KR20070116411A - Power supply system for temperature control - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 부하의 온도를 제어하기 위한 종래의 전력 공급 시스템을 나타낸 것이다.1 shows a conventional power supply system for controlling the temperature of a load.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 구조를 설명하기 위한 것이다.2 is for explaining the structure of a power supply system according to an embodiment of the present invention.
도 3은 발열체부의 저항과 온도 특성의 예를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining an example of the resistance and temperature characteristics of the heating element.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템 구조를 상세히 설명하기 위한 것이다.4 is for explaining the power supply system structure according to an embodiment of the present invention in detail.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 온도제어에 따른 조절된 전압, 전류, 전력을 설명하기 위한 것이다.5a and 5b are for explaining the adjusted voltage, current, power according to the temperature control of the power supply system according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 전원부 200 : 제어부100: power supply unit 200: control unit
300 : 마이크로 프로세서부 400 : 출력부300: microprocessor unit 400: output unit
410 : 전류 센서 420 : 발열체부410: current sensor 420: heating element
본 발명은 전력 공급 장치를 포함한 온도 제어용 전력 공급 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a power supply system for temperature control including a power supply device.
일반적으로 전력선을 타고 들어오는 전압은 교류 전압을 갖는다. 이러한 교류 전압은 각각의 부하(Load)가 형성된 시스템에 따라 직류 전압으로 변환시켜야 한다. 특히, 변환된 직류 전압은 각각의 시스템이 갖는 부품과 기능에 따라 다양한 크기를 가져야 한다. 이를 위해, 전력 공급 장치가 필요하다.In general, the voltage coming on a power line has an alternating voltage. These AC voltages must be converted to DC voltages according to the system in which each load is formed. In particular, the converted DC voltage should have various sizes depending on the parts and functions of each system. For this purpose, a power supply is needed.
이러한 전력 공급 장치는 외부에서 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 바꾸어 부하(Load)가 형성된 시스템의 부품과 가능에 따라 다양한 크기를 갖는 직류 전압을 발생시킨다.Such a power supply device converts an external AC voltage into a DC voltage to generate a DC voltage having various sizes depending on parts of the system in which a load is formed and possibly.
여기서, 전력 공급 장치는 전압을 오랫동안 공급하거나 다양한 크기의 전압을 부하(Load)에 공급하면, 부하(Load)에는 온도가 상승하여 열이 발생한다. 이러한 발열은 전력 공급 장치에서 과전압을 발생시키거나 더욱 나아가서는 부하(Load)의 열효율을 떨어뜨린다. 이를 극복하기 위해 종래에는 별도의 온도 센서와 온도 조절계를 이용한다. 이러한 온도 센서와 온도 조절계를 포함한 종래 전력 공급 시스템을 살펴보면 다음과 같다.Herein, when the power supply device supplies a voltage for a long time or supplies voltages of various sizes to a load, the load rises to generate temperature, thereby generating heat. This heat generation causes an overvoltage in the power supply or even lowers the thermal efficiency of the load. In order to overcome this, a conventional temperature sensor and a temperature controller are used. Looking at a conventional power supply system including such a temperature sensor and a thermostat as follows.
도 1은 부하의 온도를 제어하기 위한 종래의 전력 공급 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional power supply system for controlling the temperature of the load.
도 1을 살펴보면, 종래의 전력 공급 시스템은 온도계 전원(10), TIC 온도 조절부(20), 온도 감지 센서(30), 전기로(40), 전력공급장치(50) 및 부하전원(60)으 로 이루어진다. 부하전원(60)은 전력공급장치(50) 및 전기로(40)의 열원(40-1)에 전원을 공급하고, 온도 감지 센서(30)는 전기로(40)의 온도 조절 대상체(40-2)의 온도를 감지한다. TIC 온도 조절부(20)는 온도 감지 센서(30)의 측정값을 온도로 변환하고, 온도계 전원(10)으로부터 전원을 공급받는다. TIC(Temperature Indicating Controller) 온도 조절부(20)는 측정된 온도에 상응하는 값에 따라 4∼20㎃ 제어전류를 발생시켜 전력공급장치(50)에 인가한다. 전기로(40)의 온도 조절 대상체(40-2)는 열원(40-1)으로부터 방출된 열에 의하여 열처리되는 대상체이다. 온도 조절계(20)는 열원(40-1)의 온도를 측정하여 제어전류를 발생시키고, 제어전류에 따라 전력공급장치(50)로부터 출력되는 전류의 크기가 제어됨으로써 열원(40-1)의 온도가 제어된다. Referring to FIG. 1, the conventional power supply system includes a
이와 같은 종래의 전력 공급 시스템은 온도 감지 센서(30)의 위치에 따라 제어 전류가 변하므로 정밀한 온도 제어가 어렵다. 예를 들어 열처리의 대상이 되는 온도 조절 대상체(40-2) 또는 열원(40-1)과 온도 감지 센서(30)의 거리가 달라지면, 온도 조절 대상체(40-2) 또는 열원(40-1)의 온도가 동일하더라도 온도 감지 센서(30)가 출력하는 제어전류의 크기가 달라지므로 정밀한 온도 제어가 힘들다. Such a conventional power supply system is difficult to precise temperature control because the control current changes according to the position of the
또한 종래의 전력 공급 시스템에서는 온도 조절 대상체(40-2)와 열원(40-1)이 일정 거리만큼 떨어져 있기 때문에 열원(40-1)으로부터 방출된 열에 의하여 온도 조절 대상체(40-2)의 온도가 원하는 온도로 변하는데 시간이 걸리므로 온도 감지 센서(30)가 온도를 센싱하는데 걸리는 시간이 길어진다는 문제점이 발생한다. In addition, in the conventional power supply system, since the temperature control object 40-2 and the heat source 40-1 are separated by a predetermined distance, the temperature of the temperature control object 40-2 by the heat emitted from the heat source 40-1. Since it takes time to change to the desired temperature, a problem occurs that the time taken for the
