KR20120117162A - 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 발열선의 양단에 연결된 제1, 2 발열단자; 상기 발열선과 나란히 배치되며 양단에 제1감열단자와 제2감열단자로 연결된 감열선; 상기 발열선과 상기 감열선 사이를 절연하며 온도변화에 따라 임피던스가 변화하는 감온성 수지;를 포함하는 발열체에 전원 공급 및 온도를 제어하는 전열기구의 제어장치에 있어서, 상기 제어장치에 제1전원선(AC1)과 제2전원선(AC2)으로 교류전원을 공급하며, 상기 제1전원선은 상기 제어장치의 동작전원의 기준전위와 접속되는 교류전원공급부; 와 상기 제1전원선(AC1)에 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 애노드가 연결되고, 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드는 상기 제1발열단자에 접속되며, 상기 제2발열단자와 상기 제1감열단자 사이에는 상기 발열제어용 사이리스터와 동일한 순방향을 갖도록 발열선 접속용 다이오드를 접속하고, 상기 제2감열단자는 상기 제2전원선(AC2)에 접속되는 발열부;와 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드에 일측이 접속되고 타측은 회로보호용 사이리스터(SCR2)와 애노드와 접속되는 발열저항 및 상기 회로보호용 사이리스터(SCR2)의 캐소드는 상기 제2감열단자와 접속되는 회로보호부; 와 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드와 일측이 분압저항에 의하여 접속되며 타측이 동작전원의 기준전위와 연결되는 온도 감지용 저항과 상기 온도감지용 저항에 걸리는 전압이 온도 감지용 다이오드를 거쳐 마이컴IC의 센서입력단자에 온도입력전압으로 입력되는 온도감지부;와 상기 온도입력전압이 온도설정전압 이상인 경우 제1출력단자에서 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 off되도록 하는 off 출력신호가 출력되며, 상기 온도입력전압이 상기 온도설정전압보다 일정 전압이상 상승될 때에 상기 회로보호용 전력제어소자를 off상태에서 on상태로 전환하는 on 출력신호를 제2출력단자로 출력되는 마이컴IC; 와 상기 제2출력단자에 의해 출력되는 on 출력신호에 의해 경고등이 점검되도록 하는 경고부; 를 포함하며, 상기 온도입력전압이 상기 온도설정온도보다 일정 전압이상 상승될 때에는 상기 마이컴IC의 제1출력단자에서 off 출력신호가 출력되어 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 off되는 것에 의하여 상기 제1발열단자로 공급되는 교류전원이 차단되며, 상기 마이컴IC의 제2출력단자의 on 출력신호가 출력되어 상기 경고등이 점등되도록 하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치가 개시된다.

Description

안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치{A electric heating controller with safety circuit}

본 발명은 전열기구인 난방기구인 전기요, 장판 등에 많이 사용이 되고 있는 발열선이 정해진 온도 이상 과열되지 않도록 과열에 대한 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 보온장판 등 전기 난방장치의 발열선의 온도 제어방식에는 주로 기계식 바이메탈을 사용하는 방식과 감온성 수지를 이용하여 온도를 제어하는 방식이 사용된다.

기계식 바이메탈을 사용하는 장치는 실리콘이나 PVC로 피복된 발열선을 사용하되 온도 검출은 발열선의 온도가 올라갈수록 저항치가 낮아지는 NTC 타입의 온도센서를 별도로 설치하여 온도 제어를 하게 되며 안전장치인 온도 과열 방지장치는 기계식 바이메탈을 사용하게 된다.

발열선과 감열선 사이에 온도 특성이 NTC 타입인 나일론 감온성 수지를 부착하여 온도를 제어하는 방식에 사용되는 나일론 감온성 수지는 발열선의 온도가 높아지게 되면 임피던스가 변화하게 되는데, 이때 감온성 수지에 흐르는 전류변화를 감지하여 그 전류량에 의한 전압 변화에 따라 사이리스터에 의한 전원공급을 제어함으로써 온도를 제어할 수 있다.

즉 나일론 감온성 수지를 이용한 온도제어방식은 별도로 온도 감지센서와 온도과열 방지장치인 바이메탈이 불필요하고 감온성 수지 자체가 절연체로 활용할 수 있고, 발열선과 감열선이 하나의 선 내에 배치할 수 있으므로 비용이 저렴하고 작업성이 좋아 많이 사용이 되고 있다.

감열선 방식을 사용한 전기요 장판 등 전열기구에 있어서 사용자는 다이얼, SW등을 조정하여 설정온도를 선택하면 발열선에 전력공급이 이루어지게 된다.

전열기구는 전열기의 표면 온도가 설정된 온도까지 도달된 다음에는 계속 상승되지 않도록 온도를 제어하여 설정온도를 유지하도록 설계되어야 한다.

온도를 제어하는 방식에는 위상제어로 온도를 제어하는 방식과 제로볼트 온 오프 방식, 전력제어방식 등이 사용된다.

제로볼트 온 오프 방식은 설정 온도까지 발열선에 전류가 흐르다가 감열선으로 입력된 전류에 의하여 설정온도에 도달됨을 인지한 후, 발열선으로 공급되는 전류를 오프시키고 어느 정도 시간이 경과한 후에 다시 온이 되는 방식으로서, 온, 오프 시점을 제로볼트 부근에서 제어함으로써 노이즈 발생을 줄일 수 있다.

이 방식은 온도제어회로는 간단한 반면 저온과 고온에서 온 오프 작동시에 따른 온도 편차가 발생하여 표면온도가 일정하게 유지되지 않으며, 이 편차를 줄이기 위한 보완회로는 회로가 복잡해지고 비용이 증가하게 된다.

전력제어 방식은 설정온도까지는 정격 전력이 소비되다가 설정온도에 도달된 후에는 점차로 소비전력이 줄어들면서 표면온도가 유지되는 방식으로서, 발열선의 온도변화에 의해서 나일론 임피던스가 변화되는 것을 전류의 변화로 변환 시킨 후 이를 이용하여 전력제어소자 SCR의 게이트의 트리거 시점 위상의 온 오프 시간을 조절하게 된다.

종래에 센서를 사용한 전기매트 방식에서는, 발열선은 발열장치로만 사용하고 온도감지는 별도의 온도센서를 사용하고 온도과승 방지장치로서 별도의 바이메탈을 사용하였으나, 감열선 방식에서는, 발열선과 감열선이 하나의 발열선으로 이루어져 있어서 가격이 저렴하고 작업이 간편하며 어느 부위가 과열이 되더라도 전체적으로 감지되어 여러 개의 바이메탈을 장착하는 것에 비하여 상당히 경제적이 될 수 있다.

