KR102158493B1

KR102158493B1 - Cmos 오실레이터로부터 출력된 rf 신호를 열 에너지로 전환할 수 있는 온도 제어 장치와 가열 시스템

Info

Publication number: KR102158493B1
Application number: KR1020190174269A
Authority: KR
Inventors: 김성완; 이평한; 박광범; 천성훈; 류창호; 이상훈
Original assignee: 쓰리에이로직스(주); 주식회사 웨이브피아
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2038-05-10
Also published as: KR20200000420A

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 장치는 RF 신호를 생성하는 구조를 갖는 RF 신호 생성기와, 상기 RF 신호를 증폭하기 위한 이득을 이득 제어 신호에 기초하여 조절하고, 조절된 이득에 따라 상기 RF 신호를 증폭하고, 증폭된 RF 신호를 출력하는 증폭기와, 상기 증폭된 RF 신호를 열 에너지로 전환하고 상기 열 에너지를 방출하는 금속과, 상기 금속으로부터 방출된 상기 열 에너지에 해당하는 열을 검출하고, 검출된 열에 해당하는 온도 신호를 출력하는 온도 센서와, 상기 온도 신호를 수신하고, 수신된 온도 신호에 해당하는 검출 온도를 생성하고, 설정 온도와 상기 검출 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 이득을 조절하기 위한 상기 이득 제어 신호를 상기 증폭기로 출력하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

CMOS 오실레이터로부터 출력된 RF 신호를 열 에너지로 전환할 수 있는 온도 제어 장치와 가열 시스템{TEMPERATURE CONTROL DEVICE CAPABLE OF CONVERTING RF SIGNAL FROM CMOS OSCILLATOR INTO HEAT ENERGY AND HEATING SYSTEM}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 온도 제어 장치에 관한 것으로, 특히 크리스털 오실레이터 대신에 CMOS 오실레이터로부터 출력된 RF 신호를 열 에너지로 전환할 수 있는 온도 제어 장치와 이를 이용한 가열 시스템(heating system)에 관한 제공하는 것이다.

크리스털 오실레이터는 정확한 주파수를 갖는 전기적 신호를 생성하기 위해 압전기 물질(piezoelectric material)의 진동하는 결정의 기계적인 공명 (mechanical resonance)을 이용하는 전기적 발진기 회로이다.

크리스털 오실레이터에서 발생한 오실레이션 신호를 작동 클락 신호로서 사용하는 전자 장치들이 많이 사용되고 있으나, 진동이나 충격이 상기 크리스털 오실레이터의 결정(crystal)에 가해질 때, 상기 오실레이션 신호의 주파수는 변동될 수 있다. 또한, 크리스털 오실레이터를 포함하는 전자 장치들은 오실레이션 신호를 수신하기 위한 인터페이스를 포함하므로, 상기 전자 장치들을 소형화하는데에 한계가 있다.

미국 등록특허공보: 등록번호 4,621,179 (1986년 11월 04일 공개)

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 증폭기에 연결된 안테나를 이용하여, 크리스털 오실레이터 대신에 사용되는 CMOS 오실레이터로부터 출력된 RF 신호를 열 에너지로 전환하고, 상기 열 에너지에 기초하여 발생한 열을 측정하고, 측정된 온도와 설정된 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 RF 신호를 증폭하는 상기 증폭기의 이득을 제어하여 상기 열 에너지(또는 상기 열)를 조절할 수 있는 온도 제어 장치와 이를 이용한 가열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 장치는 진동자를 포함하지 않고도 RF 신호를 생성하는 구조를 갖는 RF 신호 생성기와, 이득 제어 신호에 따라 이득을 조절하고, 조절된 이득에 따라 상기 RF 신호를 증폭하는 프로그래머블 이득 증폭기와, 상기 프로그래머블 이득 증폭기에 의해 증폭된 상기 RF 신호를 수신하고 증폭하여 증폭된 RF 신호를 출력하는 전력 증폭기와, 상기 전력 증폭기에 의해 증폭된 RF 신호를 열 에너지로 전환하고 상기 열 에너지를 방출하는 금속과, 상기 금속으로부터 방출된 상기 열 에너지에 해당하는 열을 검출하고, 검출된 열에 해당하는 온도 신호를 출력하는 온도 센서와 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 온도 신호를 수신하고, 수신된 온도 신호에 해당하는 검출 온도를 생성하고, 설정 온도와 상기 검출 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 이득을 조절하기 위한 상기 이득 제어 신호를 생성하고, 상기 이득 제어 신호를 상기 컨트롤러와 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 이득 제어 단자들 사이에 연결된 금속 라인들을 통해 상기 프로그래머블 이득 증폭기로 출력한다.

