KR20060006383A - 부하 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류 또는 직류 팬, 전등, 모터 등과 같은 부하(Load)의 회전수, 밝기, 점멸시간 등을 제어하는 장치에 관한 것으로, 사용자가 가변저항값을 변경하여 교류 전압과 직류 전압을 원하는 대역으로 조절하므로써 교류 및 직류 부하의 회전수 또는 밝기를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 서로 다른 주기로 동작되는 주 온 오프 조절부 및 부 온 오프 조절기에 의해 다수의 교류 및 직류 부하들이 개별적으로 구동될 수 있으며, 부하의 초기 기동시에 임의의 시간동안 높은 전압이 인가되도록 하므로써 기동 정지 현상이 없이 부하들이 안정적으로 동작될 수 있다.

부하, 부하 강압기, 온 오프 조절기, 기동부, 릴레이, 점멸기

Description

부하 제어 장치 {Apparatus for controlling loads}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부하 제어 장치를 설명하기 위한 블록도.

도 2a는 도 1에 도시된 교류 부하 강압기의 일 실시예를 설명하기 위한 회로도.

도 2b는 도 2a에 도시된 가변저항의 구성예를 도시한 사시도.

도 3a는 도 1에 도시된 교류 부하 강압기의 다른 실시예를 설명하기 위한 회로도.

도 3b 및 도 3c는 도 3a에 도시된 가변저항의 구성예를 도시한 사시도.

도 4는 도 1에 도시된 직류 부하 강압기의 실시예를 설명하기 위한 회로도.

도 5는 도 1에 도시된 전원부를 설명하기 위한 회로도.

도 6은 도 1에 도시된 주 온 오프 조절부를 설명하기 위한 회로도.

도 7은 도 1에 도시된 부 온 오프 조절부를 설명하기 위한 회로도.

도 8a는 도 1에 도시된 기동부를 설명하기 위한 회로도.

도 8b는 도 8a에 도시된 릴레이의 상세도.

도 9a는 도 8a의 기동부에 적용되는 발진회로의 회로도.

도 9b는 도 9a를 설명하기 위한 출력 파형도.

도 10은 도 1에 도시된 릴레이 접점부를 설명하기 위한 회로도.

도 11은 본 발명에 따른 부하 제어 장치의 출력 파형도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

110: 교류 부하 강압기 111, 121: 광대역 전압 조절부

112, 122: 전압 조절부 113: 케이스

114, 117: 샤프트 118: 구멍

120: 직류 부하 강압기 123: 트랜스포머

124: 직류 정류회로 130: 부하 점멸 제어기

131: 전원부 132: 주 온 오프 조절부

133: 부 온 오프 조절부 134: 기동부

140: 릴레이 접점부 150: 교류 부하

151 내지 154: 직류 부하

본 발명은 교류 또는 직류 팬, 전등, 모터 등과 같은 부하(Load)의 회전수, 밝기, 점멸시간 등을 제어하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 교류 및 직류 부하에 대하여 개별적으로 부하 전압과 점멸시간을 용이하게 조절할 수 있도록 한 부하 제어 장치에 관한 것이다.

이하에서 언급되는 점멸과 온(On), 오프(Off)는 동일한 의미이며, 설명의 편의를 위해 혼용하여 사용하기로 한다.

일반적인 팬 모터 제어 장치에서 동작 점멸시간은 24 시간용 접점식 타이머(Timer)를 사용하여 제어하며, 모터의 회전수는 교류 부하 강압기 등을 사용하여 제어한다. 보다 구체적으로는 타이머를 이용하여 부하로 공급되는 전원의 온 및 오프 시간을 조절함으로써 점멸시간이 제어되며, 교류 부하 강압기의 가변저항값를 변경하여 교류 전압을 조절함으로써 회전수가 제어된다.

그러나 일반적으로 사용되는 접점식 타이머의 최소 세팅 시간이 10분 내지 15분 이하이기 때문에 시간의 세팅에 제한이 따르며, 부하의 종류가 달라질 경우 교류 부하 강압기에서 조절할 수 있는 전압의 대역이 달라지기 때문에 부하의 종류에 적합한 가변저항으로 교체하여야 하는 문제점이 있다. 일반 사용자로서는 부품 상태로 내장된 가변저항을 교체하기 어렵다.

다른 구성으로, 직류 팬 모터의 회전수를 제어하기 위해 직류 부하 강압기를 사용한다. 다운 트랜스포머(Transformer)와 직류 정류 회로를 이용하는 직류 부하 강압기는 사용자가 다운 트랜스포머의 2차측 탭을 변경하여 필요한 직류 전압을 얻을 수 있다. 그러나 이 경우 미리 설정된 전압(예를 들어, 0V, 6V, 9V, 12V)만을 선택할 수 있기 때문에 부하에 인가하는 직류 전압을 사용자가 미세하게 조절할 수 없는 단점이 있다.

교류 전압을 강압해서 부하 구동용 교류 또는 직류 전압을 만드는 팬 모터 제어 장치의 다른 예로서, 부하 구동용 교류 전압을 조절하기 위해 슬라이닥스(Slidacs)를 이용한다. 이 경우 사용자가 코일 접점의 위치를 변경하여 필요한 전압을 임의로 가변할 수 있으나, 큰 부하에 적용할 경우에는 슬라이닥스의 부하 용 량을 크게 해야 하기 때문에 상대적으로 커지는 철심의 무게로 인하여 제어 장치의 전체중량이 무거워진다.

