KR0170209B1 - Power control circuit for induction heating device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도 가열 장치의 전력 제어 회로에 관한 것으로, 특히, 입력 전압과 곤진 전압을 검출하지 않고도 스위칭 소자에 일정한 턴 오프 시간을 주어 전력을 제어하는 일정한 턴 오프 시간을 가진 유도 가열장치의 전력 제어 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power control circuit of an induction heating apparatus, and more particularly, to power control of an induction heating apparatus having a constant turn off time for controlling power by giving a switching element a constant turn off time without detecting an input voltage and a stray voltage. It is about a circuit.
본 발명은 축적된 직류 전원을 고주파 스위칭 동작에 의해 공진현상을 일으켜 고주파 자계 에너지를 발생하는 인버터 회로부; 및 상기 인버터 회로부의 스위칭 동작의 턴 오프 시간을 일정하게 제어하며 제어 대상의 전력이 일정하도록 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하여 비교적 회로가 간단하며 고전압인 입력 전압과 공진 전압을 검출하지 않고도 제어 대상의 전력이 일정하도록 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.The present invention includes an inverter circuit unit for generating a high frequency magnetic field energy by resonating the accumulated DC power by a high frequency switching operation; And a control unit which controls the turn-off time of the switching operation of the inverter circuit unit to be constant and controls the power of the control target to be constant, so that the circuit is relatively simple and is controlled without detecting a high voltage input voltage and a resonance voltage. The power can be supplied so that the power of the target is constant.
Description
제1도는 종래의 유도 가열 장치의 전력 제어 회로도.1 is a power control circuit diagram of a conventional induction heating apparatus.
제2도는 제1도의 동작 설명을 위한 파형도.2 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG.
제3도는 본 발명에 따른 일정한 턴 오프 시간을 가진 유도 가열장치의 전력 제어 회로도.3 is a power control circuit diagram of an induction heating apparatus having a constant turn off time according to the present invention.
제4도는 제3도의 동작 설명을 위한 파형도.4 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10,210 : DC 전원부 20,220 : 공진 회로부10,210: DC power supply unit 20,220: resonant circuit unit
100,300 : 인버터 회로부 110,140,316,322 : 비교기100,300: inverter circuit unit 110,140,316,322: comparator
120,320 : 삼각파 발생부 130,310 : 피드백 회로부120,320: triangle wave generator 130,310: feedback circuit
150,340 : 스위치 구동부 313 : 전류원150,340: switch driver 313: current source
312 : 기준 전압 발생부 330 : 구형파 발생부312: reference voltage generator 330: square wave generator
본 발명은 유도 가열 장치의 전력 제어 회로에 관한 것으로, 특히, 스위칭 소자의 전압을 검출하지 않고, 스위칭 소자에 일정한 턴 오프 시간을 주며 전력을 제어하는 일정한 턴 오프 시간을 가진 유도 가열장치의 전력 제어 회로에 관한 것이다BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power control circuit of an induction heating apparatus, and more particularly, to power control of an induction heating apparatus having a constant turn off time for controlling a power and giving a constant turn off time to a switching element without detecting a voltage of the switching element. It's about the circuit
유도 가열 장치는 인가된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여, DC 전원의 직류 전력을 고주파 스위칭 하는 것으로 공진 회로에 공진 현상을 일으키며, 그로인해 고주파 자계 에너지를 발생하는 것으로서, 용해로나 표면 처리등 산업계 전반에서 금속의 표면을 비접촉으로 가열하기 위해서 많이 사용되며, 최근에는 조리기나 밥솥등 가정 용품에 까지 확대 응용되어 우리 일상 생활에 많은 편리함을 제공하고 있다. 이와 같이 가정 용품 등에 응용되는 유도 가열 장치는 적은 용량의 전력을 소모하므로 스위칭 소자를 하나만 이용하는 영전압 스위칭 방식의 공진형 인버터가 많이 이용된다.Induction heating device converts the applied AC power into DC power and generates high frequency magnetic field energy by switching the DC power of DC power to high frequency, thereby generating high frequency magnetic field energy. In order to heat the surface of the metal in a non-contact, it is widely used in household appliances such as a cooker or a rice cooker, and recently, it provides a lot of convenience in our daily life. As such, the induction heating device applied to household goods consumes a small amount of power, and thus a zero voltage switching type resonance type inverter using only one switching element is frequently used.
