KR100198302B1 - 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 유도가열 조리기 있어, 하나의 인버터를 이용하여 다수개의 가열판을 가열시키고자 하는 것으로, 시분할 제어를 통하여 다수개의 가열판을 각각 가열시킬 수도 있도록 하여 간섭음에 의한 문제를 방지하고, 소프트 스위칭 방식을 이용 스위칭 손실을 줄일 수 있도록 한 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치에 관한 것이다.

종래 주파수 제어에 의한 경우 인접한 위킹 코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹 코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않게 되며, 또한 각각의 구성된 인버터만큼 정류수단과 입력단의 정류수단으로 부터의 전압을 평활 및 필터링하게 되는 L,C필터를 구성하여야만 하므로서, 전체 회로가 복잡하게 되며, 기기구성에의 경제성이 결여되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 다출력 제어를 위한 전자유도 가열 조리 장치에 있어서 발생되는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다수개의 인버터 모듈을 병렬로 접속시켜 하나의 인버터회로를 구성하고, 공통된 정류수단으로 부터 인가된 DC전원에 시분할 제어를 통하여 각각의 인버터 모듈을 제어하여 다출력 제어가 이루어지도록 하므로서, 회로 구성요소를 최소화하며, 다출력 제어시 발생되는 간섭음을 방지하고, 또한 소프트 스위칭 방식을 이용하여 스위칭 손실을 최소화 하므로서, 저소음의 특징을 가질 뿐만 아니라 인버터의 크기 및 경제성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

Description

다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치

본 발명은 전자유도 가열 조리기에 있어, 각각의 인버터 모듈(Inverter Module)을 병렬로 접속하므로써, 하나의 인버터 회로를 구성하고 구성된 각각의 인버터 모듈의 시분할 제어를 통하여 다수개의 가열판을 각각 가열시킬 수 있도록 하여 간섭음에 의한 문제를 방지하고, 소프트 스위칭(Soft Switching) 방식을 이용 스위칭 손실을 줄일 수 있도록 한 다출력 제어를 위한 전자유도 가열 조리장치에 관한 것이다.

종래 다출력 제어를 위한 전자유도 가열 조리장치에 있어서는 여러 개의 워킹코일을 가열하기 위해서는 입력되는 한 전원에 여러개의 인버터회로를 병렬로 구성하게 하는 바, 제1도를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 바와 같이 종래 전자유도 가열 조리의 구성은 회로 각 부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(1)를 구성하며, 상기 전원공급부(1)를 통해 입력되는 전원을 정류하는 정류부(2)와, 정류된 전원을 평활하는 초크코일(L1) 및 콘덴서(C1)와, 평활된 전원을 입력받아 스위칭하여 가열판을 가열하기 위한 인버터(3)의 구성요소를 포함하는 회로가 상기 구성된 전원공급부(1)에 다수개(n)가 접속되는 구성을 특징으로 하며, 상기 인버터(3)는 구성되는 SMPS(Switched Mode Power Supply)부로 부터 공급되는 스위칭 전원을 베이스로 입력받아 스위칭하게 되는 스위칭 소자(Q1,Q2)와, 상기 스위칭 소자(Q1,Q2)의 보호용으로 스위칭 소자(Q1,Q2) 각각에 역병렬로 구성되는 다이오드(D1,D2)와, 공진콘덴서(C2)와, 상기 스위칭 소자(Q1,Q2)의 스위칭에 의해 전달되는 전원을 입력받아 콘덴서(C2)와 공진하여 가열판을 가열시키는 워킹코일(Lr1)의 구성요소를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 전자유도 가열 조리장치에 있어서는 입력되는 하나의 전원을 각각 정류하여 각각의 구성되는 인버터회로를 통하여 가열판을 가열시키는 바, 여러개의 워킹코일(Lr1, Lr2, ........, Lrn)을 가열시키기 위해서는 상기에서와 같이 병렬로 인버터(3, 3-1, 3-2...., 3-n)를 구성시키므로써 가능하도록 한 것이다.

그러면, 상기와 같은 여러개의 가열판을 가열시키도록 하는 종래 전자유도 가열 조리장치에 있어서, 워킹코일의 가열동작 과정을 살펴보면 다음과 같다.

전원공급부(1)로부터 공급되는 전원은 정류부(2)를 거쳐 DC전원으로 정류되어지게 되고, 상기 정류부(2)에서 정류된 전원은 초크코일(L1) 및 콘덴서(C1)을 거치면서 평활되어져 인버터(3)로 인가된다.

인버터(3)에서는 상기에서와 같은 전원을 입력받아 스위칭 소자(Q1,Q2)의 스위칭에 의해 워킹코일(Lr1)을 가열시키게 되어 가열판의 조리대상물을 가열시키게 되는 바, 스위칭 소자(Q1,Q2)는 SMPS부(도면에 미도시되어 있음)로 부터 별도의 스위칭 전압을 입력받아 스위칭을 수행하게 된다.

