KR920004082B1 - 임피던스 정합(整合)의 불완전도(不完全度)를 제어변수로 한 온도제어방법 - Google Patents

임피던스 정합(整合)의 불완전도(不完全度)를 제어변수로 한 온도제어방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

임피던스 정합(整合)의 불완전도(不完全度)를 제어변수로 한 온도제어방법
제 1 도는, 본 발명의 바람직한 형(形)의 약도(略圖)이다.
제 2 도는, 제 1 도의 임피던스 정합회로(整合回路)의 약도이다.
제 3 도는, Tc 부근의 좁은 온도범위에서의 제 2 도 회로를 위한 임피던스 벡터도이다.
제 4 도는, 반사전압(Y축)과 온도(X축)와의 관계를 나타내는 그라프이다.
제 5 도는, 전기회로를 포함한 납땜인두 선단부의 사시도이다.
제 6 도는, 제 1 도의 전류 감지기의 변형된 계통도이다.
제 7 도는, 제 1 도의 히터대신 사용할 수 있는 차폐된 납땜인두 선단부의 횡단면도이다.
제 8 도는, 제 1 도의 방향성결합기(13)의 회로도이다.
제 9 도는, 제 1 도의 방향성결합기(13)의 배치도이다.
제 10 도는, 제 1 도의 증류증폭기(20)의 회로도이다.
제 11 도는, 제 1 도의 검출기, 차동증폭기 및 조절기(17) 각 부분의 회로도이다.
제 12 도는, 제 1 도의 블럭(21)에 대한 상세한 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 발진기와 완충기 11 : 드라이버(DRIVER)
12 : C급 증폭기 13 : 방향성 결합기
14 : 임피던스 정합회로 15, 23 : 부하(히터)
16 : 전류감지코일 Rh: 저항
Lh: 인덕턴스 17 : 검출기, 차동증폭기 및 조절기
KVr: 반사전압 K : 전압결합계수
19 : 검출기 20 : 직류 증폭기
21 : 한계검출기와 펄스 발생기 32 : 내부차폐층
33 : 외부차폐층
본 발명은 특히 온도제어방식에 관한 것이다. 본 발명의 용도중 하나는 비교적 정온도에서 동작하는 납땜인두가 있다.
한조각의 고투자율(高投資率)인 강자성체는 그것을 통하여 적당한 주파수 및 크기의 무선주파전류가 흐른다면 자신의 유효 큐리온도부근에서 비교적 정온도를 유지한다는 사실은 잘 알려져 있다. 그러나, 그와같은 장치는 부하에서 발생되는 열(왓트)의 극히 제한된 범위에서만 자신의 온도를 일정하게 유지한다. 일반적으로, 그와 같은 전형적인 장치는 유효큐리(여기에 정의되어 있음)를 넘는 온도에서 동작할때는 부하에 의하여 발생되는 열은 극히 낮고, 유효큐리 온도 또는 부근온도의 극히 제한된 범위에서 동작할때는 열(왓트)이 부하에서 발생되고, 및 부하에 의하여 발생되는 열(왓트)이 상기한 극히 제한된 범위를 넘어 증가할때는 자신의 온도가 급작스럽게 떨어진다.
미국특허번호 제 4,256,945호에 서술된 바와같이 구리도체에 강자성체층을 입힌 복합구조물을 사용하여 상기한 극히 제한된 범위를 증가시킬 수 있다.
상기한 특허 제 4,256,945호에 서술한 형식의 복합 히터에 전압정재파비(電壓定在波比)가 있는 복합 장치를 본원인이 두개의 후출원에 서술했다. 이 두개의 출원은 미국출원번호 제 586,715호(1984. 3. 6.에 출원)와 미국출원번호 제 666,346호(1984. 10. 30에 출원)인데 두개 모두 발명명칭은 고효율의 자동조정히터로 되어 있다.
크릭피어가 선출원하고 발명의 명칭이 "정전류 무선주파 발생기"인 미국출원번호 제 684,730호(1984. 12. 21.에 출원)에는 부하임피던스의 변화에 따른 전압정재파비의 변화에 의한 전원의 파괴효과에 대해서 발표되어 있다.
제 6 도에 도시된 바와같이, 윌리암 디 홀이 출원하고 발명의 명칭이 "온도조절되는 강자성체"인 미국출원번호 제 749,637호(1985. 6. 28.에 출원)에 (1) 무선주파정부하전류를 유지하는 수단, (2) 강자성 발열체의 온도가 자신의 큐리온도에 근접될 때 무선주파수전원을 차단시키는 수단에 대해서 발표 되어 있다. 이것은 부하에 흐르는 전류에 비례한 출력 전압을 발생시키는 전류감지기의 수단에 의하여 성취된다.
