KR20200129514A - 매트 상태 감지 기능을 갖는 전기매트 조절기 - Google Patents

매트 상태 감지 기능을 갖는 전기매트 조절기 Download PDF

Info

Publication number
KR20200129514A
KR20200129514A KR1020190054057A KR20190054057A KR20200129514A KR 20200129514 A KR20200129514 A KR 20200129514A KR 1020190054057 A KR1020190054057 A KR 1020190054057A KR 20190054057 A KR20190054057 A KR 20190054057A KR 20200129514 A KR20200129514 A KR 20200129514A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
mat
voltage
controller
heating wire
Prior art date
Application number
KR1020190054057A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102181080B1 (ko
Inventor
안규복
Original Assignee
안규복
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 안규복 filed Critical 안규복
Priority to KR1020190054057A priority Critical patent/KR102181080B1/ko
Publication of KR20200129514A publication Critical patent/KR20200129514A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102181080B1 publication Critical patent/KR102181080B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0202—Switches
    • H05B1/0222—Switches actuated by changing weight, level or centre of gravity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/144—Measuring arrangements for voltage not covered by other subgroups of G01R15/14
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0252—Domestic applications
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0288—Applications for non specified applications
    • H05B1/0294—Planar elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

본 발명은 열선에 전류를 흘려 발열하는 전기매트의 조절기에 관한 것이다. 본 조절기는 전기 매트의 열선에 전류를 흘려 온열기능을 함에서 별도의 온도 감지 센서를 사용하지 않고 열선의 저항을 직접 계측하여 온도를 정확히 제어하는 특징을 가지고 있다. 또한, 본 발명은 열선의 정전용량 변화를 전원 주파수와 동일한 횟수로 감지하여 인체의 유무 및 동작 그리고 매트의 상태를 실시간으로 감지한다. 실시간으로 감지된 매트의 상태를 기초로 하여 전력제어를 행함으로써 매트에서 발생할 수 있는 화재를 방지하고 불필요 시는 전력사용을 최소화함으로써 에너지를 절감할 수 있는 특징을 갖는다. 제어기(100)는 입력라인의 전압의 1/2 전압에 기준 전위(GND)를 갖는 대칭 입력 전원(120)을 가지고, 대칭 임피던스 입력 전압검출회로(118)를 가지며, 열선에 교류 전원의 양의 반주기 동안 전류를 흘리는 2개의 전력 스위치(103, 107)를 갖고, 교류 전원의 음의 반주기 동안 전력 스위치를 동시에 OFF 함으로써 열선(11)을 전원회로와 분리시켜 유기전압에서 정전용량 및 정전용량 변화율을 측정하여 인체 유무 및 동작을 감지하여 전력 스위치 출력을 제어하는 특징을 가진다. 또한, 측정된 정전용량의 값을 기준으로 매트의 접힘 상태를 판단하여 출력을 차단하는 보호기능을 갖는 특징의 전기매트 조절기이다.

Description

매트 상태 감지 기능을 갖는 전기매트 조절기 {The electric mat controller with mat condition detection}
본 발명은 전기매트의 열선을 이용하여 온열기능을 하는 열선 외 별도의 하드웨어를 설치하지 않고 온도의 검출기능을 갖고, 열선의 정전용량 변화를 감지하여 실시간으로 인체의 유무를 판단하여 전력을 제어 함으로써 화재로 부터의 위험을 예방할 수 있고, 사람이 없을 때 자동으로 전력을 최소화 함으로써 에너지를 절감하는 기능을 갖고 있는 전기매트 조절기에 관한 것이다.
전기 매트는 기본 구조가 항상 화재의 위험성에 노출되어 왔고 실제 많은 화재 사고가 있어 왔다. 그러한 화재를 예방할 수 있는 기술은 여러가지 방법이 제안되었고 구현 되었으나 실제 판매되고 있는 제품은 그러한 요구를 충족하지 못하였다.
화재 예방을 위해 여러가지 방법이 고안 되어져 왔다. 매트 위에 기계적인 센서를 부착하여 사람의 움직임을 감지하려는 기술이 있으나 시간이 경과함에 따라 기계적 접점의 부식으로 인해 동작 성능이 떨어지는 단점이 있고, 정전용량 센서선이나 센서판을 추가로 설치하는 경우는 높은 제조비용 때문에 소비자의 외면을 받고 있다. 또한 추가 설치한 센서선 및 센서등이 필요한 조절기는 기존의 전기매트와 호환이 안되어 사용할 수 없는 단점이 있다.
