KR0129233B1

KR0129233B1 - 고주파 가열 장치의 인버터 제어회로

Info

Publication number: KR0129233B1
Application number: KR1019940010847A
Authority: KR
Inventors: 한경해
Original assignee: 이헌조; 엘지전자주식회사
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1998-04-09
Also published as: KR950035086A; DE19517874A1

Abstract

본 발명은 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로에 관한 것으로, 종래에는 워킹 코일의 내부 저항이 작다면 인버터에 흐르는 무한대의 전류가 스위칭 소자에 의해 공급되므로 스위칭 소자의 정격 용량을 상회하여 소비 전력이 증가하고 또한, 단일 출력에 의해 연속적인 출력 가변이 되지 않아 용기의 온도를 일정하게 유지하지 못하는 문제점이 있었다. 이러한 점을 감안하여 본 발명은 공진 주파수를 검출하여 스위칭 소자의 온타임을 결정하므로써 주파수 변화에 관계없이 스위칭 주파수를 공진 주차수보다 높은 곳에서 동작하도록 하여 넓은 범위에서 인버터의 스위칭 동작을 안정적으로 수행하도록 구성한 것으로, 본 발명은 공진 주파수를 검출하여 스위칭 소자의 온타임을 결정하므로써 주파수가 변화해도 용기에 관계없이 스위칭시 발생하는 단락 전류를 감소시킬 수 있어 안정된 구동 제어를 할 수 있고 또한, 제어 관련 회로를 디지털 회로로 구현하여 한 칩 내에 모두 집적시키므로써 소형, 경량화 시킬 수 있다.

Description

고주파 가열 장치의 인버터 제어회로

제1도는 종래 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로도.

제2도는 제1도에 있어서, 공진 검출부의 회로도.

제3도는 제1도에 있어서, 각 부의 파형도.

제4도는 종래의 주파수 특성을 보인 예시도.

제5도는 본 발명 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로도.

제6도는 제5도에 있어서, 공진 검출부 및 구동 제어부의 상세 회로도.

제7도 및 제8도는 제5도에 있어서, 정상 상태 및 비정상 상태시 파형도.

제9도는 본 발명의 주파수 특성을 보인 예시도.

제10도 및 제11도는 본 발명의 동작에 따른 특성 곡선

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 정류부 12 : 인버터

13 : 인버터 구동부 14 : 전류 검출부

15 : 공진 검출부 16 : 구동 제어부

17 : 마이크로 컴퓨터 21 : 클럭 발진단

22 : 초기값 설정부 23 : 업/다운 카운터

24,25 : 다운 카운터 26 : 에지 검출부

27 : R-S 플립플롭 FF1,FF2 : 디플립플롭

IN11,IN12 : 반전기 OP1 : 비교기

AN11,AN12 : 앤드게이트

본 발명은 하프 브릿지(half bridge)형 고주파 가열 장치에 관한 것으로 특히, 스위칭 동작에 따른 공진 주파수를 검출하여 온타임을 결정하므로써 안정적으로 인버터를 구동시키는 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로에 관한 것이다.

제1도는 종래 하프 브릿지 인버터의 전력 제어 회로도로서 이에 도시된 바와 같이, 상용 전원을 브릿지 다이오드(BD1)와 평활 콘덴서(C1)을 통해 정류, 평활하고 그 평활된 전원을 트랜지스터(Q1)(Q2)를 통해 스위칭시켜 워킹 코일(HL1)과 공진 콘덴서(C2)에 인가함에 의해 고주파 전류를 유도시키는 인버터(1)와, 이 인버터(1)의 트랜지스터(Q1)(Q2)에 구동 신호를 출력하는 인버터 구동부(2)와, 상기 인버터(1)의 워킹 코일(HL1)에 유기된 전류의 위상을 검출하여 비교하는 위상 비교부(5)와, 초기 구동을 위한 신호를 출력하는 초기화부(7)와, 상기 인버터(1)의 워킹 코일(HL1)에 유기된 공진 주파수를 검출하는 공진 검출부(6)와, 이 공진 검출부(6)의 출력에 따라 상기 초기화부(7)의 출력과 상기 위상 비교부(5)의 출력 중 하나를 선택하는 전환 스위칭부(4)와, 이 전환 스위칭부(4)의 출력 레벨에 따라 발진 주파수를 위상으로 조정하여 상기 인버터 구동부(2)에 구동 신호로 출력하는 전압 제어 발진부(3)로 구성된다.

