KR930005140Y1

KR930005140Y1 - 온도 제어 장치

Info

Publication number: KR930005140Y1
Application number: KR2019910003283U
Authority: KR
Inventors: 노한웅
Original assignee: 리만전자공업 주식회사; 양명석
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1991-03-12
Publication date: 1993-08-09
Also published as: KR920018535U

Abstract

내용 없음.

Description

온도 제어 장치

제1도는 본 고안의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전열선 2 : 교류전원부

3 : 직류전원 4 : 주파수 분할부

5 : 전원 검출부 6 : 영전위 검출부

7 : 온도검출부 8 : 온도제어부

본 고안은 전기장판이나 전기담요에 채용되는 온도제어장치에 관한 것으로 특히 안전성 향상과 온도제어특성의 개선에 적당하도록 한 온도제어장치에 관한 것이다.

종래의 전기장판, 전기담요 등의 온도제어장치는 전열선에서 발열되는 온도를 온도조절기(가변저항)로 설정된 온도값 전후에서 감지하여 바이메탈 스위치 등의 단속제어를 통해 전열선에 공급되는 전원을 온(ON) 또는 오프(OFF) 제어하므로써 소망하는 온도를 유지토록 구성되는 것이 일반적인 수단이다.

그러나 이와 같은 종래 장치는 가열에 대한 안정성 확보가 미약하고 각종 임펄스에 대한 대책이 구비되지 못하여 기기동작에 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

또한 양호한 온도제어특성을 얻기 위한 펄스신호를 이용하는 경우에도 펄스폭의 변화에 의하여 온도제어신호가 급격하게 변화되므로 제어특성에 악영향을 초래하게되는 문제점이 있다.

또한 전기장판이나 전기담요가 사용되는 주변환경, 예를 들면 주변기온이 비교적 따뜻한 곳에서 사용한다거나 또는 상대적으로 추운곳에서 사용하는 경우, 조절기에 이불이 덮어씌워진 고온 환경에서 사용하는 경우에 각각 효과적으로 대처하지 못하여 제어장치의 파손이 초래되고 합리적인 열관리 및 온도제어가 불가능하며 이에따른 기기성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한 종래에는 파열에 대한 수단이 미미하여 부품파손에 효과적으로 대처하지 못하였을 뿐만 아니라 과열시 우선적으로 파손되는 부품이 고가인 경우가 통례이므로 사후 고장수리시에 비용이 상승되고 고장개소의 검색이 용이하지 못하게 되는 문제점이 있다.

더구나 종래의 장치는 최초 전원 투입시부터 사용자가 설정한 온도에 도달하기까지 장시간(3 내지 6시간)이 소요되므로 불편함이 초래되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 종래장치의 제반 문제점을 해결하기 위하여 발열수단이 되는 열선의 2차회로를 이루는 온도감지선의 온도-저항특성을 이용하여 과열 및 단락에 대한 안정성과 신뢰성을 확보하고, 펄스폭 변화가 없는 안정된 펄스신호에 의하여 온도제어가 이루어지도록 하므로서 제어특성을 개선하고, 기기가 사용되는 주변환경에 적합한 온도제어가 이루어지도록 하여 부품의 파손방지 및 합리적인 열관리와 온도제어를 도모하며, 과열에 의한 부품파손시 사후 수리비용의 절감과 수리 작업성 향상을 기하고, 최초 전원투입시 소망온도에 고속으로 도달시키는 수단을 구비하여 기기사용에 편리를 기할 수 있도록 한 온도제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 구성 및 작용효과를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1도를 참조하여 본 고안의 구성부터 설명하면, 발열원이 되는 전열선 (1)에 상용교류전원을 공급하고 과열에 대비한 온도퓨즈(F2)를 구비하여서 된 교류전원부(2)와, RC 결합(R6,C2)에 의한 교류전원을 입력으로 회로각부에 직류전원을 공급하며 피이드백 루프(R8,R7)를 구비함과 동시에 후단의 주파수 분할부(4)에 전원주파수에 대응하는 클록 펄스를 공급하는 직류전원부(3)와, 전원주파수를 4분주하는 카운터(401) 및 앤드게이트(402)와 클록입력의 임펄스노이즈 유입을 방지하는 저항(R9) 및 콘덴서(C4)를 구비하여 전원주파수의 ¼에 대응하는 펄스신호를 출력하는 주파수 분할부(4)와, 입력 교류전원을 정류 및 평활하여 기준전위와 비교한 신호에 따라 교류전원전압의 레벨(110V/220V)을 검출한 신호를 출력하여 주파수 분할부(4) 출력을 제어하는 전원검출부(5)와, 사인파를 방형파로 변환한 후 RC 시정수(R23,C7)에 의한 일정한 폭의 펄스신호를 출력하여 후단의 온도검출부(7)에 구비된 온도감지선(701)에 펄스전원을 공급하는 영전위 검출부(6)와, 전열선(1)의 2차회로를 이루는 온도감지선(701)의 온도-저항특성에 의한 온도변화 및 실온 온도를 감지한 신호를 후단의 온도제어부(8)에 공급하는 온도검출부(7)와, 상기 온도검출부(7)에서 공급된 신호 및 사용자에 의해 설정된 난방 설정온도에 따라 초기 쾌속가열을 병행하면서 전열선(1) 전력제어용 SCR(Q2)을 제어하는 온도제어부(8)을 구비하여서 구성된 것이다.