그러나 종래의 센서를 사용한 발열선 방식은 온도센서, 바이메탈 등으로 온도조절기가 고장이 날 경우, 회로를 차단함으로써, 온도 과승을 방지하게 되나, 감열선 방식은 별도의 온도센서, 바이메탈이 없이 전력제어소자의 제어에 의하여 회로를 제어하게 되는 것이므로, 사이리스터 등 부품의 불량 및 조절기의 제어불능에 의한 고장 시에는 온도 제어가 곤란하여 온도 과승의 위험이 있다.

전력제어소자인 SCR일 불량일 때 즉, SCR이 완전 쇼트, 반파 쇼트, 제어불량 등 고장이 발생하게 되면, 설정온도 이상에서도 발열선에 전원 공급이 계속되어 과열로 위험해질 수 있다.

따라서, 감열선 방식에서는 위와 같은 전력제어소자 및 온도제어회로가 작동되지 않은 경우, 이를 차단할 수 있는 안전회로가 요구되어 진다.

유해 자기장을 감쇠할 수 있는 발열선의 원리는 두 발열선을 접속을 하고 양쪽에 전원을 가하면 제1 발열선과 제2 발열선에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대가 되어 자기장이 상쇄되는 원리이다.

그런데 단순히 중간을 접속하게 되면, 자기장은 차단이 되나, 감열선에 온도 변화에 따른 감온 전류뿐이 아니라 발열전류까지 같이 흐르게 되므로 감온 전류만을 정확하게 감지할 수 있는 온도제어회로가 요구되어 진다.

본 발명의 목적은 발열선의 어느 부위에서 국부적인 과열이 발생하더라도 정확하게 온도를 제어할 수 있는 전열기구의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 구체적인 목적은 발열제어용 사이리스터의 순방향 주기에는 발열전류가 발열선으로만 흐르고, 온도감지용 저항에 감지전류가 흐르지 않도록 함으로써 발열전류에 의한 감지 오류를 방지하고, 발열제어용 사이리스터의 역방향 전압이 걸리는 주기에서만 감온성 수지에 의한 전류가 온도감지용 저항에 흐르도록 함으로써, 감온성 수지의 어느 부위에서 국부적인 과열이나 단락이 발생하더라도 정확하게 감지할 수 있는 전열기구의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발열선의 절연이 파괴된 된 경우에 발열선으로 공급되는 전력공급만을 중단되도록 하여 과열로 인한 사고를 예방하고, 표시장치에서 단락에 대한 고장 상태를 알려주도록 함으로써, 사고를 예방하고 온도조절기는 재사용이 가능하도록 하는 전열기구의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발열제어용 사이리스터가 반파, 또는 전파 쇼트 되는 불량이 발생을 할 경우에는 발열저항에 전류를 흘리게 하여 온도퓨즈를 단선시킴으로써 안전하게 전력을 차단하는 전열기구의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제어장치를 재사용할 필요가 있고 전력제어소자가 작동이 정상적으로 이루어지는 과열 고장의 경우에는 전력제어소자만으로 전력을 차단하도록 하고, 더 이상 제어장치를 재사용할 필요성이 없는 전력제어소자의 고장인 경우에는 온도퓨즈를 끊어지도록 제어함으로써, 고장유형에 따라 경제적으로 제어장치가 작동되도록 하는 전열기구의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 발열선의 양단에 연결된 제1, 2 발열단자; 상기 발열선과 나란히 배치되며 양단에 제1감열단자와 제2감열단자로 연결된 감열선; 상기 발열선과 상기 감열선 사이를 절연하며 온도변화에 따라 임피던스가 변화하는 감온성 수지;를 포함하는 발열체에 전원 공급 및 온도를 제어하는 전열기구의 제어장치에 있어서,

상기 제어장치에 제1전원선(AC1)과 제2전원선(AC2)으로 교류전원을 공급하며, 상기 제1전원선은 상기 제어장치의 동작전원의 기준전위와 접속되는 교류전원공급부; 와 상기 제1전원선(AC1)에 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 애노드가 연결되고, 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드는 상기 제1발열단자에 접속되며, 상기 제2발열단자와 상기 제1감열단자 사이에는 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)와 동일한 순방향을 갖도록 발열선 접속용 다이오드를 접속하고, 상기 제2감열단자는 상기 제2전원선(AC2)에 접속되는 발열부; 와 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드에 일측이 접속되고 타측은 회로보호용 사이리스터(SCR2)와 애노드와 접속되는 발열저항 및 상기 회로보호용 사이리스터(SCR2)의 캐소드는 상기 제2감열단자와 접속되는 회로보호부; 와 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드와 일측이 분압저항에 의하여 접속되며 타측이 상기 동작전원의 기준전위와 연결되는 온도감지용 저항과 상기 온도감지용 저항에 걸리는 전압이 온도감지용 다이오드를 거쳐 마이컴IC의 센서입력단자에 온도입력전압으로 입력되는 온도감지부;와 상기 온도입력전압이 온도설정전압 이상인 경우 제1출력단자에서 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 off되도록 하는 off 출력신호를 출력하며, 상기 온도입력전압이 상기 온도설정전압보다 일정 전압이상 상승될 때에 상기 회로보호용 전력제어소자(SCR2)를 off상태에서 on상태로 전환하는 on 출력신호를 제2출력단자로 출력되는 마이컴IC; 와 상기 제2출력단자에 의해 출력되는 on 출력신호에 의해 경고등이 점등되도록 하는 경고부; 를 포함하며, 상기 온도입력전압이 상기 온도설정온도 보다 일정 전압이상 상승될 때에는 상기 마이컴IC의 제1출력단자에서 off 출력신호가 출력되어 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 off되는 것에 의해 상기 제1발열단자로 공급되는 교류전원이 차단되며, 상기 마이컴IC의 제2출력단자의 on 출력신호가 출력되어 상기 경고등이 점등되도록 하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치가 개시된다.

또한, 상기 마이컴IC는 상기 온도입력전압이 상기 최소 형성전압 이하일 경우 상기 회로보호용 전력제어소자를 off상태에서 on상태로 전환하는 on 출력신호를 제2출력단자로 출력하도록 하도록 하는 것을 더 포함하며, 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 반파 쇼트 또는 완전 쇼트 되어 상기 제1출력단자의 제어신호에 의하여 동작되지 않을 때는 상기 회로보호용 전력제어소자와 연결된 상기 발열저항에 전류가 흐르도록 함으로써 상기 발열저항과 인접하여 설치되며, 상기 교류전원의 어느 하나의 전원선과 직결된 온도퓨즈가 차단되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서입력단자와 전압공급원 사이에 마이컴IC 보호용 다이오드를 접속하여 상기 센서입력단자에 상기 전압공급원의 전압보다 높은 전압이 입력되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1출력단자에서 출력되는 출력신호가 포터커플러를 통하여 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2출력단자에서 출력되는 출력신호가 포터커플러를 통하여 상기 회로보호용 전력제어소자를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회로보호용 전력제어소자는 사이리스터, 트라이악, TR 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치

또한, 상기 온도감지부는 상기 온도 감지용 저항 일측이 감지 제어용 다이오드와 제어용 저항을 거쳐 온도 감지용 평활 콘덴서의 일측에 연결되며, 상기 온도 감지용 평활 콘덴서의 다른 일측은 상기 온도감지용 저항의 다른 일측과 함께 동작전원의 기준전위로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명 일실시예에 따르면, 발열제어용 사이리스터의 순방향주기에는 발열전류가 발열선으로만 흐르고, 온도감지용 저항에 감지전류가 흐르지 않도록 함으로써 발열전류에 의한 감지 오류를 방지하고, 발열제어용 사이리스터의 역방향 전압이 걸리는 주기에서만 감온성 수지에 의한 전류가 온도감지용 저항에 흐르도록 함으로써, 감온성 수지의 어느 부위에서 국부적인 과열이나 단락이 발생하더라도 정확하게 감지할 수 있는 효과가 있다.

