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KR100888775B1 - 전등 및 전열기기의 전력 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

전등 및 전열기기의 전력 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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KR100888775B1
KR100888775B1 KR1020080135411A KR20080135411A KR100888775B1 KR 100888775 B1 KR100888775 B1 KR 100888775B1 KR 1020080135411 A KR1020080135411 A KR 1020080135411A KR 20080135411 A KR20080135411 A KR 20080135411A KR 100888775 B1 KR100888775 B1 KR 100888775B1
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KR
South Korea
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triac
power
magnet relay
bidirectional
relay
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허민호
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허민호
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Abstract

본 발명은 전등 및 전열기기의 전력 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입력되는 교류전원을 마이크로프로세서에 의한 온(ON), 오프(OFF)에 의해 전력을 제어하는 쌍방향정류소자(TRIAC)와; 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)와 병렬로 연결되어 전력을 제어하는 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와; 상기의 장치의 고장시 전등 및 전열기기의 전원공급이 계속 이루어지기 위하여 평상시에도 동작전에 쌍방향정류소자(TRIAC)는 오프(OFF)상태를 유지하고 평상시 붙어 있는 접점(NORMAL CLOSE)을 사용하는 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)는 온(ON)상태를 유지하여 2차 부하의 전원을 OFF 상태로 유지하고 있는 상태에서 2차 부하의 전원 공급시 먼저 쌍방향정류소자(TRIAC)를 온(ON)상태를 만든 후 90밀리세크(msec)초 후에 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 오프(OFF)상태로 하여 접점을 도통시키고 상기의 2차 부하의 공급의 오프(OFF)를 위해서 반대로 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 먼저 온(ON)하고 90밀리세크(msec)초 후에 쌍방향정류소자(TRIAC)를 오프(OFF)하는 프로그램을 수행하는 마이크로 프로세스와; 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)의 입력과 출력의 전기적 절연기능과 2차 부하가 제로(ZERO)점의 위상에서 온(ON)이 이루어지도록 함으로써 TURN-ON시 발생하는 돌입전류 및 노이즈(EMI)를 억제하는 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능을 제공하는 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)와; 회로별로 동시에 많은 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)부하의 제어가 가능하도록 하는 모스-트랜지스터(MOS T.R)로 구성됨을 특징으로 하는 전등 및 전열기기의 전력 제어장치로 구성된다.
이에 따르면, 전등 및 전열기기의 전력을 제어할 때 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 이용할 때의 아크, 노이즈, 서지(surge)가 발생하여 사용수명을 단축시키는 단점과 쌍방향정류소자(TRIAC), 무접점릴레이(S.S.R, SOLID STATE RELAY)는 많은 열을 발생하는 단점을 해결하고 광소자를 이용하여 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능을 제공하여 턴 온(TURN-ON)때 발생하는 돌입전류와 아크, 노이즈 등을 줄이는 효과를 제공할 수 있다.
전력제어, 쌍방향정류소자, 마그네트릴레이, 무접점릴레이

Description

전등 및 전열기기의 전력 제어장치 및 그 방법{The power controlling apparatus and method of heating device and lamp}
본 발명은 전등 및 전열기기의 전력 제어장치에 관한 것으로, 특히 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 이용할 때의 아크, 노이즈, 서지(SURGE)가 발생하여 사용수명을 단축시키는 단점과 쌍방향정류소자(TRIAC), 무접점릴레이(S.S.R, SOLID STATE RELAY)는 많은 열을 발생하는 단점을 해결하고 광소자를 이용하여 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능을 제공하여 턴 온(TURN-ON)때 발생하는 돌입전류와 아크, 노이즈 등을 줄이는 전등 및 전열기기의 전력 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
모든 전등이나 전열기기의 전력을 제어하기 위하여 사용되어지는 장치로 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY) 및 무접점릴레이(S.S.R, SOLID STATE RELAY) 그리고 쌍방향정류소자(TRIAC)를 이용하여 전등이나 전열기기의 전력을 제어한다. 그러나 상기의 장치들은 각각 아크, 노이즈, 서지(SURGE)등이 발생하거나 높은 열이 발생하여 별도의 장치를 요구하는 경우가 발생한다. 이에 상기의 단점을 개선하기 위하여 여러 기술이 개시되고 있다.
