)를 이용한 일예로써, 부하 개시 신호(18)에 교류 전원이 출력되면 통전 개시접점(1)이 온된후 일정시간이 경과하면 전류제한접점(2)가 온되고, 부하 개시 신호(18)가 차단되면 전류제한접점(2)가 오프되고 일정시간 후 통전개시접점(1)이 오프되는 동작을 하여, 저전압에서 부하가 온,오프되도록하는 본 발명의 다접점 다중간극 릴레이를 이용한 제 2 실시의 일예이다.

도 13은 본 발명에서 사용하는 변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a)의 공지된 기술을 바탕으로 변형 실시된 일예를 도시한 것으로써 콘덴서(47)를 이용한 강압형 전파정류 방식, 콘덴서(47)를 이용한 강압형 반파정류 방식, 저항(49d)을 이용한 강압형 전파정류 방식, 소형 트랜스를 이용한 강압형 전파정류 방식을 대표로 도시하였으며, 이의 동작 원리는 이미 널리 공지된 일반적인 사항이므로 기술하지 않고 본 발명에서 사용할 대표적인 강압회로, 정류회로, 평활회로를 예시하는 의미로 도시하였다.

도 14a는 본 발명의 전원 안정화 회로에 사용되는 릴레이 순차 제어 회로 제 1변형의 실시일례를 도시한 것으로서 저항과 콘덴서의 충방전을 이용한 것을 특징으로 하는 변형 실시의 일례로 통전개시접점(1)의 릴레이는 저항을 거치지 않고 바로 콘덴서(47b)로 충전되므로 ㉮, ㉯, ㉰점 중에서 제일 먼저 충전 완료되어 부하 통전개시접점(1)이 제일 먼저 온되고 일정시간(수~수백msec)후에 전류제한접점(2)의 릴레이가 온된 후, 일정 시간(수~수십msec) 후 전류제한접점(2')의 릴레이가 최후에 온된다. 오프 동작은 다이오드(50a, 50b, 50c)로 인하여 릴레이측으로만 방전하는데 릴레이의 전류제한접점(2')의 릴레이가 먼저 오프되고 일정시간 후 전류제한접점(2)의 릴레이가 오프되고 저항(49e)을 통하여 방전하는 전류제한접점(1)의 릴레이가 최후에 오프되도록하는 순차 제어 회로로써 회로상에서 상기한 접점 순서 동작을 만족할 수 있도록한 콘덴서 용량은 47a<47b≤47c≤47d 이어야하고, 저항의 용량은 49e≤49f<49g로 설정하며, 상기한 일정시간은 콘덴서와 저항의 조합(T=0.69RC)으로 수십~수천msec로 조정할 수 있는 것이다.

도 14b에 도 14a에 구성된 릴레이 순차제어회로의 릴레이의 온,오프 접점 동작과 동작점을, 회로도의 이해를 돕기 위하여 참고로 도시하였다.

도 14c는 본 발명의 전원 안정화 회로에 사용되는 릴레이 순차제어회로 제 2 변형 실시일예를 도시한 것으로 제너다이오드의 브레이크다운특성과 트랜지스터의 조합 및 저항, 콘덴서의 충방전을 이용한 것을 특징으로하는 변형 실시 일예로서, 접점 동작은 부하개시 접점 릴레이(42a)를 필두로 최후단에 결성된 릴레이(420'……*n)까지 순차적으로 온되고, 부하 멈춤시에는 온의 역순으로 일정시간을 두고 차례로 오프가 되어 지는 것이며, 회로상에서 상기한 동작을 만족할 수 있는 부품의 용량은 콘덴서는 47a》47b≤47c, 제너다이오드의 전압 51a<51b<...51n으로 설정되어지고 상기한 일정시간 딜레이(Delay) 시간은 콘덴서(47,……)와 저항(49,……)의 조합으로 구성되어지게 하여 순차 동작의 제어 기능을 발휘하도록 한 것이다.

