KR20050038311A - 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기매트, 전기침대 등과 같은 전기 온열장치의 온도제어기에 관한 것이다.

종래 온도 제어기에서는 현재의 전기 온열장치의 상태를 고려하지 않고, 사용자가 설정한 온도에 따라 히터의 발열동작을 수행하게 되므로써, 최초 전원 인가된 저온상태에서 사용자가 원하는 목적온도에 까지 도달하는 시간은 길어질 수 밖에 없다.

본 발명은 사용자가 온도 조절을 요구하게 될 경우, 현재 전기 온열장치의 전원공급상태를 확인하고, 최초 전원공급상태의 저온상태일 경우 사용자가 요구하는 온도와는 상관없이 소정의 설정된 온도에 따라 쾌속 가열동작을 수행하도록 하므로써, 사용자가 요구하는 온도에 빠른 시간내에 도달할 수 있도록 하며, 또한 위상제어방식이 아닌 온/오프 사이클 제어방식을 채택하여 위상제어에서 발생할 수 있는 잡음이나 전자파를 최소화하였으며, 마이컴을 사용하여 전원전압의 온/오프 스위칭 타임을 정확하게 제어하도록 하므로써, 최상의 절전효과를 기대할 수 있도록 하는 것이다.

Description

전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기{Non electromagnetic waves controller for high speed heating control}

본 발명은 전기매트, 전기침대 등과 같은 전기 온열장치의 온도제어기에 관한 것으로, 특히 최초 전원 인가의 저온상태에서 사용자가 원하는 목적온도에 빠르게 도달할 수 있도록 쾌속 가열 동작을 제공하는 전기 온열장치의 온도제어기에 관한 것이다.

전기를 이용하는 편리함 때문에 전기침대, 전기 매트 등 전기를 이용하는 온열장치가 다양한 형태로 사용자들에게 제공되고 있다.

근래에 들어서는 기본적인 온열을 제공하는 기능은 물론, 음이온, 초장파 등 사용자들의 신체에 이로운 다양한 부가기능이 제공되는 전기온열장치가 개발되어 상용화되어 있다.

이와 같이, 신체에 이로운 기능의 추가와 같은 추세에 따라 신체에 나쁜 영향을 미칠 수 부분(물질 또는 작용)을 고려해야만 하며, 상기와 같은 전기 온열장치들은 사용 동력원이 전기라는 점에서 전자파의 영향으로부터 자유스러울 수 없다.

또한 온열장치의 특성상 정확한 온도 조절 제어의 필요 및 절전을 고려하여야 한다.

이에 따라 근래의 전기온열장치들은 온도 조절 및 다양한 부가기능의 제공이 가능한 콘트롤러(온도제어기)의 설계에 중점을 두고 기술 개발이 이루어지고 있다.

온도 제어기는 전기 온열장치의 본체에 구성된 접속구(콘넥터)에 접속되어 히터측으로 공급되는 전원전압을 제어하여 히터의 발열동작을 가능하도록 하므로써, 전기 온열장치를 가열시키게 되고, 사용자가 원하는 온도로 제어가 이루어지도록 하는 기능을 제공한다.

이와 같은 종래 온도 제어기에서는 현재의 전기 온열장치의 상태를 고려하지 않고, 사용자가 설정한 온도에 따라 히터의 발열동작을 수행하게 된다.

이와 같은 경우, 최초 전원 인가된 저온상태에서 사용자가 원하는 목적온도에 까지 도달하는 시간은 길어질 수 밖에 없다.

본 발명에서는 사용자가 온도 조절을 요구하게 될 경우, 현재 전기 온열장치의 전원공급상태를 확인하고, 최초 전원공급상태의 저온상태일 경우 사용자가 요구하는 온도와는 상관없이 소정의 설정된 온도에 따라 쾌속 가열동작을 수행하도록 하므로써, 사용자가 요구하는 온도에 빠른 시간내에 도달할 수 있도록 하는 온도 조절 제어기능을 제공하고자 한 것이다.

