KR0151289B1 - 유도가열 조리기의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도가열 조리기에 관한 것으로, 특히 초기 스위칭 동작주파수를 비자성체의 유도부하를 가열하기 위한 주파수로 설정하여 유도부하의 재질에 관계없이 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching)이 가능한 유도가열 조리기의 제어 방법에 관한 것이다.
이와같은 본 발명의 유도가열 조리기의 제어 방법은 가열용 코일과 공진용 콘덴서 용량을 비자성체 유도 부하의 가열 모드로 절환하고 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수로 구동하는 제 1 스텝과, 상기 제 1 스텝 상태에서 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수 인가시의 출력을 기준값과 비교하여 유도 부하의 재질을 판단하는 제 2 스텝과, 상기 제 2 스텝에서 유도 부하가 비자성체로 판단되면 출력이 기준범위를 벗어나지않는 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수로 유도 부하를 가열하는 제 3 스텝과, 상기 제 2 스텝에서 유도 부하가 자성체로 판단되면 가열용 코일과 공진용 콘덴서의 용량을 자성체 유도 부하의 가열 모드로 절환하고 출력이 기준범위를 벗어나지 않는 자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수로 유도 부하를 가열하는 제 4 스텝을 포함하여서 구성됨을 그 특징으로 한다.

Description

유도가열 조리기의 제어 방법
제1도는 종래의 유도가열 조리기.
제2도는 본 발명의 유도가열 조리기의 일실시예.
제3도(a)(b)는 유도 부하의 재질에 따른 주파수 대비 출력곡선.
제4도는 본 발명의 유도가열 조리기의 동작을 설명하기위한 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 공진부 3 : 부하 검지부
4 : 인버터 5 : 인버터 구동부
7 : 콘트롤부
본 발명은 유도가열 조리기에 관한 것으로, 특히 초기 스위칭 동작주파수를 비자성체의 유도부하를 가열하기 위한 주파수로 설정하여 유도부하의 재질에 관계없이 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching)이 가능한 유도가열 조리기의 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 유도가열 조리기는 제1도에 도시한 바와같이 브리지 다이오드(11), 쵸크코일(12), 평활용 콘덴서(13)등으로 구성하여 전원 전압(AC)을 정류한후 평활된 직류(DC)전원을 하기한 인버터 구동부(6)의 스위칭 동작 주파수를 입력받아 동작되는 인버터(5)에서 스위칭하여 공진부(2)로 공급하는 직류(DC)전원 공급부(1)와, 제 1, 2 가열용 워킹코일(L1),(L2), 제 1, 2 공진용 콘덴서(C1),(C2), 절환스위치(21)로 구성하여 유도 부하의 재질에따라 가열 모드를 상기 절환스위치(21)로 절환할수 있는 공진부(2)와, 상기 공진부(2)에 흐르는 고주파 전류 및 임피던스의 크기를 검출하여 상기 절환스위치(21)를 절환하는 부하 검지부(3)와, 트랜지스터(Q1)(Q2)로 구성하여 상기 공진부(2)를 구동하는 인버터(4)와, 상기 부하 검지부(3)와 하기한 위상 검지부(6)의 출력을 입력받아 스위칭 동작 주파수를 가변하여 상기 인버터(4)로 출력하기위한 인버터 구동부(5)와, 상기 공진부(6)에 흐르는 고주파 전류의 위상을 피드백 받는 위상 검지부(6)들로 구성하였다.
전체적인 동작을 간단하게 설명하면 다음과같다.
쵸크코일(12)에서 노이즈 및 고주파가 제거되는 전원전압(AC)은 브리지 다이오드(11)에서 정류되며 평활콘덴서(13)에서 평활되어 직류(DC)로 변환된다.
위상 검지부(6)는 공진부(6)에 흐르는 고주파 전류의 위상을 피드백 받는다.
변류기(CT)로 부터의 고주파 전류의 크기에 따라 부하 검지부(3)는 절환스위치(21)를 스위칭하고, 인버터 구동부(5)는 상기 위상 검지부(6)로부터 고주파 전류의 위상을 피드백 받아 인버터(4)를 구동시키기위한 스위칭 동작주파수를 결정하여 상기 인버터(4)로 출력한다.
변류기( CT)의 고주파 전류 및 임피던스를 검지하는 부하 검지부(3)는 유도 부하의 재질을 판별하여 그에따라 절환스위치(21)를 가변할수 있도록 하였다.
전체적인 동작을 구체적으로 설명하면 하기한 바와 같다.
최초 요리스위치(도시않음)가 온되면 전원이 인가됨에따라 인버터 구동부(5)가 구동된다.