전류는 큐리점까지 부하의 온도를 높이는데 필요한 것보다 더 크다. 온도가 유효큐리온도부근으로 상승할 때 부하임피던스 크기의 감소로 부하의 전압크기는 감소된다. 부하전압과 기준전압사이의 차이에 비례하는 신호가 발생된다.
이 차전압(差電壓)은 일정한 기간(시간=to)동안 드라이버회로를 차단시키는 펄스발생기회로를 동작시켜 히터를 냉각시킨다. 시간(to)후에 드라이버는 다시 동작하여 부하에 맥동(脈動) 무선주파전류가 발생한다.
어떤적용에 있어서는, 상기 특허 제 4,256,945호에서 서술한 강자성 저항히터의 동작의 비개폐(非開閉)정전류형보다 펄스무선주파발생기를 사용하는 홀(HALL)의 방법이 분명이 더높은 효율을 갖는다. 정전류형에 있어서, 큐리온도부근에서 작은 열부하를 가진 무부하일 때 미국 특허 제 4,256,945의 히터는 비교적 낮은 임피던스를 갖어서 무선주파발생기에 큰 임피던스 부정합(不整合)이 발생한다. 이것이 발생기를 비교적 낮은 효율에서 동작토록하는 원인이 된다. 수공구(手工具)의 납땜 공구와 같은데 적용할 때 회로는 연장된 기간동안 비교적 낮은 이효율형에서 동작한다. 홀의 방법을 적절하게 시행하면 크게 부정합된 부하로 동작하는 것을 피할 수 있고 결국 더 높은 효율을 얻을 수 있다.
본 발명은 전술한 홀의 출원을 개선함을 포함한다.
부하의 온도에 따라 부하임피던스가 변화하는 열발생장치들이 있다. 전술한 특허 4,256,945호 및 출원들은 이와같은 장치들이다. 또 다른 이와 같은 선행기술의 장치에는 티탄산 바리움을 첨가한 히터가 있는데, 이것은 온도가 상승할 때 정해진 온도범위에서 갑자기 저항이 상승한다.
본 발명에 의거, 온도에 따라 실제로 임피던스가 변하는 히터의 부하를 가열하기 위해서 무선주파가열전류를 마련한다. 부하임피던스의 변화는 전원 공급계통과 부하사이의 부정합도를 변화시켜 부하의 의하여 전원공급계통에 반송되는 전압을 변화시키는 결과를 만든다. 반사전압은 감지되고 그 크기가 기준전원의 전압과 비교된다. 반사전압이 기준전압을 초과하면 기준전원과 반사전압사이의 차(差)는 부하의 전력을 차단시키는데 이용된다. 그러면 부하온도는 하강하고 미리 예정한 시간이 지난후에는 부하의 전력은 다시 공급된다. 전원은 이 개폐반복작용을 계속하여 부하 온도를 비교적 일정하게 유지시키는 맥동전류를 발생한다.
방향성 결합기는 반사전압를 분리시키는데 사용한다. 분리된 반사전압을 기준전압과 비교하여서 차동신호를 발생한다. 전원은 차동신호의 크기에 따라 개폐되어서 상술한 바와 같이 부하의 온도를 일정하게 유지시키는 맥동전류를 발생한다. 반사전압은 전원으로부터 분리된다.
개선된 형식의 것은 원하는 동작온도에서 뛰어난 임피던스 정합을 갖는다. 조절기회로는 반사전압을 최소치에서 검출하여 온도를 일정하게 유지시킨다.
본 발명을 수반된 도면을 참조하여 실예에 의하여 설명하겠다.
제 1 도에서, 관용의 전원은 발진기와 완충기(10), 드라이버(11), 및 C급 증폭기(12)로 이루어진다. C급 증폭기(13)메가헤르츠에서 14메가헤르츠까지의 주파수 범위를 가진 것이 바람직스럽다)의 출력은 방향성 결합기(13)와 임피던스 정합회로(14)를 통하여 인덕턴스(Lh)와 저항(Rh)을 가진 고투자성 강자성체로 구성된 히터인 부하(15)에 공급된다. 다음 설명에서 분명해지는 바와같이, C급 증폭기(12)부터 부하(15)까지의 전류는 개폐되어 펄스된다. 전류가 흐를때는 전류감지코일(16)과, "검출기, 차동증폭기 및 조절기(17)"의 결합에 의하여 전류의 크기가 일정하게 유지된다. 부하까지의 전류가 원하는 일정한 크기를 초과할때는, 코일(16)에 유도된 전압이 조절기(17)로 하여금 전원의 마지막 단계인 콜렉터 즉 C급 증폭기(12)의 전압을 감소시키게 한다. 이 기능을 성취하기 위해서, 검출기, 차동증폭기 및 조절기(17)가 조절할 수 있는 기준전압을 갖게 하여 코일(16)의 전압과 비교되게 한다. 만일 코일(16)의 전압이 기준전압을 초과하면 조절기(17)는 C급 증폭기(12)의 콜렉터전압을 낮추어서 두전압이 동일하게 한다. 유사하게, 코일(16)의 전압이 반사전압보다 더 낮으면 조절기는 차이를 감지하고 C급 증폭기의 전압을 상승시켜서 코일(16)의 전압이 기준 전압과 동일하게 만든다. C급 증폭기가 진공관 형식이면 조절기(17)는 그 증폭기의 양극 전압을 조절할 것이다.