발열선의 절연이 파괴되어 전열선과 감열선이 국부적인 단락이 된 경우에 발열선으로 공급되는 전력공급만을 중단되도록 하여 과열로 인한 사고를 예방하며, 사용자에게 표시장치에서 단락에 대한 고장 상태를 알려주도록 함으로써, 고장 상태를 인지할 수 있도록 하고, 전력기구의 제어장치는 재사용이 할 수 있으며, 단락사고로 인하여 전력기구의 제어장치로 사고가 파급되는 것을 방지하는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 발열선과 감열선의 단락시에는 발열선에 전원공급만 중단시킴으로써 단락시에 온도퓨즈가 끊어짐으로써 발생되는 제어장치의 낭비를 막기 위한 효과를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서는 제어장치를 재사용할 필요가 있고 전력제어소자가 작동이 정상적으로 이루어지는 과열 고장의 경우에는 전력제어소자만으로 전력을 차단하도록 하고, 더 이상 제어장치를 재사용할 필요성이 없는 전력제어소자의 고장인 경우에는 온도퓨즈를 끊어지도록 제어함으로써, 고장유형에 따라 경제적으로 제어장치가 작동되도록 하는 효과를 가지게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전열기구의 제어장치에 대한 기술적 구성을 설명하기 위하여 특징적인 구성을 간략하게 도시한 배선도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다." 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이제, 본 명세서에 개시된 방법 및 장치의 기능 및 사용의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하기 위해 소정의 예시적인 실시 예가 기술될 것이다. 이들 실시 예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시된다.

본 명세서에 구체적으로 기술되고 첨부 도면에 도시된 구조들은 단지 예시적 실시 예들이고, 예시적인 일 실시 예와 관련하여 도시되거나 기술되는 특징부들은 다른 실시 예들의 특징부들과 조합될 수 있다. 그러한 수정 및 변경은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.

본 발명의 일실시 예는 전기매트 또는 전기 장판의 제어장치에 관련하여 기술되지만, 이 제어장치는 전기 난방기구 및 모든 전열기구에 적용될 수 있다.

이하에서는 반복되는 설명은 내용이해에 지장이 없는 한도 내에서 생략하기로 하며 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

감열선 방식에서 나일론 감온성 수지(또는 나일론 서미스터)의 임피던스 변화를 전압 변화로 변환하고 이 전압 변화에 따라 정밀한 온도 제어를 하기 위해서는 기준전위가 설정되어야 한다.

기준 전위를 설정하는 것은 입력 교류 전원의 어느 한쪽의 전위를 기준으로 하여 발열선으로부터 감열선으로 입출력되는 교류신호의 변화를 정확하게 감지할 수 있게 된다.

만약 NTC서미스터에 직류전류를 흘려서 직류 전류의 변화로 온도제어를 하게 되면, 전력제어소자(TRIAC나 SCR)의 위치가 발열선 부하의 전단에 위치하든, 발열선 부하의 후단에 위치하든 전력제어소자를 제어하여 온도를 제어하는 동작 특성에 큰 차이가 없다.

그러나 교류 전원을 사용하는 감열선 방식은 발열선과 발열선으로 사용이 되는 감열선이 감온성 수지로 절연된 상태에서 서로 나란히 수십 미터를 근접 배열이 되어있으므로, 전력제어소자가 발열선의 후단에 위치하게 되면 전력제어소자에서 전원을 차단하더라도 감온성 수지에 의한 전류 등에 의하여 정확한 제어가 이루어 지지 않게 된다.

또한, 발열선에는 교류전류가 흐르게 되고 발열선의 온도가 변화함에 따라 변화된 교류신호가 나일론 서미스터를 통하여 감열선으로 흐르게 되므로 그 교류신호 변화를 측정하기 위해서는 입력 전원의 두 선 중 어느 하나의 선을 기준으로 그 변화량을 측정하여야 한다.

따라서, 입력 전원의 두 선 중 어느 선을 기준전위로 설정하느냐와 이에 따른 전력제어소자의 설치 위치가 효율적인 온도 제어를 위해서는 중요한 요소로 작용하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전열기구의 제어장치에 대한 기술적 구성을 설명하기 위하여 특징적인 구성을 간략하게 도시한 배선도이다.

이하 본 발명의 구성을 일 실시예인 첨부된 도면들에 의해서 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전열기구의 발열체는 발열선에 흐르는 전류에 의하여 발열을 하게 된다.

발열체는 H1-H2로 연결된 제1발열선, S1-S2로 연결된 제2발열선으로 구성되며, 제1발열선, 제2발열선 사이에 감온성 수지(N1)로 절연된다. 상기 발열체는 제1발열선, 제2발열선을 절연이 유지될 수 있는 정도에서 근접하게 위치시키고 그 사이와 외부를 감온성 수지(N1)로 절연한 형태이다.

본 발명의 일 실시예에서 제2발열선은 발열선을 겸용으로 사용되거나 감열선으로만 사용될 수도 있다. 제2발열선이 발열선이든 감열선 역할만 하든 모두 감열선 역할을 하게 되므로 본 발명의 실시예에서는 제1발열선은 발열선으로 정의하고, 제2발열선은 감열선으로 정의하여 설명된다.

본 발명의 일 실시예는 발열선의 양단에 연결된 제1, 2 발열단자(H1, H2); 상기 발열선과 나란히 배치되며 양단에 제1감열단자(S1)와 제2감열단자(S2)로 연결된 감열선; 상기 발열선(W1)과 상기 감열선(W2) 사이를 절연하며 온도변화에 따라 임피던스가 변화하는 감온성 수지;를 포함하는 발열체에 전원 공급 및 온도를 제어하는 전열기구의 제어장치에 관한 것이다.

전열기구의 제어장치의 교류전원 공급부는 제1전원선(AC1)과 제2전원선(AC2)으로 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 제1전원선(AC1)이 제어장치의 동작전원의 기준전위(도 1에서 공통 접지기호로 표시된다.)와 접속된다.