또한, 위상제어방식이 아닌 온/오프 사이클 제어방식을 채택하여 위상제어에서 발생할 수 있는 잡음이나 전자파를 최소화하였으며, 마이컴을 사용하여 전원전압의 온/오프 스위칭 타임을 정확하게 제어하도록 하므로써, 최상의 절전효과를 기대할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 공급되는 상용 전원전압(AC 220V)을 전원 스위칭동작하여 전기 온열장치의 본체로 공급하는 전원 스위칭수단과,

공급되는 상용 전원전압(AC 220V)을 정류 평활하는 정류/평활수단과,

정류평활수단을 통해 정류평활된 전압을 소정의 일정한 전압으로 유지하여 마이컴의 동작 전압으로 공급하는 정전압유지수단과,

전원 스위칭수단의 스위칭 타이밍을 제어하는 마이컴과,

마이컴의 스위칭 타이밍 제어신호 출력을 위한 기준 발진주파수를 제공하는 발진주파수공급수단과,

전기 온열장치의 온도를 조절하기 위하여 사용자에 의해 설정되는 저항값을 갖는 온도 조절수단과,

상기 전원 스위칭수단에 공급되는 전원전압의 역방향에 대하여 구성되어 전원 스위칭수단의 이상 발생(SHORT)에 따라 공급되는 전원전압을 단속하는 과부하 방지수단을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 마이컴은 전원전압의 공급상태를 판단하는 판단부와, 쾌속가열을 위한 온도 설정값 및 쾌속 가열시간이 저장된 메모리부와, 판단부를 통해 전원전압의 최초 투입상태인가를 판단하여 최초투입상태일 경우 메모리부에 설정된 온도설정값에 따라 쾌속 가열시간동안 전원 스위칭수단의 온/오프 스위칭 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 특징으로 하는 본 발명 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기를 첨부된 도면에 도시된 그 실시예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기의 구성을 나타낸 회로도의 일실시예이다.

전원콘넥터부(1)로부터 공급되는 상용 전원전압(AC 220V)을 전원 스위칭 동작하여 전기 온열장치의 본체로 공급하는 실리콘 제어정류기(SCR1)와,

공급되는 상용 전원전압(AC220V)을 정류 평활하는 정류/평활부(2)와,

정류/평활부(2)를 통해 정류평활된 전압을 일정한 전압으로 유지하여 마이컴(4)의 동작 전압(5V)으로 공급하는 정전압유지부(3)와,

온도조절부(5)에 설정된 저항값에 따라 실리콘 제어정류기(SCR1)의 온/오프 스위칭 타이밍을 제어하여 전기 온열장치의 온도를 조절하는 마이컴(4)과,

전기 온열장치의 온도를 조절하기 위하여 사용자에 의해 설정되는 저항값을 갖는 온도 조절부(5)와,

마이컴(4)의 스위칭 타이밍 제어신호 출력을 위한 기준 발진주파수를 제공하는 발진부(6)와,

상기 실리콘 제어정류기(SCR1)에 공급되는 전원전압의 역방향에 대하여 구성되어 실리콘 제어정류기(SCR1)의 이상 발생(SHORT)에 따라 공급되는 전원전압을 단속하는 과부하 방지용 다이오드(D3)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 마이컴(4)은 전원전압(AC220V)의 공급상태를 판단하는 판단부와, 쾌속가열을 위한 온도 설정값 및 쾌속 가열시간이 저장된 메모리부와, 판단부를 통해 전원전압의 최초 투입상태인가를 판단하여 최초투입상태일 경우 메모리부에 설정된 온도설정값에 따라 쾌속 가열시간동안 전원 스위칭수단의 온/오프 스위칭 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성된다.