방향성 결합기(13)는 임피던스정합회로(14)의 입력측에서 반사를 감지하도록 사용한다. 반사전압(Vr)은 히터의 온도가 유효큐리온도 바로 아래일 때는 대단히 작다. 이 상태 즉 임피던스정합회로(14)의 수단에 의하여 얻어지는 작은 반사전압(Vr)에 대해서는 아래에 자세히 설명하겠다. 강자성 히터(15)의 온도가 유효큐리온도에 접근될 때, 히터(15)의 저항(Rh)과 인덕턴스(Lr)는 모두 감소되어 임피던스정합회로(14)의 입력측에 반사전압(Vr)을, 방향성결합기(13)의 반사전압 출력측에 전압(KVr)을 발생시킨다. K는 결합기(13)의 전압 결합계수이다. 결합기의 반사전압 (KVr)은 검출기(19), 직류증폭기(20), 및 한계검출기와 펄스발생기(21)회로를 동작시켜 지속시간(to)과 적당한 극성의 구형(矩形) 전압(Vc)을 발생시켜 드라이버(11)를 해제 즉 정지시킨다.
한계 검출기(21)는 선택할 수 있는 한계전압(22)을 갖는다. AVr이 한계전압(22)을 초과하면 펄스발생기는 단일 펄스(Vc)를 전달하여 선택된 일정한 시간(to)동안 드라이버(11)를 차단시킨다. 한계전압(22)을 선택하여 펄스가 발생되는 온도를 제어할 수 있어 또 다른 유용한 목적을 성취할 수 있다. 즉 유효큐리온도부근의 일정한 범위에서 공칭정제어온도를 변화시키는 것이다. 적당하게 지속시간(to)을 선택하여 공칭정온도의 변화를 제어할 수 있다.
임피던스정합회로의 입력측에서의 반사전압 (Vr)은 다음 방정식에 의하여 얻어진다.
Vr=I 부하(Z부하-Zo)/2 (방정식 1)
Z부하=임피던스회로의 입력측에서의 임피던스
Zo=결합기의 특성 임피던스(보통 50옴 임)
I 부하=히터전류
이해를 돕기 위하여 실례로 제 2 도와 5도에 도시된 납땜인두의 등가회로를 설명하겠다. 이예에서 히터(15)는 자성체(23)의 간단한 원통형으로 되어있다. 히터(23)는 구멍이 뚫려 있고 비자성의 심(25)을 갖은 선단부(24)가 히터(23)에 연결되어 있다. 부분(24) 및 (25)는 한몸체로 되어 구리로 제조된다. 임피던스정합회로는 히터(15 또는 23)와 유도결합된 다권코일(26)과 직렬로 연결된 콘덴서(27)를 포함한다. 콘덴서(27)는 변압기(26, 23)의 유도리액턴스를 제거하는 기능을 한다.
회로 구성요소(14, 15)들이 온도(T2)(후에 설명함), 및 50옴에서 임피던스정합을 갖도록 회로가 설계되어 있다는 사실을 주지해야 한다.
제 1 도의 회로동작에 있어서, 부하가 온도(T2) 즉 유효큐리온도 바로아래 온도에서 거의 50옴이 되도록 코일(26) 및 콘덴서(27)를 선택하였기 때문에 반사전압(Vr)이 대단히 작다. 즉 한계검출기(21)를 동작시킬만큼 크지 않다. 온도가 유효큐리온도에 접근될때 Z부하는 50옴을 벗어나고 반사전압(Vr)의 크기는 한계 검출기(21)가 동작하는 수준까지 증가한다. 이예에서 히터(15)의 인덕턴스(Lh)와 저항(Rh)은 모두 감소되어 부하가 용량(容量)이 되게 한다. 임피던스의 벡터도가 제 3 도에 도시되어 있다. Z부하의 크기는 큐리온도 아래에서 Zo의 크기보다 증가하고 그것의 위상은 역상(逆相)이 된다. 이 사실은 방정식(1)에 의한 반사전압벡터를 발생시키는 임피던스 벡터차(Z부하-Zo)에 기인한다.