다른 구성으로, 전압조절부, 다운 트랜스포머 및 정류회로로 구성되는 직류 부하 강압기를 사용한다. 다운 트랜스포머의 2차측은 최대 출력 전압 탭에 고정되도록 하고, 전압조절부에서 다운 트랜스포머의 1차측 전압을 제어한다. 사용자가 전압조절부의 가변저항값를 조절하여 필요한 직류 전압을 만들 수 있다. 그러나 부하측에 직류 팬이 연결된 경우 초기 전압이 직류 팬의 최소 공급 전압보다 낮게 공급되면 부하가 기동되지 않는 문제점이 있다. 직류 팬은 최소 사양보다 낮은 전압이 공급되어도 기동 가능 범위 내에서는 매우 저속으로라도 회전되는 장점을 가지지만, 이 구조에서는 기동을 위한 별도의 제어회로를 추가하지 않으면 낮은 전압에서 초기 구동이 이루어지지 않으므로 여러 방법을 조합하여 미세한 전압 조절을 구현한다 하여도 다양한 응용이 불가능하다.

본 발명의 목적은 다양한 교류 및 직류 부하(Load)에 대해 부하 전압과 부하의 점멸시간을 용이하게 조절하도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사용자가 가변저항값을 변경하여 교류 전압과 직류 전압을 원하는 대역으로 조절하므로써 교류 및 직류 부하의 회전수를 용이하게 조절할 수 있으며, 다양한 교류와 직류 부하에 적용이 가능하도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 부하에 인가하는 전압을 미세하게 조절하면서 낮은 전압에서도 기동할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 발진 정지 상태에 빠지지 않으면서 온 및 오프 시간을 개별적으로 조절할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 교류 전원을 공급받아 다수의 직류 부하를 구동시키기 위한 전압을 출력하되, 상기 부하에 적합하도록 강압 대역폭을 조절할 수 있는 직류 부하 강압기, 온 타임 및 오프 타임 길이의 신호를 출력하되, 상기 온 타임 및 오프 타임 길이를 개별적으로 조절할 수 있는 주 온 오프 조절부, 상기 주 온 오프 조절부의 출력 신호와 다른 주기를 가지는 온 타임 및 오프 타임 길이의 신호를 출력하되, 상기 온 타임 및 오프 타임 길이를 조절할 수 있는 부 온 오프 조절부, 상기 주 온 오프 조절부 및 부 온 오프 조절부로부터 입력되는 신호에 따라 상기 직류 부하의 초기 기동을 위한 신호를 출력하는 기동부, 상기 주 온 오프 조절부 및 부 온 오프 조절부의 출력신호에 따라 상기 직류 부하 강압기로부터 제공되는 전압이 상기 직류 부하로 공급되도록 하며, 상기 직류 부하의 초기 기동시 상기 기동부로부터 제공되는 신호에 따라 상기 직류 부하로 초기 기동 전압이 공급되도록 하는 릴레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 교류 전원을 공급받아 교류 부하를 구동시키기 위한 전압을 출력하되, 상기 부하에 적합하도록 강압 대역폭을 조절할 수 있는 교류 부하 강압기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 강압 대역폭은 내장된 반고정 가변저항으로 조절하며, 상기 반고정 가변저항의 샤프트가 케이스 외부에 부착된 것을 특징으로 한다.

상기 직류 부하 강압기는 상기 교류 전원의 강압 대역폭을 조절할 수 있는 전압 조절부, 상기 교류 전원 및 상기 전압 조절부의 출력단자에 1차측이 연결된 트랜스포머, 상기 트랜스포머의 2차측 전압을 직류로 변화시켜 상기 직류 부하를 구동시키기 위한 전압을 출력하는 정류회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 주 온 오프 조절부는 제 1 타이머 집적회로, 상기 제 1 타이머 집적회로의 디스챠지, 스레스홀드 및 트리거 단자에 연결되어 상기 온 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 1 캐패시터 및 제 1 가변저항, 상기 제 1 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되는 제 1 트랜지스터, 전원 전압 및 상기 제 1 트랜지스터 간에 코일이 접속된 릴레이, 상기 제 1 트랜지스터의 출력에 의해 리셋되는 제 2 타이머 집적회로, 상기 제 2 타이머 집적회로의 디스챠지, 스레스홀드 및 트리거 단자에 연결되어 상기 오프 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 2 캐패시터 및 제 2 가변저항, 상기 제 2 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되며, 상기 제 1 타이머 리셋을 위한 신호를 출력하는 제 2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 부 온 오프 조절부는 제 1 타이머 집적회로, 상기 제 1 타이머 집적회로의 디스챠지, 스레스홀드 및 트리거 단자에 연결되어 상기 온 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 1 캐패시터 및 제 1 가변저항, 상기 제 1 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되는 제 1 트랜지스터, 전원 전압 및 상기 제 1 트랜지스터 간에 코일이 접속된 릴레이, 상기 제 1 트랜지스터의 출력에 의해 리셋되는 제 2 타이머 집적회로, 상기 제 2 타이머 집적회로의 디스챠지, 스레스홀드 및 트리거 단자에 연결되어 상기 오프 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 2 캐패시터 및 제 2 가변저항, 상기 제 2 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되며, 상기 제 1 타이머 리셋을 위한 신호를 출력하는 제 2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기동부는 트리거 단자를 통해 상기 주 온 오프 조절부의 제 1 타이머 집적회로로부터 제공되는 신호를 입력받는 제 1 타이머 집적회로, 상기 제 1 타이머 집적회로의 디스챠지 및 스레스홀드 단자에 연결되어 온 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 1 캐패시터 및 제 1 가변저항, 상기 제 1 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되는 제 1 트랜지스터, 전원 전압 및 상기 제 1 트랜지스터 간에 코일이 접속된 제 1 릴레이, 트리거 단자를 통해 상기 주 온 오프 조절부의 제 2 타이머 집적회로로부터 제공되는 신호를 입력받는 제 2 타이머 집적회로, 상기 제 2 타이머 집적회로의 디스챠지 및 스레스홀드 단자에 연결되어 온 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 2 캐패시터 및 제 2 가변저항, 상기 제 2 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되는 제 2 트랜지스터, 전원 전압 및 상기 제 2 트랜지스터 간에 코일이 접속된 제 2 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부하 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

