KR20200078897A

KR20200078897A - Ptc소자 특성 측정장치

Info

Publication number: KR20200078897A
Application number: KR1020180168202A
Authority: KR
Inventors: 전용석
Original assignee: 전주대학교 산학협력단
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-07-02
Also published as: KR102147173B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 PTC소자의 저항을 측정하는 장치는 PTC소자를 탑재하는 PTC소자 측정부, 상기 PTC소자 측정부에 전원을 공급하는 PTC전원부, 상기 PTC전원부와 연결되어 PTC소자 측정부에 전원을 연결하는 FET소자, 상기 FET소자와 연결되어 펄스신호를 전달하는 제어부 및 상기 제어부에서 생성된 펄스신호에 의해서 상기 PTC소자 측정부와 연결되어 있는 전압계와 전류계에 트리거 신호를 전달하는 트리거 신호 생성부를 포함한다.

Description

PTC소자 특성 측정장치{Apparatus for measuring characteristics of PTC device}

본 발명은 PTC소자의 특성을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PTC소자의 온도에 따른 저항특성을 측정하는 장치에 관한 것이다.

PTC(Positive Temperature Coefficient)소자는 티탄산바륨계(系) 반도체와 같이 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지는 반도체소자로 니크롬선을 대신하는 안전한 발열체이다. 온도에 따라 저항이 달라지면 스위치 작용을 하므로 에어컨, 헤어드라이기, 의류건조기 등에 사용한다.

전기차의 등장으로 인하여 차량 내에서 PTC소자는 온풍을 공급하기 위한 핵심부품이며, 배터리 전압량에 따라 발열량 및 Power에 미치는 영향이 크기 때문에 Cabin Air Heater모듈을 생산하는 다수의 차량부품 공조사에서 PTC소자의 평가방법은 점차 중요한 기술적 이슈가 되고 있다.

전기차 Cabin Air heater 모듈 개발시 배터리에서 출력될 수 있는 다양한 전압 (150V, 250V, 350V, 450V) 기준, PTC소자 단품에 대한 전류 및 저항 data값이 필요하며, 이러한 저항 데이터값이 확보되면 50pcs이상의 PTC소자가 조립되는 Cabin Air heater 시뮬레이션도 가능하여 개발 기간 및 비용이 크게 절감될 수 있다.

따라서, 본 발명과 같은 PTC소자 상태에서 Loaded R-T Curve 측정 System 개발이 절실히 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제2018-0062367호(2018.06.08) 대한민국 공개특허 제2017-0087077호(2017.07.28) 대한민국 공개특허 제2017-0015745호(2017.02.09)

본 발명의 목적은 PTC소자의 온도에 따른 저항특성을 정확하게 측정하는 장치를 제공하는데 있다.

또한, 상기 PTC소자 측정부는 설정된 온도로 PTC소자를 가열하는 오븐 및 PTC소자에 공급되는 전원을 연결 또는 차단하는 스위치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부에서 생성된 펄스신호는 1ms 내지 1.5ms 펄스신호일 수 있다.

또한, 상기 제어부는 펄스신호를 상기 FET소자의 게이트 전극에 공급하고, 상기 FET소자의 드레인 전극은 상기 전류계와 연결될 수 있다.

또한, 상기 PTC소자 측정부는 복수 개의 PTC소자를 탑재하는 PTC소자 어레이 및 상기 PTC소자 어레이에 탑재되는 복수 개의 PTC소자 각각에 대응되는 복수 개의 스위치를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 특성측정 방법은 1ms 내지 1.5ms 펄스신호를 생성하는 단계, 상기 펄스신호를 FET소자의 게이트 전극에 인가하는 단계, 상기 FET소자의 소스전극에 연결되어 있는 PTC전원이 PTC소자에 인가되는 단계, 상기 펄스신호에 의해서 생성된 트리거 신호를 PTC소자와 연결되어 있는 전압계와 전류계에 인가하는 단계 및 상기 전압계와 전류계에 측정된 값으로 저항을 연산하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 특성측정방법은 상기 PTC소자의 온도를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 특성 측정장치는 PTC소자의 온도에 따른 저항특성을 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 특성 측정장치는 복수개의 PTC소자에 대한 저항특성을 한번에 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 측정장치의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 측정부의 상세 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자의 저항특성 측정 그래프이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC소자 측정부의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 양태에 따른 PTC소자 특성측정방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 측정장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 측정장치의 기능 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 측정부의 상세 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자의 저항특성 측정 그래프이다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 측정장치는 PTC소자를 탑재하는 PTC소자 측정부(100), 상기 PTC소자 측정부(100)에 전원을 공급하는 PTC전원부(200), 상기 PTC전원부(200)와 연결되어 PTC소자 측정부(100)에 전원을 연결하는 FET소자(300), 상기 FET소자(300)와 연결되어 펄스신호를 전달하는 제어부(400) 및 상기 제어부(400)에서 생성된 펄스신호에 의해서 상기 PTC소자 측정부(100)와 연결되어 있는 전압계(600)와 전류계(700)에 트리거 신호를 전달하는 트리거 신호 생성부(500)를 포함한다.

