KR20080108381A - 온도조절 기능을 갖는 전열기기용 전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도조절 기능을 갖는 전열기기용 전원공급장치에 관한 것으로 특히, 공지된 전열기기에 있어서, 전원공급부를 상용전원을 정류시켜서 맥류 파형으로 만들어 주는 브릿지 다이오드와; 고속 전력 반도체를 이용하여 입력되는 상용전원을 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류 전압으로 변환시킨 후 상기 브릿지 다이오드를 통해 입력되는 맥류전압과 함께 혼합하여 상기 히터전원 제어용 스위칭소자를 통해 발열용 히터로 공급해 주는 SMPS;로 구성한 것을 특징으로 한다.

따라서, 상용전원을 단순히 정류시켜서 맥류 파형을 만들어 주는 브릿지 다이오드와, 고속 전력 반도체를 이용해 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류 전압으로 변환시킨 후 상기 브릿지 다이오드를 통해 입력되는 맥류전압과 함께 혼합하여 상기 히터전원 제어용 스위칭소자를 통해 발열용 히터로 공급해 주는 SMPS로 구성함으로써 같은 저항의 발열용 히터에 더 높은 전압을 공급할 수 있어 발열용 히터에 걸리는 전력을 더욱 크게 할 수 있어 고 역률(90% 이상)을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, SMPS의 출력 전압을 제어함으로써 발열체의 전력량을 자유롭게 조절할 수 있는 것이다.

온도조절기, 전열기기, 히터, 전원공급부, 브릿지 다이오드, SMPS, 맥류전압

Description

온도조절 기능을 갖는 전열기기용 전원공급장치{A power supply with a function of thermoregulation for heating equipment}

본 발명은 온도조절 기능을 갖는 전열기기용 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열용 히터와 온도 조절기가 구비된 각종 전열기기(예를 들어 전기매트, 가열 또는 보온기기 등)에 전원전압을 공급시켜 주는 전원공급장치를 상용 입력 전원에 스위칭모드 파워써플라이(이하 "SMPS"라 약칭함)를 추가하는 방식을 통해 같은 저항의 발열체에 더 높은 전압을 공급하여 발열체에 걸리는 전력을 더욱 크게 하고, SMPS의 출력 전압을 제어함으로써 발열체의 전력량을 자유롭게 조절할 수 있도록 발명한 것이다.

다시 말해서 상용 전원의 전압 편차에 의한 발열체의 소비전력 변동 및 발열체 단가를 낮추기 위해 구조적으로 한정된 저항값을 더욱 효율적으로 사용하기 위해 발명된 온도조절 기능을 갖는 전열기기용 전원공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 발열용 히터가 구비된 전기매트나 가열 또는 보온기기 등과 같은 각종 전열기기에는 히터에서 발생하는 열에 대한 온도를 조절하기 위하여 설정온도와 발열용 히터의 온도를 상호 비교하여 발열용 히터로 공급되는 상용전원을 공급하거나 차단하는 온도 조절기가 구비되어 있다.

또한 종래의 고출력 전원공급장치의 경우 도 1과 같이 입력되는 상용전원을 브릿지 다이오드(BD)를 통해 단순히 정류시켜서 맥류 파형을 만들고, 맥류 파형에서 순간적으로 높은 전압이 걸릴 때에 콘덴서(C)에 충전시키고 전압이 낮을 때에 콘덴서에 충전되어 있는 전력으로 출력시켜서 결과적으로는 도 1의 우측에 도시된 출력전압 파형과 같이 높은 전압의 실효전압을 출력으로 내보내 주는 구성으로 되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 종래 고출력 전원공급장치의 경우 상용전원의 교류 실효치가 220V라면 정류시켜서 완전 직류전압이 되었을 때의 전압은 220V * √2 = 311V가 되고, 입력되는 상용전원에 따른 전류 파형은 도 2의 (a)(b)에 도시된 바와 같게 된다.