도 14d에 도 14c에 구성된 릴레이 순차제어회로의 릴레이의 온,오프 접점 동작과 동작점을, 회로도의 이해를 돕기 위하여 참고로 도시하였다.

도 14e는 본 발명의 전원 안전화 회로에 사용되는 릴레이 순차 제어 회로 제 3변형 실시일예를 도시한 것으로 마이컴(60)을 이용한 것을 특징으로 하는 변형 실시일예로서 릴레이 접점을 순차적인 온,오프 동작을 마이컴의 메모리를 통하여 제어되도록한 것으로 기존의 메모리 프로그램의 순서도는 다음과 같다.

회로 전원 초기화 상태 즉, 전 릴레이 오프 상태→부하개시신호(18)입력→마이컴의 틀럭 인터럽트 단자나 주파수 카운터 단자, 기타 아날로그 입력측에서 신호 입력 감지→부하 동작 신호 감지 입력 후 시간 카운트→마이컴의 접점제어신호를 메모리된 순서로 출력하여 릴레이 접점을 순차적으로 1→2→2'→2"순으로 온시킨다. 다시 부하 동작 신호 전원 오프 감지하여 메모리된 온(On)의 역순서로 릴레이 접점을 오프시킨다.

도 14f는 도 14c에 구성된 릴레이 순차제어회로의 릴레이를 제어하는 제어의 흐름을 나타낸 흐름도로서 상기한 것과 같은 기본적 동작 프로그램이 메모리된 마이컴에 의해 동작하는 것을 기초로하는 본 발명의 순차 제어 제 3 변형 실시일예를 설명하였다.

상기에서 전류제한소자(43)로는 고전력 저항기나 온도에 대한 부성저항 특성을 갖는 파워 써미스터(Power Thermistor)가 사용될 수 있으나, 본 발명의 다른 목적인 전기적 절연성이 우수하고 다양한 방열 구조를 갖는 파워써미스터를 일예로 설명하면 다음과 같다.

도 15a, 15b 및 15c는 본 발명의 방열형 세라믹 써미스터의 일예들을 도시한 구조도로서, 세라믹 분말 소재를 이용하여 압출 성형한 후 가열 건조하여 구성된 것으로 일측면에 개구부를 갖는 세라믹케이스와, 써미스터소자 분말을 압출 소성시켜 형성된 써미스터소자와, 기판에 삽입고정되는 고정부, 열을 발출하기 위한 방열부 및 써미스터소자의 접점과 접촉되어지는 접속부로 구성된 판형 리드프레임과, 상기 세라믹케이스에 넣어진 써미스터소자가 유동되지 않도록 세라믹케이스내에 고정시키는 몰딩액재로 구성된다.

상기 세라믹케이스는 정육면체나 직육면체 또는 원통형상 등으로 다양하게 제작될 수 있고, 일측면을 개구하여 써미스터소자를 그 내부에 설치할 수 있도록하였다. 또한 그 외주면에는 써미스터소자로부터 방출되는 열을 냉각시키기 위한 방열핀이 형성되어 있으며, 주로 SiO₂및 Al₂O₃를 주성분으로 하는 세라믹으로 형성된다.

상기 써미스터소자는 상기 세라믹케이스내에 넣어질 수 있는 크기와 모양으로 제작되고, 양단부에 전극부가 형성된다.

상기 서미스터소자(100c)가 가열소성과정에서 균열 및 변형되는 것을 방지하기 위해 링형상이나 U자형상으로 형성될 수 있다.

상기 몰딩액재는 실리콘 수지(SiO₂) 분말에 접착제 등을 혼합하여 제작된 것으로 세라믹케이스와 써미스터소자의 틈새에 충진한 후, 열건조하므로써 써미스터소자에 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있다.

도 17a, 17b 및 17c는 써미스터소자의 전극부로부터 리드 인출 방법의 실시일예를 도시한 것으로서, 도 17a는 써미스터소자(100a,100c,100d)의 전극부에 환형 리드(Lead)(322)가 납땜 결합된 것을 도시한 것이고, 도 17b는 써미스터 소재(100a,100c,100d)의 전극부에 판형 리드(Lead)(312)가 납땜 결합된 것을 도시한 것으로 종래의 리드선 인출구조이다.