본 발명의 실시 예에 따른 가열 시스템은 진동자를 포함하지 않고도 RF 신호를 생성하는 구조를 갖는 RF 신호 생성기와, 이득 제어 신호에 따라 이득을 조절하고, 조절된 이득에 따라 상기 RF 신호를 증폭하는 프로그래머블 이득 증폭기와, 상기 프로그래머블 이득 증폭기에 의해 증폭된 상기 RF 신호를 수신하고 증폭하여 증폭된 RF 신호를 출력하는 전력 증폭기와, 상기 전력 증폭기에 의해 증폭된 RF 신호를 열 에너지로 전환하고 상기 열 에너지를 방출하는 금속과, 상기 금속에 의해 공기 중으로 방출되는 상기 열 에너지를 이용하여 가열되고, 그 안에 물체를 넣을 수 있는 공간을 포함하는 가열 물체와, 상기 금속으로부터 방출된 상기 열 에너지에 해당하는 열을 검출하고, 검출된 열에 해당하는 온도 신호를 출력하는 온도 센서와, 상기 온도 신호를 수신하고, 수신된 온도 신호에 해당하는 검출 온도를 생성하고, 설정 온도와 상기 검출 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 이득을 조절하기 위한 상기 이득 제어 신호를 생성하고, 상기 이득 제어 신호를 금속 라인들을 통해 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 이득 제어 단자들로 출력하는 컨트롤러와, 상기 설정 온도를 상기 컨트롤러로 전송하는 입력 장치와, 상기 금속, 상기 가열 물체, 및 상기 온도 센서를 내장하는 가열 챔버를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른, 온도 제어 장치와 이를 이용한 가열 시스템은 크리스털 오실레이터 대신에 사용되는 CMOS 오실레이터로부터 출력된 RF 신호를 증폭기에 연결된 안테나를 이용하여 열 에너지로 전환하고, 상기 열 에너지에 기초하여 발생한 열을 측정하고, 측정된 온도와 설정된 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 RF 신호를 증폭하는 상기 증폭기의 이득을 조절하여 상기 열 에너지 또는 상기 열을 조절할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가열 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 가열 시스템의 작동을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 설정 온도와 이득 제어 신호와의 관계를 나타내는 제1테이블의 실시 예이다.
도 4는 설정 온도와 측정 온도와의 차이와 이득 제어 신호와의 관계를 나타내는 제2테이블의 실시 예이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가열 시스템의 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 가열 시스템(100)은 RF 신호 생성기(110), 증폭기(120), 가열 챔버 (130), 컨트롤러(140), 입력 장치(150), 및 메모리(160)를 포함한다.

가열 물체(heating object; 134)를 포함하지 않는 가열 시스템(100)은 온도 제어(또는 조절) 장치라고 불릴 수 있다.

RF 신호 생성기(110)는 RF(radio frequency) 신호(OSC) 또는 오실레이션 신호(OSC)를 생성하는 구조를 갖는다. RF 신호 생성기(110)는 CMOS 공정에 의해 반도체(또는 실리콘) 기판에 형성(또는 집적)된 CMOS 오실레이터일 수 있고, RF 신호 (OSC)의 주파수는 2.4GHz일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

크리스털 오실레이터 대신에 사용되는 CMOS 오실레이터는 외부로부터 오실레이션 신호를 수신하지 않고도 RF 신호(OSC)를 생성할 수 있는 구조를 갖는다. 상기 크리스털 오실레이터에서 사용되는 크리스털은 외부 진동이나 외부 충격에 민감하므로, 상기 외부 진동이나 상기 충격이 상기 크리스털에 가해질 때, 상기 크리스털 오실레이터의 출력 신호의 주파수는 변동될 수 있다.

그러나 CMOS 오실레이터(110)는 CMOS 공정으로 생성되고 크리스털과 같은 진동자를 포함하지 않으므로, 외부 진동이나 외부 충격이 CMOS 오실레이터(110)에 가해지더라도 CMOS 오실레이터(110)는 안정된 주파수를 갖는 RF 신호(OSC)를 생성할 수 있다. CMOS 오실레이터(110)는 외부로부터 입력되는 오실레이션 신호를 수신하기 위한 단자를 포함하지 않으므로, 그 회로 구성이 간단하고 경박단소하게 제조될 수 있다.