제 4 도는 계통의 동작에 영향을 주는 여러 가지 요소들을 도시한다. 제 4 도는 주위온도(T1)에서 유효 큐리온도(Tc)까지의 범위내에서 온도의 변화에 따른 반사전압의 크기의 관계를 도시한다. 이 실예에서, 낮은 온도에서 잔류성의, 표유성분의, 및 반사의 전압(Vr)을 볼수 있는데 이 반사전압은(1) 부하(15)의 불완전한 정합, (2) 결합기(13)의 불완전한 방향성, 또는 (1)과 (2)의 결합으로 발생한다. 한계검출기 회로(21, 22)가 이 잔류성 반사전압에 의하여 동작되지 않도록 조정되어야 함은 명백해진다. 온도가 Tc에 접근될 때 반사전압(Vr)은 이 잔류전압보다 크게 증가한다. 한계검출기(21, 22)는 T3에서 Tc까지의 범위내 적당한 온도에서 동작하도록 설정할 수 있다. 이렇게 하여 Tc에 가까운 적당한 동작온도의 범위를 얻을 수 있다.
이론적으로는 대략 T3에서 Tc까지의 전범위에서 동작온도를 변화시키는 것이 가능하지만 본 방법의 장점들 중 하나로 전술한 증폭기의 양호한 효율 및 안정도를 갖도록 유지시켜 주기 위해서는 실제로 유효 큐리온도(Tc) 바로 아래의 온도를 항상 유지하는 것이 바람직스럽다. Vr의 수치가 커지면 C급 증폭기(12)와, 부하(14, 15)사이의 부정합도는 높이지만, 이로 인해 다음은 증폭기 출력의 효율이 낮아진다. 아래서 증폭기 효율과 안전도가 더욱 높은 T3부터 T4까지의 온도범위에서 동작하는 것이 바람직하다.
무선주파수발생기설계(10, 11, 12)는 원가, 초기 및 동작중의 특성, 무게, 크기등 기타들을 고려하여 선택한다. 고효율은 거의 항상 무선주파수발생기에서 요구된다. 그이유은 무선주파발생기의 크기, 무게, 및 원가를 자주 감소시켜주는 결과를 가져오기 때문이다. 일반적으로 C급 증폭기와 같은 고효율전원증폭기를 출력단계에 사용하는 것이 바람직하다. 최근의 기술발달로 C급 증폭기의 효율보다 훨신 높은 효율까지도 얻을 수 있다. 1980년도 뉴욕, 죤 윌리 앤드션스 발행, 크라우스, 보스티안 및 라브의 "쏠리드 스테이드 라이오 기술" 제14절 페이지 432-471를 참조하십시오. 이 설계들이 본 발명에 또는 선행의 히터들에 적용될 수 있는 가를 본 원인은 아직 결정하지 못했다.
제 5 도는 원통형의 히터(23)를 둘러싸고 있는 코일(26)과, 및 대기온도에서 회로가 직렬공진하도록 직렬콘덴서(27)로 구성된 임피던스 정합회로를 도시한다. 제 5 도에 따른 히터를 제 1 도에 사용한다면 콘덴서(27)를 제 5 도에 도시된대로 제 1 도에 추가시킨다. 이 회로에 대해서는 본원인이 출원한 미국 특허 출원번호 666,346호에 좀더 자세히 설명되어 있으며, 이 납땜공구에 적용하여 양호하게 동작함을 알 수 있었다.
여기에 설명한 조절회로는 히터전체가 가열되는 목적물, 즉 공작물과 직접 열접촉이 되는 곳에 적용하는 것이 유용하다. 이 경우에 공작물과 히터사이의 양호한 열연결을 히터의 전체를 걸쳐 동일한 온도 변화를 일으켜서 반사전압 (Vr)에 큰 변화를 일으킨다. 본원인의 미국특허 출원 번호 666,346호에 설명한 납땜인두는 히터 전체가 공구의 선단부에서 공작물표면과 양호한 열접촉이 되어 있기 때문에 이 형식을 적용한 좋은 실예가 된다. 아주 부적합하게 적용한 예로는 외형상 길고 열성(熱性)으로 보아 길어서 히터의 한부분이 다른 부분보다 더 많은 열이 요구되는 상태의 긴 히터가 있다. 이 경우에 있어서, 열이 조금 요구되는 히터의 부분은 충분히 큰 수치의 Vr를 발생시켜 발생기를 정지시킨다. 더 많은 열이 요구되는 히터의 다른 부분은 더 낮은 온도가 될 것이다. 이 상태는, 히터의 더 뜨거운 부분을 유효큐리온도에 가깝게 유지되게 충분히 높은 전류에서 히터를 작용시켜 부분적으로 개선시킬 수 있다.