다른 종래의 기술로 센서선을 사용하지 않고 열선의 유도 전압의 크기를 검출하여 인체를 감지 하는 기술이 있으나 이 또한 특정 조건에서만 한정되어 동작하고 입력전원의 극성 및 매트의 설치 위치에 따라 동작이 불가능한 경우가 있다. 따라서 이러한 제품은 양산품으로 판매하기에는 불가능하다.
1. KR 10-1040711 B1 2011.06.03 2. KR 10-1492374 B1 2015.02.04 3. KR 10-1526178 B1 2015.06.01 4. KR 10-1564441 B1 2015.10.23 5. KR 10-1706932 B1 2017.02.09 6. KR 10-1730999 B1 2017.04.21 7. KR 10-1894474 B1 2018.08.28 8. KR 10-20170126675
본 발명은 전기매트에 별도의 추가장치를 추가하지 않고 오직 열선 만으로 온도 제어를 구현하고, 현재 판매되고 있는 전기매트의 매트부분을 변경하지 않고 사용이 가능하며, 매트의 설치장소 및 전원 전압의 극성에 관계없이 인체의 유무 및 동작을 감지하여 매트의 온도제어 및 출력제어를 함으로써 화재를 원천적으로 막고, 사용하지 않을 때는 출력을 최소화 함으로써 에너지를 절약할 수 있는 전기매트 조절기를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 전기매트 조절기는 다음과 같은 구성을 갖는다.
전기매트 온열 동작 구현 및 매트 상태 변화를 측정하기 위해 오직 열선(11)을 통해 열선온도 및 열선의 정전용량 변화를 측정한다. 그 동작은 크게 두가지 구간이 존재하게 되는데 교류전원의 양의 반주기 동안 열선에 전압이 인가되고 이때 전압과 전류를 측정하여 열선저항을 구한다. 그리고 교류전원의 음의 반주기 동안 열선의 유기전압의 변화율을 통해 정전용량의 변화값을 구한다.
도1에서 AC 교류전원의 양의 반주기 동안 AC입력 LINE1(130)으로 전력이 공급되고 전원 차단 기능을 갖는 릴레이(101)을 거쳐 전력스위치(103)거치고, 전기매트(10)의 열선 단자대(14)를 통해 열선(11)에 인가 된다. 열선(11)은 무자계 열선 구조로 전기매트 단자대(12, 13)에서 단락되어 구성되어 있다. 전기매트 단자대(14)로 유입된 전류는 전기매트 단자대(15)를 통해 전력스위치(107)을 통해 과 LINE2(130)으로 흐른다.
도1에서 조절기의 제어회로(100)부분 및 릴레이(101)의 전원은 비절연 캐패시티브 전원으로 구성되어 있다. 본 발명의 중요한 해결과제인 AC LINE 극성에 따른 계측 특성을 일반화 하기위해 제어 전원의 기준인 GND(125)를 LINE1(130)과 LINE2(131)의 1/2 전위로 만들어야 한다. 이러한 과제 해결을 위해 전원 입력 캐패시터(122)를 AC 입력라인에 각각 동일한 임피던스의 캐패시터를 설치한다. 캐패시터로 유입되는 전류 제한을 위해 전류제한저항(123)을 통해 전압 정류 및 평활 기능을 갖는 정류회로(121)에 인가 되면 입력 AC라인에서 1/2이 되는 기준 전위을 갖는 전원이 만들어 지고 이는 제어회로(100)의 제어전원(115)으로 공급되어 사용자가 전기매트 전원 플러그를 콘센트를 어느 방향으로 꼽아도 동일한 계측 성능을 갖는 제어기(100)를 완성할 수 있다.
