KR20090040679A

KR20090040679A - 발열매트의 온도 조절기 회로

Info

Publication number: KR20090040679A
Application number: KR1020070106147A
Authority: KR
Inventors: 이용민
Original assignee: 이용민
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-04-27

Abstract

본 발명은 발열매트의 전자장 발생을 최소화하고 과부하에서의 회로동작 안정화를 도모한 발열매트의 온도 조절기 회로에 관한 것으로서, 온도감지신호를 입력하는 온도감지신호 입력부와, 사용자가 발열매트의 온도설정에 위한 온도설정부와, 상기 온도감지신호 입력부의 신호를 입력받아 상기 온도설정부의 설정 온도와 비교 판단하여 제어신호를 출력하는 마이컴을 갖는 구성에 있어서, 상기 마이컴의 제어신호 출력신호로 포토 트라이액에 입력측에 인가하여 상기 포토트라이액의 출력측을 스위칭시켜 교류 전원의 일전 위에 연결된 두 개의 실리콘제어정류기의 게이트 전압을 인가함으로써 상기 실리콘제어정류기에 의해 반파 전류를 교번적으로 스위칭하여 전파 전류를 출력하여 브리지 정류회로의 교류입력 측 일단에 공급되게 하고, 상기 브리지 정류회로의 다른 교류입력 측 타단에는 교류 전원의 타전위가 입력되게 연결 구성함으로써 상기 포토 트라이액의 스위칭에 동기 되어 상기 두 실리콘제어정류기를 경유하면서 형성된 파형의 전파전류가 상기 브리지 정류회로에서 직류로 정류되어 발열매트 가열용 출력전류로 공급되도록 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 발열매트의 온도조절기 회로.

매트, 발열판, 포토트라이액, SCR, 반파정류, 브리지정류회로, 평활회로

Description

발열매트의 온도 조절기 회로{A temperature control Circuit for heating mat}

본 발명은 발열판을 포함하여 발열매트용으로 사용되는 온도 조절기 회로에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 직류 출력전류를 n채널 출력으로서 n채널 발열매트로 공급하여 전자장의 발생을 최소화하는 한편 과부하에 대해 보호하고 안정된 회로 동작을 할 수 있도록 하는 발열매트의 온도 조절기 회로에 관한 것이다.

일반적으로 발열매트는 절연체에 하나의 열선을 내장하고, 2채널 발열매트는 절연체 내에 두 개의 열선을 내장하여 온도조절기로부터 공급되는 전원전류에 의해 발열하도록 구성된다.

본 발명과 관련된 발열매트는 통상적으로 가정용에서 침대 위나 온돌 혹은 침구 위에서 사용하는 발열매트뿐 아니라, 본원인이 선출원한 국내 특허출원 10-2005-122323호의 탄소직물 면상발열체에도 활용될 수 있는 온도 조절기이다.

종래의 발열매트 및 2채널 발열매트의 온도 조절기는 정현파의 교류전원을 공급하되, 정현파의 위상을 조절하는 방식으로 온도를 조절하거나, 발열매트로의 전원전류 출력을 설정온도에 따라온, 오프하는 타이밍 제어 방식을 사용하였다.

상술한 종래의 발열매트의 온도 조절기는 교류전원이 출력되어 발열매트에 인가되기 때문에 전기장 및 자기장 강도측정기로 발열매트 위를 측정하면 인체에 유해성을 의심할 정도의 심각한 전자장이 측정되는 것을 확인할 수 있다.

일반적으로 상술한 높은 전자장에 장시간 인체 노출시 건강상에 위해를 주는 것으로 알려져 있어, 상술한 종래의 발열매트 온도조절기는 전자장의 발생을 적게 할 수 있는 방안을 모색할 필요성이 요구된다.

상술한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 요구에 부응하기 위하여 안출된 본 발명은 인체에 위해성이 있는 전자장의 발생이 적게 할 수 있도록 발열매트에 정전위에 가까운 직류전압을 출력함과 동시에 상기 직류전압을 동시에 단일 채널 뿐 아니라 2개 이상의 다수 채널로 출력하여 다수 채널의 발열매트의 온도를 제어할 수 있는 발열매트 온도조절기 회로를 제공하는데 목적을 두고 있다.

