KR200353523Y1 - 전열매트 온도조절기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전열매트 온도조절기에 관한 것으로, 최소 2개의 출력포트와 4개의 AD변환기 입력포트를 가지는 마이컴에 의해 온도지시용 가변저항과 온도센서, 열선, 실리콘제어스위칭소자의 고장상태를 측정하여, 그 상황을 표시하여 경보하거나, 열선에 흐르는 전류를 차단하는 안전장치를 갖는 전열매트 온도조절기가 제공된다.

Description

전열매트 온도조절기{Temperature controller for electric heating mat}

본 고안은 온도센서를 이용하여 온도를 검출하고, 그 값을 지시치와 비교하여 온도를 일정하게 제어하는 전열매트 온도조절기에 관한 것으로, 특히 조절기에 부가되는 안전장치에 관한 것이다.

전열매트는 인체를 보온하는 장치로 고장이 발생할 경우, 인명과 재산의 손상을 초래하게되므로 여러 가지 고장의 경우를 대비한 안전장치가 요구된다.

전열매트의 고장은 주로 매트의 과열에 의한 것으로, 종래의 온도조절기의 안전장치로는 과전류를 차단하는 퓨즈와 매트에 부착되어 열을 검출하여 전원을 차단하는 바이메탈이나 온도퓨즈 등이 있는데, 이러한 종류의 보호장치들은 고장이 발생되고 난 후에 고장의 확산을 방지하는 단순한 안전장치들이며, 다양한 고장원인을 사전에 검출하여 예방하는 수단이 되지는 못한다.

본 고안의 목적은 전열매트 온도조절기의 회로를 보완하여, 전열매트와 온도조절기를 구성하는 부품 중에서 안전과 관련된 주요한 부품의 고장상태를 검출하여 사용자에게 경보하거나, 열선에 공급되는 전원을 차단시키는 등의 능동적 수단의 전열매트 온도조절기의 안전장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1의 본 고안에 따른 안전장치가 부가된 전열매트 온도조절기의 회로도

도 2는 본 고안의 전열매트 온도조절기와 접속되는 전열매트 내부 전기회로

도 3은 본 고안에 따른 전열매트 온도조절기 회로의 전압 파형

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 전열매트 온도조절기의 안전장치가 부가된 온도조절기의 기능을 설명하기 위한 회로도의 일례를 도시한 것으로, 단자 Pl과 P2는 교류전원에 접속되고 P3와 P4, P5과 P6은 도 2에서 도시한 전열매트 내부 전기회로의 온도센서(S1)와 바이메탈(B1)과 열선(H1)에 연장 접속되며, Pl과 P2에 인가된 교류전원의 일부는 저항 R1과 콘덴서 C1에 의해 전압과 전류가 제한되어 정류다이오드D1과 D2에 공급되어 정류되고, 정전압다이오드 ZD1과 평활콘덴서 C2에 의해 직류로 변환되어 온도조절기에 직류전원을 공급한다.

도 1의 본 고안의 안전장치가 부가된 전열매트 온도조절기는 AD변환기를 내장한 마이크로프로세서(MICROPROCESSOR) U1의 프로그램에 의해 제어되어지며, 마이크로프로세서는 최소 2개의 출력단과 4개의 AD변환기 아날로그 입력포트를 구비한 것으로서, 출력포트 OUT1은 램프 LD2를 점등시켜 사용자로 하여금 고장상태를 인지케 하고, OUT2는 실리콘제어정류소자(SCR) Q1의 게이트에 접속하여 전열매트의 열선에 공급되는 전원을 차단하거나 접속되게 한다.

AD변환기 입력 AD1은 분압저항 R7, R8에 접속되어 교류전원전압을 감시하는데 제너다이오드 ZD2는 교류신호의 상한만을 입력하고 과도한 전압이 인가되는 것을 방지하기 위한 것이며, AD2는 온도지시치를 입력하기 위한 가변저항(VR1)의 센터탭에 접속되며, 가변저항(VR1)의 센터탭과 병렬로 저항 R9가 삽입되고 가변저항(VR1)과 접지측 B와의 사이에는 R10이 삽입된다.