또한 온도 조절 대상체(40-2)와 열원(40-1)이 일정 거리만큼 떨어져 있기 때 문에 열원(40-1)이 방출하는 열 중 일부는 손실되어 온도 조절 대상체(40-2)의 온도를 원하는 온도로 변화시기기 위하여 많은 에너지가 필요하고, 이에 따라 전력 공급 시스템의 열효율이 나빠지는 문제점이 발생한다. In addition, since the temperature control object 40-2 and the heat source 40-1 are separated by a predetermined distance, some of the heat emitted by the heat source 40-1 is lost and thus the temperature of the temperature control object 40-2 is lost. In order to change the temperature to the desired temperature, a lot of energy is required, and thus a problem arises that the thermal efficiency of the power supply system becomes worse.
또한 종래의 전력 공급 시스템은 TIC 온도 조절부(20) 및 온도 감지 센서(30)를 포함하므로 전력 공급 시스템의 제조 비용이 증가하는 문제점이 발생한다. In addition, since the conventional power supply system includes a
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 전력 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다. In order to solve the above problems, the present invention is to provide a power supply system capable of precisely controlling the temperature.
본 발명은 온도를 고속으로 제어할 수 있는 전력 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a power supply system capable of controlling the temperature at high speed.
본 발명은 열효율을 향상시킬 수 있는 전력 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a power supply system that can improve the thermal efficiency.
본 발명은 제조 비용을 줄일 수 있는 전력 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a power supply system that can reduce the manufacturing cost.
본 발명의 온도 제어용 전력 공급 시스템은 교류 전압을 중간 직류 전압으로 변환하는 전원부와 중간 직류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제어부와 직류 전압을 입력받아 전류의 크기를 검출하는 전류 센서와 제어부로부터 출력된 전류의 크기에 따라 전압이 변하는 발열체부를 포함하는 출력부 및 발열체의 전류와 전압에 따라 발열체의 온도를 계산하고 발열체부의 온도와 목표온도를 비교하여 전류 및 전압의 크기를 제어하기 위한 제어 신호를 제어부로 출력하는 마이크로 프로세서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The temperature control power supply system of the present invention includes a power supply unit for converting an AC voltage into an intermediate DC voltage, a controller for converting an intermediate DC voltage to a DC voltage, a current sensor for detecting the magnitude of the current by receiving the DC voltage, and an output current from the controller. The control unit converts a control signal for controlling the magnitude of the current and the voltage by calculating the temperature of the heating element according to the current and voltage of the output unit and the heating element including the heating element portion whose voltage is changed according to the size of the heating element. And a microprocessor unit for outputting.
전류 센서는 션트(SHUNT)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The current sensor is characterized in that it comprises a shunt (SHUNT).
제어부와 출력부 사이에는 제 3 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a third filter unit between the control unit and the output unit.
전원부는 교류 전압을 입력받아 과부하시 전류를 차단하기 위한 배선용 차단기, 배선용 차단기로부터 출력된 교류 전압의 노이즈를 제거하기 위한 제 1 필터부 및 노이즈가 제거된 상기 교류 전압을 중간 직류 전압으로 변환하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power supply unit receives an alternating current voltage, a wiring breaker for blocking current when overloaded, a first filter unit for removing noise of the AC voltage output from the wiring breaker, and a rectifier for converting the AC voltage from which the noise is removed to an intermediate DC voltage. Characterized in that it comprises a.
정류기에서 출력된 중간 직류 전압은 250V이상 320V 이하인 것을 특징으로 한다.The intermediate DC voltage output from the rectifier is characterized in that the 250V or more and 320V or less.
제어부는 중간 직류 전압을 제 1 중간 교류 전압으로 변환하는 인버터부와 제 1 중간 교류 전압의 크기보다 작은 크기를 갖는 제 2 중간 교류 전압을 출력하는 트랜스포머 및 제 2 중간 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제 2 정류부The control unit converts an intermediate DC voltage into a first intermediate AC voltage, a transformer for outputting a second intermediate AC voltage having a magnitude smaller than that of the first intermediate AC voltage, and a second intermediate AC voltage to DC voltage. 2nd rectifier
를 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it comprises a.
전원부의 정류기와 상기 제어부의 인버터부 사이에는 제 2 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a second filter unit between the power supply rectifier and the inverter unit of the control unit.
