KR910009238B1 - 비례밸브 구동회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비례밸브 구동회로

제1도는 본 발명을 사용한 가스 급탕기의 비례밸브 회로를 나타낸 회로도.

제2도는 본 실시예의 가스 급탕기의 개략을 나타낸 구성도.

제3도는 본 실시예의 가스 급탕기의 제어장치를 나타낸 블럭도.

제4도는 본 실시예의 제어장치에 있어서의 비례밸브에의 통전전류를 나타낸 파형도.

제5도는 본 실시예에 있어서의 제어전압에 대한 비례밸브의 개방도를 나타낸 특성도.

제6도는 종래의 구동회로에 있어서의 제어전압에 대한 비례밸브의 개방도를 나타낸 특성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

23 : 비례밸브(비례제어밸브) 60 : 비례밸브회로(비례밸브 구동회로)

61 : 연산증폭기(차동증폭회로) 61a : 정입력단자

61b : 부입력단자 63 : 트랜지스터(비례밸브통전회로)

67 : 저항(강하전압 검출수단) 68 : 콘덴서(정귀환회로)

70 : 도선(부귀환회로)

본 발명은 유체의 통과량을 조절하기 위하여 사용되고, 통전전류에 따른 개방도를 조절하는 비례제어밸브를 제어전압에 따라 구동하는 비례밸브 구동회로에 관한 것이다.

예를들면, 연소장치에 있어서, 버너에의 연료공급량을 조절하는 비례제어밸브는 제어회로로부터의 제어전압에 따른 직류전류를 출력하는 구동회로에 의하여 통전되고, 밸브체는 그 전류치에 따른 개방도를 나타낸다. 이 경우 밸브체를 구동하여 유체의 유량을 조절하기 위한 힘은 통과하는 유체가 밸브체에 가하는 압력에 대항하여 발생되고, 밸브체는 예를들면 고무등의 탄성체에 지지되어 있다. 이 때문에 비례밸브의 개방도가 변경되어 커졌을 경우와, 개방도가 변경되어 작아졌을 경우에서는 동일 전류치가 가해져도 비례밸브가 나타내는 개방도에는 차가 발생한다.

따라서 비례밸브에 의하여 조절되는 2차압력은 제5도에 나타낸 바와 같은 히스테리시스 특성을 수반하게 되어 통과하는 유체의 유량이 정확하게 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 또 비례밸브에는 제어전압에 비례한 직류전류가 항상 통전되므로 비례밸브의 통전회로에 있어서의 소비전력이 크고, 통전소자의 발열량이 많다는 문제가 있다.

본 발명은 비례밸브의 히스테리시스 특성을 감소시켜 개방도 특성을 향상시킴과 동시에, 비례밸브를 통전하는 통전소자의 소비전력을 감소시켜 발열량을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 통전전류에 따른 개방도를 조절하는 비례제어 밸브를 제어전압에 따라 구동하는 비례밸브 구동회로에 있어서, 상기 제어전압을 입력하는 정입력단자와 부입력단자를 구비하고 상기 정입력단자와 상기 부입력단자와의 전압차에 따른 전압을 출력하는 차동증폭회로와, 그 차동증폭회로의 출력전압에 따른 전류로 상기 비례제어밸브를 통전하는 비례밸브통전회로와, 상기 비례제어밸브에 의한 전압강하를 검출하는 강하 전압검출수단과, 상기 강하전압을 상기 부입력단자에 부귀환하는 부귀환회로와, 상기 강하전압을 미분하여 상기 정입력단자에 정귀환회로를 구비하는 것을 기술적수단으로 한다.