예를 들어, 국내 등록특허 0377609호의 경우는 , 전원측에 부하와 직렬로 접 속되어 여자되는 1차코일과 부하와 병렬로 접속되고 그 1차코일과 감극성으로 접속되어 간격을 두고 인출된 하나 또는 그 이상의 탭을 가지고 있으며 선택된 탭으로 구분되는 권선 일부에 의해 전압을 유기하여 1차코일의 출력을 감압하는 상호유도리액턴스를 갖는 감극성 2권선형 변압기와 상기 2차측에 병렬접속되어 그 2차코일이 가지는 유도리액턴스와 공진하는 용량리액턴스를 갖는 콘덴서 그리고 상기 콘덴서의 공진회로와 상기 하나 또는 그 이상의 탭중 하나를 선택하여 회로를 개폐하는 스위칭수단으로 구성되는 전력조절 절전기이다. 상기의 선행기술은 전력효율을 높이고 조작의 간편성과 스파크의 위험성을 방지하는 효과를 보여준다.
그러나, 본 발명은 상기의 선행기술의 구성과 달리 무접점릴레이(S.S.R)뿐만 아니라 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와 쌍방향정류소자(TRIAC)의 복합적 구성으로 구성상 상이할 뿐만 아니라 상기의 선행기술이 해결하지 못한 높은 열의 발생을 근본적으로 차단하는 효과를 제시하여 효과면에서도 차이를 보여준다.
또한, 국내 등록실용신안 제0390040호의 경우는, SCR을 이용한 전력제어장치에 있어서, 입력단에 상기 SCR1 애노드를 도선 연결하는 PCB1과 출력단과 SCR2의 애노드를 도선 연결하는 PCB2와 상기 SCR1의 캐소드를 SCR2의 애노드가 연결된 PCB2의 도선에 연결하는 연결프레임1과 상기 SCR2의 캐소드를 SCR1의 애노드가 연결된 PCB1의 도선에 연결하는 연결프레임2와 상기 각 SCR1, SCR2의 게이트를 별도의 PCB3에 설계/배치된 각각의 스위칭수단과 연결하는 리드선1, 리드선2를 구비한 모듈들을 포함하고 상기 모듈들은 3상구조를 갖도록 직결배치한 것으로 구성된다. 상기와 같은 선행기술은 제어 소자인 SCR의 결선 구조가 개선되어, 접속에 따른 안 전성과 작업성을 향상시키는 한편, SCR을 포함한 전력제어회로가 소형화를 이루어 크기의 최소화를 효과로 제시하고 있다.
그러나 본 발명은 상기의 선행발명과 달리 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와 쌍방향정류소자(TRIAC) 그리고 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER) 및 모스-트랜지스터(MOS T.R)가 복합적으로 구성되어 상기의 선행기술과 구성상으로 상이하며 효과면에서도 높은 열이 발생하여 2차 부하의 SHORT에 취약하여 방열판과 같은 장치가 필요한 상기의 선행기술의 단점을 해결하고 제로크로스(ZERO-CROSS)의 기능 등이 부가되어 효과면에서도 뚜렷한 차이를 보인다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는, 상기의 종래기술들의 단점들을 해결하기 위해, 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와 쌍방향정류소자(TRIAC)를 병렬로 연결하고 마이크로프로세서를 이용하여 전력을 제어하여 상기의 장치를 통해 접점저항에 의하여 발생하는 열을 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)의 접점에 의하여 접점저항을 0Ω에 가깝게 되도록 하여 열이 발생되지 않도록 하고 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)를 이용하여 제로-크로스(ZERO-CROSS) 기능을 구현하여 위상이 제로(ZERO)를 통과하는 지점에서 2차 부하전압을 인가(공급)주어 스위칭손실이 제로(ZERO)에 가깝도록하여 돌입전류와 노이즈가 억제되도록 하는 전등 및 전열기기의 전력 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 입력되는 교류전원을 마이크로프로세서에 의해 온(ON), 오프(OFF)에 의해 전력을 제어하는 쌍방향정류소자(TRIAC)와 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)와 병렬로 연결되어 전력을 제어하는 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와 상기의 장치의 고장시 전등 및 전열기기의 전원공급이 계속 이루어지기 위하여 평상시에도 동작전에 쌍방향정류소자(TRIAC)는 오프(OFF)상태를 유지하고 붙어있는 접점을 사용하는 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)는 온(ON)상태를 유지하고 2차 부하의 공급시 먼저 쌍방향정류소자(TRIAC)를 온(ON)상태를 만든 후 90밀리세크(msec) 후에 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 오프(OFF)상태로 하고 상기의 2차 부하의 공급의 오프(OFF)를 위해서 반대로 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 먼저 온(ON)하고 90밀리세크(msec) 후에 쌍방향정류소자(TRIAC)를 오프(OFF)하는 프로그램을 수행하는 마이크로 프로세스와 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)의 입력과 출력의 전기적 절연기능과 위상이 제로(ZERO)를 통과하는 지점에서 2차 전압을 인가(공급)하여 턴 온(TURN-ON)때 발생하는 돌입 전류를 막고 노이즈를 최소화하는 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능을 제공하는 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)와 회로별로 동시에 많은 부하의 제어가 가능하도록 하는 모스-트랜지스터(MOS T.R)로 구성됨을 특징으로 하는 전등 및 전열기기의 전력 제어장치에 의해서 달성된다.