인버터부는 절연 게이트형 양극성 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The inverter unit is characterized in that it comprises an insulated gate type bipolar transistor.
발열체부는 금속 도체, 금속 도체의 합금, 반도체 발열체, 세라믹 발열체 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.The heating element is characterized in that it comprises any one of a metal conductor, an alloy of the metal conductor, a semiconductor heating element, a ceramic heating element.
금속 도체는 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 틴탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 알류미늄(Al) 및 철(Fe) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. The metal conductor is one of molybdenum (Mo), platinum (Pt), nickel (Ni), chromium (Cr), tintalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al) and iron (Fe) It is characterized by including the above.
금속 도체의 합금은 스텐렌스, 니크롬(NiCr), 철크롬(FeCr), 타이알류미늄(TiAl), 니페(NiFe), 철크롬니크(FeCrNi) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The alloy of the metal conductor is characterized in that it comprises any one or more of stainless steel, nichrome (NiCr), iron chromium (FeCr), titanium aluminum (TiAl), nife (NiFe), iron chromium (FeCrNi).
반도체 및 세라믹 발열체는 SiC, TiC, AIC, TiN 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor and the ceramic heating element are characterized by including any one or more of SiC, TiC, AIC, TiN.
본 발명의 실시예에 따른 온도 제어용 전력 공급 시스템은 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전력 공급 장치, 전력 공급 장치로부터 출력된 전류의 크기에 따라 전압이 변하는 발열체부, 및 발열체부의 온도/저항 특성에 따라 상기 발열체부의 온도를 자동 산출하여 상기 발열체부의 온도를 제어하는 마이크로 프로세서부를 포함한다.Power supply system for temperature control according to an embodiment of the present invention is a power supply for converting an AC voltage into a DC voltage, a heating element portion whose voltage is changed according to the magnitude of the current output from the power supply device, and the temperature / resistance characteristics of the heating element portion The microprocessor unit may automatically calculate a temperature of the heat generator unit to control the temperature of the heat generator unit.
마이크로 프로세서부는 온도/저항 특성에 해당하는 데이터를 저장하는 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The microprocessor unit may include a memory unit that stores data corresponding to temperature / resistance characteristics.
마이크로 프로세서부는 온도와 목표 온도를 비교하여 발열체부의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.The microprocessor unit controls the temperature of the heating element unit by comparing the temperature with the target temperature.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템을 상세히 설명한다.Hereinafter, a power supply system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the structure of a power supply system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템은 전원부(100), 제어부(200), 마이크로 프로세서부(300) 및 출력부(400)를 포함한다. 출력부(400)는 전류 센서(410)와 발열체부(420)를 포함한다.2, a power supply system according to an embodiment of the present invention includes a
전원부(100)는 외부에서 교류 전압(AC)이 입력되어 중간 직류 전압(DC)으로 변환하여 출력한다.The
제어부(200)는 중간 직류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위해 전압과 전류를 제어한다. 제어부(200)에서 출력된 직류 전압은 출력부(400)의 전류 센서(410)와 출력부(400)의 발열체부(420)로 보내진다. 여기서, 전원부(100)와 제어부(200)는 전력 공급 장치이다.The
출력부(400)의 전류 센서(410)는 직류 전압을 입력받아 전류와 전압의 크기를 검출하여 마이크로 프로세서부(300)로 제어 신호를 보낸다. 또한, 전류 센서(410)는 이후에 설명할 발열체부(420)와 직렬로 연결된다. 따라서, 발열체부(420)에서 입력되는 전류와 전압의 크기를 검출하여 마이크로 프로세서부(300)로 제어 신호를 보낸다. 여기서, 전류 센서(410)는 션트(SHUNT)를 포함할 수 있다. The
출력부(400)의 발열체부(420)는 부하(Load)로서, 부하(Load)는 온도를 제어하기 위한 대상물이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템이 열처리를 하기 위한 전력을 공급하는데 사용된다면 발열체부(420)는 열처리의 대상이 되는 물체일 수 있다. The
이러한 발열체부(420)는 제어부(200)로부터 출력된 전류의 크기에 따라 발열체부(420) 자체의 저항/온도 특성에 따라 저항 및 온도가 변한다. 예를 들어, 발열체부(420)에 흐르는 전류의 크기가 증가하면 발열체부(420)의 저항이 증가하고 이에 따라 온도가 상승한다. 전류 센서(410)는 발열체부(420)의 전압과 전류를 센싱한다. The