상기 인버터 구동부(5)가 구동함에 따라 유도 부하의 재질에 관계없이 인버터(4)에 임의의 스위칭 동작주파수가 인가된다.
이에 따라 상기 인버터(4)의 트랜지스터(Q1)(Q2)가 교대로 온/오프되면서 상기 직류(DC)전원 공급부(1)로부터 공진부(2)로 고주파 전류가 흐른다.
이후 부하 검지부(3)는 변류기(CT)가 검출하는 고주파 전류 및 임피던스값에 따라 유도 부하의 재질을 결정하여 절환스위치(21)를 절환하는 동시에 상기 인버터 구동부(5)의 스위칭 동작주파수를 유도 부하가 비자성체인 경우 또는 자성체인 경우에 따라 다르게 출력 시킨다.
다시 말해서 상기 부하 검지부(3)는 유도 부하의 재질을 변류기(CT)에 검지되는 고주파 전류의 크기와 임피던스로부터 판정하여 유도 부하가 비자성체인 경우(고저항, 고투자율)는 절환스위치(21)가 접점 “a-b”가 연결되도록 하고, 유도 부하가 자성체(저투자율, 저저항)인 것으로 판단되면 절환스위치(21)를 접점 “a-c”로 연결한다.
즉, 상기 공진부(2)는 제 1 가열용 워킹 코일(L1)과, 제 2 가열용 워킹 코일(L2)과, 제 1 공진용 콘덴서(C1)와, 제 2 공진용 콘덴서(C2)와 상기 부하 검지부(3)에의해 제어되는 절환스위치(21)으로 구성하되, 유도 부하가 비자성체의 특성인 저투자율 및 저저항일 경우로 판단되면 절환스위치(21)는 부하 검지부(3)의 제어에 의해 제 1 가열용 워킹 코일(L1), 제 2 가열용 워킹 코일(L2), 제 1 공진형 콘덴서(C1)와, 제 2 공진형 콘텐서(C2)가 직렬로 접속되고, 유도 부하가 자성체의 특성인 고투자율, 고저항일 경우에는 제 1 가열용 워킹 코일(L1)과 제 1 공진형 콘덴서(C1)가 절환스위치(21)에 의해 직렬로 접속되도록 한다.
그리고 위상 검지부(6)는 공진부(2)에 흐르는 고주파 전류의 위상을 인버터 구동부(5)로 피드백 한다.
그러나 상기한 바와같은 종래의 유도가열 조리기의 제어방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
초기에 유도가열 조리기는 유도 부하가 비자성체일 경우와 자성체일 경우에 관계없이 임의의 스위칭 동작주파수가 인버터 구동부에서 인버터로 출력되기 때문에 상기 인버터를 구성하는 스위칭 트랜지스터에 영 전압 스위칭의 실패로인한 손실이 발생할 우려가 많았다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할수 있도록 안출하였는바, 초기에 유도 부하의 재질에 관계없이 유도 부하가 비자성체인 경우로 절환 스위치를 절환되도록하는 동시에 유도 부하가 비자성체인 경우의 스위칭 동작주파수로 인버터 구동부를 구동하여 출력 전력을 소정값과 비교함으로써 유도 부하의 재질을 판단하고, 판단된 유도 부하의 재질에따라 상기 절환 스위치를 절환하는 동시에 상기 인버터를 구동하기위한 인버터 구동부의 스위칭 동작 주파수를 제어함으로써 유도 부하의 재질에 관계없이 초기에 인가되는 스위칭 동작주파수에 의해서 인버터의 스위칭 트랜지스터가 파손되는 것을 방지할수 있는 유도 부하의 재질에 관계없이 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching)이 가능한 유도가열 조리기의 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유도가열 조리기의 제어 방법은 가열용 코일과 공진용 콘덴서 용량을 비자성체 유도 부하의 가열 모드로 절환하고 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수로 구동하는 제 1 스텝과, 상기 제1 스텝 상태에서 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수 인가시의 출력을 기준값과 비교하여 유도 부하의 재질을 판단하는 제 2 스텝과, 상기 제 2 스텝에서 유도 부하가 비자성체로 판단되면 출력이 기준범위를 벗어나지 않는 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작 주파수로 유도 부하를 가열하는 제 3 스텝과, 상기 제 2 스텝에서 유도 부하가 자성체로 판단되면 가열용 코일과 공진용 콘덴서의 용량을 자성체 유도 부하의 가열 모드로 절환하고 출력이 기준범위를 벗어나지 않는 자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수로 유도 부하를 가열하는 제 4 스텝을 포함하여서 구성됨에 그 특징이 있다.
