KR20210092033A - Induction heat cooking apparatus and the driving module thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전자 유도 가열 조리기기에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 소음을 절감하는 전자 유도 가열 조리기기 및 그의 구동 모듈에 대한 것이다.The present invention relates to an electromagnetic induction heating cooker, and more particularly, to an electromagnetic induction heating cooker that reduces noise and a driving module thereof.
최근에는 전기레인지의 시장 규모가 점차 확대되는 추세이다. 이는, 전기레인지의 경우 연소 과정에서 일산화탄소를 발생시키지 않고, 가스 누출이나 화재 등 안전사고의 위험이 낮기 때문이다. In recent years, the market size of electric stoves is gradually expanding. This is because, in the case of an electric stove, carbon monoxide is not generated in the combustion process, and the risk of safety accidents such as gas leakage or fire is low.
한편, 전기레인지는 전기저항이 큰 니크롬선을 이용하여 전기를 열로 전환하는 하이라이트 방식과, 자기장을 발생시켜 전자유도 가열방식을 통해 열을 가하는 인덕션 방식이 있다. On the other hand, electric ranges include a highlight method that converts electricity into heat using a nichrome wire with high electrical resistance, and an induction method that generates a magnetic field to apply heat through electromagnetic induction heating method.
전자 유도 가열 조리기는 인덕션 방식에 따라 동작하는 전기레인지를 의미할 수 있다. 전자 유도 가열 조리기의 작동 원리를 설명하면 아래와 같다. The electromagnetic induction heating cooker may mean an electric range operating according to an induction method. The operating principle of the electromagnetic induction heating cooker is described below.
일반적으로, 전자 유도 가열 조리기는 내부에 구비된 워킹 코일(Working Coil) 또는 가열 코일에 고주파의 전류를 흐르게한다. In general, an electromagnetic induction heating cooker flows a high-frequency current to a working coil or a heating coil provided therein.
워킹 코일 또는 가열 코일에 고주파의 전류가 흐르면 강력한 자력선이 발생하게 된다. 워킹 코일 또는 가열코일에서 발생한 자력선은 조리기기를 통과할 때 와류전류(Eddy Current)를 형성하게 된다. 따라서, 조리기기에 와류전류가 흐름에 따라 열이 생성되어 용기 자체를 가열시키고, 용기가 가열됨에 따라 용기 안의 내용물을 가열시킨다. When a high-frequency current flows through the working coil or heating coil, a strong magnetic force line is generated. When the magnetic force line generated from the working coil or the heating coil passes through the cooking appliance, an eddy current is formed. Accordingly, heat is generated as an eddy current flows through the cooking appliance to heat the container itself, and as the container is heated, the contents in the container are heated.
이와 같은 유도 가열 조리기기는 한국공개번호 10-2016-0123672 등에 상세히 개시되어 있다.Such an induction heating cooking appliance is disclosed in detail in Korean Publication No. 10-2016-0123672 and the like.
상기 종래 기술에서 기재된 바와 같이, 일반적으로 가정에서 적용하는 유도가열 조리기기의 경우, 적어도 2구 이상의 조리 영역을 포함하는 경우가 많다. 이와 같은 가정용 유도 가열 조리기기는 복수의 화구를 이루는 가열 코일에 대하여 서로 상이한 주파수를 적용하여 출력을 제어하고 있다.As described in the prior art, in the case of an induction heating cooking appliance generally applied at home, it often includes at least two or more cooking areas. Such household induction heating cookers control the output by applying different frequencies to the heating coils constituting a plurality of craters.
그러나, 이와 같은 방식의 출력 제어는 이웃한 화구의 주파수 차가 가청주파수에 근접하게 되어 소음을 유발할 수 있다.However, in this way of controlling the output, the frequency difference between adjacent craters may be close to the audible frequency, which may cause noise.
이와 같은 소음을 제거하기 위해 복수의 화구에 대하여 주파수를 동일하게 고정하고 각 주파수에서의 듀티를 가변하여 출력을 제어하는 방법이 제시되었다.In order to eliminate such noise, a method of controlling the output by fixing the frequency of a plurality of craters to be the same and varying the duty at each frequency has been proposed.
그러나, 부하 전류의 비대칭성에 의해 인버터의 ZVS(zero voltage switching 범위의 제한이 발생하여 안정적으로 출력을 가변할 수 있는 범위가 제한되는 문제점이 발생한다.However, due to the asymmetry of the load current, the ZVS (zero voltage switching range of the inverter is limited), which causes a problem in that the range for stably varying the output is limited.
본 발명의 제1 과제는 유도 가열 조리기기에 있어서, 복수의 조리 화구를 포함하는 경우, 두 화구의 구동 주파수를 동일하게 가져가면서 듀티를 가변하여 출력을 제어할 수 있는 유도 가열 조리기기를 제공하는 것이다.A first object of the present invention is to provide an induction heating cooker capable of controlling an output by varying a duty while an induction heating cooker includes a plurality of cookers while maintaining the same driving frequency of the two cookers. will be.
이를 위해, 인버터의 스위칭 소자의 ZVS 범위를 확보할 수 있도록 확장 회로를 더 포함함으로써 구동 안정성을 향상시킬 수 있는 유도 가열 조리기기를 제공하는 것이다.To this end, it is to provide an induction heating cooker capable of improving driving stability by further including an extension circuit to secure the ZVS range of the switching element of the inverter.
또한, 본 발명의 제3 과제는 확장 회로에 의해 스너버 커패시터의 충전 전압을 짧은 시간 내에 모두 방전시킴으로써 소음을 획기적으로 절감할 수 있는 인버터의 구동 방법을 제공하는데 있다.In addition, a third object of the present invention is to provide a method of driving an inverter capable of remarkably reducing noise by discharging all of the charging voltage of the snubber capacitor within a short time by an extension circuit.
본 발명의 실시예에 따른 구동 모듈은 부하에 전력을 공급하기 위한 구동 모듈에 있어서, 상기 구동 모듈은, 구동 주파수에 따라 온오프되는 스위칭 소자의 스위칭 듀티에 따라 전력을 생성하는 인버터; 및 상기 스위칭 소자의 ZVS를 확보하도록 상기 인버터로 보조 전류를 흘리는 확장부를 포함한다.A driving module according to an embodiment of the present invention is a driving module for supplying power to a load, the driving module comprising: an inverter generating power according to a switching duty of a switching element turned on and off according to a driving frequency; and an extension unit for flowing an auxiliary current to the inverter to ensure ZVS of the switching element.
상기 인버터는 서로 직렬로 연결되어 있는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자와 병렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자를 보호하는 제1 스너버 커패시터, 상기 제2 스위칭 소자와 벙렬로 연결되어 상기 제2 스이칭 소자를 보호하는 제2 스너버 커패시터를 포함할 수 있다.The inverter includes a first switching element and a second switching element connected in series with each other, a first snubber capacitor connected in parallel with the first switching element to protect the first switching element, and in parallel with the second switching element. and a second snubber capacitor connected to the to protect the second switching element.
상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점은 상기 제1 및 제2 스너버 커패시터의 접점과 동일하고, 상기 접점에서 상기 부하로 부하 전류를 흘릴 수 있다.A contact point of the first and second switching elements may be the same as a contact point of the first and second snubber capacitors, and a load current may flow from the contact point to the load.