상기 스위칭 소자(Q1,Q2)의 스위칭 동작에 의한 워킹코일(Lr1)의 가열동작을 살펴보면, 먼저 SMPS부에서는 스위칭 소자(Q2)의 베이스로 초기 스위칭 전압을 인가하게 된다.

상기 스위칭 소자(Q2)는 베이스로 인가되는 스위칭 전압에 의해 온 스위칭되며, 상기 스위칭 소자(Q2)가 온 스위칭되므로써 정류부(2)를 통해 인가되는 전원은 스위칭 소자(Q1)가 오프된 상태이므로 워킹코일(Lr1)을 통해 스위칭 소자(Q2)로서 루프(Loop)를 형성하게 되며, 상기와 같이 형성된 루프에 의해 워킹코일(Lr1)은 공진을 하게 된다.

이때, SMPS부에서 스위칭 소자(Q1)의 베이스로 스위칭 전압을 인가하여 스위칭 소자(Q1)를 온시키고 스위칭 소자(Q2)를 오프시키면, 스위칭 소자(Q1)가 온 스위칭되면서 워킹코일(Lr1)에 축적된 전류에 의해 역방향으로 스위칭 소자(Q1)를 통한 루프가 형성되어 워킹코일(Lr1)에 전류가 흐르게 된다.

상기와 같은 스위칭을 반복하여 위킹코일(Lr1)을 가열시키게 되며, 상기 스위칭소자(Q1,Q2)의 온 스위칭 시간, 즉, 듀티(Duty)비의 변화에 따라 워킹코일(Lr1)에 흐르는 전류를 제어하게 된다.

이에 구성된 인버터(3,3-1,....,3-n)는 상기와 같은 과정을 수행하여 가열판을 가열시키게 되며, 이들 각각의 출력전력 제어는 상기에서 언급한 바와 같이 주파수제어를 통하여 듀티비를 변화시켜 이루어지게 된다.

이와같은 경우 인접한 워킹코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않게 되며, 또한 각각의 구성된 인버터만큼 정류수단과 입력단의 정류수단으로 부터의 전압을 평활 및 필터링하게 되는 L,C필터를 구성하여야만 하므로서, 전체 회로가 복잡하게 되며 기기구성에의 경제성이 결여되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 다출력 제어를 위한 전자유도 가열 조리장치에 있어서 발생되는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 공진형 전자유도 가열 조리기를 제안하는 바, 다수개의 인버터 모듈을 병렬로 접속시켜 하나의 인버터 회로를 구성하고, 공통된 정류수단으로부터 인가된 DC전원에 시분할 제어를 통하여 각각의 인버터 모듈을 제어하여 다출력 제어가 이루어지도록 하므로서, 회로 구성요소를 최소화하며, 다출력 제어시 발생되는 간섭음을 방지하도록 하여 워킹코일의 적절한 출력제어가 가능하고, 경제성이 향상된 다출력 제어를 위한 전자유도 가열 조리장치를 제공하고자 한 것이다.

또한, 소프트 스위칭 방식을 이용하여 스위칭 손실을 최소화하므로서 스위칭 소자의 손실을 최소화할 수 있는 것이다.

제1도는 종래 일반적인 전자유도 가열 조리장치의 구성을 보인 회로도.

제2도는 본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치의 구성을 보인 회로도.

제3도는 본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치에 있어, (a)와 (b)는 스위칭 파형도, (c)는 도면 (a)와 (b)의 스위칭 파형에 의한 워킹코일의 전류변화 파형도, (d)는 공진콘덴서의 전압파형도.

본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치의 구성은 전원 공급수단과, 공급된 전원의 정류수단과, 별도의 스위칭 전압을 입력받아 스위칭 동작하여 상기 정류수단으로부터 전원을 입력받아 가열판을 가열시키는 다수의 인버터 모듈이 병렬로 접속되어 구성되는 인버터 회로로서 이루어지게 되는 바, 도면 제2도는 상기 구성의 바람직한 실시예를 나타낸 도면으로서 제2도를 참조하여 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