제 1 도에 도시된 방향성 결합기를 위한 설계들은 널리 알려지고 상세히 발표되어 있다. 1-100메가헤르츠의 주파수범위에서 페라이트심을 적용한 설계가 널리 알려져 왔다. 1982년 5-6월에 발행한 알 맥도날의 "저렴한 가격의 광범위 방향성결합기" 무선주파설계페이지 34-36를 참조하십시오. 콘덴서 및 긴 송전선을 적용한 설계들은 송전선의 집중등가회로를 사용할 수 있기 때문에 이들 주파수, 또는 더 낮고 더 높은 주파수에서 유용하세 사용된다. 1979년 9월에 발행된 마이크로웨어저널, 페이지 28-31, 씨.와이.호의 "집중직각위상결합기의 설계"를 참조하십시오. 1메가헤르츠보다 더 낮은 주파수에서는 브릿지가 대단히 유용하다. 1978년 6월에 발행한 마이크로웨이브스, 둔우니 및 박스터의 "작은 에스더블유알에스의 고정확 측정"을 참조하십시오.
제 1 도는 전류감지기로 유도루프 즉 유도권선(16)을 사용했다. 이 감지코일을 적용한 실례가 납땜인두로 제 5 도에 도시되어 있다(차폐층없이 도시됨). 이 실예에서 히터결합 즉 임피던스정합코일(26)과 전류감지코일(16)이 모두 강자성의 히터층(23)에 감겨 있다. 또 다른 적용예가 제 6 도에 도시되어 있는데, 페라이트토리드(30)가 감지코일(16)로 감겨 있고, 히터코일리드(31)가 토리드를 관통하여 있다. 이런 형식의 환상 전류감지기는 널리 인식되어 있고 실용화되어 있다. 예로 피어스 일렉트로닉스 회사의 모델 410이 있다.
본 원인은 널리 알려진 큐리온도의 아래온도를 "유효큐리"로 정의하여 사용했다. 그 온도에서는 강자성체의 온도가 실제로 일정하게 유지될 것이다.
부하(15)를 (23)과 같은 장자성체대신으로 전기도체의 온도가 변화할 때 임피던스가 변화하는 전기도체로 사용할 수 있다. 예로 티탄산 바리움를 첨가한 도체가 있다.
어떤 적용에는 히터외부공간으로 전자계(電磁界)의 누설 및 방사를 방지하기 위해서 무선주파차폐가 요구된다. 이 조건과 이 조건을 충족시키는 수단에 대해서는 카터와 크롬의 미국 특허번호 4,256,945호를 일부 보완하여 1981년 3월 16일에 출원한 카터와 크롬의 미국 특허 출원번호 243,777호에 발표되어 서술되어 있다. 또한 이 문제점에 대해서는 1982년 9월 30일에 출원한 발명의 명칭이 "자동조절 전기차폐히터"인 존 에프 크롬의 특허출원번호 제 430,317호에 취급되어 있다. 마지막으로, 제 5 도에 도시된 히터에 사용하는데 적당한 차폐방법에 대해서는 카터의 출원번호 586,715호를 일부보완한 카터의 출원번호 666,346호에 설명되어 있다. 제 7 도는 제 5 도에 도시된 히터에 적용한 차폐의 기본구조를 횡단면으로 도시하고 있다. 이 차폐는 내부차폐층(32)과 외부차폐층(33)을 가진 2층의 튜브로 구성된다. 내부차폐층은 항상 자성(磁性)을 유지하고 있는 고투자성 강자성체로 구성된다. 이 내부층은 적어도 한 표피 두께를 갖고 두가지 기능을 동시에 한다. 첫째는, 히터코일에 흐르는 전류에 의하여 외부차폐층에 유도되는 전류를 실제로 감소시킨다. 이것은 외부차폐층이 히터에 단락작용을 일으키는 것을 방지한다. 둘째 기능은 물론 차폐역할을 하는 것이다. 외부 차폐층(33)은 자성체일 수도 있고 비자성체일 수도 있다. 그것은 시리즈 300스테인레스 강철과 같은 비교적 열전도율이 낮은 비자성체가 바람직하다. 아주 앙호한 차폐는 내부차폐층을 2000분의 1인치 두께의 1010강철로, 및 외부차폐층을 5000분의 1인치 두께의 시리즈 300스테인레스 강철로 제작하여 주파수 10메가헤르츠에서 사용하여 얻을 수 있다. 외부층 튜브(33)는 히터코일, 및 필요한 만큼의 검출기 리드선, 즉 콘넥터 전면까지 덮을 수 있도록(34)를 지나서 뻗을 수 있다.