PTC소자(110)는 앞서 살펴본 바와 같이 온도에 따라 저항값이 달라지는 소자로서, 일반적으로 전열기구 등에 사용되는 니크롬선 등을 대체하는 재료로 활용되어오고 있다. 특히 내연기관이 없는 전기자동차는 PTC소자(110)를 탑재하여 차량내부로 유입되는 열풍을 히터로 사용한다.

PTC소자(110)는 특정 온도 이상에서 급격하게 저항값이 증가하는 저항체에 전기를 통하여 발열시키면, 자신의 저항치가 증가, 전류를 제한하여 외기의 온도나 전원전압의 변동에도 불구하고 그 온도는 거의 일정하게 된다. 이러한 PTC소자는 발열체와 온도센서와 전력콘트롤러의 세 가지 작용을 겸비하고 있다.

PTC소자(110)를 전기자동차에 채용하기 위해서는 PTC소자의 특성, 특히 온도에 따른 저항의 변화특성에 대한 정보가 제공되어야 한다. 이는 전기자동차의 내부 회로망의 구성에 있어서, PTC소자의 저항특성이 다른 전기회로에 미칠 영향에 대한 설계가 이루어져야 하기 때문이다.

나아가 전기자동차의 경우 PTC소자에 가해지는 전압이 고전압인 점을 감안하면, 일반적인 테스터기를 이용한 저전압 상태에서 PTC소자 저항특성과는 상이한 특성을 나타낸다.

PTC소자 측정부(100)는 앞서 설명한 PTC소자(110)를 탑재시켜 PTC소자에 측정전압을 인가한다. PTC소자 측정부(100)는 기 설정된 온도로 PTC소자(110)를 가열하는 오븐(800) 및 PTC소자(110)에 공급되는 전원을 연결하거나 차단하는 스위치(120)를 포함한다.

PTC소자(110)의 저항특성을 측정하기 위해서 오븐(800)을 서서히 가열시키면서 전압값과 전류값을 읽어 온도에 따른 저항특성을 계측한다. 특히, PTC소자(110)는 특정온도에서 저항값이 급격하게 상승하는 구간이 생기고, 저항의 급격한 상승구간이 PTC소자(110)의 R-T Curve에 의해서 도출된다.

PTC전원부(200)는 PTC소자 측정부(100)에 전원을 공급한다. PTC소자(110)의 용도에 따라서 가해지는 전원을 가변시킬 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자(110) 특성 측정장치는 150V, 250V, 350V 등 비교적 고전압을 인가한 상태에서 PTC소자 저항특성을 검출한다.

FET소자(300)는 소위 전계효과 트랜지스터로 전압을 증폭시킨다. FET소자(300)는 PTC전원부(200)와 연결되는 개폐장치에 해당한다. FET소자(300)는 이하 설명하게 될 제어부(400)에 연결되어 제어부(400)로부터 신호를 받게 되면 PTC소자 전원부(200)를 연결상태에 놓이도록 하는 역할을 한다.

