KR20030019923A

KR20030019923A - 전열매트용 온도조절기

Info

Publication number: KR20030019923A
Application number: KR1020030005833A
Authority: KR
Inventors: 김동열
Original assignee: 김동열
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2003-03-07
Also published as: KR100467649B1

Abstract

본 발명은 감열선을 이용하여 매트전체의 온도를 정확하게 감지할 수 있는 전열매트용 온도조절기에 관한 것으로, (-)교류전원전압 인가시 SCR이 OFF된 상태에서 온도검출부에 의한 (-)센서전압의 검출과 온도설정부에 의한 기준전압의 검출에 의해 상세되는 결과전압을 산출하여 온도비교부에서 GND 전압과 비교하여 HIGH/LOW 출력상태를 저장할 수 있도록 하되, 교류전원부에 의한 (+)전원전압 인가시 상기 저장된 HIGH/LOW 출력상태에 따라 SCR을 트리거시킬 수 있도록 하고, 제로전압검출부를 통해 제로점트리거전압을 생성하여 상기 SCR을 트리거할 수 있는 전압· 전류의 변화를 최소화할 수 있도록 하여 정확한 온도조절이 이루어질 수 있도록 함과 동시에 EMI전자파 발생을 억제하도록 하고, 과전류발생 및 발열로 인한 회로 오작동시 자동적으로 회로를 단선시키기 위한 퓨즈를 함께 구비하여 만일에 발생할 수 발열사고 및 안전사고를 방지할 수 있도록 한 전열매트용 온도조절기에 관한 것이다.

Description

전열매트용 온도조절기{Thermostat for electric heating mat}

본 발명은 감열선(발열부)을 이용하여 매트전체의 온도를 정확하게 감지할 수 있는 전열매트용 온도조절기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류전원부에 의한 (-)전원전압 인가시 온도검출부로부터의 (-)센서전압을 검출하고 온도설정부로부터 기준온도전압을 검출하여 상쇄되고 남은 결과전압을 온도비교부에서 GND 전압과 비교하여 최종출력의 HIGH/LOW 레벨 상태를 저장하도록 하고, (+)전원전압 인가시 상기 저장된 최종출력의 산출레벨에 따라 SCR을 트리거시킬 수 있도록 하여 온도의 조절이 정확하게 이루어질 수 있도록 하되, 제로전압검출부를 통해 생성되는 제로점트리거전압에 의해 상기 SCR을 트리거할 수 있는 전압·전류의 변화를 최소화하여 EMI전자파 발생을 억제하도록 하며, 저항 및 퓨즈를 함께 구비하여 과전류의 공급이나 화재로 인한 회로 오작동시 자동적으로 회로를 차단하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 전열매트용 온도조절기에 관한 것이다.

점차적으로 우리의 생활방식이 기존의 온돌구조 난방시스템에서 서구식 주거 형태로의 전환이 이루어지고 있고 이러한 상황에서 침대를 사용하는 난방형태를 선호해 가고 있는 추세이며, 이렇게 침대로의 전환은 결과적으로 여름에는 덥고 겨울에는 춥게되는 불편한 점이 있어, 기존의 온돌방에 익숙한 사람들에게 있어서는 건강에 치명적인 영향이 있으며 현재 수명의 노령화로 인한 노인인구의 증가로 인해 건강에 많이 관심이 가는 것이 사실이다.