본 발명의 비례밸브 구동회로에서는 제어전압이 차동증폭회로의 정입력단자에 입력되면 차동 증폭회로는 부입력단자와의 전압차에 다른 전압을 출력한다. 비례밸브통전회로에서는 차동 증폭회로의 출력전압에 따른 전류치로 비례제어밸브를 통전시킨다. 비례제어밸브가 통전될 때의 비례제어밸브에 의한 전압강하는 강하전압 검출수단에 의하여 검출되고 그 강하전압은 부귀환회로에 의하여 차동증폭회로의 부입력단자에 부귀환된다. 또 강하전압은 정귀환회로에 의하여 미분되어 정입력단자에 정귀환되고 미분된 강하전압이 제어전압에 가산된다. 이때 차동증폭회로에서는 정귀환회로에 의하여 발진회로가 형성된다. 따라서 제어전압과 강하전압과의 전압차에 따라 차동증폭된 출력전압은 형성된 발진회로의 발진주파수에 진폭변조되어 비례밸브통전 회로에 출력된다.

비례제어밸브는 차동증폭회로에서 진폭 변조된 출력전압에 따라 비례밸브통전회로에 의하여 통전된다.

본 발명에서는 비례제어밸브는 정귀환회로에 의하여 형성된 발진회로의 발진주파수에 진폭변조된 출력으로 통전된다. 이때 비례제어밸브의 밸브체는 그 기계적 구조 때문에 통전전류의 변화에 추종할 수 없어 미소 진폭으로 진동한다. 또 비례제어밸브는 통전되는 전류의 실효치에 따른 개방도를 나타낸다. 이 때문에 제어전압이 증대되는 경우와, 감소되는 경우에서 그 개방도가 다른 것이 없어진다. 따라서 개방도특성을 향상시킬 수가 있으며, 히스테리시스특성을 해소할 수가 있다. 또 비례제어밸브는 그 기계적 구조에 의하여 통전전류의 실효치로 개방도가 결정되므로 통전을 위한 전력을 감소시킬 수가 있어 발열량을 감소시킬 수가 있다.

다음에 본 발명의 비례밸브 구동회로를 가스 급탕기에 사용한 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

제2도에 개략을 나타낸 본 실시예의 가스 급탕기는 연소기(10)와, 연료관(20)과, 수관(30)과, 제어장치(40)로 구성된다. 연소기(10)는 급탕기 케이스(1)내에 설치되고, 복수의 리본버너를 2열로 배치한 버너군(11)과 연소용공기를 공급하는 연소용팬(12)으로 이루어진다. 버너군(11)에는 노즐(13)로부터 연료가스가 공급되고, 연소용팬(12)에 의하여 공급되는 연소용 공기에 의하여 연소를 행하고, 연소에 의하여 발생하는 연소가스는 배기구(2)로부터 배출된다.

버너군(11) 근방의 위쪽에는 점화장치의 스파커(sparker)(14) 불꽃검지를 위한 플레임로드(15)가 각각 설치되어 있다.

연료관(20)은 연료가스를 노즐(13)에 공급하는 것으로서 그 상류측으로부터 차례로 기본전자밸브(21), 주전자밸브(22), 비례밸브(22), 비례밸브(23)가 각각 설치되고 비례밸브(23)의 하류에서는 버너군(11)의 각열에 각각 연료가스를 공급하기 위하여 연료관(20)은 분기되어 있고 분기한 한쪽의 연료관(20)에는 2열로 배치된 버너군(11)중 1열의 연소를 정지시키기 위하여 절환밸브(24)를 구비하고 있다. 비례밸브(23)는 노즐(13)로부터 버너군(11)에 공급되는 연료가스의 공급압력을 통전전류에 비례하여 조절함으로써 연료가스의 공급량을 조절한다. 수관(30)은 도시하지 않는 물공급원 및 급탕구와 각각 접속된 공급관(31) 및 급탕관(31a)과, 이들을 연통하여 설치된 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)으로 이루어진다. 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)의 하류측의 합류부에는 바이패스밸브(33)가 설치되어 있다. 공급관(31)으로부터 공급되는 물의 일부는 열교환기(32)를 거쳐 흐르고 나머지 부분은 바이패스관(32a)을 거쳐 급탕관(31a)으로 인도되어 열교환기(32)에 의하여 가열되는 물과 바이패스관(32a)에 의하여 그대로 인도되는 물은 그 비율이 바이패스밸브(33)에 의하여 조절된다.

한편 공급관(31)에는 상류측으로부터 수량 제어밸브(34), 수류센서(35) 및 입수온도 더미스터(36)가 급탕관(31a)에는 출탕온도 더미스터(38)가 각각 구비되어 있다.