또한 도 17c는 본 발명에 따른 파워써미스터의 리드선 인출 방법으로서, 봉형 써미스터소자(100c,100d)의 양단의 압입 고정 전극부(113)에 인쇄회로기판에 삽입되어져 납땜 고정되는 고정부(A) 및 방열 효과를 나타내는 중앙의 방열부(D), 써미스터소자의 전극부를 감싸도록 덮여지며 그 외주면이 압착 고정되도록 포밍(Forming) 가공된 접속부(B)가 형성되도록 도전성 금속 판재로 가공하여 이루어진 판형 리드 프레임(Plared Lead Frame)(112)을 끼운 후 외주면(C)에 압력을 가하여 압착, 가공하는 방법을 도시한 것이다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 방열형 세라믹 파워 써미스터의 제조 공정을 설명한다.

도 16은 본 발명의 방열형 세라믹 파워써미스터의 제조 공정의 일예를 도시한 것으로 써미스터의 기본 소재(소성될 재료의 선정 및 분말 가루의 혼합비율)의 설계→분말소재 혼합 및 조성→혼합된 분말의 프레스 압출 성형→압출 성형품의 고온 건조 및 열처리→전극형성(은도금 또는 도전막 증착내지는 도전막 인쇄 및 건조)→환형 리드 와이어(Lead Wire) 납땜내지는 판형 리드 프레임(12)의 압착(Clamping)고정→세라믹계열 분말을 적어도 한면이 개구부가 형성되도록 하여 박스(Box) 형태로 압출 성형후, 건조한 다양한 방열 구조의 모양을 갖는 세라믹 케이스에 앞 공정의 완성품을 삽입한다→실리콘계 몰딩(Silicin Molding)액재로 세라믹케이스와 리드가 고정된 써미스터소자 사이의 틈새를 충진시킨다→부품 규격 및 고유 번호 마킹(Marking)→제품 포장 순서로 제조되어진다.

상기와 같이 구성된 전원 안정화 제어기 회로에 구동전압과 제어신호를 공급하는 전선을 연결시기 위한 구조를 설명하면 다음과 같다.

도 25a는 본 발명에 따른 전원 안정화 제어기용 터미널블록과 회로기판의 일예를 개략적인 사시도이고, 도 25b는 본 발명에 따른 전원 안정화 제어기용 터미널블록과 회로기판의 일예를 도 25a의 A-A에서 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 안정화 제어기 회로기판에 일체로 형성된 터미널블록의 구조는 기판고정체(520)의 일측에 기판고정체(520)와 일체로 형성된 터미널블록(520a)을 구비하고 있다.

상기 터미널블록(520a)은 전원 안정화 제어기 회로에 입력되는 구동전류나 제어신호의 입력단자 역할을 하는 판터미널(530)들이 고정되어지는 부분으로 판터미널(530)을 안정적으로 고정시키기 위해 판터미널(530)과 같은 폭을 갖는 터미널고정요홈(530c)이 다수개 형성되어 있으며, 터미널고정요홈(530c)과 터미널고정요홈(530c) 사이에는 터미널 사이의 절연을 위한 절연벽(530b)이 형성되어 있다.

또한 상기 터미널블록에는 도 25b에 도시한 바와 같이, 제어기나 전원으로부터의 제어신호나 구동전류를 상기 전원 안정화 제어기 회로로 전달하는 전선의 단부에 고정된 링터미널(550)을 판터미널(530)에 고정시키는 고정나사(540)의 단부가 충분히 삽입될 수 있도록 고정나사 삽입공간이 형성되어 있다. 또한 상기 판터미널(530)은 그 일측단부가 회로기판을 관통하여 회로기판의 저면에 형성된 인쇄회로에 접속된 상태로 납땜(510a)되어지며, 타측단부는 터미널블록(520a)에 형성된 터미널고정요홈(530c)에 삽입고정된 상태로 설치되며, 일측단부에는 고정나사(540)가 조여지는 링터미널고정공(530a)이 형성되어 있어 링터미널(550)이 고정되어진다.