제1도는 종래 유도 가열 장치의 전력 제어 회로도로서, 공진 현상을 일으켜 고주파 자계 에너지를 발생하는 인버터 회로부(100)와 상기 인버터 회로부에 일정한 전력이 공급되도록 제어하는 제어부(200)를 구비한다.FIG. 1 is a power control circuit diagram of a conventional induction heating apparatus, and includes an inverter circuit unit 100 that generates a resonance phenomenon and generates high frequency magnetic field energy, and a controller 200 that controls constant power to be supplied to the inverter circuit unit.
여기에서, 상기 인버터 회로부(100)는 DC 입력 전압이 축적되는 입력 커패시터(Cin)로 구성된 DC 전원부(10)와, 스위치 구동 신호에 응답하여 반전 전류를 발생하도록 스위칭하는 제1스위치(sw1)와, 상기 제1스위치(sw1)에 역방향으로 병렬 연결되어 있는 다이오드(D)와, 상기 제1스위치(sw1)의 고주파 스위칭 동작에 의하여 공진 전류(1r)를 발생하기 위한 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)로 구성된 공진 회로부(20)로 구성된다.The inverter circuit unit 100 may include a DC power supply unit 10 including an input capacitor (Cin) in which a DC input voltage is accumulated, a first switch sw1 for switching to generate an inversion current in response to a switch driving signal, and And a diode D connected in parallel to the first switch sw1 in parallel to the first switch sw1, and a resonance inductor Lr for generating a resonance current 1r by a high frequency switching operation of the first switch sw1. It consists of a resonant circuit portion 20 composed of a capacitor (Cr).
또한, 상기 제어부(200)는 상기 공진 회로부(20)의 공진 전압(Vr)이 분압된 제1분압 전압(Vr′)과 상기 DC 전원부(10)의 입력 커패시터(Cin)에 걸리는 입력 전압(Vin)을 분압한 제2분압 전압(Vin′)을 비교하여 출력하는 제1비교기(110)와, 상기 제1비교기(110)의 출력을 리셋입력으로하여 삼각파 파형을 발생하는 삼각파 발생기(120)와, 입력 전류나 상기 공진 전압(Vr)을 항상 일정하게 유지하도록 전압을 출력하는 피드백 회로부(130)와, 상기 삼각파 발생기(120)와 상기 피드백 회로부(130)의 출력을 비교하여 고주파의 구형파 펄스를 출력하는 제2비교기(140) 및 상기 고주파 구형파 펄스가 입력되어 상기 스위치 구동신호를 출력하는 스위치 구동부(150)로 구성된다.In addition, the controller 200 may receive the first divided voltage Vr ′ in which the resonant voltage Vr of the resonant circuit unit 20 is divided and the input voltage Vin applied to the input capacitor Cin of the DC power supply unit 10. ) And a first comparator 110 for comparing and dividing the second divided voltage Vin 'and outputting the reset signal as a reset input to a triangular wave generator 120 generating a triangular wave waveform. In addition, the feedback circuit unit 130 outputs a voltage so as to maintain a constant input current or the resonance voltage Vr at all times, and compares the output of the triangular wave generator 120 and the feedback circuit unit 130 to generate a high frequency square wave pulse. The second comparator 140 to be output and the high frequency square wave pulse is input to the switch driver 150 for outputting the switch drive signal.
상기와 같은 구성에서 제2도 (c)의 앞부분에서 처럼 스위칭하는 시점의 인덕터 전류(Ir)가 충분하여 스위치 전압이 영이되는 시점에서 상기 제1스위치(sw1)를 턴 온 하면 스위칭 손실이 없는 영 전압 스위칭이 가능하지만 (c)의 뒷부분에서 처럼 인덕터 전류(Ir)가 줄어들 경우에는 상기 제1스위치(sw1)를 턴 온 할 때 스위칭 손실이 발생한다.In the above configuration, when the first switch sw1 is turned on at the time when the switch voltage becomes zero because the inductor current Ir at the time of switching is sufficient as in the front of FIG. When voltage switching is possible, but the inductor current Ir decreases, as shown later in (c), switching loss occurs when the first switch sw1 is turned on.
대략 그 손실은 0.5CV2fs이다. 따라서, 스위치 양단 전원이 영이 아닐 경우 스위칭을 할 때는 스위치의 전압이 가능한 작을수록 유리함을 알 수 있다.The loss is about 0.5 CV 2 f s . Accordingly, it can be seen that the smaller the voltage of the switch is, the more advantageous it is for switching when the power supply across the switch is not zero.
즉, 상기와 같은 구성은 스위치의 양단 전압이 최소인 점에서 스위치를 턴 온 시켜 스위칭 동작시 저력 손실을 줄이기 위함이다.That is, the above configuration is to reduce the low power loss during the switching operation by turning on the switch at the minimum voltage of both ends of the switch.