제어장치(40)는 제3도에 나타낸 바와 같이 제어장치(40)가 중심이 되어 입출력회로(50)와의 인터페이스를 구비한 마이크로컴퓨터(42)와, 안전확보를 위한 안전회로(43) 및 전자밸브통전릴레이회로(44)와, 이들 모두에 전력을 공급하는 전원부(45)와, 입출력회로(50)의 각회로로 이루어지고 가스 급탕기의 작동을 조작하기 위한 제어기(46)와, 마이크로컴퓨터(42)의 작동모드가 사용되는 가스종류, 리모콘의 유무, 급탕능력, 배기설비 등에 따라 공장으로부터의 출하시 또는 가스 급탕기의 설치시에 미리 설정하기 위한 모드 설정회로(47)를 구비하고 있다. 안전회로(43)는 마이크로컴퓨터(42), 불꽃검지회로(58), 수류회로(59)로부터 각각 연소정지신호가 입력되었을 때에 마이크로컴퓨터(42)에의 전력공급을 정지하기 위한 전력정지신호를 마이콤용 전원(45a)에 출력한다. 전자밸브통전릴레이회로(44)는 기본전자밸브(21), 주전자밸브(22) 및 절환밸브(24)를 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어신호에 따라 각각 통전하기 위한 릴레이회로이다.

전원부(45)는 도시하지 않은 플러그를 콘센트에 삽입하면 제어장치(40)의 각 회로를 작동시키기 위한 전력을 각 회로에 필요한 전압으로 변환하여 항상 공급하는 것이다.

본 실시예에서는 마이크로컴퓨터(42)에 전력을 공급하는 마이콤용 전원(45a)과 전자밸브통전릴레이회로(44)이 전력을 공급하는 릴레이 회로용전원(45b)에는 연소정지신호에 의하여 전력공급을 정지하는 스위칭기능이 있고, 마이크로컴퓨터(42)의 작동을 정지시킴과 동시에 각 전자밸브에의 통전을 정지하여 연료의 공급을 정지한다.

입출력회로(50)는 가스 급탕기에 구비된 상기의 각 부분과의 신호교환을 위한 회로이다. 입출력회로(50)에는 스파커(14)에 불꽃방전을 행하기 위한 고전압을 발생하고 스파커(14)에서의 불꽃방전을 검지하는 스파커회로(51), 수관(30)에 배치된 각 더미스터의 저항치로부터 각각의 온도 신호를 얻기 위한 수온검출회로(53), 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어신호에 의거하여 연소용팬(12)을 구동함과 동시에, 연소용팬(12)의 회전수를 검출하기 위한 펄스신호를 출력하는 팬회로(55), 수관(30)내를 통과하는 수량에 따라 발생되는 수류센서(35)로부터의 펄스신호를 마이크로컴퓨터(42)에 전송함과 동시에, 수관(30)내를 통과하는 수량이 일정량이상이 되었을 때, 전력공급을 차단하기 위한 스위칭신호를 전원부(45)의 릴레이 회로용 전원(45b) 및 안전회로(43)에 전송하는 수류회로(59), 그리고 비례밸브회로(60)가 있다.

비례밸브회로(60)는 연료가스를 조절하는 비례밸브(23)에의 통전을 행하는 본 발명의 비례밸브 구동회로이고, 제1도에 나타낸 바와 같이 연산증폭기(61), 트랜지스터(62), (63)의 각 능동소자를 중심으로 하고, 단자(64)에 입력되는 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어전압에 따라 비례밸브(23)를 통전한다. 단자(64)는 연산증폭기(61)의 정입력단자(61a)에 접속되어 있다.

연산증폭기(61)는 정입력단자(61a)와 부입력단자(61b)에 각각 입력되는 전압의 전압차에 따른 전압을 출력하는 차동증폭기이고, 연산증폭기(61)의 출력에는 저항(65)을 통하여 트랜지스터(62)의 베이스가 접속되고 있다.