따라서, 온기가 없는 실내의 찬 바닥면을 일정온도로 따뜻하게 유지하기 위하여 전열매트를 사용하게 되는데, 종래의 전열매트는 감열선을 이용한 위상제어방식과 온도센서(써미스터)를 이용한 ON/OFF 제어방식을 이용하여 매트를 따뜻하게 하는 것을 그 주요 요지로 하는 바, 상기 감열선에 의한 위상제어방식은 온도에 대한 정확성이 없을 뿐만 아니라 사람이 전열매트를 사용할 때 상기 전열매트의 내부전열선에서 열과 함께 발생되는 인체에 유해한 EMI 전자파 등이 검출되어 신체에 투입됨으로 인해 인체에 해를 끼치게 되는 문제점이 있고, 상기 온도센서(써미스터)를 이용한 ON/OFF 제어방식은 매트전제를 균일하게 발열시킬 수 없고 부분적으로의 온도센싱이 이루어짐으로 인해 매트의 부분과열로 인해 전열매트가 타는 등 화재의 위험이 항상 존재하게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 발열부내의 감열선(HEATER)를 이용하여 정확한 온도조절이 가능하도록 함과 동시에, 제로전압검출부에 의해 제로점트리거전압을 산출하여 EMI 전자파 발생을 차단할 수 있도록 하고, 과전류발생 혹은 발열선과 감지선의 접합에 의한 과열과 화재로부터 안전사고를 미연에 방지하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 일정시간 간격으로 (+)반파와 (-)반파의 전원전압 사인파을 공급하여 (+)반파동안은 SCR도통사이클을 수행하고 (-)반파동안 온도검출사이클을 수행하는 교류전원부; 상기 교류전원부로부터 교류전원을 인가받아서 발열하는 발열선(H1,H2)과 상기 교류전원을 감지하여 특정온도를 감지하는 감지선(S1,S2)과 상기 발열선과 감지선 사이에 피복된 온도센서층으로 이루어진 발열부; 저항(R1)과 커패시터(C1)로 이루어지되, 상기 감지선(S1,S2)에 의해 감지된 교류전원과 저항(R1)에 의해 (-)센서전압을 검출해내는 온도검출부; 다이오드(D2,D3)와 전해커패시터(C3)와 제너다이오드(ZD1)로 이루어져 상기 입력된 교류전원을 평활화된 직류전원으로 변화시켜주는 직류전원부; 저항(R4,R5,R7)과 가변저항(R6)으로 구성되어 상기 가변저항(R6)의 온도설정에 의해 기준온도를 설정하는 온도설정부; 저항(R8,R9)과 다이오드(D4)와 커패시터(C4)로 구성되어 교류전원부로부터 공급되는 교류전원의 미세한 변화로 인해 센서전압에 변화가 있을 시, 상기 기준온도전압의 온도점을 이동하여 정확한 기준전압을 발생해내는 기준전압발생부; 상기 온도검출부로부터 검출된 센서전압과 상기 온도설정부로부터 출력된 기준전압이 만나 상쇄된 결과전압(+)과 GND 전압(-)을 비교하는 비교기(U1A)와 상기 비교기의 출력신호를 저장하는 커패시터(C5)와 저항(R10)을 포함하여 이루어진 온도비교부; 상기 교류전원부의 (+)전원전압 인가시, 상기 온도비교부 내의 커패시터(C5)에 충전된 전압상태(HIGH/LOW)에 따라 턴온되는 트랜지스터(Q1)와 이에 따라 트리거되는 SCR(TH1)로 이루어진 출력부; 상기 출력부에서 낮은 전압·전류의 범위내에서만 SCR(TH1)이 트리거될 수 있도록, 다수개의 저항(R13,R14,R15,R16)과 다이오드(D6)와 비교기(U1B)가 연결되도록 한 제로전압검출부; 과전류발생 또는 과열로 인한 회로 오작동시 자동적으로 회로를 차단시키기 위해 상기 교류전원부에 퓨즈(SF1, TF1)를 연결한 안전차단부로 이루어짐을 특징으로 하는, 전열매트용 온도조절기를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 적용되는 전기매트용 온도조절기의 블럭도

도 2는 본 발명에 적용되는 전기매트용 온도조절기의 회로도

도 3은 본 발명의 일실시례에 의한 발열부(HEATER)를 나타낸 사시도

도 4는 제로전압검출부에 의해 SCR을 트리거시키는 펄스전압의 파형도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1. 온도조절기 10. 교류전원부

20. 발열부 30. 온도검출부

40. 직류전원부 50. 온도설정부

60. 기준전압발생부 70. 온도비교부

80. 출력부 90. 제로전압검출부

100. 안전차단부

본 발명은 교류전원부로부터 인가되는 전원전압사인파 가운데 (+)반파동안은 SCR을 도통할 수 있는 SCR도통사이클을 수행하고, (-)반파동안은 온도검출사이클을 수행하게 되는데, 상기 교류전원전압 사인파 중 (-)반파동안은 SCR을 OFF시킨 상태에서 온도를 검출하는 온도검출사이클에 따라 출력을 HIGH/LOW로 검출하여 이를 커패시터(C5)와 저항(R10)의 시정수에 의해 저장해 두었다가, 상기 교류전원전압 사인파의 (+)사이클 수행시 상기 HIGH/LOW의 출력에 따라 SCR을 ON/OFF시킬 수 있도록 한 것으로, 상기 교류전원부로부터 발생되는 전원전압사인파에 의한 (-)반파동안의 온도검출사이클은 다음과 같다.