또한, 마이크로프로세서에 의해 전달되는 온(ON), 오프(OFF)신호에 의해 쌍방향정류소자(TRIAC)를 통해 입력되는 교류전원의 전력을 제어하는 단계와 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)와 병렬로 연결되는 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 통해 교류전원의 전력을 제어하는 단계와 상기의 장치의 고장시 전등 및 전열기기의 2차전원공급이 계속 이루어지기 위하여 마이크로프로세스를 통해 평상시에도 동작 전에 쌍방향정류소자(TRIAC)는 오프(OFF)상태를 유지하고 평상시 붙어 있는 접점을 사용하는 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)는 온(ON)상태를 유지하여 마그네트 릴레이 접점이 OPEN되어 오프(OFF)상태를 유지하고 2차 부하의 공급시 먼저 쌍방향정류소자(TRIAC)를 온(ON)상태를 만든 후 90밀리세크(msec) 후에 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 오프(OFF)상태로 하여 접점을 온(ON ; NORMAL CLOSE)상태로 하여 상기의 2차 부하의 전원을 공급하고 2차 부하의 전원의 오프(OFF)를 위해서 반대로 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 먼저 온(ON)하여 접점을 오프(OFF ; NORMAL OPEN)상태로 하고 90밀리세크(msec) 후에 쌍방향정류소자(TRIAC)를 오프(OFF)하는 프로그램을 수행단계와 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)를 통해 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)의 입력과 출력의 전기적 절연기능과 위상이 제로(ZERO)를 통과하는 지점에서 2차 부하전압을 공급하여 스위칭 손실이 제로(ZERO)에 가깝게 되어 급격한 전류의 흐름을 막고 발열과 노이즈를 최소화하는 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능을 수행하는 단계와 모스-트랜지스터(MOS T.R)를 통해 회로별로 동시에 많은 부하를 제어하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 전등 및 전열기기의 전력 제어방법에 의해서 달성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 이용하면 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와 쌍방향정류소자(TRIAC)의 기능분담으로 별도의 방열판이나 냉각 설비가 필요하지 않게 되며, 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 아크 없는 상황에서 동작하도록 하여 내구성과 긴수명을 확보할 수 있다. 또한 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)를 통해 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)의 입력과 출력의 전기적 절연기능과 위상이 제로(ZERO)를 통과하는 지점에서 2차 부하전압을 공급하여 스위칭 손실이 제로(ZERO)에 가깝게 되어 급격한 전류의 흐름을 막고 아크 발생과 노이즈를 최소화하는 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능과 모스-트랜지스터(MOS T.R)를 통해 회로별로 동시에 많은 부하를 제어하는 기능을 부가하여 더욱 효과적이다.
상기의 과제해결수단을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래 제어 방법을 도시한 도면이다. 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)에 의한 제어 방법, 쌍방향정류소자(TRIAC)에 의한 방법, 무접점릴레이(S.S.R, SOLID STATE RELAY)에 의한 방법이 있다. 상기의 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)은 접점 전류는 큰 반면 접점 접촉시 아크(ARC), 노이즈, 서지(SURGE) 등이 발생한다. 쌍방향정류소자(TRIAC)에 의한 방법과 무접점릴레이(S.S.R, SOLID STATE RELAY)에 의한 방법의 경우에는 접점 접촉시 아크(ARC), 노이즈, 서지(SURGE) 등이 발생하지 않는 반면에 많은 열이 발생하며 2차 부하의 쇼트(SHORT)에 취약하여 사용에 제약을 받으며 부품의 크기에 비하여 아주 큰 방열판을 필요로 하게 된다.