마이크로 프로세서부(300)는 전원부(100), 제어부(200) 및 출력부(400)와 전기적으로 연결되어 제어 신호를 주고 받는다. 따라서, 마이크로 프로세서부(300)는 전류 센서(410)을 통하여 제어부(200)와 발열체부(420)의 전압과 전류의 크기를 계산한다. 이에 따라 마이크로 프로세서부(300)는 발열체부(420)의 저항 크기를 계산한다. 마이크로 프로세서부(300)는 발열체부(420)의 저항 및 온도 특성에 대한 데이터를 미리 메모리부(미도시)에 저장한다. 이를 바탕으로 마이크로 프로세서부(300)는 발열체부(420)의 온도를 계산하고 발열체부(420)의 온도와 미리 설정된 목표 온도를 비교하여 전류 및 전압의 크기를 제어하기 위한 제어 신호를 제어부(300)로 보낸다. 즉, 마이크로 프로세서부(300)는 발열체부(420)의 저항 및 온도 특성에 따라 빠르게 발열체부(420)의 온도를 제어할 수 있다. The
이에 따라 본 발명이 전력 공급 시스템은 종래와는 다르게 TIC 온도 조절부 및 온도 감지 센서가 없더라도 발열체부(420)의 온도를 제어할 수 있다. 즉, 도1에 도시된 종래의 전력 공급 시스템은 열원(40-1)과 온도 조절 대상체(40-2)가 분리되어 있기 때문에 여러 가지 문제점이 발생하였으나 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템에서는 발열체부(420)가 제어부(400)로부터 직접 전력을 공급받고 마이 크로 프로세서부(300)가 발열체부(420)의 온도 변화를 제어하므로 정밀 온도 제어, 고속 온도 제어, 열효율의 향상 및 제조 비용의 절감을 이룰 수 있다.Accordingly, the power supply system according to the present invention can control the temperature of the
또한, 마이크로 프로세서부(300)는 예컨대, 알람이나 경보, 온도 등의 정보를 제어하기 위해 다양한 제어 신호를 전원부, 제어부, 출력부로 보낼 수 있고, 받을 수 있다.In addition, the
마이크로 프로세서부(300)는 발열체부(420)의 온도와 미리 설정된 목표 온도를 비교하여 발열체부(420)의 온도가 목표 온도로 수렴되기 위한 전류 및 전압 조절용 제어 신호를 제어부(200)로 보내고, 제어부(200)는 전류 및 전압 조절용 제어 신호에 해당하는 전압과 전류를 발생시켜 발열체부(420)에 공급한다. 이에 따라 발열체부(420)의 온도는 목표 온도에 수렴한다. The
여기서, 발열체부(420)의 온도 및 저항 특성을 예를 들어 상세히 설명한다.Here, the temperature and the resistance characteristics of the
도 3은 발열체부의 저항과 온도 특성의 예를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining an example of the resistance and temperature characteristics of the heating element.
발열체부는 금속 도체, 금속 도체의 합금, 반도체 발열체, 세라믹 발열체 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 도체는 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 틴탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 알류미늄(Al) 및 철(Fe) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 금속 도체의 합금은 예를 들어 니크롬(NiCr), 철크롬(FeCr), 타이알류미늄(TiAl), 니페(NiFe), 철크롬니크(FeCrNi) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 반도체 및 세라믹 발열체는 예를 들어 SiC, TiC, AIC, TiN 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The heating element may include any one of a metal conductor, an alloy of the metal conductor, a semiconductor heating element, and a ceramic heating element. For example, metal conductors may include molybdenum (Mo), platinum (Pt), nickel (Ni), chromium (Cr), tintalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al), and iron ( Fe) may be included. In addition, the alloy of the metal conductor may include any one or more of, for example, nichrome (NiCr), iron chromium (FeCr), titanium aluminum (TiAl), nife (NiFe), iron chromium (FeCrNi). The semiconductor and ceramic heating element may include at least one of SiC, TiC, AIC, and TiN.
발열체부에 전류가 흐르게 되면, 온도가 전기 저항에 따라 변하게 되는데, 발열체부가 갖는 온도와 저항 특성을 도 3의 그래프로 나타냈다. 예를 들면, 니크롬(NiCr)은 130[Ω/cm]에서 140[Ω/cm]까지 변할 때, 온도는 1200℃까지 상승하는 특성을 갖는다. 철크롬(FeCr)은 대략 110[Ω/cm]에서 110[Ω/cm]까지 변할 때, 온도는 1000℃까지 상승한다. MoSi2는 10[Ω/cm]부터 120[Ω/cm]까지 변할 때, 2200℃까지 상승한다. 나머지 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 틴탈륨(Ta)도 MoSi2와 비슷하게 급격하게 저항과 온도가 변한다. When a current flows in the heating element, the temperature changes according to the electrical resistance. The temperature and resistance characteristics of the heating element are shown in the graph of FIG. 3. For example, when nichrome (NiCr) is changed from 130 [dl / cm] to 140 [dl / cm], the temperature has a characteristic of rising to 1200 占 폚. When iron chromium (FeCr) varies from approximately 110 [dl / cm] to 110 [dl / cm], the temperature rises to 1000 占 폚. MoSi2 rises to 2200 ° C when it changes from 10 [mm / cm] to 120 [mm / cm]. The remaining platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), and tintalum (Ta) also rapidly change resistance and temperature similarly to MoSi2.
이와 같이, 금속 도체, 금속 도체의 합금, 반도체 및 세라믹들은 고유의 저항/온도 특성을 갖으며, 저항 및 온도의 변화에 민감하므로 발열체의 온도 제어를 고속으로 할 수 있다.As such, metal conductors, alloys of metal conductors, semiconductors, and ceramics have inherent resistance / temperature characteristics, and are sensitive to changes in resistance and temperature, thereby enabling high temperature control of the heating element.