교류전원부로부터 (-) 전원전압 사인파가 인가되면, SCR은 OFF된 상태를 유지하게 되고, 상기 교류전원으로부터 발열부가 발열이 되어 매트로 들어오는 온도의 감지가 이루어지면, 상기 온도검출부에서는 감지된 온도에 의해 (-)센서전압을 검출하게 되고 온도설정부에서는 가변저항기(R6)를 통해 기준전압을 설정하게 되는데, 상기 온도검출부로터 출력된 센서전압과 온도설정부로부터 출력된 기준전압이 온도비교기 내의 비교기(UA)의 (+)단자에서 서로 상쇄되게 되며, 상기 상쇄되고 남은 결과전원은 비교기의 (+)단자로 입력되고 비교기의 (-)단자에는 GND전압이 입력되어 출력값을 검출해내게 된다.

이 때, 상기 결과전압(+) > GND전압(-)이면 출력은 HIGH를 유지하게 되고, 결과전압(+) < GND전압(-)이면 출력은 LOW를 유지하게 되는데, 상기 HIGH/LOW 출력 레벨은 커패시터(C5)와 저항(R10)에 의한 시정수에 의해 저장된 후, 상기 교류전원부에 의한 (+)전원전압 인가시 비교부에 의한 결과전압(+) > GND전압(-)이여서 출력레벨이 HIGH일 경우에는 SCR을 트리거시켜 도통될 수 있도록 하고, 결과전압(+) < GND전압(-)이여서 출력레벨이 LOW일 경우에는 SCR을 OFF시킬 수 있도록 하여 정확한 온도조절이 될 수 있도록 한다.

또한, 제로검출전압부를 구성하여 교류전원전압의 변화출력량과 제로점트리거전압을 서로 비교하여 낮은 전압 또는 낮은 전류의 범위안에서만 트랜지스터를 ON시켜 SCR을 트리거시킴으로 인해, SCR을 트리거 할 수 있는 전압전류의 변화량을 최소화할 수 있도록 하고, EMI전자파의 발생을 억제할 수 있도록 하는 것을 그 특징으로 한다.

그리고, 상기 발열부가 과열이 되어 발열부내의 발열선과 감지선이 단락되었을때에는 교류전원전압에서 일정한 발열경로로 흐르는 큰 전류에 의해 발열될 수 있도록 하는 저항(R1)을 감지선의 출력측 GND 단자와 직렬 연결시키고, 상기 저항(R1)과 온도퓨즈(TF1)를 함께 연결하고 자동적으로 회로를 단락시킬 수 있도록 하는 것을 그 특징으로 합니다.

또한, SCR의 쇼트로 인한 불량시에는 AC1(-), AC2(+) 온도검출사이클 동안 교류전원전압에서 일정한 경로로 흐르는 큰 전류에 의해 발열될 수 있도록 하는 저항(R2)을 SCR의 애노드단자와 직렬연결시키고 상기 온도퓨즈(TF1)를 함께 연결하여 자동적으로 회로를 단락시킬 수 있도록 하는 것을 그 특징으로 합니다.

그리고, 온도검출부내에 커패시터(C1)를 함께 연결하여 감지선(S1,S2)이 단락되어 오픈되었을 때, 교류전원전압이 상기 커패시터(C1)를 거쳐 저항(R4)로 흘러 들어올 수 있도록 하고, 온도비교기의 비교기(U1A) 입력단자의 값이 항상 (-)를 유지시킬 수 있도록 하여 최종적인 출력을 OFF시킴으로 인해 회로자체를 단락시킬 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 일실시례에 의해 이루어진 구성 및 작동상태를 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하되, 첨부된 도면은 본 발명의 일실시례를 구체적으로 설명하는 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 도면 또는 상기 도면을 참조한 설명에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 적용되는 전기매트용 온도조절기의 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 적용되는 전기매트용 온도조절기의 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일실시례에 의한 발열부(HEATER)를 나타낸 사시도이고, 도 4는 제로전압검출부에 의해 SCR을 트리거시키는 펄스전압의 파형도를 나타낸 것으로, 함께 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 적용되는 전열매트용 온도조절기의 블록도와 일실시례에 의한 회로도를 도시한 것으로, 상기 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 온도조절기(1)은 교류전원부(10), 발열부(20), 온도검출부(30), 직류전원부(40), 온도설정부(50), 기준전압발생부(60), 온도비교부(70), 출력부(80), 제로전압 검출부(90), 안전차단부(100)를 포함하여 이루어지며, 이와 동시에 발열부의 과열로 인한 발열선과 감지선 접합시 온도퓨즈(TF1)를 단락시키는 저항(R1)과, SCR 쇼트 불량시 온도퓨즈(TF1)를 단락시키는 저항(R2)를 온도퓨즈(TF1)과 함께 봉합시켜 구성되게 한다.