상기 발열선에 피복된 감온성 수지는 입력되는 입력 전압에 대하여 절연성을 가지면서, 온도에 따라 임피던스가 변화되는 수지들로 정의된다.

본 발명의 일 실시예에서는 절연체이면서, 온도 변화에 따라 임피던스가 변화하는 나일론 서미스터 수지를 채용하였으나, 온도에 따라 임피던스가 변화되는 절연체는 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

전열기구의 제어장치에 있어서 발열부는 발열체를 발열시키는 회로이다.

발열부는 동작전원의 기준전위에 접속된 제1전원선(AC1)에 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 애노드가 연결되고, 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드는 상기 제1발열단자에 접속되며, 상기 제2발열단자와 상기 제1감열단자 사이에는 상기 발열제어용 사이리스터와 동일한 순방향을 갖도록 발열선 접속용 다이오드(D7)r가 접속되고, 상기 제2감열단자(S2)는 온도퓨즈(F2)를 거쳐 제2전원선(AC2)에 접속된다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 본 제어장치의 동작전원의 기준전위를 AC1과 공통적으로 접속하였으며, 이 기준전위인 AC1에 주 전력제어소자인 발열제어용 사이리스터(Thyrister SCR1)의 애노드 측이 연결된다.

즉, 발열제어용 사이리스터(SCR1)는 그 설치 위치를 발열제어용 사이리스터에 순방향으로 전류가 흐를 때를 기준으로 부하인 발열선의 전단에 설치하도록 하였다.

이러한 방식과 전원부의 구성은 교류전류의 방향이 AC1에서 AC2로 흐를 때, 즉, 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 순방향 주기(발열주기)로 흐르는 전류에 의하여 발열선이 발열된다.

발열제어용 사이리스터(SCR1)의 역방향 주기로 전류가 흐르는 감온주기에서는 AC2에서 감온성 수지(N)를 거쳐 AC1의 방향으로 흐르게 구성하게 되는데, 발열선과 감열선 사이의 온도가 설정 온도 이상으로 올라가게 되면, 감온성 수지(N)로 흐르는 전류가 증가하게 된다.

이 증가되는 전류에 의한 전압이 기준 전압보다 높게 되면 마이컴IC(MC1)에서 제어신호를 보내어 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)을 차단하도록 제어함으로써, 발열선에 흐르는 전류의 공급이 중단되어 온도 상승을 제어한다.

본 발명의 일 실시예에서는, 전류가 발열선에 흘러서 전열기구의 온도를 상승하도록 하는 발열제어용 사이리스터의 순방향 주기인 발열주기와, 발열선으로 흐르는 전류는 차단하고 감온성 수지로만 전류를 흐르도록 하여 온도를 측정할 수 있는 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 역방향 주기인 감온주기를 교류 1/2사이클 주기로 번갈아 실행된다.

온도 제어는 감온주기에서 온도에 의한 제어신호를 감지하여, 발열주기에서 발열제어용 사이리스터를 on/off 제어하여 발열전류가 흐르는 주기를 제어함으로써 이루어진다.

발열선 접속 다이오드(D7)에 순방향 전압이 형성되는 1/2주기 동안에는, 교류전원에 의하여 공급되는 순방향의 반파전류가 발열선(H1 -H2)), 다이오드(D7), 감열선(S1 - S2)에 발열선 및 감열선을 발열시킨다.

상기 순방향인 1/2 주기(발열주기)에서, 발열선과 감열선 두 개의 발열체는 서로 평행으로 배치된 상태에서 발열선 접속 다이오드(D7)로 연결되어 외부에서 볼 때, 발열선과 감열선에 흐르는 전류의 방향이 서로 반대가 되어 자기장이 상쇄되므로, 유해 자기장이 감소될 수 있다.

발열선 접속 다이오드(D7)에 역방향의 전압이 형성되는 다음 1/2주기(감온주기) 동안에는, 발열선과 감열선이 발열선 접속 다이오드(D7)에 의해 차단된 상태이므로 나머지 반대 방향의 반파전류가 AC1으로부터 제1, 제2 발열체 사이의 감온성 수지(N1)를 통해서만 흐르게 된다.

정상적인 온도범위 상태에서는 위와 같은 발열주기와 감온주기가 반복되는 것에 의하여 유해 자기장이 서로 상쇄되어 감쇄되면서 발열이 이루어지게 된다.

본 발명에서 마이컴IC(MC1)는 마이크로프로세서 칩 내에 메모리와 입출력 회로가 포함된 IC로 정의된다.

전원 스위치(SW1)는 전체 회로에 입력 전원을 공급하기 위한 스위치이다.

전원 스위치(SW1)를 on으로 작동하면 직류동작 전원부가 동작하여 마이컴IC(MC1)에는 직류전원 5V가 공급이 된다.

설정온도 이하에서 발열체에 전력공급이 이루어지는 과정은, AC1- F1- SW1- SCR1- H1- H2- D7- S1- S2- F2- AC2의 순으로 반파 교류전류가 흐르게 되어 발열선에는 전력공급이 이루어지게 되고, 발열선의 발열에 의하여 감온성 수지의 온도는 상승하게 된다.

설정온도 이하에서는 포터 커플러(Pc1)가 MC1의 Hi신호(on신호)에 의하여 정상적으로 발광 동작을 하게 되며, 포터 커플러(Pc1)의 발광 동작에 따라 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 on으로 도통하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 포토 다이오드를 사용하였으나 포토 트라이악, 포토 SCR의 사용도 가능하다.

AC1에서 AC2의 방향으로 전류가 흐르는 순방향 주기에서 기준전위인 AC1을 기준으로 할 때, 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 턴 온이 된 경우, 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드의 전위와 기준전위인 AC1은 동전위가 된다.

따라서 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드- R3- R4- 기준전위의 순으로는 전류가 흐르지 않게 되고, 온도 감지용 저항(R4) 양단에도 전압이 생성되지 않는다.

즉, 순방향 주기시에는 D4 - R5로는 전류가 흐르지 않으므로 마이컴IC(MC1)의 센서 입력단자(In1)의 입력전압은 0V가 된다.

상술한 바와 같이 기준전위인 AC1에 연결된 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 부하전단에 위치됨으로써, 발열제어용 사이리스터의 순방향인 발열주기일 경우는 온도 감지용 저항(R4) 양단에 전압강하가 발생되지 않고, 다음과 같이 역방향에서만 감지전류의 크기에 따라 온도 감지용 저항(R4) 양단에 전압강하를 발생시키기 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도감지부는 도 1에 도시된 바와 같이 발열용 사이리스터(SCR1)의 캐소드와 일측이 분압저항(R3)에 의하여 접속되며 타측이 기준전위와 연결되는 온도 감지용 저항(R4)과 상기 온도감지용 저항에 걸리는 전압이 온도 감지제어용 다이오드(D4)를 거쳐 마이컴IC의 센서입력단자(In1)에 온도입력전압으로 입력되도록 구성된다.