상기 확장부는 직렬 연결되어 있는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 양 단에 직렬 연결되어 있는 제3 스위칭 소자 및 다이오드, 그리고 상기 제3 스위칭 소자와 상기 다이오드 사이의 접점과 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점 사이에 연결되어 있는 인덕터를 포함할 수 있다.The extension unit includes a third switching element and a diode connected in series to both ends of the first and second switching elements connected in series, and a contact point between the third switching element and the diode and the first and second switching elements It may include an inductor connected between the contact points of the device.
상기 제3 스위칭 소자는 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 전에 턴온되어 상기 제1 스너버 커패시터의 방전을 위한 상기 보조 전류를 상기 제1 스너버 커패시터로 흘릴 수 있다.The third switching element may be turned on before the first switching element is turned on to flow the auxiliary current for discharging the first snubber capacitor to the first snubber capacitor.
상기 제1 스너버 커패시터는 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 전에 상기 보조 전류와 상기 부하 전류를 합한 방전 전류에 의해 방전이 진행될 수 있다.The first snubber capacitor may be discharged by a discharge current obtained by summing the auxiliary current and the load current before the first switching element is turned on.
상기 제3 스위칭 소자의 구동은 상기 제1 스위칭 소자의 듀티가 0.5 이하일 때 수행될 수 있다.The driving of the third switching element may be performed when the duty of the first switching element is 0.5 or less.
상기 인버터는 기 설정된 구동 주파수에 의해 온오프 구동을 수행하고, 출력 전력은 상기 스위칭 소자의 스위칭 듀티에 따라 가변하도록 제어될 수 있다.The inverter may be driven on/off by a preset driving frequency, and output power may be controlled to vary according to a switching duty of the switching element.
한편, 본 발명의 실시예는 사용자 선택에 따라 특정 레벨의 전력을 방출하는 가열 코일; 구동 주파수에 따라 온오프되는 스위칭 소자의 스위칭 듀티에 따라 상기 가열 코일에 전력을 전달하는 인버터; 및 상기 스위칭 소자의 ZVS를 확보하도록 상기 인버터로 보조 전류를 흘리는 확장부를 포함하는 유도 가열 조리기기를 제공한다.On the other hand, an embodiment of the present invention is a heating coil for emitting a specific level of power according to user selection; an inverter for transferring power to the heating coil according to a switching duty of a switching element turned on and off according to a driving frequency; And it provides an induction heating cooking appliance comprising an extension for flowing an auxiliary current to the inverter to ensure the ZVS of the switching element.
상기 인버터는 서로 직렬로 연결되어 있는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자와 병렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자를 보호하는 제1 스너버 커패시터, 상기 제2 스위칭 소자와 벙렬로 연결되어 상기 제2 스이칭 소자를 보호하는 제2 스너버 커패시터를 포함할 수 있다.The inverter includes a first switching element and a second switching element connected in series with each other, a first snubber capacitor connected in parallel with the first switching element to protect the first switching element, and in parallel with the second switching element. and a second snubber capacitor connected to the to protect the second switching element.
상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점은 상기 제1 및 제2 스너버 커패시터의 접점과 동일하고, 상기 접점에서 상기 부하로 부하 전류를 흘릴 수 있다.A contact point of the first and second switching elements may be the same as a contact point of the first and second snubber capacitors, and a load current may flow from the contact point to the load.
상기 확장부는 직렬 연결되어 있는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 양 단에 직렬 연결되어 있는 제3 스위칭 소자 및 다이오드, 그리고 상기 제3 스위칭 소자와 상기 다이오드 사이의 접점과 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점 사이에 연결되어 있는 인덕터를 포함할 수 있다.The extension unit includes a third switching element and a diode connected in series to both ends of the first and second switching elements connected in series, and a contact point between the third switching element and the diode and the first and second switching elements It may include an inductor connected between the contact points of the device.
상기 제3 스위칭 소자는 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 전에 턴온되어 상기 제1 스너버 커패시터의 방전을 위한 상기 보조 전류를 상기 제1 스너버 커패시터로 흘릴 수 있다.The third switching element may be turned on before the first switching element is turned on to flow the auxiliary current for discharging the first snubber capacitor to the first snubber capacitor.
상기 제1 스너버 커패시터는 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 전에 상기 보조 전류와 상기 부하전류를 합한 방전 전류에 의해 방전이 진행될 수 있다.The first snubber capacitor may be discharged by a discharge current obtained by summing the auxiliary current and the load current before the first switching element is turned on.
상기 제3 스위칭 소자의 구동은 상기 제1 스위칭 소자의 듀티가 0.5 이하일 때 수행될 수 있다.The driving of the third switching element may be performed when the duty of the first switching element is 0.5 or less.
상기 유도 가열 조리기기는 기 설정된 구동 주파수에 의해 온오프 구동을 수행하고, 출력 전력은 상기 스위칭 소자의 스위칭 듀티에 따라 가변하도록 제어될 수 있다.The induction heating cooker may be driven on/off by a preset driving frequency, and output power may be controlled to vary according to a switching duty of the switching element.
상기 출력 전력은 상기 상용 전원으로부터 변환된 교류 전압 및 교류 전류에 의해 생성될 수 있다.The output power may be generated by AC voltage and AC current converted from the commercial power source.
상기 유도 가열 조리기기는, 상용 전원을 인가받아 정류하는 정류부; 및 상기 정류부로부터 정류된 전압을 저장하여 상기 인버터에 제공하는 DC링크 커패시터;를 더 포함할 수 있다.The induction heating cooking appliance includes: a rectifying unit receiving commercial power and rectifying it; and a DC link capacitor that stores the voltage rectified from the rectifier and provides the voltage to the inverter.
상기 확장부는 상기 DC 링크 커패시터와 상기 인버터 사이에 연결될 수 있다.The extension may be connected between the DC link capacitor and the inverter.
상기 해결 수단을 통해, 복수의 조리구를 포함하는 경우, 두 화구의 구동 주파수를 동일하게 가져가면서 듀티를 가변하여 출력을 제어할 수 있어 소음을 절감할 수 있다.Through the above solution, when a plurality of cooking utensils are included, it is possible to control the output by varying the duty while maintaining the same driving frequency of the two cooking utensils, thereby reducing noise.
또한, 인버터의 스위칭 소자의 ZVS 범위를 확보할 수 있도록 확장 회로를 더 포함함으로써 스위칭 소자를 보호하여 구동 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, by further including an extension circuit to secure the ZVS range of the switching element of the inverter, it is possible to protect the switching element and improve driving stability.
그리고, 확장 회로에 의해 스너버 커패시터의 충전 전압을 짧은 시간 내에 모두 방전시킴으로써 소음을 획기적으로 절감하면서도 스위칭 소자를 보호하여 출력을 제어할 수 있다.In addition, by discharging all of the charging voltage of the snubber capacitor within a short time by the expansion circuit, noise can be remarkably reduced and the output can be controlled by protecting the switching element.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 유도 가열조리기기의 상면 사시도이다.
도 2는 도 1의 전자 유도 가열조리기기의 내부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 유도 가열조리기기의 구성도이다.
도 4는 도 3의 전자 유도 가열조리기기의 구체화된 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 인버터의 정상 동작과 비정상동작에서의 스너버 커패시터의 상태를 나타내는 파형도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 확장부를 구동할 때의 회로도 및 파형도이다.
도 7a 내지 도 7c는 듀티에 따른 인버터 스위칭 소자의 전류 및 스위칭 신호의 효과를 나타내는 것이다.1 is a top perspective view of an electromagnetic induction heating cooking apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an internal perspective view of the electromagnetic induction heating cooker of FIG. 1 .
3 is a block diagram of an electromagnetic induction heating cooking apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a detailed circuit diagram of the electromagnetic induction heating and cooking apparatus of FIG. 3 .