또한 상기 온도검출부(7)는 실온의 고,저온을 검출한 신호에 따라 온도제어동작을 제한하도록 저항(R25,R26) 및 더미스터(R24)로 이루어진 실온 보상회로(702)와, 전열선(1)과 온도감지선(701)의 단락시 온도제어부(8)에 단락감지신호를 공급하도록 저항(R19,R20,R21) 및 다이오드(D13)로 이루어진 안전회로(703)와, 영전위 검출부(6)로부터 공급되는 펄스신호를 온도감지선(701)에 전원으로 공급하기 위한 트랜지스터(Q3)와 저항(R27) 및 다이오드(D12)를 구비하여 구성된다.

또한 상기 온도제어부(8)는 최초전원투입시에 고속으로 설정온도에 도달하도록 비교기(801) 출력제어를 받는 다이오드(D3) 및 SCR(Q1)과 비교기(801)의 반전 입력단(-) 전위를 제어하는 다이오드(D1,D2) 및 저항(R4,R5,R31)로 이루어진 쾌속 가열회로(802)를 구비하며 온도설정을 위한 저항(R1,R2,R32,R33)과, 온도검출전압의 비교기(801) 및 SCR(Q2) 제어신호를 출력하는 앤드게이트(803)를 구비하여 구성된다.

제1도에서 미설명부호 501은 비교기, 601,602는 앤드게이트, C1,C2,C3,C4, C5,C6,C8은 콘덴서, R3,R10 내지 R18,R22,R29,R30,R34는 저항, D4, 내지 D11은 다이오드, SW1은 전원스위치, F1은 퓨즈, LP1은 네온램프, V⁺는 직류전원이다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용효과는 제1도에서와 같이 전원스위치(SW1)을 온하여 전원이 공급되면 네온램프(LP1)가 ON되고 교류전원부(2)로부터 저항(R6) 및 콘덴서(C2)를 통해 직류전원부(3)에 전원이 공급된다. 이 교류전원은 다이오드(D4,D5,D6)에 의한 정류 및 콘덴서(C3)에 의한 평활 동작에 의하여 직류전원(V⁺)으로 공급된다.

이때 저항(R7,R8)의 피이드백 루프가 이루어지므로 직류전원(V⁺) 전압변동에 추종하여 다이오드(D5 : 레귤레이터)에 의한 안정된 전원(110V/220V 양측에서 오차 0.5%이내)공급이 가능하다.

저항(R6) 및 콘덴서(C2)에 의한 커플링구성은 종래의 저항에 의한 직결형에 비하여 발열량이 감소되므로 열에 대한 안정성이 확보되고 또한 콘덴서 직결형에 비하여 임펄스에 대한 내노이즈 특성이 향상된다.

또한 다이오드(D6) 애노우드단으로부터 주파수분할부(4)의 카운터(401)에 클록 펄스가 공급된다.