실시 예들에 따라 RF 신호 생성기(110)는 제1주파수를 갖는 제1신호(OSC)와 제2주파수를 갖는 제2신호를 생성할 수 있고, 제1신호(OSC)는 증폭기(120)로 공급되고, 상기 제2신호는 컨트롤러(140)로 공급될 수 있다. 이때, 상기 제1주파수는 상기 제2주파수보다 높다. 상기 제2신호는 컨트롤러(140)의 작동 신호 또는 작동 클락 신호로서 사용될 수 있다.

증폭기(120)는 RF 신호(OSC)를 증폭하기 위한 이득(gain)을 이득 제어 신호 (GCTRL)에 기초하여 조절하고, 입력된 RF 신호(OSC)를 조절된 이득에 따라 증폭하고, 증폭된 RF 신호(AOSC)를 금속(132)으로 출력할 수 있다.

증폭기(120)는 직렬로 연결된 프로그래머블 이득 증폭기(programmable gain amplifier(PGA); 122)와 전력 증폭기(power amplifier(PA); 124)를 포함한다.

PGA(122)는 이득 제어 신호(GCTRL)에 따라 PGA(122)의 이득을 조절할 수 있는 전자 증폭기 또는 연산 증폭기(operational amplifier)이다. 이득 제어 신호 (GCTRL)는 디지털 신호들 또는 아날로그 신호들이고, 상기 디지털 신호들은 SPI (serial peripheral interface) 프로토콜 또는 I2C(Inter-Integrated Circuit) 프로토콜에 따라 금속 라인들(142)을 통해 컨트롤러(140)로부터 PGA(122)로 전송될 수 있다.

PA(124)는 GaN-HEMT들(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistors)를 이용하여 구현될 수 있다. PA(124)는 PGA(122)에 의해 증폭된 RF 신호를 수신하고 증폭하여 증폭된 RF 신호(AOSC)를 출력할 수 있다.

금속(132)은 PA(124)의 출력 단자에 유선으로 전기적으로 연결되고, PA(124)에 의해 증폭된 RF 신호(AOSC)를 열 에너지(HE)로 전환(convert)하고, 열 에너지 (HE)를 매질, 예컨대 공기 중으로 방출(또는 출력)한다. 예컨대, 금속(132)은 금속 안테나로 구현될 수 있고, 금속(132)은 금속 패치 안테나(metal patch antenna)로 구현될 수 있다.

실시 예들에 따라 2개의 금속 패치 안테나들(132)이 가열 챔버(130)의 위와 아래에 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있으나 금속 패치 안테나의 배치 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 2개의 금속 패치 안테나들(132) 사이에 가열 물체 (134)가 배치될 수 있다.

열 대류 장치(thermal convection application)인 가열 챔버(130)는 금속 (132), 가열 물체(134), 및 적어도 하나의 온도 센서(136 및/또는 138)를 포함(또는 내장)하고, 가열 챔버(130)는, 가열 물체(134) 또는 가열 물체(134)에 삽입된 물체가 가열되는 가열 작동 도중에는, 열 에너지(HE)를 외부로 유출하지 않는 구조 또는 재질로 형성 또는 제조될 수 있다.

금속(132) 또는 가열 챔버(130)의 공기(또는 가스)의 온도를 검출(감지 또는 측정)할 수 있는 제1온도 센서(136)는 금속(132)의 온도 또는 금속(132)으로부터 방출된 열 에너지(HE)에 의해 발생한 열을 검출하고, 검출된 열에 해당하는 제1온도 신호(TEMP1)를 출력할 수 있다.