상기와 같이 구성된 터미널블록을 갖는 전원 안정화 제어기 회로의 조립단계를 간단히 설명하면 다음과 같다.

전원 안정화 제어기 회로가 구성된 회로기판의 판터미널(530) 고정을 위한 통공에 회로기판의 상부면으로부터 판터미널(530)의 일측단부를 삽입시켜 그 단부가 회로기판(510)의 저면으로 돌출되게 한후, 회로기판(510)의 저면에 인쇄된 인쇄회로에 접속된 상태로 납땜(510a)한다.

상기와 같이 판터미널(530)이 회로기판(510)에 고정된 상태에서 상기 판터미널(530)의 타측단부 즉, 링터미널고정공(530a)이 형성된 단부가 터미널블록(520a)에 형성된 터미널고정요홈(530c)에 삽입된 상태가 되도록 회로기판(510)을 기판고정체(520)에 올린 후 고정나사(540)나 기타 고정수단으로 회로기판(510)을 기판고정체(520)에 고정시킨다.

회로기판(510)이 고정된 기판고정체(520)의 일부에 형성된 고정깃에 고정나사를 조여 기판고정체를 전기,전자 기기의 일측에 고정시키므로써 회로기판(510)과 터미널블록(520a)이 고정되게 된다.

이와 같이 전기,전자 제품에 고정된 터미널블록의 판터미널의 링터미널고정공에 상용전원이나 제어기로부터 인출된 전선의 단부에 설치된 링터미널을 나사고정하므로써 전기,전자 제품의 전원 안정화 제어기 회로와 제어부 사이의 전기적인 연결이 완료된다.

도 26a는 본 발명에 따른 전원 안정화 제어기용 터미널과 회로기판의 또다른 일예를 개략적인 사시도이고, 도 26b는 본 발명에 따른 전원 안정화 제어기용 터미널과 회로기판의 또다른 일예를 도 26a의 A-A에서 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 안정화 제어기 회로의 터미널은 회로기판에 일체로 형성되어진다.

상기 회로기판은 기판고정체의 상부면에 기판고정체와 일정한 거리로 이격된 상태로 설치되어지며, 송풍기나 콤프레셔 등 유도성부하에 공급되는 전원을 안정화시켜 유도성부하의 오동작을 방지하며, 제어기로부터 전달되는 제어신호에 따라 유도성부하를 제어한다.

상기 회로기판의 일측 즉, 전원입력단이나 신호입력단이 위치되는 곳에는 터미널이 설치되어지며, 상기 터미널은 도 26b에 도시한 바와 같이, 회로기판(610)을 관통하여 그 하단은 상기 전원 안정화 제어기 회로의 신호입력단에 전기적으로 접속된 상태가 되도록 납땜(650)에 의해 고정되며, 타측단부는 회로기판의 상부면으로 돌출된 상태가 된다.

상기와 같이, 회로기판상에 일체로 형성된 터미널의 단부에는 전선의 단부에 설치된 플러그(640)가 삽입된다.

상기 플러그(640)는 제어기로부터 인출되어 유도성부하에 구동전류나 제어신호를 전달하는 전선의 단부에 전기적으로 접속된 상태로 설치되어지며, 상기 터미널(630)이 삽입되므로써 상기 제어기로부터의 신호를 유도성부하에 전달하는 역할을 한다.

이와 같이 구성된 터미널블록을 갖는 전원 안정화 제어기 회로의 구성절차를 간단히 설명하면 다음과 같다.

전원 안정화 제어기 회로를 구성하는 구성 소자들을 회로기판의 각 부분에 배열, 설치한 후 신호입력단에 형성된 터미널고정공에 터미널(630)의 일측단부를 삽입시킨 후, 회로기판(610)상에 인쇄된 인쇄회로와 접속된 상태가 되도록 상기 터미널(630)을 납땜(650)하여 전원 안정화 제어기 회로를 구성하고 구성이 완료된 회로기판(610)을 기판고정체(620)의 상부면에 올리고 고정나사 등으로 고정시킨다.