제2도는 공진 검출부(6)와 초기회로(7)를 도시한 것으로, 상기 초기회로(7)는 초기에 펄스를 발생시키는 초기 펄스 발생부(7-1)와, 이 초기 펄스 공급부(7-1)의 출력에 의해 동작하는 아날로그 스위치(7-2)와,이 아날로그 스위치(7-2)의 동작에 의한 콘덴서(C4)와 저항(R13)사이의 소정 전압을 버퍼링하여 전환 스위칭부(4)에 출력하는 전압 팔로워(7-3)로 구성하고, 상기 공진 검출부(6)는 인버터(1)의 워킹 코일(HL1) 사이의 전압을 각기 검출하여 영(zero)전압과 각기 비교하는 비교기(6-1)(6-2)와, 이 비교기(6-1)(6-2)의 출력을 배타적 논리 조합하는 배타적 오아게이트(XOR1)와, 이 배타적 오아게이트(XOR1)의 출력을 소정 시간 지연시키는 지연기(6-5)와, 이 지연기(6-5)의 출력을 소정 전압과 각기 비교하는 비교기(6-3)(6-4)와, 이 비교기(6-3)(6-4)의 출력 신호를 오아링하여 상기 초기 펄스 공급부(7-1)의 출력과 앤딩하여 상기 전환 스위칭부(4)에 제어 신호로 출력하는 앤드게이트(AN1)로 구성된다.

이와같은 종래 회로의 동작 과정을 제3도 내지 제5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

초기에 110/220V,50/60㎐인 상용 전원(AC)이 인버터(1)에 입력되어 브릿지다이오드(BD1)에서 정류된 후 평활 콘덴서(C1)를 통해 스위칭 트랜지스터(Q1)(Q2)에 인가될 때 초기 회로(7)는 초기 펄스 공급부(7-1)가 초기 구동 펄스를 발진함에 의해 아날로그 스위치(7-2)가 온되므로 콘덴서(C4)의 충전 전위가 전압 팔로워(7-3)에 인가되고 상기 전압 팔로워(7-3)의 출력은 전환 스위칭부(4)의 일측 입력단에 인가된다.

이때, 전환 스위칭부(4)를 통해 초기 회로(7)의 출력을 입력받은 전압 제어 발진부(3)가 소정 주파수를 발진하여 인버터 구동부(2)에 출력하면 상기 인버터 구동부(2)에서 출력된 구동 신호에 의해 인버터(1)의 트랜지스터(Q1)(Q2)가 턴온,턴오프됨에 따라 브릿지 다이오드(BD1)와 콘덴서(C2)를 통해 정류 평활된 직류 전류가 스위칭되어 워킹 코일(HL1)에 교류로 인가된다.

이에 따라, 트랜지스터(Q1)(Q2)가 스위칭됨에 의해 워킹 코일(HL1)에 고주파 전류가 흐름으로써 용기(8)에 전류가 유도되며, 전류가 유도된 용기 자체에 주울(Joule) 열을 발생시켜 음식물을 가열하게 된다.

이때, 인버터(1)의 워킹 코일(HL1)에 고주파 전류가 흘를 때 상기 워킹 코일(HL1)의 양단에는 90°의 위상차를 갖는 전류가 흐르게 되는데, 위상 비교부(5)는 상기 워킹 코일(HL1)의 양단 전류의 위상차를 검출하여 그 차에 따른 전압을 전환 스위칭부(4)의 일측 입력단에 인가하게 된다.

그리고, 인버터(1)의 워킹 코일(HL1)에 고주파 전류가 흐를 때 공진 검출부(6)는 상기 워킹 코일(HL1)과 콘덴서(C2)에 의한 공진 주파수(fo)를 검출하여 전환 스위칭부(4)에 제어 신호를 출력하게 된다.