컨트롤러(140)는 제1포트(141)를 통해 제1온도 신호(TEMP1)를 수신하고, 수신된 제1온도 신호(TEMP1)에 해당하는 검출 온도를 생성하고, 설정 온도(STE)와 상기 검출 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 PGA(222)의 이득을 조절하기 위한 이득 제어 신호(GCTRL)를 금속 라인들(142)을 통해 PGA(122)의 이득 제어 단자들로 출력할 수 있다. 따라서, PGA(122)는 이득 제어 신호(GCTRL)에 응답하여 PAG(122)의 이득을 조절하고, 조절된 이득에 따라 RF 신호(OSC)를 증폭하고, 증폭된 신호를 PA(124)로 출력할 수 있다,

실시 예들에 따라, 도 1과 도 4를 참조하면, 컨트롤러(140)는 제1포트(141)를 통해 제1온도 신호(TEMP1)를 수신하고, 수신된 제1온도 신호(TEMP1)에 해당하는 검출 온도(MTi)를 생성하고, 설정 온도(STE)와 검출 온도(MTi)와의 차이(DFi, 1≤i≤n, i와 n은 2 이상의 자연수)를 계산하고, 계산된 차이(DFi)에 해당하는 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성하고, 생성된 이득 제어 신호(GCTRL)를 금속 라인들(142)을 통해 PGA(122)의 이득 제어 단자들로 출력할 수 있다.

도 4에 예시적으로 도시된 제2테이블(TABLE2)은 메모리(160)에 저장되고, 컨트롤러(140)에 의해 참조될 수 있다.

컨트롤러(140)는, 검출 온도가 설정 온도(STE)보다 낮을 때, 증폭기(120)의 이득을 증가시키기 위한 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성할 수 있다. 컨트롤러(140)는, 상기 검출 온도가 설정 온도(STE)보다 높을 때, 증폭기(120)의 이득을 감소시키기 위한 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성할 수 있다. PGA(122)의 이득이 증가함에 따라, 열 에너지(HE)와 관련된 열 또는 온도는 증가한다.

컨트롤러(140)는 RF 신호 생성기(110)의 인에이블과 디스에이블을 제어하기 위한 제어 신호(CTRL)를 생성하고 이(CTRL)를 RF 신호 생성기(110)로 전송할 수 있다. 따라서, RF 신호 생성기(110)는 제어 신호(CTRL)에 따라 인에이블 또는 디스에이블될 수 있다.

실시 예들에 따라, RF 신호 생성기(110), 증폭기(120), 및 컨트롤러(140)는 하나의 반도체 기판에 형성 또는 집적될 수 있다. 실시 예들에 따라 금속(132)도 상기 하나의 반도체 기판에 더 형성 또는 집적될 수 있다.

입력 장치(150)는 사용자에게 설정 온도(STE)를 입력할 수 있는 UI(user interface)를 제공하는 장치를 의미한다. 상기 UI는 컨트롤러(140)의 제어에 따라 입력 장치(150)에서 디스플레이될 수 있고, 입력 장치(150)는 터치 스크린으로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

설정 온도(STE)의 해상도(resolution, 또는 사용자에 의해 조절할 수 있는 온도 단위)는 컨트롤러(140)에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 해상도는 사용자 또는 제조자가 컨트롤러(140)를 이용하여 조절할 수 있다. 따라서, 상기 해상도가 0.1℃, 0.5℃, 또는 1℃ 단위로 결정된다고 가정하면, 사용자는 결정된 해상도에 따라 0.1℃, 0.5℃, 또는 1℃ 단위로 설정 온도(STE)를 조절(또는 설정)할 수 있다. 따라서, 입력 장치(150)는 버튼식 온도 조절 장치에 비해 설정 온도를 미세하게 조절할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 메모리(160)는 설정 온도(STE)와 검출 온도(DTi)와의 차이(DFi)에 해당하는 이득 제어 값(CV21~CV2n)을 룩업 테이블(look up table)의 형태로 저장할 수 있다. 이득 제어 값(CV21~CV2n)은 이득 제어 신호(GCTRL)에 해당한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 룩업 테이블(예컨대, 제1테이블(TABLE1))은 입력 장치(150)에 의해 설정된 설정 온도(STE)에 해당하는 이득 제어 값 (CV11~CV1n)을 저장할 수 있으므로, 설정 온도(STE)를 수신한 컨트롤러(140)는 메모리(160)에 저장된 제1테이블(TABLE1)을 참조 또는 검색하여 설정 온도(STE)에 매핑(mapping) 또는 매칭(matching)된 이득 제어 값 (CV11~CV1n)에 해당하는 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성할 수 있다. 온도(T2)는 온도(T1)보다 높고, 온도(Tn)은 온도(T2)보다 높다고 가정한다,

각 룩업 테이블(TABLE 1과 TABLE2)을 저장하는 메모리(160)는 DRAM과 같은 휘발성 메모리 장치와, 플래시-기반 메모리와 같은 불휘발성 메모리 장치를 통칭한다. 비록, 메모리(160)가 컨트롤러(140) 외부에 도시되었으나, 메모리(160)는 컨트롤러(140) 내부의 캐시 메모리 또는 SRAM을 의미할 수 있다.

