KR20040006626A - 냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

마이크로 컴퓨터로부터 인가되며 온/오프 시간이 일정하게 증가하거나 감소하는 펄스에 대응하여 동작전원을 인가하는 전원인가부; 전원인가부의 후단에 연결되며, 인가되는 동작전원을 선택적으로 차단하는 릴레이부; 릴레이부의 후단에 연결되며, 동작전원이 인가되는 경우 충전을 하고, 동작전원이 인가되지 않는 경우 냉각장치의 열전모듈에 동작전원을 인가하는 충방전부를 포함하는 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치가 개시된다. 이에 따라 냉각장치의 열전모듈의 PN 접합부에 가해지는 스트레스를 제거함으로써 크랙이 발생하지 않고 수명이 연장되는 이점이 있다.

Description

냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치 및 제어방법{Apparatus and Method for controlling provision of power in thermoelectric module of cooling system}

본 발명은 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각장치의 열전모듈에 동작전압이 점진적으로 증가하도록 인가하거나 점진적으로 감소하도록 차단함으로써 열전모듈에 열적 스트레스를 감소시켜 수명을 연장할 수 있도록 한 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 화장품 냉장고나 냉각 겸용 공기청정기 등에 적용되는 열전모듈은 PN 접합구조를 갖고 있다. 이러한 구조의 열전모듈에 온/오프 방식으로 전원을공급하게 되면, PN 접합부에서 열적 스트레스로 인하여 크랙이 발생되어 열전모듈의 수명에 치명적인 영향을 가할 수 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 구동시에는 0V에서 순간적으로 12V를 인가하며, 차단시에는 12V로 공급되는 전원을 순간적으로 0V로 차단한다. 이때, 전압변동에 따른 스트레스가 PN 접합부에 인가되는 것이다.

따라서, 열전모듈의 수명연장을 위한 여러 가지의 전원제어방법이 제시되고 있다.

그 중에서 SMPS의 전원등분에 의한 제어방식이 상용화되어 있다. 현재 SMPS를 이용한 린(lean)형 제어방식이 가장 안정한 전원제어 방식으로서 센서의 온도에 따라 전압(0 - 12V)이 열전모듈에 공급되는 방식으로 전압을 원하는 만큼 등분(통산 99등분)하여 센서의 온도를 전압으로 환산하여 그 전압에 따라 린형하게 공급하는 방식이다.

그러나, 이 방식은 SMPS를 제품 자체에 내장시켜야 하기 때문에 소형의 가전제품이나 전자제품에는 적절하지 않다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 본 발명의 목적은 전진적으로 증가하거나 감소하도록 전원을 공급함으로써 냉각장치의 열전모듈의 수명을 증가시킬 수 있는 열전모듈용 전원제어장치 및 전원제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 적용되는 제품 자체의 크기를 증가시키지 않는 전원제어장치 및 전원제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들과 특징들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 종래의 전원 인가/차단 상태를 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전원제어장치의 회로도이다.

도 3은 본 발명에 따라 전원이 인가되는 상태를 보여주는 그래프이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 마이크로 컴퓨터로부터 인가되며 온/오프 시간이 일정하게 증가하거나 감소하는 펄스에 대응하여 동작전원을 인가하는 전원인가부; 전원인가부의 후단에 연결되며, 인가되는 동작전원을 선택적으로 차단하는 릴레이부; 릴레이부의 후단에 연결되며, 동작전원이 인가되는 경우 충전을 하고, 동작전원이 인가되지 않는 경우 냉각장치의 열전모듈에 동작전원을 인가하는 충방전부를 포함하는 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치가 개시된다.

바람직하게, 전원인가부는 베이스가 마이크로 컴퓨터에 연결되고, 컬렉터가 동작전원에 연결되며, 에미터가 접지에 연결되는 트랜지스터일 수 있다.

또한, 릴레이부는 소오스가 동작전원에 연결되고, 게이트가 트랜지스터의 에미터에 연결되며, 드레인이 게이트에 연결되는 전계효과 트랜지스터일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 냉각장치의 열전모듈을 제어하는 방법에 있어서, 마이크로 컴퓨터로부터 출력되는 펄스의 폭을 각각 일정하게 증가하거나 감소하도록 하여 공급함으로써 온 시간과 오프 시간을 제어하고, 온 시간에 동작전원이 열전모듈에 인가되도록 함과 동시에 동작전원을 충전하고, 오프 시간에 동작전원을 차단하고 열전모듈에 충전된 전원을 인가하는 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈용 전원제어방법이 개시된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전원제어장치를 나타내는 회로도이다.

도시된 바와 같이, 전원인가부(10)는 마이크로 컴퓨터로부터 인가되는 펄스에 의해 동작전원 Vdd(예를 들어, 12V)를 인가하거나 차단하는 역할을 한다. 이때, 마이크로 컴퓨터로부터 인가되는 펄스는 온 시간과 오프 시간이 일정하게 증가하거나 감소한다.

이 실시예에서는 전원인가부(10)는 베이스가 마이크로 컴퓨터에 연결되고, 컬렉터가 동작전원 Vdd에 저항 R을 개재하여 연결되며, 에미터가 접지에 연결되는 트랜지스터 Q가 적용되고 있다.

릴레이부(20)는 전원인가부(10)의 후단에 연결되며, 인가되는 동작전원을 선택적으로 차단하는 역할을 한다.

이 실시예에서, 릴레이부(20)는 소오스가 동작전원 Vdd에 연결되고, 게이트가 트랜지스터 Q의 에미터에 연결되며, 드레인이 게이트에 연결되는 전계효과 트랜지스터 M이 적용되고 있다.