그러나, 유도 가열 밥솥처럼 밥솥의 형태와 재질이 일정한 경우에는 등가 인덕터(Lr)가 일정하고 공진 커패시터(Cr)의 값도 변함이 없으므로, 제2도의 (d)에서, 스위치의 턴 오프 시간 t0에서 t4까지의 시간중 t1-t3의 시간이 공진 주기의 3/4으로 일정하다. 여기에서, t0-t1은 인덕터전류(Ir)가 공진 커패시터(Cr)를 입력 전압(Vin)까지 충전시키는데 걸리는 시간으로 인덕터 전류(Ir)에 비례하고, 전체 턴 오프 시간중에 걸리는 시간 중에 차지하는 비율은 매우 적다고 볼 수 있다.However, if the shape and material of the cooker is constant, such as an induction heating cooker, since the equivalent inductor Lr is constant and the value of the resonant capacitor Cr does not change, in (d) of FIG. The time of t1-t3 of the time until t4 is constant to 3/4 of the resonance period. Here, t0-t1 is a time taken for the inductor current Ir to charge the resonant capacitor Cr to the input voltage Vin, which is proportional to the inductor current Ir, and the ratio of the time taken during the entire turn-off time is It is very small.
즉, 영전압 스위칭을 하는 구간에서는 턴 오프 시점이 다소 지연되어도 영전압 스위칭에 영향을 주지 않으므로, 턴 오프 시간을 일정하게 하여도 상기 인버터 회로부(100)의 동작은 문제가 없다고 할 수 있으며, 유도 가열 조리기의 경우 용기가 바뀌어도 등가 인덕터(Lr) 값이 심하게 변하지는 않고 공진 주파수는 인덕터(Lr) 값의 제곱에 비례하므로 턴 오프 시간을 일정하게 하여도 그 동작점은 심각하게 영향을 받지 않는다.That is, even if the turn-off time is slightly delayed in the zero voltage switching section, the zero voltage switching does not affect the operation of the inverter circuit unit 100 even when the turn-off time is constant. In the case of a heated cooker, the equivalent inductor Lr does not change significantly when the container is changed, and the resonance point is proportional to the square of the value of the inductor Lr.
따라서, 상기와 같은 회로는 비교적 고전압인 상기 입력 전압과 공진 전압을 모두 검출해야 한다는 문제점을 안고 있음으로, 본 발명에서는 입력 전압과 공진 전압을 모두 검출하지 않고, 스위칭 소자에 일정한 턴 오프 시간을 주며 제어 대상의 전력을 제어하는 일정한 턴 오프 시간을 가진 유도 가열 전원 장치를 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, such a circuit has a problem in that both the input voltage and the resonant voltage, which are relatively high voltages, must be detected, and thus, the present invention does not detect both the input voltage and the resonant voltage, and gives the switching device a constant turn-off time. It is an object of the present invention to provide an induction heating power supply having a constant turn off time for controlling power of a control target.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 축적된 직류 전원을 고주파 스위칭 동작에 의해 공진현상을 일으켜 고주파 자계 에너지를 발생하는 인버터 회로부; 상기 인버터 회로부의 스위칭 동작의 턴 오프 시간을 일정하게 제어하며 제어 대상의 전력이 일정하도록 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is an inverter circuit for generating a high frequency magnetic field energy by resonating the accumulated DC power by a high frequency switching operation; And a control unit controlling the turn-off time of the switching operation of the inverter circuit unit to be constant and controlling the power of the control target to be constant.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명에 따른 일정한 턴 오프 시간을 가진 유도 가열 전원 장치의 전력 제어 회로도로서, 인버터 회로부(300) 및 제어부(400)를 구비한다.3 is a power control circuit diagram of an induction heating power supply device having a constant turn off time according to the present invention, and includes an inverter circuit unit 300 and a controller 400.
상기 인버터 회로부(300)는 입력 전압(Vin)이 축적되는 입력커패시터(Cin)로 구성된 DC 전원부(210)와, 스위치 구동 신호에 응답하여 반전(Trigger) 전류를 발생하도록 스위칭하는 제1스위치(sw1)와, 상기 제1스위칭(sw1)에 역방향으로 병렬 연결되어 있는 다이오드(D)와, 상기 제1스위치(sw1)의 고주파 스위칭 동작에 의하여 공진 전류(Ir)를 발생하기 위한 공진 인덕터(Lr)와 공진 커패시터(Cr)를 구성된 공진 회로부(220)로 구성되어 축적된 직류 전원(Vin)을 고주파 스위칭 동작에 의해 공진현상을 일으켜 고주파 자계 에너지를 발생한다.The inverter circuit unit 300 includes a DC power supply unit 210 including an input capacitor Cin in which an input voltage Vin is accumulated, and a first switch sw1 for switching to generate a trigger current in response to a switch driving signal. ), A diode D connected in parallel in the reverse direction to the first switching sw1, and a resonant inductor Lr for generating a resonance current Ir by a high frequency switching operation of the first switch sw1. And the resonant circuit unit 220 including the resonant capacitor Cr to generate a high frequency magnetic energy by resonating the accumulated DC power Vin by a high frequency switching operation.