도 2는 마이크로프로세서에 의한 제어 회로의 도면이다. 본 발명은 전등이나 전열기기의 전력을 제어하기 위하여 마이크로프로세서를 이용하여 제어회로를 구성한다. 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와 쌍방향정류소자(TRIAC)를 병렬로 사용하며 본 장치가 고장이 나더라도 전등 및 전열기기의 전원공급이 계속 이루어지기 위하여 평소 동작 전에는 쌍방향정류소자(TRIAC)는 비활성화(OFF) 상태로 두고 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)는 접점이 닫혀 회로가 연결된 상태를 의미하는 N.C(Normal Close) 접점을 사용하여 활성화(ON) 상태를 유지하여 2차 부하 전원을 공급하지 않고 있다가 2차 부하를 턴-온(TURN-ON)하기 위하여 먼저 쌍방향정류소자(TRIAC)을 활성화한 후 90밀리세크(msec) 뒤에 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 비활성화하여 접점을 접점이 닫혀 회로가 연결된 상태를 의미하는 N.C(Normal Close)가 되어 2차 부하전원을 온(ON)상태를 유지하며 2차 부하전원의 비활성화(OFF)때는 반대로 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 먼저 활성화(ON)하여 접점을 접점이 열린 상태로 회로가 연결되지 않은 상태를 의미하는 N.O(Normal Open)상태가 되게 하고 90밀리세크(msec)뒤에 쌍방향정류소자(TRIAC)을 비활성화(OFF) 하도록 프로그램된 마이크로프로세서를 이용하여 전력을 제어한다.
이와 같이 쌍방향정류소자(TRIAC)을 활성화한 후 90밀리세크(msec) 뒤에 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 비활성화 함으로써 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 비활성화 할 때 발생하는 턴-온(TURN-ON) 시간이 길고 채터링이 발생하여 위상제어가 불가능한 점을 쌍방향정류소자(TRIAC)가 보완하며 이후 쌍방향정류소자(TRIAC)의 접점 저항에 의하여 발생하는 열을 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)의 접점에 의하여 접점 저항을 0Ω으로 되게 하여 열이 발생되지 않도록 상호 보완적 기능을 수행한다.
도 3은 각 회로별 제어부를 확장하는 방법을 도시한 도면이다. 상기의 도 2에서 도시된 회로를 동시에 제어가 가능하도록 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)와 모 스-트랜지스터(MOS T.R)를 부가하였다. 상기의 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)를 이용하여 쌍방향정류소자(TRIAC)의 입력과 출력의 전기적 절연을 위한 기능을 부가하고 또한 위상이 제로(ZERO)가 되는 시점에서 2차 부하전압을 도통 시켜 스위칭손실이 제로(ZERO)에 가깝게 되도록 하는 제로-크로스(ZERO-CROSS)기능을 제공하여 턴-온(TURN-ON)시에 돌입전류와 노이즈를 억제시킨다. 프로그램 된 마이크로프로세서의 출력 단자에 의하여 제어회로를 정의하고 모스-트랜지스터(MOS T.R)를 사용하여 회로별로 발생하는 많은 부하를 동시에 제어가 가능하도록 한다.
상기의 도면에 따른 실시 예를 수행함으로써, 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와 쌍방향정류소자(TRIAC)의 기능분담으로 별도의 방열판이나 냉각 설비가 필요하지 않게 되며, 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 아크 없는 상황에서 동작하도록 하여 내구성과 긴수명을 확보할 수 있다. 또한 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)를 통해 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)의 입력과 출력의 전기적 절연기능과 위상이 제로(ZERO)를 통과하는 지점에서 2차 부하전압을 도통시켜 스위칭 손실이 제로(ZERO)에 가깝게 되어 급격한 전류의 흐름을 막고 발열과 노이즈를 최소화하는 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능과 모스-트랜지스터(MOS T.R)를 통해 회로별로 동시에 많은 부하를 제어하는 기능을 부가하여 더욱 안전하고 발열과 노이즈의 제거에 더욱 효과적이다.
