KR880002858Y1 - 전열기의 온도 제어회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전열기의 온도 제어회로

본 고안의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 온도감지부 OP₁: 오피앰프

TH : 더어미스터 A/D : 아날로그/디지탈콘버터

T₁, T₂: 디지탈비교기 CO₁, CO₂: 디지탈 계수기

40 : 구형파 발생부 50 : 드라이버 회로

Q₁, Q₂, Q₃: 트랜지스터 H : 히터

OP : 옵토 카플러

본 고안은 마이크로 콤퓨터를 사용하지 않고도 정밀하게 온도를 제어할 수 있는 전열기의 온도 제어회로에 관한 것이다.

일반적인 온도제어회로는 온도센서(더어미스터)에 의한 저항값의 변화를 전압 변화로 바꾸어 오피 앰프로 증폭한 후 비교기로 기준전압과 비교하여 그에 따른 출력으로 히터에 흐르는 전류를 제어하도록 구성하였기 때문에 정상 상태에서 온도 편차가 많은 단점이 있었다.

따라서 종래에는 주위온도를 검출하여 온도에 대응한 전압을 출력시키는 온도 검출회로의 출력을 디지탈로 변환시킨 출력과 히터에 인가되는 교류 전원 파형의 제로 크로스 점을 검출하는 제로 크로스 검출회로의 출력을 각각 마이크로 콤퓨터에 인가시켜 마이크로 콤퓨터에서 온도 검출회로의 출력레벨에 대응한 교류전원 파형의 제로 크로스점에 동기하여 히터의 발열량을 제어해 주도록 하였으나 이와 같은 방법은 고가의 마이크로 콤퓨터를 사용하기 때문에 원가 상승의 문제점이 발생되는 것이다.

본 고안은 이와 같은 점을 감안하여 고가의 마이크로 콤퓨터등을 사용하지 않는 간단한 회로를 구성시켜 정밀한(256레벨)온도 조절을 할 수 있도록 한 것으로써 온도감지부의 출력을 디지탈로 신호처리하여 디지탈 비교기에 인가시키고 구형파 발생부의 구형파를 256레벨로 카운트하는 디지탈 계수기의 카운트 출력을 디지탈 비교기에 인가시켜 디지탈 비교기에서 온도감지부의 출력을 디지탈 변환시킨 디지탈 값에 해당하는 디지탈 계수기의 카운트 시간동안 히터를 구동시킬 수 있게 구성한 것이다.

이를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제너다이오드(ZD₁), 저항(R₁)(R₂), 더어미스터(TH), 가변저항(VR₁), 트랜지스터(Q₁)로 온도 감지부(10)을 구성시켜 온도에 따라 감지된 신호를 오피앰프(OP₁)로 증폭시키고 저항(R₅)(R₆)으로 분배시켜 아날로그/디지탈콘버터(A/D)에서 256레벨의 디지탈 신호로 변환시킨 후 디지탈 비교기(T₁)(T₂)로 구성된 비교기(20)에 인가되게 구성한다.

이때 온도감지부(10)의 더어미스터(TH)는 히터(H)의 가열에 의한 온도를 감지하여 저항값이 변화하게 되고 가변저항(VR₁)은 사용자가 임의로 가변시켜 원하는 온도를 설정시켜 주는 것이다.

그리고 공지의 구형파 발생부(10)는 입력단자(1)(2)에 교류전원(AC)이 인가되면 교류전원파형의 주기에 의해 60HZ의 구형파가 발생되는 것으로 이러한 구형파는 다지탈 계수기(CO₁)(CO₂)로 구성된 카운터부(30)에 인가되어 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)에서 펄스를 256개 카운트한 후 다시 처음부터 256개를 카운트하는 동작을 반복하게 구성한다.

이때 디지탈 비교기(T₁)(T₂)에서는 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 온도감지부(10)의 출력전압레벨에 따라 2⁸(=256) 레벨중 하나로 디지탈 변환된 값과 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)에서 카운트된 카운트 출력을 비교하게 구성한다.

즉 디지탈 비교기(T₁)(T₂)에서는 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에 인가되는 디지탈 값에 해당하는 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)의 카운트 값동안 출력단자(P)로 하이레벨을 출력시켜 공지의 드라이버회로(50)를 구동시키게 구성한 것이다. 이때 드라이버 회로(50)는 비교부(20)의 출력에 의해 옵토 커플러(OP)구동용 트랜지스터(Q₃)의 구동이 제어되어 히터(H)구동용 트라이악(TD₁)의 구동을 제어해 주도록 구성한 것이다.