그리고 전원 스위치(S1)와, 전원전압(AC220V)이 올바르게 공급되고 있는가를 모니터링하기 위한 네온램프(LP1)와, 마이컴(4)으로부터 실리콘 제어정류기(SCR1)로 제어신호 펄스가 올바르게 출력되고 있는 가를 모니터링하기 위한 발광다이오드(LED1)를 포함하여 구성된다.

그리고 정전압유지부(3)는 제너다이오드(ZD2)에 의해 설정되는 베이스 전압을 기준전압으로 스위칭 동작하여 일정한 출력전압을 갖는 트랜지스터(Q1)를 포함하여 구성된다.

상기 온도 조절부(5)는 사용자에 의해 조절되는 가변저항(VR1)과, 가변저항에 설정된 저항값을 마이컴(4)에서 읽어들이기 위한 콘덴서(C4)를 포함하여 구성된다.

미 설명된 부호 7은 전기 온열장치 본체에 연결되는 본체콘넥터부이고, H1,H2는 발열선, S1,S2는 감열선과 연결되는 단자이다. D1,D2는 다이오드, ZD1은 제너다이오드, C2,C3,C5는 콘덴서, R1∼R9는 저항이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에서는,

전원 스위칭 소자인 실리콘 제어정류기(SCR1)의 스위칭 제어를 위상제어가 아닌 사이클 제어방식을 채택하여 위상제어에서 발생할 수 있는 잡음이나 전자파를 최소화하며, 마이컴(4)을 이용하여 실리콘 제어정류기(SCR1)를 정확한 시간으로 온/오프 동작 제어하도록 하므로써, 절전효과를 얻을 수 있도록 한다.

사이클 제어는 전원전압을 일정한 임의 사이클 또는 시간동안에 입력 제어신호에 따라 사이클 시작(Zero cross) 점에서 온/오프 주기를 반복하여 부하에 인가되는 전력을 제어하는 방식으로 위상각 제어에 비해 노이즈 및 고조파가 발생하지 않으며 제어 직선성이 양호하게 나타난다.

본 발명 실시예에 있어서는 정류/평활부(2)를 통해 정류,평활된 전압을 정전압유지부(3)를 통해 일정한 정전압상태로 마이컴(4)의 동작 전압을 공급하도록 하므로써, 마이컴(4)의 안정된 동작을 확보하도록 한다.

마이컴(4)은 온도 조절부(5)에 설정된 온도조절값 즉 저항값에 따라서 실리콘 제어정류기(SCR1)의 게이트 온 펄스 전압을 공급하여 온/오프 제어하여 전원 콘넥터(1)를 통해 공급되는 AC220V의 전원전압을 실리콘 제어정류기(SCR1)의 온/오프 동작에 따라 본체 콘넥터부(7)를 통해 전기 온열장치 본체로 공급하도록 하는 바,

마이컴(4)은 최초 전원 투입된 저온상태에서는 온도조절부(5)에 설정된 저항값에 상관없이 내부에 설정된 쾌속가열을 위한 온도설정값을 읽어 설정된 시간동안 쾌속가열에 따른 실리콘 제어정류기(SCR1)의 턴 온 펄스를 출력하도록 구성된다.

또한 마이컴(4)에서는 콘덴서(C4)의 충전시간을 읽어 가변저항(VR1)의 저항값을 읽어들이게 되며, 가변저항(VR1)의 저항값을 읽어들임에 있어 가변저항(VR1)의 편차가 크므로 소정의 설정된 기준단위에 따라 일정하게 읽어들여 제어에 정확성을 기하도록 할 수 있다.

예를 들어, 30∼33 사이인 경우에는 인식된 저항값은 30으로 하는 것을 의미한다.

또한 실리콘 제어정류기(SCR1)의 전원공급방향의 역방향으로 다이오드(D3)를 구성하여 실리콘 제어정류기(SCR1)가 단락되거나 이와 유사한 상태가 발생할 경우 전원공급단에 구성된 퓨즈(F1)를 단선시켜 계속되는 전원 공급에 의해 전기 온열장치에 과부하를 방지할 수 있도록 한다.