컨트롤러(140)는, PGA(122)에 대한 이득 조절 처리 속도를 빠르게 하기 위해, 각 룩업 테이블(TABLE1과 TABLE2)을 참조하여 이득 제어 값(CV11~CV1n 및 CV21~CV2n)에 해당하는 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성하고, 이득 제어 신호(GCTRL)를 금속 라인들(142)을 통해 PGA(122)로 전송할 수 있다.

실시 예들에 따라, 금속(132)으로부터 방출(또는 복사)되는 열 에너지(HE)에 의해 가열되는 가열 물체(134) 자체의 온도(또는 열), 가열 물체(134) 주변 온도(또는 열), 또는 가열 물체(134) 내부 온도(또는 열)를 검출(감지 또는 측정)할 수 있는 제2온도 센서(138)가 가열 챔버(130) 내부에 설치 또는 배치될 수 있다.

제2온도 센서(138)는 앞에서 설명한 바와 같이 가열 물체(134)의 온도 또는 열을 검출하고, 검출된 온도 또는 열에 해당하는 제2온도 신호(TEMP2)를 출력할 수 있다.

이때, 컨트롤러(140)는 제2포트(143)를 통해 제2온도 신호(TEMP2)를 수신하고, 수신된 제2온도 신호(TEMP2)에 해당하는 검출 온도를 생성하고, 설정 온도 (STE)와 상기 검출 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 PGA(222)의 이득을 조절하기 위한 이득 제어 신호(GCTRL)를 금속 라인들(142)을 통해 PGA(122)의 이득 제어 단자들로 출력할 수 있다.

실시 예들에 따라, 도 1과 도 4를 참조하면, 컨트롤러(140)는 제2포트(143)를 통해 제2온도 신호(TEMP2)를 수신하고, 수신된 제2온도 신호(TEMP2)에 해당하는 검출 온도(MTi)를 생성하고, 설정 온도(STE)와 검출 온도(MTi)와의 차이(DFi)를 계산하고, 계산된 차이(DFi)에 해당하는 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성하고, 생성된 이득 제어 신호(GCTRL)를 금속 라인들(142)을 통해 PGA(122)의 이득 제어 단자들로 출력할 수 있다.

컨트롤러(140)는, 검출 온도가 설정 온도(STE)보다 낮을 때, 증폭기(120)의 이득을 증가시키기 위한 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성할 수 있다. 컨트롤러(140)는, 상기 검출 온도가 설정 온도(STE)보다 높을 때, 증폭기(120)의 이득을 감소시키기 위한 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성할 수 있다.

실시 예들에 따라, 제1온도 센서(136)와 제2온도 센서(138) 중에서 적어도 하나는 가열 시스템(100)에 설치될 수 있다. 사용자는 입력 장치(150)를 통해 제1온도 센서(136)를 인에이블시킬지 또는 제2온도 센서(138)를 인에이블시킬지를 선택할 수 있다. 입력 장치(150)는 어떤 온도 센서(136 또는 138)가 선택되었는지를 지시하는 선택 신호(SEL)를 컨트롤러(140)로 전송할 수 있다.

컨트롤러(140)는, 선택 신호(SEL)에 따라, 제1온도 신호(TEMP1) 또는 제2온도 신호(TEMP2)에 해당하는 검출 온도를 생성한다.

도 2는 도 1에 도시된 가열 시스템의 작동을 나타내는 플로우 차트이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 사용자는 입력 장치(150)를 통해 작동 모드를 선택할 수 있다(S105). 상기 작동 모드는 제1온도 센서(136)를 인에이블시키는 제1작동 모드와 제2온도 센서(138)를 인에이블시키는 제2작동 모드를 포함한다. 작동 모드는 선택 신호(SEL)에 따라 결정될 수 있다.

실시 예들에 따라 가열 시스템의 작동 방법(S100)에서, 단계(S105)가 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있다. 작동 방법(S100)이 모드 선택 단계(S105)를 포함한다면, 가열 시스템(100)은 제1온도 센서(136)와 제2온도 센서(138)를 모두 포함하도록 설계되고 제작될 수 있다.