전원 공급부(11)에서 공급되는 상용전원인 AC전원을 입력받아 맥류로 정류하는 정류부(12)와; 초크코일(L11) 및 콘덴서(C11)로 구성되어 상기 정류부(12)에 의해 정류된 전원을 필터링하는 필터부와; 병렬로 연결되는 인버터 모듈(13A,13B)을 구성요소로 포함하며, 평활되어진 상기의 전원을 입력받아 스위칭하여 가열판을 가열시키도록 하는 인버터부(13); 로 구성되는 것으로, 상기 인버터 모듈(13A)은 별도의 스위칭 전원에 의해 스위칭 제어되도록 역병렬 다이오드(D11,D12)를 갖는 스위칭 소자(Q11,Q12)와, 워킹코일(L12)과 공진하는 보조 공진용 콘덴서(C12,C13)와, 공진전류의 활류로(Freewheeling Path)를 형성해 주는 다이오드(D13)와, 상기 스위칭 소자(Q11,Q12)의 스위칭에 따라 콘덴서(C12, C13)와 공진하여 가열판을 가열시키는 워킹코일(L12)의 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 워킹코일(L12)을 동작시킬 때 스위칭 소자(Q12)는 미리 정해진 일정철스폭으로 스위칭을 하고, 스위칭 소자(Q11)는 가열판에 정해진 전력이 출력될 수 있도록 상기 스위칭소자(Q12)의 펄스폭과 겹치지 않는 데드타임을 갖는 가변펄스폭으로 스위칭을 하였다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치는 다수개(n)의 인버터 모듈을 병렬접속한 하나의 인버터를 채택하여 인버터 모듈 각각의 제어를 시분할 제어를 통하여 각각의 간섭음의 문제없이 가열판의 동시동작 또는 개별동작이 가능하도록 한 것으로, 인버터 모듈(13A)만을 작동하는 예를 들어 도면 제3도를 참조하여 상기와 같은 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

초기상태 t0에서 스위칭 소자(Q11,Q12)는 오프상태이며, 이때 별도의 스위칭전압을 스위칭 소자(Q11)의 베이스로 인가시켜 스위칭 소자(Q11)를 영전압 및 영전류 상태에서 온시키게 되면, 워킹코일(L12)의 전류가 (c)에서와 같이 선형적으로 증가하게 된다.

이후, 워킹코일(L12)의 전류가 어느 설정치(t1)에 이르면 (d)에서와 같이 콘덴서(C13)의 영전압 조건에서 스위칭 소자(Q11)를 오프시킨다.

이때, 워킹코일(L12)의 축적된 전류에 의하여 보조 공진용 콘덴서(C12)와 워킹코일(L12)은 아주 짧은 시간동안 공진을 하게되고, 이와같은 공진에 의해 콘덴서(C12)에는 입력전압과 같아지게 충전되고, 워킹코일(L12)의 양단 전압은 영까지 떨어지게 된다.

상기와 같이 보조 공진용 콘덴서(C12)의 충전이 완료되면, 워킹코일(L12)은 스위칭 소자(Q12)에 접속된 역병렬 다이오드(D12)를 통해 콘덴서(C13)와 공진을 하게 되며, 이때 t2에서 스위칭 소자(Q12)를 온시키게 되면, 워킹코일(L12)의 전류는 반대방향으로 콘덴서(C13)와 공진을 게속하게 된다.

상기와 같은 동작에 의해 (d)에서와 같이 콘덴서(C13)의 전압은 상승하게 되고, 계속된 워킹코일(L12)과의 공진에 의해 점차 하강하게 되며, 상기 콘덴서(C13)의 전압이 다시 영이 되면 워킹코일(L12) - 다이오드(D13) - 스위칭 소자(Q12)의 경로로 전류가 흐르게 된다.

상기와 같은 경로로 전류가 순환하게 될때, 전류의 변화는 없게 되며, 이때 5t에서 스위칭 소자(Q12)를 오프시키게 되면, 보조 공진 콘덴서(C12)와 워킹코일(L12)이 상기에서 언급한 바와 마찬가지로 아주 짧은 시간동안 공진을 하여 보조 공진 콘덴서(C12)의 전압은 영으로 떨어지게 된다.

그리고, 상기 콘덴서(C12)의 전압이 영이 되면 워킹코일(L12)의 나머지 전류는 스위칭 소자(Q11)역병렬 다이오드(D11)를 통해 입력측으로 흐르게 되므로서, (c)에서와 같이 워킹코일(L12)의 전류는 선형적으로 감소하게 된다.

이때, 스위칭 소자(Q11)의 전압이 또다시 영이 되므로 16에서 스위칭 소자(Q11)를 영전압 조건에서 다시 온시키게 된다.

상기와 같이 스위칭 소자(Q11)가 또다시 온 스위칭되어 (c)에서와 같이 워킹코일(L12)의 전류가 영까지 떨어지게 되면 한 주기(1T)가 끝나게 되는 것이다.

여기서, 상기 워킹코일(L12)을 동작시킬 때, 스위칭 소자(Q12)는 미리 정해진 일정 펄스폭으로 스위칭을 하고, 스위칭 소자(Q11)는 가열판에 정해진 전력이 출력될 수 있도록 상기 스위칭 소자(Q12)의 펄스폭과 겹치지 않는 데드타임을 갖는 가변펄스폭으로 스위칭한다.