교류 부하 강압기(110)는 전압 대역을 조절하기 위한 광대역 전압 조절부(111) 및 전압 조절부(112)로 이루어진다. 교류 부하 강압기(110)는 교류 전압을 0V에서 교류 입력전압(예를 들면, 100V 또는 220V)까지 강압하여 교류 부하(150)를 구동시킨다. 교류 부하(150)로는 AC 팬, 전등, AC 모터 등이 적용될 수 있다. 사용자가 광대역 전압 조절부(111)의 반고정 가변저항(VR2)을 변경하여 부하의 종류에 적합하도록 강압 대역폭을 조절한 후 전압조절부(112)의 가변저항(VR1)을 조절하여 교류 전압을 강압함으로써 부하측에 연결된 교류 팬, 교류모터의 회전수 또는 전등의 밝기가 조절된다.

직류 부하 강압기(120)는 전압 대역을 조절하기 위한 광대역 전압 조절부(121), 전압 조절부(122), 다운 트랜스포머(123) 및 직류 정류 회로(124)로 이루어진다. 직류 부하 강압기(120)는 교류 전압을 0V에서 트랜스포머(123)의 2차측 전압(예를 들면, 12V)까지 강압시킨 후 직류 전압으로 정류하여 4 채널(CH 1 내지 CH 4)의 직류 부하들(151, 152, 153, 154)을 구동시킨다. 직류 부하들(151, 152, 153, 154)로는 DC 팬, 전등, DC 모터 등이 적용될 수 있다. 사용자가 광대역 전압 조절부(121)의 반고정 가변저항(VR2)을 변경하여 부하의 종류에 적합하도록 직류 강압 대역폭을 조절한 후 전압조절부(122)의 반고정 가변저항(VR1)을 조절하여 트랜스포머(123)의 1차측 전압을 강압시키고, 트랜스포머(123)의 2차측 전압이 직류 정류 회로(124)를 거쳐서 직류 전압으로 출력됨으로써 부하측에 연결된 직류 팬, 직류 모터의 회전수 또는 전등의 밝기가 조절된다.

부하 점멸 제어기(130)는 동작 전원을 공급하는 전원부(131)와, 서로 다른 주기의 전압 신호를 출력하는 주 온 오프 조절부(132) 및 부 온 오프 조절부(133)로 이루어지며, 주 온 오프 조절부(132) 및 부 온 오프 조절부(133)로부터 출력되는 신호는 직류 부하의 초기 구동 전압을 제어하는 기동부(134)로 입력된다.

부하 점멸 제어기(130)의 출력에 따라 릴레이부(140)의 접점들(Rel 1, Rel 2, ....Rel 7)이 동작하며, 접점들(Rel 1, Rel 2, ....Rel 7)에 의해 교류 부하 강압기(110) 및 직류 부하 강압기(120)의 출력전압이 1 채널의 교류 부하(150) 및 4 채널의 직류 부하들(151, 152, 153, 154)에 선택적으로 공급된다.

부하 점멸 제어기(130)의 전원부(131)는 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하여 동작 전원을 제공한다. 주 온 오프 조절부(132) 및 부 온 오프 조절부(133)는 직류 부하들(150, 151, 152, 153, 154)의 점멸시간을 제어하는 릴레이부(140)의 코일들을 작동시키고, 기동부(134)는 직류 부하들(150, 151, 152, 153, 154)이 낮은 전압에서 초기 기동이 안되는 것을 방지하기 위하여 온 시간 초기에 해당 부하로 최대 전압이 인가되도록 릴레이부(140)의 코일들을 작동시킨다.

상기 교류 부하 강압기(110) 및 직류 부하 강압기(120)의 각 부분에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 상기 교류 부하 강압기(110)의 일 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.

스위치(SW)의 동작에 따라 교류 전원전압(예를 들어, 220V)을 공급받는다. 입력단자에 캐패시터(C1, C2, C3)가 병렬 접속되며, 캐패시터(C1, C2, C3)와 출력 단자 사이에 저항(R1), 가변저항(VR1) 및 저항(R2), 다이악(DIAC) 및 트라이악(TRIAC)이 서로 병렬로 접속된다. 또한, 캐패시터(C1 및 C2) 사이에 기본 가변저항(VR)이 접속되며, 캐패시터(C2 및 C3) 사이에 저항(R3)이 접속된다.