즉, 공진 검출부(6)는 인버터(1)의 워킹 코일(HL1) 양단의 전류를 검출하여 저항(R1,R2)(R3,R4)을 통해 분압하고 그 분압 전압을 각각 비교기(6-1)(6-2)의 정입력 단자(+)에 인가하여 영전압(zero voltage)과 각기 비교하며 배타적 오아게이트(XOR1)는 상기 비교기(6-1)(6-2)의 출력을 논리조합하여 지연기(6-5)를 통해 저항(R5)과 콘덴서(C3)의 시정수 만큼 지연시킨 후 비교기(6-3)의 정입력단자(+)와 비교기(6-4)의 부입력 단자(-)에 출력하게 된다.

이때, 비교기(6-3)(6-4)는 전압(Vcc)이 저항(R6,R7)(R8,R9)을 통해 분압되어 부입력 단자(-)와 정입력 단자(+)에 각기 인가된 분압 전압과 정입력(+)와 부입력 단자(-)에 인가된 지연기(6-5)의 출력 전압을 비교하고 그 비교신호를 저항(R10)(R11)을 각기 통해 앤드게이트(AN1)의 일측단에 공통 인가하게 된다.

이에 따라, 앤드게이트(AN1)는 일측단에 저항(R12)을 통해 전압(Vcc)이 인가됨과 아울러 비교기(6-3)(6-4)의 출력이 인가되면 타측단에 인가된 초기 회로(7)의 출력과 논리곱하여 전환 스위칭부(4)에 제어신호를 출력하게 된다.

이때, 공진 검출부(6)가 인버터(1)의 워킹 코일(HL1)과 콘덴서(C2)의 공진 주파수(fo)를 검출함에 따라 제어 신호를 출력하면 전환 스위칭부(4)가 위상 비교부(5)의 출력을 선택하고 상기 위상 비교부(5)의 출력에 제어된 전압 제어 발진부(3)가 발진 주파수를 조정하게 된다.

따라서, 위상이 조정된 전압 제어 발진부(3)의 출력을 입력받은 인버터 구동부(2)가 구동신호의 듀티비를 조정하여 출력함에 의해 인버터(1)의 트랜지스터(Q1)(Q2)가 적절하게 턴온,턴오프되므로 워킹 코일(HL1)에 흐르는 전류의 위상이 조정되어 진다.

여기서 스위칭 손실을 줄이기 위하여 영전압(zero voltage)에서 트랜지스터(Q1)(Q2)를 턴온, 턴오프시키도록 워킹 코일(HL1)과 공진 콘덴서(C1)의 공진 주파수(fo)에 동기시키는데, 상기 트랜지스터(Q1)(Q2)가 턴온,턴오프됨에 의해 상기 워킹 코일(HL1)과 공진 콘덴서(C2)에 제3도(b)와 같은 정현파인 고주파 전류(Ik)가 흐르므로써 상기 워킹 코일(HL1)의 접속점(A) 파형은 제3도 (a)의 점선 파형이 인가되고 접속점(B) 파형은 제3도(a)의 실선 파형이 인가되며, 상기 트랜지스터(Q2)에는 인버터 구동부(2)의 출력에 제어됨에 의해 제3도(c)와 같은 파형의 전류(Ip)가 흐르게 된다.

여기서, L은 워킹 코일(HL1)의 용량이다.

이때, 배타적 오아게이트(XOR1)는 비교기(6-1)(6-2)의 출력 신호를 논리 조합함에 의해 제3도(d)와 같은 신호를 출력하고 지연기(6-5)는 상기 배타적 오아게이트(XOR1)의 출력신호를 저항(R5)과 콘덴서(C3)의 용량에 따른 시정수만큼 지연시켜 비교기(6-3)(6-4)에 출력하게 된다.

이에 따라, 저항(R5)과 콘덴서(C3)의 지연 시간후에 앤드게이트(AN1)가 초기 회로(7)의 출력과 비교기(6-3)(6-4)의 출력을 논리곱하여 전환 스위칭부(4)에 제어 신호를 출력하므로써 인버터(1)의 트랜지스터(Q2)를 정확히 온시키면 상기 트랜지스터(Q2)는 영전압(zero voltage) 및 영전류(zero current)를 스위칭할 수 있는데, 상기 트랜지스터(Q2)의 구동 신호는 제3도(f)와 같으며 트랜지스터(Q1)의 구동 신호는 제3도(g)와 같다.