이것의 문제점은 전압이 큰 순간에 콘덴서를 충전시키고 전압이 낮은 순간에는 콘덴서에 충전된 전압을 방전시키게 되므로 콘덴서에 충전될 때 순간 최대 전류가 도 2의 (b)와 같이 커서 역률 약 50% 정도로 매우 나쁘게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 발열용 히터와 온도 조절기가 구비된 전기매트나 가열 또는 보온기기 등과 같은 각종 전열기기에 전원전압을 공급시켜 주는 전원공급장치를 구성할 때 상용전원을 단순히 정류시켜서 맥류 파형을 만들어 주는 브릿지 다이오드와, 고속 전력 반도체를 이용해 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류 전압을 얻는 SMPS를 혼합 형성하여 각각의 가열기기에 설치되어 있는 발열용 히터에 SMPS에서 출력되는 직류전압에 브릿지 다이오드에서 출력되는 맥류전압이 혼합되는 형태의 전압을 공급시킬 수 있도록 함으로써 같은 저항의 발열용 히터에 더 높은 전압을 공급할 수 있어 발열용 히터에 걸리는 전력을 더욱 크게 할 수 있어 고 역률(90% 이상)을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, SMPS의 출력 전압을 제어함으로써 발열체의 전력량을 자유롭게 조절할 수 있는 온도조절 기능을 갖는 전열기기용 전원공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 장치는, 발열용 히터의 구동에 필요한 전압을 공급해 주는 전원공급부와; 사용자가 히터의 발열 온도를 설정할 수 있도록 하는 온도 설정부와; 히터의 온도를 전기적인 신호로 검출하는 온도검출센서와; 상기 온도 설정부에 의해 설정된 사용자의 설정온도와 온도검출센서에 의해 검출되는 히터의 온도를 상호 비교하여 그 결과에 부응하는 히터 온/오프신호를 발생하는 온도제어부와; 상기 온도제어부의 출력신호에 부응하여 히터전원 제어용 스위칭소자를 온/오프 제어하는 스위칭소자 구동부와; 상기 스위칭소자 구동부의 출력신호에 부응하여 온/오프 제어되며 히터에 공급되는 상용전원 전원전압을 제어하는 히터전원 제어용 스위칭소자를 구비한 전열기기에 있어서,

상기 전원공급부는 상용전원을 정류시켜서 맥류 파형으로 만들어 주는 브릿지 다이오드와; 고속 전력 반도체를 이용하여 입력되는 상용전원을 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류 전압으로 변환시킨 후 상기 브릿지 다이오드를 통해 입력되는 맥류전압과 함께 혼합하여 상기 히터전원 제어용 스위칭소자를 통해 발열용 히터로 공급해 주는 SMPS로 구성한 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 장치에 의하면, 발열용 히터와 온도 조절기가 구비된 전기매트나 가열 또는 보온기기 등과 같은 각종 전열기기에 전원전압을 공급시켜 주는 전원공급부를, 상용전원을 단순히 정류시켜서 맥류 파형을 만들어 주는 브릿지 다이오드와, 고속 전력 반도체를 이용해 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류 전압으로 변환시킨 후 상기 브릿지 다이오드를 통해 입력되는 맥류전압과 함께 혼합하여 상기 히터전원 제어용 스위칭소자를 통해 발열용 히터로 공급해 주는 SMPS로 구성함으로써 같은 저항의 발열용 히터에 더 높은 전압을 공급할 수 있어 발열용 히터에 걸리는 전력을 더욱 크게 할 수 있어 고 역률(90% 이상)을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, SMPS의 출력 전압을 제어함으로써 발열체의 전력량을 자유롭게 조절할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 장치가 실시된 전열기기의 개략적인 화로도를 나타낸 것이고, 도 4의 (a)(b)는 본 발 장치의 입력전압 대비 출력 전류 파형도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 장치는, 발열용 히터(3)의 구동에 필요한 전원전압을 공급해 주는 전원공급부(8)와; 사용자가 히터(3)의 발열 온도를 설정할 수 있도록 하는 온도 설정부(4)와; 히터(3)의 온도를 전기적인 신호로 검출하는 온도검출센서(5)와; 상기 온도 설정부(4)에 의해 설정된 사용자의 설정온도(Tset)와 온도검출센서(5)에 의해 검출되는 히터(3)의 온도(T)를 상호 비교하여 그 결과에 부응하는 히터 온/오프신호를 발생하는 온도제어부(6)와; 상기 온도제어부(6)의 출력신호에 부응하여 히터전원 제어용 스위칭소자(2)를 온/오프 제어하는 스위칭소자 구동부(7)와; 상기 스위칭소자 구동부(7)의 출력신호에 부응하여 온/오프 제어되며 히터(3)에 공급되는 상용전원 전원전압을 제어하는 히터전원 제어용 스위칭소자(2)를 구비한 전열기기에 있어서,

상기 전원공급부(8)는 상용전원(AC)을 정류시켜서 맥류 파형으로 만들어 주는 브릿지 다이오드(BD)와;

고속 전력 반도체를 이용하여 입력되는 상용전원(AC)을 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류 전압으로 변환시킨 후 상기 브릿 지 다이오드(BD)를 통해 입력되는 맥류전압과 함께 혼합하여 상기 히터전원 제어용 스위칭소자(2)를 통해 발열용 히터(3)로 공급해 주는 SMPS(81)로 구성한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명 장치는 전원공급부(8)와 전원 스위치(1), 히터(3), 온도 설정부(4), 온도검출센서(5), 온도제어부(6), 스위칭소자 구동부(7) 및 히터전원 제어용 스위칭소자(2)를 구비한 공지된 전열기기에 있어서, 상기 전원공급부(8)를 브릿지 다이오드(BD)와 SMPS(81)로 구성한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 상기 브릿지 다이오드(BD)는 상용전원(AC)을 정류시켜서 맥류 파형으로 만든 후 상기 SMPS(81)로 공급시켜 주는 기능을 수행한다.