가변저항(VR1)의 샤프트(조절 손잡이)(114)는 도 2b와 같이 케이스(113) 외부에 부착되어 교류 부하에 인가되는 전압을 외부에서 용이하게 조절할 수 있도록 한다. 이 때 보호저항(R2)을 가변저항(VR1)과 직렬로 연결하여 트라이악(TRIAC)으로 과전류가 흐르는 것을 방지한다.

일반적으로 부하의 종류가 달라지면 전압 대역이 달라지기 때문에 부하의 종류에 알맞은 가변저항값으로 교체해야 한다. 상기 가변저항(VR1)도 부품 상태로 내장되기 때문에 사용자가 용이하게 교체하기 어렵다.

도 3a는 상기 교류 부하 강압기(110)의 다른 실시예를 설명하기 위한 회로도로서, 상기한 단점을 해소하기 위하여 사용자가 전압 대역을 용이하게 조절할 수 있도록 구성된다.

도 3a의 교류 부하 강압기(110)는 기본적으로 도 2a의 교류 부하 강압기(110)에 직렬 연결된 보호저항(Rx)과 반고정 가변저항(VR2)으로 이루어지는 광대역 전압 조절부(111)가 부가된다. 직렬로 연결된 보호저항(Rx)과 반고정 가변저항(VR2)은 상기 가변저항(VR1)과 보호저항(R2)에 병렬로 부가된다. 이 때 다른 방법으로, 광대역 전압 조절부(111)의 보호저항(Rx)을 사용하지 않고, 반고정 가변저항(VR2)을 가변저항(VR1)에 병렬로 연결할 수도 있다.

반고정 가변저항(VR2)의 샤프트(117)는 도 3b와 같이 케이스(113) 외부에 장착 하거나, 케이스(113) 내부에 장착하되, 샤프트(117)를 조절용 드라이버로 회전시킬수 있도록 도 3c와 같이 케이스(113)에 구멍(118)을 형성할 수 있다.

광대역 전압 조절부(111)를 부가함으로써 예를 들어, 전등이 부하로 연결되는 경우 가변저항(VR1)의 최소 회전지점 부근이 조절 대역이 되고, 팬이 부하로 연결되는 경우 가변저항(VR1)의 최대 회전지점 부근이 조절 대역이 되는 방식으로 부하에 따라서 강압 대역폭을 용이하게 변경할 수 있다. 이는 가변저항(VR1)을 최소 저항값에 위치시키고, 케이스(113) 외부에서 반고정 가변저항(VR2)을 조절하여 교류 부하의 동작 시점을 조절한 후 가변저항(VR1)만으로 동작전압을 조절할 수 있으므로 다양한 교류 부하에 대한 광대역 전압 조절이 가능해진다.

도 4는 상기 직류 부하 강압기(120)의 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.

도 3a와 동일한 방식으로 광대역 전압 조절부(121)가 부가되며, 교류 전원 및 전압조절부(122)의 출력단자는 트랜스포머(123)의 1차측에 연결되고, 트랜스포머(123)의 2차측은 직류 정류회로(124)를 통해 직류 부하에 연결된다.

가변저항(VR1)의 샤프트(조절 손잡이)(114)는 도 2b와 같이 케이스(113) 외부에 부착되어 교류 부하에 걸리는 전압을 외부에서 용이하게 조절할 수 있도록 한다. 반고정 가변저항(VR2)의 샤프트(117)도 도 3b와 같이 케이스(113) 외부에 장착하거나, 케이스(113) 내부에 장착하되, 샤프트(117)를 조절용 드라이버로 회전시킬수 있도록 도 3c와 같이 케이스(113)에 구멍(118)을 형성할 수 있다.

가변저항(VR1)을 최소 저항값에 위치시키고 케이스 내부에 장착된 반고정 가변저항(VR2)의 샤프트를 이용하여 부하의 최소 동작 시점을 조절함으로써 부하에 따 라 직류 전압을 적절하게 조절할 수 있으며, 직류 부하에 대한 광대역 전압 조절이 가능하다.

도 5는 상기 전원부(131)의 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.

상기 부하 점멸 제어기(130)의 동작을 위한 전원전압(Vcc)을 제공하는 전원부(131)는 스위치(SW)의 동작에 따라 교류 입력전압(예를 들어, 220V)을 강하시키는 다운 트랜스포머(T1), 상기 다운 트랜스포머(T1)의 2차측에 연결된 정류회로(BD1), 상기 정류회로(BD1)의 출력을 정전압으로 만드는 정전압 회로(U7)로 구성된다. 상기 정류회로(BD1)는 예를 들어, 브리지 다이오드를 이용한 양파 정류회로, 단일 정류 다이오드를 사용한 반파 정류회로, 제너 다이오드 등을 사용한 정전압 회로 등을 이용할 수 있으며, 상기 정전압 회로(U7)는 정전압 IC(예를 들어, LM7809) 등을 이용하여 구성할 수 있다.