상기 제어부(400)는 피드백 회로부(310), 삼각파 발생부(320) 구형파 발생부(330) 및 스위치 구동부(340)를 구비하여 상기 인버터 회로부(300)의 일정한 턴 오프 시간을 주며 제어 대상의 전력을 제어한다.The control unit 400 includes a feedback circuit unit 310, a triangular wave generator 320, a square wave generator 330, and a switch driver 340 to give a constant turn-off time of the inverter circuit unit 300 and to control power of a control target. To control.
상기 피드백 회로부(310)는 비반전 단자에 제1기준 전압(Vref1)이 인가되고, 제어 대상의 전압이 반전 단자에 피드백 저항(Rf)을 통하여 인가되는 오피앰프(OP)와, 상기 오피앰프(OP)의 반전 단자와 상기 오피앰프(OP)의 출력 단자 사이에 피드백 커패시터(Cf)가 연결되어 제어 대상의 상태에 따라 입력 전류나 상기 인버터 회로부(300)의 공진 전압(Vr) 등의 최대값을 일정하게 유지하기 위한 제어 전압(Vc)을 출력한다.The feedback circuit unit 310 includes an op amp (OP) to which a first reference voltage Vref1 is applied to a non-inverting terminal, and a voltage to be controlled is applied to the inverting terminal through a feedback resistor Rf, and the op amp ( The feedback capacitor Cf is connected between the inverting terminal of OP) and the output terminal of the op amp OP so that a maximum value such as an input current or a resonant voltage Vr of the inverter circuit unit 300 depends on the state of the control object. The control voltage Vc for keeping the constant is output.
상기 삼각파 발생부(320)는 히스 테리시스 특성을 갖는 제1비교기(316)와, 상기 제1비교기(316)의 출력 전압에 따라 일정한 충전과 순간 적인 방전을 통하여 삼각파를 발생하는 삼각파 발생 수단(314) 및 상기 제1비교기(316)의 기준 전압(V+)을 발생하는 기준 전압 발생부(312)를 구비한다.The triangular wave generator 320 includes a first comparator 316 having a hysteresis characteristic and a triangular wave generating means for generating a triangular wave through constant charging and instantaneous discharge according to an output voltage of the first comparator 316 ( 314 and a reference voltage generator 312 for generating a reference voltage V + of the first comparator 316.
그리고, 상기 감각파 발생 수단(312)은 상기 제1비교기(316)의 출력 노드와 상기 제1비교기(316)의 반전 단자 사이에 연결된 전류원(313)과, 상기 전류원(313)에 병렬 연결된 제2다이오드(D2)와, 상기 제1비교기(316)의 반전 단자와 접지 사이에 연결된 충전 커패시터(Ct)로 구성된다.The sensory wave generating means 312 includes a current source 313 connected between an output node of the first comparator 316 and an inverting terminal of the first comparator 316, and a second second connected in parallel with the current source 313. And a charge capacitor Ct connected between the diode D2 and the inverting terminal of the first comparator 316 and ground.
상기 기준 전압 발생 수단(312)은 상기 인버터 회로부의 공진 전압이 인가되는 전압원 단자(311)와 상기 제1비교기(316)의 비반전 단자 사이에 연결된 제1저항(R1)과, 상기 제1비교기(316)의 비반전 단자와 접지 사이에 연결된 제2저항(R2)과, 상기 제1비교기(316)의 비반전 단자와 상기 제1비교기(316)의 출력 노드 사이에 순차적으로 직렬 연결된 제3저항(R3) 및 제3다이오드(D3)와, 상기 제1비교기(316)의 비반전 단자와 상기 피드백 회로부(310)의 출력 노드 사이에 순차적으로 연결된 제너 다이오드(ZD1) 및 제1다이오드(D1)로 구성된다. 여기에서, 상기 제너 다이오드(ZD1)는 상기 제1비교기(316)의 비반전 단자에 역방향이고, 상기 제1다이오드(D1)는 상기 피드백 회로부(310)의 출력 노드에 역방향 연결된다.The reference voltage generator 312 may include a first resistor R1 connected between the voltage source terminal 311 to which the resonance voltage of the inverter circuit unit is applied and the non-inverting terminal of the first comparator 316, and the first comparator. A third resistor R2 connected between the non-inverting terminal of the 316 and the ground; and a third sequentially connected between the non-inverting terminal of the first comparator 316 and the output node of the first comparator 316. Zener diode ZD1 and first diode D1 sequentially connected between a resistor R3 and a third diode D3, a non-inverting terminal of the first comparator 316, and an output node of the feedback circuit unit 310. It is composed of Here, the zener diode ZD1 is reversely connected to the non-inverting terminal of the first comparator 316, and the first diode D1 is reversely connected to the output node of the feedback circuit unit 310.