AC2에서 AC1 방향으로 전류가 흐르는 감온주기(사이리스터의 역방향 주기)에 센서입력 단자(In1)에는 감온성 수지의 온도에 따른 입력신호에 의한 감지전압이 입력전압으로 입력된다.

발열선과 감열선 사이에 있는 감온성 수지의 임피던스는 재질에 따라 차이는 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 나일론 감온성 수지인 경우, 평상시에는 2 ~ 5[MΩ] 정도이며 120℃가 넘는 고온에서는 수백kΩ 정도가 된다.

감온주기에서 전류의 흐름은 AC2 - F2 - S2 - 감온성 수지N1 - H1 - R3 - R4 - 기준전위(AC1)의 순으로 흐르게 된다.

이때 온도 감지용 저항(R4)의 양단에는 분압된 교류전압이 형성이 되는데 감온성 수지의 저항이 변하게 되면, 전류의 변화에 따라 온도 감지용 저항(R4)의 양단의 전압도 따라서 변화하게 된다.

즉, 발열선과 감열선 사이에서 감온성 수지의 온도가 올라갈수록 감온성 수지의 임피던스는 작아지므로 흐르는 감지 전류는 상대적으로 커지게 되고 온도 감지용 저항(R4)의 양단의 전압은 높아지게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 온도감지부는 온도 감지용 저항(R4) 일측이 감지 제어용 다이오드(D4)와 제어용 저항(R5)을 거쳐 온도 감지용 평활 콘덴서(C4)의 일측에 연결되며, 상기 온도 감지용 평활 콘덴서(C4)의 다른 일측은 상기 온도감지용 저항의 다른 일측과 함께 기준전위로 연결된다.

상기 감지전류는 AC2 - F2- S2 - N1 - H1 - R3 - D4 - R5 - R6 - 기준전위의 순으로 흐르게 되고 온도 감지용 평활 콘덴서(C4)양단에서 평활되어 센서입력단자(In1) 에 입력된다.

만약, 발열선의 과열로 발열선과 감열선의 단락시에는 온도 감지용 평활 콘덴서(C4) 양단의 전압이 수십 볼트를 넘게 되며, 마이컴IC(MC1)의 입력단자(In1)로 입력되는 전압은 과전압이 걸리게 된다.

이를 위해서 마이컴IC 보호용 다이오드(D3)를 센서입력 단자(In1)에서 직류전압원으로 흐르는 방향을 순방향이 되도록 연결하여 센서 입력단(S1)에 걸리는 전압이 5V를 넘을 경우, 초과되는 전압은 직류전압원(VCC)으로 바이패스 하도록 하였다.

사용자는 온도설정용 가변저항(VR1)을 조정하여 원하는 설정온도로 선택함으로써, 마이컴IC(MC1)의 기준 설정전압을 설정할 수 있게 된다.

예를 들어 온도설정용 가변저항(VR1) 돌려서 원하는 설정온도를 온도설정용 가변저항(VR1)의 설정전압이 4V가 되도록 하는 온도를 최고온도로 하여 4V를 설정을 하면 마이컴IC(MC1)의 설정전압 입력단자(IN2)에 설정전압 4V가 입력된다.

위와 같이 설정된 경우, 초기에는 발열선의 온도가 올라가기 전이므로 감온성 수지(N1)의 임피던스가 2 ~ 5 MΩ 정도의 높은 저항치를 갖는다.

따라서, 발열제어용 사이리스터의 역방향 주기에 AC2 - F2- S2- 감온성 수지 N1- H1- R3- D4- R5를 통하여 입력되는 전류의 량은 매우 미세하므로 센서입력단자(In1)의 입력전압은 VR1로 설정된 전압 4V보다 낮게 형성된다. 마이컴IC(MC1)은 이를 인식하여 제1 출력단자(Out1)에 Hi신호(on신호)를 출력하게 되며, 상기 Hi신호에 의해 포터커플러(Pc1)가 동작되어 발열제어용 사이리스터(SCR1)는 턴온을 유지한 상태로 발열선에 전력을 공급하게 된다.

발열선의 온도가 상승하여 감온성 수지의 온도가 설정온도 이상이 되면, 감온성 수지의 임피던스의 저항값이 설정온도의 저항값보다 상대적으로 적어지게 되며, 저항값이 적어짐에 따라 D4- R5- R6- 기준전위로 흐르는 전류량이 늘어나서 온도 감지용 저항(R4)에 걸리는 전압은 점차적으로 상승하게 된다. 이에 따라 입력신호 평활 콘덴서(C4)양단에 걸리는 평활된 전압도 상승하게 되며, 이 평활된 전압 의한 센서입력단자(In1)의 입력전압은 온도설정용 가변저항(VR1)의 설정전압으로 설정된 전압 4V보다 높게 형성된다.

마이컴IC(MC1)에서는 센서입력단자(In1)의 입력전압이 설정전압보다 높게 되면, 이를 인식하여 제1 출력단자(Out1)의 출력신호을 Hi(on)신호에서 Low(off) 신호로 변환을 하여 출력이 된다.

상기 Low 신호에 따라 포터커플러(Pc1)가 off되고 발열제어용 사이리스터(SCR1)는 턴 오프 되며 이에 따라 발열선의 전력공급이 중단된다.

전력공급이 중단되면 발열선과 감온성 수지의 온도가 내려가서 감온성 수지의 임피던스의 저항값이 설정된 온도의 임피던스 저항값보다 다시 커지게 된다. 그러면 다시 인입되는 전류의 양이 감소되어 온도 감지용 저항(R4) 양단에 걸리는 전압강하도 설정온도에 따른 설정전압보다 적게 걸리게 된다.

마이컴IC에서는 설정된 온도제어 프로그램에 따라 다시 출력신호를 변환하게 되는데, 예를 들면 온도설정용 가변저항(VR1)에 의한 설정전압보다 0.3V 낮아지면 다시 마이컴IC(MC1)의 제1출력단자(Out1)에서 Hi(on)신호를 출력되도록 프로그램된 경우라며, 센서입력단자(In1)의 입력전압이 3.7V이하가 되면 제1 출력단자(Out1)에서 출력되는 신호는 Low에서 Hi로 반전한다.

이러한 동작을 반복하게 되면서 발열선의 온도는 설정온도 이하로 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 발열제어용 사이리스터의 순방향주기에는 발열전류가 발열선으로만 흐르고, 온도감지용 저항에 감지전류가 흐르지 않도록 함으로써 발열전류에 의한 감지 오류를 방지하고, 발열제어용 사이리스터의 역방향 전압이 걸리는 감온주기에서만 감온성 수지에 의한 전류가 온도감지용 저항에 흐르도록 함으로써, 감온성 수지의 어느 부위에서 국부적인 과열이나 단락이 발생하더라도 정확하게 감지할 수 있는 효과가 있다.