이와 같이 회로기판이 고정된 기판고정체(620)의 일부에 형성된 고정깃을 전기,전자 제품의 일부에 나사고정시킴으로서 전원 안정화 제어기 회로의 설치는 완료되고 상기와 같이 전기, 전자제품에 설치된 전원 안정화 제어기 회로의 기판에 형성된 터미널에 제어기나 상용전원으로부터 인출된 전선의 단부에 설치된 플러그를 삽입시키므로써 실내기와 실외기의 전기적인 접속이 이루어진다.

이하 본 발명에 따른 터미널구조를 갖는 대용량 유도성 부하를 갖는 전기,전자 기기의 전원 안정화 제어기와 이 전원 안정화 제어기용 파워 써미스터의 구성 및 작용을 요약한다.

대용량 유도성 부하를 갖는 제품의 종류는 다양하나 본 발명에서는 전기적 장해 발생의 대표적인 케이스인 냉난방기기를 기준으로 하여 서술하였다.

본 발명의 대용량 유도성 부하를 갖는 전기,전자 기기의 전원 안정화 제어기는 부하 개시 신호(18) 입력 후 전원 통전개시접점(1)이 온되어 부하 기동 시작때 순간 돌입전류 및 전원 전압 강하 현상의 장해가 발생되는 시간 동안은(도 10a,도 10b) 전류제한소자와 병렬로 결선된 전류제한접점(2), 전류제한접점(2'), 전류제한접점(2")(도 8a내지 도 8h)를 일정시간 지연시키며 순차적으로 (도 11a, 도 11b, 도 12d, 도 14a, 도 14c 및 도 14e) 온되도록 하여 돌입 전류와 전원 전압 강하를 억제하고 부하 개시 신호(18)가 차단되면 역순으로 (도 9a) 접점이 오프되록 제어하여 낮은 전압에서 부하가 오프되어 역기 써지전압을 감쇄토록(도 10a, 도 10b) 제어한다.

본 발명에 따른 방열형 세라믹 파워써미스터는 환봉형 또는 각봉형내지는 디스크형 써미스터소자(100a,100c,100d)의 전극부와 전기적 인출 역할의 판형 리드 프레임을 압착 또는 납땜 고정으로 전기적 결합을 시킨후, 세라믹계의 재료로 소성된 세라믹케이스에 넣고, 실리콘계 수지에 점착제를 혼합한 몰딩액제로 틈새를 충진시킨후, 가열 건조하여 고형화시켜 구성된 것이다.

이상과 같이 본 발명의 전원 전압 안전화 제어기에 의하면 순간 돌입 전류, 전원 전압 강하, 역기 써지 전압 등의 전기적 장해를 억제 또는 감쇄가 되어지므로써 마그네틱 계전기나 교류형 파워 릴레이를 직류 릴레이로 대처하여 제조 원가 부담을 감소시켰으며, 상기한 전기적 장해로 인한 타 전기,전자 기기의 오동작을 방지하는 효과가 있고, 돌입전류의 억제로 전력소비 비용 절약에도 효과가 있으며, 대용량 유도성 부하를 낮은 전압에서 온,오프시키는 일명 소프트 스타트(Soft Start), 소프트 스톱(Soft Stop)을 실현하는 저렴한 원가의 직류형 유접점 릴레이를 이용한 전력 안정화 제어기를 제공함이 본 발명의 효과인 것이다.