그러나 작동 방법(S100)이 모드 선택 단계(S105)를 포함하지 않는다면, 가열 시스템(100)은 제1온도 센서(136)와 제2온도 센서(138) 중에서 어느 하나만을 포함할 수 있다. 예컨대, 가열 시스템(100)에 포함된 가열 물체(134)의 기능과 구조에 따라 제1온도 센서(136)가 포함될지 또는 제2온도 센서(138)가 포함될지가 결정될 수 있다.

예컨대, 가열 물체(134)가 가열될 물체(예컨대, 액체 또는 고체)를 그 안에 집어넣을 수 있는 공간을 갖는 가열 물체(134)일 때, 예컨대 가열 시스템(100)이 전자레인지(microwave oven), 커피 메이커, 또는 전자 쿠커(electric cooker) 일 때, 가열 챔버(130)는 제2온도 센서(138)를 포함할 수 있다. 예컨대, 가열 챔버 (130)의 문(door)은 가열 물체(134)의 문일 수 있다.

그러나 가열 물체(134)가 자동차 시트의 열선일 때, 가열 챔버(130)는 제1온도 센서(136)만을 포함할 수 있다. 사용자는 입력 장치(150)를 통해 상기 열선의 온도를 해상도 단위로 조절할 수 있다. 예컨대, 가열 물체(134)는 그 안에 전기 자동차에 전압 또는 전력을 공급하는 배터리들 또는 배터리 셀들의 세트를 내장하는 배터리 팩(battery pack)일 수 있다. 이때, 전기 자동차는 가열 시스템(100)을 포함할 수 있다. 실시 예에 따라 가열 물체(134)는 모터, 및/또는 인버터일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

컨트롤러(140)는 제1온도 센서(136)와 연결될 수 있는 제1포트(또는 제1커넥터; 141)와 제2온도 센서(138)와 연결될 수 있는 제2포트(또는 제2커넥터; 143)를 포함하고, 입력 장치(150)로부터 전송된 선택 신호(SEL)에 따라 제1포트(141)와 제2포트(143) 중에서 어느 하나의 포트로부터 출력된 온도 신호(TEMP1 또는 TEMP2)를 컨트롤러 코어 회로(147)로 전송할 수 있는 선택기(또는 멀티플렉서)(145)를 포함할 수 있다.

컨트롤러 코어 회로(147)는 입력 장치(150)로부터 입력된 선택 신호(SEL)에 따라 선택기(145) 또는 멀티플렉서(145)의 선택 작동을 제어할 수 있는 내부 선택 신호(ISEL)를 생성할 수 있다.

예컨대, 선택 신호(SEL)가 제1온도 신호(TEMP1)의 선택에 관련된 신호일 때, 선택기(145) 또는 멀티플렉서(145)는 선택 신호(SEL)에 기초하여 컨트롤러 코어 회로(147)에 의해 생성된 내부 선택 신호(ISEL)에 응답하여 제1온도 신호(TEMP1)를 컨트롤러 코어 회로(147)로 전송할 수 있다.

예컨대, 선택 신호(SEL)가 제2온도 신호(TEMP2)의 선택에 관련된 신호일 때, 선택기(145) 또는 멀티플렉서(145)는 선택 신호(SEL)에 기초하여 컨트롤러 코어 회로(147)에 의해 생성된 내부 선택 신호(ISEL)에 응답하여 제2온도 신호(TEMP2)를 컨트롤러 코어 회로(147)로 전송할 수 있다.

컨트롤러 코어 회로(147)는 앞에서 설명한 비교 작동(또는 차이 계산 작동)을 수행하고, 메모리(160)를 액세스하여 이득 제어 값으로부터 이득 제어 신호 (GCTRL)를 생성(또는 서치)하는 작동, 이득 제어 신호(GCTRL)를 PGA(122)로 전송하는 작동, 및 RF 생성기(110)의 인에이블과 디스에이블을 제어하는 하드웨어와 상기 하드웨어에서 실행되는 펌웨어를 포함할 수 있다.

사용자는 입력 장치(150)를 통해 설정 온도(STE)를 해상도에 따라 입력(또는 설정)한다(S110). 설정 온도(STE)는 입력 장치(150)를 통해 컨트롤러(140)로 전송된다.

컨트롤러(140)는 설정 온도(STE)에 해당하는 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성하고, 이득 제어 신호(GCTRL)를 증폭기(120) 또는 PGA(122)로 전송한다.