전열기구인 전기매트가 사용 중에 일부분이 부분적으로 접히던가 무거운 물체가 올라가든지 하는 경우에는 그 부분의 온도가 국부적으로 급속하게 올라가게 된다. 온도가 계속 상승되어 그 부위의 온도가 120도 이상이 계속되면 감온성 수지(N1)의 절연이 파괴되어 발열선과 감열선이 서로 단락되는 경우가 발생될 수 있다. 이러한 경우, 일정 전류 이상에서 동작되는 발열저항에 의해서 온도퓨즈가 단락되도록 함으로써, 더 이상 전력공급이 되지 않도록 하는 방법이 채용될 수 있으나, 온도퓨즈가 단락이 되면, 전열기구의 제어장치인 온도조절기 자체도 별도 기판을 수리하기 전까지는 사용할 수 없게 된다.

즉, 발열선이 단락되는 경우에는 전기매트 자체도 수리하기 전에는 사용할 수 없게 된다. 이때 온도조절기의 온도퓨즈도 끊어지게 되면, 전기매트와 온도조절기를 둘 다 사용하지 못하는 상황이 발생하게 됨으로써 소비자나 생산자 입장에서는 A/S 비용이 과다하게 지출될 수 있다.

그러므로 본 발명 일 실시예에서는 위와 같이 발열선과 감열선이 서로 단락이 된 경우에 발열선으로 공급되는 전력공급만을 중단되도록 하여 과열로 인한 사고를 예방하는 한편, 사용자에게 이러한 고장 상태를 알려주는 표시장치를 설치함으로써, 사고를 예방하고 온도조절기는 재사용이 가능하도록 하는 회로를 개발하게 되었다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서는 발열선과 감열선의 단락시에는 발열선에 전원공급만 중단시킴으로써 단락시에는 온도퓨즈가 끊어짐으로써 발생되는 제어장치의 낭비를 막기 위한 효과를 제공한다.

발열선과 감열선이 서로 단락이 될 때, 그 단락되는 위치에 따라 제어장치에서 작용되는 현상이 달라진다.

예를 들어 단락 위치가 전체 길이 중에서 H1, S2에 가까운 위치에서 단락이 될 경우에는, 전체적으로 과전류가 흐르게 되어 전류퓨즈(F1)가 끊어지게 된다.

그러나 중간 부분을 넘어서 H2, S1 부근에서 단락이 된 상태라면 AC1에서 AC2의 방향으로 흐르는 순방향 주기에서는, 정상적인 상태보다 다소 많은 전류가 흐르지만, 과전류의 크기가 전류퓨즈(F1)의 용량보다는 작으므로 전류퓨즈는 끊어지지 않게 된다.

이러한 상태가 지속되면 국부적인 과열이 발생되어 위험상태에 이를 수 있다.

또한, AC2에서 AC1방향으로 전류가 흐르는 역방향 주기에서는 AC2- F2- S2- 단락지점- H1- R3- R4- AC1의 순으로 제어 전류가 흐르게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 R3, R4의 저항치를 발열선의 저항치에 비하여 약 500 ~ 1000배 정도 높게 설계된다. 발열선의 저항치는 100Ω에서 200Ω정도인 반면, R3, R4의 저항치는 수십에서 수백kΩ로 발열선의 저항치에 비하여 상대적으로 많고, 저항에 걸리는 전압은 저항치에 비례하기 때문에 기준전위를 기준으로 R3, R4에 거의 모든 전압이 걸리게 된다.

즉, R3, R4에 200V 이상의 전압이 걸리게 되고, 온도 감지용 저항(R4) 양단에는 저항치에 따라 수십 볼트 이상의 전압강하가 발생을 하게 되므로 온도 감지용 평활 콘덴서(C4)의 양단에도 수십 볼트의 전압이 형성된다.

그러나, 마이컴IC 보호용 다이오드(D3)에 의한 바이패스 회로에 의하여 최고 5V의 전압만이 마이컴의 센서입력단자(In1)로 입력되게 된다.

정상적인 상태에서의 온도제어의 예를 들면 전술한 바와 같이 센서입력단자(In1)의 입력전압은 발열선 및 감온성 수지(N1)의 온도가 올라갈수록 점차 높아지다가 4V를 넘는 순간, 전력제어소자 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 턴오프 되므로 발열선에 전력공급이 중단된다.

또한, 센서입력단자(In1) 의 입력전압이 4V 이하로 떨어져서 4V 이하로 0.3V를 넘는 격차가 발생을 하게 되면, 다시 턴온 하도록 프로그램되었으므로, 온 오프를 반복하면서 그 온도를 유지하게 된다.

그러나 어떠한 원인에 의하여 발열선과 감열선이 서로 단락이 되었을 때는 전술한 바와 같이, 센서입력단자(In1)의 입력전압이 정상적인 온도제어와는 다르게 4V를 상당히 초과하는 5V의 전압이 발생하게 되므로 온도설정용 가변저항(VR1)으로 설정된 전압보다도 높아지게 된다.

또한, 발열선과 감열선이 서로 단락되게 되면, 즉, 발열선의 절연이 파괴되면, 국부적인 과열이 발생되므로 이에 대한 안전회로가 요구된다.

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 안전회로로서 다음과 같은 회로보호부가 채택되었다. 본 발명의 일실시예에 따른 회로보호부는 도 1에 도시된 바와 같이 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드에 일측이 접속되고 타측은 회로보호용 사이리스터(SCR2)와 접속되는 발열저항 및 상기 발열저항과 접속된 다른 일측이 상기 제2감열단자와 접속되는 회로보호용 사이리스터(SCR2)로 구성되되, 회로보호용 사이리스터(SCR2)는 발열제어용 사이리스터(SCR2)와 동일한 순방향을 갖도록 구성된다.

또한, 본 발명의 일 실시예의 마이컴IC(MC1)에서는, 온도설정용 가변저항(VR1)으로 설정된 전압보다 0.3V이상 높아지면 마이컴IC(MC1)의 제2출력단자(Out2)의 출력을 평상시 Low에서 Hi(on)신호로 출력하도록 프로그램이 된다.

또한, 경고부는 상기 제2출력단자에 의해 출력되는 Hi(on) 출력신호에 의해 Led 점검등이 점등되도록 구성하였다.

만약, 발열선의 절연이 파괴되면, 센서입력단자(In1)의 입력전압은 상술한 바와 같이 최고전압인 5V가 입력이 되며, 이 입력전압은 온도설정용 가변저항(VR1)으로 설정된 최고 전압 4V보다 0.3V 이상 높은 전압에 해당되므로 마이컴IC(MC1)의 제2출력단자(Out2)의 출력신호는 Hi(또는 on)신호로 출력되며, 이에 따라 제2포터커플러(Pc2)가 동작이 되고, LED 경고등(LED1)이 점등을 하게 된다. 제2포터커플러(Pc2)가 동작이 됨에 따라, 회로보호용 사이리스터(SCR2)는 턴온이 된다.