온도감지신호를 입력하는 온도감지신호 입력부와, 사용자가 발열매트의 온도설정에 위한 온도설정부와, 상기 온도감지신호 입력부의 신호를 입력받아 상기 온도설정부의 설정 온도와 비교 판단하여 제어신호를 출력하는 마이컴을 갖는 구성에 있어서, 상기 마이컴의 제어신호 출력신호로 포토 트라이액에 입력측에 인가하여 상기 포토트라이액의 출력측을 스위칭시켜 교류전원의 일전위에 연결된 두 개의 실리콘제어정류기의 게이트 전압을 인가함으로써 상기 실리콘제어정류기에 의해 반파 전류를 교번적으로 스위칭하여 전파 전류를 출력하여 브리지 정류회로의 교류입력측 일단에 공급되게 하고, 상기 브리지 정류회로의 다른 교류입력측 타단에는 교류전원의 타전위가 입력되게 연결 구성함으로써 상기 포토 트라이액의 스위칭에 동기되어 상기 두 실리콘제어정류기를 경유하면서 형성된 파형의 전파전류가 상기 브리지 정류회로에서 직류로 정류되어 발열매트 가열용 출력전류로 공급되도록 출력되 도록 구성된 것을 특징으로 하는 발열매트의 온도조절기 회로를 제안한다

본 발명에 제안되는 발열매트 온도조절기 회로는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 마이컴 출력에 의해 제어되는 채널 별 포토 트라이액과 실리콘제어정류기의 조합회로에 의해 각 채널의 브리지 정류회로의 입력단으로 상용 교류전원의 일측 전위가 공급되도록 구성되는 회로에 의해 브리지 정류회로에서 발열매트측으로 직류전압의 구동전원이 출력되므로 채널별 발열매트에 공급되는 전원전류를 정전위에 가까운 리플이 없는 직류로 공급할 수 있게 되고, 이에 따라 하나의 마이컴을 사용한 간단한 회로로서 단일 채널 또는 다수 채널의 발열매트를 제어할 수 있게 되는 동시에 교류전류를 발열매트로 공급하던 종래의 온도조절기에 비해 발열매트에서 발생되는 전자장을 비약적으로 낮출 수 있게 된다.

둘째, 평활회로로서 역방향 접속된 다이오드와 저항을 병렬접속하고 그 접속점에 콘덴서를 접속하여 출력단 양단 사이에 연결하여 저항을 통해 충전되게 하고 다이오드를 통해 방전되게 함으로써 출력부 회로의 능동소자들(실리콘제어정류기 및 브리지정류회로) 및 출력부 평활콘덴서를 보호하여 안정된 회로 동작을 할 수 있게 하는 효과가 있다.

셋째, 상기 평활회로부 저항을 서어미스터를 사용함으로써 회로 기동 초기에 발생하는 리크에 대해 상기 서어미스터가 저항체로서 작용을 하게 하여 상기 두 번째 효과와 동일한 출력부 회로 보호의 효과를 얻을 수 있게 하는 동시에 회로 가동시간이 경과한 후 발열된 서어미스터가 저항값이 제로화 되어 다이오드에 가중되는 부하를 줄일 수 있게 되어 안정된 회로 동작을 할 수 있게 하는 효과가 있다.

넷째, 본 발명은 안정된 직류출력을 얻을 수 있게 하면서도 회로 내에 중량과 부피가 큰 트랜스포머를 사용하지 않는 간단한 회로로 구성되므로 온도조절기 회로의 몸체 부피와 중량을 작게 할 수 있는 효과가 있다.

