KR950003693Y1

KR950003693Y1 - 발열체의 온도 조절장치

Info

Publication number: KR950003693Y1
Application number: KR92014233U
Authority: KR
Inventors: 윤제섭
Original assignee: 윤제섭
Priority date: 1992-07-30
Filing date: 1992-07-30
Publication date: 1995-05-11
Also published as: KR940004040U

Abstract

내용 없음.

Description

발열체의 온도 조절장치

제1도는 본 고안의 블럭 다이어그램.

제2도는 본 고안의 상세 회로도.

제3도는 본 고안의 변형 실시예를 도시한 상세 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 정전압 전원부 R1-R13 : 저항

2 : 교류 동기부 VR1 : 가변 저항

3 : 110V/220V 감지부 VR2 : 반고정 저항

4 : 110V/220V 제어부 D1-D10 : 다이오드

5,5' : 위상 제어부 C1-C4 : 콘덴서

6,6' : 발열 제어부 SCR1-SCR3,SCR3' : 사이리스터

DLAC1,DLAC2 : 다이액

본 고안은 110V/220V의 이중 상용교류 전원 전압을 겸용하는 발열체의 온도조절을 위한 온도조절 장치에 관한 것이다.

구체적으로 본 고안은 발열체를 갖는 전열기구류, 전기요 또는 전기장판의 온도조절 장치에 관한 것으로써, 특히 110V/220V의 상이한 두 전원을 공통으로 사용할 수 있도록 이루어진 위상제어 방식의 발열체의 온도 조절장치에 관한 것이다.

종래에 있어서, 전기요 또는 전기 장판등을 온도 조절 하기 위하여 다양한 고안이 안출된 바 있었다.

한편, 상이한 가정용 상용교류 전원의 혼용되고 있는 국내 실정을 감안할때 단일 발열체를 사용하기 위하여 전압 절환 스위치를 사용하거나 또는 자동적으로 110V/220V를 감지하여 발열체에 공급되는 전원을 110V시 열량에 유사하게 하기 위하여 220V사용시는 발열체에 공급되는 전원을 분주공급하거나 또는 위상제어 방식에 의하여 110V/220V의 2종 전압을 사용할 수 있도록 이루어진 것들이 있었다.

상기한 종래 기술들로써 실용공고 제87-2925호, 제88-772호, 제90-6658호등과 실용공고 제91-4584호, 제91-6844호 등이 있다.

220V시 분주출력을 발생하여 영위상동기 방식으로 발열체를 구동되게 하는 전자에 있어서는 구동특성이 안정적인 반면에 그 회로 구성이 복잡하며, 위상 제어 방식인 후자에 있어서는 간결하게 이루어질 수 있다는 장점을 갖는 반면에 전기적인 잡음과 낮은 스위칭으로 SCR소자의 내구성이 현저하게 저하된다는 단점을 갖는 동시에 히터과열에 따른 감열선과의 단락시는 온도 휴즈가 차단되도록 하고 있으나 실제로 저항열에 의한 휴즈의 단선까지는 일정시한이 소요되며, 이 온도휴즈는 제조과정의 불량율이 높이는 요인으로 작용되고 있으며 휴즈에 의한 차단은 화재등을 방지할 수는 있겠으나 온도 조절 장치의 구성회로를 적절히 보호할 수 없어 회로를 파괴시키는 경우가 빈발하여 정비소요를 가중시킨다.

따라서 본 고안은 상술한 바와같은 종래의 기술이 갖는 제반 문제점을 해소하고자 안출한 것으로써 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 고안은 110V/220V의 상이한 전압하에서 단일의 발열선을 절환 스위치 없이 자동적으로 겸용할 수 있게 하기 위하여 110V와 220V를 감지하여 두 전원 전압하에서 평균 소비전력치를 일정하게 하기 위한 디케이드 카운터 출력이 110V시는 전사이클로, 220V시에는 1/5분주된 사이클로 부하전원을 제어하도록 하고, 발열선 과열로 인한 감열선관의 단락등과 같은 과전압 발생시에는 발열선을 구동하는 사이리스터의 케이트 신호를 즉시 차단 하므로써 회로의 파괴와 화재의 방지를 할 수 있도록 이루어진 반파 위상제어 방식의, 온도조절 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 부수적으로 간결한 회로구성과 염가의 장치를 제공하기도 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 상세한 기술 구성을 살펴보기로 한다.

먼저, 제1도를 참조하여 본 고안의 구성계통을 살펴보기로 한다.