또한, 상기 SMPS(81)는 고속 전력 반도체를 이용하여 입력되는 상용전원을 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류전압으로 변환시킨 후 상기 브릿지 다이오드(BD)를 통해 입력되는 맥류전압과 함께 혼합하여 상기 히터전원 제어용 스위칭소자를 통해 발열용 히터(3)로 공급시켜 주는 기능을 수행하게 된다.

즉, 상기 SMPS(81)에서는 기 알려진 바와 같이 내부에 설치되어 있는 고속 전력 반도체를 통해 입력되는 상용전원(AC)을 높은 주파수로 단속 제어를 하고, 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류 전압(이때 직류 전압은 45V를 갖도록 설계하였다)으로 변환시킨 후, 상기 브릿지 다이오드(BD)를 통해 입력되는 맥류전압과 함께 도 3의 파형과 같이 혼합하여 상기 히터전원 제어용 스위칭소자(2)를 통해 발열용 히터(3)로 공급시켜 주게 된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전원공급부(8)는 상용전원(AC)은 그대로 히터(3)에 출력시켜 주면서 그 위에 더 높여야 할 전압분만 SMPS(81)로 높여서 같이 출력시켜 주게 되므로 결과적으로는 상기 발열용 히터(3)로 공급되는 전압은 상용전원(AC)과 SMPS(81)에서 출력되는 약 45V의 직류전압이 보충된 형태의 높은 전압이 인가된다.

따라서, 같은 저항의 발열용 히터(3)에 더 높은 전압을 공급할 수 있어 발열용 히터(3)에 걸리는 전력을 더욱 크게 할 수 있어 고 역률을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, SMPS(81)의 출력 전압을 적절히 제어하는 방식을 통해 발열용 히터(3)의 전력량을 자유롭게 조절할 수 있는 것이다.

본 발명과 같이 브릿지 다이오드(BD)를 통한 상용전원(AC)을 그대로 사용하고, 추가로 설치한 SMPS(81)를 통해 직류전압을 더 혼합시킨 상태에서 역률을 시험해본 결과 입력되는 상용전원(AC) 대비 출력전류의 파형이 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 입력되는 상용전원(AC)에 전체에 부응하여 넓고 높은 범위를 갖게 되어 90% 이상의 고 역률를 얻을 수 있었다.

한편, 상기 SMPS(81) 내부에는 도시는 생략하였으나 상기 브릿지 다이오드(BD)를 통해 정류된 맥류전압의 일부가 SMPS(81)의 내부로 역류되는 것을 차단하기 위한 역류전압 차단회로가 구비되어 있어 상기 브릿지 다이오드(BD)를 통해 정류된 맥류전압의 일부가 SMPS(81)의 내부로 유입되므로 인한 SMPS(81) 내부회로의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

도 1은 온도 조절기를 구비한 종래 전열기기의 개략 구성도.

도 3은 본 발명 장치가 실시된 전열기기의 개략적인 화로도.

도 4의 (a)(b)는 본 발 장치의 입력전압 대비 출력 전류 파형도를 나타낸 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 전원 스위치 2 : 히터전원 제어용 스위칭소자

3 : 히터 4 : 온도 설정부

5 : 온도검출센서 6 : 온도제어부

7 : 스위칭소자 구동부 8 : 전원공급부

81 : SMPS BD : 브릿지 다이오드

Claims (1)

1. 발열용 히터의 구동에 필요한 전압을 공급해 주는 전원공급부와; 사용자가 히터의 발열 온도를 설정할 수 있도록 하는 온도 설정부와; 히터의 온도를 전기적인 신호로 검출하는 온도검출센서와; 상기 온도 설정부에 의해 설정된 사용자의 설정온도와 온도검출센서에 의해 검출되는 히터의 온도를 상호 비교하여 그 결과에 부응하는 히터 온/오프신호를 발생하는 온도제어부와; 상기 온도제어부의 출력신호에 부응하여 히터전원 제어용 스위칭소자를 온/오프 제어하는 스위칭소자 구동부와; 상기 스위칭소자 구동부의 출력신호에 부응하여 온/오프 제어되며 히터에 공급되는 상용전원 전원전압을 제어하는 히터전원 제어용 스위칭소자를 구비한 전열기기에 있어서,

   상기 전원공급부는 상용전원을 정류시켜서 맥류 파형으로 만들어 주는 브릿지 다이오드와;

   고속 전력 반도체를 이용하여 입력되는 상용전원을 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활회로를 거쳐 안정된 직류 전압으로 변환시킨 후 상기 브릿지 다이오드를 통해 입력되는 맥류전압과 함께 혼합하여 상기 히터전원 제어용 스위칭소자를 통해 발열용 히터로 공급해 주는 SMPS;로 구성한 것을 특징으로 하는 온도조절 기능을 갖는 전열기기용 전원공급장치.

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