도 6은 상기 주 온 오프 조절부(132)의 상세 회로도로서, 타이머 I.C(U1)의 리셋 단자(RESET)와 타이머 I.C(U2)의 리셋 단자(RESET)를 신호 입력 단자로 사용하며, 이와 같은 연결이 본 발명에 따른 핵심 구성중의 하나이다.

타이머 I.C(U1)는 디스챠지 단자(DISCH), 스레스홀드 단자(THRES) 및 트리거 단자(TRIG)에 연결되어 있는 캐패시터(Ca)와 가변저항(Ra)의 시정수에 따라 온 타임(On Time) 길이의 신호를 출력한다. 타이머 I.C(U1)의 출력신호에 따라 동작되는 트랜지스터(TR1)와 릴레이(Relay 1)의 코일(RL1)에 의해 로우(Low) 상태의 신호가 타이머 I.C(U2)를 리셋시킨다. 이 때의 출력 파형을 t1 이라고 표기하며, 상기 가변저항(Ra)을 조절함으로서 온(On) 시간인 t1이 조절될 수 있다.

타이머 I.C(U2)는 디스챠지 단자(DISCH), 스레스홀드 단자(THRES) 및 트리거 단자(TRIG)에 연결되어 있는 캐패시터(Cc)와 가변저항(Rc)의 시정수에 따라 오프 타임(Off Time) 길이의 신호를 출력한다. 타이머 I.C(U2)의 출력신호에 따라 동작되는 트랜지스터(TR2)와 부하저항(RL2)에 의해 로우(Low) 상태의 신호가 타이머 I.C(U1)를 리셋시킨다. 이 때의 출력 파형을 t2 라고 표기하며, 상기 가변저항(Rc)을 조절함으로서 오프(Off) 시간인 t2가 조절될 수 있다.

또한, 타이머 I.C(U1)의 출력신호는 상기 기동부(134)의 타이머 I.C(U5)의 트리거(TRIG) 입력단자로 공급되고, 타이머 I.C(U2)의 출력신호는 상기 기동부(134)의 타이머 I.C(U6)의 트리거(TRIG) 입력단자로 공급되어 기동부(134)를 동작시키게 된다.

종래에는 온 및 오프 시간이 동일하게 설정되는 경우, 극히 드물기는 하지만 전원을 공급하는 순간에 동일한 위상과 주기의 입력들이 집적회로들의 트리거 단자(TRIG)로 동시에 입력될 수 있기 때문에 동일한 위상과 주기의 온 및 오프 신호를 출력하면서 집적회로들을 트리거시킬 수 없게 됨에 따라 발진이 정지되는 즉, 패닉(Panic) 현상이 발생되는 치명적인 문제점이 있었다.

그러나 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 주 온 오프 조절부(132)는 전원이 공급되면 가변저항(Ra)에 의한 시간동안 릴레이(RL1)를 동작시키는 동시에 타이머 I.C(U2)를 리셋시키며, 그 후 릴레이(RL1)의 동작이 정지되는 동시에 타이머 I.C(U2)의 리셋을 풀어서 타이머 I.C(U2)를 동작시킨다. 이와 동시에 가변저항(Rc)에 의한 시간동안 부하(RL2)를 동작시키고 타이머 I.C(U1)를 리셋시킨다. 이와 같 은 구성과 작용에 의하여 타이머 I.C(U1 및 U2)가 번갈아 리셋이 되면서 발진을 하게 되므로 종래 방법의 치명적인 문제점인 패닉 현상을 근본적으로 방지할 수 있게 된다. 따라서 주 온 오프 조절부(132)는 전원이 공급되면 온 시간과 오프 시간을 개별적으로 조절할 수 있는 발진기로서 동작한다. 예를 들어, 0.1초에서 3분까지의 온 및 오프 시간을 개별적으로 조절할 수 있다.

도 7은 상기 부 온 오프 조절부(133)의 실시예를 설명하기 위한 회로도로서, 타이머 I.C(U3)의 리셋 단자(RESET)와 타이머 I.C(U4)의 리셋 단자(RESET)를 신호 입력 단자로 사용하며, 이와 같은 연결이 본 발명에 따른 핵심 구성중의 다른 하나이다.

타이머 I.C(U3)는 디스챠지 단자(DISCH), 스레스홀드 단자(THRES) 및 트리거 단자(TRIG)에 연결되어 있는 캐패시터(Cd)와 가변저항(Rd)의 시정수에 따라 온 타임(On Time) 길이의 신호를 출력한다. 타이머 I.C(U3)의 출력신호에 따라 동작되는 트랜지스터(TR3)와 릴레이(Relay 2)의 코일(RL3)에 의해 로우(Low) 상태의 신호가 타이머 I.C(U4)를 리셋시킨다. 이 때의 출력 파형을 t3 라고 표기하며, 상기 가변저항(Rd)을 조절함으로써 온(On) 시간인 t3가 조절될 수 있다.

타이머 I.C(U4)는 디스챠지 단자(DISCH), 스레스홀드 단자(THRES) 및 트리거 단자(TRIG)에 연결되어 있는 캐패시터(Ce)와 가변저항(Re)의 시정수에 따라 오프 타임(Off Time) 길이의 신호를 출력한다. 타이머 I.C(U4)의 출력신호에 따라 동작되는 트랜지스터(TR4)와 릴레이(Relay 3)의 코일(RL4)에 의해 로우(Low) 상태의 신호가 타이머 I.C(U3)를 리셋시킨다. 이 때의 출력 파형을 t4 라고 표기하며, 상기 가변저항(Re)을 조절함으로써 오프(Off) 시간인 t4가 조절될 수 있다. 이 때의 릴레이(Relay2 및 Relay3) 접점들의 연결은 릴레이 접점부(140)에서 설명하기로 한다.