상술한 종래의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 대하여 실시예로서 첨부된 도 1의 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명의 구성은, 도 1 에 도시된 바와같이, 발열매트의 온도감지신호(TH-S1)(TH-S2)를 입력하는 2채널 각각의 온도감지신호 입력부(110)(210)와, 사용자가 발열매트의 온도설정에 위한 2채널 각각의 온도설정부(120)(220)와, 상기 온도감지신호 입력부(110)(210)의 신호를 입력받아 상기 온도설정부(120)(220)의 설정 온도와 비교 판단하여 제어신호를 출력하는 마이컴(U1)을 갖는 발열매트의 온도조절기 회로에 있어서, 상기 마이컴(U1)의 제어신호 출력단을 포토커플러(당업계에서 트랜지스터 내장형과 구분하기 위해 포토 트라이액이라 칭하기로 하므로 이하에서는 포토 트라이액(PC1)(PC2)이라 함)의 다이오드측 일단에 인가되도록 하는 동시에 상기 포토 트라이액(PC)(PC2)의 다이오드측 타단은 직류전원(Vcc)이 인가되도록 접속하고, 교류전원의 일측 전위(AC1)가 상기 포토 트라이액(PC1)(PC2)의 트라이액측 일전극에 저항(R103)(R203)을 통해 인가되도록 접속하는 동시에 상기 교류전원 일측 전위(AC1)가 상기 교류전원 일측 전위(AC1)가 제1실리콘제어정류기(Q101)의 캐소드 단자 및 제2실리콘제어정류기(Q102)의 애노드 단자에 인가되도록 접속하고, 상기 포토 트라이액의 트라이액측 양 전극은 각각 상기 제1실리콘제어정류기(Q101)(Q201)의 게이트 단자(G) 및 제2실리콘제어정류기(Q102)(Q202)의 게이트 단자(G)에 연결하며, 상기 제1실리콘제어정류기(Q101)(Q201)의 애노드 단자(A) 및 제2실리콘제어정류기(Q102)(Q202)의 캐소드 단자(K)는 브리지 정류회로(BD101)(BD201)의 교류입력단(a)에 공통 접속하고, 상기 브리지 정류회로(BD101)(BD201)의 다른 교류입력단(b)에는 교류전원의 타측 전위(AC2)가 인가되게 접속하고, 상기 브리지 정류회로(BD101)(BD201)의 직류 +,- 출력단(c,d)은 상기 발열매트의 열선측으로 전류를 공급하는 출력단자(DC+,DC-)로 연결하여서 된다.

상기 온도감지신호 입력부(110)(210)는 상기 발열매트측의 온도감지신호(TH-S1)(TH-S2)로서 발열매트측에 설치된 채널별 서어미스터(도시안됨)의 저항값이 온도에 따라 변화하게 되는 것을 이용하여 상기 서어미스터 통해 전원전압(Vcc)가 인가되게 한 후 저항(R110)(R210)을 통해 접지되게 하는 동시에 상기 서어미스터와 저항(R110)(R210)의 분기점에서 전위값 변화를 상기 마이컴(U1)으로 입력되게 하여 마이컴(U1)이 이를 인식하게 하는 방식이며, 부수적으로 구비되는 콘덴서(C105)(C205)는 전압의 급격한 변화를 완충하기 위해 구비된다.

상기 온도설정부는 가변저항(VR1)(VR2)의 온도설정을 위한 사용자 조절에 따라 변화된 전위값을 상기 마이컴(U1)으로 입력하여 마이컴(U1)이 인식할 수 있도록 한다.

상기 마이컴(U1)의 일 출력단에 저항(R101)(R201)을 통해 각각 접속되는 LED1,LED2는 2채널의 각 출력상태, 즉 작동 상태를 사용자가 육안으로 확인할 수 있게 하는 발광다이오드이고, LED3는 전원스위치(SW1)의 조작에 따라 전원의 온,오프를 표시하는 발광다이오드이다.

상기 트라이액(Q1)(Q2)의 양전극(T1,T2) 간에 접속되는 저항(R105)(R205)과 콘덴서(C101)(C201)는 트라이액(Q1)(Q2)의 스위칭 노이즈를 제거하기 위한 회로이다.

