KR20070093193A - 전열 보온기의 비접촉 전계파 차단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기장판, 전기매트, 전기방석등과 같이 발열체에 의한 열을 발생하여 인체와 직접 접촉되게 사용하는 전열 보온기에 있어서 그 발열체에서 발생하는 정전기 현상과 전자파를 인체의 직접적인 접촉 없이 접지유무를 판별하고 차단하기 위하여 입력되는 상용 교류 전원에서 접지 전위를 선택하거나 만들고, 그 접지 전위를 이용하여 발생한 전자파중 비접촉으로 전계파의 발생 여부를 판별하고 이를 차단하기 위한 장치이다.

비접촉, 부도체, 단상 2선, 단상 3선, 접지 전위, 분권형 절연트랜스

Description

전열 보온기의 비접촉 전계파 차단장치{Non touch electromagetic waves a isolate device}

제 1 도는 전기 매트의 구조

제 2 도는 단상 2선식 및 단상 3선식 교류 전원의 결선방법을 나타낸 도면

제 3 도는 일반적인 간이 전원회로 방식 및 스코프상의 파형 도면

제 4 도는 단상 2선식 및 단상 3선식의 스코프상의 파형 도면

제 5 도는 일반 전원트랜스 방식의 전원부 및 스코프상의 파형 도면

제 6 도는 분권형 전원트랜스방식 전원부의 스코프상 파형 도면

제 7 도는 본 발명"전열보온기의 비접촉 전계파 차단 장치"의 구성을 나타낸 블럭도

제 8 도는 본 발명"전열보온기의 비접촉 전계파 차단 장치"의 실시예를 나타낸 회로도

제 9 도는 마이컴을 사용한 자동 접지전위 선택 플로우챠트

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 직류전원부 2 : 접지전위 선택부

3 : 전기매트 4 : 온도 조절부

5 : 접지 연결부 6 : 신호 증폭부

7 : 비교부 11 : 스위치부

12 : 접지판 13 : 발열선

14 : 셀렉터 스위치 21 : 분권형 절연 트랜스

전기를 사용하는 제품은 전자파(전계파＋자계파)가 필연적으로 발생을 하며 전자파를 막는 방법은 전자파 중 자계파은 서로 상쇄를 시켜 차단하거나 특수 금속으로 쉴드(Shield)를 하는 방법이 있고 전계파는 그 전기제품의 외부를 도전체로 감싸고 그 도전체를 접지를 시키는 방법이 있다.

우리가 보조 난방 기구로서 많이 사용하는 전기매트의 경우 도 1 에서와 같은 구조로 이루어지게 되며 사용자는 전기 매트와 밀착하여 눕거나 앉아서 사용하게 되므로 전기 매트로부터 발생되는 유해 전자파를 차단시켜 주어야하는 필요성이 있다.

전자파는 전계파와 자계파로 나뉘게 되며 매트의 발열선으로부터 발생하는 자계파를 차단하는 방법은 발열선에 흐르는 전류를 서로 상쇄시켜 주면 되므로 그러한 열선은 현재 많이 개발이 되어 사용이 되고 있다.

본 발명은 전자파에서 전계파를 차단 하기위하여 별도의 접지선 없이 단상 2선식의 경우는 입력 전원 내에서 접지전위를 선택하도록 하고 단상 3선식인 경우는 인위적으로 접지 전위를 만들어서 그 접지전위를 이용하여 전계파를 차단하기 위한 것이며 본인의 선 등록 특허인 대한민국 특허등록 제 266704 호를 개량한 개량발명에 관한 전열 보온기의 비접촉 전계파 차단 장치이다.

현재 국내에서 사용중인 전기 제품은 입력 전원 플러그에 접지선이 없는 2구방식의 전원선과 접지선이 있는 3구방식의 전원선이 사용되고 있는데 전기용품안전관리법에 전기제품의 몸체가 금속체인 경우는(예 : 세탁기, 냉장고, 다리미등)누전 발생시 감전의 위험이 있으므로 반드시 3구 접지 전원선을 사용하도록 하고 있으며 전기제품의 몸체가 부도체인 드라이기, 라디오, 전기매트등은 감전이나 누전의 위험이 없으므로 2구 무접지 전원선을 사용하도록 규정하고 있다.

예를 들면 2구 무접지 전원선을 사용하는 전기매트의 경우는 제품의 외부가 천 내지 내자(인조가죽)로 구성되어 있는 부도체이므로 누전이나 감전의 위험은 없으나 인체가 밀착하여 사용하므로 매트의 발열선에서 발생하는 전계파의 영향을 인체는 직접적으로 받게 되는 것이다.