상용 교류 전원인 AC 110V/220V를 로직에 필요한 전원으로 저하시켜 평활한 직류전원을 형성하는 정전압전원부(1), 상용교류에 동기하여 클럭에 발생하는 교류동기부(2), 입력전원이 110V인지 또는 220V인지를 판별하는 110V/220V 감지부(3)를 디케이드 카운터의 110V/220V 제어부(4)에 각각 전원(VDD)입력단과 클럭(CLK) 입력단 및 클리어(CLR)입력단에 입력 연결하고, 이 제어부(4)는 110V시는 전사이클동안“H”출력을 220V시에는 5HZ를 주기로 1HZ만 (1/5분주)“H”신호를 발생하여 이 제어부(4) 출력단에 발열선의 공급 전력을 설정하고 제한하는 위상 제어부(5)를 연결하여 위상 제어된 트리거 신호로 구동되는 발열 제어부(6)을 연결하되 발열선과 감열선의 단락에 의한 과전압이 회로에 가해질때 전력을 차단하는 콘덴서를 갖는 보호회로(7)로써 결합하여 이뤄진다.

좀더 구체적으로 그 상세회로의 구성을 알아보기로 한다. 즉, 제2도에 도시된 바와같이 본 고안은 상용 교류 AC 110V/220V 선간에 전압강하용 저항(R1, R2), 콘덴서(C1) 및 양파 정류용 다이오드(D1, D2) 정전압 다이오드(ZD) 평활콘덴서(C2)를 포함하는 정전압 전원부(1)의 정전압 전원을 0-10분주가능한 디케이드 카운터(DC)로된 110V/220V 제어부(4)에 전원(VDD)으로 입력하고 교류전원 선간에 저항(R3), 콘덴서(C3)를 직렬 접속하여 접속점에 저항(R4)와 순방향의 다이오드(D3)로된 교류 동기부(2)를 통하여 상기 제어부(4)에 클럭(CLK)입력으로 연결하여 110V/220V 감지부(3)는 저항(R7)을 상기 제어부(4)의 전원(VDD)입력단에 직렬로 저항(R8)을 접속하여 클리어(CLR)입력단에 입력연결하되 이 저항(R7, R8)의 접속점에 사이리스터(SCR1)의 에노드를 접속하고 케소드는 교류전원선에 연결하되 교류 전원선간에 분압저항(R5, R6)을 접속하여 그 접속점에 다이오드(D4)와 다이액(DIACI)을 통하여 상기 사이리스터(SCR1)의 게이트에 연결하여 이루고, 110V/220V제어부(4)는 출력단(OP1)을 다이오드(D5)을 개재하여 클리어(CLR)입력단에 저항(R8)과 공접하고 출력단(OP2)을 위상제어부(5)에 사이리스터(SCR2)의 게이트에 트리거 신호로써 제공한다.

위상 제어부(5)는 일측 상용 교류선으로 부터 저항(R11, R10)과 사이리스터(SCR2)의 케소드를 에노드단엔 저항(R9), 반고정 저항(VR2) 및 가변저항(VR1)을 직렬로 접속하고, 이 가변저항(VR1)에 감열선(S), 다이오드(D8), 다이액(DLAC2)을 직렬로 하여 발열제어부(6)의 사이리스터(SCR3)에 게이트에 트리거 신호로써 연결하며, 상기 감열선(S)의 전단에서 다이오드(D7), 콘덴서(C4)를 직렬로 접속하고 이 콘덴서(C4)를 상기 저항(R11, R10)의 접속점에 병렬접속하여 이루어지는 보호회로(7)를 포함한다.

발열제어부(6)는 상용교류선간에 발열선 구동용 사이리스터(SCR3)의 케이소드로 발열선(H), 저항과 발광다이오드(LED), 역서지 흡수용 다이오드(D9)를 상호병렬로 접속하여 이룬다.

미설명 부호로써 PL은 전원 표시등을, R13은 보호 저항을 P/SW는 파워스위치를 F는 휴즈를 각각 도시한 것이다.

한편 본 고안은 제3도에 도시한 바와같이 110V/220V 제어부(4)의 출력단(OP2)으로 직접 발열선 전원을 제어하기 위하여 사이리스터(SCR3)의 전단에 별도의 사이리스터(SCR3')를 접속하여 발열 제어부(6')를 이루고 위상제어부(5')는 사이리스터(SCR2)를 배제하고 저항(R9)과 저항(R10)을 상호 직렬 접속하여 이루어질 수 있다. D10은 서지 흡수용 다이오드이다.

