KR200250406Y1

KR200250406Y1 - 열전소자를 사용한 저장고 [온장고 또는 냉장고]의온도제어용 전원장치

Info

Publication number: KR200250406Y1
Application number: KR2020010018536U
Authority: KR
Inventors: 김진국
Original assignee: 하가전자 주식회사
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2001-11-16

Abstract

본 고안은 입력전원 정류 회로블럭 (1), 스위칭 회로블럭 (2), 스위칭 트랜스 (3), 출력전원 회로블럭 (4), 피드백 회로블럭 (5)으로 구성되는 열전소자를 사용한 저장고[냉장고, 온장고 또는 냉·온장고]의 온도제어용 전원장치에 관한 것으로서 저장고에 사용된 열전소자용 출력전압이 저장고의 고내온도가 목표치에 도달할 때까지, 즉 냉각 [또는 가열]시는 열전소자의 정격전압이 출력되도록 하고 저장고의 고내온도가 목표치에 도달하면, 즉 보냉 [또는 보온]시는 외부환경에 따라 달라질 수 있는 보냉 [또는 보온]전압을 스스로 찾아 직류전원 공급장치의 출력전압 자체가 그 보냉 [또는 보온전압]이 출력되도록 하여 저장고에 고용량의 릴레이나 스위칭 소자 또는 별도의 제어용 마이콤과 펄스폭 제어회로를 사용할 필요가 없도록 함으로써 저장고에 사용된 열전소자의 수명을 향상하고 저장고의 에너지 효율을 올리면서 저장고의 가격 경쟁력을 상승시키도록 하는 저장고의 온도제어용 전원장치를 제공하는 것에 관한 것이다.

Description

열전소자를 사용한 저장고 [온장고 또는 냉장고]의 온도제어용 전원장치{omitted}

본 고안은 열전소자를 사용한 저장고의 온도제어용 전원장치에 관한 것으로서 저장고의 고내온도가 목표치에 도달하지 않았을 때에는 열전소자의 정격전압 [정격전압은 열전소자의 특성에 의하여 정해지는데 통상 DC 12V임]을 출력하고 저장고의 고내온도가 목표치에 도달하게 되면 보냉 [또는 보온]에 필요한 전압을 스스로 찾아가 그 전압을 유지하도록 하여 열전소자를 사용한 저장고의 효율과 신뢰성 및 가격 경쟁력을 상승시키는 것에 관한 것이다.

열전소자 [Thermo Electric Couple]는 직류전원 입력단자에 직류전압을 가하면 열이 이동하여 한쪽면은 차가워지고 다른 한쪽면은 뜨거워지는 특성을 가지고 있어 차가워지는 쪽에 열전도율이 좋은 탱크를 밀착시키고 뜨거워지는 쪽에는 방열판을 밀착시켜 팬으로 불어서 식히는 구조로 저장고를 만들면 냉장고가 된다. 이때 입력전압의 극성을 바꾸면 열의 이동방향이 반대로 바뀌어 온장고가 되기 때문에 열전소자를 사용하면 냉·온장고의 구성이 간단해지는 장점이 있다. 따라서 열전소자를 사용한 저장고에 있어서는 수십왓트 내지 수백왓트 용량의 도1과 같이 구성되는 직류전원 공급장치가 필요하다.

이러한 저장고에 있어서는 저장고의 고내에 온도감지센서 [통상 써미스터]를 부착하여 고내온도가 목표치에 도달하면 직류전원을 차단하고 고내온도가 상승하면 다시 직류전원을 인가하는 식의 온·오프 [ON·OFF]제어를 하게 되는데 이때는 오프기간에 저장고의 냉기 [또는 온기]가 열전소자와 방열판을 통하여 외부로 빠져나가기 때문에 냉장 [또는 온장]효율이 떨어지고, 또 열전소자는 온·오프 싸이클을 반복하기 때문에 수명이 짧아지는 단점이 있을 뿐 아니라 수십 암페어 용량의 릴레이나 스위칭 소자를 필요로 한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 직류전원 공급장치의 후단에 펄스폭 변조회로 [PWM]를 두어 저장고의 고내온도가 목표온도에 도달할 때 까지는 열전소자의 정격전압을 풀[Full]로 가하고, 고내온도가 목표치에 도달하면 마이콤으로 펄스폭 [PWM]제어하여 열전소자에 정격전압보다 낮은 보냉 [또는 보온]이 되는 전압이 가해지도록 하였다. 이 경우는 열전소자의 수명이 단축되는 단점은 개선이 되지만 수십 암페어 용량의 펄스폭 변조회로와 제어용 마이콤 및 그 주변회로가 필요하기 때문에 상당한 원가상승의 부담을 감수해야만 하였다.