한편, 도 2에서 상술한 전력 공급 시스템의 구조를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, look at the structure of the power supply system described above in more detail as follows.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템 구조를 상세히 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따른 온도 제어용 전력 공급 시스템은 전원부와 제어부와 출력부를 포함한다. 여기 전원부는 배선용 차단기(110), 제 1 필터부(120) 및 정류기(130)를 포함한다. 또한, 제어부는 인버터부(210) 및 트랜스포머(220), 제 2 정류부(230)를 포함한다. 출력부는 전류 센서(410)와 발열체부(420)를 포함한다.4 is a view for explaining the structure of the power supply system according to an embodiment of the present invention in detail. Referring to Figure 4, the temperature control power supply system according to an embodiment of the present invention includes a power supply unit, a control unit and an output unit. The power supply unit includes a
배선용 차단기(110)는 입력되는 교류 전압(AC)이 통상 220V이고 주파수는 60HZ의 주파수를 갖는다. 이러한 배선용 차단기(110)는 입력되는 교류 전압(AC)으로부터 과부하 및 쇼트(short)가 발생하는 것을 방지한다. 다시 말해, 배선용 차단 기(210)는 내부 회로들을 보호하기 위해, 과부하시 자동으로 전류를 차단한다. 여기서, 배선용 차단기(110)는 일단에 교류전압(AC)이 입력되고, 타단은 제 1 필터부(120)의 일단과 연결된다.The
제 1 필터부(120)는 배선용 차단기(110)의 출력된 교류 전압(AC)에 포함된 노이즈를 제거한다. 이러한 제 1 필터부(120)의 타단은 정류기(130)의 일단과 연결된다.The
정류기(130)는 제 1 필터부(120)로부터 출력된 교류 전압(AC)을 중간 직류 전압으로 변환한다. 이러한 변환을 위해 정류기(130)는 반파 정류회로, 전파 정류회로, 브릿지(bridge) 정류회로를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 브릿지 정류회로를 사용하는 것이 바람직하다. 브릿지 정류회로는 교류 전압을 중간 직류 전압으로 변환시킬 수 있다. 이때, 정류기(130)에 출력된 중간 직류 전압은 250V이상 320V 이하를 갖는다.The
여기서, 외부에서 입력되는 교류 전압이 높은 중간 직류 전압(250V ~ 320V)으로 변환하게 하는 이유는 전력 공급 장치의 오동작을 방지하기 위해 1차로 정류시키기 위해서다.The reason why the AC voltage input from the outside is converted into a high intermediate DC voltage (250V to 320V) is to rectify the primary to prevent the malfunction of the power supply device.
이와 같이, 전원부는 배선용 차단기(110)와 제 1 필터부(120), 정류기(130)를 통하여 외부에서 입력되는 교류 전압(AC)을 입력받아 중간 직류 전압으로 변환시킴으로써 전력 공급 장치에서 필요로하는 전압을 얻기위해 1차적으로 변환시킴을 알수있다.As such, the power supply unit receives an AC voltage input from the outside through the
한편, 전원부는 인버터부(210)와 연결될 수 있는데, 이를 서로 연결하기 전 에 전원부와 인버터부(210) 사이에는 제 2 필터부(240)를 더 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, the power supply unit may be connected to the
즉, 전원부의 정류기(130) 타단은 제 2 필터부(240)의 일단과 연결된다. 여기서, 제 2 필터부(240)를 더 형성하는 이유는 전원부의 출력 전압이 높은 중간 직류 전압이기 때문에 리플 및 노이즈가 발생되므로 이를 제거하여 양질의 전원을 부하에 공급하기 위해서다.That is, the other end of the
이러한 제 2 필터부(240)의 타단은 인버터부(210)의 일단과 연결된다. 인버터부(210)는 중간 직류 전압을 제 1 중간 교류 전압, 예컨대 260V의 교류 전압으로 변환한다. 이때, 인버터부(210)는 중간 직류 전압을 제 1 중간 교류 전압으로 변환하는 이유는 중간 직류 전압에는 주파수가 없기 때문에 주파수를 얻기 위해 다시 교류 전압인 제 1 중간 교류 전압으로 변환하는 것이다.The other end of the
이를 위해, 인버터부(210)는 절연 게이트형 양극성 트랜지스터(IGBT)를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 절연 게이트형 양극성 트랜지스터(IGBT)는 고속 스위칭을 할 수 있으며, 전력 공급 장치에 필요로 하는 주파수 예컨대, 20KHZ의 고주파를 갖는 제 1 중간 교류 전압을 얻을 수 있다. 이러한 인버터부(210)의 타단은 트랜스포머(Transformer, 220))의 일단과 연결된다.To this end, the
트랜스포머(220)는 제 1 중간 교류 전압의 크기보다 작은 크기를 갖는 제 2 중간 교류 전압으로 변환한다. 예를 들면, 제 1 중간 교류 전압 260V를 제 2 중간 교류 전압 15V로 변환시킨다. 이때, 트랜스포머(220)는 고주파 트랜스포머로서 높은 제 1 중간 교류 전압을 낮은 제 2 중간 교류 전압으로 변환하기 위해 퍼라이트 코어(Ferrite Core)의 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 퍼라이트 코어는 높은 고주파에 유용하며 높은 효율을 얻을 수 있다.