상기 교류전원부(10)는 외부전원장치로부터 온도조절기(1)에 전원을 공급하기 위한 수단으로, 일정한 시간 간격에 따라 (+)반파와 (-)반파를 주기적으로 발생시키는 전류 또는 전압을 온도조절기에 공급한다.

상기 발열부(20)는 교류전원부(10)로부터 (-)전원전압을 인가받아 발열하고 이를 감지하기 위한 수단으로, 도 3에 도시된 바와 같이 권심에 나선형으로 다수번 감긴 발열선(H1,H2)과 상기 발열선(H1,H2)과 감지선(S1,S2) 사이에 피복된 온도센서층(써미스터) 및 상기 온도센서층에 나선형으로 다수번 감긴 감지선(S1,S2)을 포함하여 이루어지며, 상기 발열선(H1,H2)은 교류전원전압을 인가받아 발열하기 위한 장치이고, 상기 감지선(S1,S2)은 교류전원의 신호를 감지하여 외부로부터 들어오는 특정온도를 감지하기 위한 장치이며, 상기 온도센서층(나일론 써미스터)은 발열선(H1, H2)과 감지선(S1,S2) 사이에 피복되어 온도변화에 따라 저항값이 극단적으로 크게 변하게 되는 감응장치에 관한 것으로, 일반적으로 상기와 같은 구성에 의한 발열선과 감지선 및 온도센서층에 최종적으로 P.V.C가 피복된 것을 감열선(HEATER)라고 한다.

상기 온도검출부(30)는 감지선(S1,S2)으로부터 감지된 교류전원전압의 신호로부터 저항(R1)을 통과시켜 센서전압을 검출하기 위한 수단으로, 일정시간을 주기로 하여 상기 시간주기에 따라 전류 및 전압이 변화는 교류전원전압이 (-)반파동안에 인가된 교류전원에 의해 발열선(H1, H2)발열하게 되고, 감지선(S1, S2)이 이 신호를 감지하게 되면, 저항(R1)은 온도전압을 검출하게 되고, 상기 온도전압검출 저항(R1)으로부터 (-)센서전압을 검출하게 된다.

이 때, 상기 감지선의 S1 혹은 S2가 단선이 되어 오픈되었을 경우에 상기 교류전원부(10)로부터 인가된 교류전원전압에 의해 발열선(H1,H2)은 발열되지만 감지선(S1,S2)이 교류전원전압을 인식하지 못하게 되고 저항(R1)에 의한 온도전압이 검출되지 못하여 온도제어가 이루어지지 못하게 되면, 온도비교부(70)에서의 전압출력이 항상 ON이 되고, 최종적으로 출력부(80)의 SCR(TH1)도 항상 도통된 상태를 유지하기 때문에 매트가 과열되어 화재가 일어날 수 있는 문제점이 존재한게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 온도검출부(30)내에 커패시터(C1)를 연결하여 감지선 S1 혹은 S2가 단락되어 오픈되었을 때, 상기 교류전원부(10)로부터 인가된 교류전원전압이 커패시터(C1)에 축적될 수 있도록 하고, 축전된 교류전원전압은 저항(R4)를 경유하여 들어가서, 온도비교기(70)내의 비교기(U1A) 입력단자의 값이 항상 (-)의 값을 유지할 수 있도록 하여 상기 비교기(U1A)를 통한 전압출력을 OFF 시키고 최종적인 출력부(80)의 SCR(TH1)도 OFF될 수 있도록 유지하여, 회로전체를 단전시킴으로 인해 안전사고를 미연에 방지할 수 있도록 한다.