부분(35)에 히터층(23)까지 뻗어 형성된 왓셔를 추가할 수 있다. 이 왓셔는 가열하는데 도움을 주고 이 왓셔가 전기적으로 연결되어 있는 저항율이 낮은 물체(24)에 큰 단락전류가 유도되는 것을 방지한다.
방향성 결합기(13)는 제 8 도 및 9도에 좀더 자세히 도시되어 있다. 그것은 "무선주파설계"잡지의 5-6월호, 페이지 34-36호 발표된 것과 본래 동일한 장치로서 방향성 결합기(13)를 보여주기 위하여 참고로 인용하였다.
방향성 결합기는 한방향으로 흐르는 무선주파전류와 전압을 감지하고 역방향으로 흐르는 전류와 전압에 대해서는 감지를 하지 않는다. 방향성 결합기들은 오래되고, 널리 인식되어 있어 대다수의 설계들이 본 발명의 구성물로서 똑같이 양호한 것들이다.
제 8 도 및 9 도에 간단한 이중 방향성 결합기의 회로도가 도시되어 있다. 라인(L1-L2), 및 라인(L3-L4)에 각각 연결되어 있는 두 개의 저렴한 환상(環狀) 변압기(T1) 및 (T2)가 유도결합되어 있다. 단위장치는 필요한 마이크로 스트립(L1, L2, L3및 L4)이 마련된 프린트회로판에 설치된다. 환상변압기(T1) 및 (T2)는 서로 결합되지 않는다. 전압이 부하(15)에 의하여 반사되면 그 반사전압은 전선(13a)에 발생되고, 라인 (L4-L3)를 통하여 전류가 흐르게 되어 라인(L2)을 통하여 출력측(18)에 연결되어 있는 환상변압기(T1)전압을 유도한다. 또한 전선(13a)의 반사전압은 환상변압기(T1)의 코일을 통하여 전류를 흐르게 하여 회로(118, L1,L2및 18)에 전류를 유도시킨다. 이렇게 출력측(18)에 공급된 두신호는 결합되어 반사전압에 비례한 전압을 발생시켜서 구성요소들이 정확히 설계되었음을 확인할 수 있다.
본원인은 제 1 도의 검출기, 차동증폭기 및 조절기(17)에 대해서 좀더 자세히 아래에 설명하겠다. 이 블럭(17)은 3가지 기능을 수행한다. 3가지 기능중 첫째는, 감지기(16)로 부터의 신호를 검출하는 무선주파검출기의 기능이다. C급 증폭기(12)의 출력(12a)이 바람직한 주파수 13.56메가헤르츠에서 동작한다면, 무선주파검출기(17a)도 그 주파수에서 동작할 것이다. 무선주파검출기의 회로도가 제 11 도의 블럭(17a)에 도시되었다. 무선주파검출기(17a)의 직류출력(17b)이 차동증폭기(17c)에 공급된다. 차동증폭기(17c)는 무선주파검출기(17a)의 출력(17b)과 비교될 직류 기준전압을 제공하도록 2000옴의 포텐쇼메타를 갖는다. 차동증폭기(17e)는 출력(17b)에서의 전압에 해당하는 입력(17f)과 기준전압에 해당하는 입력(17g)을 받는다. 차동증폭기(17e)는 페어차일드 모델 엠 에이 741이거나 내쇼날 쎄미콘덕터 모델 엘 엠 741이다. 차동증폭기(17e)의 출력측은 입력전압(17f)와 기준전압(17g)의 차(差)에 비례한 전압을 갖는다. 만일 두 전압이 정확히 동일하다면(17Rh)에서의 출력전압은 영(ZERO)이 된다. 그러나 본 예의 경우에는 한정된 전압이 필요하다. 그 이유는 전압조절기를 동작시킨 다음에 C급 증폭기의 출력을 제어해야 되기 때문이다. 만일(17g)에서의 기준전압이 갑자기 증가하면 차동증폭기 출력이 갑자기 증가한다. 이것은 다음번에 C급 증폭기의 출력을 증가시키고, 17b에서의 전압과 전류(16)의 출력을 증가시켜(17f)와 (17g)에서의 전압차를 감소시키는데 증폭기의 이득에 의하여 증폭된 이 차전압(差電壓)이 (17b)에서의 출력전압과 정확하게 동일한 수치까지 감소시킨다. 증폭기의 전압이득이 아주 높기 때문에(예, 500) 이 차전압(差電壓)또는 오전압(誤電壓)은 아주 작다. 이래서(17g)의 기준전압과 부하전류에 비례하는 (17f)에서의 평정전압은 거의 동일하고 일정해진다. (17g)에서의 기준전압과 부하전류에 비례하는 (17f)에서의 평정전압은 거의 동일하고 일정해진다. (17g)에서의 기준전압이 감소되도록 유사한 진행과정이 발생한다. 즉 C급 증폭기 출력의 상응하는 감소, 및 (17f)에서의 전압이(17g)에서의 전압과 거의 동일할 정도까지 히터의 흐르는 전류의 상응하는 감소과정이 진행된다.