온도제어를 하기 위해서는 열선(11)의 저항값을 알아야 하고 저항값을 구하기위해 열선에 인가되는 전압과 전류를 계측해야 한다. AC라인 입력 LINE1(130), LINE2(131) 사이에 입력전압 검출회로(118)를 설치하여 전압을 센싱한다. 저항 분압회로(118)는 제어 전원이 입력 라인의 1/2되는 가상접지의 제어기에서 검출을 해야 하기 때문에 LINE1(130)과 LINEW(131)에 각각 동일한 고임피던스의 저항을 연결하고 고임피던스 저항 중앙에 센싱 저항이 연결되어 제어기에 전압검출부(115)로 입력 된다. 전력스위치(103, 107)을 통해 교류 양의 반주기동안 열선(11)에 흐르는 전류는 CT(109)를 통해 검출되어 제어기의 전류검출부(110)로 입력된다. 계측된 전압 및 전류로 열선(11)의 저항 값을 계산한다. 계산된 저항 값과 온도의 상관 계산식을 통하여 온도계산(111)을 수행하고 온도제어부(112)로 입력된다. 사용자가 입력하는 온도 조절 볼륨(119)에서 입력 받아 온도지령(117)에서 온도지령을 생성한다. 생성된 온도 지령과 계산된 온도를 통해 온도 제어 출력을 생성한다.
AC 입력의 음의 반주기 동안은 전력스위치(103,107)이 오프하여 열선의 상태가 전기적으로 오픈 상태가 되도록 만든다. 이때 열선(11)과 지면과의 정전용량에 따라 다른 크기 및 기울기의 전압(이 전압은 AC입력 전압과는 90도의 위상차를 갖는다)이 계측된다. 이 전압은 AC입력 라인에서 조절기 전력스위치 및 회로의 기생 캐패시턴스에 의해 누설전류로 유기되는 전압이다. 비록 전력 스위치가 오프되어 회로적으로 끊어져 있는 것으로 보이지만 전력스위치 및 회로 PCB의 기생 캐패시턴스 그리고 센싱 회로의 고임피던스 저항을 통해 유기된다. 이 신호는 열선(11) 유기전압 검출부(105)를 통해 인체감지부(106)에 입력된다. 인체감지부(106)에서 입력된 값을 기준으로 인체 감지 분석부(113)에서 정전용량의 변화에 의한 유기기전압의 기울기의 변화량에 따라 인체감지를 판단한다.
온도제어부(112)에서 입력된 값과 인체감지 값을 참조로 출력 여부를 출력 제어부(114)로 입력한다. 출력제어부(114)에서는 보호동작 여부에 따라 출력을 전력스위치 구동부(104,108)로 전달한다. 전력 스위치 구동부(104,108)에서는 전력 스위치(103, 107)을 구동하여 열선(11)에 전력을 공급한다. 만약 전력스위치가 고장이 발생하여 전력 스위치 구동부(104,108)가 OFF 상태일 때도 전류가 흐르면 출력제어/보호동작부(114)에서 릴레이구동부(102)에 OFF신호를 전달하고 릴레이(101)를 OFF시켜 전기매트(10)가 화재에 안전하도록 동작한다.
본 발명은 기존의 전기매트에 부가적인 회로의 추가 없이 전기매트 상태를 감지할 수 있어, 인체의 유무 감지, 매트의 접힘 상태 감지, 온도 제어 및 보호가 가능하다. 또한 기존 발명들의 문제점인 시간의 경과에 따른 매트 상태 감지의 변화가 없으며, 매트의 설치 위치를 방바닥, 침대 매트리스, 테이블등 여러가지 장소에 설치를 하더라도 인체 유무 및 동장감지를 정확히 할 수 있다 . 플러그 삽입 방향에 따라 변하는 전원의 두가지 극성의 변화에도 상관없이 매트 상태 감지가 가능한전기매트 조절기를 구현하였다.
도1 : 전기매트에 전력을 공급하고 제어하는 조절기 구조 도면
도2 : 동작 시퀀스 도면 ( LINE1(130)이 HOT LINE이인 경우)
도3 : 동작 시퀀스 도면 ( LINE2(131)가 HOT LINE이인 경우)
도4 : 정전용량이 적은 설치장소 인체감지 동작파형
도5 : 정전용량이 큰 설치장소 인체감지 동작파형
전기매트 온열 동작 구현 및 매트 상태 변화를 측정하기 위해 열선(11)을 통해 열선온도 및 열선의 정전용량 변화를 측정한다. 그 동작은 크게 두가지 구간이 존재하게 되는데 양의 반주기 동안 온열동작(전력스위치 103, 107동작) 및 온도계산이 이루어진다. 그리고 음의 반주기 동안은 열선을 AC전원으로 부터 단절(전력스위치 103,107 오프)시켜 대지(접지) 및 제어회로(100)에서 고임피던스 상태를 만든다. 고임피던스 상태에서 주변의 상황에 따라 변화하는 유기전압에서 열선의 정전용량 크기 및 변화율을 구하여 매트상태, 인체유무 및 동작을 감지한다.