5A and 5B are waveform diagrams showing the state of the snubber capacitor in the normal operation and the abnormal operation of the inverter.
6A and 6B are circuit diagrams and waveform diagrams when an extension unit is driven according to an embodiment of the present invention.
7A to 7C show the effect of the current and the switching signal of the inverter switching device according to the duty.
이하에서 언급되는 “전(F)/후(R)/좌(Le)/우(Ri)/상(U)/하(D)” 등의 방향을 지칭하는 표현은 도면에 표시된 바에 따라 정의하나, 이는 어디까지나 본 발명이 명확하게 이해될 수 있도록 설명하기 위한 것이며, 기준을 어디에 두느냐에 따라 각 방향들을 다르게 정의할 수도 있음은 물론이다. Expressions referring to directions such as “before (F) / after (R) / left (Le) / right (Ri) / up (U) / down (D)” mentioned below are defined as shown in the drawings, but , This is for the purpose of explaining the present invention to the extent that it can be clearly understood, and it goes without saying that each direction may be defined differently depending on where the reference is placed.
이하에서 언급되는 구성요소 앞에 ‘제1, 제2' 등의 표현이 붙는 용어 사용은, 지칭하는 구성요소의 혼동을 피하기 위한 것일 뿐, 구성요소 들 사이의 순서, 중요도 또는 주종관계 등과는 무관하다. 예를 들면, 제1 구성요소 없이 제2 구성요소 만을 포함하는 발명도 구현 가능하다. The use of terms such as 'first, second', etc. added before the components mentioned below is only to avoid confusion of the components referred to, and is irrelevant to the order, importance, or master-slave relationship between the components. . For example, an invention including only the second component without the first component can also be implemented.
도면에서 각 구성의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다. In the drawings, the thickness or size of each component is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size and area of each component do not fully reflect the actual size or area.
또한, 본 발명의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다. In addition, angles and directions mentioned in the process of explaining the structure of the present invention are based on those described in the drawings. In the description of the structure in the specification, if the reference point for the angle and the positional relationship are not clearly mentioned, reference is made to the related drawings.
이하 도 1 및 도 2를 참조하여, 배터리를 포함하는 유도 전력 조리기기를 예로 들어 설명하나, 반드시 이에 한정될 필요는 없다. Hereinafter, an induction power cooker including a battery will be described as an example with reference to FIGS. 1 and 2 , but it is not necessarily limited thereto.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 유도 가열 조리기기(1)의 상면 사시도이고, 도 2는 도 1의 전자 유도 가열 조리기기(1)의 내부 사시도이다.1 is a top perspective view of an electromagnetic induction
도 1을 참조하면, 전자 유도 가열 조리기기(1)의 상부에 조리기기(1)(도시하지 않음)가 위치할 수 있다. 전자 유도 가열 조리기기(1)는 상부에 위치하고 있는 조리용기를 가열시킬 수 있다. Referring to FIG. 1 , a cooker 1 (not shown) may be positioned above the electromagnetic
구체적으로, 전자 유도 가열 조리기기(1)가 조리용기를 가열시키는 방법을 설명한다. 전자 유도 가열 조리기기(1)는 자기장을 발생시킬 수 있다. 전자 유도 가열 조리기기(1)에서 발생한 자기장 중 일부는 조리용기를 통과할 수 있다. 이때, 조리용기의 재질에 전기 저항 성분이 포함된 경우 자기장은 조리용기에 와류 전류를 발생 시킨다. 와류 전류는 조리용기 자체를 발열시키고, 이 열은 전도되어 조리용기의 내부까지 전달된다. 이에 따라, 조리용기의 내용물이 조리되는 방식으로 전자 유도 가열 조리기기(1)는 동작한다. Specifically, a method for the electromagnetic induction
한편, 조리용기의 재질에 전기 저항 성분이 포함되지 않은 경우에는 와류 전류 전자 유도 가열 조리기기(1)에 의해 가열되기 위해서는 조리용기는 스테인리스 계열 혹은 법랑이나 주철 용기 같은 금속 재질 용기여야 한다. On the other hand, when the material of the cooking vessel does not contain an electrical resistance component, the cooking vessel must be a stainless steel vessel or a metal vessel such as an enamel or cast iron vessel in order to be heated by the eddy current electromagnetic induction
전자 유도 가열 조리기기(1)는 도 2와 같이 상판 글래스(11), 가열 코일(51, 52, 53)을 적어도 하나 이상을 포함하는 케이싱(20)을 포함할 수 있다. 먼저, 전자 유도 가열 조리기기(1)를 구성하는 각각의 구성요소를 구체적으로 설명한다. As shown in FIG. 2 , the electromagnetic induction
상판 글래스(11)는 전자 유도 가열 조리기기(1)의 내부를 보호하고, 조리용기를 지지하는 역할을 한다. 구체적으로, 상판 글래스(11)는 여러 광물질을 합성한 세라믹 재질의 강화 유리로 형성될 수 있다. 이에 따라, 전자 유도 가열 조리기기(1)의 내부를 외부로부터 보호할 수 있다. 또한, 상판 글래스(11)는 상부에 위치한 조리 용기를 지지할 수 있다. 따라서, 상판 글래스(11)의 상부에는 조리용기가 위치할 수 있다. 가열 코일(51, 52, 53)은 조리용기를 가열시키기 위한 자기장을 발생시키는 역할을 하며, 설계에 따라 적어도 하나의 가열 코일(51, 52, 53)이 포함될 수 있다. 이때, 각 코일(51, 52, 53)에 따라 조리를 할 수 있는 화구가 정의된다. 상판 글래스(11)의 일 측에는 각 화구의 출력을 선택할 수 있는 사용자 입력부(12)가 배치될 수 있다. The
구체적으로, 가열 코일(51, 52, 53)은 상판 글래스(11)의 하부에 위치할 수 있다. 가열 코일(51, 52, 53)은 전자 유도 가열 조리기기(1)의 전원 온/오프에 따라 전류가 흐르거나 흐르지 않을 수 있다. 또한, 가열 코일(51, 52, 53)에 전류가 흐르는 경우에도 전자 유도 가열 조리기기(1)의 화력 단계에 따라 가열 코일(51, 52, 53)에 흐르는 전류의 양은 달라질 수 있다. Specifically, the heating coils 51 , 52 , and 53 may be positioned under the
가열 코일(51, 52, 53)에 전류가 흐르는 경우 가열 코일(51, 52, 53)은 자기장을 발생시킬 수 있다. 가열 코일(51, 52, 53)에 흐르는 전류가 많을수록 자기장은 많이 발생한다. When a current flows through the heating coils 51 , 52 , and 53 , the heating coils 51 , 52 , 53 may generate a magnetic field. As the current flowing through the heating coils 51 , 52 , 53 increases, a magnetic field is generated more.
한편, 가열 코일(51, 52, 53)에서 발생하는 자기장의 방향은 가열 코일(51, 52, 53)을 흐르는 전류의 방향에 의해 결정된다. 그러므로 가열 코일(51, 52, 53)에 교류를 흘리게 되면 자기장의 방향은 교류의 주파수만큼 변환된다. 예를 들어, 가열 코일(51, 52, 53)에 60Hz의 교류를 흘리면 자기장의 방향이 1초에 60번 변환하게 된다.On the other hand, the direction of the magnetic field generated in the heating coils (51, 52, 53) is determined by the direction of the current flowing through the heating coils (51, 52, 53). Therefore, when an alternating current flows through the heating coils 51, 52, 53, the direction of the magnetic field is converted by the frequency of the alternating current. For example, when an alternating current of 60 Hz is applied to the heating coils 51, 52, 53, the direction of the magnetic field is changed 60 times per second.