상기 직류전원부(40)는 상기 교류전원부(10)에 의한 교류전원을 직류전원으로 변화시켜주기 위한 수단으로, 커패시터(C2)와 상기 커패시터(C2)를 보호하기 위한 저항(R3), 다이오드(D2, D3), 제너다이오드(ZD1), 전해커패시터(C3)로 이루어지는데, 상기 교류전원전원전압이 제너다이오드(ZD1)를 거치면서 일정한 정전압 직류전원으로 변환될 수 있도록 하고, 성기 제너다이오드(ZD1)와 병렬연결된 전해커패시터(C3)를 통해 평활화되고 안정된 직류전원으로 변환되게 하여 각 단자들의 전원으로 사용될 수 있도록 한다.

상기 온도설정부(50)는 다수개의 저항(R4, R5, R7)과 가변저항(R6)으로 구성되어 온도조절기(1) 내에서 기준(온도)전압을 설정하기 위한 수단으로, 상기 직류전원부(10)로부터 출력된 직류전원으로부터 상기 저항(R4)와 저항(R7)을 거치고 VR을 통과하여 가변저항(R6)에 의해 조절이 가능한 기준전압을 설정하게 되고, 온도검출부에 의해 검출된 (-)센서전압과 상기 기준전압은 상기 온도설정부(50)에서 서로 만나 상쇄되고 상기 상쇄된 결과전압이 최종적으로 온도비교부의 비교기(U1A)(+)단자로 들어가게 된다.

상기 기준전압발생부(60)는 저항(R8,R9)과 다이오드(D4)와 커패시터(C4)를 구성요소로 하여, 교류전원부(10)로부터 공급되는 교류전원의 미세한 변화에 대해 기준온도전압의 온도점을 이동하여 정확한 기준전압을 발생해 내기 위한 수단이다.

일반적으로 외부 교류전원부(10)로부터 공급되는 교류전원의 값은 일정하지 않고 대략 ±10%를 기준으로 하여 오차가 발생하게 되는데, 상기 오차로 인해 온도전압검출저항(R1)으로부터 검출되는 (-)센서전압의 값이 변화하게 되면, 저항(R4)와 저항(R7)과 VR을 거쳐서 공급되는 기준온도전압도 함께 변화게 되고, 이로인해 정확한 온도의 검출이 이루어지지 못하게 되므로, 상기 기준전압발생부(60)에 의해 변화하는 교류전원의 전원값에 맞게 기준전압온도의 온도점을 함께 이동하여 정확한 온도검출이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

상기 온도비교부(70)는 비교기(U1A)와 다이오드(D5)와 커패시터(C5, C6) 및 다수개의 저항(R6, R13, R14)으로 이루어지는데, 교류전원전압 사인파 중 (-)반파동안 온도검출부(30)로부터 검출된 (-)센서전압과 상기 온도설정부(50)로부터 출력된 기준전압을 비교기(U1A)에 의해 비교하여 이의 출력을 제어하기 위한 수단이다.

즉, 상기 교류전원부(10)로부터 인가된 교류전원전압 신호를 감지선(S1,S2)에서 감지한 후 온도검출부(30)의 저항(R1)을 통해 검출된 (-)센서전압(온도센서전압)과 상기 직류전원부(40)로부터 출력된 직류전원으로부터 저항(R4)와 저항(R7)을 거치고 VR을 통과하여 가변저항(R6)에 의해 조절 가능하게 공급된 기준전압을 비교기(U1A)에서 서로 비교하되, 상기 센서전압과 기준전압은 비교기(U1A)의 (+)단자에서 서로 상쇄되어 최종적으로 남은 결과전압이 상기 비교기(UA)의 (+)단자로 입력되어 GND 전압과 비교하게 되는데. 상기 결과전압(+) > GND(-) 되어 비교기(U1A)의 (+)단자로 인가되는 결과전압이 비교기(U1A)의 (-)단자로 인가되는 GND 전압보다 높을 경우에는 HIGH 출력레벨을 검출하게 되고, 이와 반대로 결과전압(+) < GND(-) 되어 상기 비교기(U1A)의 (+)단자로 인가되는 결과전압이 상기 비교기(U1A)의 (-)단자로 인가되는 GND 전압보다 낮을 경우에는 LOW 출력레벨을 검출하게 된다.

그리고, 상기 교류전원부(10)에 의한 (-)전원전압 인가시 온도비교부(70)를 통해 검출된 HIGH/LOW 출력레벨은 상기 온도비교부(70) 내의 커패시터(C5)와 저항(R10)의 시정수에 의해 저장되도록 하는데, 교류전원부(10)에 의한 (+)전원전압 인가시 상기 커패시터(C5)에 충전된 전압 상태에 따라 상기 출력레벨이 HIGH이면 출력부의 SCR(TH1)을 트리거시켜 도통될 수 있도록 하고, LOW이면 출력부의 SCR(TH1)을 OFF시킬 수 있도록 구성하는 것이다.