전원공급단에는 네온램프(LP1)를 구성하여 올바른 전원전압의 공급이 이루어지는가를 모니터링할 수 있도록하며, 실리콘 제어정류기(SCR1)의 턴 온 게이트 전압 펄스가 올바르게 공급되는 지를 확인하기 위하여 발광다이오드(LED1)를 구성한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

전원스위치(S1)가 온 스위칭되면, 전원전압(AC220V)이 온도제어기에 공급된다.

이때, 네온램프(NE LAMP)가 점등되면서 전원전압(AC220V)이 정상적으로 공급되고있는지를 사용자에게 알려주게 된다.

공급되는 상용 전원전압(AC220V)은 콘덴서(C1)를 거치면서 전압강하되고, 정류/평활부(1)를 통해 정류,평활된다.

이와 같이 정류, 평활된 전원전압은 정전압 유지부(3)에 의해 일정한 5V 마이컴(4)의 동작 전압으로 공급된다.

또한 마이컴(4)에서는 온도 조절부(5)의 가변저항(VR1)의 값을 읽어 스위칭 타이밍을 결정하여, 실리콘 제어정류기(SCR1)의 게이트 전압 펄스를 출력한다.

실리콘 제어정류기(SCR1)는 게이트로 공급되는 전압 펄스에 따라 스위칭 온/오프동작 하여 공급되는 전원전압(AC220V)을 본체 콘넥터(7)를 통해 전기 온열장치의 본체에 공급하여 사용자가 요구하는 온도에 따른 온열 동작을 수행한다.

이때 마이컴(4)에서는 전원 투입상태를 확인하고, 최초 전원 투입상태일 경우 온도 조절부(5)의 저항값대신 내부에 설정된 온도 설정값을 읽어, 내부에 설정된 소정의 시간동안 해당하는 스위칭 제어신호 펄스를 실리콘 제어정류기(SCR1)로 출력하여 쾌속가열동작 모드를 수행한다.

이후, 설정된 시간이 경과되면, 마이컴(4)에서는 온도 조절부(5)의 저항값에 따른 스위칭 제어신호를 출력하여 정상적인 사용자가 요구하는 온도로 가열동작을 수행하게 된다.

즉, 마이컴(4)에서는 최초 전원 투입상태가 저온상태이므로, 고온의 가열값으로 설정된 온도 설정값으로 전기 온열장치를 빠른속도로 가열시켜 일정수준의 온도로 상승시킨 후, 사용자가 요구하는 정상모드로 온도로 가열동작을 수행하도록 하는 정상모드를 진행한다.

도 2는 마이컴(4)에서의 온도 조절과정을 보인 플로우챠트.

여기서 실리콘 제어정류기(SCR1)가 단락(short)될 경우, 전기 온열장치의 본체 히터부에는 전원전압(AC220V)의 단속이 이루어지지 않은 상태에서 계속 공급되어 과부하가 걸릴 수 있는 바, 실리콘 제어정류기(SCR1)가 단락될 경우 역방향 다이오드(D3)에 의해 전원공급단에 구성된 퓨즈(Fuse1)에 과전압이 걸리게되므로, 퓨즈(Fuse1)가 단선되면서, 전원공급이 차단되므로써, 과부하에 의한 화재의 위험등을 방지하게된다.

이상에서와 같은 본 발명을 적용하면, 위상제어가 아닌 사이클 제어방식에 따라 전원 스위칭제어를 수행함에 따라 잡음이나 전자파를 최소화시킬 수 있으며, 마이컴을 사용하여 전원 스위칭 소자 실리콘 제어정류기의 온/오프 스위칭을 제어하도록하므로써, 정확한 온/오프 제어가 가능하여 절전효과를 기대할 수 있다.