케이싱(20) 내에 사용자 입력부(12) 및 가열 코일(51, 52, 53)과 전기적으로 연결되며, 상용 전원으로부터 전압 및 전류를 수신하고 이를 변환하여 사용자 입력에 따라 가열 코일(51, 52, 53)에 전력을 공급하는 구동 모듈(도시하지 않음)이 배치되어 있다.It is electrically connected to the
이와 같은 구동 모듈은 하나의 인쇄회로기판 위에 실장되는 복수의 칩 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 일체화된 하나의 칩으로 구현가능하다.Such a driving module may be implemented in the form of a plurality of chips mounted on one printed circuit board, but is not limited thereto and may be implemented as one integrated chip.
전자 유도 가열 조리기기(1)는 내부에 페라이트(도시하지 않음)을 포함하여 내부의 구동 모듈을 보호할 수 있다.The electromagnetic induction
즉, 페라이트는 가열 코일(51, 52, 53)에서 발생한 자기장 또는 외부에서 발생한 전자기장이 전자 유도 가열 조리기기(1)의 내부의 구동 모듈에 미치는 영향을 차단하는 차폐 역할을 한다. That is, the ferrite serves as a shield to block the influence of the magnetic field generated in the heating coils 51 , 52 , 53 or the electromagnetic field generated from the outside on the driving module inside the electromagnetic induction
이를 위해, 페라이트는 투자율(permeability)이 매우 높은 물질로 형성될 수 있다. 페라이트는 전자 유도 가열 조리기기(1)의 내부로 유입되는 자기장이 방사되지 않고, 페라이트를 통해 흐르도록 유도하는 역할을 한다. To this end, ferrite may be formed of a material having very high permeability. The ferrite serves to induce the magnetic field flowing into the electromagnetic induction
도 1 및 도 2에서는 적어도 1개의 가열 코일을 포함하는 전자 유도 가열 조리기기(1)를 개시하고 있으며, 일반적으로 가정에서는 2개 내지 4개의 화구에 해당하는 가열 코일(51, 52, 53)을 포함하도록 형성될 수 있다.1 and 2 discloses an electromagnetic induction
각각의 가열 코일(51, 52, 53)의 코일 크기는 서로 상이하게 형성될 수 있으며, 각각의 코일(51, 52, 53)은 구동 모듈의 제어에 따라 인버터 구동하여 전류를 흘림으로써 사용자가 선택하는 화력 레벨에 해당하는 목표 전력을 발생하여 그에 해당하는 열을 발생할 수 있다.The coil size of each
이를 위해 각각의 가열 코일(51, 52, 53)은 구동 모듈 내에서 각각의 인버터(140)와 연결되도록 구현 가능하며, 복수개의 가열 코일(51, 52, 53)이 스위치에 의해 직병렬로 연결되어 하나의 인버터(140)에 연결되도록 구현도 가능하다.To this end, each
본 발명에서는 일반적인 가정에 제공되는 전자 유도 가열 조리기기(1)에서 3개의 가열 코일(51, 52, 53)을 포함하고 있는 경우, 각 가열 코일에 요구되는 전력이 서로 다를 때, 각 인버터를 서로 다른 구동 주파수로 구동할 수 있다.In the present invention, when the electromagnetic induction
이와 같은 서로 다른 구동 주파수로 구동할 경우, 이웃한 구동 주파수 간의 차가 가청주파수 내로 진입하면, 사용자에게 매우 민감한 소음으로 인식된다.In the case of driving with such different driving frequencies, when a difference between neighboring driving frequencies enters an audible frequency, it is recognized as a very sensitive noise to the user.
이와 같은 구동 소음을 제거하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 복수의 가열 코일(51, 52, 53)에 대하여 각 인버터의 구동 주파수는 동일하게 하면서 스위칭 듀티를 조절하여 각 가열 코일(51, 52, 53)의 전력을 결정하도록 구동 모듈을 구현한다. In order to remove such driving noise, in the embodiment of the present invention, the driving frequency of each inverter is the same with respect to the plurality of heating coils 51, 52, 53, and by adjusting the switching duty, each
이하에서는 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 전자 유도 가열 조리기기(1)의 구동 모듈의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of the driving module of the electromagnetic induction
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 유도 가열조리기기(1)의 구성도이고, 도 4는 도 3의 전자 유도 가열조리기기(1)의 구체화된 회로도이다.3 is a block diagram of the electromagnetic induction heating and
구체적으로, 도 3은 한 개의 인버터(140) 및 한 개의 가열 코일(51, 52, 53)에 해당하는 전자 유도 가열 조리기기(1)의 구동 모듈의 구성도를 나타낸 것이다.Specifically, FIG. 3 shows a configuration diagram of a driving module of the electromagnetic induction
즉, 전자 유도 가열 조리기기(1)가 3개의 가열 코일(51, 52, 53)을 포함할 때, 3개 중 하나의 가열 코일(51, 52, 53)에 대한 구동 모듈을 나타내는 것이다.That is, when the electromagnetic induction
이하에서는 도시된 하나의 가열 코일(51, 52, 53)에 대하여 도면 부호 150으로 정의한다. Hereinafter, one of the illustrated heating coils 51 , 52 , 53 is defined by
이를 위해, 도 3의 가열 코일(150)의 구동 모듈은 외부 전원인 상용 전원에 연결되는 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 확장부(170), 인버터(140) 및 공진 커패시터(160)를 포함한다. To this end, the driving module of the
외부 전원은 AC(Alternation Current) 입력 전원일 수 있다. 외부 전원은 전자 유도 가열 조리기기(1)로 교류 전원을 공급할 수 있다. 보다 구체적으로, 외부 전원은 전자 유도 가열 조리기기(1)의 정류부(120)로 교류 전압을 공급할 수 있다. 정류부(120)(Rectifier)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전기적 장치이다. 정류부(120)는 외부 전원을 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 한편, 정류부(120)를 통해 출력되는 DC 양단(n1, n2)을 DC 링크라 하며, DC 양단(n1, n2)에서 측정되는 전압을 DC 링크 전압이라고 한다. The external power may be AC (Alternation Current) input power. The external power may supply AC power to the electromagnetic induction
공진 곡선이 동일한 경우 DC 링크 전압에 따라 출력 전력이 달라질 수 있다. DC 링크 커패시터(130)(Cf1)는 외부 전원(110)과 인버터(140) 사이의 버퍼 역할을 수행한다. 구체적으로, DC 링크 커패시터(130)는 정류부(120)를 통해 변환된 DC 링크 전압을 유지시켜 인버터(140)까지 공급하기 위한 용도로 사용된다. 인버터(140)는 가열 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르도록 가열 코일(150)에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 한다. 인버터(140)는 통상 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 이루어진 스위칭 소자(S1, S2)를 구동시킴으로써 가열 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르게 하고, 이에 따라 가열 코일(150)에 고주파 자계가 형성된다. 가열 코일(150)은 소정 주파수에 의한 스위칭 소자(S1, S2)의 구동 여부에 따라 전류가 흐르거나 전류가 흐르지 않을 수 있다. 가열 코일(150)에 전류가 흐르면 자기장이 발생한다. 가열 코일(150)은 전류가 흐름에 따라 자기장을 발생시켜 조리기기(1)를 가열시킬 수 있다. 이와 같이, 전자 유도 가열 조리기는 가열 코일(150)을 전자기 유도에 이용하여 조리기기(1)를 가열할 수 있다. 이와 같은 스위칭 소자는 각각의 다이오드를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 낳으며, 복수의 다이오들을 함께 포함할 수도 있다.If the resonance curves are the same, the output power may vary depending on the DC link voltage. The DC link capacitor 130 (C f1 ) serves as a buffer between the external power source 110 and the
또한, 각각의 스위칭 소자(S1, S2)는 각 스위칭 소자(S1, S2)의 턴오프 시 발생하는 스위칭 손실을 저감하기 위해 콜렉터와 에미터 사이의 전압을 충전하였다가 방전하기 위한 스너버 커패시터(CS1, CS2)를 각각 포함한다. In addition, each of the switching elements (S1, S2) is a snubber capacitor for charging and discharging the voltage between the collector and the emitter in order to reduce the switching loss that occurs when the respective switching elements (S1, S2) are turned off ( CS1 and CS2) respectively.