먼저 전기매트의 온열동작 및 온도제어 실시에 대한 기술.
도1에서 AC 교류전원의 양의 반주기 동안 AC입력 LINE1(130)으로 전력이 공급되고 전원 차단 기능을 갖는 릴레이(101)을 거쳐 전력스위치(103)거치고, 전기매트(10)의 열선 단자대(14)를 통해 열선(11)에 인가 된다. 전기매트 단자대(14)로 유입된 전류는 전기매트 단자대(15)를 통해 전력스위치(107)을 통해 과 LINE2(130)으로 흐르게 된다.
여기서 전력 스위치는 사이리스터 혹은 트라이악등 빠른 스위칭 전력용 반도체를 사용하여 AC 교류전원의 제로 크로싱 부분에서 전원 주파수의 반주기 마다 빠르게 전력을 온/오프 할 수 있는 회로를 구성한다.
본 발명에서 온도제어를 하기위해서는 전압과 전류를 계측해 열선(11)의 저항값을 구하고 저항값을 구하기위해 열선에 인가되는 AC라인 입력 LINE1(130), LINE2(131) 사이에 입력전압 검출회로(118)를 설치하여 전압을 검출한다. 저항 검출회로(118)는 제어 전원이 입력 라인의 1/2되는 가상접지의 제어기에서 검출을 해야 하기 때문에 LINE1(130)과 LINEW(131)에 각각 동일한 고임피던스의 저항을 연결하고 고임피던스 저항 중앙에 센싱 저항이 연결되어 제어기에 전압검출부(115)로 입력 된다.
전력스위치(103, 107)을 통해 교류 양의 반주기동안 열선(11)에 흐르는 전류는 CT(109)를 통해 검출되어 제어기의 전류검출부(110)로 입력된다. 여기에서 사용된 CT는 AC LINE1(130), LINE2(131)와는 절연이 되어 있어야 한다. 이는 제어회로의 기준 전압이 AC 교류 입력라인의 1/2이 유지되어야 교류 입력 극성에 관계없이 열선의 유기 전압을 측정할 수 있기 때문이다.
계측된 전압 및 전류로 열선(11)의 저항 값을 계산한다. 계산된 저항 값과 온도의 상관 계산식을 통하여 온도계산(111)을 수행하고 온도제어부(112)로 입력된다. 사용자가 입력하는 온도 조절 볼륨(119)에서 입력 받아 온도지령(117)에서 온도지령을 생성한다. 생성된 온도 지령과 계산된 온도를 통해 온도 제어 출력을 생성한다.온도제어부(112)에서 입력된 값과 인체감지 값을 참조로 출력 여부를 출력 제어부(114)로 입력한다. 출력제어부(114)에서는 보호동작 여부에 따라 출력을 전력스위치 구동부(104,108)로 전달한다. 전력 스위치 구동부(104,108)에서는 전력 스위치(103, 107)을 구동하여 열선(11)에 전력을 공급한다. 만약 전력스위치가 고장이 발생하여 전력 스위치 구동부(104,108)가 오프 상태일 때도 전류가 흐르면 출력제어/보호동작부(114)에서 릴레이구동부(102)에 오프신호를 전달하고 릴레이(101)를 오프시켜 전기매트(10)가 화재에 안전하도록 동작한다.
전기매트 조절기의 제어회로(100)부분 및 릴레이(101)의 전원은 비절연 캐패시티브 전원으로 구성되어 있다. 본 발명의 중요한 해결과제인 AC 극성에 따른 계측 특성을 일반화 하기위해 제어회로 전원의 GND(125)를 LINE1(130)과 LINE2(131)의 1/2 전위로 만들어야 한다. 이러한 과제 해결을 위해 전원 입력 캐패시터(122)를 AC라인에 각각 동일한 임피던스의 캐패시터를 설치한다. 캐패시터로 유입되는 전류 제한을 위해 전류제한저항(123)을 통해 전압 평활 기능을 갖는 정류회로(121)에 인가 되면 입력 AC라인에서 1/2이 되는 가상 접지 라인을 갖는 전원이 만들어 지고 이는 제어회로(100)의 제어전원(115)으로 공급되어 사용자가 전기매트 전원 플러그를 콘센트를 어느 방향으로 꼽아도 동일한 계측 성능을 갖는 제어기(100)를 완성할 수 있다. 여기서 평활및 정류회로는 정류다이오드와 제너다이오드를 사용하여 릴레이 구동 전압을 만들고, 그 릴레이 구동전압에서 제어회로의 정밀한 정전압원을 만들기 위해 LDO를 사용하여 제어기 전압을 만든다. 이는 신뢰성있는 값을 얻기위함이고 정확한 온도계산 및 매트 상태감지를 위해 반드시 필요한 사항이다.