결과적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 부 온 오프 조절부(133)는 전원이 공급되면 가변저항(Rd)에 의한 시간동안 릴레이 코일(RL3)를 동작시키는 동시에 타이머 I.C(U4)를 리셋시키며, 그 후 릴레이 코일(RL3)의 동작이 정지하는 동시에 타이머 I.C(U4)의 리셋을 풀어서 타이머 I.C(U4)를 동작시킨다. 이와 동시에 가변저항(Re)에 의한 시간동안 릴레이 코일(RL4)을 동작시키고 타이머 I.C(U3)를 리셋시킨다. 이와 같은 구성과 작용에 의하여 타이머 I.C(U3 및 U4)가 번갈아 리셋되면서 발진하게 되므로 종래의 치명적인 문제점인 패닉 현상을 근본적으로 방지할 수 있다. 따라서 부 온 오프 조절부(133)는 전원이 공급되면 온 시간과 오프 시간을 개별적으로 조절할 수 있는 발진기로서 작용한다. 예를 들어, 0.1초에서 10분까지의 온 및 오프 시간을 개별적으로 조절할 수 있다.

도 8a는 상기 기동부(134)의 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.

상기 주 온 오프 조절부(132)의 타이머 I.C(U1)로부터 제공되는 로우 펄스(Low Pulse) 상태의 출력신호가 기동부(134)의 캐패시터(C7)와 저항(R7)에 의하여 타이머 I.C(U5)의 트리거 단자(TRIG)로 입력된다. 디스챠지 단자(DISCH)와 스레스홀드 단자(THRES)에 연결되어 있는 가변저항(Rf)과 캐패시터(Cf)의 시정수에 의한 온 타임(On Time) 길이의 출력이 타이머 I.C(U1)의 출력단자(Out)를 통하여 릴레이(Relay 4) 코일(RL5)을 작동시킨다. 이 때의 출력 파형을 t5 라고 표기하며, 릴레 이 접점의 연결은 릴레이 접점부(140)에서 설명하기로 한다.

상기 주 온 오프 조절부(132)의 타이머 I.C(U2)로부터 제공되는 로우 펄스(Low Pulse) 상태의 출력신호도 기동부(134)의 캐패시터(C8)와 저항(R8)에 의하여 타이머 I.C(U6)의 트리거 단자(TRIG)로 입력된다. 디스챠지 단자(DISCH)와 스레스홀드 단자(THRES)에 연결되어 있는 가변저항(Rg)과 캐패시터(Cg)의 시정수에 의한 온 타임(On Time) 길이의 출력이 타이머 I.C(U2)의 출력단자(Out)를 통하여 릴레이(Relay 5) 코일(RL6)을 작동시킨다.

결과적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 기동부(134)는 타이머 I.C(U1)와 타이머 I.C(U2)의 출력신호 1개씩을 받아들여서 가변저항(Rf 및 Rg)의 조절에 따른 온(On) 시간 동안 릴레이(Relay 4)와 릴레이(Relay 5)을 작동시키며, 교류 부하(150)와 직류 부하들(151, 152, 153, 154)에 일시적으로 고전압을 인가하여 교류 및 직류 부하들을 기동시키는 역할을 한다. 예를 들어, DC 12V로 구동되는 직류 모터를 6V에 해당하는 회전수로 구동시키고자 하는 경우, 초기부터 6V를 공급하면 모터는 기동되지 않는다. 따라서 초기에 12V를 공급하여 모터가 기동되도록 한 후 6V를 공급하면 원하는 회전수로 제어할 수 있다. 이와 같은 교류 및 직류 부하들의 기동(트리거) 방식이 본 발명에 따른 핵심 구성중의 하나이다.

도 8b는 본 발명에 사용되는 릴레이를 설명하기 위한 회로도이다.

Relay x로 표기된 부분이 릴레이의 접점측이며, 릴레이 코일(RLx)의 x는 릴레이 번호에 해당하는 숫자이다. Com(Common)은 릴레이의 중간 접점으로서 공통 접점이고, N.C(Normal Cross)는 동작하지 않을 때 공통접점과 접속되는 접점이며, N.O(Normal Open)는 동작시 공통접점과 접속되는 접점이다. 본 발명에서는 모든 릴레이를 상기 표기법으로 표시하며, 이하의 도면에서는 접점의 명칭을 생략하기로 한다.

도 9a는 상기 기동부(134)에 적용되는 타이머 I.C를 이용한 단안정(Monostable) 발진회로의 회로도이며, 도 9b는 순차 입력인 경우 단안정 발진회로의 출력 파형을 나타낸다.

타이머 I.C(U1)의 트리거 단자(TRIG)로 신호(Input)가 입력되면 디스챠지 단자(DISCH)와 스레스홀드 단자(THRES)에 연결되어 있는 가변저항(Ra)과 캐패시터(C)의 시정수에 따른 온 타임(On Time) 길이의 출력이 출력단자(Out)를 통하여 출력되며 정부하(RL)를 동작시킨다. 이 때의 출력파형은 도 9b의 t1 과 같다.