제어부(400)는 펄스신호를 생성하여 FET소자(300)에 전달한다. 제어부(400)의 단자는 FET소자(300)의 게이트 전극에 연결된다. 또한, 제어부(400)는 트리거 신호 생성부(500)와 연결된다. 제어부(400)는 PIC-C컴파일러로 구현된 PIC16F877A 마이크로컨트롤러 일 수도 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

제어부(400)에서 생성하는 펄스신호는 1ms 내지 1.5ms의 펄스신호일 수 있으며, 바람직하게는 1ms의 펄스신호이다. 짧은 순간 PTC소자(110)에 가해지는 전원으로 인해서 측정시에 PTC소자의 온도상승분을 최대한 줄이기 위해서 짧은 펄스신호를 PTC소자에 가하기 위함이다.

트리거 신호 생성부(500)는 PTC소자 측정부(100)에 연결되는 전압계(600)와 전류계(700)에 연결되어 트리거 신호를 생성 및 전달한다. 트리거 신호는 제어부(400)에서 생성되는 펄스신호의 펄스폭보다는 짧은 펄스폭을 가지는 것이 바람직하다. 트리거 신호에 의해서 전압계(600)와 전류계(700)는 PTC소자에 인가되는 전압 및 전류를 측정한다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 PTC소자 특성 측정장치의 구성요소에 대해서 살펴보았다. 이하 PTC소자 특성 측정장치의 동작상태를 살펴본다.

PTC소자(110)의 온도에 따른 저항값을 측정하기 위해서 PTC소자 측정부(100)에 PTC소자(110)를 탑재한다. 오븐(800)의 온도를 설정하고, 제어부(400)는 펄스신호를 생성하여 FET소자(300)의 게이트 전극에 인가한다. FET소자(300)의 소스와 드레인 전극은 채널층에 의해서 연결상태가 된다. 본 발명의 실시예에 따른 PTC전원부(200)는 350V의 전압을 PTC소자(110)에 인가하고, 트리거 신호 생성부(500)는 제어부(400)에서 생성되는 펄스신호를 받아 트리거 신호를 생성하고 전압계(600)와 전류계(700)에 전달하면서 PTC소자(110)에 가해지는 전압과 전류를 측정한다. 측정이 완료되면 PTC소자 측정부(100)에 있는 스위치(120)를 열어 전원을 차단한다.

이러한 과정을 통해 측정된 전류와 전압을 이용하여 저항을 계산하고, 다시 오븐의 온도를 재설정하여 PTC소자의 저항을 측정한다.

도 3에 도시된 바와 같이 PTC전원부(200)에서 1V를 PTC소자(110)에 인가한 경우와 350V를 인가한 경우 측정된 저항 그래프의 형태가 서로 상이하다. 도 3의 R-T Curve 그래프는 가로축과 같이 오븐의 온도는 20도에서 240도까지 천천히 상승시키는 상태에서 전류값과 전압값을 계측한 결과이다.

앞서 설명한 바와 같이 1V를 가한 경우와 350V를 가한 경우, 서로 다른 형태의 그래프가 도출되었다. 다시 말해 인가되는 전압이 달라짐으로서, PTC소자(110)의 저항특성이 변하게 되고, 일반적인 전기자동차의 회로특성을 반영한 350V를 가한 PTC소자(110)는 160도 내지 200도 사이에서 큰 폭의 저항증가를 기록하였다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC소자 특성 측정장치는 한번의 측정으로 여러개의 PTC소자의 저항특성을 계측한다.

앞선 실시예와 중복된 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC소자 측정부의 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 PTC소자 측정부(100)는 복수개의 PTC소자(110a, 110b, 110c)를 탑재하는 PTC소자 어레이(150) 및 PTC소자 어레이(150)에 탑재되는 복수개의 PTC소자(110a, 110b, 110c) 각각에 대응되는 복수개의 스위치(120a, 120b, 120c)를 포함한다.

PTC소자 어레이(150)는 PTC소자들(110a, 110b, 110c)이 병렬로 연결될 수 있도록 구성되며, 전압계(600)도 PTC소자들(110a, 110b, 110c)과 마찬가지로 병렬로 연결된다. 또한, 전류계(700)는 PTC소자 어레이(150)에 직렬로 연결된다.