예컨대, 컨트롤러(140)는 설정 온도별 이득 제어 값을 저장하는 메모리 (160), 예컨대 제1룩업 테이블(TABLE1)을 참조(또는 검색)하여 설정 온도(STE) 또는 설정 온도(STE)와 관련된 이득 제어 값에 해당하는 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성하고, 이득 제어 신호(GCTRL)를 금속 라인들(142)을 통해 증폭기(120) 또는 PGA (122)로 전송한다.

증폭기(120) 또는 PGA(122)는, 이득 제어 신호(GCTRL)에 따라, 설정 온도 (STE)에 맞도록 증폭기(120) 또는 PGA(122)의 이득을 조절한다(S120).

증폭기(120) 또는 PGA(122)는, 조절된 이득에 따라, 인에이블된 RF 신호 생성기(110)로부터 출력된 RF 신호(OSC)를 수신하여 증폭한다(S130).

PA(124)는 PGA(122)에 의해 증폭된 RF 신호를 수신하여 증폭하고, 증폭된 RF 신호(ASOC)를 금속(132)으로 출력한다. 금속(132)은 증폭된 RF 신호(ASOC)를 열 에너지(HE)로 전환하고, 열 에너지(HE)를 방출한다(S135).

온도 센서(136 또는 138)는 열 에너지(HE)에 따라 발생한 열에 해당하는 온도 신호(TEMP1 또는 TEMP2, 이를 집합적으로 TEMPi, i는 1 또는 2)를 생성한다.

컨트롤러(140)는 온도 센서(136 또는 138)로부터 출력된 온도 신호(TEMPi)를 해당 포트(141 또는 143)를 통해 수신하고, 온도 신호(TEMPi)를 이용하여 측정 온도(MTi)를 계산 또는 검색한다.

실시 예들에 따라 메모리(160)는 온도 신호(TEMPi)에 해당하는 측정 온도 (MTi)를 포함하는 제3룩업 테이블을 더 포함할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(140)는 상기 제3룩업 테이블을 참조 또는 검색하여 온도 신호(TEMPi)에 해당하는 측정 온도(MTi)를 생성할 수 있다.

컨트롤러(140)는, 검출 온도(MTi)가 설정 온도(STE)보다 낮을 때(S140의 YES), 증폭기(120)의 이득을 증가시키기 위한 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성할 수 있다(S145). 그러나 컨트롤러(140)는, 검출 온도(MTi)가 설정 온도(STE)보다 높을 때(S140의 NO), 증폭기(120)의 이득을 감소시키기 위한 이득 제어 신호(GCTRL)를 생성할 수 있다(S150).

증폭기(120) 또는 PGA(122)는 단계(S145 또는 S150)에서 생성된 이득 제어 신호(GCTRL)에 따라 이득을 실시간으로 조절한다(S160). 증폭기(120) 또는 PGA (122)는, 단계(S160)에서 조절된 이득에 따라, RF 신호 생성기(110)로부터 출력된 RF 신호(OSC)를 수신하여 증폭한다(S130).

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 가열 시스템
110: RF 신호 생성기 또는 CMOS 오실레이터
120: 증폭기
122: 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)
124: 전력 증폭기(PA)
130:가열 챔버
132: 금속, 금속 안테나, 금속 패치 안테나
134: 가열 물체
136: 제1온도 센서
138: 제2온도 센서
140: 컨트롤러
141: 제1포트
143: 제2포트
150: 입력 장치
160: 메모리