트랜지스터(62)는 이미터접지된 NPN트랜지스터이고, 연산증폭기(61)의 출력전압에 따라 증폭된 전류를 출력하고 트랜지스터(63)를 구동한다. 트랜지스터(62)의 콜렉터에는 저항(66)을 통하여 트랜지스터(63)의 베이스가 접속되어 있다.

트랜지스터(63)는 비례밸브(23)의 통전용에 설치된 대전력용의 PNP트랜지스터이고, 그 이미터는 전력을 공급하는 비례밸브 전원부(45c)와 접속되고, 트랜지스터(62)의 출력전류를 증폭하여 콜렉터에 접속된 비례밸브(23)를 구동한다. 비례밸브(23)는 저항(67)을 통하여 접지되어 있다. 저항(67)은 비례밸브(23)의 구동 코일의 양단의 전압차를 마이크로컴퓨터(42)의 제어전압에 따라 제어하기 위하여 설치된 것으로 저항(67)과 비례밸브(23)와의 접속점(69)은 귀환회로를 형성하는 도선(70)에 의하여 연산증폭기(61)의 부입력단자(61b)와 접속되어 부귀환회로가 형성되고, 부입력단자(61b)에는 비례밸브(23)에 의하여 전압강하한 전압이 입력된다. 부입력단자(61b)와 정입력단자(61a)와의 사이에는 미분회로를 형성하는 콘덴서(68)가 접속되어 있다. 콘덴서(68)는 부입력단자(61b)에 귀환되는 강하 전압을 미분하여 정입력단자(61a)에 입력한다.

따라서 비례밸브회로(60)에서는 도선(70)과 콘덴서(68)에 의하여 발진회로가 형성되고, 단자(64)에 제어전압이 입력되면 연산증폭기(61), 트랜지스터(62, 63)의 각 전류증폭율과 콘덴서(68)의 용량에 의하여 결정되는 주파수로 발진한다. 본 실시예에서는 이때의 발진주파수는 약 10KHz로 되어 있다.

또한 비례밸브회로(60)에 있어서 연산증폭기(61)는 전원부(45)의 도시하지 않은 정전압전원으로부터 공급되는 전력에 의하여 작동하고 트랜지스터(62, 63)는 비례밸브 전원부(45c)로부터 공급되는 전력에 의하여 작동한다. 비례밸브 전원부(45c)는 도시하지 않은 1차코일을 가지는 트랜스(48)와, 트랜스(48)의 2차코일(48a)의 출력전압을 전파정류하기 위하여 2차코일(48a)에 접속된 브리지다이오드(49)로 이루어지고 상용전원으로부터의 교류전력을 적절하게 전압변환하여 전파 정류하고 그대로 트랜지스터(63)의 이미터에 공급한다.

이상의 구성으로 이루어진 본 실시예의 급탕기는 다음과 같이 작동한다. 사용자가 제어기(46)에 의하여 운전 스위치를 넣고 출탕온도를 설정함과 동시에 도시하지 않은 수도콕크를 조작하면 공급관(31)에 의하여 공급되는 물은 수량제어밸브(34), 수류센서(35)를 통과하여 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)으로 유입하고 바이패스밸브(33)에서 각각의 유출량이 조절되어 급탕관(31a)을 거쳐 도시하지 않은 급탕구로부터 유출한다. 수류센서(35)로부터의 수류에 따른 펄스신호가 소정수이상 검지되면 연소기(10)의 점화작동으로서 스파커(14)에 불꽃방전을 행한다.