상기 구성에서 실리콘제어정류기(Q101,Q102)(Q201,Q202)의 게이트와 캐소드 사이에는 역기전력 방지를 위한 역방향 다이오드(D101)(D201)가 접속될 수 있고, 제2 실리콘제어정류기(Q102)(Q202)의 게이트와 캐소드 사이에는 캐소드와 게이트의 전위차를 위한 저항(R105)(R205)가 접속될 수 있고, 제1실리콘제어정류기(Q101)(Q201)의 게이트(G)와 제2실리콘제어정류기(Q201)(Q202)의 게이트(G) 사이에는 게이트 상호 간의 전기적 분리를 위한 저항(R104)(R204)가 접속될 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 구성과 아울러, 상기 브리지 정류회로(BD1)(BD2)의 직류 +,- 출력단(c,d) 사이에는, 상기 출력단(c)의 양전위측으로부터 역방향 다이오드(D103)(D203)와 고전력용 저항(R106)(R206)이 병렬 접속되며, 상기 다이오드(D101)(D201)와 저항(R106)(R206)의 접속점과 상기 출력단(d)의 음전위측 간에 콘덴서(C106)(C206))가 접속되어 구성된 것에 또다른 특징을 두고 있으며, 이는 직류적으로 충전 임피던스값과 방전 임피던스값이 달라지게 되어 콘덴서(106)(C206)의 보호에 효과적인 동시에 출력파형을 평활시키는 평활회로로서의 역할을 수행할 수 있게 한다.

이러한 구성에서, 상기 저항(R106)(R206)는 발열 온도에 따라 저항값이 변화하는 서어미스터를 채택할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

사용자가 설정한 온도에 따라 마이컴(U1)은 제어신호를 출력하여 포토 트라이액(PC1)(PC2)를 활성화시킴으로써 수 MHz 정도의 주파수를 가진 전압신호를 실리콘제어정류기(Q101)(Q201)의 게이트(G)에 인가하게 된다. 이때, 제1실리콘제어정류기(Q101)(Q201)의 게이트(G)와 캐소드(K)의 사이에는 저항(R103)(R203)에 의해 전위차가 발생하게 되고, 제2실리콘제어정류기(Q102)(Q202)의 게이트(G)와 캐소드(K)의 사이에는 저항(R105)(R205)에 의해 전위차가 발생하게 되므로 실리콘제어정류기(Q101,Q201)(Q102,Q202)은 교류신호에 대해 정 방향으로 턴온 상태가 되어, 제1실리콘제어정류기(Q101,Q201)와 제2실리콘제어정류기(Q102,Q202)가 교번적으로 교류전원의 일측 전위(AC1)를 반파 정류하여 합쳐진 전파 전류로서 브리지 정류회로(BD101)(BD201)로 인가하게 되고, 교류전원의 타측 전위(AC2)가 상기 브리지 정류회로(BD101)(BD201)로 인가됨에 따라 브리지 정류회로(BD101)(BD201)로부터 교류전원의 정류된 직류전원이 출력되어 발열매트로 연결되는 컨넥터인 출력단(DC+,DC-)로 공급된다.

이와 같이 본 발명은 정류된 직류전원을 발열매트로 출력함으로써, 기존 발열매트 온도 조절기에서 출력되던 교류성 전원전류에 비해 전자장 발생을 비약적으 로 낮출 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 회로의 출력단자(DC+, DC-)에 병렬 접속된 저항(R106)(R206), 다이오드(D103)(D203), 콘덴서(C106)(C206)는 평활회로를 이루어 직류성분에 혼재된 리플을 제거하여 안정된 직류를 출력시키도록 하게 되며, 여기에서 중요한 기술적 포인트로서, 상기 콘덴서(106)(C206)가 대용량의 것이 채용되어지되 역방향 접속된 다이오드(D103)(D203)의 역지 작용에 의해 저항(R106)(R206)을 통해서만 상기 콘덴서(C106)(C206)로 충전전압이 공급되므로 임피던스를 높일 수 있어 전단에 구비된 브리지정류회로(BD1)(BD2) 및 포토트라이액(PC1,PC2)와 특히 실리콘제어정류기(Q101,201)(Q102,Q202)를 보호하는 작용을 하게 되며, 아울러 콘덴서(C106)(C206)의 방전 작용에 의해 직류전압의 평활 작용을 하게 된다.