전계파을 차단하기 위해서는 발열선 주위를 전도성체로 감싼 후 그 전도성체에 접지선을 연결하여 접지를 시킨 후 전계파를 대지로 빼줌으로써 차단해주는 것이 좋은데 현실적으로는 제품에 무접지 2구 전원선이 사용되고 있으며 3구 접지 전원선을 사용한다고 해도 우리나라 가정 내 전원 콘센트의 접지구조가 완전하지 못한 것이 현실이다.

그렇다면 입력전원 내에서 접지전위를 선택하거나 만들어서 전계파를 차단하는 것이 가장 현실적인 방법이 될 수밖에 없는 실정이다.

입력전원 내에서 접지전위를 선택하거나 만들기 위해서는 먼저 우리나라의 전원공급 방식을 살펴보도록 한다.

일본의 경우는 100V, 미국은 110V, 중국은 220V를 사용하는데 모두가 도 2 (A)의 예시와 같이 단상 2선식이며 유럽은 220-240V로서 도 2 (B)와 같은 단상 3선식의 방식을 사용하고 있는데 반하여 우리나라는 이전 110V에서 220V로 전환하는 승압 공사시 여러 가지 문제로 인하여 단상 2선식과 단상 3선식이 함께 혼용 사용되고 있는 것이 특징이다.

지금은 대부분이 단상 2선식을 사용하지만 일부에서는 아직도 단상 3선식이 함께 사용되고 있는 것이다.

입력전원이 접지 전위를 가진 선 즉, 콜드라인(COLD LINE)이 있는 단상 2선식인지, 아니면 입력 2선 모두가 핫-라인(HOT LINE)인 단상 3선식인지를 판별하기 위해서는 가장 간단한 방법으로 네온램프를 이용하는 방법이 있다. 일측 단자를 인체에 접촉 후, 타측 단자는 고 저항을 통한 네온램프를 접촉하는 방법으로 확인하는데 검전 드라이버가 널리 사용이 되고 있다. 즉 인체는 대지접지 전위를 갖고 있으므로 인체를 기준으로 입력 전원선의 전위 차이를 이용하여 전류의 흐름에 의한 네온 램프의 점등유무로서 어느 선이 접지 전위를 가진 선인지를 판별할 수가 있는 것이다.

이와 같은 네온을 이용하여 접지전위를 판별하는 장치는 발명이나 고안으로 이전에 출원되었던 것이 여러 건 있었으나 대부분 공지기술로서 사용되고 있다. 네온램프를 이용하여 입력선의 접지전위를 판별하기위해서는 접지선 검출을 하기위한 회로의 전원이 접지전위를 갖고 있어야하며 최소한 수mA 이상의 전류를 흘려야하는 조건이 이루어져야 네온램프의 점등 유무로서 판별이 가능한데 본인의 또 다른 선 등록 특허인 대한민국 특허 제 120022 호(발명의 명칭 : 접지선 검지에 의한 유해파 차단 장치)의 경우 입력전원부의 영향을 받지 않는 절연트랜스를 통한 직류전원부의 마이너스측과 네온램프의 점등유무에 의한 광도전소자를 통하여 입력선의 접지유무를 판단한다고 기술하였으나 입력 전원의 영향을 받지 않는 직류 전원부만으로서는 마이너스측이 접지전위를 갖기가 어렵고 접지전위를 갖고 있다고 해도 네온램프가 점등을 할 정도의 접지저항을 갖고 있기가 어려우므로 네온램프의 점등에 의해서 완전한 접지선 검출을 하기에는 많은 부분이 부족하다는 것을 알게 되었다.

또한 인체에 의한 네온램프의 점등으로서 접지유무를 판별하는 방식은 인체를 통하여 흐르는 전류가 미약하므로 밝기가 충분하지 않아 주위가 밝은 곳에서는 판별이 용이치 않고 사용에 불편함이 있다.

그래서 네온램프 점등에 의한 방법이 아니고 인체와 입력 전원선의 전위 차이를 이용한 방법으로서 상기에 언급한 본인의 선 등록 발명인 전자기기의 접지 장치에서 보듯이 전원 입력 선을 셀렉터로 선택하고 인체의 접촉에 의한 터치 단자를 거친 후 비교기를 통하여 엘이디(LED)와 부저소리로서 확실히 판별되는 방식이 사용되기도 하지만 접지 여부를 판별하기 위해서는 인체를 기준으로 한 터치 단자를 통하여 판별 할 수밖에 없는 것이다.