또한, 충방전부(30)는, 병렬 연결된 캐패시터 C1과 C2가 적용되며, 릴레이부(20)의 후단에 연결되어 동작전원 Vdd가 인가되는 경우 충전을 하고, 동작전원 Vdd가 인가되지 않는 경우 냉각장치의 열전모듈(40)에 전원을 인가한다.

이와 같은 구성의 전원제어장치에 의한 전원제어방법을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 냉각장치(40)를 구동하면, 마이크로 컴퓨터로부터 온 시간과 오프 시간에 있어서 각각 일정하게 증가하는 펄스가 트랜지스터 Q의 베이스에 인가된다.

예를 들어, 1주기를 40msec로 하고 총 1분에 걸쳐 6단계로 전원을 나누어 공급한다고 가정하면 다음과 같이 인가된다.

초기: 완전 오프상태

1단계: 2msec 온/ 38msec 오프 - 12sec 동안 반복

2단계: 4msec 온/ 36msec 오프 - 12sec 동안 반복

3단계: 8msec 온/ 32msec 오프 - 12sec 동안 반복

4단계: 16msec 온/ 24msec 오프 - 12sec 동안 반복

5단계: 24msec 온/ 16msec 오프 - 12sec 동안 반복

6단계: 계속 온

즉, 1단계에서, 2msec 동안 베이스에 온 전압이 인가되면, 동작전원 Vdd는 트랜지스터 Q를 통하여 도통되고, 전계효과 트랜지스터 M의 게이트에 전압이 인가되어 전계효과 트랜지스터 M은 동작전원 Vdd를 냉각장치(40)와 충방전용 캐패시터 C1과 C2에 인가하도록 연결시킨다. 따라서, 캐패시터 C1과 C2에는 2msec 동안 충전된다.

또한, 38msec 동안 베이스에 전압이 인가되지 않으면, 전계효과 트랜지스터M은 연결을 차단하고, 이에 따라 캐패시터 C1과 C2에 충전된 전압이 냉각장치(40)에 인가된다.

결국, 온 시간과 오프 시간을 적절히 조절함으로써 인가되는 평균전압도 조절할 수 있는데, 예를 들어, 온 시간과 오프 시간을 1:2로 한다면, 인가되는 평균전압도 1/2이 되므로 온 시간과 오프 시간을 일정하게 점진적으로 증가하도록 조절함으로써 인가되는 전압도, 도 3에 도시된 바와 같이, 서서히 상승하도록 할 수 있다.

이와 같이 하여 목표로 하는 전압에 도달하게 되면, 그 이후에는 계속적으로 목표전압을 공급함으로써 동작을 유지할 수 있다.

마찬가지로, 전원을 차단하는 경우에는 상기한 순서의 역순으로 진행하여 점진적으로 인가되는 전압을 감소시켜 최종적으로는 전원을 차단할 수 있게 된다.

따라서, PN 접합구조를 갖는 열전모듈에 인가되는 전압이 서서히 증가하거나 감소하도록 하여 전압을 인가하거나 차단함으로써 PN 접합부에 가해지는 스트레스를 제거함으로써 크랙이 발생하지 않고 이에 따라 수명이 연장되는 효과를 가져온다.

더욱이, 전원제어장치를 외장형 어댑터 형태로 제공함으로써 제품 자체의 사이즈를 증가시키지 않는 부가적인 효과도 있다.

한편, 상기의 예에서는 6단계 제어를 예로 들었으나, 목표전압에 도달하는 시간과 제어단계의 수 또는 온 시간과 오프 시간의 설정은 당업자의 수준에서 다양하게 변경할 수 있다. 이러한 변경들은 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 이루어지는 한, 본 발명에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 마이크로 컴퓨터로부터 출력되는 펄스의 폭을 온 시간과 오프 시간에 대하여 각각 일정하게 증가하거나 감소하도록 하여 공급함으로써 냉각장치에 인가되는 전압이 점진적으로 증가하거나 감소하도록 함으로써 PN 접합부에 가해지는 스트레스를 제거함으로써 크랙이 발생하지 않고 이에 따라 냉각장치의 열전모듈의 수명이 연장되는 이점이 있다.

또한, 전원제어장치를 외장형 어댑터에 포함시켜 제공함으로써 제품 자체의 사이즈를 증가시키지 않으며, 디자인의 선정에 있어서도 주위환경과의 조화를 충분히 고려할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 마이크로 컴퓨터로부터 인가되며 온/오프 시간이 일정하게 증가하거나 감소하는 펄스에 대응하여 동작전원을 인가하는 전원인가부;

   상기 전원인가부의 후단에 연결되며, 상기 인가되는 동작전원을 선택적으로 차단하는 릴레이부;

   상기 릴레이부의 후단에 연결되며, 상기 동작전원이 인가되는 경우 충전을 하고, 상기 동작전원이 인가되지 않는 경우 냉각장치의 열전모듈에 동작전원을 인가하는 충방전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전원인가부는 베이스가 상기 마이크로 컴퓨터에 연결되고, 컬렉터가 상기 동작전원에 연결되며, 에미터가 접지에 연결되는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 릴레이부는 소오스가 상기 동작전원에 연결되고, 게이트가 상기 에미터에 연결되며, 드레인이 상기 게이트에 연결되는 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈용 전원제어장치.
4. 냉각장치의 열전모듈을 제어하는 방법에 있어서,

   마이크로 컴퓨터로부터 출력되는 펄스의 폭을 각각 일정하게 증가하거나 감소하도록 하여 공급함으로써 온 시간과 오프 시간을 제어하고, 상기 온 시간에 동작전원이 상기 열전모듈에 인가되도록 함과 동시에 상기 동작전원을 충전하고, 상기 오프 시간에 상기 동작전원을 차단하고 상기 열전모듈에 상기 충전된 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조방식을 적용한 냉각장치의 열전모듈용 전원제어방법.