KR0124606B1

KR0124606B1 - Resonance-type working coil for induction heating

Info

Publication number: KR0124606B1
Application number: KR1019940016187A
Authority: KR
Inventors: 권경안
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1994-07-06
Filing date: 1994-07-06
Publication date: 1997-12-04
Also published as: KR960006697A

Abstract

A working type of working coil used in an induction heating is disclosed. An electrical insulator is established between a number of flat type of life coils(L11,L12). The electrical insulator(S1) is winded to a disk type. One end of mutual diagonal direction of the flat type is electrically coupled. Since the working coil utilizes a stray capacitance to construct a resonant tank, a resonant capacitor can not be necessary.

Description

Resonant Working Coil for Induction Heating

제1도 (가)는 일반적 2석식 인버터회로의 구성예도.1 (a) is a configuration example of a general two-seat inverter circuit.

(나)는 일반석인 2석식 인버터회로의 전류, 전압파형도.(B) is the current and voltage waveform diagram of the 2 seat inverter circuit, which is a regular seat.

제2도 (가)는 종래의 워킹코일의 권선모양을 나타낸 도면.2 (a) is a view showing the winding shape of a conventional working coil.

(나)는 종래의 워킹코일의 라이프 와이어의 확대도.(B) is an enlarged view of the life wire of a conventional working coil.

제3도 (가)-(바)는 종래의 2석식 인버터회로의 동작설명도.3 (a)-(bar) are explanatory diagrams of a conventional two seat inverter circuit.

제4도는 본 발명에 따른 워킹코일의 구조를 나타낸 도면.4 is a view showing the structure of a working coil according to the present invention.

제5도는 본 발명에 따른 워킹코일의 권선모양을 나타낸 도면.5 is a view showing the winding shape of the working coil according to the present invention.

제6도 (가),(나)는 본 발명에 따른 워킹코일의 직렬공진회로 및 등가회로도.6 (a) and (b) are series resonant circuits and equivalent circuit diagrams of a working coil according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

L11,L12 : 라이프 코일, S1 : 절연체,L11, L12: life coil, S1: insulator,

Cs : 부유용량Cs: floating capacity

본 발명은 유도가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유도가열용 워킹코일(Working Coil)과 함께 공진탱크를 구성하는 공진용 콘덴서를 사용치 않고 워킹코일에 기생하는 부유용량(Stray Capacitacne)을 이용하여 공진탱크를 구성하도록 한 유도가열용 공진형 워킹코일에 관한 것이다.The present invention relates to an induction heating apparatus, and more particularly, using a stray capacitor (Stray Capacitacne) parasitic in a working coil without using a resonance capacitor constituting a resonant tank together with a working coil for induction heating. It relates to a resonant type walking coil for induction heating to configure a resonant tank.

제2도 (가)는 종래의 워킹코일의 권선모습을 및 라이프 와이어(Life Wire)의 확대도를 나타낸 것이며, 이러한 종래의 워킹코일은 제1도(가)와 같이 공진형 스위칭 인번터에 적용되어 별도의 콘덴서(C)와 함께 직렬공진 탱크를 구성하게 된다. 그리고 이 공진탱크의 한끝이 역병령 다이오드(D1),(D2)가 접속된 스위칭 소자인 트랜지스터(TR1),(TR2)의 상하의 직렬접속점에 연결되는 2석식 인버터회로에 있어서 그 동작을 제3도와 함께 살펴보면 다음과 같다.FIG. 2 (a) shows a winding view of a conventional working coil and an enlarged view of a life wire, and this conventional working coil is applied to a resonant switching inverter as shown in FIG. Thus, a series resonant tank is formed together with a separate condenser (C). In the two-stage inverter circuit, one end of the resonant tank is connected to the upper and lower series connection points of the transistors TR1 and TR2, which are switching elements to which the antiparallel diodes D1 and D2 are connected. Looking at it together:

먼저, 상기 트랜지스터(TR1),(TR2)는 스위치역할을 하므로 이하 제3도의 설명에서 스위치(Q1),(Q2)라 칭한다.First, since the transistors TR1 and TR2 play a role of a switch, they are referred to as switches Q1 and Q2 in the description of FIG. 3.