각각의 스너버 커패시터(CS1, CS2)는 각 스위칭 소자(S1, S2)의 콜렉터와 에미터 사이에 병렬로 연결되어 있으며, 두 개의 스너버 커패시터(CS1, CS2)가 가열 코일(150)의 입력단과 연결되어 있다. Each of the snubber capacitors (CS1, CS2) is connected in parallel between the collector and the emitter of each of the switching elements (S1, S2), two snubber capacitors (CS1, CS2) are the input terminal of the heating coil (150) is connected with
가열 코일(150)의 일측은 인버터(140)의 스위칭 소자(S1, S2)의 접속점에 연결되어 있고, 다른 일측은 공진 커패시터(160)(Cr1, Cr2)에 연결된다. 스위칭 소자(S1, S2)의 구동은 제어부(미도시)에 의해서 이루어지며, 제어부에서 출력되는 스위칭 시간에 제어되어 스위칭 소자(S1, S2)가 서로 교호로 동작하면서 가열 코일(150)로 고주파의 전압을 인가한다. One side of the
제어부(미도시)는 전자 유도 가열 조리기기(1)의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 한다. 즉, 제어부는 전자 유도 가열 조리기기(1)를 구성하는 각각의 구성 요소의 동작을 제어할 수 있다.The controller (not shown) serves to control the overall operation of the electromagnetic induction
공진 커패시터(160)는 완충기 역할을 수행하기 위한 것이다. 공진 커패시터(160)는 스위칭 소자(S1, S2)의 턴오프 동안 포화 전압 상승 비율을 조절하여, 턴오프 시간 동안 에너지 손실에 영향을 준다. 공진 커패시터(160)는 정류부(120)로부터 전압이 출력되는 DC 양단(n1, n2)과 가열 코일(150) 사이에 직렬 연결된 복수의 커패시터(Cr1, Cr2)를 포함할 수 있다. 공진 커패시터(160)는 제1 공진 커패시터(160)(Cr1)와 제2 공진 커패시터(160)(Cr2)로 구성될 수 있다. The
구체적으로, 제1 공진 커패시터(160)(Cr1)는 일단이 정류부(120)로부터 전압이 출력되는 일단(n1)과 연결되고, 타단이 제2 공진 커패시터(Cr2)와 가열 코일(150)의 접속점에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 공진 커패시터(160)(Cr2)는 일단이 정류부(120)로부터 저압이 출력되는 타단(n2)과 연결되고, 타단이 제1 공진 커패시터(160) Cr1)와 가열 코일(150)의 접속점에 연결될 수 있다. 제1 공진 커패시터(160)(Cr1)의 커패시턴스와 제2 공진 커패시터(160)(Cr2)의 커패시턴스는 동일하다. 한편, 공진 커패시터(160)의 커패시턴스는 전자 유도 가열 조리기기(1)의 공진 주파수(resonance frequency)를 결정할 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같은 회로도로 구성되는 전자 유도 가열 조리기기(1)의 공진 주파수는 가열 코일(150)의 인덕턴스(inductance)와 공진 커패시터(160)의 커패시턴스(capacitance)에 의해 결정된다. 또한, 가열 코일(150)의 인덕턴스와 공진 커패시터(160)의 커패시턴스에 의해 결정된 공진 주파수를 중심으로 공진 곡선이 형성될 수 있다. 공진 곡선은 주파수에 따른 출력 전력을 나타낼 수 있다. 전자 유도 가열 조리기기(1)에 포함된 가열 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 따라 Q 팩터(quality factor)가 결정된다. Q 팩터에 따라 공진 곡선은 상이하게 형성된다. Specifically, one end of the first resonant capacitor 160 (Cr1) is connected to one end n1 from which a voltage is output from the
따라서, 가열 코일(150)의 인덕턴스와 공진 커패시터(160)의 커패시턴스에 따라 전자 유도 가열 조리기기(1)는 상이한 출력 특성을 가지며, 최대 전력을 출력하는 주파수를 공진 주파수(f0)라고 한다.Accordingly, the electromagnetic
일반적으로, 전자 유도 가열 조리기기(1)는 공진 곡선의 공진 주파수(f0)를 기준으로 오른쪽 영역의 주파수를 이용한다. 따라서, 전자 유도 가열 조리기기(1)는 구동 주파수를 하나로 특정하여 구동하면서, 인가되는 사용자 입력에 따라 스위칭 듀티를 조절하여 화력 단계를 높이거나 내릴 수 있다.In general, the electromagnetic induction
이와 같이, 본 발명의 구동 모듈은 특정한 구동 주파수에 대하여 스위칭 구동을 수행하면서 듀티를 변화하면서 화력 단계에 따른 출력 전력을 제어할 때, 발생할 수 있는 ZVS (Zero voltage switching) 실패를 방지하기 위해 확장부(170)를 더 포함한다.As described above, the driving module of the present invention includes an extension unit to prevent a zero voltage switching (ZVS) failure that may occur when controlling the output power according to the thermal power stage while changing the duty while performing the switching driving for a specific driving frequency. (170).
스위칭 소자(S1, S2)를 포함하는 인버터(140)는 스위칭 듀티로 제어 시에 부하 전류의 비대칭 특성으로 인해 전류의 크기가 감소하여 ZVS 실패로 ZVS 제한되는 듀티가 발생하게 되며, 그에 따라 출력 전력 또한 제한된다.In the
즉, 작은 듀티에서는 동작하지 않거나 동작이 제한되어 그에 해당하는 출력전력을 발생시킬 수 없다.That is, it does not operate at a small duty or the operation is limited, so that the corresponding output power cannot be generated.
이와 같은 ZVS 실패를 방지하기 위해 본 발명의 실시예에서는 인버터(140) 앞단으로 제1 스너버 커패시터(CS1)에 방전 전류를 보강하는 확장부(170)를 더 포함한다.In order to prevent such ZVS failure, in the embodiment of the present invention, an
도 4를 참고하면, 확장부(170)는 DC 링크 커패시터(130, Cf1)와 인버터(140) 사이에 연결되어 있으며, DC 링크 커패시터(130)의 양 단(n1, n2)에 직렬 연결되어 있는 제3 스위칭 소자(S3) 및 제3 다이오드(D3)를 포함하고, 제3 스위칭 소자(S3)와 제3 다이오드(D3)의 연결점과 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)의 연결점 사이에 인덕터(L1)를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the
이때, 제3 스위칭 소자(S3) 역시 콜렉터과 에미터 사이에 다이오드를 더 포함할 수 있다. In this case, the third switching element S3 may also further include a diode between the collector and the emitter.