한편, 상기 콘덴서(C106)(C206)의 용량을 크게 하면 실리콘제어정류기(Q101,201)(Q102,Q202)가 과부하로 인해 소손될 우려가 있으므로 상기 콘덴서(C106)(C206)의 급충전을 방지하고 실리콘제어정류기(Q101,201)(Q102,Q202)의 과부하를 방지하기 위해 저항(R106)(R206)을 구비됨으로써 충전시에 적당한 저항체로서 작용하게 된다. 그리고, 콘덴서(C106)(C206)의 방전시에는 고전력용을 사용한 다이오드(D103)(D203)를 통해 방전하게 되므로 출력단자(DC+,DC-)로 출력되는 직류전압은 평활작용을 하게 되는 것이다.

한편, 상기 저항(R106)(R206)으로서 고전력용 서어미스터가 사용될 수 있는데, 통상적으로 서어미스터는 발열전에는 고유 저항값이 크나 발열시에 고유 저항값이 작아지게 된다. 이에 따라, 상술한 바와같이 사용된 서어미스터는 본 발명의 온도조절기 회로의 파워-온시에 발열하기 이전상태로서 고유저항값이 큰 상태가 되므로, 온도조절기 회로의 파워-온시에 발생하는 리크전압에 대해 콘덴서(C106)(C206) 및 실리콘제어정류기(Q101,201)(Q102,Q202)을 포함하는 출력부 회로를 보호하게 된다. 한편, 온도조절기 회로의 파워-온 상태를 유지하여 저항(R106)(R206)으로서 사용된 서어미스터가 서서히 발열하게 되면 고유저항값이 작아져 제로값에 가까운 상태가 되므로 다이오드(D103)(D203)과 무관하게 충방전의 효율을 높일 수 있게 되어 다이오드(D103)(D203)에 걸리는 부하를 적게 할 수 있으므로 다이오드(D103)(D203)를 저전력용의 것으로 사용해도 안정성에 지장이 없게 된다.

한편, 본 발명은 상세한 설명 및 도 1의 회로도 기재상에 n채널 발열매트로 전류를 공급하는 회로로 기재 및 설명하고 있으나, 포토트라이액 후단부터는 2채널의 각 채널이 서로 동일한 회로로 구성되는 것이므로, 단일 채널 발열매트로 사용되는 범위 및 3채널 이상의 것까지도 포함함은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명은 다음과 같은 작용효과가 있다.

첫째, 마이컴(U1) 출력에 의해 제어되는 채널 별 포토 트라이액(PC1)(PC2)과 실리콘제어정류기(Q101,Q102)(Q201,Q202)의 조합회로에 의해 각 채널의 브리지 정류회로(BD101)(BD201)의 입력단으로 상용 교류전원의 일측 전위(AC1)가 공급되도록 구성되는 회로에 의해 브리지 정류회로에서 발열매트측으로 직류전압의 구동전원이 출력되므로 채널별 발열매트에 공급되는 전원전류를 정전위에 가까운 리플이 없는 직류로 공급할 수 있게 되고, 이에 따라 하나의 마이컴을 사용한 간단한 회로로서 단일 채널 또는 다수 채널의 발열매트를 제어할 수 있게 되는 동시에 교류전류를 발열매트로 공급하던 종래의 온도조절기에 비해 발열매트에서 발생되는 전자장을 비약적으로 낮출 수 있게 된다.