결국 본 고안은 온도감지부(10)의 출력전압을 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 2⁸레벨로 디지탈 변환시킨 후 비교부(20)에 인가시켜 주고 구형파 발생부(40)의 구형파를 2⁸주기로 카운트하는 카운터부(30)의 카운트 출력을 비교부(20)에 인가시켜 주어 비교부(20)에서는 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 인가된 디지탈 값에 해당하는 카운터부(30)의 카운트 출력이 인가될 때까지 펄스폭 변조시킨 출력으로 드라이버 회로(50)를 구동시키도록 구성한 것이다.

이와 같이 구성된 본 고안에서 온도감지부(10)의 더어미스터(TH)는 히터(H)의 온도에 따라 저항치가 변하게 되고 가변저항(VR₁)은 사용자가 원하는 적정온도 레벨로 가변시켜 주게 되므로 트랜지스터(Q₁)의 콜렉터 출력 전압은 가변저항(VR₁)과 더어미스터(TH)의 저항값에 따라 다르게 출력된다. 이때 더어미스터(TH)는 히터(H)의 발열량에 의하여 온도가 올라가면 저항값이 떨어지게 된다.

따라서 사용자가 가변시키는 가변저항(VR₁)과 더어미스터(TH)의 저항값에 따라 트랜지스터(Q₁)의 출력전압레벨이 변하게 되고 이러한 온도 감지회로(10)의 출력전압 레벨은 오피 앰프(OP₁)에서 증폭된 후 저항(R₅)(R₆)으로 분배되어 입력전압 레벨을 2⁸(=256) 레벨로 변환시키는 아날로그/디지탈 변환기(A/D)에 인가되게 된다.

즉 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)는 오피앰프(OP₁)의 출력 전압 레벨에 따라 2⁸레벨로 세분시킨 디지탈 신호를 비교부(20)의 디지탈 비교기(T₁)(T₂)에 인가시켜 주게 되는 것으로 오피앰프(OP₁)의 출력전압레벨을 2⁸레벨중 하나의 디지탈 레벨로 선택되어 비교부(20)에 인가되는 것이다. 이때 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에 연결된 저항(R₇)과 가변저항(VR₂)은 전원(+Vcc)을 분배시켜 기준전압으로 공급하기 위한 것이다.

그리고 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서는 온도감지부(10)에서 감지한 온도가 높을 경우 디지탈 변환되는 신호 레벨이 작아지게 되고 그 반대로 온도가 낮을 경우에는 디지탈 변환되는 신호 레벨이 커지게 된다. 한편 트라이악(TD₁)에 의해 구동되는 히터(H)의 양측 입력단자(1)(2)와 구형파 발생부(40)의 트랜스(T)의 입력단자(1)(2)에는 동일한 교류전원(AC)이 인가되게 되므로 굳이 제로 크로싱을 검출하여야 하는 불편은 없는 것이다.

먼저 공지의 구형파 발생부(40)에 교류전원(AC)이 인가되면 트랜스(T)의 2차측에 연결된 콘덴서(C₃)의 충방전 작용으로 직류차단용 콘덴서(C₂)가 연결된 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터측에서는 입력 교류전원(AC)의 제로 크로스 점에 동기하는 60HZ의 구형파가 출력되게 된다.

즉 공지의 구형파 발생부(40)는 교류전원(AC)이 인가되면 교류전원(AC)의 제로 크로스 점에 동기하는 60HZ의 구형파를 발생시켜 카운터부(30)에 인가시켜 주게 된다. 카운터 부(30)에서는 60HZ의 구형파를 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)로 카운트하여 주되 구형파를 256개 카운트하면 다시 처음부터 256개를 카운트하게 되는 동작을 연속적으로 반복하게 된다.

이러한 카운터부(30)의 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)에서 카운트한 카운트 출력신호를 비교부(20)의 디지탈 비교기(T₁)(T₂)에 인가되어 디지탈 비교기(T₁)(T₂)에서 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)로 부터 입력되는 디지탈 값과 비교되게 된다.

이때 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 인가되는 디지탈 값을 A라 하고 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)에서 카운트한 디지탈 카운트 값을 B라 하면 디지탈 비교기(T₁)(T₂)에서는 A와 B를 비교하여 출력단자(P)의 출력을 제어해 주게 되며 A>B일 경우에는 하이레벨을 출력시키고 A<B일 경우에는 로우레벨을 출력시키게 된다.

이를 예를들어 설명하면 온도 감지부(10)에서 온도를 감지한 출력 전압레벨을 오피앰프(OP₁)로 증폭시키고 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 디지탈 변환시킨 신호가 128이라 할 때 구형파 발생부(40)의 구형파를 256주기로 카운트하는 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)의 카운트 숫자가 128에 도달하기 전에 비교부(20)부에 출력단자(P)로 하이레벨을 출력시키고 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)의 카운트 숫자가 128을 넘게 되면 출력단자(P)로 로우레벨을 출력시키는 동작을 수행하게 된다.

