KR20100030754A - 전류센서를 이용한 피티시 발열체용 온도조절기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기장판 ,전기요 ,전기매트, 전기 뜸질기, 전기방석, 전열보드 등에 사용되는 종전의 발열체와는 특성이 상이한 PTC 발열체 또는 기 특허출원한 하이브리드 발열체(출원번호10-2007-0113655 자동온도과승방지발열선)의 온도 조절기에

대한 것으로 PTC 발열체는 온도에 따라 저항 값이 현저하게 변화하여 발열체에 직렬로 연결된 저항(전류센서)의 양단 전위 차이를 이용하여 발열체의 특성을 분석하고 일정시간동안(예 교류64CYCLE)가열되는 교류CYCLE의 수를 가변시키고, 가열되는 교류CYCLE이 일정시간동안(예 교류64CYCLE)동안 골고루 분포하게 하여, 평균전류는 가변되지만 전체적으로는 언제나 통전되는 것처럼 느낄 수 있도록 발열체의 특성에 맞게 PROGRAMMING하여 PTC발열체 및 하이브리드 발열체의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

전류센서, PTC용 발열체, 온도 제어, 전기장판, 전기요, 전기매트, 전기뜸질기, 전기방석

Description

전류센서를 이용한 피티시 발열체용 온도조절기{The PTC heating element thermostat using electrical current sensor}

본 발명은 발열체에 직렬로 결합된 전류 센서를 이용하여 전기장판 등의 표면온도

를 제어하는 PTC 발열체용 온도 조절기에 대한 것으로서 종래에는 발열체 부근에

배열된 온도 센서(THERMISTOR)에 의한 저항 변화를 이용하여 온도를 제어하였으

나 본 발명은 온도 센서 없이 조절기 내부에 발열체에 직렬로 연결된 저항(전류센

서)의 양단 전위 차이를 이용하여 발열체의 특성을 파악하여 온도를 제어한다.

그러나, 전류센서의 값은 PTC 발열체의 순시온도를 나타내지만 전열기구의 온도로 간주할 수 없으므로, 전류센서 값을 온도센서값으로 대치한 기존의 제어 방법으로는 정확한 온도제어를 할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 다음의 방법으로 정확한 온도제어가 가능하도록 하였다.

전기장판 ,전기요 ,전기매트 등에 사용되는 종전의 발열체와는 특성이 상이한 PTC용 발열체는 온도에 따라 저항 값이 현저히 변화한다.

전열기구의 온도가 온도조절기의 설정온도까지 상승할 수 있도록 전류센서의 값을 관찰하면서 초기 가열을 하고, 온도조절기에 간편하게 온도센서를 장착하여 주 위온도(전열기구의 온도가 아님)를 측정하여 전열기구의 온도제어의 보조자료로 활용하였다.

초기가열과정이 끝난 직후의 전류센서의 값, 현재의 주위온도의 값, 현재의 전류센서의 값, 일정시간 전의 전류센서의 값 등을 고려하여 현재의 전류량을 결정하고, 필요한 전류량에 따른 전류제어 방식으로, 전자파 발생도 없고, 추가 하드웨어의 필요성도 없는 새로운 제어방식을 구현하였다.

본 발명의 특징은 일정시간동안(예 교류 64CYCLE)가열되는 교류CYCLE의 수를 가변시키고, 가열되는 교류CYCLE이 일정시간동안(예 교류64CYCLE) 골고루 분포하게 하여, 평균전류는 가변되지만 전체적으로는 언제나 통전되는 것처럼 느낄 수 있도록 온도를 제어한다.

종래의 온도조절기는 본체와 조절기를 연결하는 선이 4선이어야 하고 온도 SENSOR를 본체에 배치하여야 하는 번거로움이 있었다.

또한, 일정시간 ON/OFF하는 방식으로 온도를 제어하여도 전열기구의 온도는 상당히 정확한 값을 유지할 수 있지만, 인간의 감각은 OFF시간과 ON시간에서의 느낌이 너무 달라, ON OFF없이 계속 가열되는 것을 선호하는 경향이 있다.

최근에는 전류센서를 이용하여 통전시간, 즉 ON/OFF시간의 변화에 의하여 전력량을 가변하는 방식(예 일본 특허공보 18-185766호)이 소개되고 있으나 OFF시간에 저항값이 현저하게 가변되는 PTC발열체의 특성상 변화되는 주위 환경(예 발열체의 보온상태 변화 등)에서는 정확한 온도 제어에 어려움이 있으리라고 예상된다.