상기와 같은 작용을 반복적으로 하면 적절한 전력이 워킹코일(L12)에 전달되어지게 되는 것이다.

상기에서는 하나의 인버터 모듈(13A)만의 동작만을 서술한 바, 상기의 인버터 모듈(13B)도 상기에서와 같은 작용과정에 의한 동작을 실행하게 되며, 이와같이 인버터 모듈(13A,13B)모두가 동작하게될 때, 즉 두개의 가열판을 가열시키는 동작을 하게 될 때 시분할 제어를 통해서 단지 하나의 워킹코일(L12)만을 가열시킬 수도 있으며, 또한 두개의 워킹코일(L12,L13)을 동시에 가열시킬 수도 있는 것이다.

즉, 상기와 같은 경우 가열판을 가열시키는 인버터 모듈(13A,13B)에 있어서, 각각의 인버터 모듈(13A) 또는 인버터 모듈(13B) 중에 어느 하나만을 동작시킬 수도 있으며, 두개의 인버터 모듈(13A,13B) 모두를 동작시키게 될 때 서로 다른 부하량에 의하여 서로의 간섭음이 발생하지 않도록 인버터 모듈(13A,13B)간의 시분할 제어를 통하여 이를 가능하도록 하는 것이다.

한편, 상기와 같은 본 발명에서는 가열판을 네개를 갖는 공진형 전자유도 가열 조리 장치를 구현할 수 있는 바, 이를 도면 제4도에 도시한 바와 같다.

이는 다수개(n)의 인버터 모듈을 병렬로 연결하여 하나의 인버터 회로를 구성하고, 구성된 인버터 회로를 이용하여 다수개(n)의 가열판을 가열시킬 수 있도록 구성한 것으로, 상기에서 설명한 작용과정과 동일하게 동작한다.

또한, 상기의 워킹코일들의 동작은 모두 소프트 스위칭 방식을 이용하기 때문에 스위칭 손실이 적다.

이상에서 설명한 바와 같이 인버터 회로에 구성된 다수개의 인버터 모듈 각각의 시분할 제어를 통하여 간섭음의 발생을 방지하고, 또한 소프트 스위칭 방식을 이용하여 스위칭 손실을 최소화하므로서, 저소음의 특징을 가질 뿐만 아니라 인버터의 크기 및 졍제성을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

또한, 일반적으로 가정에서 쓰이는 전자유도 가열 조리기의 경우 가열판이 늘어가는 추세이므로. 이의 본 발명을 적용하면 사용자의 욕구에 부합되는 다수개의 가열판을 갖는 공진형 전자유도 가열 조리기의 설계가 가능하다.

Claims (5)

1. 상용전원인 AC를 입력받아 맥류로 만들어 주는 정류부(12)와, 초크코일(L11) 및 콘덴서(C11)로 구성되어 정류된 전원을 필터링하는 필터부와, 필터링된 전원을 입력받아 스위칭소자의 스위칭에 의해서 가열판을 가열하기 위한 인버터부(13)를 갖춘 유도 가열 조리기에 있어서,상기 필터부의 전원을 입력받아 역병렬 다이오드(D11,D12)를 갖는 복수의 스위칭 소자(Q11,Q12)와, 워킹코일(L12) 및 복수의 공진콘덴서(C12,C13)와, 공진전류의 활류로를 형성해 주는 다이오드(D13)로 구성된 인버터 모듈(13A)을 가열판의 갯수만큼 상기 필터부에 병렬로 구성한 것을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 인버터 모듈(13A)은 공진콘덴서(C12) 및 역병렬 다이오드(D11)와 병렬로 연결된 스위칭 소자(Q11)와, 상기 스위칭 소자(Q11)의 에미터 단자에 직렬로 연결된 워킹코일(L12)이 상기 필터부에 병렬로 연결되고, 공진전류의 환류로를 형성하는 다이오드(D13)와 병렬로 연결된 공진콘덴서(C13)에 직렬로 연결된 역병렬 다이오드(D12)를 갖는 스위칭 소자(Q12)가 워킹코일(L12)의 양단에 병렬로 연결 구성됨을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 인버터 모듈(13A)은 다수개(n)가 병렬로 접속되어져, 다수개(n)의 가열판을 가열시킬 수 있도록 함을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 워킹코일(L12)을 동작시킬 때, 스위칭 소자(Q12)는 미리 정해진 일정 펄스폭으로 스위칭을 하고, 스위칭 소자(Q11)는 가열판에 정해진 전력이 출력될 수 있도록 상기 스위칭 소자(Q12)의 펄스폭과 겹치지 않는 데드타임을 갖는 가변펄스폭으로 스위칭이 이루어짐을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 다수개(n)의 인버터 모듈(13A)로 구성된 인버터(13)부의 출력제어는 시분할 제어를 통하여 이루어짐을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리장치.