우선, 최초 스위치(Q1) 온시 제3도 (가)와 같이 스위치(Q1)의 통전모드상태로 동작하며 워킹코일(L)을 흐르는 전류 iL는 상기 스위치(Q1)의 통전기간동안 워킹코일(L)과 콘덴서(C)로 이루어진 공진상수에 의한 사인파의 형상으로 흐르게 되고 이 사인파의 통전구간을 적절히 설정함으로써 전류가 감소하여 사인파의 음의 영역에 도달하기 이전에 스위치(Q1)를 오프시킬 수 있다.(제1도 (나) 참조).First, when the first switch Q1 is turned on, as shown in FIG. 3A, the current iL flowing in the working coil L and operating in the energizing mode of the switch Q1 is the working coil L during the energizing period of the switch Q1. ) And the capacitor (C) flow in the shape of a sine wave and by appropriately setting the energization section of the sine wave, the current can be reduced and the switch Q1 can be turned off before reaching the negative region of the sine wave. (See Figure 1 (b)).

상기 스위치(Q1)의 오프 이후는 제3도 (나)와 같이 스위치(Q2) 역시 오프상태이므로 흐르는 전류 iL은 급격히 제로로 감쇄하지 못하므로 스위치(Q1),(Q2)에 병렬접속된 콘덴서(C1),(C2)인 보조공진 콘덴서를 통해 흐르게 되어 콘덴서(C1)는 충전, 콘덴서(C2)는 방전이 되게 된다.After the switch Q1 is turned off, as shown in FIG. 3 (b), since the switch Q2 is also in the off state, the flowing current iL is not rapidly attenuated to zero. Therefore, a capacitor connected in parallel to the switches Q1 and Q2 ( It flows through the auxiliary resonance capacitors C1) and C2, and the capacitor C1 is charged and the capacitor C2 is discharged.

따라서 상기 콘덴서(C1)의 충전전압이 콘덴서(C1),(C) 및 워킹코일(ㄴ)에 의해 이루어진 공진주기 동안에 입력전압(E)보다 높아지게 되면 즉, Vc1E(Vc1 : 콘덴서(C1)의 충전전압)가 되면 Vc1+Vc2=E(Vc2 : 콘덴서(C2)의 충전전압)인 조건이므로 Vc20이 되어 스위치(Q2)에 병렬로 접속된 프리 휠링(FreeWheeling) 다이오드(D2)가 도통되어 스위치(Q2)의 양단전압은 제로에 가깝게 된다(-V_D).Therefore, when the charging voltage of the capacitor C1 becomes higher than the input voltage E during the resonance period made by the capacitors C1, C and the working coil b, that is, Vc1E (Vc1: charge of the capacitor C1). Voltage), Vc1 + Vc2 = E (Vc2: charging voltage of capacitor C2), so it becomes Vc20, and the freewheeling diode D2 connected in parallel to switch Q2 is turned on to switch Q2. ), The voltage across both ends close to zero (-V _D ).