이는 인체가 대지접지 전위, 즉 0V의 전위를 갖고 있기 때문에 셀렉터를 통한 입력 전압이 인체를 기준으로 교류적으로 높거나 낮으면 핫(HOT 또는 LIVE) 라인이 되고 교류적으로 전위 차이가 없으면 콜드(COLD) 라인이 되므로 핫라인의 경 우에는 입력선과 인체에는 교류적인 전위차이가 발생하게 되고 그 사이를 흐르는 전류를 이용하여 네온램프를 동작시켜 확인을 하거나, 또는 그 신호를 증폭을 하고 비교기를 거쳐서 LED나 부저로서 확인할 수 있도록 하여 접지 여부를 판별하고, 네온램프나 LED 또는 부저가 동작하지 않는 곳은 접지 전위가 되므로, 이를 이용하여 접지대용으로 사용하기 위한 것이다.

이것은 인체가 대지(접지)전위를 띄고 있으므로 이를 기준으로 하여 입력 전원 내에서 접지전위를 판별하는 가장 일반적인 방법으로서 현재 많이 사용이 되고 있다. 하지만 이러한 방법은 사용자의 입장에서 볼 때 불편한 점이 발생하게 되는데 이는 사용자가 접지전위를 잘못 선택하여 사용을 하고 있는 경우, 인체가 스스로가 터치 단자에 접촉하여 확인하기 전까지는 제대로 접지 전위가 선택이 된 것인지의 여부를 알 수가 없다는 것이다.

즉, 지금까지의 장치들은 접지전위를 식별하기 위해서는 네온램프를 사용하든지 증폭기나 비교기를 사용하던지 간에 반드시 인체가 접촉해야 식별되는 터치 단자를 필요로 하며, 터치 시에는 판별이 되지만 손을 떼게 되면 네온이나 LED가 동작하지 않으므로 손을 터치하지 않은 상태에서는 접지 전위의 선택이 제대로 되어졌는지의 판별이 불가능하여 사용자의 입장에서 볼 때 매우 불편한 점이 될 뿐 아니라 터치 단자는 반드시 전기가 통하는 전도성 물체로 구성되게 되어 사용자가 젖은 손으로 만지게 되거나 피부가 연약한 사람 등이 접촉하게 될 경우 감전의 위험을 안고 있으며 전도성체가 제품의 외부에 노출되어서는 안 된다는 전기용품안전 관리법에도 위배가 되는 것이다.

이에 본 발명은 기존의 방식인 접지판별장치의 터치 단자가 전도성체로 만들어져 인체의 접촉에 의한 접지전위 선택 방식을 사용하는데 반하여 비접촉식 접지전위 선택 방식이며, 부도체 물질로 구성 된 접지 선택스위치 또는 터치 단자를 구비하여 사용자가 감전의 위험 없이 완전한 접지측을 선정하도록 하여 안전하게 제품을 사용하게 하는데 있으며, 선택 스위치 또는 터치 단자가 접지 전위를 잘못 선택 하였을 경우 종전의 접촉식 접지판별장치는 인체(손)로 터치하기 전까지는 올바른 접지 전위의 선택인지의 확인이 불가능하지만 본 발명은 손을 접촉 않은 상태에서도 그 판별이 가능한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 먼저 입력 전원의 두선(상용 교류 전원 입력단)중 어느 선이 접지전위인지 아닌지의 여부를 판별하기 위해서는 판별 회로 자신의 전원이 인체의 접촉에 의한 터치 단자를 통한 방법을 사용하지 않는 상태에서 접지 전위를 갖고 있어야만 입력선의 어느 선이 접지 전위인지 비교 판별 할 수 있으므로 입력 전원의 영향을 받지 않는 독립된 전원부를 만든 후, 그 전원의 전위를 접지 전위에 일치시키고 그 전위를 기준으로 판별하되 정확도를 기하기 위하여 입력선의 교류성분을 받아들여 증폭한 다음 다시 이를 비교기를 통하여 판별케 하여 접지유무를 확인할 수 있도록 하였으며 제품의 종류에 따라 이를 수동이나 마이컴을 이용한 자동판별 장치로 구성하여 사용할 수 있도록 한 것이다.

본 발명이 이루어지기 위해서는 먼저 입력 전원의 영향을 받지 않는 독립된 동작 전원부를 만드는 것이 선행되어야 하는데, 이의 이해를 돕기위하여 일반적인 직류 동작 전원부를 살펴보도록 한다.

도 3 (A), (B)는 일반적으로 전원 트랜스를 사용하지 않는 간이 전원부로서 현재 가장 많이 사용되고 있으며, (A-1), (B-1), (C-1) 과 (A-2) , (B-2), (C-2)는 입력 전원의 상태, 즉 단상 2 선식 및 단상 3 선식에 따라 표시되는 간이 전원부의 오실로스코프 상에서 파형 도면이다

입력 전원부는 국내의 경우 가정으로 공급되는 전원의 배전 방식에 따라 단상 2선식과 단상 3선식으로 나누고 사용자가 제품의 플러그를 전원 콘센트에 접속시 항상 일정한 정 방향으로만 접속하는 것이 아니므로 역방향(꺼꾸로)의 접속까지 고려하여 입력 전원을 도 4 의 (A), (B), (C)와 같이 3가지로 구분하여 볼 수 있다.