상기 출력부(80)는 교류전원부(10)에 의한 (-)전원전압 인가시, 온도비교부(70)에 의해 최종출력된 결과전압에 의한 HIGH/LOW의 출력레벨을 커패시터(C5)와 저항(R10)의 시정수에 의해 저장한 후, 교류전원부(10)에 의한 (+)전원전압 인가시 상기 커패시터(C5)의 충전 전압상태에 따라 SCR(TH1)을 트리거시켜 발열부(20)내에 인가되는 전원의 공급·제어 여부를 결정하기 위한 수단으로, 상기 온도비교부(70)에 의해 검출되는 결과전압의 HIGH레벨 상태와 제로전압검출부(90)를 통한 낮은전압 범위내에서 턴온되는 트랜지스터(Q1)와, 상기 트랜지스터(Q1)의 턴온에 의해 도통되는 SCR(TH1)을 그 구성요소로 하며, 상기 트랜지스터(Q1)를 보호하기 위한 저항(R17)과 저항(R18), 상기 SCR을 보호 제어하기 위한 저항(R19)과 커패시터(C7)을 함께 포함할 수 있도록 한다.

상기 제로검출전압부(90)는 최종출력의 검출에 의에 출력부(80)의 트랜지스터(Q1)를 ON시키고 SCR(TH1)을 트리거시키고자 할 때, 트리거되는 전압 및 전류를 범위를 최소화하여 전자파 발생을 억제시키기 위한 수단으로, 비교기(U1B)와 다수개의 저항(R13, R14, R15, R16) 및 다이오드(D6)로 구성되어 있다.

상기와 같은 상황에서, 저항(R13)와 저항(R15)이 직력연결되어 있음으로 인해 일정한 시간을 주기로 하여 (+)반파와 (-)반파를 계속적으로 반복 실행하는 교류전원전압 변화출력량의 분압이 이루어지게 되고, 이는 교류전원전압의 검출파형을 비교기(U1B)의 (+)단자로 입력될 수 있도록 하고, 제로검출기준전압(Vcc*1/2)으로부터 제로점트리거전압을 산출해내어 이를 비교기(U1B)의 (-)단자로 입력하여 이를 서로 비교하게 된다.

이 때, 상기 제로점트리거전압의 산출은 다음과 같다.

따라서, 비교기(U1B)에서는 (+)단자로 입력되는 교류전원전압의 변화출력량과 (-)단자로 입력되는 제로검출기준전압을 비교하게 되는데, 교류전원전압(+) > 제로제로점트리거전압(-) 되어 상기 비교기(UB)의 (+)단자로 인가되는 교류전원전압이 상기 비교기(U1A)의 (-)단자로 인가되는 제로점트리거전압보다 높을 경우에는 최종출력을 LOW로 반전시키고, 이와 반대로 교류전원전압(+) < 제로점트리거전압(-) 되어 상기 비교기(U1B)의 (+)단자로 인가되는 교류전원전압이 상기 비교기(UB)의 (-)단자로 인가되는 제로점트리거전압보다 낮을 경우에는 최종출력이 HIGH가 되어 SCR(TH1)을 트리거시키게 된다.

따라서, 최종적으로 SCR(TH1)을 트리거시키는 펄스의 파형은 도 4에 도시된 바와 같이 전압이 거의 제로가 되는 위치에서 HIGH 펄스를 발생시키고 전압의 변화에 따라 주기적으로 HIGH와 LOW를 반복하게 되는 펄스 파형인 것을 알 수 있는데, 이는 낮은 전압 또는 전류의 범위내에서만 최종출력이 HIGH가 되어 트랜지스터(Q1)를 ON시켜 SCR(TH1)을 트리거시킴으로 인해 SCR(TH1)을 트리거할 수 있는 전압 혹은 전류의 변화량을 최소화하여 EMI전자파의 발생을 억제할 수 있게 되며, SCR(TH1)소자에 무리를 주지않게 되고, 다른 회로소자에 잡음을 발생시키지 않아 더욱 안정된 회로 동작이 이루어질 수 있게 된다.