따라서, 인버터 구동부(2)의 출력에 따라 트랜지스터(Q1)(Q2)의 스위칭 주파수를 인버터(1)의 워킹 코일(HL1)과 콘덴서(C2)에 의한 공진 주파수(fo)의 주기와 자동적으로 일치시킴으로써 용기(8)의 유도 전류에 많은 영향을 받는 상기 워킹 코일(HL1)의 용량등을 특별히 고려하지 않아도 최대의 전력 전달을 얻을 수 있다.

즉, 종래에는 어떠한 용기하에서도 인버터의 공진 주기와 스위칭 주파수를 일치시키는 것이 에너지 전달면에서 최적이지만 제4도(a)와 같은 RLC 직렬 회로에서의 주파수 특성은 제4도(b)(c)와 같다.

여기서, 공진 주파수에서의 임피던스는 워킹 코일(HL1)의 내부 저항으로서 입력 전압(V1)이 모두 저항에 걸리게 되면 회로에 흐르는 전류는 저항값에 의해서만 제한된다.

따라서, 워킹 코일(HL1)이 가늘고 길면 저항치가 커짐에 의해 내부 손실이 증가하기 때문에 저항이 매우 작도록 여러 가닥의 얇은 선으로 표피 효과를 줄임과 아울러 표면적이 넓도로 워킹 코일을 제작하게 된다.

그러나, 종래 회로에서 내부 저항이 작다면 인버터에는 거의 무한대의 전류가 흐르고 이 과전류가 스위칭 소자에 의해 공급되므로 스위칭 소자의 정격 용량을 상회하여 전류 제한밖에 되지 않으므로 전압 변동에 의해 소비 전력이 증가하는 문제점이 있었다. 즉, 상용 교류 전원이 10% 정도 변동이 되면 소비 전력 21%정도 변동하게 된다.

또한, 공진 주파수의 스위칭 주파수에는 단일 출력밖에 내보내지 못하기 때문에 연속적인 출력 가변이 되지 않아 용기(8)의 온도를 일정하게 유지하기 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 공진 주파수를 검출하여 스위칭 소자의 온타임을 결정하므로써 주파수 변화에 관계없이 스위칭 주파수를 공진 주차수보다 높은 곳에서 동작하도록 하여 넓은 범위에서 인버터의 스위칭 동작을 안정적으로 수행하는 고주파 가열 장치의 제어 회로를 창안한 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 인버터의 스위칭 소자를 구동시키는 인버터 구동부와, 상기 인버터에 인가되는 상용 교류 전원의 이상 여부를 검출하는 전류 검출부와, 이 전류 검출부의 출력을 연산하여 제어 신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터, 상기 인버터의 공진 주파수를 검출하는 공진 검출부와, 이 공진 검출부의 출력과 상기 마이크로 컴퓨터의 출력을 연산하여 온타임을 결정함에 따라 상기 구동 수단에 최적의 안정 스위칭을 위한 구동 제어 신호를 출력하는 구동 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제5도는 본 발명의 실시예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 상용교류 전원(AC)을 정류 평활하여 직류 전원으로 출력하는 정류부(11)와, 이 정류부(11)의 출력 전원을 구동 신호에 따라 교류로 변환하여 용기(8)에 고주파 전류를 인가함으로써 그 용기(8)에 고주파 전류를 인가함으로써 그 용기(8)를 가열시키는 인버터(12)와, 구동 제어 신호에 따라 상기 인버터(12)의 스위칭 동작을 제어하는 인버터 구동부(13)와, 상기 정류부(11)의 입력 전류를 검출하는 전류 검출부(14)와, 이 전류 검출부(14)의 출력을 검지하여 구동신호의 출력을 제어하기 위한 온타임 제어 신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터(17)와, 상기 인버터(12)의 공진 주파수를 검출하는 공진 검출부(15)와, 이 공진 검출부(15)의 출력을 계수함에 있어 상기 마이크로 컴퓨터(17)의 출력에 따라 온타임 시간을 결정하여 상기 인버터 구동부(13)에 구동 제어 신호를 출력하는 구동 제어부(16)로 구성한다.