한편 AD변환기 입력 AD3은 전열매트의 온도센서 S1과 저항 R11의 중점에 접속되어 온도센서 S1의 온도변화에 따른 전압의 변화를 입력하고, AD4는 실리콘제어정류소자 Q1의 캐소드(CATHODE)에 접속된 전류검출용 저항 Rl2 양단의 전압을 입력한다.

상기와 같은 본 고안의 전열매트 온도조절기 회로에 있어서 실리콘제어정류소자 Q1의 게이트를 점호한 시간 T1을 전후하여 정상적인 동작상태에서의 각 부위의 전압 파형을 도 3에서 도시하고 있다.

(a)는 A와 B점에 인가된 교류전원전압의 파형이며; (b)는 출력포트 OUT2가 실리콘제어정류소자 Q1의 게이트를 턴온(TURN-ON)하는 B와 F점 전압의 파형으로 직류전원전압의 크기이며, T1의 순간에 출력되고; (c)는 실리콘제어정류소자이 턴온되면서 열선에 인가되는 전압의 파형으로, 교류전원전압 (a)의 상한치와 동일한 크기이며 A와 C점 전압의 파형이고; (d)는 교류전원전압 (a)를 R7과 R8로 분압하여 제너다이오드 ZD2로 정류하고, 항복전압의 크기로 제한되어진 것으로 B와 E점 전압의 파형이며; (e)는 열선에 (c)의 전압이 인가될 때 흐르는 전류에 의해 저항 R12양단의 B와 D점에서 발생되는 전압의 파형이다.

상기에서 설명한 제어회로와 각부 전압의 파형을 토대로, 본 고안의 전열매트 온도조절기의 안전장치의 동작을 설명하면, 센서의 온도값을 입력하는 AD변환기 입력포트 AD3의 값이 미리 설정된 정상적인 제어범위의 값을 초과할 경우 센서의 불량으로 판단하게 하는데, 특히 상기의 회로에서는 입력이 OV로 나타나면 센서 S1의 단선으로 인식한다.

AD2에 입력되는 가변저항 VR1에 의한 설정온도값이 가변저항 VR1과 접지저항 R10의 분압전압값 이하로 입력되면 가변저항 VR1의 센터탭 습동이 단선 되거나 가변저항 VR1 내부의 저항 엘레멘트(ELEMENT) 손상으로 판단한다.

실리콘제어정류소자 Q1의 캐소드에 직렬 접속된 저항 R12 양단의 전압을 입력하는 AD4의 값으로는 실리콘제어정류소자 Q1과 열선 H1의 고장상태를 인식할 수 있는데, 실리콘제어정류소자 Q1이 턴오프(TURN-OFF)인 상태에서 AD4에서 전압이 검출되면 실리콘제어정류소자의 숏트 모드 고장으로 인식하고, 실리콘제어정류소자를 턴온한 다음 일정시간 전압을 연속으로 샘플링(SAMPLING)하고, 그 최대치가 정상상태에서 흐를 수 있는 최대전류일 때에 저항 Rl2에 발생할 수 있는 최대치를 초과하면 열선과 열선 사이의 단락으로 인식하고, 반대로 전압이 나타나지 않으면 열선의 단선이나 실리콘제어정류소자 Q1의 단선모드고장으로 판단할 수 있으며, 상기의 AD3의 값이 최소치로 인식되고 동시에 실리콘제어정류소자 Q1의 턴온상태에서 열선의 단락현상이 확인되면 온도조절기와 전열매트를 접속하는 커넥터의 접속불량고장으로 판단할 수 있다.