여기서, 트랜스포머(220)가 낮은 제 2 중간 교류 전압으로 변환하는 이유는 발열체부(400)의 특성에 맞는 전압으로 낮추기 위해서다. 이러한 트랜스 포머(220)의 타단은 제 2 정류부(230)에 연결된다.Here, the reason why the
제 2 정류부(230)는 제 2 중간 교류 전압을 직류 전압(DC)으로 변환한다. 예를들면, 제 2 중간 교류 전압 15V을 직류 전압 15V로 변환한다. 이와 같이, 제 2 정류부(230)가 제 2 중간 교류 전압을 직류 전압(DC)으로 변환하는 이유는 전자 제품이나 반도체 장비, 열처리 장치가 모두 직류 전압을 사용하기 때문이다.The
이러한 제 2 정류부(230)는 전류 센서(410)와 연결되는데, 그 이전에 제 2 정류부(230)와 전류 센서(410) 사이에는 제 3 필터부(250)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 제 2 정류부(230)의 타단은 제 3 필터부(250)의 일단과 연결된다. 제 3 필터부(250)는 직류 전압(DC)에서 발생되는 리플(Ripple) 및 노이즈를 제거한다. 이러한 제 3 필터부(250)의 타단은 전류 센서(410)의 일단과 연결된다. 또한, 제 3 필터부(250)의 타단은 발열체부(420)와 연결된다.The
전류 센서(410)는 전류를 측정하는 션트(SHUNT)를 포함한다. 이러한 전류 센서(410)는 제 3 필터부(250)를 통하여 입력된 전압 및 전류를 측정하는 센서이다. 이러한 전류 센서(300)의 타단은 발열체부(420)와 연결된다.The
발열체부(420)는 금속 도체나 세라믹이기 때문에 제어부에서 공급된 전압과 전류에 따라 온도가 급상승한다. 여기서, 발열체부(420)와 전류 센서(410)는 도 2 에서 상술하였으므로 설명은 생략한다.Since the
마이크로 프로세서부(300)는 발열체부(420)의 온도와 미리 설정된 목표 온도를 비교하여 발열체부(420)의 온도가 목표 온도가 되기 위한 전압과 전류의 크기를 계산한다. 이 때 마이크로 프로세서부(300)는 발열체부(420)의 온도를 계산하기 위하여 메모리부에 저장된 발열체부의 저항/온도 특성의 데이터를 이용한다. 이후, 마이크로 프로세서부(300)는 전압과 전류 크기에 따른 제어 신호, 예컨대 PID(proportional integral derivative) 제어신호를 제어부의 인버터부(Inverter, 210)로 보낸다.The
또한, 마이크로 프로세서부(300)는 전압, 전류, 온도등을 제어하기 위한 프로그램 연산을 하며, 알람, 경보등에 대한 제어신호를 발생시킨다. 따라서, 마이크로 프로세서부(300)는 전원부와 제어부, 출력부의 구성요소들과 제어 신호를 주고 받는다.In addition, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 온도 제어용 전력 공급 시스템은 교류 전압(AC)을 직류 전압(DC)으로 변환하여 마이크로 프로세서부가 발열체부에서 발생되는 온도를 제어한다. As described above, the temperature control power supply system according to the embodiment of the present invention converts the AC voltage AC to the DC voltage DC to control the temperature generated by the microprocessor unit heat generating unit.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 온도 제어용 전력 공급 시스템은 온도에 빠르게 반응하는 발열체부의 특성을 이용하여 고속으로 온도를 제어할 수 있다. 여기서, 마이크로 프로세서부가 발열체부에 발생되는 전류와 전압을 목표 온도 범위 내에서 조절된 전압, 전류, 전력을 계산하는 방법을 다음과 같은 도 5a 및 도 5b에서 상세히 살펴본다.In particular, the power supply system for temperature control according to the embodiment of the present invention can control the temperature at high speed by using the characteristics of the heating element which reacts quickly to temperature. Here, the method of calculating the voltage, the current, and the power adjusted in the target temperature range of the current and the voltage generated by the microprocessor unit will be described in detail with reference to FIGS. 5A and 5B.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 온도제어에 따른 조절된 전압, 전류, 전력을 설명하기 위한 그래프이다.5A and 5B are graphs for explaining adjusted voltage, current, and power according to temperature control of a power supply system according to an exemplary embodiment of the present invention.
여기, 도 5a 및 도 5b의 그래프에서 설명할 발열체부는 금속도체 중 스텐렌스를 하나의 일례로 설명하며, 도면에 표기된 시간과 목표 온도, 수치는 개념을 설명하기 위한 하나의 일례뿐이다.Here, the heating element to be described in the graphs of FIGS. 5A and 5B describe one example of the stainless steel in the metal conductor, and the time, the target temperature, and the numerical values shown in the drawings are only one example for explaining the concept.