AC 입력의 음의 반주기 동안은 전력스위치(103,107)이 오프하여 열선의 상태가 오픈 상태가 되도록 만든다. 이때 열선(11)과 지면과의 정전용량에 따라 다른 크기 및 기울기의 전압(이 전압은 AC입력 전압과는 90도의 위상차를 갖는다)이 계측된다. 이 전압은 AC입력 라인에서 조절기 전력스위치 및 회로의 기생 캐패시턴스에 의해 누설전류로 유기되는 전압이다. 비록 전력 스위치가 오프되어 회로적으로 끊어져 있는 것으로 보이지만 전력스위치 및 회로 PCB의 기생 캐패시턴스 그리고 센싱 회로의 고임피던스 저항을 통해 유기된다. 이 신호는 열선(11) 유기전압 검출부(105)를 통해 인체감지부(106)에 입력된다. 인체감지부(106)에서 입력된 값을 기준으로 인체 감지 분석부(113)에서 정전용량의 변화에 의한 유기기전압의 기울기의 변화량에 따라 인체감지를 판단한다.
사용자가 전기매트를 오사용이나 부주의로 여러겹으로 접어 놓고 동작을 시킬경우 매트에 온도가 빨리 올라가고 열이 방출되지 않는다. 이런경우 온도가 높게 올라가 화재가 발생할 수 있다. 매트를 접을 때마다 대지와의 정전용량은 줄어들게 된다. 그러므로 본 발명에서 측정된 정전용량이 일정값 이하일때에는 조절기의 출력을 끊음으로써 화재를 예방할 수 있다.
비절연 회로의 전기매트 조절기에서는 두개의 AC 교류입력 라인이 있다. 일반적으로 두라인은 한개는 대지전위(뉴트럴 라인)를 갖고 다른 한라인은 정격 전압 220V(핫라인)를 갖는다. 110V 공급 지역은 핫라인이 110V, 뉴트럴 라인이 0V 이다.
만약 전기매트 조절기의 제어전원이 AC 라인의 어느 한선에 기준점을 둔다면 전력스위치(103,107)로 단절을 시키고 열선(11)에 유기되는 전압을 측정하면 측정된 유기전압이 크게 다르게 된다. 열선에 유기되는 전압은 제어회로와 연결된 기생캐패시턴스 그리고 열선과 대지의 기생캐패시턴스에 의해 결정된다. 제어회로의 기준 전위가 AC의 뉴트럴 라인에 있을 때와 핫 라인에 있을 때의 유기 전압은 수십배의 차이가 난다. 이렇게 설계된 회로에서는 입력라인의 극성과 상관없이 열선의 유기전압을 측정하여 정전용량의 변화를 계산하는 것은 불가능하다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 제어전원의 전위를 입력 교류라인 핫라인과 뉴트럴 라인의 1/2이 되는 점이되도록 설계한다. 그렇게 하면 입력 전원 의 핫라인과 뉴트럴 라인이 바뀌어도 제어전원의 기준전위 GND(125)에서 열선으로 유기되는 전위는 일정하게 되고 항상 일정한 열선의 유기전압을 계측 가능하다.
도2와 도3은 본 발명의 전기매트 조절기가 동작함에 있어서 입력라인이 반대인 두가지의 경우를 나타낸 도면이다. 교류입력 전압(20,30)의 양의 반주기(TA, 21, 31) 동안 전력스위치(103, 107)이 통전하게 되고 CT(109)에 전류(23, 33)이 계측된다. 교류입력전압(20,30)의 음의 반주기 동안 전력스위치(103,107)를 오프하게 되면 열선(11)에 유기전압이 생성된다. 이 유기전압은 전력스위치 및 제어회로에 기생 캐패시턴스에 의해 전원라인으로 부터 열선(11)에 유기되고 유기 전압은 다시 전기매트(10)와 대지간의 기생캐패시턴스를 통해 누설전류를 발생시킨다. 여기서 24, 34는 교류 입력전압의 음의 반주기 동안 발생하는 유기 전압을 나타낸다. TA(21,31)구간에서 열선(11)의 전위는 교류전압을 그대로 나타낸다. 하지만 음의 반주기동안 유기전압의 값이 본 발명을 구현하는데 유효하기 때문에 도면에는 표시하지 않았다.