도 1 은 본 발명에 의한 실시예의 구성을 보인 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

R101~R210 : 저항 D101~D203 : 다이오드

C101~C206 : 콘덴서 SW1 : 전원스위치

U1 : 마이컴 PC1,PC2 : 포토 트라이액

Q101.Q102,Q201,Q202 : 실리콘제어정류기(SCR)

BD101,BD201 : 브리지정류회로 VR1,VR2 : 가변저항

110,210 : 온도감지신호 입력부 120,220 : 온도설정부

Claims

발열매트의 온도감지신호를 입력하는 n채널 각각의 온도감지신호 입력부와, 사용자가 발열매트의 온도설정에 위한 n채널 각각의 온도설정부와, 상기 온도감지신호 입력부의 신호를 입력받아 상기 온도설정부의 설정 온도와 비교 판단하여 제어신호를 출력하는 마이컴(U1)을 갖는 발열매트의 온도조절기 회로에 있어서,

상기 마이컴(U1)의 제어신호 출력단을 하나의 채널에 구비된 포토 트라이액의 다이오드측 일단에 인가되도록 하는 동시에 상기 포토 트라이액의 다이오드측 타단은 직류전원(Vcc)이 인가되도록 접속하고, 교류전원의 일측 전위(AC1)가 상기 포토 트라이액의 트라이액측 일전극에 저항(R103)을 통해 인가되도록 접속하는 동시에, 상기 교류전원 일측 전위(AC1)가 제1실리콘제어정류기(Q101)의 캐소드 단자 및 제2실리콘제어정류기(Q102)의 애노드 단자에 인가되도록 접속하고, 상기 포토 트라이액의 트라이액측 양 전극은 각각 상기 제1실리콘제어정류기의 게이트 단자 및 제2실리콘제어정류기의 게이트 단자에 연결하는 동시에 이 두 게이트 단자에서 분기하여 각각 저항을 거쳐 상기 제1 및 제2 실리콘제어정류기의 캐소드 단자에 연결하고, 상기 제1실리콘제어정류기의 애노드 단자 및 제2실리콘제어정류기의 캐소드 단자는 브리지 정류회로(BD101)의 교류입력단(a)에 공통 접속하고, 상기 브리지 정류회로의 다른 교류입력단(b)에는 교류전원의 타측 전위(AC2)가 인가되게 접속하고, 상기 브리지 정류회로의 직류 +,- 출력단(c,d)은 상기 발열매트의 열선측으로 전류를 공급하는 출력단자(DC+,DC-)로 연결하여서 구성한 것을 특징으로 하는 발열 매트의 온도조절기 회로.
발열매트의 온도감지신호를 입력하는 온도감지신호 입력부와, 사용자가 발열매트의 온도설정에 위한 온도설정부와, 상기 온도감지신호 입력부의 신호를 입력받아 상기 온도설정부의 설정 온도와 비교 판단하여 제어신호를 출력하는 마이컴을 갖는 발열매트의 온도조절기 회로에 있어서, 상기 마이컴의 제어신호 출력신호로 포토 트라이액에 입력측에 인가하여 상기 포토트라이액의 출력측을 스위칭시켜 교류전원의 일전위에 연결된 두 개의 실리콘제어정류기의 게이트 전압을 인가함으로써 상기 실리콘제어정류기에 의해 반파 전류를 교번적으로 스위칭하여 전파 전류를 출력하여 브리지 정류회로의 교류입력측 일단에 공급되게 하고, 상기 브리지 정류회로의 다른 교류입력측 타단에는 교류전원의 타전위가 입력되게 연결 구성함으로써 상기 포토 트라이액의 스위칭에 동기되어 상기 두 실리콘제어정류기를 경유하면서 형성된 파형의 전파전류가 상기 브리지 정류회로에서 직류로 정류되어 발열매트 가열용 출력전류로 공급되도록 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 발열매트의 온도조절기 회로.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 브리지 정류회로(BD101)의 직류 +,- 출력단(c,d) 사이에는, 상기 출력단(c)의 양전위측으로부터 역방향 다이오드(D103)와 고전력용 저항(R106)이 병렬 접속되며, 상기 다이오드(D103)와 저항(R106)의 접속점과 상기 출력단(d)의 음전위측 간에 콘덴서(C106)가 접속되어 구성된 것을 특징으로 하는 발열매트의 온도 조절기 회로.
제 3 항에 있어서, 상기 저항(R106)은 발열 온도에 따라 저항값이 변화하는 서어미스터인 것을 특징으로 하는 2채널용 발열매트의 온도 조절기 회로.