PTC발열체는 온도에 따라 저항값이 변화하지만, 전류의 인가 여부에 따라 저항

값이 급격히 변화하므로 전류값으로 PTC 발열체를 포함한 전열기구(예 전기매트)의 온도를 파악하는 것은 어려운 문제다. 그러나, ON/OFF 제어가 아닌 전류량 제어를 하여, 일정시간이 경과한 후 전류량의 변화가 거의 없는 경우는 전류센서 값을 전열기구의 온도로 특정지울 수 있다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, PTC발열체의 순시온도를 나타내는 전류센서의 값과 이 값의 변화되는 과정을 참고하여 전류센서 값을 전열기구의 온도로 특정 지울 수 있는 시점을 결정하고, 이 시점의 값을 기준으로 전류량을 적절히 결정하여 전열기구의 온도를 일정하게 유지하는 제어방식이다.

전류량 제어의 방식으로 기존에 사용되든 위상제어 방식은 전자파의 발생 때문에

최근에는 거의 사용하지 않고 있으며, PWM에 의한 평균전류 제어는 본 발명이

추구하는 간편한 온도 제어 기기에서는 구현하기 힘들므로 새로운 전류제어 방식이

필요하다.

설정온도에 따라 일정시간 초기가열하면서, 전류 변화량을 관찰하여 전류센서 값을 전열기구의 온도로 간주할 수 있는 시점을 특정하고, 이 시점의 전류센서 값을 기준으로 하여, 측정 시점의 전류센서 값과 주위온도, 전류센서 값의 변화량를 참조하여 새로운 전류량을 결정하였다.

본 발명에서는 교류 사이클 별로 제어하는 zero crossing 방식으로 전자파의 발생을 제거하였고, 통전 사이클 수를 조정하여 전류제어가 가능하도록 하였다.

전류 제어를 하는 한 구간을 N 사이클로 했을 때 다음 그림에서 보는 바와 같이 n 사이클은 ON, m 사이클은 OFF 하여 평균전류량을 제어하였다.

|<--------------->|<--------------->|

n cycle(ON CYCLE) m cycle(OFF CYCLE)

n cycle + m cycle = N CYCLE(일정)

따라서, 1/N의 단계로 전류제어가 가능하며, 즉 전류량의 최대치를 1(64CYCLE)로 했을 때 최소치는 1/N(1/64 CYCLE)이 된다.

그리고, ON 사이클이 한 순간에 집중되는 것을 방지하기위해 그림 1-그림4에서와 같이 ON 사이클을 random하게 배치하여 평균적으로 일정한 전류가 흐르는 것처럼 느낄 수 있도록 하였다.

그림 1 전류량 18/64 그림2. 전류량 20/64

그림3. 전류량 22/64 그림4. 전류량 28/64

일정시간 ON/OFF하는 방식으로 온도를 제어하여도 전열기구의 온도는 상당

히 정확한 값을 유지할 수 있지만, 인간의 감각은 OFF시간과 ON시간에서의 느낌

이 너무 달라, ON OFF없이 계속 가열되는 것을 선호하는 경향이 있다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, PTC발열체의 순시온도

를 나타내는 전류센서의 값과 이 값의 변화되는 과정을 참고하여 현재의 전류량을

적절히 결정하여 ON OFF시간의 제어가 아닌 전류량의 제어를 함으로서 ON OFF

제어보다는 매우 정교한 온도 제어를 할 수 있고 소비자의 사용상의 편의를 제공한

다.

또한 PTC발열체의 최고도달온도가 90도 이하이므로 기존의 온도 센서 없이도

전류센서로 전열기구의 온도를 제어할 수 있으며, 본체와 조절기를 연결하는 선이

4선이 아닌 2선으로 할 수 있고 온도 센서(SENSOR)를 본체에 배치하여야 하는

번거로움이 없으므로 생산 공정의 간소화 및 원가 절감을 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조절기는 도 2에서와 같이 교류전원을 소정의 직류전원으로 정류하기 위한 전원 공급부(10)와, 발열체에 흐르는 전류

량을 감지하여 발열체에 전력 공급 가부를 결정하는 중앙처리장치(20), 중앙처리장

치의 신호를 받아 발열체에 전력을 공급하는 발열체 제어부(30)와, 발열체에 흐르

는 전류를 감지하여 중앙처리장치에 보내는 전류 센서부(40)로 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 조절기의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도로서, 참조번호 10은 교류전원을 소정의 직류전원으로 정류하기 위한 전원공급부로서 ,입력 교류전원을 직류로 변환하여 트랜스포머를 통하여 본 제품의 주 제어장치에 5V의 직류전압을 제공한다.