이하 본 발명은 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 유도가열 조리기의 일실시예의 회로도로, 전파 정류 브리지 다이오드(11)와 쵸크 코일(12)과, 평활용 콘덴서(13)로 구성하여 입력되는 교류전원(E)을 전파 정류하여 직류로 평활하고 노이즈 및 고주파를 제거하기위한 정류 및 평활부(1)과, 상기 정류 및 평활부(1)의 출력인 직류전원을 인가받아 발생되는 에너지로 유도 부하를 가열하기위해 가열용 워킹 코일(L) 및 제 1 공진용 콘덴서, 제 2 공진용 콘덴서(C1)(C2)와 상기 제 1, 2 공진용 콘덴서(C1)(C2)를 가열용 워킹 코일(L)과 선택적으로 절환하기위한 절환스위치(21)등으로 구성하여 유도 부하의 재질에따라 가열 모드를 절환할수 있는 공진부(2)와, 상기 공진부(2)에 흐르는 고주파 전류 및 임피던스를 검지하는 부하 검지부(3)와, 트랜지스터(Q1)(Q2)로 구성하여 상기 공진부(2)를 특정 주파수로 직렬 공진 시키기위한 인버터(4)와, 상기 인버터(4)로 특정 주파수의 스위칭 동작주파수를 출력하는 인버터 구동부(5)와, 상기 부하 검지부(3)의 출력을 입력받아 절환스위치(21)와 인버터 구동부(5)를 제어하는 콘트롤부(7)들로 구성하였다.
유도 부하가 비자성체인 경우는 공진점의 공진주파수가 1/2π(LC1)1/2가 되도록 가열용 워킹 코일(L)이 제 1 공진용 콘덴서(C1)과 직렬 접속되는 비자성체 유도 부하의 가열 모드로 상기 절환스위치(21)가 절환되며, 이때 상기 인버터(4)를 구성하는 스위칭 트랜지스터(Q1)(Q2)가 영 전압 스위칭이 가능하도록 하기 위해서는 상기 인버터 구동부(5)로부터 상기한 공진주파수 1/2π(LC1)1/2보다 높은 주파수의 제 1 스위칭 동작주파수가 인버터(4)로 출력되어야 한다.
유도 부하가 자성체일 경우에는 공진점의 공진주파수가 1/2π(LC2)1/2가 되도록 가열용 워킹 코일(L)이 제 2 공진용 콘덴서(C2)과 직렬 접속되는 자성체 유도 부하의 가열 모드로 상기 절환스위치(21)가 절환되며 이때 상기 인버터(4)를 구성하는 스위칭 트랜지스터(Q1)(Q2)가 영 전압 스위칭이 가능하도록 하기위해서는 상기 인버터 구동부(5)로부터 상기한 공진주파수 1/2π(LC2)1/2보다 높은 주파수의 제 2 스위칭 동작주파수가 인버터(4)로 출력되어야 한다.
상기 절환스위치(21)의 동작은 부하 검지부(4)의 출력을 입력받는 콘트롤부(7)에 의해서 제어된다.
이때 제 1, 2 공진용 콘덴서(C1)(C2)의 용량은 C1＜ C2이다.
정류 및 평활부(1)의 출력인 직류전원은 상기 인버터 구동부(5)로부터 출력되는 스위칭 동작주파수에의해 인버터(4)가 동작하면 공진부(2)로 인가되어 에너지의 충방전을 시작하게된다.
이때 상기 부하 검지부(3)는 공진부(2)에 흐르는 고주파 전류의 크기 및 임피던스를 검출하고 이의 출력을 입력받는 컨트롤부(7)는 절환스위치(21)의 절환 및 인버터 구동부(5)의 스위칭 동작주파수를 제어한다.
제4도는 본 발명의 유도가열 조리기의 제어방법에 따른 흐름도로, 상기 일실시 회로도인 제 2 도와 제 3 도(가)(나)의 유도 부하가 자성체인 경우와 비자성체인 경우에 대한 공진 곡선을 참조하여 동작을 설명하면 다음과같다.
최초 요리 스위치(도시않음)을 온함에따라(단계100), 콘트롤부(7)는 절환스위치(21)를 제어하여 선정된 권수의 가열용 워킹 코일(L1)과 작은 용량의 선정된 제 1 공진용 콘덴서(C1)를 직렬 연결시켜 비자성체 유도 부하의 가열 모드를 설정한다(단계 101).
상기 인버터 구동부(5)의 출력 주파수를 비자성체 유도 부하의 가열용 영 전압 스위칭 동작주파수인 제 1 스위칭 동작주파수(f1)로 설정한다(단계 102).