도 4 (A)와 (B)는 단상 2 선식의 경우로서 (A)는 플러그의 정 방향 접속을 (B)는 역방향 접속 시 표시이고 (C)는 단상3선식의 경우로서 접지를 기준으로 입력 2선은 각각 110V 의 전위를 가지게 되므로 플러그를 역방향으로 접속하더라도 입력 전압의 상태는 바뀌지 않는다.

도 3 (A)를 동작 전원부로 채택하여 입력 전원이 도 4 (A)타입으로 접속 시 스코프상의 파형은 제너 다이오드(ZD)의 전압을 12V로 할 경우 도 3의 (A-1)과 같고, 이는 동작 전원부의 형태가 접지 전위를 기준으로 할 때 완전한 직류 파형이 되므로 입력 전원부의 접지선 판별이 가능하게 되지만 제품 플러그를 역방향으로 접속하게 되는 경우인 도 4 의 (B) 타입으로 접속시 도 3 의 (B-1)과 같은 파형으 로 나타나게 되어 출력 a-b 간의 직류전압은 12V의 직류가 되지만 접지를 기준으로 한 파형은 교류가 되므로 이 상태에서 입력 전원의 접지 전위를 판별하게 되면 잘못 된 선택을 하게 되는 것이다.

단상 3 선식인 (C)타입의 경우 직류 파형은 도 3 의 (C-1) 와 같이 나타나게 되고 이 경우 입력 전원을 역 방향으로 바꾸어 접속하여도 같은 상태가 되는데 도면에서 알 수 있듯이 접지를 기준으로 볼 때 교류 110V의 모습을 갖게 되어 이 또한 접지 판별 회로의 전원부로서는 사용할 수가 없는 것이다.

즉, 입력 전원의 접지 유무를 판별하기 위해서는 입력전원의 상태가 변경되더라도 동작 전원부는 접지전위를 기준하여 볼 때 언제나 도 3 의 (A-1)과 같은 직류 파형으로만 나타나야 접지 유무를 정확하게 판별 할 수 있는 것이다.

그리고 이번에는 도 3 (B) 의 전원부를 동작 전원부로 사용하게 되는 경우인데 전원 방식은 콘덴서 C1, C2의 용량이 같기 때문에 임피던스가 입력의 절반이 되므로 입력전원이 도 4 의 (A)와 (B) 상태에서는 파형이 도 3 의 (A-2)와 (B-2)와 같이 동일한 상태가 되어 이 역시 접지 판별을 위한 전원부로서는 사용할 수가 없는 것이다.

즉, 이 상태에서는 입력부가 단상 2선식인 경우 출력 a, b의 2선이 모두 접지를 기준으로 하여 볼 때 용량이 같은 C1, C2에 의해서 입력 전압의 1/2에 해당하는 110V가 되기 때문이다. 하지만 단상 3선식인 도 4 (C)의 경우에는 도 3 (C-2)와 같은 파형을 가지게 되므로 접지를 기준으로 완전한 직류 상태가 되어 접지 판별 전원으로서의 사용이 가능하게 된다.

다시 말하면, 도 3 (A),(B)에 도시된 간이 전원부는 통상적인 회로인 일반 전자기기의 동작 전원으로서의 기능 수행은 가능하지만 접지 판별 기능을 수행하기는 불가능한 것이다.

이번에는 동작 전원부를 전원 트랜스로 구성하는 방법의 경우로서 일반 트랜스와 분권형 절연트랜스를 사용하는 방법이 있는데 이를 설명하면 다음과 같다.

전원트랜스를 사용하는 경우, 도 5 (A)에 도시하였듯이 가장 일반적인 트랜스 방식인 1차측과 2차측 코일을 절연지로 감은 상태에서 서로 겹쳐 감는 방식을 사용하는 방법과 도 6 (A)에서와 같이 크기가 커지 고 제조비용이 상승하는 단점은 있으나 입력 전원부에 의한 교류적 간섭이나 잡음의 영향을 받지 않도록 1차 및 2차측 코일을 서로 겹쳐지지 않게 보빈을 상하로 나누어 감는 분권형 절연트랜스를 사용하는 방식이 있다.

일반 트랜스는 1차와 2차 측 코일이 절연되어 있다고는 하나 서로 겹쳐서 감기 때문에 코일과 코일간에 캐페시티가 발생하게 되어 접지를 기준으로 한 스코프상의 파형은 입력 전원 플러그를 접속하는 상태에 따라라 도 5 의 (C)와 (D) 형태로 나타나게 되어 접지 전위의 판별을 위한 전원부로 사용하기가 불가능한 것이다. 즉, 입력 전원부 코일과 출력코일과의 사이에서 발생하는 캐페시티에 의하여 미세한 교류 전류가 흐르게 되어 동작 전원부가 간섭을 받기 때문이다.