상기 구형파 발생부(330)는 상기 피드백 회로부(310)의 출력을 비반전 단자에 입력하고, 상기 삼각파 발생부의 출력을 반전 단자에 입력하여 구형파 펄스를 발생하는 제2비교기(322)로 구성된다.The square wave generator 330 includes a second comparator 322 for inputting an output of the feedback circuit unit 310 to a non-inverting terminal and inputting an output of the triangular wave generator to an inverting terminal to generate a square wave pulse.
상기와 같은 구성으로 상기 피드백 회로부(310)의 제어 전압(Vc), 상기 제1다이오드(D1)에 걸리는 전압(VD1), 제너 다이오드(ZD1)에 걸리는 전압(VZD1)을 합하여 상기 삼각파 발생부(400)의 하이 레벨의 전압(Vhth)이 되게하고, 로우 레벨의 전압(Vlth)을 일정하게하여 일정 턴 오프 시간을 갖도록 하는 것이다. 즉, 상기 제어 전압(Vc)과 삼각파 전압(Vct)이 같아져서 출력이 턴 오프 되고난 후 삼각파 전압(Vct)은 상기 전류원(313)의 정전류(Ich)로 상기 충전 커패시터(Ct)를 충전시키는 것이므로 상기 제어 전압(Vc)에서 상기 하이 레벨 전압(Vhth) 까지 상승하는 시간은 일정하다. 여기에서 삼각파가 하이 레벨 전압(Vhth)에서 로우 레벨 전압(Vlth)으로 하강하는 시간은 무시할 수 있을 정도로 작다고 본다.In the above configuration, the control circuit Vc of the feedback circuit unit 310, the voltage VD1 applied to the first diode D1, and the voltage VZD1 applied to the zener diode ZD1 are added to the triangle wave generator ( The voltage Vhth of the high level of 400 is made constant, and the voltage Vlth of the low level is made constant to have a constant turn off time. That is, after the control voltage Vc and the triangular wave voltage Vct are equal to each other and the output is turned off, the triangular wave voltage Vct charges the charging capacitor Ct with the constant current Ich of the current source 313. Since the rising time from the control voltage (Vc) to the high level voltage (Vhth) is constant. Here, the time for the triangular wave to fall from the high level voltage Vhth to the low level voltage Vlth is considered to be negligible.
이와 같이하여 결국, 제어 대상의 전력이 증가하면 상기 피드백 회로부(310)의 출력 전압(Vc)이 감소하고, 그에 따라 상기 제1스위치(sw1)의 턴 온 시간은 시간이 짧아져서 상기 제어 대상의 전력은 감소하게 된다. 반대로 제어 대상의 전력이 감소하면 상기 피드백 회로부(310)의 출력 전압(Vc)이 증가하고, 그에 따라 상기 전류원(313)의 출력 전류(Ich)가 감소하여 상기 제1스위치(sw1)의 턴 온 시간은 길어져 상기 제어 대상의 전력은 증가하게 된다.In this way, when the power of the control target increases, the output voltage Vc of the feedback circuit unit 310 decreases, and accordingly, the turn-on time of the first switch sw1 is shortened, thereby reducing the Power will be reduced. On the contrary, when the power to be controlled decreases, the output voltage Vc of the feedback circuit unit 310 increases, and accordingly, the output current Ich of the current source 313 decreases, thereby turning on the first switch sw1. The time becomes longer and the power of the control object increases.
따라서 본 발명은 비교적 회로가 간단하며 고전압인 입력 전압과 공진 전압을 검출하지 않고도 제어 대상의 전력이 일정하도록 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention has a relatively simple circuit, it is possible to supply power so that the power of the control target is constant without detecting the input voltage and the resonant voltage, which is a high voltage.
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