도 1은 종래 제어 방법을 도시한 도면,
도 2는 마이크로프로세서에 의한 제어 회로의 도면,
도 3은 각 회로별 제어부를 확장하는 방법을 도시한 도면.
<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)
20: 쌍방향정류소자(TRIAC)
30: 무접점릴레이(S.S.R, SOLID STATE RELAY)
40: 모스-트랜지스터(MOS T.R)
50: 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)

Claims (2)

  1. 부하에 입력되는 교류전원을 마이크로프로세서에 의해 온(ON), 오프(OFF)에 의해 전력을 제어하는 쌍방향정류소자(TRIAC)와;
    상기 쌍방향정류소자(TRIAC)와 병렬로 연결되어 전력을 제어하는 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)와;
    평상시에도 동작 전에 쌍방향정류소자(TRIAC)는 오프(OFF)상태를 유지하고 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)는 온(ON)상태를 유지하여 마그네트 릴레이의 접점을 접점이 열린 상태로 회로가 연결되지 않은 상태를 의미하는 N.O(Normal Open)상태로 유지하고 2차 부하의 공급시 먼저 쌍방향정류소자(TRIAC)를 온(ON)상태를 만든 후 90밀리세크(msec) 후에 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 오프(OFF)상태로 하여 마그네트 릴레이의 접점을 접점이 닫혀 회로가 연결된 상태를 의미하는 N.C(Normal Close)상태로 하고 상기의 2차 부하의 공급의 오프(OFF)를 위해서 반대로 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 먼저 온(ON)하여 마그네트 릴레이의 접점을 N.O(Normal Open)상태로 하고 90밀리세크(msec) 후에 쌍방향정류소자(TRIAC)를 오프(OFF)하는 프로그램을 수행하는 마이크로 프로세스와;
    상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)의 입력과 출력의 전기적 절연기능과 위상이 제로(ZERO)를 통과하는 지점에서 2차 부하의 교류전압을 도통하여 스위칭 손실이 제로(ZERO)에 가깝게 되어 급격한 전류의 흐름을 막고 노이즈를 최소화하는 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능을 제공하는 광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)와;
    회로별로 동시에 많은 부하의 제어가 가능하도록 하는 모스-트랜지스터(MOS T.R)로 구성됨을 특징으로 하는 전등 및 전열기기의 전력 제어장치.
  2. 마이크로프로세서에 의해 전달되는 온(ON), 오프(OFF)신호에 의해 쌍방향정류소자(TRIAC)를 통해 입력되는 교류전원의 전력을 제어하는 단계와;
    상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)와 병렬로 연결되는 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 통해 교류전원의 전력을 제어하는 단계와;
    마이크로프로세스를 통해 평상시에도 동작전에 쌍방향정류소자(TRIAC)는 오프(OFF)상태를 유지하고 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)는 온(ON)상태를 유지하여 2차 부하의 교류전원을 차단한 상태를 유지하고 있으며 2차 부하의 교류전원을 공급 시 먼저 쌍방향정류소자(TRIAC)를 온(ON)상태를 만든 후 90밀리세크(msec) 후에 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 오프(OFF)상태로 하고 상기의 2차 부하의 교류전원의 공급을 오프(OFF)를 위해서 반대로 마그네트 릴레이(MAGNET RELAY)를 먼저 온(ON)하고 90밀리세크(msec) 후에 쌍방향정류소자(TRIAC)를 오프(OFF)하는 프로그램을 수행단계와;
    광소자(TRIAC PHOTO COUPLER)를 통해 상기의 쌍방향정류소자(TRIAC)의 입력과 출력의 전기적 절연기능과 위상이 제로(ZERO)를 통과하는 지점에서 2차 부하 교류전압을 도통하여 스위칭 손실이 제로(ZERO)에 가깝게 되어 급격한 전류의 흐름을 막고 발열과 노이즈를 최소화하는 제로크로스(ZERO-CROSS) 기능을 수행하는 단계와;
    모스-트랜지스터(MOS T.R)를 통해 회로별로 동시에 많은 부하를 제어하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 전등 및 전열기기의 전력 제어방법.
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