먼저, 도 5a를 살펴보면, 그래프의 좌우측으로는 시간축이고, 상하측으로는 온도축이다. 이때, 온도 곡선은 발열체부가 20℃ 이상 120℃ 이하 일 때 온도를 나타낸 곡선이다. 여기, 120℃는 미리 설정될 수 있는 목표 온도이다. First, referring to FIG. 5A, the left and right sides of the graph are time axes, and the upper and lower sides are temperature axes. At this time, the temperature curve is a curve showing the temperature when the heating element portion is more than 20
전류 곡선은 제어부를 통하여 출력된 전류가 1500A 일 때, 발열체부는 온도가 상승한다고 가정한다. 따라서, 마이크로 프로세서부는 발열체부의 상승하는 온도를 제어하기 위해 목표 온도를 설정한다. 즉, 발열체부가 20℃에서 120℃로 증가될 때, 120℃를 목표 온도로 설정한다. 여기서, 발열체부가 120℃로 증가될 때, 시간은 0.8초이고, 100℃로 증가될 때 시간은 0.5초이다. 따라서, 마이크로 프로세서부는 120℃에서 온도를 제어하고자 할 경우, 온도 제어에 따른 전압과 전류, 전력을 구할 수 있다.The current curve assumes that the temperature of the heating element increases when the current output through the controller is 1500A. Therefore, the microprocessor unit sets the target temperature to control the rising temperature of the heating element unit. That is, when the heating element portion is increased from 20 ° C to 120 ° C, 120 ° C is set as the target temperature. Here, when the heating element portion is increased to 120 ° C., the time is 0.8 seconds, and when it is increased to 100 ° C., the time is 0.5 seconds. Therefore, when the microprocessor wants to control the temperature at 120 ° C., the microprocessor may obtain the voltage, the current, and the power according to the temperature control.
여기서, 일례로 설명할 스텐렌스의 물리적 특성을 살펴보면, 고유 전기저항은 720 [NΩ-m] 이고, 비중은 8s,g 이고, 온도계수는 0.001[%/℃] 이며, 비열은 0.12[cal/g]이다. 또한, 스텐렌스는 두께가 0.2mm이고, 폭이 170mm이고, 길이가 500mm일 때, 중량은 136[g]이다. 여기서, 저항을 구하기 위한 수학식은 다음과 같다.Here, looking at the physical properties of the stainless steel to be described as an example, the intrinsic electrical resistance is 720 [NΩ-m], specific gravity is 8s, g, temperature coefficient is 0.001 [% / ℃], specific heat is 0.12 [cal / g]. Further, the stainless steel has a thickness of 136 [g] when the thickness is 0.2 mm, the width is 170 mm, and the length is 500 mm. Here, the equation for obtaining the resistance is as follows.
R1은 120℃에서 스텐렌스의 전기 저항이다. R0는 20 ℃에서 스텐렌스의 전기 저항이다. 이때, 전기 저항은 발열체부의 고유 전기저항이므로 R0는 720 [NΩ-m] = 0.01[Ω]이다. t0은 20℃이고, t1은 120℃이다. α는 스텐렌스의 온도계수이며, 0.001[%/℃]이다. R1 is the electrical resistance of the stainless at 120 ° C. R 0 is the electrical resistance of the stainless steel at 20 ° C. At this time, since the electrical resistance is an intrinsic electrical resistance of the heating element, R 0 is 720 [NΩ-m] = 0.01 [Ω]. t 0 is 20 ° C and t 1 is 120 ° C. α is the temperature coefficient of stainless steel and is 0.001 [% / ° C.].
따라서, 수학식 1에서 R1= 0.01[1+(0.001×100] = 0.011[Ω]이다.Therefore, in
이를 도 5b의 그래프를 통하여 설명하면, 발열체부인 스텐렌스가 20℃에서 저항이 0.01[Ω]이고, 스텐렌스가 120℃일 때, 저항은 0.011[Ω]로 증가한다. 이러한 저항에 비례하는 실제 온도를 찾을 수 있다. 따라서, 마이크로 프로세서부는 목표 온도를 설정하여 전압과 전류를 제어한다.Referring to the graph of FIG. 5B, when the stainless steel, which is the heating element, has a resistance of 0.01 [Ω] at 20 ° C. and a stainless steel of 120 ° C., the resistance increases to 0.011 [Ω]. You can find the actual temperature proportional to this resistance. Therefore, the microprocessor unit controls the voltage and the current by setting the target temperature.
여기서, 조절될 전압과 전류를 구하기 위해, 먼저 발열체부의 소요 열량과 전력을 다음의 수학식을 이용하여 계산한다.Here, in order to obtain the voltage and current to be adjusted, first, the required amount of heat and power of the heating element is calculated using the following equation.
h는 소요 열용량이고, G는 중량, △T는 온도 차이 그리고 Y는 비열이다. 소요 열용량을 소요 전력을 환산하기 위하여 다음의 수학식3이 사용된다.h is the required heat capacity, G is the weight, ΔT is the temperature difference and Y is the specific heat. In order to convert the required heat capacity into the required power, Equation 3 below is used.
Pw는 소요 전력이고, C는 환산 계수이다. Pw is power requirements, and C is a conversion factor.