또한 본 발명은 방열형 세라믹 파워써미스터에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째로 종래의 디스크형 파워 써미스터는 외피복을 에폭시 몰딩으로 처리하여 피막의 두께가 얇고, 세라믹계의 재질보다 열방산시의 절연 내력이 뒤떨어지는 것은 본 발명의 지식인이라면 용이하게 이해 할 수 있는 것이며, 종래의 와샤형 파워 써미스터는 써미스터소자가 개방되어져 있어 절연 내력이 약하다는 것은 통상적인 상식으로도 능히 이해 할 수 있는 것이다. 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 본 발명에서는 세라믹류 재료로 소성한 케이스를 이용하여 써미스터를 감싸주므로서 전기적 절연 효능을 향상시키는 효과가 있으며, 둘째로 종래의 디스크 에폭시 몰딩형 파워 써미스터는 열방산 효율이 낮아 전원의 온(On), 오프(Off) 반복이 빈번한 대전류 전원 안정화 제어 회로에서는 다수개를 직렬로 결선하여야 하는 원가적 부담이 있으며, 다수개를 사용할 경우 외피복간의 접촉으로 절연 파괴가 발생할 우려도 있으며, 특히 발열이 심한 리드의 납땜부가 스파크 발생 등의 전기적 장해로 이어지는 경우가 있음을 본 발명의 지식인이라면 용이하게 이해되어지는 것으로 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 본 발명에서는 대전류급의 세멘트 저항기 케이스 재료로 이용되는 방열성이 높은 세라믹류의 케이스로 써미스터 소자의 열방산 효능을 향상시켰으며, 판형 리드 프레임을 이용하여 전극과 압착 결합 인출시킴으로서 판재에 의한 방열 면적이 넓어져 리드 결합부의 방열 효능이 향상되므로 디스크형 파워 써미스터보다 방열 효능이 우수해져 대전력 전원 안정화 제어 회로에 다수개를 사용할 필요가 없어져 원가 절감에 효과가 있으며, 리드의 전기적 접속이 판형 부재를 이용한 공지된 압착방식으로 이루어지므로 인하여 전기적 스파크 발생 장해 현상도 개선하는 것이 본 발명의 효과인 것이며, 셋째로 세라믹 케이스의 모양 및 형태가 압출틀에 의해 소성 가공되어지므로 다양한 모양을 연출할 수 있어 종래의 에폭시 몰딩형과 와샤형의 제조 특성상 외형을 자유롭게 변화를 줄 수 없는 단점을 개선하므로서, 파워 써미스터의 시간적 변화 온도와 저항치의 변화 비율의 전기적 특성의 조절을 자유롭게 할 수 있는 것이 본 발명의 효과인 것이며, 넷째로 종래의 에폭시 몰딩형 써미스터는 피복이 얇고, 와샤형은 노출되어 있어 대기의 주위 온도에 민감하게 반응하는 전기적 특성 장해 형상이 있었으나 본 발명에서는 세라믹 케이스를 이용함으로서 단열 효과가 향상되어 상기한 전기적 특성 장해 형상을 개선하는 효과가 있는 것이다. 또한 다섯째로 종래의 에폭시 몰딩형 파워 써미스터는 전원의 빈번한 온(On) 오프(Off)시 발열된 상태가 초기 온도로 복귀하는데는 수~수십분간 지연 시간이 필요하여 전자렌지 또는 에어컨내지는 기타 산업용 모터 콘트롤러의 전원 안정화 제어에는 부적합하고 와샤형의 경우는 습기가 많은 주방용 제품 또는 온도차로 이슬 맺힘이 발생하는 에어컨, 냉장고 및 옥외용의 산업장치에는 써미스터소자가 노출되어짐으로 인하여 습기로 인한 오동작 우려 때문에 사용상의 제약 조건이 따르는 문제가 있음을 본 발명의 지식인 이라면 용이하게 알 수 있는 사실이며, 본 발명에서는 상기한 문제점을 개선하기 위하여 세라믹 케이스 봉입형으로 제조한 것이다.

상기한 세라믹 케이스의 형상은 도면에는 미도시하였지만 원통형 내지는 각통형, 원뿔형등으로 다영한 모양으로 제조할 수 있다는 장점이 있으며, 상기한 효과 이외에 저렴한 가격으로 대용량급의 파워 써미스터를 제공하는 효과 및 포장비의 저렴성 등의 효과도 제공된다.