도2, 3에서 파형 24, 34는 열선의 유기전압 파형으로 입력 라인의 극성에 따라 입력전압 파형에 대해 90도 위상이 빠르거나 뒤처지게 된다. 여기서 만약 인체의 동작이 발생하면 전기매트와 접지와의 사이의 정전용량이 변화하게 되고 정전용량의 변화는 파형 24, 34의 기울기 변화를 가져오게 된다. 파형의 기울기는 감지신호의 진폭 Sa(25, 35)을 음의 반주기 구간 TB(22)으로 나누면 구할 수 있다. 여기서 입력 라인의 극성에 따라 부호가 (+)혹은 (-)로 나올수 있다. 인체의 동작여부를 감지할 때에는 기울기의 부호와는 상관없이 변화량의 절대값을 취하여 판단하면 된다.
도4,5는 본 발명을 실제 구현한 제어회로의 실측 파형이다. 파형의 각 신호는 전원전압(202,302), 통전전류(203,303), 유기전압 감지신호(204, 304)를 나타내고 전력스위치(103,107)가 온되는 전류 통전구간 TA(200, 300), 전력스위치가 오프되어 열선(11)에 유기전압이 발생하는 구간 TB(201, 301)을 나타 낸다. 여기서 전력스위치가 오프되어 보이는 구간의 파형이 206, 306이다. 그리고 206, 306의 진폭 Sa(207, 307)을 나타낸다. 열선의 유기전압은 TA구간은 전력스위치(103, 107)이 온되기 때문에 입력 전압과 동일하게 보인다. TB구간은 전력스위치가 오프되어 순수하게 열선이 입력 전원으로 부터 대지로 누설 전류가 흘러 자체 기생캐패시터로 부터 유기된 유기전압이 보이는 구간이다. 도3의 경우 바닥으로 부터 많이 떨어져 있는 테이블등에 설치된 전기매트의 경우로 기생캐패시터가 작은 위치의 파형이다. 도4의 경우 방바닥에 전기매트가 설치되어 접지에 가까워 기생캐패시터가 커서 유기 전압도 큰 경우이다. 도3의 경우 유기전압의 기울기가 작은 경우 곧 기생 캐패시터(정전용량)가 작음을 뜻한다. 도4의 경우 유기전압의 기울기가 큰 경우 곧 기생캐패시터(정전용량)가 큰것을 뜻한다. 따라서 인체의 유무를 판단할 때 유기전압의 크기를 가지고 판단하면 설치 장소에 따라 몇배 이상의 차이가 나기 때문에 오류가 발생한다. 이 모든 경우에서 일반화하여 만족할 수 있기 위해서는, 각 상황에서 유기전압 기울기(Sa/TB)의 변화율의 절대치를 측정하여 일정 변화율 이상의 상황을 인체 동작 유무를 판단해야 정확한 인체의 유무를 판단할 수 있다.