이때 디지탈 비교기(T₂)의 출력단자(P)로 하이레벨이 출력되면 드라이버회로(50)의 트랜지스터(Q₃)와 옵토카플러(OP) 및 트라이악(TD₁)을 순차적으로 구동시켜 히터(H)에 교류전원(AC)이 인가되어 발열하게 되고 출력단자(P)로 로우레벨이 출력될 때에는 드라이버회로(50)의 각 소자가 구동이 차단되게 되므로써 히터(H)에는 교류전원(AC)이 인가되지 않아 발열을 멈추게 된다.

그러나 이같은 동작 중에 온도가 상승하면 이를 검출하여 히터(H)의 동작 시간을 줄여 주어야만 일정한 온도 레벨을 유지할 수 있게 되므로 온도가 상승하면 이를 검출하는 더어미스터(TH)의 저항값이 내려가게 되고 이는 곧 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)의 디지탈 숫자 값을 128보다 내려주게 된다.

따라서 디지탈 비교기(T₁)(T₂)에서는 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)에서 카운트한 숫자가 128로 인가될 때까지 드라이버회로(50)를 구동시키지 않고 128보다 내려간 숫자가 인가될 때까지만 드라이버회로(50)의 히터(H)를 구동시켜 주게 된다.

결국 온도가 상승하기 이전에는 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 인가되는 디지탈 128이란 숫자동안 카운터부(30)에서 구형파 발생부(40)의 펄스를 카운트하는 동안 디지탈 비교기(T₂)의 출력단자(P)로 하이레벨을 출력시키지만 온도가 상승하게 되면 그에 따라 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 인가되는 디지탈 숫자값이 줄어 들게 되어 카운터부(30)에서 구형파 발생부(40)의 펄스를 카운트하는 시간이 줄어들게 되므로써 디지탈 비교기(T₂)의 출력단자(P)에서 출력시키는 하이레벨의 펄스폭이 줄어들게 되며 그에 따라 히터(H)가 구동하는 시간이 줄어들게 되어 항상 일정 온도를 유지할 수 있게 된다.

즉, 온도 감지부(10)에서 인가되는 온도 감지 전압레벨에 따라 디지탈 비교기(T₂)의 출력단자(P)에서 출력시키는 펄스의 폭을 변화시켜 히터(H)의 발열량을 제어해 주게 되며 이는 감지한 온도가 낮을 경우 하이레벨의 펄스폭이 커지게 되어 히터(H) 가열 시간을 길게 하고 감지한 온도가 높을 경우에는 하이레벨의 펄스폭이 작아지게 되어 히터(H) 가열시간이 작아지게 된다.

상기의 동작은 사용자가 가변저항(VR₁)의 저항값을 가변시켜 일정레벨의 온도가 맞추어 놓은 상태이고 임의로 가변저항(VR₁)을 가변시켜 주게 되면 그에 따른 온도감지부(10)의 출력전압이 달라지게 되어 비교부(20)에서 비교하는 디지탈 숫자도 달라지게 되지만 결국 상기의 동작을 반복 수행하게 되므로 일정한 온도 레벨을 유지할 수 있게 된다.

이와같이 본 고안은 온도감지부의 온도 감지 전압을 증폭시켜 256레벨로 아날로그/디지탈 변환시킨 후 구형파 발생부의 구형파를 256주기로 카운트하는 카운트부의 카운트 출력과 비교부에서 비교되게 구성시켜 펄스폭 변조된 출력으로 히터의 출력을 조절해 주고 조절된 히터의 온도는 다시 온도 감지부의 더어미스터로 감지될 수 있게 피드 백(feed back)시켜 주도록 한 것으로써 정상 상태의 오차를 상당한 레벨까지 안정화시킬 수 있으며 계속적으로 온도를 피드백시켜 히터를 제어하므로 정밀한 (256레벨)온도제어가 가능하게 된다.

즉 본 고안은 고가의 마이크로 콤퓨터를 사용하지 않고 간단하게 회로를 구성시켜도 보다 정밀(256레벨)하고 안정도가 뛰어난 온도 제어회로를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 온도감지부(10)의 출력을 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 변환시킨 후 드라이버 회로(50)를 구동시키는 회로에 있어서, 아날로그/디지탈 콘버터(A/D)에서 2⁸레벨로 변환된 디지탈 신호를 디지탈 비교기(T₁)(T₂)에 인가시켜 구형파발생부(40)의 펄스를 2⁸주기로 카운트 하는 디지탈 계수기(CO₁)(CO₂)의 출력과 비교되게 구성한 후 비교된 출력을 펄스폭 변조시켜 드라이버 회로(50)의 구동을 제어하게 구성시킨 전열기의 온도 제어회로.