또한 상기와 같이 송풍기와 콤프레셔 등의 유도성부하에 공급되는 전원을 안정화시키고 제어신호를 전달하는 전원 안정화 제어기 회로기판에 터미널을 일체로 형성시키므로써 종래 별도의 터미널블록을 이용시 사용되는 터미널블록을 사용하지 않으므로 터미널블록의 제작 및 고정에 사용되는 자재비를 점감시킬 수 있을 뿐만아니라 이의 조립에 소모되는 시간을 절감하므로써 생산비를 감소시키는 효과가 있다.

Claims (17)

1. 대용량 유도성 부하의 온,오프시 전기적인 장해 현상을 억제하는 전원 안정화 제어기에 있어서,

   변압회로(20), 정류회로(21), 평활회로(21a), 다수의 릴레이 접점(1, 2, 2'..)을 개폐하는 직류형 릴레이(42), 릴레이의 온 또는 오프를 선택 지연하여 접점의 순차적 동작을 제어하는 순차제어회로(24a,24b), 전류제한소자(43)와 접점이 병렬로 결선된 전류 제한접점회로(25)로 구성된 전원 안정화 제어기로서,

   부하 동작 개시때 상기 릴레이(42)의 접점중 통전개시접점(1)이 먼저 온되어 전류 제한된 낮은 전압으로 통전한 후, 전류제한접점들(2,2'…)이 차례로 온되어져 부하에 정상 전압이 통전되고, 부하 멈출 때 전류제한접점(…,2',2)이 먼저 차례로 오프되어 부하에 인가된 전압을 낮게 한 후, 부하 통전개시접점(1)이 오프되어지도록 순차 제어되므로써 부하의 동작이 전류 제한 회로에 의해 통전 전압이 낮아진 상태에서 기동 및 멈춤줄 수 있도록 하는 특징으로 하는 유접점 제어 방식의 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로.
2. 제 1 항에 있어서, 직류형 릴레이(42)의 순차 제어 회로(24)가 저항(49)과 콘덴서(47)의 충반전 시정수 제어 및 제너다이오드(51)의 브레이크다운 특성과 스위칭 역할의 트랜지스터(52)로 구성되어져 복수의 릴레이를 순차적으로 온, 오프 제어함을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로.
3. 제 1 항에 있어서, 직류형 릴레이(42)의 순차 제어 회로(24)가 저항(49)과 콘덴서(47)의 충방전 시정수 제어 및 직류 릴레이(42)의 기동, 복귀 전압 특성 차이와 콘덴서의 방전 통로 제어용 다이오드(50a, 50b,……)로 구성되어져 다수의 직류 릴레이를 순차적으로 온, 오프제어함을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로.
4. 제 1 항에 있어서, 직류형 릴레이(42)의 순차 제어 회로(24)가 마이컴(60)의 메모리된 프로그램에 의해 다수의 직류 릴레이를 순차적으로 온,오프제어함을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로.
5. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 항에 있어서, 순차제어되는 직류형 릴레이의 접점 회로를 구성함에 있어, 부하 전원을 온,오프 제어하는 통전개시접점(1)과 전류제한소자(43)와 병렬로 결선된 전류제한접점(2, 2', 2" …)이 부하측의 전원 입력선의 일측단 또는 양단에 직렬로 회로 결합되어져 있는 것을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로.
6. 제 1 항에 있어서, 회로적 순차제어를 기계적 순차 제어 기능으로 대체하는 다접점을 갖으면서 고정접점(46h, 46f)과 가동접점(46g)의 간극이 접점 쌍마다 다른 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로.
7. 전원 안정화 제어기에 있어서,

   세라믹 분말 재료를 압출 성형후 가열 건조하여 소정의 형태를 한 적어도 한면이 개구부로서 제공되는 세라믹케이스(111)와 ;

   써미스터 분말 재료를 압출 소성한 써미스터소자(100c)와 ;