이를 정리하면, 발열선의 절연이 파괴될 때, 제1출력단자(Out1)의 출력신호는 센서입력단자(In1)의 입력전압이 온도설정용 가변저항(VR1)에 의한 설정전압보다 높으므로 Low신호가 출력이 되고, 제2출력단자(Out2)의 출력신호는 설정전압보다 0.3V 이상이 높은 것이므로 Low신호에서 Hi신호로 반전되어 출력된다.

즉 발열제어용 사이리스터(SCR1)는 off상태로 되며, 회로보호용 사이리스터(SCR2)는 on 상태가 된다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 발열제어용 사이리스터(SCR1)와 회로보호용 사이리스터(SCR2) 사이에 발열저항(R8)이 접속된다. 발열저항(R8)의 저항치는 약 2KΩ 정도를 채택하였다.

회로보호용 사이리스터(SCR2)가 on 상태이지만 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 off 상태이므로 발열저항(R8)은 동작하지 않는다.

즉, 발열선이 단락되고 전열기구의 제어장치가 정상이라면 발열선에 전력공급은 되지 않도록 하고 LED 경고등(LED1)이 표시가 되므로 사용자는 이를 즉시 파악할 수 있게 된다.

발열선의 절연이 파괴된 경우에 전기매트는 더 이상 전열제품으로서 사용할 수가 없게 되나, 위와 같이 전열기구의 제어장치는 발열제어용 사이리스터(SCR1)에 의해 전력 공급이 차단된 상태에서 LED 경고등(LED1)에 의해 발열선의 이상 유무를 알 수 있으며, 전열기구의 제어장치는 다시 사용될 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 발열선은 정상이고 전열제어장치인 온도조절기가 불량인 경우에 동작하는 안전회로가 채용되었다.

전열제어장치의 고장 중에는 전력제어소자인 사이리스터가 반파 쇼트되는 경우가 발생하게 된다.

전력제어소자인 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 반파 쇼트되면, 통상의 다이오드와 동일하게 동작을 하게 된다. 즉 다이오드 식으로 되는 경우인데 이때는 마이컴IC(MC1) 출력신호와 관계없이 계속 반파전류가 흐르게 되어 발열선에 전력공급이 계속됨으로 인하여 전열기구인 전기매트가 과열이 되거나 위험 상태가 발생할 수도 있다.

이렇게 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 고장으로 반파 단락인 경우에는 마이컴IC(MC1)의 제1출력단자(Out1)의 출력신호가 Low 신호일지라도 발열선에는 전력공급이 계속되므로 센서입력단자(In1)의 입력전압은 계속 올라가게 된다.

마이컴IC(MC1)에서는 온도설정용 가변저항(VR1)으로 설정된 전압보다 센서입력단자(In1)의 입력전압이 같거나 높게 되면 출력신호가 반전이 되며, 출력신호가 반전된 뒤에도 센서입력단자(In1)의 입력전압이 계속 높아진다면 예를 들어 계속 높아져서 0.3V이상의 전압(MC1의 프로그램에 의하여 한계전압을 O.3V로 정했을 경우)이 입력되는 경우에는 제2출력단자(Out2)의 출력은 Hi 신호가 출력되도록 프로그램된다.

이 경우, AC1- SW1- SCR1- R8- SCR2- F2- AC2의 순으로 전류가 흐르게 되고 발열저항(R8)에 전류가 흐르게 되므로 발열이 되고, 인접하여 설치된 온도퓨즈가 발열저항의 발열에 의해 단선이 되어 전열기구의 제어장치와 발열선으로 공급되는 전원이 차단된다.

즉, 전력제어소자인 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 반파 쇼트되는 불량이 발생을 하여 제어신호와는 관계없이 계속 전력공급이 되더라도, 발열선의 온도가 계속해서 상승되는 것이 아니라 온도설정용 가변저항(VR1)으로 설정된 온도보다 0.3V(예를 들어 이러한 전압차이가 설정온도와 섭씨 5도 정도의 차이라고 가정을 한다면)만 높아지게 되면 제2 출력단자(Out2)의 출력신호를 Hi 신호로 출력되게 함으로써, 마이컴IC(MC1)에서는 이를 전력제어소자 불량으로 판단하여 온도퓨즈(F2)를 단선시켜 전원을 차단할 수 있다.

또한, 전열기구의 제어장치의 고장 중에는 전력제어소자인 발열제어용 사이리스터가 완전 쇼트되는 경우가 발생할 수 있다.

이러한 경우, AC1에서 AC2의 발열주기인 순방향주기에서는 AC1 - F1 - SW1 - SCR1 - H1 - H2 - S1 - S2 - F2 - AC2로 흐르게 되고, AC2에서 AC1의 역방향 주기에서는 AC2 - F2 - S2- 감온성 수지(N1)- H1 -SCR1 - SW1 - F1 - AC1으로 흐르게 된다.

이때, 발열제어용 사이리스터(SCR1)는 단락상태이므로 캐소드측이나 애노드측이나 전위가 같다. 즉, 전원부의 동작전원의 기준전위전위와 같은 전위이므로 온도 감지용 저항(R4) 양단에는 전압강하가 이루어지지 않게 되고 온도감지용 콘덴서(C4) 양단의 전압 역시 0V가 된다.

발열제어용 사이리스터(SCR1)가 정상적인 경우에는, 감온주기에 R4 양단에는 전술한 바와 같이 전압강하가 발생 되고, 발열선의 온도가 상승할수록 전압강하가 커지게 되나, 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 단락된 상태에서는 전술한 바와 같이 R4의 양단에는 전압강하가 전혀 발생되지 않게 된다.

그리고 마이컴IC(MC1)에서는 센서입력 하한치에 대한 제어를 프로그램하게 되는데, 예를 들어 센서입력단자(In1)의 입력전압이 0.3V 이하인 경우 제2 출력단자(Out2)의 출력신호를 Hi로 출력하게 프로그램된다.

이렇게 되면 전력제어소자 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 단락되는 불량이 생기는 즉시 제2 출력단자(Out2)의 출력신호가 Hi로 되고, 회로보호용 사이리스터(SCR2)는 턴온을 하게 되므로 AC1 - F1 - SW1 - SCR1 - R8 - SCR2 - F2 - AC2의 순으로 전류가 흐르게 되고, 발열저항(R8)에 전류가 흐르게 되므로 발열이 되고, 인접하여 설치된 온도퓨즈(F2)가 단선이 되어 발열선 및 온도제어장치로 공급되는 전원이 차단된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서는, 전력제어소자의 불량이나 온도제어불량인 경우, 마이컴IC(MC1)의 센서입력단자(In1)의 입력전압이 온도설정용 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 전압보다 0.3V 이상이 입력되거나, 센서전압이 하한치인 0.3V 이하가 입력될 경우에는 제2 출력단자(Out2)의 출력신호가 Hi신호가 출력되도록 프로그램된다.