10: 전기매트 11:열선 12:열선단자1 13:열선단자2
14:열선단자 3 15:열선단자4
100: 제어회로 101:릴레이 102:릴레이구동부 103:전력스위치1
104:전력스위치1 구동부 105:유기전압 검출부 106:인체감지부
107:전력스위치2 108:전력스위치2 구동부 109:CT
110:전류검출부 111:온도계산부 112:온도제어부
113:인체감지분석부 114:출력제어부/보호동작부
115:전압검출부 116:제어전원 117:온도지령게산부
118:입력전압검출회로 119:온도지령볼륨
120:제어전원부 121:정류부 122:전원입력캐패시터
123:전류제한저항 125: 전어전원GND
130: AC LINE1 131: AC LINE2
20: 입력전압 23: 통전전류
21: TA(전력스위치 통전구간) 22: TB(유기전압 검출구간)
24: 열선 유기전압(LINE1이 HOT일때)
25: 유기전압 진폭
30: 입력전압 33: 통전전류
31: TA(전력스위치 통전구간) 32: TB(유기전압 검출구간)
34: 열선 유기전압(LINE2가 HOT일때)
35:유기전압 진폭
200: TA(전류 통전 구간) 201: TB(유기전압 검출구간)
202: 입력전압 203:통전전류
204: 통전구간 열선 전압 205:열선 유기 전압
207: Sa(열선 유기전압 진폭)
300: TA(전류 통전 구간) 301: TB(유기전압 검출구간)
302: 입력전압 203:통전전류
304: 통전구간 열선 전압 305:열선 유기 전압
307: Sa(열선 유기전압 진폭)

Claims (3)

  1. 전기매트 조절기에서 비절연 제어기의 기준전위 GND(125)가 교류 입력 LINE1(130), LINE2(131)의 전위의 1/2이 되로록 제어전원 정류부(121) 입력에 각각 동일한 캐패시터(122)를 갖는 특징의 제어전원(120);
    전기매트(10)에 전력을 공급하고 끊을 수 있는 기계적인 릴레이(101)를 구비하고, 릴레이를 통해 공급된 전력을 동시에 ON/OFF하여 열선(11) 양단 각각에 전력을 공급하게나 끊을 수 있는 전력스위치(103)과 전력스위치(107)를 갖는 전력공급 회로;
    교류입력 LINE1(130)과 LINE2(131)사이에 동일한 저항이 연결되고 그 각각의 저항 중간에 검출저항이 설치되어 교류 입력 전압을 센싱하는 전압 검출 회로(118);
    교류 입력라인과 제어회로(100) 사이에 절연되어 전류를 검출할 수 있는 CT(109); 전압검출(115), 전류검출(110)값을 이용하여 열선의 저항을 계산하여 온도를 환산하고 제어하는 온도제어기(112);
    교류전원의 음의 반주기동안 전력용 스위치(103,107)가 오프하고 열선의 네개의 단자중 한 단자에서 유기전압을 검출하는 회로(105)에서 인체감지(106) 신호를 입력받아 유기전압의 기울기를 구하고 기울기의 변화율로 인체 동작 유무를 판단하는 인체감지 분석부(113);
    온도제어(112) 출력과 인체감지분석(113)의 출력을 받아 온도를 제어 지령을 만들고 보호동작 여부에 따라 전력스위치(103,107)를 제어하는 특징을 가진 전기매트 조절기.
  2. 1항에 있어서 교류 전원 전압의 양의 반주기 동안 전력스위치(103,107)을 ON하여 전류를 통전시켜 전기매트를 구동하고, 입력전압, 전류를 측정하여 저항을 계산하여 온도를 제어하고, 교류 전원 전압의 음의 반주기 동안 전력 스위치(103,107)을 OFF하여 열선(11)의 유기전압의 기울기를 검출하고 기울기의 변화량을 판단하여 인체의 동작 유무 판단하는 전기매트.
  3. 1항에 있어서 측정된 정전용량의 값으로 매트의 접힘 상태를 판단하여 출력을 제한하는 특징을 갖는 전기매트 조절기.
KR1020190054057A 2019-05-09 2019-05-09 매트 상태 감지 기능을 갖는 전기매트 조절기 KR102181080B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190054057A KR102181080B1 (ko) 2019-05-09 2019-05-09 매트 상태 감지 기능을 갖는 전기매트 조절기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190054057A KR102181080B1 (ko) 2019-05-09 2019-05-09 매트 상태 감지 기능을 갖는 전기매트 조절기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200129514A true KR20200129514A (ko) 2020-11-18
KR102181080B1 KR102181080B1 (ko) 2020-11-19

Family

ID=73679030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190054057A KR102181080B1 (ko) 2019-05-09 2019-05-09 매트 상태 감지 기능을 갖는 전기매트 조절기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102181080B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102422872B1 (ko) * 2021-11-29 2022-07-20 주식회사한일의료기 탄소섬유 발열매트의 ai 온도조절 시스템

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101040711B1 (ko) 2011-03-17 2011-06-10 오경택 전기 온열매트의 제어장치
KR101441885B1 (ko) * 2014-03-24 2014-09-22 ㈜엠지에이치코리아 전열매트나 전열침구용 온도조절기
KR101492374B1 (ko) 2014-04-29 2015-02-12 윤삼중 전기매트의 전원 자동 차단장치
KR101526178B1 (ko) 2015-02-11 2015-06-11 김화자 전기매트의 전원 자동 차단장치
KR101564441B1 (ko) 2013-04-01 2015-10-29 김민자 인체의 움직임 감지 장치 및 이를 이용한 전기 온열 매트 제어 장치