순차 입력이 있는 경우 입력신호(Input)가 로우(Low)에서 하이(High)로 변할 때 로우(Low) 엣지부터 가변저항(Ra)과 캐패시터(C)의 시정수에 의한 온 타임(On Time) 길이의 출력이 출력단자(Out)를 통하여 t1 과 같은 파형으로 출력된다. 따라서 입력신호(Input)가 한 개이면 t1 출력신호도 한 개가 나타나고, 입력신호(Input)가 연속적이면 t1 출력신호도 연속적으로 출력됨으로써 발진기로 동작하게 된다. 가변저항(Ra)을 조절하면 온 및 오프 시간이 개별적으로 조절되지 않고 비례하여 조절된다.

도 10은 상기 릴레이 접점부(140)의 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.

연결 관계의 이해를 돕기 위하여 교류 부하 강압기(110)와 직류 부하 강압기(120)도 함께 도시하였으나, 이 부분의 자세한 설명은 도 3a와 도 4에서 상술하였 으므로, 릴레이 접점부(140)에 국한하여 설명하기로 한다.

릴레이 접점부(140)는 수동 스위치(SW), 접점들을 가지는 교류 릴레이들(Relay 6 내지 Relay 7) 및 부하 점멸 제어기(130)에서 제어하는 릴레이들(Relay 1 내지 Relay 5)을 구비한다.

수동 스위치(SW)를 온(On)시키면 릴레이(Relay 6)의 접점이 하측으로 접속되어 강압하지 않은 교류 전원전압이 교류 부하(150)에 인가된다. 또한, 릴레이(Relay 7)의 접점이 하측으로 접속되어 강압하지 않은 직류 전압이 직류 부하들(151 내지 154)에 인가된다. 이 때 직류 부하들(151 내지 154)은 릴레이(Relay 1 내지 Relay 3) 접점들의 접속에 따라서 온 및 오프된다.

수동 스위치(SW)를 오프(Off)시키면, 릴레이(Relay 6)의 접점이 상측으로 접속되어 교류 부하 강압기(110)의 조절에 의하여 강압된 교류 전압이 교류 부하(150)에 인가된다. 또한, 릴레이(Relay 7)의 접점이 상측으로 접속되어 직류 부하 강압기(120)의 조절에 의하여 강압된 직류 전압이 직류 부하들(151 내지 154)에 인가된다. 이 때 직류 부하들(151 내지 154)은 릴레이(Relay 1 내지 Relay 3) 접점들의 접속에 따라서 온 및 오프된다.

한편, 기동부(134)의 제어에 의하여 릴레이(Relay 4 또는 Relay 5)의 접점들이 하측으로 접속되어 있는 시간만큼 수동 스위치(SW)를 온(On)시킨 것과 같은 동작을 하는데, 교류 부하(150)와 직류 부하들(151 내지 154)에 강압하지 않은 교류 전압과 직류 전압을 인가해서 초기 기동(트리거)을 시킨다. 따라서 교류 및 직류 부하 예를 들면, 최소 사양보다 낮은 전압으로 교류 또는 직류 팬을 구동시키고자 하는 경우에도 팬의 초기 기동이 가능해진다. 또한, 릴레이들(Relay 1 내지 Relay 3)의 연결 조합과 부하 점멸 제어기(130)의 온 및 오프 시간을 조절하면 4개의 채널로 존재하는 직류 부하들(151 내지 154)을 개별적으로 온 및 오프시킬 수 있게 된다.

상기한 회로도들은 본 발명에 따른 부하 제어 장치의 바람직한 실시예를 도시한 것으로, 회로의 연결 방법 및 채널 수의 가감은 본 발명의 사상 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 부하 제어 장치의 출력 파형을 도시한다.

직류 부하들(151, 152, 153, 154)은 개별적으로 구동되며, 큰전압 작은폭의 펄스(A)가 매 온(On) 시간 초기에 나타남을 도시하였고, 이 펄스(A)는 직류 부하의 초기 기동을 위해 기동부(134)로부터 제공되는 것으로, 구동 초기에 강압하지 않은 전압이 인가되는 것을 도시한 것이다.

이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 부하 제어 장치는 사용자가 가변저항값을 변경하여 교류 전 압과 직류 전압을 원하는 대역으로 조절하므로써 교류 및 직류 부하의 회전수 또는 밝기를 용이하게 조절할 수 있으며, 다양한 교류와 직류 부하들에 적용이 용이하다.

또한, 서로 다른 주기로 동작되는 주 온 오프 조절부 및 부 온 오프 조절기에 의해 다수의 교류 및 직류 부하들이 개별적으로 구동될 수 있으며, 부하의 초기 기동시에 임의의 시간동안 높은 전압이 인가되도록 하므로써 발진 정지 현상이 없이 부하들이 안정적으로 동작될 수 있다. 즉, 낮은 전압으로 기동되지 않는 부하들을 안정적으로 동작시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 부하 제어 장치는 부하에 인가되는 전압과 점멸주기를 임의로 조절할 수 있으며, 다양한 부하를 구동시킬 수 있기 때문에 교류 및 직류 등(燈)의 밝기와 점멸 제어, 교류 및 직류 팬의 풍속과 풍량 제어, 또는 전압을 가변하고 점멸시간을 조절해야 하는 각종 제어에 적용될 수 있다.