반면에 도 6 에 도시된 분권형 절연트랜스의 경우는 1차와 2차측 코일을 겹쳐 권선하는 것이 아니므로 코일간에 서로 캐페시티가 존재하지 않게 되고 순수한 자속에 의한 전압만 발생하게 되므로 동작 전원부의 파형은 도 6 (C)에서 볼 수 있 듯이 거의 영향을 받지 않게 된다. 즉 독립된 별도의 전원(예 : 건전지)을 사용하는 것과 같은 상태가 되는 것이다.

그러나, 이와 같이 입력전원의 영향을 받지 않는 독립된 직류전원를 사용한다 하더라도 그 전원부를 기준으로하여 입력 전원의 상태가 접지전위인지의 여부는 판별할 수 없게 되는데, 그 이유는 입력 전원부 코일과 출력 코일과의 사이에서 발생하는 간섭이 없기 때문에 동작 전원부를 기준으로 할 때 단상 2선이나 단상 3선의 입력선인 두선 모두가 동일한 상태가 되어 접지 판별이 되지 않게 되므로 이러한 직류 전원부는 도 3 의(A-1) 같은 상태로 만들어주어야 하는 것이다.

즉, 동작 전원부 자체가 접지 전위와 동일한 상태가 되어야만 입력 전원 각각의 전위가 동작 전원부가 가지는 전위와 같은지 아닌지를 판별 할 수 있는것이며 동일하면 콜드라인(COLD LINE)으로 높거나 낮으면 핫-라인(HOT LINE)으로의 판별이 가능하게 되는 것이다.

이러한 조건이 이루어지기 위해서는 먼저 입력 전원의 간섭을 받지 않는 상태의 독립된 직류 전원부를 구성하고 본 직류 전원부가 구성된 제품(전기매트)이 대지 접지전위를 가지는 장소에서 사용되므로 직류 전원부의 면적을 크게 하거나 전기매트내의 발열선을 전도성체로 감싸고 있는 접지판 자체의 면적을 이용하여 접지 전위를 갖게 만들고 접지전위 선택부의 셀렉터 스위치를 통하여 입력되는 전원선 각각의 교류 신호를 받아들인 후 그 교류 신호를 증폭부에서 증폭한 후 비교부에서 직류로 변환하여 이를 비교부의 설정된 기준 전압과 비교하여 그 기준 전압보다 높거나 낮음으로 접지 유무를 판별 표시부에 표시하게 되는 것이다.

상기 목적을 달성하고 종래의 단점을 개량하기 위하여 본 발명인 전열 보온기의 비접촉 전계파 차단 장치는 다음과 같은 구조로 이루어지게 된다.

도 7 은 본 발명의 구성 블록도 이고 도 8 은 실시예의 회로도이다.

먼저 도 7 의 도면을 통하여 본 발명의 동작 원리를 설명 하도록 한다. 먼저 입력 전압(상용 교류 전원)의 형태는 도 4 (A),(B),(C)의 상태로 구분이 되지만 본 발명의 경우 동작 전원부는 입력 전압의 영향을 받지 않으므로 구분할 필요는 없으나 편의상 도 4 (A)의 입력 전압 상태로 가정하고 설명토록 한다.

단상 2선의 220V 교류 전원이 입력이 되면 분권형 절연트랜스를 통하여 직류 전원부(1)이 만들어진다.

이때, 스위치부(11)은 오프(OFF)상태에서 동작을 수행하게 되며 온도 조절부(4)내의 동작 전원부는 입력 전원의 영향을 받지 않는 상태가 되고 온도 조절부(4)는 전기매트(3)와 연결 되어있는 상태이고 전기매트(3) 내부의 전계파를 차단하기 위한 전도성 물질로 싸인 접지판(12)은 직류 전원부(1)의 마이너스 측과 연결이 되어있으므로 단위 면적이 커지게 되어 직류전원부(1) 마이너스 측은 자연히 접지(대지)전위를 갖게 된다.

스위치부(11)이 온(ON)상태인 경우에는 전기매트(3)의 발열선(13)에 입력 전원의 상태에 따라서 핫-라인(HOT LINE)이 연결 될 수가 있고 이러한 경우에는 전기매트(3)의 접지판(12)은 접지 전위가 아닌 상태가 되어 오동작이 발생하므로 항상 스위치부(11)가 오프(OFF)상태에서 작동 시켜야 한다.