상기 공진 검출부(15)와 구동 제어부(16)는 제6도의 회로도에 도시한 바와 같이 구성한다.

상기 공진 검출부(15)는 인버터(12)의 공진 콘덴서(C13)와 워킹 코일(HL1)사이의 전압을 저항(R20,R21)(R24)에서 분압한 전압을 정입력 단자에 인가받음과 아울러 상기 저항(R20)(R21)의 분압을 저항(R22)(R23), 다이오드(D3) 및 콘데서(C16)으로 이루어진 층전회로를 통해 부입력 단자에 인가받아 비교하는 비교기(OP1)와, 구동 제어부(16)의 출력인 오프 시간 설정 신호를 반전시키는 반전기(IN11)와, 이 반전기(IN11)의 출력에 따라 상기 저항(R20,R21)(R22)의 접속점 전위를 제어하는 트랜지스터(Q13)와, 상기 구동 제어부(16)의 출력인 오프 시간 설정 신호와 상기 비교기(OP1)의 출력을 논리 곱하여 공진 검출 신호를 상기 구동 제어부(16)에 출력하는 앤드게이트(AN11)로 구성한다.

상기 구동 제어부(16)는 기준 클럭(CLK)을 발진시키는 클럭 발진단(21)과, 이 클럭 발진단(21)의 출력(CLK)에 따라 공진 검출부(15)의 출력을 논리 조합하여 하강 에지를 검출하는 에지 검출단(26)과, 마이크로 컴퓨터(17)의 클럭에 따라 그 마이크로 컴퓨터(17)의 온타임 제어 신호를 계수하는 업/다운 카운터(23)와, 상기 에지 검출단(26)의 출력에 상기 업/다운 카운터(24)의 출력을 로드하여 다운 카운팅하는 다운 카운터(24)와, 초기 구동치를 설정하는 초기값 설정부(22)와, 상기 다운 카운터(24)의 출력에 상기 초기값 설정부(22)의 출력을 로드하여 상기 클럭 발진단(21)의 출력(CLK)에 따라 다운 카운팅함에 의해 상기 공진 검출부(15)에 오프 시간 설정 신호를 출력하는 다운 카운터(25)와, 상기 에지 검출단(26)의 출력을 세트 단자에 입력받음과 아울러 상기 다운 카운터(24)의 출력을 리세트 단자에 입력받아 인버터 구동부(13)에 구동 제어 신호를 출력하는 R-S플립플롭(27)으로 구성한다.

상기 에지 검출단(26)은 공진 검출부(15)의 출력을 반전시키는 반전기(IN12)와, 클럭 발진단(21)의 출력에 따라 상기 반전기(IN12)의 출력을 홀딩시키는 D-플립플롭(FF1)과, 상기 클럭 발진단(21)의 출력(CLK)에 따라 상기 플립플롭(FF1)의 정출력단 신호를 래치시키는 D-플립플롭(FF2)과, 상기 플립플롭(FF1)의 정출력 신호과 플립플롭(FF2)의 부풀력 신호를 논리 조합하여 에지 검출 신호를 출력하는 앤드게이트(AN12)로 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명의 동작 및 작용 효과를 제7도내지 제11도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

상용 교류 전원이 정류부(11)에 입력되면 브릿지 다이오드(BD1)에서 정류한후 초크 코일(CL1)에서 잡음을 제거함과 아울러 콘덴서(C11)에서 평활하고 이 정류 평활된 직류 전원을 입력받은 인버터(12)는 인버터 구동부(13)의 출력에 다라 스위칭 소자인 트랜지스터(Q11)(Q12)가 교대로 스위칭되므로 공진용 콘덴서((C12)(C13)와 잡음 감쇄용 콘덴서(C14)(C15)가 충방전됨과 아울러 프리 휠 다이오드(D1)(D2)가 교대로 도통되어 워킹 코일(HL1)에 제7도(b)와 같은 고주파 전류(iL)를 잊가하게 된다.