상기 안전차단부(100)는 외부 교류전원을 통한 과전류 공급이나 온도조절기 내부 소자의 불량 혹은 발열부(20)내의 발열선(H1,H2)과 감지선(S1,S2) 등의 단선으로 인한 화제발생시 회로의 작동이 정상적으로 이루어지지 못하게 되었을 때, 자동으로 회로를 차단시켜 회로상에 과전류가 계속 흘러 흐르는 것을 방지하기 위한 수단으로, 외부 교류전원의 과전류공급으로 인한 회로차단용 퓨즈(SF1)와 과열로 인한 발열선(H1,H2) 혹은 감지선(S1,S2)의 단락시 함께 연결된 저항(R1, R2)을 용단시키고 회로를 차단하도록 하는 온도퓨즈(TF1)로 구성된다.

상기와 같은 상황에서, 본 발명의 의한 온도조절기(1)는 교류전원전압 사인파 중 (-)반파동안은 발열부(20)를 통해 (-)센서전압을 검출하고, 온도설정부(50)를 통해 기준전압을 검출하여 이의 상쇄 결과전압과 GND전압과 온도비교부(70)내에서 비교하되, 상기 온도비교부에 의한 결과전압을 커패시터(C5)와 저항(R10)의 시정수에 의해 저장해 두었다가, 교류전원전압에 의한 (+)반파동안 상기 커패시터(C5)에 충전된 전압의 상태에 따라 SCR(TH1)을 트리거시킴으로 인해 정확한 온도조절이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

하지만, 상기 발열부(20)가 과열이 되게 되면 발열부(20)내의 온도센서층이 높아져서 발열선(H1,H2)과 감지선(S1,S2)이 서로 붙게 되는데, 이때 교류전원부(10)에 의한 AC1에서 발열선(H) → 감지선(S) → 저항(R1) → GND 의 경로로 과전류가 흘러 상기 온도비교부(70)에 의한 결과전압이 항상 HIGH를 유지하게 됨으로 인해 온도의 제어가 정확하게 이루어지지 못하게 되는 상황이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 상황에서 교류전원부(10)에 의한 AC1에서 발열선(H) → 감지선(S) → 저항(R1) → GND 의 경로로 흐르는 과전류에 의해 발열되어 용단될 수 있는 저항(R1)을 감지선(S2)의 출력측 GND 단자와 직렬연결시키고 온도퓨즈(TH1)를 함께 봉함시킴으로 인해, 상기 저항(R1)의 발열에 의해 온도휴즈(TF1)가 자동으로 단락될 수 있도록 한다.

또한, SCR(TH1)의 쇼트로 인한 불량시에는 AC1(-), AC2(+)의 온도검출사이클 동안 교류전원부(10)에 의한 AC2에서 다이오드(D1) → 저항(R2) → AC1 의 SCR 역방향으로 과전류가 흘러 상기 온도비교부에 의한 결과전압이 항상 HIGH를 유지하게 됨으로 인해 온도의 제어가 정확하게 이루어지지 못하게 되는 상황이 발생하게 되는데, 상기와 상황에서는 교류전원부(10)에 의한 AC2에서 다이오드(D1) → 저항(R2) → AC1 의 SCR 역방향 경로로 과전류에 의해 발열되어 용단될 수 있는 저항(R2)을 SCR(TH1)의 애노드단자와 직렬연결시키고 온도퓨즈(TF1)과 함께 연결시킴으로 인해 발열된 저항(R2)에 의해 자동으로 온도퓨즈(TF1)을 단락시키게 한다.

이상과 같이 본 발명은 교류전원부(10)에 의한 (-)전원전압 인가시, 온도검출사이클에 따라 온도검출부(30)에 의해 센서전압을 검출하고 온도설정부(50)에 의해 기준전압을 설정하여 상쇄되는 결과전압을 산출하되, 온도비교부(70)에서는 상기 결과전압과 GND전압을 서로 비교하여 검출되는 출력레벨을 커패시터(C5)와 저항(R10) 시정수에 의해 저장할 수 있도록 하며, 상기 교류전원부(10)에 의한 (+)전원전압 인가시 상기 커패시터(C5)에 충전된 전압상태에 따른 HIGH/LOW 출력레벨에 따라 SCR(TH1)을 트리거시킬 수 있도록 하여 정확한 온도조절이 가능하게 한다.