대부분의 전기매트용 온도조절기가 한쪽 선만을 온/오프(ON/OFF) 하는 스위치를 사용하고 있으나. 본 발명의 스위치부(11)는 입력 두선을 모두 끊어주는 스위치(S/W1)를 사용함으로써 전기매트(3)에는 어떠한 교류 성분도 가해지지 않게 되므로 직류 전원부(1)는 자연히 접지(대지)전위를 갖게 되는 것이다.

이 상태에서 접지전위선택부(2)의 셀렉터 스위치(14)를 움직여서 직류전원부(1)의 접지전위를 선택하게 되는데 입력전원은 도 4 의(A) 상태가 입력이 되므로 접지전위 선택부(2)내의 셀렉터 스위치(14)가 ①번 단자에 위치 시 직류 전원부(1)의 마이너스 측과 교류적으로 220V의 전위차가 발생이 되고 ②번 단자에 위치되는 경우는 110V의 차이가 나며, 셀렉터 스위치(14)가 ③번 단자에 놓일 경우에는 0V에 가깝게 되어 전위차가 발생하지 않게 되는 것이다.

셀렉터스위치(14)가 ③번 단자를 제외한 ①, ②번 단자에 위치시에는 직류 전원부(1)의 마이너스 측과는 교류적으로 220V,110V의 전위차가 발생이 되고, 그 교류 신호를 신호 증폭부(6)에서 증폭을 한 후 비교부(7)에서 그 신호를 직류 전압으로 바꾸게 되면, 비교부(7)의 일측 입력 단자에 기준전압을 설정, 그 설정 기준보다 높은 전압이 입력 시에는 핫-라인(HOT LI-NE)으로 판별이 되도록 설정을 하였으므로 입력 전위와 직류전원부(1)의 마이너스 측과는 전위 차이가 발생하여 비교부(7)의 기준치 전압보다 높게 되지만 ③번 단자에 위치하였을 때는 직류 전원부(1)과 교류적인 전위차가 발생하지 않게 되므로 기준 전압보다 낮게 되고 이를 비교부(7)에서 판별한 후 엘이디(LED)나 부저로 표시부(8)에 출력함으로서 시각 및 청각적인 방법으로 확인이 되는 것이다.

이러한 방법으로 접지 전위와 같은 위치인 ③번 단자에 접지전위선택부(2)의 셀렉터 스위치(14)를 위치시키면 되는데 아직까지는 접지 전위가 선택이 되었을 뿐, 전기매트(3)의 접지판(12)과 직접 연결된 것이 아니므로, 오프(OFF) 되어있는 스위치부(11)를 온(ON)시키므로써 연결이 되는 것이다.

즉, 스위치부(11)를 온(ON)하게 되면 접지 연결부(5)에 220V의 전압이 인가되고 릴레이(15)가 동작하여 접지 연결부(5)의 스위치(16)가 온 (ON)되어 직류 전원부(1)의 마이너스 측과 직접적인 연결이 되는 것이다.

다시 말하면, 도 4 (A)에서 입력 전원의 2선인 A,B 중 접지 전위인 B로부터 접지전위 선택부(2)의 셀렉터 스위치(14)가 ③번 단자에 위치해 접지 연결부(5)의 스위치(16)를 통과한 후 직류 전원부(1)의 마이너스 측과 연결이 되고 전기매트(3)의 접지판(12)과도 연결이 되면 동작이 완료되는 것이다.

이러한 후에는 온도 조절부(4)의 동작 유무에 관계없이 전기매트(3)의 발열선(13)에서 발생하는 전계파는 발열선(13) 외부를 감싸고 있는 접지판(12)을 통하여 다시 역순으로 입력 전원부의 접지 전위선인 B측까지 이르게 되어 전계파을 제거하게 되는 것이다.

이번에는 입력 전원부가 단상 3선식인 도 4 (C)의 경우를 도 8 의 실시예를 들어 설명하도록 한다.

스위치부(11)이 오프(OFF)인 상태에서 단상 3선식 220V의 입력이 인가되면 직류 전원부(1)의 분권형 절연트랜스(21)인 TF-1 을 통하여 강압되고 정 전압 회로(22) IC1에서 12V의 직류 전압으로 바뀐다.

이 직류 전원부(1)는 입력 교류 전압의 영향을 받지 않는 별도의 전원부가 되지만 전기매트(3)과 연결이 되어 있고 전기매트(3)의 접지판(12)은 다시 직류전원부(1)의 마이너스측과 연결이 되어 있으므로 단위 면적이 증가하게 되어 직류전원부(1)의 전위는 접지전위가 되므로 입력 전원부의 접지유무를 점검할 수 있는 상태가 된다.