위와 같이 전력제어소자가 반파 또는 전파불량이 발생된 경우에는 전력기구의 제어장치는 그 기판을 수리하기 전에는 소비자가 사용을 할 수 없는 장치가 되는 것이어서, 더 이상 제어장치 자체를 재사용할 수 있도록 보호할 필요성이 줄어들게 된다.

따라서 제어장치 자체를 보호하는 것보다는 전체의 전력 공급을 차단함으로써 더 이상의 사고가 파급되는 것을 안전하게 차단하는 것이 더 중요하다고 할 것이다.

본 발명의 일 실시예에서는 이와 같이 제어장치를 재사용할 필요가 있고 전력제어소자가 작동이 정상적으로 이루어질 경우에는 전력제어소자만으로 전력을 차단하도록 하고, 상술한 바와 같이 더 이상 제어장치를 재사용할 필요성이 없을 경우에는 온도퓨즈를 끊어지도록 제어함으로써, 고장유형에 따라 경제적으로 제어장치가 작동되도록 하는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 입력 전원부의 두 선 중 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 애노드 측을 동작전원부의 기준전위로 사용하고 발열선의 앞단에 발열제어용 사이리스터(SCR1)를 배치함으로써, 발열선이 단락되는 고장이 발생하면 발열제어용 사이리스터에 의해 전력공급이 중단되도록 함으로써, 온도제어장치를 보호하는 효과가 있다.

또한, 발열선이 단락되는 고장이 발생하면 LED 경고등(LED1)이 점등되도록 하는 제어장치를 채용하여 사용자에게 발열선의 단락임을 경고할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력제어소자인 SCR의 불량인 경우에는 온도퓨즈가 단선이 되어 전원공급이 차단되어 과열을 방지함으로써 온도제어장치만을 교체하여 전열기구를 다시 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

C1 ~ C4: 콘덴서
D1 ~ D4, D7: 다이오드
F1: 과전류퓨즈
F2: 온도퓨즈
H1, H2, S1, S2: 발열선 단자
In1, In2: 마이컴IC의 입력단자
MC1: 마이컴IC
N1: 감온성 수지
Out1, Out2: 마이컴IC의 출력단자
Pc1, Pc2: 포터커플러
R1 ~ R7: 저항:
R8: 발열저항
SCR1, SCR2: 사이리스터
VR1: 온도설정용 가변저항
W1, W2: 발열선

Claims (7)

1. 발열선의 양단에 연결된 제1, 2 발열단자; 상기 발열선과 나란히 배치되며 양단에 제1감열단자와 제2감열단자로 연결된 감열선; 상기 발열선과 상기 감열선 사이를 절연하며 온도변화에 따라 임피던스가 변화하는 감온성 수지;를 포함하는 발열체에 전원 공급 및 온도를 제어하는 전열기구의 제어장치에 있어서,
   상기 제어장치에 제1전원선(AC1)과 제2전원선(AC2)으로 교류전원을 공급하며, 상기 제1전원선은 상기 제어장치의 동작전원의 기준전위와 접속되는 교류전원공급부; 와
   상기 제1전원선(AC1)에 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 애노드가 연결되고, 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드는 상기 제1발열단자에 접속되며, 상기 제2발열단자와 상기 제1감열단자 사이에는 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)와 동일한 순방향을 갖도록 발열선 접속용 다이오드가 접속되고, 상기 제2감열단자는 상기 제2전원선(AC2)에 접속되는 발열부; 와
   상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드에 일측이 접속되고 타측은 회로보호용 사이리스터(SCR2)와 애노드와 접속되는 발열저항 및 상기 회로보호용 사이리스터(SCR2)의 캐소드는 상기 제2감열단자와 접속되는 회로보호부; 와
   상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)의 캐소드와 일측이 분압저항에 의하여 접속되며 타측이 상기 동작전원의 기준전위와 연결되는 온도감지용 저항과 상기 온도감지용 저항에 걸리는 전압이 온도감지용 다이오드를 거쳐 마이컴IC의 센서입력단자에 온도입력전압으로 입력되는 온도감지부;와
   상기 온도입력전압이 온도설정전압 이상인 경우 제1출력단자에서 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 off되도록 하는 off 출력신호가 출력되며, 상기 온도입력전압이 상기 온도설정전압보다 일정 전압이상 상승될 때에 상기 회로보호용 전력제어소자(SCR2)를 off상태에서 on상태로 전환하는 on 출력신호를 제2출력단자로 출력되는 마이컴IC; 와
   상기 제2출력단자에 의해 출력되는 on 출력신호에 의해 경고등이 점등되도록 하는 경고부; 를 포함하며,
   상기 온도입력전압이 상기 온도설정온도 보다 일정 전압이상 상승될 때에는 상기 마이컴IC의 제1출력단자에서 off 출력신호가 출력되어 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 off되는 것에 의해 상기 제1발열단자로 공급되는 교류전원이 차단되며, 상기 마이컴IC의 제2출력단자의 on 출력신호가 출력되어 상기 경고등이 점등되도록 하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 마이컴IC는 상기 온도입력전압이 최소 형성전압 이하일 경우 상기 회로보호용 전력제어소자(SCR2)를 off상태에서 on상태로 전환하는 on 출력신호를 제2출력단자로 출력하도록 하도록 하는 것을 더 포함하며,
   상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)가 반파 쇼트 또는 완전 쇼트 되어 상기 제1출력단자의 제어신호에 의하여 동작되지 않을 때는 상기 회로보호용 전력제어소자(SCR2)와 연결된 상기 발열저항에 전류가 흐르도록 함으로써 상기 발열저항과 인접하여 설치되며, 상기 교류전원의 어느 하나의 전원선과 직결된 온도퓨즈가 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 센서입력단자와 전압공급원 사이에 마이컴IC 보호용 다이오드를 접속하여 상기 센서입력단자에 상기 전압공급원의 전압보다 높은 전압이 입력되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1출력단자에서 출력되는 출력신호가 포터커플러를 통하여 상기 발열제어용 사이리스터(SCR1)를 제어하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2출력단자에서 출력되는 출력신호가 포터커플러를 통하여 상기 회로보호용 전력제어소자(SCR2)를 제어하는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 회로보호용 전력제어소자(SCR2)는 사이리스터, 트라이악, TR 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치
   
7. 제2항에 있어서,
   상기 온도감지부는 상기 온도 감지용 저항 일측이 감지 제어용 다이오드와 제어용 저항을 거쳐 온도 감지용 평활 콘덴서의 일측에 연결되며, 상기 온도 감지용 평활 콘덴서의 다른 일측은 상기 온도감지용 저항의 다른 일측과 함께 동작전원의 기준전위로 연결되는 것을 특징으로 하는 안전회로가 부가된 전열기구의 제어장치

Images