이때가 상기 스위치(Q2)를 동작시키기 위한 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching : ZVS)조건이 되고, 이후 상기 스위치(Q2)는 제3도 (라)와 같이 통전모드로 작용하여 워킹코일(L) 및 콘덴서(C)에 축적된 에너지를 사인파전류의 나머지 반주기의 형태로 방전한 후 전류가 양에 도달하기전 스위치(Q2)를 오프하면 흐르던 전류iL은 제3도 (마)와 같이 보조공진탱크용 콘덴서인 C1,C2를 통해 흐르며, 상기 콘덴서(C2)는 충전, 콘덴서(C1)는 방전되며, 상기 콘덴서(C2)의 충전전압이 입력전압(E)보다 큰 상태로 과충전되면 상기 콘덴서(C1)는 역으로 충전되어 제3도 (바)와 같이 다이오드(D1)를 통해 프리 휠링 전류가 흐르는 영전압 스위치(ZVS)조건이 되어 상기 스위치(Q1)를 온 시킨다.At this time, a zero voltage switching (ZVS) condition for operating the switch Q2 becomes, and the switch Q2 acts as an energizing mode as shown in FIG. And if the energy stored in the capacitor C is discharged in the form of the remaining half period of the sine wave current, and then the switch Q2 is turned off before the current reaches a positive value, the current iL flows as shown in FIG. The capacitor C2 flows through the capacitor C1 and C2, and the capacitor C2 is charged and the capacitor C1 is discharged. When the charge voltage of the capacitor C2 is overcharged to a state greater than the input voltage E, the capacitor C1 is discharged. ) Is reversely charged and becomes a zero voltage switch (ZVS) condition in which a free wheeling current flows through the diode D1 as shown in FIG. 3 (bar) to turn on the switch Q1.

이러한 동작을 통해 전류의 공진현상을 이용하여 스위칭시의 손실이 극소화되는 특징을 얻기 위해 상기 설명과 같이 워킹코일과 직렬 또는 병렬로 접속되는 공진탱크 구성용의 별도의 콘덴서가 필요하게 되는 것이다.This operation requires a separate capacitor for resonant tank configuration connected in series or in parallel with the working coil in order to minimize the loss during switching using the resonance phenomenon of the current.

그런데 이러한 워킹코일은 고주파에 의한 침투효과(Skin Dpth Effect)에 의해 실제 전류통전이 가능한 깊이는 상당히 제한되므로 고주파일수록 직경이 가는 세선을 제2도 (나)와 같이 여러가닥을 일정한 방향으로 꼬아서 만든 라이프 와이어를 사용하게 된다.However, since the working coil has a very limited depth in which the actual current can be supplied by the skin effect of high frequency, the thinner thin wires are twisted in a predetermined direction as shown in FIG. You will use the life wire you created.

그러나 상기와 같은 워킹코일로는 저손실 공진형 인버터를 구성하기 위해서 반드시 별도의 공진용 고주파 콘덴서가 필요하게 되어 가격상승의 요인이 되며, 고주파화가 될 수록 콘덴서의 유전손실이 문제화되므로 장기사용 및 악조건사용시 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.However, as a working coil as described above, a high-frequency capacitor for resonance is necessary to construct a low-loss resonant inverter, which is a factor of price increase.As high frequency increases, dielectric loss of the capacitor becomes more problematic. There was a problem that the reliability is lowered.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유도가열용 워킹코일에 기생하는 부유용량을 이용하여 유도가열장치의 공진탱크를 구성하도록 한 유도가열용 공진형 워킹코일을 제공함에 있다.The present invention is to solve this problem, an object of the present invention is to provide a resonant working coil for induction heating to configure the resonant tank of the induction heating apparatus by using the parasitic suspended capacitance in the induction heating working coil. .

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 단면이 직사각형인 2개의 편평형 라이프 코일사이에 전기적 절연체를 설치하고, 이를 디스크(Disk)형상으로 감아 각각의 편평형 라이프 코일의 서로 반대방향의 1개씩의 양쪽 끝단을 전기적 접속점으로 하도록 구성되는 유도가열용 공진형 워킹코일에 있다.A feature of the present invention for achieving this object is to install an electrical insulator between two flat life coils having a rectangular cross section, and wound them in a disk shape so that each of the flat life coils has one opposite side of each other. A resonant working coil for induction heating, configured to have an end as an electrical connection point.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제4도는 본 발명에 따른 유도가열용 공진형 워킹코일의 구조를 도시한 것으로, 워킹코일의 단면이 편평(Flat) 모양이며, 편평형 라이프 코일로 성형을 하는 경우 2가닥의 편평형 라이프 코일(L11),(L12)사이에 적절한 거리(d)를 유지하기 위한 절연체(S1)를 삽입시켜 제5도와 같이 디스크형상으로 감아 위킹코일을 만든다.Figure 4 shows the structure of the induction heating resonant working coil according to the present invention, the cross section of the working coil is flat (flat) shape, when forming a flat life coil of two strands of flat life coil (L11) The insulator S1 is inserted to maintain the proper distance d between and L12, and is wound in the shape of a disk as shown in FIG. 5 to form a wicking coil.