상술한 바와같은 구성을 이루는 본 고안의 작용효과를 이하 좀더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

첨부 도면 제1도 및 제2도에 있어서, 본 고안인 발열체의 온도 조절장치는 상용 교류전원 AC 110V와 220V의 이종의 전압하에서 동일한 발열선을 겸용이 가능하도록 하기 위하여 AC 110V 입력시는 전사이클로 부하를 제어하고, AC 220V 입력시에는 5HZ당 1HZ동안 부하측에 전력을 공급하도록 한다.

먼저, AC 110V 입력시를 기준으로 살펴보면 파워 스위치(P/SW)를 닫아 전원이 인가되면 선간전압은 정전압 전원부(1)의 저항(R1, R2), 콘덴서(C1)에 의거 감쇠되고 전파정류가 가능하도록 된 다이오드(D1, D2)에 의거 정류되며 제너다이오드(ZD)와 콘덴서(C2)에 의하여 정전압의 평활한 전원이 얻어지게 된다. 이 정전압전원부(1)의 출력 전원은 110V/220V 제어부(4)의 디케이트 카운터(DC)에 전원(VDD)입력단에 인가되어 카운터 구동전원이 된다.

이때 교류전원 선간 결합된 교류동기부(2)는 교류 주파수에 일치하여 저항(R3) 콘덴서(C3)의 충방전으로 펄스파형을 생성 다이오드(D3)을 경유 디케이드 카운터(DC)의 클록(CLK)입력단에 카운터 펄스로 제공된다.

상기 디케이드 카운터(DC)는 0-10분주가능한 카운터 IC로써 클리어(CLR)입력단이 로우레벨일때 카운터를 행한다. 따라서 정전압 전원부(1)의 출력이 저항(R7, R8)을 경유 클리어(CLR)입력단에 하이레벨 상태가 될때 클록(CLK)입력의 카운터는 진행되지 못하여 0분주 출력단(OP2)은 지속적으로 하이레벨 상태에 있게된다. 이 하이레벨의 출력은 위상 제어부(5)의 사이리스터(SCR2)를 트리거 시키게 된다.

여기서 위상 제어부(5)는 발열선(H)과 감열선(S)이 나이론 서미스터층을 개재하여 권선되어 있는 관계로 발열선(H)과 감열선(S)사이에는 도시되지 아니 하였으나 실제 회로상에는 정전용량(콘덴서와도 같은것임)을 갖게한다.

상기 발열선(H)과 감열선(S)이 나일론 서미스터층을 개재 권선된 열선은 이미 잘 알려져 있으며 이는 온도가 상승하면 그 용량성 리액턴스가 저하되고 반대의 경우에는 상승하는 특성을 갖는다.

따라서 위상제어부(5)의 반고정 및 가변저항(VR2, VR1)과 다수의 고정저항(R9, R10, R11) 및 상기 정전용량이 사이리스터(SCR2)를 개재하여 직렬회로를 구성함으로 저항과 정전용량의 합성 임피던스가 형성되고 역방향의 사이리스터(SCR2)를 경유한 전원전압은 사용자가 설정하는 가변저항(VR1)값에 의거 임피던스 전압강하를 동반하고 이는 다이오드(D8)를 경유 전원 전압의 반파가 다이액(DIAC2)에 인가되면서 바열 제어부(6)의 사이리스터(SCR3)의 게이트에 트리거펄스를 인가할 수 있게 된다. 따라서 사이리스터(SCR3)가 도통되면서 발열선(H)에 전원전압이 인가되게 된다. 물론 발열선(H)에 인가되는 전원은 반파 전원이 될 것이며 결국 전원주파수에 1/2의 속도를 발광 다이오드(LED)가 점멸하여 발열선(H)가 동작상태에 있음을 알려주게 된다. 결국 사용자 설정한 가변저항(VR₁)값에 의거 최초 다이액(DIAC2)은 트리거 신호를 발생하고 사이리스터(SCR3)가 도통되어 발열선(H)이 어느설정 온도에 도달될 때까지 온도가 상승하여 감열층을 통한 감열선(S)와의 정전용량의 변화로 진상되고 임피던스 강하된 전압이 형성되고 이값이 다이액(DIAC)의 트리거 전압에 영향을 유발하여 사이리스터(SCR3)의 트리거점이 가변되고 따라서 발열선(H)에 공급되는 평균전력이 제어 되게 되는 것이다. 여기서 다이액(DIAC2)은 사이리스터(SCR3)의 트리거 소자로써 사용된다.

이제 AC 220V 입력시를 살펴보면, AC 110V에 비하여 AC 220V 입력하는 경우에 있어서는 통상 그 전력비가 4 : 1 정도에 해당하므로 동일한 발열선에 220V를 인가하는 경우에는 결국 1/4에 해당하는 전력을 공급하여야 110V사용시와 동일하 할 수 있다는 것이 통상적인 방식이다. 그러나 전기요, 전기장판등과 같은 경우에 있어서는 110V와 220V의 평균전력만을 산술적으로 적용하게 되면 발열선의 온도가 내, 외적인 표면보온재로 인하여 220V의 경우가 높게 나타나 발열선의 조기 파손을 초래하게 된다. 따라서 본 고안의 경우 상기 220V를 입력으로 취하는 경우에 있어서는 110V에 비하여 1/5에 해당하는 전력을 공급하므로써 110V와 220V를 겸용하면서도 발열선의 내구성을 유지할 수 있게 하고 있다.

즉, AC 220V가 인가되면 정전압 전원부(1) 및 교류 동기부(2)는 각각 디케이드 카운터(DC)에 전원(VDD)입력단과 클록(CLK)입력단에 입력되게 된다. (상술한 바 있음) 이때, 전원(VDD) 입력단에 공저된 저항(R7)가 저항(R8)을 통하여 클리어(CLR)입력단에 연결되는 클리어 신호인 하이 레벨의 전위는 110V/220V 감지부(3)의 분압저항(R5, R6)의 분압차가 110V에 비하여 높게 걸리게 되어 다이오드(D4)를 경유하여 다이액(DLACI)을 도통시키기에 충분하게 된다. 결국 다이액(DLACI)이 도통됨으로써 사이리스터(SCR1)가 도통되고 따라서 상기 저항(R7)과 저항(R8)의 접속점에 연결된 상기 사이리스터(SCR1)가 클리어(CLR)전위를 접지시키게 되고 이때부터 110V/220V 제어부(4)의 카운터(DC)는 출력단(OP2)로 5HZ당 1HZ의 하이레벨을 출력하는 이른바 5분주 출력이 발생되게 되는 것이다. 물론 5분주의 리셋은 출력단(OP1)에서 다이오드(D5)를 경유 클리어(CLR)단에 제공되고 이러한 카운트 동작이 반복되게 된다.

이하 위상제어부(5)와 발열 제어부(6)의 구동은 상술한 바와 동일하며 단지 발열선(H)에 220V 입력이 5HZ당 1HZ만이 인가되는 것과 발광다이오드(LED)의 점멸 간격이 110V에 비하여 길어진다는 점이 상이한 것으로 그 설명은 생략하기로 한다.

또한 본 고안은 사용중 발열선 과열로 인한 빈발하는 감열선과의 단락의 경우 종래와 같이 휴즈저항기 또는 휴즈에 의하여 회로상의 공급 전원을 차단하므로써 차단시간이 비교적 길어서 유발되는 화재와 또는 휴즈저항기 및 기타 부품의 소손을 효과적으로 방지하고 정확하게 차단하기 위하여 발열선(H)과 감열선(S) 단락시 이 단락 전원을 충전하는 콘덴서(C4)를 갖는 보호회로(7)를 형성하여 사이리스터(SCR3)의 트리거 전원을 차단하게 된다.

이로써 사이리스터(SCR3)가 오프됨으로 발열선(H)에 공급되는 전원은 즉시 차단 되게 된다.

또한 극히 드문 경우이긴 하나 상기 콘덴서(C4)가 단락 전원을 모두 수용하지 못하여 과충전에 의한 단락이 유발되게 되는 경우를 대비하여 콘덴서(C4)를 저항(R11)에 접속하고 이 저항(R11)을 비교적 낮은 저항으로 형성하여 콘덴서(C4)단락시 저항(R11)이 일시에 단선되도록 하여 1차 보호장치인 콘덴서(C4)와 2차 보호장치인 저항(R11)을 갖게 된다. 이는 주울열에 의한 온도 휴즈를 채택하고 있는 기존에 제시된 기술에 비하여 순간차단 및 고장정비 소요, 그리고 단락된 전열기구에 온도 조절기를 삽입하더라도 온도 조절기와 파손되는 경우를 극대화하고 극감되게 할 수 있는 효과를 갖는다.