Claims

진동자를 포함하지 않고도 RF 신호를 생성하는 구조를 갖는 RF 신호 생성기;
이득 제어 신호에 따라 이득을 조절하고, 조절된 이득에 따라 상기 RF 신호를 증폭하는 프로그래머블 이득 증폭기;
상기 프로그래머블 이득 증폭기에 의해 증폭된 상기 RF 신호를 수신하고 증폭하여 증폭된 RF 신호를 출력하는 전력 증폭기;
상기 전력 증폭기에 의해 증폭된 RF 신호를 열 에너지로 전환하고 상기 열 에너지를 방출하는 금속;
상기 금속으로부터 방출된 상기 열 에너지에 해당하는 열을 검출하고, 검출된 열에 해당하는 온도 신호를 출력하는 온도 센서; 및
컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 온도 신호를 수신하고, 수신된 온도 신호에 해당하는 검출 온도를 생성하고, 설정 온도와 상기 검출 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 이득을 조절하기 위한 상기 이득 제어 신호를 생성하고, 상기 이득 제어 신호를 상기 컨트롤러와 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 이득 제어 단자들 사이에 연결된 금속 라인들을 통해 상기 프로그래머블 이득 증폭기로 출력하는 온도 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 RF 신호 생성기의 인에이블과 디스에이블을 제어하기 위한 제어 신호를 상기 RF 신호 생성기로 전송하고,
상기 RF 신호 생성기는 CMOS 공정에 의해 반도체 기판에 형성된 CMOS 오실레이터이고,
상기 CMOS 오실레이터는 상기 진동자를 포함하지 않고도 상기 RF 신호를 생성하고,
상기 이득 제어 신호는 디지털 신호들이고, 상기 디지털 신호들은 SPI (serial peripheral interface) 프로토콜 또는 I2C(Inter-Integrated Circuit) 프로토콜에 따라 상기 금속 라인들을 통해 상기 컨트롤러로부터 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 상기 이득 제어 단자들로 전송되는 온도 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 금속에 의해 공기 중으로 방출되는 상기 열 에너지를 이용하여 가열되는 가열 물체를 더 포함하고,
상기 프로그래머블 이득 증폭기는 GaN-HEMT들(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistors)를 이용하여 구현되고,
상기 프로그래머블 이득 증폭기와 상기 전력 증폭기는 직렬로 연결되고,
상기 온도 센서는 상기 가열 물체에서 발생하는 상기 열을 검출하고, 상기 온도 신호를 출력하는 온도 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 검출 온도가 상기 설정 온도보다 낮을 때 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 상기 이득을 증가시키기 위한 상기 이득 제어 신호를 생성하여 상기 금속 라인들을 통해 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 상기 이득 제어 단자들로 전송하고,
상기 검출 온도가 상기 설정 온도보다 높을 때, 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 상기 이득을 감소시키기 위한 상기 이득 제어 신호를 생성하여 상기 금속 라인들을 통해 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 상기 이득 제어 단자들로 전송하는 온도 제어 장치.
진동자를 포함하지 않고도 RF 신호를 생성하는 구조를 갖는 RF 신호 생성기;
이득 제어 신호에 따라 이득을 조절하고, 조절된 이득에 따라 상기 RF 신호를 증폭하는 프로그래머블 이득 증폭기;
상기 프로그래머블 이득 증폭기에 의해 증폭된 상기 RF 신호를 수신하고 증폭하여 증폭된 RF 신호를 출력하는 전력 증폭기;
상기 전력 증폭기에 의해 증폭된 RF 신호를 열 에너지로 전환하고 상기 열 에너지를 방출하는 금속;
상기 금속에 의해 공기 중으로 방출되는 상기 열 에너지를 이용하여 가열되고, 그 안에 물체를 넣을 수 있는 공간을 포함하는 가열 물체;
상기 금속으로부터 방출된 상기 열 에너지에 해당하는 열을 검출하고, 검출된 열에 해당하는 온도 신호를 출력하는 온도 센서;
상기 온도 신호를 수신하고, 수신된 온도 신호에 해당하는 검출 온도를 생성하고, 설정 온도와 상기 검출 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 이득을 조절하기 위한 상기 이득 제어 신호를 생성하고, 상기 이득 제어 신호를 금속 라인들을 통해 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 이득 제어 단자들로 출력하는 컨트롤러;
상기 설정 온도를 상기 컨트롤러로 전송하는 입력 장치; 및
상기 금속, 상기 가열 물체, 및 상기 온도 센서를 내장하는 가열 챔버를 포함하는 가열 시스템.
제5항에 있어서,
상기 RF 신호 생성기는 CMOS 공정에 의해 반도체 기판에 형성된 CMOS 오실레이터이고,
상기 CMOS 오실레이터는 상기 진동자를 포함하지 않고도 상기 RF 신호를 생성하고,
상기 이득 제어 신호는 디지털 신호들이고, 상기 디지털 신호들은 SPI (serial peripheral interface) 프로토콜 또는 I2C (Inter-Integrated Circuit) 프로토콜에 따라 상기 금속 라인들을 통해 상기 컨트롤러로부터 상기 프로그래머블 이득 증폭기의 상기 이득 제어 단자들로 전송되고,
상기 가열 시스템이 전기 자동차에 내장될 때,
상기 가열 물체는 상기 전기 자동차의 모터, 인버터, 및 배터리 팩 중에서 어느 하나인 가열 시스템.