KR101706932B1 (ko) 2016-09-12 2017-02-15 송찬 전기매트의 전류흐름부 성형방법
KR101730999B1 (ko) 2013-11-18 2017-04-27 김민자 인체의 움직임 감지 기능이 부가된 온열 매트 및 그 제조방법
KR20170126675A (ko) 2016-05-10 2017-11-20 (주) 파루 인쇄압력센서를 구비한 온열매트와 그 제어방법
KR101894474B1 (ko) 2018-02-13 2018-09-04 주식회사 사랑방 전기매트에서의 인체 움직임에 따라 전원 공급을 제어하여 화재를 방지할 수 있는 전기매트용 온도조절기

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101040711B1 (ko) 2011-03-17 2011-06-10 오경택 전기 온열매트의 제어장치
KR101564441B1 (ko) 2013-04-01 2015-10-29 김민자 인체의 움직임 감지 장치 및 이를 이용한 전기 온열 매트 제어 장치
KR101730999B1 (ko) 2013-11-18 2017-04-27 김민자 인체의 움직임 감지 기능이 부가된 온열 매트 및 그 제조방법
KR101441885B1 (ko) * 2014-03-24 2014-09-22 ㈜엠지에이치코리아 전열매트나 전열침구용 온도조절기
KR101492374B1 (ko) 2014-04-29 2015-02-12 윤삼중 전기매트의 전원 자동 차단장치
KR101526178B1 (ko) 2015-02-11 2015-06-11 김화자 전기매트의 전원 자동 차단장치
KR20170126675A (ko) 2016-05-10 2017-11-20 (주) 파루 인쇄압력센서를 구비한 온열매트와 그 제어방법
KR101706932B1 (ko) 2016-09-12 2017-02-15 송찬 전기매트의 전류흐름부 성형방법
KR101894474B1 (ko) 2018-02-13 2018-09-04 주식회사 사랑방 전기매트에서의 인체 움직임에 따라 전원 공급을 제어하여 화재를 방지할 수 있는 전기매트용 온도조절기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102422872B1 (ko) * 2021-11-29 2022-07-20 주식회사한일의료기 탄소섬유 발열매트의 ai 온도조절 시스템
KR102493693B1 (ko) * 2021-11-29 2023-01-31 주식회사한일의료기 계정별 사용자 적합 온도를 제공하는 ai 온도 조절 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102181080B1 (ko) 2020-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105191487B (zh) 双极三端双向交流开关短路检测和安全电路及方法
US9658256B2 (en) Portable spa monitoring and control circuitry
US9689925B2 (en) Reliable arc fault circuit interrupter tester utilizing a dynamic fault voltage
KR101894474B1 (ko) 전기매트에서의 인체 움직임에 따라 전원 공급을 제어하여 화재를 방지할 수 있는 전기매트용 온도조절기
US6459269B1 (en) Capacitance rejecting ground fault protecting apparatus and method
CN115176324A (zh) 固态接地故障断路器
JPS59157983A (ja) 電気的監視システム
KR102181080B1 (ko) 매트 상태 감지 기능을 갖는 전기매트 조절기
US8253079B2 (en) Temperature-control circuit of a heating line and a temperature-control method thereof
US8618811B2 (en) ARC fault circuit interrupter tester with current responsive pulse timing
US10903833B2 (en) Continuously correcting capacitor switch controller system and method
US8440942B2 (en) Circuit arrangement for protection of a heating element from overheating heating device and method for fused protection of the heating device
CN109002003B (zh) 一种电热水器控制电路及控制方法
US20080036467A1 (en) Appliance Fault Monitor
KR20090009591A (ko) 저항성 누전전류 경보장치
CN112203368B (zh) 温度控制方法、电路及发热装置
WO2010071457A1 (en) Islanding detection system
RU2242829C2 (ru) Устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электрических машин и аппаратов (варианты)
KR100793018B1 (ko) 침구류용 전자기파 차단 발열선의 구동 장치
KR101776784B1 (ko) 온열침대용 컨트롤러의 자동접지장치
CN215575587U (zh) 漏电测试工装
US20230100378A1 (en) Switching control circuits and method of actuating a switch having reduced conducted emi
KR100552150B1 (ko) 전자파 및 유도전압 차단장치
EP3806260A1 (en) Phase line and neutral detection circuit
KR101673840B1 (ko) 마이컴 고장에 의한 화재 방지 기능을 가지는 교류 동기 제어형 전열침구류 온도조절 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant