KR20020001405A - 디지털 전기 인두기 및 그의 온도 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인두 팁에서의 열 전달에 대한 절연 기능 및 설정 온도와의 편차를 감소시키고 사용자의 편리를 추구하여 피로를 감소시키고, 인두 팁에 정전기 또는 누설 전류가 없는 디지털 전기 인두기 및 그의 온도 제어 방법에 관한 것으로서, 인두 팁의 실제 온도를 측정하는 센서부와, 상기 센서부에서 측정한 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어신호를 받아 상기 인두 팁을 가열하는 히터를 제어하는 온도 제어부와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 사용자 설정온도 및 현재 인두 팁의 온도상태를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

디지털 전기 인두기 및 그의 온도 제어 방법{Digital Soldering iron and method for controlling a temperature of the same}

본 발명은 전기 인두기에 관한 것으로, 특히 인두 팁(TIP)에서의 열 전달에 대한 절연 기능 및 설정 온도와의 편차를 감소시키는데 적당한 디지털(Digital) 전기 인두기의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것이다.

통상적으로 납땜용 전기 인두기는 전자회사 생산현장, 전자기판 실험실, 학생 실습실 등에서 사용되며, 주로 프린트 기판(PCB) 등에 전원 또는 회로를 패턴(pattern)화 시키고, 이 패턴부에 IC 등의 부품이나 전기 및 전자소자를 납땜으로 용접하고 이들을 고정 설치하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 전기 인두기를 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전기 인두기(1)는 절연재(예를 들면 실리콘 고무)로 형성된 손잡이부(2)와, 상기 손잡이부(2)의 전방에 그 단부가 뾰족한 봉형상으로 된 인두 팁(Tip)(3)으로 구성된다.

한편, 상기 손잡이부(2) 후방으로 전원선(4) 및 전원플러그(도시하지 않음)가 구성되어 전원을 인가함으로서 상기 인두 팁(3)을 가열시킨다.

상기와 같이 구성된 전기 인두기(1)는 전원플러그를 벽체에 형성된 콘센트(도시하지 않음)에 끼움으로서 전원선(4)을 통하여 전원이 상기 인두 팁(3)으로 인가되어 가열된다.

이후, 상기 손잡이부(2)를 잡고 납땜을 소망하는 위치에 뾰족한 인두 팁(3)의 단부와 별도의 실납(도시되지 않음)을 함께 접촉시킴으로서 IC 등의 부품이나 전기 및 전자소자에 실납을 융착시킨다.

그러나 상기와 같은 종래의 전기 인두기는 다음과 같은 문제점 있었다.

즉, 전기 인두기는 누설 전류 및 정전기 발생으로 인하여 PCB 보드의 손상 및 소자의 파괴를 초래하며, 사용자의 피로를 가져온다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 인두 팁에서의 열 전달에 대한 절연 기능 및 설정 온도와의 편차를 감소시키고 사용자의 편리를 추구하여 피로를 감소시키고 인두 팁과 열전달 팁 중간에 세라믹 봉을 용접하여 정전기 또는 리크(Leak) 전류에 의한 잡음이 땜납 하고자 하는 부품에 전달되지 않도록 하고 열을 잘 전달할 수 있도록 한 디지털 전기 인두기 및 그의 온도 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 전기 인두기를 나타낸 사시도

도 2는 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기를 나타낸 구성도

도 3은 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법을 나타낸 플로우 차트

도 4는 도 2의 센서부를 나타낸 회로도

도 5는 도 2의 온도 제어부를 나타낸 회로도

도 6은 본 발명에 의한 디지털 전기 인두가를 나타낸 사시도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 인두 팁 22 : 센서부

23 : 제어부 24 : 히터

25 : 온도 제어부 26 : 디스플레이부

27 : A/D 변환기 28 : 마이크로 프로세스부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기는 인두 팁의 실제 온도를 측정하는 센서부와, 상기 센서부에서 측정한 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어신호를 받아 상기 인두 팁을 가열하는 히터를 제어하는 온도 제어부와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 사용자 설정온도 및 현재 인두 팁의 온도상태를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법은 시스템을 초기화한 후 인두 팁의 실제 온도를 측정한 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 시스템에 입력하는 단계와, 상기 설정온도를 사용자가 몇 ℃로 설정하였는지 알 수 있도록 하기 위하여 HEX값을 BCD값으로 변환하는 단계와, 상기 BCD값으로 변환된 설정온도를 디스플레이 하는 단계와, 상기 인두 팁의 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 단계와, 상기 제어신호에 따라 인두 팁을 가열하는 히터를 제어하고 디스플레이 하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기 및 그의 온도 제어 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명의 디지털 전기 인두기는 도 1의 일반적인 전기 인두기(1)내에 사용자가 임의로 설정한 설정온도와 인두 팁의 실제 온도와의 편차를 줄이기 위하여 80C196KC를 사용하여 시스템을 설계하였다.

그리고 본 발명의 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법은 80C196KC의 입출력-포트(IO-PORT)와 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 A/D 변환기(converter)와 내장된 코어(core)를 사용, PID 제어(control) 기법을 이용하여 온도를 제어하는 방법을 이용하였다.

도 2는 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기를 나타낸 구성도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 인두 팁(21)의 실제 온도를 측정하는 센서부(22)와, 상기 센서부(22)에 출력된 측정온도와 사용자의 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 제어부(23)와, 상기 제어부(23)의 제어신호를 받아 상기 인두 팁(21)을 가열하는 히터(24)를 제어하는 온도 제어부(25)와, 상기 제어부(23)의 제어신호에 따라 사용자가 임의로 설정한 설정온도 및 현재 인두 팁(21)의 온도상태를 디스플레이 하는 디스플레이부(26)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 사용자의 설정온도는 가변저항을 사용하여 사용자가 임의로 온도를 설정할 수 있고, 상기 설정온도를 연산하여 사용자가 몇 ℃로 설정하였는지를 알 수 있도록 80C196KC가 가지고 있는 HEX값을 BCD값으로 변환하여 80C196KC의 포트를 통하여 7-세그먼트를 구동하여 설정온도를 표시한다.

또한, 상기 제어부(23)는 상기 센서부(22)에서 출력된 측정온도를 디지털값으로 변환하여 출력하는 A/D 변환기(27)와, 상기 A/D 변환기(27)에서 디지털값으로 변환된 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 마이크로 프로세서부(28)로 구성된다.

또한, 상기 사용자가 임의로 설정한 설정온도는 설정온도를 사용자가 몇 ℃로 설정하였는지 알 수 있도록 하기 위하여 80C196KC가 가지고 있는 HEX값을 BCD값으로 변환하고, 상기 BCD값으로 변환된 설정온도를 80C196KC의 포트(port)를 통하여 설정온도를 표시하기 위하여 7-세그먼트(7-segment)(도시되지 않음)를 구성한다.

한편, 본 발명에서 사용된 80C196KC(16비트 마이크로 컨트롤러)는 MCS-96 마이크로 컨트롤러 패밀리 중에서도 아주 우수한 기능을 갖고 있다.

즉, 20MHz까지 동작, 28개 인터럽트 소스/16개 벡터, 256바이트의 추가된 RAM, 16비트 ×16곱셈, 파워다운/아이들(idle)모드, 16비트 위치도그 타이머, 동적 구조로 되오 있는 8비트/16비트 버스, 캡쳐 기능이 있는 16비트 업/다운 카운터, 샘플/홀드 기능을 갖는 8/10비트 A/D 변환기, 다섯 개의 8비트 입출력 포트, 세 개의 PWM 출력, 네 개의 16비트 소프트 등의 특징을 갖고 있다.

도 3은 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

먼저, 시스템을 초기화한 후 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 시스템에 입력한다(S100).

여기서 상기 측정온도는 온도센서를 이용하여 인두 팁의 실제 온도를 측정한 온도이다.

이어, 상기 설정온도를 사용자가 몇 ℃로 설정하였는지 알 수 있도록 하기 위하여 80C196KC가 가지고 있는 HEX값을 BCD값으로 변환한다(S200).

이어, 상기 BCD값으로 변환된 설정온도를 7-세그먼트(7-segment)를 이용하여 설정온도를 표시한다(S300).

이어, 상기 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교한다(S400).

이어, 상기 측정온도와 설정온도를 비교하여 설정온도가 측정온도보다 크면 히터의 구동한다(S500).

즉, 사용자가 임의로 설정한 설정온도가 측정온도보다 크면 히터를 구동하고 작으면 히터를 구동하지 않는다.

한편, 히터를 구동하기 위해 흐르는 전류의 흐름이 길면 히터의 온도가 빨리 상승하고 흐르는 시간이 짧으면 온도의 상승이 늦어지고, 설정온도와 히터의 온도가 같아지면 PIC 제어를 통해 히터에 흐르는 전류의 공급시간을 조절하여 히터의 온도가 일정하게 유지되도록 한다.

그리고, 상기 비교한 결과 설정온도와 측정온도가 갖으면 LED를 통해 청색LED로 디스플레이 한다(S600).

도 4는 도 2의 센서부를 나타낸 회로도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 디지털 전기 인두기의 인두 팁에 내장되어 있는 센서부(22)는 온도가 올라감에 따라 저항 값이 변하는 특성을 갖고 있으며 상온 25℃에서 28.84Ω의 저항값을 갖는다.

한편, 상기 센서부(22)는 전압분배 회로로 구성하여 온도가 올라감에 따라 센서에 걸리는 전압의 변화량을 추출한다.

여기서는 서미스터(thermistor)(22a) 출력이 불규칙하게 변하기 때문에 피크 전압을 잡기 위해서 버퍼(22b)를 부착한 다음 소신호 증폭기(23c)를 부착하여 신호를 증폭시켜서 A/D 변환기(27)에 입력한다.

도 5는 도 2의 온도 제어부를 나타난 회로도이다.

도 5에서와 같이, 온도 제어부(25)는 히터의 입력전원으로 24V AC전원을 사용하며 AC 전원을 제어하기 위하여 무접점 딜레이와 같이 동작을 하는 SSR(25a)을 사용한다.

먼저, 트랜지스터(25b)는 80C196KC의 PORT 2가 LOW의 출력을 인가하면 TR의 콜렉터에서는 5V의 전압이 출력된다.

이어, 상기 트랜지스터(25b)의 출력단은 SSR(25a)의 입력전원이 되어 SSR(25a)이 동작하면 히터에 24V/AC 전압이 인가되어 전류가 흐르게 되고 PORT 2가 HIGH 출력을 인가하게 되면 트랜지스터(25b)의 콜렉터 단자는 LOW가 출력되어 SSR(25a)이 동작하지 않는다.

이렇게 SSR(25a)이 동작할 수 있도록 80C196KC에서 LOW신호를 계속 출력하면 히터에 전류의 흐름시간이 많아지고 히터의 온도는 상승을 하고, 80C196KC의 PORT 2에서 HIGH가 출력되는 시간이 길어지면 히터의 온도는 상승속도가 늦어지게 되어 설정온도를 유지하게 된다.

그리고 사용자가 납땜을 하면 온도가 하강하게 된다. 온도의 하강이 설정온도 이하로 되면 80C196KC는 SSR(25a)을 동작시켜 히터(24)에 전류를 공급하여 다시 설정온도까지 히터(24)의 온도를 보상하게 된다.

한편, 상기 트랜지스터(25b)의 베이스 단자와 PORT 2 사이에는 1K의 저항이 연결되고, 트랜지스터(25b)의 이미터 단자에는 VCC 전원(5V)이 인가된다.

또한, 상기 SSR(25a)의 입력전원은 트랜지스터(25b)의 출력단과 외부의 접지단이다.

도 6은 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기를 나타낸 사시도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 디지털 전기 인두기(31)는 절연재(예를 들면 실리콘 고무)로 형성된 손잡이부(32)와, 상기 손잡이부(32)의 전방에 그 단부가 뾰족한 봉형상으로 된 인두 팁(Tip)(33)과, 상기 인두 팁(33)의 중앙부분에 용접되면서 열전도가 잘되는 세라믹 봉(34)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 손잡이부(32) 후방으로 전원선(35) 및 전원플러그(도시하지 않음)가 구성되어 전원을 인가함으로서 상기 인두 팁(33)과 누설전류가 없는 세라믹 봉(34)을 가열시킨다.

여기서 상기 세라믹 봉(34)은 바륨(Ba) 50%와 산화 알루미늄(Al₂O₃) 50%을 혼합시킨 후에 소결하여 봉 형태로 형성한다.

한편, 미설명한 부호 36은 상기 인두 팁(33)과 세라믹 봉(34)을 연결하기 위한 용접부분이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 디지털 전기 인두기 및 그의 온도 제어 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 디지털 전기 인두기의 손잡이 부분에 있어서 열전달에 대한 절연기능 및 사용자의 피로를 감소시킬 수 있다.

둘째, 시스템 부분에 있어서는 종전의 설정온도와의 오차가 ±5℃ 정도인데 반해 개발된 제품에서는 디지털 제어 방식을 이용하여 온도 편차를 ±2℃이하로 줄일 수 있다.

셋째, 누설 전류 및 정전기 발생을 차단하여 납땜 작업시 PCB 보드 및 소자의 파괴를 방지할 수 있다.

Claims (17)

1. 인두 팁의 실제 온도를 측정하는 센서부와,

   상기 센서부에서 측정한 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 제어부와,

   상기 제어부의 제어신호를 받아 상기 인두 팁을 가열하는 히터를 제어하는 온도 제어부와,

   상기 제어부의 제어신호에 따라 사용자 설정온도 및 현재 인두 팁의 온도상태를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부는 온도가 올라감에 따라 센서부에 걸리는 전압의 변화량을 추출하는 전압분배회로로 구성함을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부는 상온 25℃에서 28.84Ω의 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부는 가변저항인 서미스터와, 상기 서미스터의 피크전압을 잡기 위한 버퍼와 소신호 증폭을 위한 증폭기로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 히터의 입력전원으로 AC 24V 전원을 사용하는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 제어부는 상기 제어부의 신호를 받아 전원전압을 출력하는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 콜렉터 단자에 연결되어 히터를 구동하는 전압을 출력하는 SSR로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부에서 출력된 측정온도를 디지털값으로 변환하여 출력하는 A/D 변환기와, 상기 A/D 변환기에서 디지털값으로 변환된 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 마이크로 프로세서부로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 80C196KC로 구성함을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 디스플레이할 수 있도록 7-세그먼트를 구성함을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 인두 팁의 중앙부분에 열전도가 잘되는 특수 세라믹 봉이 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기.
11. 시스템을 초기화한 후 인두 팁의 실제 온도를 측정한 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 시스템에 입력하는 단계;

    상기 설정온도를 사용자가 몇 ℃로 설정하였는지 알 수 있도록 하기 위하여 HEX값을 BCD값으로 변환하는 단계;

    상기 BCD값으로 변환된 설정온도를 디스플레이 하는 단계;

    상기 인두 팁의 측정온도와 사용자가 임의로 설정한 설정온도를 비교하여 제어신호를 출력하는 단계;

    상기 제어신호에 따라 인두 팁을 가열하는 히터를 제어하고 디스플레이 하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어신호에서 측정온도와 설정온도가 같아지면 LED에 출력신호를 보내어 청색 LED가 불이 켜지도록 하는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 설정온도는 7-세그먼트를 구동하여 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법.
14. 제 11 항에 있어서, 상기 설정온도는 가변저항을 사용하여 사용자가 임의로 온도를 설정하는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법.
15. 제 11 항에 있어서, 상기 히터를 제어하는 시간은 PID 제어 기법을 이용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법.
16. 제 11 항에 있어서, 상기 설정온도와 히터의 온도가 같아지면 히터에 흐르는 전류의 공급시간을 조절하여 히터의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법.
17. 제 11 항에 있어서, 상기 설정온도가 측정온도보다 크면 히터를 구동하고 작으면 히터를 구동하지 않는 것을 특징으로 하는 디지털 전기 인두기의 온도 제어 방법.