이 신호는 저항(R9) 및 콘덴서(C4)에 의하여 임펄스성 노이즈가 제거된 클록신호러서 카운터(401)에 입력되므로 전원주파수에 대응되는 60Hz의 클록펄스가 카운터(401)에 입력된다.

카운터(401)는 클록펄스에 따라 카운트동작을 수행하는데 그 최하위 2비트(Q1,Q2)가 앤드게이트(402)에 입력되므로 앤드게이트(402)의 출력은 카운터출력(Q1,Q2)이 모두 "1"인 경우("11")에 "1"이 출력되어 결국 교류전원 주파수의 4분주된 신호가 다이오드(D7)를 통해 출력된다. 이 신호는 온도제어부(8)의 앤드게이트 (803) 일측 입력단에 공급된다.

한편 교류전원부(2)로부터 전원검출부(5)에 공급되는 전원전압의 레벨이 검출되어 110V와 220V에 적합한 온도제어가 이루어지게 된다.

즉, 교류전원부(2)로부터 저항(R10)을 통해 전원검출부(5)에 공급된 교류전원은 다이오드(D9) 및 콘덴서(C5)로 정류 및 평활되어 비교기(501)의 반전입력단(-)이 공급되는데 이 전압이 입력 110V인 경우에는 저항(R11,R14)에 의한 비교기(501)의 비반전입력단 (+) 전압(기존 전압)보다 낮아서 비교기(501) 출력은 "1"이 되고, 입력 220V인 경우에는 높아서 비교기(501) 출력은 "0"이 된다.

따라서 입력 110V의 경우 비교기(501) 출력이 "1"이 됨에 따라 다이오드(D8)를 통해 앤드게이트(803) 일측 입력단에 공급되어 앤드게이트(803) 일측 입력단은 주파수 분할부(4) 출력에 관계없이 "1"인 상태로 유지되고, 입력 220V의 경우 비교기(501) 출력이 "0"이 됨에 따라 다이오드(D8)가 OFF 되어 주파수 분할부(4)의 출력(전원주파수 4분주)이 앤드게이트(803)에 입력되므로 회로전체의 출력은 입력 110V의 경우에 대하여 ¼로 감소된다.

한편, 교류전원부(2)로부터 저항(R22)과 콘덴서(C6)를 통해 영전위 검출부 (6)에 입력된 교류전원은 앤드게이트(601)에 의하여 방형파로 변환되고 이어서 콘덴서(C7) 및 저항(R23)의 시정수에 의하여 일정한 펄스폭으로 된다음 후단의 앤드게이트(602)에 의하여 파형 정형되어 출력되므로써 신호원의 급격한 전압변동에 관계없이 일정한 펄스폭으로 영전위 검출 동작이 수행되고 이 펄스신호는 온도 검출부(7)에 입력된다.

온도검출부(7)에 입력된 펄스신호는 트랜지스터(Q3)로 드라이브되어 다이오드(D12), 저항(R19), 온도감지선(701), 저항(R21)으로 공급되므로 온도감지선(701)에 안정되고 정밀한 펄스형의 전원이 공급된다.

온도감지선(701)은 전열선(1)의 2차회로를 이루어 온도에 따라 저항값 변화에 의하여 전류값이 변화되므로 이 변화분이 저항(R27), 다이오드(D12), 저항(R19,R21) 루프에서 다이오드(D11) 및 콘덴서(C8)로 검출되어 온도제어부(8)의 비교기(801) 비반전 입력단(+)에 공급된다.

그런데 이때 외부요인에 의하여 전열선(1)과 온도감지선(701)이 단락된다고 가정하면 전열선(1)과 온도감지선(701) 사이의 임피던스가 급격히 감소되므로 온도감지선(7012)에 과전류가 흐른다.

따라서 저항( R19,R20)에 의한 전압강하분이 급격히 상승되고(다이오드(D12)의 애노우드단 전압) 최악의 경우 저항(R19,R20)이 우선적으로 파손됨에 따라 다이오드( D12)의 애노우단 전압은 더욱 상승된다.