이러한 제3 스위칭 소자(S3)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)와 동일한 주파수로 스위칭 구동할 수 있으며, 제3 스위칭 소자(S3)의 구동에 의해 제1 스너버 커패시터(CS1)에 방전을 위한 부하 전류를 보강하여 제1 스너버 커패시터(CS1)의 방전 효율을 향상시킬 수 있다.The third switching element S3 may be switched and driven at the same frequency as the first and second switching elements S1 and S2, and the first snubber capacitor CS1 is driven by the third switching element S3. The discharging efficiency of the first snubber capacitor CS1 may be improved by reinforcing the load current for discharging.
이와 같은 확장부(170)에 대한 설명은 도 5a 내지 도 7c를 참고하여 설명한다.The description of the
도 5a 및 도 5b는 인버터(140)의 정상 동작과 비정상동작에서의 스너버 커패시터의 상태를 나타내는 파형도이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 확장부(170)를 구동할 때의 회로도 및 파형도이며, 도 7a 내지 도 7c는 듀티에 따른 인버터(140) 스위칭 소자의 전류 및 스위칭 신호의 효과를 나타내는 것이다.5A and 5B are waveform diagrams showing the state of the snubber capacitor in the normal operation and the abnormal operation of the
도 5a는 인버터(140)의 정상 동작에서의 신호 파형도이고, 도 5b는 인버터(140)의 비정상 동작에서의 신호 파형도이다.FIG. 5A is a signal waveform diagram in a normal operation of the
도 5a를 참고하면, 인버터(140)의 두 개의 스위칭 소자(S1, S2)가 소정 주파수로 정상 동작 시에 두 개의 스위칭 소자(S1, S2)는 서로 교번하여 소정의 듀티를 가지고 턴온된다.Referring to FIG. 5A , when the two switching elements S1 and S2 of the
이때, 두 개의 턴온 시간 사이에 소정의 휴지 구간이 존재한다.At this time, there is a predetermined rest period between the two turn-on times.
이 구간은 각 스위칭 소자(S1, S2)의 스너버 커패시터(CS1, CS2)의 방전 구간으로서, 해당 스위칭 소자(S1, S2)가 턴온 되기 전에 스너버 커패시터(CS1, CS2)의 충전 전압이 모두 방전되어 0V인 상태, 즉, 해당 스위칭 소자(S1, S2)의 콜렉터와 에미터 사이의 전압이 0을 충족하는 상태에서 스위칭 소자(S1, S2)의 턴 온이 이루어진다.This section is a discharge section of the snubber capacitors CS1 and CS2 of each of the switching elements S1 and S2. Before the corresponding switching elements S1 and S2 are turned on, the charging voltages of the snubber capacitors CS1 and CS2 are all charged. The switching elements S1 and S2 are turned on in a discharged state of 0V, that is, in a state in which the voltage between the collector and the emitter of the corresponding switching elements S1 and S2 satisfies zero.
제1 스위칭 소자(S1)를 중심으로 설명하면, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴온되는 구간에서 부하 전류(Iload), 즉 가열 코일(150)로 인가되는 전류는 제1 스위칭 소자(S1)와 연결되어 있는 다이오드(D1)를 거쳐 제1 스위칭 소자(S1)의 턴온에 따라 제1 스위칭 소자(S1)를 통과하며, 다시 제1 스위칭 소자(S1)가 턴오프되면, 제2 스위칭 소자(S2)의 다이오드(D2)를 거쳐, 제2 스위칭 소자(S2)의 턴온에 따라 제2 스위칭 소자(S2)를 통과하여 흐르게 된다.When the first switching element (S1) is mainly described, the load current (I load ), that is, the current applied to the
이때, 제1 스위칭 소자(S1)의 휴지 구간인 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 구간이 제1 스위칭 소자(S1)의 턴온 구간 전에 존재하며, 이와 같은 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 구간에서 제1 스너버 커패시터(DS1)를 통과하는 방전 전류(ICS1)는 음의 방향, 즉 부하 전류(Iload)의 역방향으로 흐르게 되어 방전을 진행하게 된다.At this time, the discharge period of the first snubber capacitor DS1, which is the rest period of the first switching element S1, exists before the turn-on period of the first switching element S1, and the first snubber capacitor DS1 In the discharge section, the discharge current I CS1 passing through the first snubber capacitor DS1 flows in a negative direction, that is, in the reverse direction of the load current I load , so that the discharge proceeds.
도 5a와 같이 제1 스너버 커패시터(DS1)가 충분히 방전되어 0V를 충족한 후 제1 스위칭 소자(S1)가 턴온될 때, 스위칭 소자(S1)의 스위칭 손실 없이 스위칭이 가능하다.As shown in FIG. 5A , when the first switching device S1 is turned on after the first snubber capacitor DS1 is sufficiently discharged to meet 0V, switching is possible without a switching loss of the switching device S1.
그러나, 스위칭 소자(S1, S2)의 듀티를 제어하는 경우, 즉 출력 전력에 따라 듀티를 감소하거나 증가하는 경우, 제1 스위칭 소자(S1)의 턴 온 전에 제1 스너버 커패시터(DS1)를 방전하는 시간이 충분히 주어지지 않을 수 있다.However, when the duty of the switching elements S1 and S2 is controlled, that is, when the duty is reduced or increased according to the output power, the first snubber capacitor DS1 is discharged before the first switching element S1 is turned on. You may not be given enough time to do it.
즉, 도 5b와 같이 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 시간이 부족하여 0V가 아닌 상태에서 제1 스위칭 소자(S1)를 턴온하게 되면, 두번째 파형에서와 같이 VCE 전압의 기울기가 순간적으로 급격하게 바뀌어 0V로 떨어지게 된다.That is, when the first switching element S1 is turned on in a state other than 0V due to insufficient discharge time of the first snubber capacitor DS1 as shown in FIG. 5B , the slope of the V CE voltage instantaneously as in the second waveform. It changes abruptly and drops to 0V.
이때, 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 전류(ICS1)가 제1 스위칭 소자(S1)로 흐르게 되어 제1 스위칭 소자(S1)의 하드 스위칭이 발생하고, 하드 스위칭이 발생하면 제1 스위칭 소자(S1)의 발열로 인해 제1 스위칭 소자(S1)가 파손될 수 있다.At this time, the discharge current I CS1 of the first snubber capacitor DS1 flows to the first switching element S1 so that hard switching of the first switching element S1 occurs, and when hard switching occurs, the first switching The first switching element S1 may be damaged due to heat generation of the element S1 .
이와 같은 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전은 아래의 수학식 1을 따른다.Such discharging of the first snubber capacitor DS1 follows
이때, Tdischarge 는 해당 스너버 커패시터의 방전 시간으로 정의되고, Cs는 해당 스너버 커패시터의 커패시턴스, V는 스너버 커패시터의 양단 전압, 그리고 Ics1는 제1스너버 커패시터(CS1)를 흐르는 방전 전류 값으로 정의된다.At this time, T discharge is defined as the discharge time of the corresponding snubber capacitor, Cs is the capacitance of the corresponding snubber capacitor, V is the voltage across both ends of the snubber capacitor, and I cs1 is the discharge current flowing through the first snubber capacitor CS1 defined as a value.
따라서, 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 전류의 값이 클수록 방전 시간이 단축되는 것을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the greater the value of the discharge current of the first snubber capacitor DS1, the shorter the discharge time.