또한 최초의 전원 공급시의 저온 상태에서 일정한 수준의 온도까지 빠른속도로 가열제어하도록 하므로써, 사용자가 요구하는 목적온도까지 빠른시간내에 제어가능한 온도 제어기를 제공할 수 있어 사용자의 기기 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

또한 전원 전압 스위칭수단의 이상상태에 따라 전원 전압의 공급을 단속 제어할 수 있도록 하므로써, 전기 온열장치의 과부하로 인한 기기손상 및 화재 발생을 방지할 수 있다.

이와 같은 온도 제어기는 전기 온열장치의 본체 콘넥터에 연결하여 사용되는 것으로, 본체 내부에 어떠한 구성 변경도 없이 본 고안의 온도 제어기를 교체하여 적용하면, 상기에서와 같은 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도제어기 구성의 일실시예를 보인 회로도.

도 2는 본 발명에 있어서, 마이컴의 온도 조절과정을 보인 플로우챠트.

Claims (7)

1. 전기 온열장치의 온도 제어기에 있어서,

   공급되는 상용 전원전압(AC 220V)을 전원 스위칭 동작하여 전기 온열장치의 본체로 공급하는 전원 스위칭수단과,

   공급되는 상용 전원전압(AC 220V)을 정류 평활하는 정류/평활수단과,

   전원 스위칭수단의 스위칭 타이밍을 제어하는 마이컴과,

   마이컴의 스위칭 타이밍 제어신호 출력을 위한 기준 발진주파수를 제공하는 발진주파수공급수단과,

   전기 온열장치의 온도를 조절하기 위하여 사용자에 의해 설정되는 온도 조절값을 갖는 온도 조절수단을 포함하여 구성되며,

   상기 마이컴은 전원전압의 공급상태를 판단하는 판단부와, 쾌속가열을 위한 온도 설정값 및 쾌속 가열시간이 저장된 메모리부와, 판단부를 통해 전원전압의 최초 투입상태인가를 판단하여 최초투입상태일 경우 메모리부에 설정된 온도 설정값에 따라 쾌속 가열시간동안 전원 스위칭수단의 온/오프 스위칭 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 마이컴은 온도조절부에 설정된 온도 조절값에 따라 전원 스위칭수단의 스위칭 제어신호를 출력하여 전기 온열장치의 온도를 조절함에 있어서,

   전원이 최초 투입된 상태인 가를 판단하는 과정과,

   판단결과 전원이 최초 투입된 상태인 경우, 온도 조절부에 설정된 저항값과 상관없이 내부에 설정된 온도 조절값에 따라 설정된 소정의 시간동안 전원 스위칭 수단을 제어하는 정상 온도조절모드 수행과정과,

   설정된 시간이 경과되면 온도조절수단에 설정된 사용자 조정 온도 조절값에 따라 전원 스위칭 수단을 제어하도록 하는 과정을 수행하는 프로그램수단이 내장된 것을 특징으로 하는 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 전원 스위칭수단에 공급되는 전원전압의 역방향에 대하여 구성되어 전원 스위칭수단의 이상 발생(SHORT)에 따라 공급되는 전원전압을 단속하는 과부하 방지수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 온도 조절수단은 사용자에 의해 조절되는 가변저항(VR1)과, 가변저항에 설정된 저항값을 마이컴(4)에서 읽어들이기 위한 콘덴서(C4)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기.
5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 정류평활수단을 통해 정류평활된 전압을 정전압 유지하여 마이컴의 동작 전압으로 공급하는 정전압유지수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기.
6. 제 5항에 있어서, 전원전압(AC220V)이 올바르게 공급되고 있는가를 모니터링하기 위한 네온램프와, 마이컴으로부터 전원스위칭수단으로 제어신호 펄스가 올바르게 출력되고 있는 가를 모니터링하기 위한 발광다이오드(LED1)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기.
7. 제 5항에 있어서, 정전압 유지수단은 제너다이오드(ZD2)에 의해 설정되는 베이스 전압에 따라 스위칭 동작하여 일정한 출력전압을 갖는 트랜지스터(Q1)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 온열장치의 무전자파 쾌속 가열 온도 제어기.