이러한 PTC소자 측정부(100)는 PTC전원부(200)에서 인가되는 전압에 의해서 복수개 PTC소자(110a, 110b, 110c) 각각에 대응되도록 연결되는 복수개의 스위치(120a, 120b, 120c)를 순차적으로 연결하되, 둘 이상의 스위치가 동시에 연결되지 않도록 스위치를 동작시킨다. 또한, 측정을 위한 트리거 신호도 PTC소자와 대응되는 스위치(120a, 120b, 120c)가 개폐동작을 하는 타이밍과 일치하여 전압계(600) 및 전류계(700)에 전송되고, 복수개의 PTC소자(120a, 120b, 120c) 각각의 저항값을 측정한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 양태에 따른 PTC소자 특성측정방법의 순서도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 양태에 따른 PTC소자 특성 측정방법은 1ms 내지 1.5ms 펄스신호를 생성하는 단계(S100), 상기 펄스신호를 FET소자의 게이트 전극에 인가하는 단계(S200), 상기 FET소자의 소스전극에 연결되어 있는 PTC전원이 PTC소자에 인가되는 단계(S300), 상기 펄스신호에 의해서 생성된 트리거 신호를 PTC소자와 연결되어 있는 전압계와 전류계에 인가하는 단계(S400) 및 상기 전압계와 전류계에 측정된 값으로 저항을 연산하는 단계(S500)를 포함한다.

또한, 오븐에 온도를 조절하여 PTC소자의 온도를 조절하면서 앞선 단계를 반복함으로서, 앞서 도시된 도 3과 같은 저항특성 그래프가 도출된다.

이상 PTC소자 특성 측정장치, 측정방법의 여러 실시예에 대해 설명하였으나, 오직 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상술한 실시예를 기초로 수정 및 변형하여 구현 가능한 다양한 장치나 방법 역시 상술한 PTC소자 특성 측정장치, 측정방법의 일례가 될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치 또는 치환되더라도 상술한 PTC소자 특성 측정장치, 측정방법의 일 실시예가 될 수도 있다.

100 PTC소자 측정부 110 PTC소자
120 스위치 200 PTC전원부
300 FET소자 400 제어부
500 트리거 신호 생성부 600 전압계
700 전류계

Claims

PTC소자의 저항을 측정하는 장치로서,
PTC소자를 탑재하는 PTC소자 측정부;
상기 PTC소자 측정부에 전원을 공급하는 PTC전원부;
상기 PTC전원부와 연결되어 PTC소자 측정부에 전원을 연결하는 FET소자;
상기 FET소자와 연결되어 펄스신호를 전달하는 제어부; 및
상기 제어부에서 생성된 펄스신호에 의해서 상기 PTC소자 측정부와 연결되어 있는 전압계와 전류계에 트리거 신호를 전달하는 트리거 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTC소자 특성 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 PTC소자 측정부는
설정된 온도로 PTC소자를 가열하는 오븐; 및
PTC소자에 공급되는 전원을 연결 또는 차단하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTC소자 특성 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부에서 생성된 펄스신호는 1ms 내지 1.5ms 펄스신호인 것을 특징으로 하는 PTC소자 특성 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 펄스신호를 상기 FET소자의 게이트 전극에 공급하고, 상기 FET소자의 드레인 전극은 상기 전류계와 연결되는 것을 특징으로 하는 PTC소자 특성 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 PTC소자 측정부는
복수 개의 PTC소자를 탑재하는 PTC소자 어레이; 및
상기 PTC소자 어레이에 탑재되는 복수 개의 PTC소자 각각에 대응되는 복수 개의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTC소자 특성 측정장치.
PTC소자 특성측정 방법으로서,
(a) 1ms 내지 1.5ms 펄스신호를 생성하는 단계;
(b) 상기 펄스신호를 FET소자의 게이트 전극에 인가하는 단계;
(c) 상기 FET소자의 소스전극에 연결되어 있는 PTC전원이 PTC소자에 인가되는 단계;
(d) 상기 펄스신호에 의해서 생성된 트리거 신호를 PTC소자와 연결되어 있는 전압계와 전류계에 인가하는 단계; 및
(e) 상기 전압계와 전류계에 측정된 값으로 저항을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTC소자 특성측정방법.
제6항에 있어서,
상기 PTC소자의 온도를 변화시켜, 상기 (a)단계 내지 (e)단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 PTC소자 특성측정방법.