다음으로 AD1에 입력되는 교류전원전압을 일정시간 샘플링하여 그 값이 최소가 되는 영역에서 실리콘제어정류소자 Q1을 턴온하는 것에 의해 실리콘제어정류소자를 보호하고, 열선에서 발생하는 스위칭노이즈( SWITCHING NOISE)를 최소화하는 제로크로싱(ZERO-CROSSING) 점호가 가능하다.

상기와 같은 안전장치에 의해 마이크로프로세서 U1이 주요 부품의 고장을 인식하게 되면, 마이크로프로세서 U1은 출력포트 OUT2를 로우(LOW)상태로 전환시켜 실리콘제어정류소자 Q1을 턴오프(TURN-OFF)하여, 온도조절기의 동작을 중단시키거나 OUT1에 접속된 램프 LD2를 점등시켜, 사용자에게 고장상태를 경보한다.

이상에서와 본 고안의 전열매트 온도조절기는 고장발생이 가능한 부품과 사용자가 검출하기 힘든 고장부위를 능동적이고 지속적으로 관찰하며, 기존의 보호수단보다 빠르게 실시간으로 검사하여 사용자에게 경보하거나 온도조절기의 동작을 중단시키고, 실리콘제어정류소자의 손상을 감소시키게되어, 사고를 예방하고 사용자의 인명이나 재산을 보호할 수 있는 향상된 안전장치를 구비할 수 있게 되었다.

또한 상기의 제어회로에서 보듯이 수 개의 부분을 추가하여 마이크로프로세서의 프로그램을 수행하는 것에 의해 본 고안의 안전장치가 실행되므로 적은 비용으로 가능하다.

이상에서는, 본 고안의 일 실시 예에 따라 본 고안을 설명하였지만, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경하거나 응용한 것도 본 고안에 속함은 당연하다.

특히 본 고안의 전열매트 온도조절기의 안전장치에 있어서 가변저항 VR1에 의한 설정온도값을 입력하는 수단과 출력포트 OUT1이 램프 LD2를 점등시켜 사용자가 고장의 상태를 인식하는 수단은 일례로 표현된 것으로, 디지털 회로에 의한 설정 온도값의 입력이나 다수의 램프나 디스플레이 장치를 이용한 상세한 고장부위의 표시 또는 음성이나 부저를 이용한 경보음을 발령하는 수단들은 본 고안의 기술적 사상을 응용한 것임이 명백하다.

Claims (2)

1. 열선과 온도센서를 내장한 전열매트와 접속되어 온도센서의 값을 지시치와 비교하여 일정하게 제어하는 전열매트 온도조절기에 있어서;

   최소 2개의 출력포트와 4개의 AD변환기 입력포트를 가지는 마이크로프로세서에 의해서 제어되어지고, 마이크로프로세서의 제1출력포트는 램프를 점등하여 고장상태를 인지시키고; 제2출력포트는 실리콘제어정류소자(SCR)의 게이트에 접속되어 열선에 공급되는 전원을 차단하거나 공급하며; AD변환기의 제1입력포트는 분압저항에 접속되어 교류전원전압을 감시하게 하고; 제2입력포트는 온도 지시치를 입력하기위한 가변저항의 센터탭에 접속되는데, 가변저항의 센터탭과 병렬로 저항이 삽입되고 가변저항과 접지측과의 사이에는 직렬로 저항이 삽입되며; 제3입력포트는 전열매트의 온도센서와 직렬로 접속된 저항과의 중점에 접속되어, 온도센서의 온도변화에 따른 전압의 변화를 입력하고; 제4입력포트는 실리콘제어정류소자의 캐소드에 접속된 전류검출용 저항 양단의 전압을 입력하는 것에 의해; 온도지시용 가변저항과 온도센서, 열선, 실리콘제어정류소자의 고장상태를 측정하고, 고장상황을 경보하거나 열선에 흐르는 전류를 차단하는 안전장치를 갖는 전열매트 온도조절기.
2. 상기 1항에 있어서 실리콘제어정류소자는 트라이액(TRIAC)인 것.