본 발명의 실시예에 따른 구동 모듈은 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 시간을 단축하기 위해, 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 구간에서 제1 스너버 커패시터(DS1)에 전류를 보강하는 확장부(170)를 더 포함한다.In the driving module according to the embodiment of the present invention, in order to shorten the discharge time of the first snubber capacitor DS1, the current in the first snubber capacitor DS1 is reinforced in the discharge period of the first snubber capacitor DS1. It further includes an
도 6a 및 도 6b를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 확장부(170)는 제1 스위칭 소자(S1)의 ZVS이 제한 또는 실패되는 듀티 영역을 확장하기 위한 것으로서, 주로 제1 스위칭 소자(S1)의 듀티가 0.5 이하인 경우에 더 효과를 나타낼 수 있다.Referring to FIGS. 6A and 6B , the
따라서, 확장부(170)의 제3 스위칭 소자(S3)의 스위칭 구동은 소정 듀티 이하일 때만 선택적으로 구동될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the switching driving of the third switching element S3 of the
이때, 소정 듀티는 앞서 설명한 바와 같이 0.5 이하일 수 있다. In this case, the predetermined duty may be 0.5 or less as described above.
도 6b와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)의 턴온 전에 설정되는 휴지 기간, 즉 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 구간에서, 확장부(170)의 제3 스위칭 소자(S3)가 턴온된다.As shown in FIG. 6B , in the idle period set before the first switching element S1 is turned on, that is, in the discharge period of the first snubber capacitor DS1 , the third switching element S3 of the
이와 같은 턴온에 의해, 도 6a와 같이 인덕터(L1)를 통해 보조 전류가 제1 스너버 커패시터(DS1)의 역방향으로 흐르게 되며, 제1 스너버 커패시터(DS1)를 방전시기기 위한 주전류와 더하여 방전 전류(Ics1)를 이룬다.By this turn-on, an auxiliary current flows in the reverse direction of the first snubber capacitor DS1 through the inductor L1 as shown in FIG. 6A , and in addition to the main current for discharging the first snubber capacitor DS1, Discharge current (I cs1 ) is formed.
따라서, 수학식 1에서의 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전 전류(Ics1)가 증가함에 따라 방전 시간이 단축되어 짧은 시간 동안 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전이 이루어질 수 있다. Accordingly, as the discharge current I cs1 of the first snubber capacitor DS1 in
이와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)의 턴 온 전에 확장부(170)의 제3 스위칭 소자(S3)를 턴온하여 제1 스너버 커패시터(DS1)를 방전시키기 위한 방전 전류(Ics1)를 더 크게 함으로써 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전이 완전히 이루어진 상태로 제1 스위칭 소자(S1)가 턴온된다. In this way, before the first switching element S1 is turned on, the third switching element S3 of the
따라서 제1 스위칭 소자(S1)의 소자 안정성이 확보되면서 원하는 듀티로 제1 스위칭 소자(S1)의 온오프가 진행되어 출력 전력을 가열 코일(150)에 전달할 수 있다.Accordingly, while device stability of the first switching device S1 is secured, the first switching device S1 is turned on/off at a desired duty to transmit output power to the
도 7a 내지 도 7c는 듀티에 따른 인버터(140) 스위칭 소자의 전류 및 스위칭 신호의 효과를 나타내는 것이다.7A to 7C show the effect of the current and the switching signal of the
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 확장부(170)를 가지지 않는 경우, 제1 스너버 커패시터(DS1)에서 방전이 원활하게 이루어지지 않음으로써 발생하는 ZVS 실패 상태를 나타내는 것이다.7A is a diagram illustrating a ZVS failure state that occurs because discharge is not smoothly performed in the first snubber capacitor DS1 when the
제1 스위칭 소자(S1)의 듀티가 0.25일 때를 설정하였으며, 전력은 1000W를 충족한다.It is set when the duty of the first switching element S1 is 0.25, and the power meets 1000W.
도 7a에 도시된 바와 같이, 부하 전류의 전류 피크가 비대칭으로 형성되며, 강조(동그라미로 표시)되어 있는 영역의 제2 스위칭 소자(S2), 즉 하단 스위칭 소자의 콜렉터와 에미터 사이의 전압 값이 경사를 갖도록 형성되어 스위칭 손실을 발생하게 된다.As shown in FIG. 7A , the current peak of the load current is asymmetrically formed, and the voltage value between the collector and the emitter of the second switching element S2 in the highlighted region (indicated by a circle), that is, the lower switching element. It is formed to have this inclination, resulting in switching loss.
이때, 도 7b와 같이 본 발명의 실시예에 따른 확장부(170) 회로를 포함하는 경우, 도 6b와 같이 제1 스위칭 소자(S1)의 턴 온 전에 제1 스너버 커패시터(DS1)에 보조 전류를 인입하여 방전을 빠르게 진행시킴으로써 도 7b와 같이 제2 스위칭 소자(S2)인 하단 스위칭 소자의 스위칭 손실이 발생하지 않고 ZVS가 정상 확보될 수 있다. At this time, when the circuit of the
이와 같은 효과는 도 7c와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)의 듀티를 0.15로 감소시키는 경우, 즉 출력을 600W 전력으로 설정하기 위해 제1 스위칭 소자(S1)의 듀티를 0.15로 제어하였을 때 역시 제2 스위칭 소자(S2)의 전압이 경사를 갖지 않도록 형성되어 ZVS 실패 없이 작은 듀티, 바람직하게는 0.5 이하의 듀티에서도 ZVS가 확보된다.This effect is also obtained when the duty of the first switching element S1 is reduced to 0.15, that is, when the duty of the first switching element S1 is controlled to 0.15 to set the output to 600W power, as shown in FIG. 7c. The voltage of the second switching element S2 is formed so as not to have a slope, so that ZVS is secured even at a small duty, preferably 0.5 or less, without ZVS failure.
따라서, 전력 제어를 인버터(140)의 스위칭 소자의 듀티를 제어하여 구동하더라도 제1 스위칭 소자(S1)의 제1 스너버 커패시터(DS1)의 방전을 충분히 진행하도록 보조 전류를 인입함으로써 스위칭 소자의 동작 안정성을 확보하면서 효과적인 전력 제어가 가능하다.Therefore, even when the power control is driven by controlling the duty of the switching element of the
1: 전자 유도 가열 조리기기
11: 탑플레이트
20: 케이스
51, 52, 53, 150 : 가열코일 120: 정류부
130: dc링크 커패시터 140: 인버터
160: 공진 커패시터 170: 확장부1: Electromagnetic induction heating cooker 11: Top plate
20: case
51, 52, 53, 150: heating coil 120: rectifying unit
130: dc link capacitor 140: inverter
160: resonant capacitor 170: extension part
Claims (19)
상기 구동 모듈은,
구동 주파수에 따라 온오프되는 스위칭 소자의 스위칭 듀티에 따라 전력을 생성하는 인버터; 및
상기 스위칭 소자의 ZVS를 확보하도록 상기 인버터로 보조 전류를 흘리는 확장부
를 포함하는 구동 모듈.A driving module for supplying power to a load, comprising:
The driving module is
an inverter generating power according to a switching duty of a switching element turned on and off according to a driving frequency; and
An extension unit that flows an auxiliary current to the inverter to secure the ZVS of the switching element
A drive module comprising a.
상기 인버터는
서로 직렬로 연결되어 있는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자,
상기 제1 스위칭 소자와 병렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자를 보호하는 제1 스너버 커패시터,
상기 제2 스위칭 소자와 벙렬로 연결되어 상기 제2 스이칭 소자를 보호하는 제2 스너버 커패시터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 모듈.According to claim 1,
The inverter is
a first switching element and a second switching element connected in series with each other;
a first snubber capacitor connected in parallel with the first switching element to protect the first switching element;
A second snubber capacitor connected in parallel with the second switching element to protect the second switching element
A driving module comprising a.