본 고안은 열전소자를 사용한 저장고에 있어서의 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 저장고의 고내온도가 목표치에 도달하지 않았을 때에는 직류전원 공급장치의 출력전압이 열전소자의 정격전압이 출력되도록 하고 저장고의고내온도가 목표치에 도달하면 외부환경에 따라 달라질 수 있는 보냉 [또는 보온]전압을 스스로 찾아 직류전원 공급장치의 출력전압 자체가 그 보냉 [또는 보온]전압 [보냉 (또는 보온)전압 〈 정격전압의 관계가 있음]이 출력되도록 하여 저장고에 사용된 열전소자의 수명을 향상시키고 저장고의 에너지 효율을 올리면서 저장고의 가격쟁쟁력을 상승시키도록 하는 저장고의 온도제어용 전원장치를 제공하는데 있다.

도1은 종래의 전원장치

도2는 본 고안에 의한 열전소자를 사용한 저장고의 온도제용 전원장치

〈도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명〉

ACIN ; AC 상용전원 입력 D₁∼ D₁₃; 제1 ∼ 제13 다이오드

F₁; 휴즈 R₁∼ R₁₉; 제1 ∼ 제19 저항

C₁∼ C₉; 제1 ∼ 제9 콘덴서 IC₁; 스위칭 IC

L₁;코일 IC₂; 프로그램 가능한 레퍼런스 IC

NTC₁; 부특성 써미스터 IC₃; 정전압 IC

PC₁∼ PC₂; 제1 ∼ 제2 포토커플러 HV_CC; 열전소자용 출력전압

OP₁∼ OP₃; 제1 ∼ 제3 OP앰프 LV_CC; IC전원용 전압

OUT1 ; 열전소자용 출력전압 단자

OUT2 ; 팬모터용 출력전압 단자

Sensor IN ; 온도센서 입력 단자

1 ; 입력전원 정류 회로블럭

2 ; 스위칭 회로블럭

3 ; 스위칭 트랜스

4 ; 출력전원 회로블럭

5 ; 피드백 회로블럭

상기한 과제를 해결하기 위한 본 고안에 의한 저장고의 온도제어용 전원장치의 제 1특징은 저장고의 고내온도가 목표치에 도달하지 않았을 때에는 온도제어용 전원장치의 출력전압은 저장고에 사용된 열전소자의 정격전압으로 출력하고, 저장고의 고내온도가 목표치에 도달하였을 때에는 스스로 보냉 [또는 보온]에 필요한 전압을 찾아 그 보냉 [또는 보온]전압으로 출력하는 것이다. 본 고안의 제2 특징은 냉각 [또는 가열]시 열전소자용 전압이 정격전압일 때에는 열전소자용 전원을 팬모터 전원으로 사용하고 보냉 [또는 보온]시 열전소자용 전압이 저전압으로 떨어질 때에는 열전소자용 권선과 반대방향의 저전압용 권선으로 부터의 전원을 팬모터 전원으로 사용하여 팬모터를 효율적이고 안정적으로 구동하는 것이다. 또한 본 고안의 제 3특징은 저장고의 온도감지 센서가 개방 [OPEN]되거나 온도제어용 전원장치의 출력단이 접지와 단락[Short]되면 이것을 스위칭회로에 궤환하여 전원회로를 보호하는 것이다.

이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 도2를 참조로 하여 설명한다. 도1과 같이 구성된 종래의 전원장치에 있어서는 출력전압 [OUT1]은 프로그램 가능한 레퍼런스 IC [IC₂]의 기준전압이 2.5V인 것을 사용하면

로 일정하게 된다. 예를 들어 R7 = 1㏀, R6 = 4㏀으로 하면 출력전압 Out₁은

로 되어 출력전압 12.5V의 전원공급 장치가 된다. 도2와 같이 구성된 본 고안에 의한 온도제어용 전원장치에 있어서는 기준전압을 V_ref라고 하면

가 되어 R₉= R₈= 1㏀, L_VCC= 5V로 하면 기준전압 V_ref= 2.5V가 된다.

이때 온도감지 센서의 저항치가 목표온도에서의 저항치 보다 작을 때에는 제2 OP앰프[OP₂]의 출력은 로우 [Low]가 되어 출력전압을 H_VCC라 하고 R₉= R₈= 1㏀, L_VCC= 5V로 하여 V_ref= 2.5V가 되도록 하면

가 되어 H_VCC가 열전소자의 정격전압이 되도록 설정할 수가 있다. 예를 들어 열전소자의 정격전압이 12.5V라 할 때 식(3)에서가 되도록 하면 되므로 R₇= R₁₀= 2㏀, R₆= 4㏀로 하면 출력전압 H_VCC= 12.5V를 얻을 수 있다.