한편 제3도와 같은 변형된 실시예의 경우에 있어서는 디케이드 카운터(DC)의 분주출력(OP2)을 직접 상용교류를 개폐하도록된 사이리스터(SCR3')을 위상 제어용 사이리스터(SCR3)의 전단에 형성하여 제어하는 것이다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 고안은 위상제어 방식의 온도조절장치에 110V/220V를 겸용하기 위하여 분주 출력되는 카운터를 적용하며 그 출력특성이 정확하고 간결한 동시에 즉각적으로 동작되는 2중의 안전장치를 형성하여 여타회로와 파손이나 고장정비 요소를 완전하게 배제하고 과열에 따른 부작용을 근본적으로 해소한 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims

위상제어되는 발열체의 온도조절 장치에 있어서, 상용 교류 전원인 AC 110V/220V를 로직에 필요한 전원으로 저하시켜 평활한 직류전원을 형성하는 정전압전원부(1), 상용교류에 동기하여 클럭을 발생하는 교류동기부(2), 입력전원이 110V인지 또는 220V인지를 판별하는 110V/220V 감지부(3)를 디케이드 카운터의 110V/220V 제어부(4)에 각각 전원(VDD)입력단과 클럭(CLK)입력단 및 클리어(CLR)입력단에 입력 연결하고, 이 제어부(4)는 110V 시는 전사이클동안“H”출력을 220V시에는 5HZ를 주기로 1HZ만 (1/5분주)“H”신호를 발생하여 이 제어부(4) 출력단에 발열선의 공급 전력을 설정하고 제한하는 위상 제어부(5)를 연결하여 위상 제어된 트리거 신호로 구동되는 발열 제어부(6)을 연결하되 발열선과 감열선의 단락에 의한 과전압이 회로에 가해질때 발열선 전력을 차단하는 콘덴서를 갖는 보호회로(7)로써 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열체의 온도조절장치.
제1항에 있어서, 상기 정전압 전원부(1)는 전압강하용 저항(R1, R2), 콘덴서(C1) 및 양파 정류용 다이오드(D1, D2) 정전압 다이오드(ZD), 평활 콘덴서(C2)로 이루어 정전압 전원을 0-10분주가능한 디케이드 카운터(DC)로된 110V/220V 제어부(4)에 전원(VDD)으로 입력하고 교류전원 선간에 저항(R3), 콘덴서(C3)를 직렬 접속하여 접속점에 저항(R4)와 순방향의 다이오드(D3)로된 교류 동기부(2)를 통하여 상기 제어부(4)의 전원(VDD)입력단에 연결하고 직렬로 저항(R8)을 접속하여 클리어(CLR)입력단에 입력연결하되 이 저항(R7, R8)의 접속점에 사이리스터(SCR1)의 에노드를 접속하고 케소드는 교류전원선에 연결하되 교류 전원선간에 분압저항(R5, R6)을 접속하여 그 접속점에 다이오드(D4)와 다이액(DLAC1)을 통하여 상기 사이리스터(SCR1)의 게이트에 연결하여 이루고, 110V/220V 제어부(4)는 출력단(OP1)을 다이오드(D5)을 개재하여 클리어(CLR)입력단에 저항(R8)과 공접하고 출력단(OP2)을 위상제어부(5)에 사이리스터(SCR2)의 게이트에 트리거 신호로써 연결하고 위상 제어부(5)는 일측 상용 교류선으로 부터 저항(R11, R10)과 사이리스터(SCR2)의 케소드를 에노드단엔 저항(R9) 반고정 저항(VR2) 및 가변저항(VR1)을 직렬로 접속하고, 이 가변저항(VR1)에 감열선(S), 다이오드(D8), 다이액(DLAC2)을 직렬로 하여 발열제어부(6)의 사이리스터(SCR3)에 게이트에 트리거 신호로써 연결하며, 상기 감열선(S)의 전단에서 다이오드(D7), 콘덴서(C4)를 직렬로 접속하고 이 콘덴서(C4)를 상기 저항(R11, R10)의 접속점에 병렬접속하여 이루어지는 보호회로(7)를 포함하여 이루되, 발열제어부(6)는 상용교류선간에 발열선 구동용 사이리스터(SCR3)의 케소드로 발열선(H), 저항과 발광다이오드(LED), 역서지 흡수용 다이오드(D9)를 상호병렬로 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열체의 온도조절장치.
제2항에 있어서, 110V/220V 제어부(4)의 출력단(OP2)으로 직접 발열선 전원을 제어하기 위하여 사이리스터(SCR3)의 전단에 별도의 사이리스터(SCR3')를 접속하여 발열제어부(6')를 이루고 위상제어부(5')는 사이리스터(SCR2)를 배제하고 저항(R9)과 저항(R10)을 상호 직렬 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열체의 온도조절장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 위상제어부(5, 5')의 위상제어 신호는 발열선(H)과 감열선(S)사이의 정전용량인 것을 특징으로 하는 발열체의 온도조절장치.