이때, 제7도(d)(f)와 같은 신호에 의해 트랜지스터(Q11)(Q12)가 교대로 스위칭될 때 공진 콘덴서(C13)에는 제7도(a)와 같은 전압(Vc)이 충방전되고 워킹 코일(HL1)에는 제7도(b)와 같은 전류(iL)가 흐르면 상기 트랜지스터(Q12)를 통해 제7도(c)와 같은 전류(iC)가 흐르게 된다.

이에 따라, 상용 교류 전원을 정류 평활시켜 공진 콘덴서(C12)(C13)와 워킹 코일(HL1)에 인가한 후 트랜지스터(Q11)(Q12)를 스위칭시키므초써 상기 워킹 코일(HL1)에 고주파의 전류를 인가하고 상기 워킹 코일(HL1)에 결합되어 있는 용기(8)를 유도 가열하여 주울(Joule) 열이 발생하도록 한다.

여기서, 제7도(a)와 같은 공진 콘덴서(C13)의 전압(Vc)이 피크치가 되기 전에 인버터(12)의 트랜지스터(Q12)를 턴온시켜야 하는 데, 상기 콘덴서(C13)가 피크치 전압일 때 상기 트랜지스터(Q12)가 턴온되면 공진 상태에서 스위칭하게 되고, 피크치 전압 후에 스위칭되면 비정상적인 상태로 동작하게 된다.

즉, 동작 중에 트랜지스터(Q12)가 턴오프된 후 트랜지스터(Q11)가 턴온된 시점을 기준으로 설명하면, 정류부(11)가 입력된 상용 교류 전원을 정류 평활하여 상기 인버터(12)에 인가할 때 전루 검출부(14)는 전류 트랜스(CT)로 상기 정류부(11)의 입력 전류를 검출하여 그에 상응하는 신호를 마이크로 컴퓨터(17)에 출력하게 되고, 상기 마이크로 컴퓨터(17)는 인버터(12)의 스위칭 소자인 트랜지스터(Q11)(Q12)의 턴온 시간을 조절하기 위하여 상기 전류 검출부(14)의 출력에 따라 다른 값의 발진 주파수를 구동 제어부(16)에 출력하게 된다.

이때, 구동 제어부(16)는 마이크로 컴퓨터(17)의 출력을 입력받아 업/다운 카운터(23)가 상기 마이크로 컴퓨터(17)의 클럭에 따라 카운팅을 수행하여 온타임 조절값을 출력하고 수정 발진기, 반전기 및 콘덴서로 이루어진 클럭 발진단(21)에 펄스 주기가 0.1μsed인 10㎒의 펄스를 출력할 때 제7도(h)와 같은 에지 검출단(26)의 출력을 로드 신호로 입력받은 다운 카운터(24)는 상기 업/다운 카운터(23)의 출력값을 상기 클럭 발진단(21)의 출력에 따라 다운 카운팅하여 제7도(i)와 같은 신호를 출력하게 된다.

이에 따라, 제7도(i)와 같은 다운 카운터(24)의 고전위 출력을 리세트 단자(R)에 인가받은 R-S 플립플롭(27)이 출력단자(Q)(Q)를 통해 저전위, 고전위인 구동 제어 신호를 출력하므로 인버터 구동부(13)의 구동 신호에 인버터(12)는 트랜지스터(Q11)가 턴오프된 후 트랜지스터(Q12)가 턴온된다.

그리고, 제7도(i)와 같은 다운 카운터(24)의 출력을 로드 신호로 입력받은 다운 카운터(25)는 클럭 발진단(21)의 클럭에 따라 초기값 설정부(22)의 출력을 다운 카운팅하여 계수값을 공진 검출부(15)에 출력하는데, 상기 다운 카운터(25)의 출력이 제7도(g)와 같이 저전위 상태이므로 앤드게이트(AN12)의 출력이 저전위 상태를 유지하여 구동 제어부(17)의 에지 검출부(26)의 출력이 제7도(f)와 같이 저전위 상태를 유지함에 의해 R-S 플립플롭(27)은 저전위, 고전위 출력(Q)(Q)를 유지하게 된다.