Claims (9)

1. 교류 전원을 공급받아 다수의 직류 부하를 구동시키기 위한 전압을 출력하되, 상기 부하에 적합하도록 강압 대역폭을 조절할 수 있는 직류 부하 강압기,

   온 타임 및 오프 타임 길이의 신호를 출력하되, 상기 온 타임 및 오프 타임 길이를 개별적으로 조절할 수 있는 주 온 오프 조절부,

   상기 주 온 오프 조절부의 출력 신호와 다른 주기를 가지는 온 타임 및 오프 타임 길이의 신호를 출력하되, 상기 온 타임 및 오프 타임 길이를 조절할 수 있는 부 온 오프 조절부,

   상기 주 온 오프 조절부 및 부 온 오프 조절부로부터 입력되는 신호에 따라 상기 직류 부하의 초기 기동을 위한 신호를 출력하는 기동부,

   상기 주 온 오프 조절부 및 부 온 오프 조절부의 출력신호에 따라 상기 직류 부하 강압기로부터 제공되는 전압이 상기 직류 부하로 공급되도록 하며, 상기 직류 부하의 초기 기동시 상기 기동부로부터 제공되는 신호에 따라 상기 직류 부하로 초기 기동 전압이 공급되도록 하는 릴레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 교류 전원을 공급받아 교류 부하를 구동시키기 위한 전압을 출력하되, 상기 부하에 적합하도록 강압 대역폭을 조절할 수 있는 교류 부하 강압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 강압 대역폭은 반고정 가변저항으로 조절하며, 상기 가변저항의 샤프트가 케이스 외부에 부착되거나, 드라이버를 이용하여 상기 가변저항의 저항값을 조절할 수 있도록 상기 케이스에 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 강압 대역폭은 반고정 가변저항으로 조절하며, 상기 가변저항의 샤프트가 케이스 외부에 부착되거나, 드라이버를 이용하여 상기 가변저항의 저항값을 조절할 수 있도록 상기 케이스에 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 직류 부하 강압기는 상기 교류 전원의 강압 대역폭을 조절할 수 있는 전압 조절부,

   상기 교류 전원 및 상기 전압 조절부의 출력단자에 1차측이 연결된 트랜스포머,

   상기 트랜스포머의 2차측 전압을 직류로 변화시켜 상기 직류 부하를 구동시키기 위한 전압을 출력하는 정류회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 주 온 오프 조절부는 제 1 타이머 집적회로,

   상기 제 1 타이머 집적회로의 디스챠지, 스레스홀드 및 트리거 단자에 연결되어 상기 온 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 1 캐패시터 및 제 1 가변저항,

   상기 제 1 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되는 제 1 트랜지스터,

   전원 전압 및 상기 제 1 트랜지스터 간에 코일이 접속된 릴레이,

   상기 제 1 트랜지스터의 출력에 의해 리셋되는 제 2 타이머 집적회로,

   상기 제 2 타이머 집적회로의 디스챠지, 스레스홀드 및 트리거 단자에 연결되어 상기 오프 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 2 캐패시터 및 제 2 가변저항,

   상기 제 2 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되며, 상기 제 1 타이머 리셋을 위한 신호를 출력하는 제 2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 부 온 오프 조절부는 제 1 타이머 집적회로,

   상기 제 1 타이머 집적회로의 디스챠지, 스레스홀드 및 트리거 단자에 연결되어 상기 온 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 1 캐패시터 및 제 1 가변저항,

   상기 제 1 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되는 제 1 트랜지스터,

   전원 전압 및 상기 제 1 트랜지스터 간에 코일이 접속된 릴레이,

   상기 제 1 트랜지스터의 출력에 의해 리셋되는 제 2 타이머 집적회로,

   상기 제 2 타이머 집적회로의 디스챠지, 스레스홀드 및 트리거 단자에 연결되어 상기 오프 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 2 캐패시터 및 제 2 가변저항,

   상기 제 2 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되며, 상기 제 1 타이머 리셋을 위한 신호를 출력하는 제 2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 기동부는 트리거 단자를 통해 상기 주 온 오프 조절부의 제 1 타이머 집적회로로부터 제공되는 신호를 입력받는 제 1 타이머 집적회로,

   상기 제 1 타이머 집적회로의 디스챠지 및 스레스홀드 단자에 연결되어 온 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 1 캐패시터 및 제 1 가변저항,

   상기 제 1 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되는 제 1 트랜지스터,

   전원 전압 및 상기 제 1 트랜지스터 간에 코일이 접속된 제 1 릴레이,

   트리거 단자를 통해 상기 주 온 오프 조절부의 제 2 타이머 집적회로로부터 제공되는 신호를 입력받는 제 2 타이머 집적회로,

   상기 제 2 타이머 집적회로의 디스챠지 및 스레스홀드 단자에 연결되어 온 타임 길이를 위한 시정수를 제공하는 제 2 캐패시터 및 제 2 가변저항,

   상기 제 2 타이머 집적회로의 출력신호에 따라 동작되는 제 2 트랜지스터,

   전원 전압 및 상기 제 2 트랜지스터 간에 코일이 접속된 제 2 릴레이를 포함 하는 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 부하는 팬, 전등 또는 모터인 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.

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