   인쇄회로 기판에 삽입되어져 고정되는 납땜고정부(A)와 열을 방출시키는 방열부(D), 써미스터소자의 전극부가 삽입되는 고정부(B)로 구성되며 도전성 금속 판재를 가공하여 이루어진 판형 리드프레임(112)과 ;

   세라믹케이스와 써미스터소자 사이의 틈을 충진하여 고착화하기 위한 실리콘 수지 분말과 점착제등이 혼합된 몰딩액재(132)로 구성되어짐을 특징으로하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터.
8. 써미스터의 기본 재료를 소정의 전기적 특성에 맞도록 선정한 후 재료들의 혼합 비율을 설계한 후, 분말 소재 혼합하고, 혼합된 분말의 프레스 압출 성형후, 압출 성형품의 고온 건조로 소성하고, 전극(112)을 형성한 후, 판형리드프레임(112)을 고정하여 형성된 써미스터소자(100c)를,

   세라믹 분말로 적어도 한면에 개구부가 형성되도록한 박스 형태로 압출성형 및 건조한 방열구조를 갖는 세라믹 케이스의 내부에 앞 고정의 완성품을 삽입한 후, 실리콘 분말과 점착제로 혼합 조성된 몰딩액제(132)를 세라믹케이스(111)와 써미스터소자(100c) 사이의 틈에 넣어 고형화한 후, 부품 규격 및 고유 번호를 마킹하여 이루어지는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터의 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 전극(112)은 은도금 증착에 의해 형성됨을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터의 제조 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 전극(112)은 도전막 인쇄에 의해 형성됨을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터의 제조 방법.
11. 제 7 항 및 제 8 항에 있어서, 세라믹케이스(111)가 테프론 수지를 압출성형하여 제조되어짐을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터의 제조 방법.
12. 제 7 항 및 제 8 항에 있어서, 상기 세라믹케이스(111)가 베크라이트 수지를 압출성형하여 제조되어짐을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터의 제조 방법.
13. 제 7 항 및 제 8 항에 있어서, 상기 세라믹케이스(111)가 방열을 위한 방열구조를 갖도록 알루미늄으로 제작됨을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터의 제조 방법.
14. 제 7 항 및 제 8 항에 있어서, 상기 서미스터소자(100c)가 가열소성과정에서 균열 및 변형되는 것을 방지하기 위해 링형상으로 형성됨을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터의 제조 방법.
15. 제 7 항 및 제 8 항에 있어서, 상기 판형리드프레임(112)은 납땜에 의해 써미스터소자(100c)에 고정됨을 특징으로 하는 대용량 유도성 부하의 전원 안정화 제어회로에 이용되는 파워 써미스터의 제조 방법.
16. 유도성부하를 갖는 전기,전자 제품에 공급되는 전원을 안정화시키는 전원 안정화 제어기 회로가 형성된 회로기판에 있어서,

    상기 전원 안정화 제어기 회로가 구성된 회로기판(510)을 보호 및 지지하기 위한 기판고정체(520)의 일측에 판터미널(530)이 삽입고정되는 터미널고정홈(530c)이 형성된 터미널블록(520a)을 일체로 형성시키고, 상기 전원 안정화 제어기 회로에 전기적으로 접속된 판터미널(530)을 상기 터미널고정홈(530c)에 설치하여 링터미널(550)이 삽입되어질 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 전원 안정화 제어 회로용 터미널블록.
17. 유도성부하를 갖는 전기, 전자 제품에 공급되는 전원을 안정화시키는 전원 안정화 제어기 회로가 형성된 회로기판에 있어서,

    그 단부가 회로기판(610)의 인쇄회로와 접속된 상태가 되게 납땜에 의해 고정되어지며, 타측단부가 회로기판(610)의 상단으로 돌출되게 설치되어진 터미널(630) 및

    외부로부터 인입되는 전선의 단부에 연결되며, 상기 터미널(630)의 단부가 삽입되어 상기 전원 안정화 제어기 회로와 전선 사이가 전기적인 통전상태가 되게 하는 플러그(640)로 구성을 특징으로 하는 전원 안정화 제어 회로용 터미널블록.