이 후, 다운 카운터(25)의 출력이 제7도(g)와 같이 고전위가 될 때 공진 검출부(15)는 반전기(AN11)의 출력이 저전위가 되어 트랜지스터(Q13)가 턴오프되고 공진 콘덴서(C12)와 워킹 코일(HL1)에 의한 공진 주파수를 검출함에 따라 상기 공진 콘덴서(C13)에 충전된 제7도(a)와 같은 전압이 저항(R21,R22)(R24)에서 분압되어 정입력 단자(+)에 인가된 비교기(OP1)이 제7도(e)와 같이 고전위를 출력하게 된다.

그리고, 공진 검출부(15)는 저항(R21)을 통한 공진 콘덴서(C13)의 충전 전위가 저항(R23), 다이오드(D3)를 순차 통해 콘덴서(C16)에 충전됨과 아울러 상기 비교기(OP1)의 부입력 단자(-)에 인가되고 이때, 인버터(12)의 트랜지스터(Q12)는 인버터 구동부(13)에 의해 턴오프된다.

이때, 제7도(f)와 같은 비교기(OP1)의 출력과 제7도(g)와 같은 구동 제어부(17)의 다운 카운터(25)에서 출력된 오프 시간 설정 신호를 입력받은 앤드게이트(AN11)가 논리곱함에 따라 공진 검출 신호를 상기 구동 제어부(16)에 출력할 때 에지 검출단(26)은 상기 앤드게이트(AN11)의 출력을 반전시킨 반전기(IN12)의 출력을 디플립플롭(FF1)이 클럭 발생단(21)의 클럭에 따라 홀딩시키고 디플립플롭(FF2)이 상기 클럭 발생단(21)의 정출력에 따라 상기 디플립플롭(FF1)의 출력을 홀딩시키면 앤드게이트(AN12)가 상기 디플립플롭(FF1)(FF2)의 정,부출력(Q)(/Q)을 논리 곱하여 하강 에지를 검출하게 된다.

이에 따라, 제7도(i)와 같은 앤드게이트(AN12)의 고전위 출력을 세트 단자(S)에 입력받은R-S 플립플롭(27)이 고전위, 저전위인 구동 제어 신호(Q)(Q)를 인버터 구동부(13)에 출력하므로 인버터(12)의 트랜지스터(Q11)가 턴온된다.

이때, 구동 제어부(19)는 전류 검출부(14)의 출력을 입력받은 마이크로 컴퓨터(17)의 출력에 따라 다운/업 카운터(23)이 동작함에 따라 다운 카운터(24)(25)가 순차적으로 동작하여 인버터(12)의 트랜지스터(Q11)의 온타임을 결정하게 된다.

따라서, 상기와 같은 동작이 반복적으로 수행되어 인버터(12)의 트랜지스터(Q11)(Q12)를 안정적으로 스위칭하여 워킹 코일(HL1)에 고주파 전류가 안정되게 유기되어 용기(8)를 가열하게 된다.

즉, 스위칭 온 시간이 피크치 전압 이전에 이루어지도록 피크치 전압 이전에는 공진 검출부(15)에서 비교기(OP1)의 출력이 제7도(f)와 같이 출력되며 상기 동작에 따른 특성 곡선은 제10도 및 제11도에 도시한 바와 같다.

그리고, 피크치 전압 이후에는 제8도(f)와 같이 아무런 파형도 나타나지 않게 될 때 즉, 스위칭 주파수가 공진 주파수(fo)보다 작게 될 때에는 인버터(12)의 동작을 이 신호가 없을 때 멈추면 된다.

상기와 같은 동작을 다시 간략히 설명하며, 업/다운 카운터(23)는 마이크로 컴퓨터(17)의 출력을 로드하여 상기 마이크로 컴퓨터(17)의 출력 클럭에 따라 카운팅함에 의해 온타임 시간을 조절함으로써 다른 값을 출력하게 되고, 다운 카운터(24)는 에지 검출단(26)의 출력에 상기 업/다운 카운터(23)의 출력을 로드한 후 클럭 발진단(21)의 출력(CLK)에 따라 다운 카운팅하여 인버터(12)의 트랜지스터(Q11)(Q12)의 스위칭 도통 시간을 결정하고 이 결정된 온타임 결정 신호를 R-S 플립플롭(27)과 다운 카운터(25)에 출력하게 된다.