이 전압상승분은 다이오드(D11)를 통해 비교기(801)의 비반전 입력단(+)에 공급되어 온도제어부(8)에 의한 발열동작 중단제어를 하게 되는데 온도제어부(8)에 의한 제어동작은 후에 설명하기로 하고 여기서는 온도검출부(7)의 동작에 대하여 우선적으로 설명한다.

온도검출부(7) 동작의 다른 경우로, 조절기가 사용되는 주변온도가 더미스터(R24)로 감지되므로 주변 온도 변화에 따라 더미스터(R24) 내부 저항값이 가변되어 저항(R27)에 흐르는 펄스전원(온도감지선(701)의 전원)이 변화되고 이 변화분이 다이오드(D11)를 통해 비교기(801)의 비반전 입력단(+)에 공급되어 실온에 대한 보상(추운곳에서는 본체(장판, 담요)의 온도를 보다 더 따뜻하게 유지시키고 더운곳에서는 다소 낮은 온도로 유지)이 이루어진다.

즉, 예를 들면 주변온도가 낮은 경우에는 더미스터(R24) 내부 저항값이 증가하여 실온보상회로(702)의 합성 저항값이 증가하므로 다이오드(D11)를 통해 비교기 (801)의 비반전 입력단(+)에 가해지는 전압이 작아지고 주변온도가 높은 경우(본체가 이불에 씌워져서 고온환경이 되는 경우)에는 더미스터(R24)의 내부 저항값이 감소하여 실온 보상회로(702)의 합성 저항값이 감소하여 다이오드(D11)를 통해 비교기(801)의 비반전 입력단(+)에 가해지는 전압이 상승하는데 따라 온도제어부(8)에 의한 온도제어가 수행된다.

온도제어부(8)에 의한 제어동작을 설명하면, 저항(R32)값 가변에 의하여 비교기(801)의 반전입력단(-)에 기준전압이 인가되어 온도설정이 이루어지고 이 온도를 기준으로 온도검출부(7)로부터 검출되어 공급되는 온도(실제는 전압)에 따라 기존온도와 비교하여 제어한다.

그런데 이 경우에 상기한 전열선(1)과 온도감지선(70)의 단락이나 또는 실온보상회로(702)에 의한 고온환경 검출시 다이오드(D11)를 통해 비교기(801)의 비반전입력단(+)에 높은 전압이 공급되므로 반전입력단(-)의 기준전압과 비교되어 현재의 온도 상태가 고온인 것으로 판단하게 된다. 이로써 비교기(801)의 출력신호에 따라 앤드게이트(803)의 출력신호가 제어되어 전열선(1)의 단락 또는 고온환경으로부터 보호되고 회로동작이 중단된다.

한편, 최초 전원투입시에는 쾌속 가열회로(802)에 의한 쾌속가열이 행해진다. 즉, 최초 전원투입시 비교기(801) 출력이 "0"이므로 다이오드(D3), SCR(Q1), 다이오드(D1)가 OFF 되므로 다이오드(D1) 애노우드 전압이 상승됨에 따라 다이오드(D2)가 ON 되어 비교기(801)의 반전입력단(-) 전압(기준전압)이 사용자가 설정한 전압(온도)보다 다소 높아지게 되므로 이 높아진 설정온도에 도달하기까지 가열이 지속되다가 설정온도에 도달하게 되면 비교기(801) 출력이 "1"이 되므로 다이오드(D3), SCR(Q1), 다이오드(D1)가 ON 된다.

다이오드(D1)가 ON 되면 다이오드(D2)가 OFF 되므로 비교기(801)의 반전입력단(-)은 원래 사용자가 설정했던 전압(온도)으로 복귀되므로서 승온에 소요되는 시간이 단출되는 것이다.

이후에 SCR(Q1)은 자체 소자특성에 의하여 비교기(801) 출력변화에 관계없이(즉, 게이트에 트리거 전압인가여부에 무관) 계속 OM 상태로 유지되므로 SCR(Q1)에 제약받지 않고 정상적인 온도제어가 수행된다.