상기 인버터 구동부(5)의 제 1 스위칭 동작주파수로 동작되는 인버터(4)에 의해서 상기 공진부(6)에 흐르는 고주파 전류를 부하 검지부(4)에서 검출받고 상기 고주파 전류와 임피던스의 곱인 전력의 크기가 제 1 스위칭 동작주파수 대역(f1 -~f1 +)중 주파수(f1 +)에 대한 기준 전력(Pref1)을 초과하는지를 판단한다(단계103).
기준 전력(Pref1)을 초과하는 경우는 주파수(f1 -)에 대한 기준 전력(Pref2)을 초과하지 않도록 제 1 스위칭 동작주파수를 f1 -∼ f2 +으로 유지시킨다(단계104).
주파수(f1 +)에 대한 기준 전력(Pref1)을 초과하지 않을 경우는 상기 콘트롤부(7)는 공진부(2)의 절환스위치(21)를 제어하여 용량이 큰 선정된 제 2 공진용 콘덴서(C2)를 가열용 워킹 코일(L)과 직렬 접속시켜 자성체 유도 부하의 가열 모드로 절환한다(단계105).
이후 컨트롤부(7)는 인버터 구동부(5)를 제어하여 이의 출력주파수를 제 2 스위칭 동작주파수(f2)로 설정한다(단계106).
상기 부하 검지부(3)에 검지되는 공진부(2)에 흐르는 고주파 전류와 임피던스의 곱인 전력의 크기가 제 2 스위칭 동작주파수 대역(f2 -∼ f2 +)중 주파수(f2 +)에 대한 기준 전력(Pref1)를 초과하는 지를 판단한다(단계107).
기준 전력(Pref1)을 초과하는 경우는 기준 전력(Pref2)을 초과하지 않도록 제 2 스위칭 동작주파수가(f2 +)를 f2 -∼ f2 +으로 유지시킨다(단계108).
기준 전력(Pref1)을 초과하지 않을 경우는 소물부하로 판단한다(단계109).
이상에서와같이 본 발명은 초기에 유도 부하의 재질에 관계없이 가열용 워킹 코일과 직렬 접속되는 공진용 콘덴서를 유도 부하가 비자성체일 경우로 설정한 상태에서 유도 부하가 비자성체인 경우의 제 1 스위칭 동작주파수로 공진부를 구동하고, 상기 공진부에 흐르는 고주파 전류로부터 산출되는 전력이 기준 전력 이상일 경우는 상기 제 1 스위칭 주파수대역을 유지시키며, 기준 전력 이하일 경우는 상기 가열용 워킹 코일과 직렬 접속되는 공진용 콘덴서를 유도 부하가 자성체일 경우로 설정한 상태에서 유도 부하가 비자성체인 경우의 제 2 스위칭 동작주파수로 공진부를 구동하여 상기 공진부에 흐르는 고주파 전류로부터 산출되는 전력이 기준 전력 이상일 경우는 상기 제 2 스위칭 동작 주파수대역을 유지시키고, 기준 전력 이하일 경우는 소물 부하로 판단함으로서 상기 인버터를 구성하는 스위칭 트랜지스터의 영 전압 스위칭동작이 가능하도록 하였다.
이상에서와 같이 본 발명은 초기에 인버터의 스위칭 동작주파수를 유도 부하의 재질에 관계없이 항상 영 전압 스위칭이 가능하도록 설wjd하여 인버터를 구성하는 스위칭 트랜지스터가 파손되는 것을 방지할수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 가열용 코일과 공진용 콘덴서 용량을 비자성체 유도 부하의 가열모드로 절환하고, 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수로 인버터를 구동하는 제 1 스텝과, 상기 제 1 스텝 상태에서 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수 인가시의 출력을 기준값과 비교하여 유도 부하의 재질을 판단하는 제 2 스텝과, 상기 제 2 스텝에서 유도 부하가 비자성체로 판단되면 출력이 기준범위를 벗어나지않는 비자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수로 유도 부하를 가열하는 제 3 스텝과, 상기 제 2 스텝에서 유도 부하가 자성체로 판단되면 가열용 코일과 공진용 콘덴서의 용량을 자성체 유도 부하의 가열 모드로 절환하고 출력이 기준범위를 벗어나지않는 자성체 유도 부하의 스위칭 동작주파수로 유도 부하를 가열하는 제 4 스텝을 포함하여서 구성됨을 특징으로하는 유도가열 조리기의 제어 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022181876A1 (ko) * 2021-02-25 2022-09-01 엘지전자 주식회사 유도 가열 방식의 쿡탑
WO2022181877A1 (ko) * 2021-02-23 2022-09-01 엘지전자 주식회사 유도 가열 방식의 쿡탑

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WO2022181877A1 (ko) * 2021-02-23 2022-09-01 엘지전자 주식회사 유도 가열 방식의 쿡탑
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