이때, 편평형 라이프 코일(L11),(L12)의 상호대향면적(S)과 거리(d) 및 절연체(S1)로 인한 유전율을 ξs라 할때 2가닥의 편평형 라이프 코일(L11),(L12)에 의해 발생되는 부유용량 Cs는 Cs=ξs(S/d)와 같게 된다.In this case, when the dielectric constants due to the mutually opposed areas S and the distance d of the flat life coils L11 and L12 and the insulator S1 are ξs, two flat life coils L11 and L12 are provided. Suspended capacity Cs generated by is equal to Cs = ξs (S / d).

그리고 상기 부유용량(Cs)은 제4도와 같이 두가닥의 라이프 코일(L11),(L12)의 전기적 접속점을 상호대각선 방향으로 ⓐ 및 ⓑ와 같이 한쪽식만 이용하고, 다른쪽은 절연처리시킬 경우 제6도 (나)의 등가회로와 같은 직렬공진등가구조가 얻어지며, 이를 2석식 직렬공진형 스위칭 인버터의 공진탱크로써 사용할 수 있게 된다.In addition, the stray capacitance Cs uses only one type of electrical connection points of two strands of life coils L11 and L12 as shown in FIG. A series resonant equivalent structure such as the equivalent circuit of FIG. 6 (b) is obtained, which can be used as a resonant tank of a two-stage series resonant switching inverter.

또한, 이러한 편평형 라이프 코일(L11),(L12)의 부유용량(Cs)은 절연체(S1)의 두께(d)와 대향면적(S)(또는 길이(ℓ))등에 의해 원리적으로 조절이 가능해지므로 공진주파수의 선택이 가능해지게 된다.In addition, the stray capacitance Cs of the flat life coils L11 and L12 can be adjusted in principle by the thickness d of the insulator S1 and the opposing area S (or length L). Therefore, the resonance frequency can be selected.

한편, 상기와 같은 본 발명의 유도가열용 공진형 워킹코일은 2석신 인버터 이외에도 기타의 공진형 스위칭 인버터 타입에 있어서도 등가공진탱크로써 활용될 수 있다.On the other hand, the resonant type working coil for induction heating of the present invention as described above can be utilized as an equivalent resonant tank in other resonant type switching inverter type in addition to the two-sine inverter.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 유도가열용 공진형 워킹코일에 기생하는 부유용량을 이용하여 공진탱크를 구성함으로써 별도의 콘덴서를 필요치 않게 되므로 부품수의 절감 및 가격다운의 효과를 얻게 되며, 또한 고주파화에 따른 콘덴서의 유전손실 및 신뢰성 저하의 요인이 제거되므로 제품의 신뢰성이 향상되게 된다.As described above, the present invention eliminates the need for a separate capacitor by constructing a resonant tank using parasitic stray capacitance in the induction heating resonant type working coil, thereby reducing the number of parts and reducing the cost. The reliability of the product is improved because the factors of dielectric loss and reliability deterioration of capacitors are eliminated.

Claims

An insulated working coil for induction heating, characterized in that an electrical insulator is provided between a plurality of flat life coils, and the coils are wound in a disk shape to form one end of each of the flat life coils in the diagonal direction.

The resonant walking coil for induction heating according to claim 1, wherein the flat life coil is composed of two.

The resonant walking coil for induction heating according to claim 1 or 2, wherein the flat life coil has a rectangular cross section.

2. The resonant type working coil for induction heating according to claim 1, wherein the stray capacitance generated by the flat life coil facing each other with an insulator interposed therebetween is used as a resonant capacitor in series resonance.