출력(17Rh)은 재래의 전압조절기(예 : 내쇼날 쎄미콘덕터 엘 엠 350케이)에 공급되어 다음에 C급 증폭기(12)의 콜렉터 전압을 상승 또는 하강시켜 감지시기(16)의 전압을 일정하게 유지시킨다. 다시말하면 히터(15)에 공급되는 전류를 일정하게 유지한다.
직류증폭기(20)의 전형적인 예가 제 10 도에 도시되어 있다. 증폭기의 이득은 다음과 같은 설계 방정식을 사용하여 조절된다.
Figure kpo00001
블럭(21)의 장치는 제 12 도에 도시된 바와같이 기본적으로 3가지 구성요소로 구성된다. 제 1 구성요소는 한 개의 2.7K 저항과 한 개의 1N4148 다이오드로 구성된다. 이 회로는 헥스 스밋트 트리거(HEX SCHMITT TRIGGEK)의 입력측에 정전압(正電壓)만 나타나도록 한다. 제 2 회로는 한계 검출기(21a)이다. 한계검출기(21a)는 방향성결합기의 신호출력(18)을 공급받는데 이 신호출력(18)은 검출기(19)에 의하여 검출되고, 직류증폭기(20)에 의하여 증폭되고, 신호를 기준전압과 비교하고, 및 신호가 기준전압을 초과하면 출력을 발생한다. 기준전압전원(22)은 제 1 도 및 12도에 도시되어 있다. 상술한 기능을 수행하는 장치들을 시장에서 구할 수 있는데 예를들면 내쇼날 쎄미 콘턱터에서 생산한 내쇼날쎄미 콘턱터 MM 54 C 14/MM 4 C 14 헥스 스밋트 트리거가 있다.
출력(18)측으로 부터의 반사전압신호가 회로(22)의 기준전압을 초과하는 전압을 발생하면, 스밋트 트리거는 출력신호를 발생하여 단안정(單安定)멀티바이브레이터(21b)를 동작시키고 이 단안정 멀티바이브레이터는 계획된 시간(to)을 가진 출력 신호(Vc)를 발생한다. Vc는 일반 에미터 증폭기의 베이스를 바이어스한 것을 이용하여 드라이버의 트랜지스터를 차단시킨다.
단안정 멀티바이브레이터(21b)는 내쇼날 쎄미 콘덕터 이중 단안정 멀티바이브레이터 MM 54 C 221/MM 74 C 221를 사용할 수도 있다. 이 장치는 출력신호(Vc)의 지속시간을 원하는 시간(to)에 설정할 수 있게 한다. 출력신호(Vc)는 드라이버(11)를 정지시켜서 냉각시켜준다. 만일 히터(15)의 냉방부하가 대단히 큰 냉방부하(예를들면 납땜인두의 선단부가 냉각된 구리도체와 접촉한 상태)라면 히터의 냉방부하가 아주 작을 때보다 냉각은 훨씬 더 클 것이다. 만일 히터의 냉방부하가 대단히 작으면 출력(18)측의 반사전압을 멀티바이브레이터(21b)로 하여금 지속시간(to)동안 드라이버(11)에 신호를 발산케 하는데 그 지속시간(to)때 히터(15)는 유효큐리온도에 도달한다. 냉방부하가 작기 때문에 지속시간(to)이 끝나 드라이버와 C급 증폭기가 다시 가동되도록 히터(15)는 아직도 유효큐리온도에 있게 된다. 그러나 그때까지 출력측(18)에 반사전압이 있기 때문에 멀티바이브레이터는 지속시간(to)의 새로운 정지(off)기간으로 즉각 되돌아 간다. 이래서, 히터(15)에 공급되는 무선주파전원은 "가동"(on)기간에 비해서 비교적 긴 "정지"(off) 기간을 갖는 개폐 동작을 반복하게 된다.
만일 냉방부하가 크다면, 지속시간(to) 동안 히터(15)의 더 큰 냉각과 보통 "정지" (off)기간이 "가동"(on) 기간보다 더 짧은 것을 제외하고는 동일한 결과가 발생할 것이다.
가동과 정지의 간격에 대한 정확한 관계는 냉방부하, 설정된 지속시간(to), 및 히터(15)에 흐르는 전류의 크기에 좌우된다.