상기한 단락 또는 과열에 의한 안전동작 설명중에서 저항( R19,R20)이 우선적으로 파손되어 비교기(801)로 하여금 고온환경으로 단락케 하여 조절기의 동작을 정지시키기 때문에 사후 발견이 용이하고 값비싼 온도퓨즈의 교환작업이 배제되는 잇점이 있게 되며 SCR(Q2)의 애노우드-게이트 단락과 같이 최악의 고장이 발생한 경우에는 저항(R17)의 발열에 의한 온도퓨즈(F2)의 용단으로 인하여 교류전원이 차단되므로써 최종적인 안전동작이 이루어지고 이와 같은 단계별 안전동작에 따라 기기의 신뢰성이 확보된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면 과열에 대한 안전대책이 확보되어 전기장판이나 전기담요의 사용시 불량으로 인한 화재발생을 방지하므로써 인명과 재난피해를 배제시킬 수 있고 기기의 품질향상을 도모할 수 있으며 고장시 사후처리 비용절감과 작업에 편리를 기할 수 있는 효과가 있다.

Claims

교류전원부(2)로부터 전열선(1)에 공급되는 전원을 SCR(Q2)로 단속하여 발연온도를 제어하고, 발열원이 되는 전열선(1)에 상용 교류전원부(2)에 있어서, RC결합(R6,C2)에 의한 교류전원을 입력으로 회로각부에 직류전원을 공급하며 피이드백 루프(R6,R7)를 구비함과 동시에 후단의 주파수 분할부(4)에 전원주파수에 대응하는 클록펄스를 공급하는 직류전원부(3)와, 전원주파수를 4분주하는 카운터(401) 및 앤드게이트(402)와 클록입력의 임펄스노이즈 유입을 방지하는 저항(R9) 및 콘덴서(C4)를 구비하여 전원주파수의 ¼에 대응하는 펄스신호를 출력하는 주파수 분할부(4)와, 입력 교류전원을 정류 및 평활하여 기준전위와 비교한 신호에 따라 교류전원 전압의 레벨(110V/220V)을 검출한 신호를 출력하여 주파수분할부(4) 출력을 제어하는 전원검출부(5)와, 사인파를 방형파로 변환한후 RC 시정수(R23,C7)에 의한 일정한 폭의 펄스신호를 출력하여 후단의 온도검출부(7)에 구비된 온도감지선(701)에 펄스전원을 공급하는 영전위 검출부(6)와, 전열선(1)의 2차회로를 이루는 온도감지선(701)의 온도-저항특성에 의한 온도변화 및 실온 온도를 감지한 신호를 후단의 온도제어부(8)에 공급하는 온도검출부(7)와, 상기 온도검출부(7)에서 공급된 신호 및 사용자에 의해 설정된 난방설정온도에 따라 초기 쾌속가열을 병행하면서 전열선(1) 전력제어용 SCR(Q2)을 제어하는 온도제어부(8)를 구비하여 됨을 특징으로 하는 온도제어장치.
제1항에 있어서, 온도검출부(7)는 실온의 고, 저온을 검출한 신호에 따라 온도제어동작을 제한하도록 저항(R25,R26) 및 더미스터(R24)로 이루어진 실온 보상회로(702)와, 전열선(1)과 온도감지선(701)의 단락시 온도제어부(8)에 단락감지신호를 공급하도록 저항(R19,R20,R21) 및 다이오드(D13)로 이루어진 안전회로(703)와, 영전위 검출부(6)로부터 공급되는 펄스신호를 온도감지선(701)에 전원으로 공급하기 위한 트랜지스터(Q3)와 저항(R27) 및 다이오드(D12)를 구비하여서 됨을 특징으로 하는 온도제어장치.
제1항에 있어서, 온도제어부(8)는 최초 전원투입시에 고속으로 설정온도에 도달하도록 비교기(801) 출력제어를 받는 다이오드(D3)및 SCR(Q1)과, 비교기(801)의 반전입력단(-) 전위를 제어하는 다이오드(D1,D2) 및 저항(R4,R5,R31)으로 이루어진 쾌속 가열회로(802)를 구비하며 온도설정을 위한 저항(R1,R2,R32,R33)과, 온도검출전압의 비교기(801) 및 SCR(Q2) 제어신호를 출력하는 앤드게이트(803)를 구비하여서 됨을 특징으로 하는 온도제어장치.