도2에서 R₁₃= R₁₅= 10㏀로 하고 R₁₄의 저항치를 저장고의 저장 목표온도에서의 온도감지 센서의 저항치와 같게 [예 0℃에서의 저항치 24㏀로] 설정하면 온도감지 센서의 저항치가 R₁₄보다 커지게 되면 제2 OP앰프의 출력이 하이 [High가 되어 열전소자에 가하는 출력전압 H_VCC가 내려가 보냉전압을 찾아가게 된다. 또 도2에서 온도감지센서가 개방 [OPEN]되거나 전원장치의 출력단이 접지와 단락 [Short]되면 제3 OP앰프의 출력이 로우 [Low]가 되어 제2 포토 커플러 [PC2]가 작동하여 전원장치를 보호하게 된다. 이것은 스위칭 회로블럭 (2)이 스위칭 IC (IC₁)의 4번 단자가 접지되면 전원회로의 출력단이 단락 [Short]된 것으로 판단하여 화재예방 및 회로보호를 위해 동작을 멈추는 기능이 내장되어 있기 때문이다. 열전소자를 사용한 저장고에 있어서 방열판을 식히기 위하여 팬모터를 사용하게 되는데 제2 출력 단자 [Out2]는 팬모터용 전원을 공급하는 단자이다.

본 고안에 있어서는 열전소자용 권선과 반대방향의 저전압용 권선을 하여 여기서 얻는 전압으로 IC 구동용 전원과 보냉시의 팬모터 구동전원으로도 사용하기때문에 열전소자용 출력전압이 저전압으로 떨어지더라도 제어용 OP앰프와 팬모터는 안정적으로 동작한다. 이것은 정권선으로 부터의 전압이 떨어지면 역권선으로 부터의 전압은 상승하기 때문이다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 열전소자를 사용한 저장고의 온도제어용 전원장치를 사용할 경우 열전소자의 수명을 연장하고 저장고의 효율을 높일 수 있으며, 또 별도의 제어기와 스위칭 소자가 필요없어 가격 경쟁력을 상승시키는 효과가 있다.

Claims

입력전원 정류회로블럭 (1), 스위칭 회로블럭 (2), 스위칭 트랜스 (3), 출력전원 회로블럭 (4), 피드백 회로블럭 (5)으로 구성된 저장고의 온도제어용 전원장치에 있어 피드백 회로블럭 (5)의 구성을 OP앰프로 2단 [OP₁, OP₂]으로 구성한 후 포토 커플러를 통하여 스위칭 회로블럭 (2)으로 피드백하되, 제1 OP앰프 [OP₁]는 기준전압 설정 및 출력전압 설정용으로 하고, 제2 OP앰프 [OP₂]의 출력은 저항 [R₁₀]을 통하여 제1 OP 앰프 [OP₁]의 부(-)입력단자에 중첩하여 구성하고 제2 OP 앰프 [OP₂]의 입력단자의 한쪽에는 저장고의 목표온도 설정용 저항 [R₁₃, R₁₄]을 접속하고 제2 OP앰프의 다른 한쪽 입력단자에는 온도감지 센서를 접속하도록 구성해서 저장고의 고내온도가 목표치에 도달하지 않았을 때에는 제2 OP앰프의 출력이 로우 [Low]가 되도록하고 저장고의 고내온도가 목표치에 도달하면 하이 [High]가 출력되도록 하여 열전소자를 사용한 저장고의 온도를 자동 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 열전소자를 사용한 저장고의 온도제어용 전원장치.
1항에 있어 스위칭 트랜스 (3)의 2차측 권선을 열전소자용 권선과 저전압용 권선으로 분리하되 저전압용 권선을 열전소자용 권선과 반대방향으로 권선해서 보냉시 열전소자용 전압이 떨어지더라도 저전압용 권선전압은 떨어지지 않도록 하여 이것을 정류해서 IC구동용 전압원으로 사용하고 보냉시는 이 전원을 팬모터용 전압으로 사용하는 것을 특징으로 하는 저장고의 온도제어용 전원장치.
1항에 있어 피드백 회로블럭 (5)에 제2 포토 커플러 [PC₂]와 제3 OP앰프 [OP₃]를 추가하여 구성하되 제2 포토 커플러의 입력단은 제3 OP앰프의 출력과 연결하고 제3 OP앰프의 정(+)입력단은 다이오드 [D₁₃]를 통하여 상기 열전소자용 출력전압 단자[H_VCC]에 연결하고 제3 OP앰프의 부(-)입력단은 온도감지용 센서를 통하여 접지하며 상기 제2 포토 커플러의 출력단은 제1 포토 커플러의 출력과 병렬 연결하여 구성해서 열전소자용 전원단자가 접지와 단락 [Short]되거나 상기 온도감지용 센서가 개방[OPEN]될 때는 상기 제2 포토 커플러가 온 [ON]되어 전원회로를 보호하도록 한 것을 특징으로 하는 저장고의 온도제어용 전원장치.