이때에 접지전위 선택부(2)의 셀렉터스위치(14)가 입력 전원선중 어느 선이 접지 전위인지를 판별을 하여야하는데 ①, ③번 단자에 위치하게 되면 단상 3선식의 입력 전원이므로 도 4 (C)의 경우가 되어 직류 전원부(1)와 마이너스측과는 110V의 교류신호 차가 발생이 되어 그 교류신호는 교류신호 증폭부(6)의 R23을 거쳐 OP AMP인 IC2에 입력이 된다.

이 신호는 비교부(7)에 입력이 되는데 다이오드1과 R7,C7에서 직류전압으로 변환되어 IC3에 입력된다. 이때 비교부(7) IC3의 타측 입력부에는 저항 R8,R9로서 기준 전압을 설정을 해놓게 되는데 IC3의 경우에는 기준보다 높으면 출력이 로우(LOW)가 되고 기준보다 낮으면 출력이 하이(HIGH)가 되도록 설정되어 있으므로 셀렉터 스위치(14)의 ①번 또는 ③번 단자의 신호는 접지 전위와는 110V의 전위차가 발생하게 되어 그 신호는 IC2에서 증폭되고 IC3에서 정류되어 기준전압보다 높아지게 되므로 출력은 LOW가 되어 표시부(8)의 LED1은 동작을 하게 되는 것이다.

이번에는 셀렉터스위치(14)가 중간 위치인 ②번 단자에 위치하게 되면 도 4 (C)에서 보듯이 단상 3선식이 입력될 때는 입력 전압의 1/2 전압 즉, 입력전압이 220V인 경우 110V인 지점이 접지를 기준하여 볼때 0V 전위가 되므로 셀렉터 스위치 (14)의 ①, ③번 단자 양단에 서로 용량이 같은 캐패시티 C4, C5로서 연결함으로써 입력의 1/2 전압이 설정되도록 한 것이다

접지전위 선택부(2)의 셀렉터 스의치(14)의 ②번 단자로부터 입력된 교류신호는 교류신호 증폭부(6)의 IC2에서 증폭되고 비교부(7)의 IC3에서 비교되어야 하지만 이 교류신호는 직류전원부(1)의 마이너스측과는 교류적인 전압차이가 거의 없으므로 비교부(7)에서 정류되어 입력되는 직류전압은 0V에 가깝게 되고 이는 비교부(7)에서 R8, R9로 설정된 기준 전압보다 낮게 되므로 비교부(7) IC3의 출력은 하이(HIGH)가 되어 표시부(8)의 LED1이 동작을 하지 않게 되어 접지 전위를 선택할 수 있게 되는 것이다.

그 다음에 스위치부(11)를 온(ON)시키게 되면 접지연결부(5)의 릴레이에 전압이 인가되고 스위치는 온(ON)되어 셀렉터 스위치(14)의 ②번 단자에서 선택된 접지전위는 접지연결부(5)의 스위치를 거쳐 직류 전원부(1)의 마이너스측과 연결이 되고, 이는 다시 전기매트(3)의 접지판(12)과 연결이 되는 것이다.

이때는 온도조절부(4)의 동작 유무에 관계없이 전기매트(3)의 발열선(13)에서 발생되는 전계파는 그 발열선(13)을 감싸고 있는 접지판(12)을 통하여 직류 전원부(1)의 마이너스 측을 거치게 되고 접지 연결부(5)의 스위치를 통하여 접지전위 선택부(2)내 셀렉터 스위치(14)가 ②번 단자에 위치 시 접지를 기준으로 볼 때 입력 전압 0V에 연결이 되므로써 전계파가 차단되는 효과가 발생하는 것이다.

상기 방법은 접지 전위의 선택 시 수동방식으로 사용할 때는 부도체의 셀렉터 스위치(14)를 사용하였으나, 마이컴을 이용한 자동 방식의 경우에도 기능 설정 및 동작은 동일하다.

즉, 도 9 와 같이 메인전원 스위치(SW)에 의하여 입력 전원이 인가되면 분권형 절연트랜스를 통한 직류전원부에 의해서 동작하는 마이컴은 입력전원이 인가됨과 동시에 전기매트으로 연결되는 교류 입력을 릴레이를 통하여 차단시킨 후 마이컴 자신의 직류 전위는 전기매트의 접지판과 연결이 되어 있으므로 0V의 접지전위를 띄게 되고 접지 전위를 기준으로 하여 입력선의 전위가 핫라인(HOT LINE)인지 콜드라인(COLD LINE)인지를 판별한 후 접지전위 선택부내의 릴레이를 접지 전위와 같은 단자에 위치시켜 연결을 하고 다시 그 단자를 직류 전원부의 마이너스 측에 연결을 한 후 전기매트와 연결되는 교류 입력을 연결하게 되면 동작이 완료가 되는 것이다.

도 9 는 마이컴을 이용한 자동 접지 전위 선택시 상기 설명과 동일한 기능의 수행을 도시한 플로우챠트이다.