또한, 제로전압검출부(90)를 통해 제로점트리거전압을 생성하여 상기 SCR(TH1)을 트리거할 수 있는 전압· 전류의 변화를 최소화하여 EMI전자파 발생을 억제하도록 하고, 저항(R1,R2) 및 퓨즈를 함께 구비하여 만일에 발생할 수 발열사고 및 안전사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 유용한 발명이다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 의한 전열매트용 온도조절기는 감열선을 이용하여 매트전체의 온도를 정확하게 감지할 수 있도록 하되, 교류전원부에 의한 (-)전원전압 인가시 온도비교부에 의해 결과전압을 산출하여 이를 저장하고, (+)전원전압 인가시 상기 저장된 결과전압의 검출레벨에 따라 SCR을 트리거 할 수 있도록 하여 정확한 온도조절이 가능하도록 하고, 제로전압검출부를 통해 트리거할 수 있는 전압·전류의 변화를 최소화하여 EMI 전자파를 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 과전류발생 혹은 과열로 인한 회로 오작동시 자동적으로 회로를 단선시키기 위한 퓨즈를 구비하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 특징이 있다.

Claims

전열매트의 온도조절기에 있어서,

일정시간 간격으로 (+)반파와 (-)반파의 전원전압 사인파을 공급하여 (+)반파동안은 SCR도통사이클을 수행하고 (-)반파동안 온도검출사이클을 수행하는 교류전원부; 상기 교류전원부로부터 교류전원을 인가받아서 발열하는 발열선(H1,H2)과 상기 교류전원을 감지하여 특정온도를 감지하는 감지선(S1,S2)과 상기 발열선과 감지선 사이에 피복된 온도센서층으로 이루어진 발열부; 저항(R1)과 커패시터(C1)로 이루어지되, 상기 감지선(S1,S2)에 의해 감지된 교류전원과 저항(R1)에 의해 (-)센서전압을 검출해내는 온도검출부; 다이오드(D2,D3)와 전해커패시터(C3)와 제너다이오드(ZD1)로 이루어져 상기 입력된 교류전원을 평활화된 직류전원으로 변화시켜주는 직류전원부; 저항(R4,R5,R7)과 가변저항(R6)으로 구성되어 상기 가변저항(R6)의 온도설정에 의해 기준온도를 설정하는 온도설정부; 저항(R8,R9)과 다이오드(D4)와 커패시터(C4)로 구성되어 교류전원부로부터 공급되는 교류전원의 미세한 변화로 인해 센서전압에 변화가 있을 시, 상기 기준온도전압의 온도점을 이동하여 정확한 기준전압을 발생해내는 기준전압발생부; 상기 온도검출부로부터 검출된 센서전압과 상기 온도설정부로부터 출력된 기준전압이 만나 상쇄된 결과전압(+)과 GND 전압(-)을 비교하는 비교기(U1A)와 상기 비교기의 출력신호를 저장하는 커패시터(C5)와 저항(R10)을 포함하여 이루어진 온도비교부; 상기 교류전원부의 (+)전원전압 인가시, 상기 온도비교부 내의 커패시터(C5)에 충전된 전압상태(HIGH/LOW)에 따라 턴온되는트랜지스터(Q1)와 이에 따라 트리거되는 SCR(TH1)로 이루어진 출력부; 상기 출력부에서 낮은 전압·전류의 범위내에서만 SCR(TH1)이 트리거 될 수 있도록, 다수개의 저항(R13,R14,R15,R16)과 다이오드(D6)와 비교기(U1B)가 연결되도록 한 제로전압검출부; 과전류발생 또는 과열로 인한 회로 오작동시 자동적으로 회로를 차단시키기 위해 상기 교류전원부에 퓨즈(SF1, TF1)를 연결한 안전차단부로 이루어짐을 특징으로 하는, 전열매트용 온도조절기.
제 1항에 있어서,

발열부의 과열로 인해 발열선과 감지선이 접합되었을 때 상기 감지선의 출력측에 발열 가능한 저항(R1)을 연결하고 상기 저항과 온도퓨즈를 같이 봉합하여 회로의 차단이 자동으로 이루어짐을 특징으로 하는 전열매트용 온도조절기
제 1항에 있어서,

SCR 쇼트로 인한 불량시에는 상기 출력부의 SCR의 역방향 전원 방향으로 저항을 연결하고 상기 저항과 온도퓨즈를 같이 봉합하여 회로의 차단이 자동으로 이루어짐을 특징으로 하는 전열매트용 온도조절기.