본 발명을 정리하면, 납땜인두(히터 15)에 공급되는 전류의 크기는 카터-크롬의 미국특허번호 제 4,256,945호의 경우보다 훨씬 더 크다. 이 사실은 납땜인두가 처음으로 가동될 때 동작온도에 빠르게 도달케 하는 큰 장점이 된다. 더욱 상기 카터-크롬의 특허장치는 전력 손실이 상당히 크다. 전류의 대부분이 자기층에 있는 상태에서 전류의 대부분이 구리에 있는 상태로 납땜인두가 변화할때의 부하임피던스 변화 때문에 임피던스 정합 문제점이 생긴다. 이 사실은 부하임피던스가 변화하고 임피던스가 상기 두상태에서 쉽게 정합될 수 없기 때문에 발생한다. 본 발명의 출원에 있어, 임피던스의 부정합이 카터-크롬의 특허번호 4,256,945호의 부정합보다 훨씬 작아 효율이 더 크게 된다.

Claims (10)

  1. 장치(15)의 온도가 변화할 때 변화되는 전기 임피던스를 가지는 상기 장치(15), 상기 장치를 가열하기 위하여 상기 장치(15)에 흐르는 교류전류를 제공하는 수단(10, 11, 12), 및 상기 전류제공수단(10, 11, 12)이 상기 장치(15)의 임피던스가 변화하는 범위의 최소 한부분에서 상기 장치(15)의 임피던스와 부정함하는 임피던스를 갖어서 상기장치(15)의 온도가 변할 때 상기 전류제공수단(10, 11, 12)의 임피던스부정합도 변화되게 구성하되; 상기 임피던스의 부정합온도에 응하고 상기 장치(15)의 온도를 제어토록 상기 전류제공수단(10, 11, 12)에 의하여 상기장치(15)에 흐르는 전류를 제어하는 제어수단(16, 17, 19, 20, 21)으로 특징지어지는 온도조절기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 장치(15)는 강자성체의 투자율이 온도에 따라 변화하여서 상기 장치온도가 변할 때 상기 장치의 임피던스를 상기 교류전류로 변화시킴을 또한 특징으로 하는 온도조절기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 장치(15)는 티탄산바리움을 첨가한 저항체를 포함함을 또한 특징으로 하는 온도조절기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 장치(15)는 저항의 실질적인 온도계수를 갖는 비자성체임을 특징으로 하는 온도조절기.
  5. 제 1 항에 있어서, 전류제공수단(10, 11, 12)이 무선주파전류의 전원으로 구성되되, 상기 장치(15)의 임피던스를 상기 전원(10, 11, 12)에 적어도 대략적인 정합이 되게 하기 위하여 상기 전원(10, 11, 12)과 상기 장치(15)의 사이에 임피던스 정합장치(14)를 갖어서 부정합도에 따라 크기를 갖는 반사전압을 발생시키고, 상기 제어수단(16,17,19,20,21)이 기준전압(22)의 크기에 따라 변화하여서 부하장치(15)에 상기 전원에 의하여 공급되는 전류를 한 부정합량에 응하여 최소한 감소시키고, 및 상기 전류가 다른 부정합량에 응하여 원상복귀되어서 상기 장치(15)의 전류가 상기 장치(15)의 온도를 제어하도록 변화하게 하는 것을 또한 특징으로 하는 온도조절기.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제어수단(16, 17, 19, 20, 21)이 상기 장치(15)에 흐르는 전류를 반복적으로 개폐하여 상기 장치의 온도를 실제로 일정하게 유지시키는 맥동전류를 상기 장치(15)에 제공함을 또한 특징으로 하는 온도조절기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어수단(16, 17, 19, 20, 21)이 기준전압(22)을 포함하되, 반사전압(18)을 상기 기준전압(22)과 비교하고 그들 사이의 차(差)에 따른 차동신호를 발생시키는 수단(21), 및 상기 차동신호에 응하여 상기 온도를 제어하는 수단(21)을 또한 특징으로 하는 온도조절기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 장치(15)가 가동(on)할 때 상기 장치(15)에 흐르는 전류를 일정하게 유지시키는 수단을 또한 특징으로 하는 온도조절기.
  9. 부하장치의 온도에 따라 변하는 임피던스를 갖는 전기적인 구성요소를 상기 부하장치에 마련하고, 상기 부하장치(15)에서의 임피던스부정합에 의하여 신호를 발생시키는 교류전류를 상기 부하장치에 제공하고, 및 상기 신호를 검출하고 상기 신호크기의 변화에 따라 상기 전류크기가 변화하여서 상기 부하장치(15)의 온도를 제어하도록 구성되는 부하온도제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 신호가 반사전압이고, 및 상기 반사전압이 실제로 일정하게 유지되도록 부하장치(15)에 흐르는 전류크기가 변화하여서 상기 부하장치(15)의 온도를 실제로 일정하게 유지함을 또한 특징으로 하는 방법.
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