따라서, 목표 온도가 120℃일 때, 수학식 2에 의해서, 소요 열량(h) = 136[g] × 100℃(=120℃ - 20℃) × 0.12[cal/g] = 1,632[cal]이다. 또한, 수학식 3에 의해서, 소요 전력(Pw) = 1,632[cal] ×2(0.5[sec])/ 0.24[w/cal]/1000 = 13.6[KW]이다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 공급하는 열량을 구하기 위해 소요 전력의 1.5배를 한다. 이러한 배율은 미리 설정되며, 변할 수 있다. 결국, 전력용량은 13.6[KW] × 1.5배 = 20.4[KW]이다.Therefore, when the target temperature is 120 ° C, the required calorific value h is 136 [g] × 100 ° C (= 120 ° C-20 ° C) x 0.12 [cal / g] = 1,632 [cal] by equation (2). . Further, according to equation (3), the required power Pw = 1,632 [cal] × 2 (0.5 [sec]) / 0.24 [w / cal] / 1000 = 13.6 [KW]. At this time, in order to obtain the amount of heat to supply the power supply system according to an embodiment of the present invention is 1.5 times the power required. This magnification is preset and can vary. As a result, the power capacity is 13.6 [KW] × 1.5 times = 20.4 [KW].
여기서, 전류를 계산하기 위해 다음과 같은 수학식을 이용한다.Here, the following equation is used to calculate the current.
R은 앞에서 상술한 R0의 값이다. 즉, R= 0.01[Ω]이다.R is the value of R 0 described above. That is, R = 0.01 [Ω].
따라서, 수학식 4에 의해서 I=1,428[A], 대략 1,500[A]가 된다. 또한, 수학식 5에 의해서 V = 1,500[A]×O.O1[Ω] = 15[V]를 갖는다.Therefore, according to equation (4), I = 1,428 [A], approximately 1,500 [A]. In addition, according to equation (5), V = 1,500 [A] × 0.1 [Ω] = 15 [V].
이에 따라, 발열체부의 목표 온도가 20℃에서 120℃까지 상승할 때, 발열체부가 0.5초로 빠르게 반응하여 조절된 전압과 전류, 전력을 구할 수 있다.결국, 마이크로 프로세서부는 목표 온도에 따라 조절된 전압과 전류, 전력을 계산할 수 있 다. 이러한 조절된 전압과 전류, 전력 값에 대한 제어 신호를 제어부의 인버터부로 보낸다. 따라서, 전원부와 제어부는 15[V]의 전압과 1500[A]의 전류와 20.4[KW]의 전력을 부하에 공급할 수 있다. Accordingly, when the target temperature of the heating element rises from 20 ° C. to 120 ° C., the heating element reacts quickly in 0.5 seconds to obtain the adjusted voltage, current, and power. Current and power can be calculated. The control signal for the adjusted voltage, current, and power values is sent to the inverter unit of the controller. Therefore, the power supply unit and the control unit can supply a voltage of 15 [V], a current of 1500 [A], and a power of 20.4 [KW] to the load.
아울러, 그래프에 표기된 것과 같이,발열체부의 온도가 20℃에서 120℃까지 상승하는 시간이 0.8초인 경우, 상술한 수학식들을 이용하게 되면, 대략 100[A]을 갖는다.In addition, as shown in the graph, when the temperature of the heating element rises from 20 ° C to 120 ° C is 0.8 seconds, using the above equations, it has approximately 100 [A].
이와 같이, 상술한 일례를 통하여 본 발명의 온도 제어용 전력 공급 시스템은 발열체부로 인해, 고속으로 온도를 제어할 수 있다.As described above, the temperature control power supply system according to the present invention can control the temperature at high speed due to the heating element.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 장치는 열처리 뿐만 아니라 온도 제어에 필요한 여러 제품이나 반도체 장비 등에 적용가능하다.As described above, the power supply device according to the embodiment of the present invention is applicable to various products or semiconductor equipment required for temperature control as well as heat treatment.
이상과 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the technical configuration of the present invention described above will be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modifications derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
본 발명의 전력 공급 시스템은 발열체부의 온도/저항 특성에 따라 발열체부 의 온도를 고속으로 제어할 수 있다.The power supply system of the present invention can control the temperature of the heating element at high speed according to the temperature / resistance characteristics of the heating element.
본 발명의 전력 공급 시스템은 발열체부의 온도/저항 특성에 따라 온도를 제어하므로 정확하게 온도를 제어할 수 있다.Since the power supply system of the present invention controls the temperature according to the temperature / resistance characteristics of the heating element, it is possible to accurately control the temperature.
본 발명의 전력 공급 시스템은 발열체부의 온도/저항 특성에 따라 온도를 제어하므로 열효율을 높일 수 있다. The power supply system of the present invention can control the temperature according to the temperature / resistance characteristics of the heating element portion can increase the thermal efficiency.
본 발명의 전력 공급 시스템은 발열체부의 온도/저항 특성에 따라 온도를 제어하므로 전력 공급 시스템의 제조 비용을 낮출 수 있다.Since the power supply system of the present invention controls the temperature according to the temperature / resistance characteristics of the heating element, it is possible to lower the manufacturing cost of the power supply system.
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-
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- 2006-06-05 KR KR1020060050429A patent/KR20070116411A/en not_active Application Discontinuation
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