스파커(14)에서의 불꽃방전이 검지되면 기본전자밸브(21)와 주전자밸브(22)가 통전되어 연료가스는 노즐(13)로부터 분출하여 연소용공기와 혼합되어 버너군(11)에 공급되고, 스파커(14)에 의하여 점화된다. 일정시간 이내에 착화하여 플레임로드(15)에 의하여 검지되면 마이크로켬퓨터(42)에서는 입수온도 더미스터(36), 출탕온도 더미스터(38) 및 수류센서(35)로부터의 검지신호와 제어기(46)의 설정신호에 의거하여 필요한 연소량이 계산되고 그 계산결과에 의거하여 연소용팬(12), 비례밸브(23), 절환밸브(24), 바이패스밸브(33) 및 수량제어밸브(34)가 제어된다. 이때 비례밸브(23)는 비례밸브(60)에 의하여 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어전압에 따라 구동된다. 비례밸브회로(60)에서는 단자(64)로부터 입력되는 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어전압은 연산증폭기(61)의 정입력단자(61a)에 입력된다. 또 연산증폭기(61)의 부입력단자(61b)에는 도선(70)에 의하여 미분되어 정귀환되고 비례밸브회로(60)에서는 발진회로가 형성되어 발진한다.

따라서 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어전압에 따른 출력전압이, 형성된 발진회로에 의하여 제4도의 실선(A)에 나타낸 바와 같이 진폭변조되고 비례밸브(23)에는 진폭변조된 전류가 통전된다. 이 경우 마이크로컴퓨터(42)로부터의 제어전압이 다르면 그 제어전압에 따라 그 진폭이 변화하고 발진주파수는 변화하지 않는다. 비례밸브(23)는 통전되는 전류의 변화에 따를 수 없으므로 비례밸브(23)의 밸브체는 미소 진동을 하면서 통전전류의 실효치에 상당하는 개방도를 나타내고, 이에 의하여 연료관(20)을 통과하는 연료가스가 조절된다. 그후 출탕량이나 설정온도의 변경이 있으면 그 변경에 따라 비례밸브(23)의 제어전압이 변경되어 연소량이 변경된다.

이와 같이 비례밸브(23)의 밸브체는 통전되는 전류의 파형대로는 변위하지 않고 미소진동을 하면서 통전전류의 실효치에 상당하는 개방도를 나타내므로 개방도의 변경상태에 관계없이 제어전압에 따른 2차전압을 얻을 수가 있다.

본 실시예의 비례밸브회로(60)에 의한 비례밸브(23)의 제어특성을 제5도의 실선(C)으로 나타낸다. 여기서 명백한 바와 같이 본 실시예에 의하면 제6도의 실선(D)에 나타낸 종래의 구동회로에 의한 특성에 비교하여 히스테리시스가 크게 감소된다. 또 제5도에 있어서는 비례밸브(23)의 개방도 변경가능영역 전체에 걸쳐서 나타나 있는 것이므로 개방도가 큰 부분에서는 히스테리시스가 나타나나 이 히스테리시스가 발생하는 범위를 제외하며 구동하도록 하면 거의 히스테리시스가 없는 특성을 얻을 수가 있다. 또 비례제어밸브는 그 기계적 구조에 의하여 통전전류의 실효치에 개방도가 결정되므로 통전을 위한 전력을 감소시킬 수가 있어 비례밸브 구동용의 트랜지스터 등의 발열량을 감소시킬 수가 있다.

또 비례밸브 전원부(45c)에서는 비례밸브(23)에의 공급전력을 전파 정류하기만으로 되고 특히 정류후에 평활회로를 설치할 필요가 없으므로 그 구성이 간단하게 된다.

본 실시예에서는 급탕기의 연료조절용으로 사용되는 비례밸브에 있어서의 실시예를 나타내고 유체를 사용하는 기기이면 동일한 효과를 얻을 수가 있다.

Claims (1)

1. 통전전류에 따른 개방도를 나타내는 비례제어밸브를 제어전압에 따라 구동하는 비례밸브 구동회로에 있어서, 상기 제어전압을 입력하는 정입력단자와 부입력단자를 구비하고, 상기 정입력단자와 상기 부입력단자의 전압차에 따라 전압을 출력하는 차동 증폭회로와, 그 차동증폭회로의 출력전압에 따른 전류로 상기 비례제어밸브를 통전하는 비례밸브통전회로와, 상기 비례제어밸브에 의한 전압강하를 검출하는 강하 전압 검출수단과, 상기 강하 전압을 상기 부입력단자에 부귀환하는 부귀환회로와, 상기 강하 전압을 미분하여 상기 정입력단자에 정귀환하는 정귀환회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 비례밸브 구동회로.

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