그리고, 도 1에서 참조번호 20은 전류센서(도2의 참조번호40)로부터 신호를 입력받

아 발열체의 온도를 제어하는 중앙처리장치(20)로서, 교류전원의 상승시간(RISING TIME)을 인지하여 MICRO PROCESSOR가 구동하는 기준이 되고, 가변저항은 5V의 동작전원에 연결되어 있으며 가변저항의 위치에 따라 양단의 전압 변화를

MICRO PROCESSOR가 인지하여 발열체의 제어온도를 설정한다.

그리고, 도 1에서 참조번호 30은 본 제품의 제어부로서 이는 MICROPROCESSOR

의 제어 신호가 저항을 통하여 포토 트라이액에 전달되면 포토 트라이액은 턴온(TURN ON)하여 저항을 통하여 주 제어 트라이액의 게이트에 게이트전류가 흘러 트라이액은 턴온(TURN ON)하고 교류전력이 본체 내부에 배열되어 있는 발열체에 흘러 발열체가 발열한다.

그리고, 도 1에서 참조번호 40은 전류센서부로서 이는 발열체에 직렬로 연결된 저항을 통하여 흐르는 전류변화를 포토 카플러가 인지하고 그 변화가 저항양단의 전압 변화로 나타나므로 이를 MICRO PROCESSOR가 인지하여 제어부에 신호를 적절하게 전달함으로서 PTC발열체의 특성에 맞는 제어기능을 수행한다.

그리고, 도 1에서 참조번호 50은 표시부로서 발광 다이오드를 사용하여 교류입력전원의 온오프(ON-OFF)상태와 발열체에 전력 공급유무를 표시한다.

이하 상기한 구성으로 본 본 발명의 동작을 설명한다.

전원을 온(ON)하면 전원 공급부(10)에서 만들어진 5V의 직류전원은 중앙처리장치

(20)인MICRO PROCESSOR(U1)에 인가되고 PROGRAMMING된 MICRO PROCES

SOR는 반 사이클(1/2CYCLE)의 펄스(PULSE)를 제어부를 통하여 보내면 트라이액은 반 사이클(1/2CYCLE)동안만 턴온(TURN ON)하여 발열체와 트라이액에 직렬로 연결된 센서저항에 전류를 흘리고 그 전류 값을 전류센서를 통하여 MICRO PROCESSOR는 인지하고 그로인해 발열체의 특성을 알게 되고 발열체에 맞는 특수한 제어방법(PROGRAM에 의함)으로 제어부에 제어신호를 보내어 온도를 조절한다.

도 1은 본 발명의 회로 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10 : 전원 공급부

20 : 중앙처리장치

30 : 발열체의 온도 제어부

40 : 전류 센서부

50 : 표시부

Claims (2)

1. 전류센서의 전류 변화를 이용하여 일정시간동안 가열되는 교류CYCLE의 수를 전류

   량의 최대치를 1(64CYCLE)로 했을 때 최소치는 1/N(1/64CYCLE)이 되도록 가변

   시키고, 그림 1-그림4에서와 같이 ON CYCLE을 RANDOM하게 배치하여 전체적으

   로는 언제나 통전되는 것처럼 느낄 수 있도록 온도를 제어하는 것을 특징으로 한

   PTC발열체 및 하이브리드 발열체용 온도조절기
2. 청구항 1에 있어서 조절기의 설정온도(DIAL위치)별로 초기 가열하는 시간을 특정하고, 주위온도에 따라 그 값을 보정하여, 특정된 시간에 측정한 전류량을 기준으로 교류CYCLE의 수를 가변시켜 일정한 온도가 유지되도록 온도를 제어하는 것을 특징으로 한 PTC발열체 및 하이브리드 발열체용 온도조절기

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