상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점은 상기 제1 및 제2 스너버 커패시터의 접점과 동일하고, 상기 접점에서 상기 부하로 부하 전류를 흘리는 것을 특징으로 하는 모듈.3. The method of claim 2,
A contact point of the first and second switching elements is the same as a contact point of the first and second snubber capacitors, and a load current flows from the contact point to the load.
상기 확장부는
직렬 연결되어 있는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 양 단에 직렬 연결되어 있는 제3 스위칭 소자 및 다이오드, 그리고
상기 제3 스위칭 소자와 상기 다이오드 사이의 접점과 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점 사이에 연결되어 있는 인덕터
를 포함하는 구동 모듈.4. The method of claim 3,
the extension
A third switching element and a diode connected in series to both ends of the first and second switching elements connected in series, and
An inductor connected between a contact point between the third switching element and the diode and a contact point between the first and second switching elements
A drive module comprising a.
상기 제3 스위칭 소자는 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 전에 턴온되어 상기 제1 스너버 커패시터의 방전을 위한 상기 보조 전류를 상기 제1 스너버 커패시터로 흘리는 것을 특징으로 하는 구동 모듈.5. The method of claim 4,
The third switching element is turned on before the first switching element is turned on to flow the auxiliary current for discharging the first snubber capacitor to the first snubber capacitor.
상기 제1 스너버 커패시터는 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 전에 상기 보조 전류와 상기 부하전류를 합한 방전 전류에 의해 방전이 진행되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈.6. The method of claim 5,
The first snubber capacitor is a driving module, characterized in that the discharge proceeds by a discharge current that is the sum of the auxiliary current and the load current before the first switching element is turned on.
상기 제3 스위칭 소자의 구동은 상기 제1 스위칭 소자의 듀티가 0.5 이하일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈.7. The method of claim 6,
The driving module, characterized in that the driving of the third switching element is performed when the duty of the first switching element is 0.5 or less.
상기 인버터는
기 설정된 구동 주파수에 의해 온오프 구동을 수행하고, 출력 전력은 상기 스위칭 소자의 스위칭 듀티에 따라 가변하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈.According to claim 1,
The inverter is
The on-off driving is performed according to a preset driving frequency, and the output power is controlled to vary according to a switching duty of the switching element.
구동 주파수에 따라 온오프되는 스위칭 소자의 스위칭 듀티에 따라 상기 가열 코일에 전력을 전달하는 인버터; 및
상기 스위칭 소자의 ZVS를 확보하도록 상기 인버터로 보조 전류를 흘리는 확장부
를 포함하는 유도 가열 조리기기.a heating coil that emits a certain level of power according to user selection;
an inverter for transferring power to the heating coil according to a switching duty of a switching element turned on and off according to a driving frequency; and
An extension unit for flowing an auxiliary current to the inverter to secure the ZVS of the switching element
Induction heating cooking appliance comprising a.
상기 인버터는
서로 직렬로 연결되어 있는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자,
상기 제1 스위칭 소자와 병렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자를 보호하는 제1 스너버 커패시터,
상기 제2 스위칭 소자와 벙렬로 연결되어 상기 제2 스이칭 소자를 보호하는 제2 스너버 커패시터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기기.10. The method of claim 9,
The inverter is
a first switching element and a second switching element connected in series with each other;
a first snubber capacitor connected in parallel with the first switching element to protect the first switching element;
A second snubber capacitor connected in parallel with the second switching element to protect the second switching element
Induction heating cooking appliance comprising a.
상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점은 상기 제1 및 제2 스너버 커패시터의 접점과 동일하고, 상기 접점에서 상기 부하로 부하 전류를 흘리는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기기.11. The method of claim 10,
A contact point of the first and second switching elements is the same as a contact point of the first and second snubber capacitors, and a load current flows from the contact point to the load.
상기 확장부는
직렬 연결되어 있는 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 양 단에 직렬 연결되어 있는 제3 스위칭 소자 및 다이오드, 그리고
상기 제3 스위칭 소자와 상기 다이오드 사이의 접점과 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 접점 사이에 연결되어 있는 인덕터
를 포함하는 유도 가열 조리기기.12. The method of claim 11,
the extension
A third switching element and a diode connected in series to both ends of the first and second switching elements connected in series, and
An inductor connected between a contact point between the third switching element and the diode and a contact point between the first and second switching elements
Induction heating cooking appliance comprising a.
상기 제3 스위칭 소자는 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 전에 턴온되어 상기 제1 스너버 커패시터의 방전을 위한 상기 보조 전류를 상기 제1 스너버 커패시터로 흘리는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기기.13. The method of claim 12,
The third switching element is turned on before the first switching element is turned on to flow the auxiliary current for discharging the first snubber capacitor to the first snubber capacitor.
상기 제1 스너버 커패시터는 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 전에 상기 보조 전류와 상기 부하전류를 합한 방전 전류에 의해 방전이 진행되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기기.14. The method of claim 13,
The first snubber capacitor is an induction heating cooker, characterized in that the discharge proceeds by a discharge current that is the sum of the auxiliary current and the load current before the first switching element is turned on.
상기 제3 스위칭 소자의 구동은 상기 제1 스위칭 소자의 듀티가 0.5 이하일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기기.15. The method of claim 14,
Induction heating cooking appliance, characterized in that the driving of the third switching element is performed when the duty of the first switching element is 0.5 or less.
상기 유도 가열 조리기기는 기 설정된 구동 주파수에 의해 온오프 구동을 수행하고, 출력 전력은 상기 스위칭 소자의 스위칭 듀티에 따라 가변하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기기.10. The method of claim 9,
The induction heating cooker performs on-off driving by a preset driving frequency, and the output power is controlled to vary according to a switching duty of the switching element.
상기 출력 전력은 상기 상용 전원으로부터 변환된 교류 전압 및 교류 전류에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기기.17. The method of claim 16,
The output power is an induction heating cooking appliance, characterized in that generated by the AC voltage and AC current converted from the commercial power.
상기 유도 가열 조리기기는,
상용 전원을 인가받아 정류하는 정류부; 및
상기 정류부로부터 정류된 전압을 저장하여 상기 인버터에 제공하는 DC링크 커패시터;
를 더 포함하는 유도 가열 조리기기.10. The method of claim 9,
The induction heating cooking appliance,
a rectifying unit receiving commercial power and rectifying it; and
a DC link capacitor storing the voltage rectified from the rectifier and providing it to the inverter;
Induction heating cooking device further comprising a.
상기 확장부는 상기 DC 링크 커패시터와 상기 인버터 사이에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열 조리기기.19. The method of claim 18,
The extension part is an induction heating cooking appliance, characterized in that it is connected between the DC link capacitor and the inverter.
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KR1020200005510A KR102292255B1 (en) | 2020-01-15 | 2020-01-15 | Induction heat cooking apparatus and the driving module thereof |
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JP2009117378A (en) * | 2009-01-26 | 2009-05-28 | Hitachi Appliances Inc | Electromagnetic induction heating device |
KR20160123672A (en) | 2015-04-16 | 2016-10-26 | 엘지전자 주식회사 | Cooking Apparatus |
JP2019121544A (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-22 | 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 | Induction heating cooker |
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2020
- 2020-01-15 KR KR1020200005510A patent/KR102292255B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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