이와 같이 본 발명은 분권형 절연트랜스를 사용하여 입력 전원부의 영향을 받지 않는 직류 전원부를 만들고 전기매트로 연결된 메인 입력전원을 먼저 끊은 후 전기매트의 접지판과 직류전원부의 마이너스측과 연결 하여 접지 전위를 갖게 하고 그 전위를 기준으로 하여 입력전원부의 접지전위 여부를 판단하는 전열보온기의 비접촉 전계파 차단 장치로서 접지 전위 선택부의 스위치는 셀렉터 스위치로서 예를 들었으나 가변 저항을 사용할 수도 있으며 ,접지 연결부는 릴레이 이외에도 포터 커플러나 무접접 스위치도 사용을 할 수가 있다.

상기와 같이 본 발명은 전기매트의 전계파 차단에 있어서 기존 제품의 접지전위 판별장치가 제품의 외부에 전도성체 터치 단자가 반드시 필요하게 되어 감전의 위험이 있고 인체(손)로 단자를 터치하기 전에는 제품의 접지가 제대로 되어 있는지를 알 수가 없는데 반하여 본 발명은 수동인 경우에는 부도체인 셀렉터 스위치를 사용하고 자동인 경우는 셀렉터 스위치 자체가 없으므로 감전의 위험이 없으며 인체로 터치하지 않은 상태에서도 접지 전위의 판별이 시각이나 청각적으로 가능하게 하여 전계파의 차단과 식별을 용이하도록 하게 한 것이다.

Claims (6)

1. 전열 보온기의 전계파 차단장치에 있어서,

   상용 교류 전원을 인가하기 위한 입력단과, 매트에 내장된 발열선과 온도 조절부 사이에 접속되고 매트에 내재 된 접지 판이 상용 교류 전원의 간섭을 받지 않고 접지 전위 갖게 하기 위한 스위치부; 와

   상기 입력 단에 연결되어 인가되는 교류 전원으로부터 정류하여 직류 전원를 만들고 상기 접지 판에 접속되고 접지 전위를 갖게 하여 인가된 교류 전원의 접지 유무를 판별하기 위한 접지 전위를 만드는 직류 전원부; 와

   상기 입력 단에 연결되고 상기 직류 전원부와 신호 증폭부 사이에 접속되어 두 선중 접지 전위를 가진 선을 접속하는 기능을 수행하고 이의 접속을 절환하는 기능을 수행하는 접지전위 선택부; 와

   상기 접지 전위 선택부와 직류 전원부의 마이너스 측 사이에 접속하여 접지 전위 선택부에서 선택된 접지 전위를 매트에 내재 된 전위 판에 연결하기 위한 접지 연결부; 와

   상기 접지 전위 선택부의 출력 단에 접속되어 상기 접지전위 선택부를 통해 인가되는 교류 신호의 크기를 변환하여 증폭하는 신호증폭부; 와

   상기 신호 증폭부에서 인가되는 신호를 직류 전압으로 바꾸고 설정 기준 전압 값과 비교하여 상기 접지 전위 선택부에서 선택된 선이 접지 전위 인지의 비교를 나타내는 신호를 출력하는 비교부; 와

   상기 비교부의 신호 출력 단에 접속되어 상기 접지전위 선택부에 의해 선택된 선이 접지 전위 인지의 여부를 표시하는 표시부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열 보온기의 비접촉 전계파 차단장치
2. 제 1 항에 있어서

   스위치부는 상용 교류 전원 입력단의 두선을 모두 온(ON),오프(OFF)하는 스위치로 된 것을 특징으로 하는 전열보온기의 비접촉 전계파 차단장치.
3. 제 1 항에 있어서

   직류 전원부는 분권형 절연 트랜스로 된 것을 특징으로 하는 전열보온기의 비접촉 전계파 차단장치
4. 제 1 항에 있어서

   접지전위 선택부의 터치 단자는 부도체의 재질로 제작된 셀렉터 스위치 또는 볼륨 또는 릴레이를 사용하는 것을 특징으로 하는 전열보온기의 비접촉 전계파 차단장치
5. 제 1 항에 있어서

   접지연결부는 릴레이 또는 스위치 또는 무접점 스위치를 사용하는 것을 특징으로 하는 전열보온기의 비접촉 전계파 차단장치
6. 제 1 항에 있어서

   상기 접지선 검출결과에 따라서 접지전위 선택부 또는 스위치부 또는, 접지연결부의 동작을 자동으로 온(ON), 오프(OFF)시키고 신호증폭부 또는 비교부 또는 표시부와 접지선 연결을 마이컴을 사용하여 자동으로 하는 것을 특징으로 하는 전열보온기의 비접촉 전계파 차단장치

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