이때, 초기값 설정부(22)는 인버터(12)의 트랜지스터(Q11)(Q12)가 동시에 턴온되지 않도록 오프 시간(dead time;td)(제7도(g)의 td)을 설정하여 다운 카운터(25)에 출력하게 되는데, 상기 다운 카운터(25)는 다운 카운터(23)의 출력에 초기값 설정부(22)의 출력을 로드한 후 클럭 발진단(21)의 출력(CLK)에 따라 다운 카운팅하여 오프 시간 설정 신호를 공진 검출부(15)의 반전기(IN11)와 앤드게이트(AN11)에 출력하게 된다.

따라서, R-S 플립플롭(27)은 상기 에지 검출단(26)의 출력을 세트 단자에 입력받음과 아울러 상기 다운 카운터(24)의 출력을 리세트 단자에 입력받아 인버터 구동부(13)에 구동 제어 신호를 출력하는데, 온타임 스위칭 시간은 제7도(f)와 같은 공진 검출부(15)의 비교기(OP1)의 출력과 제7도(g)와 같은 오프 시간 설정용 다운 카운터(25)의 출력을 앤드게이트(AN11)에서 논리 곱하고 이 신호의 하강 에지시 구동 제어부(16)의 R-S 플립플롭(27)의 세트 단자(S)에 제7도(i)와 같은 고전위 신호를 출력하여 스위칭 소자인 트랜지스터(Q11)(Q12)를 온타임 스위칭시키고 제7도(j)와 같은 온타임 시간 결정용 다운 카운터(24)의 출력에 의해 상기 R-S 플립플롭(27)의 리세트 단자(R)에 고전위 신호를 인가하여 스위칭 소자인 트랜지스터(Q11)(Q12)를 오프시키게 된다.

즉, 공진 검출부(15)의 출력에 따라 구동 제어부(19)에서 구동 제어 신호를 출력하므로 인버터 구동부(13)가 구동 전력을 인버터(12)에 인가하여 소자인 트랜지스터(Q11)(Q12)를 교대로 스위칭하게 된다.

한편, 비정상 상태일 때 각 부에 제8도와 같은 파형도가 나타나는데, 인버터(12)에는 스위칭 온 시간에 높은 단락 전류(스파이크 전류)가 흐르고 온타임 구간 후반에 병렬 접속된 다이오드(D1)(D2)를 통해 전류(Id)가 흐르도록 동작하게 된다.

이때, 높은 스파이크 전류 때문에 전자기 간섭(EMI)을 야기하여 스위칭 소자가 열손실 증가로 파괴될 수 있다.

이 경우는 저전압(-10% 전압)에서 정격 전력을 유지하기 위하여 스위칭 주파수(fsw)를 발진 주파수(fo)보다 낮게 스위칭하게 될 때 야기되는 경우가 있는데, 공진 검출부(16)가 없다면 용기의 부하에 따라 나타나게 된다.

그러나, 본 발명은 스위칭주파수(fsw)는 고정 주파수가 아닌 용기의 온도를 궤환받아서 마이크로 컴퓨터(17)의 알고리즘에 적합하게 출력이 소비되도록 하는 스위칭 주파수 가변 방식을 적용하게 되므로 제9도(a)와 같은 RLC 공진 회로에서 회로에 흐르는 전류 파형은 제9도(b)와 같이 공급 전원의 주파수에 따라 가변되어진다.

이때, 공진주파수(fo)와 공급 주파수(fsw)가 같을 때 최대 전류가 인가되며 공급 주파수(fsw)의 크기를 증가시키면 통전 전류가 작아짐에 의해 소비 전력은 감소하게 된다.

따라서, 상기와 같은 공진 주파수(fo)와 공급 주파수(fsw)의 관계를 이용하여 용기(8)의 온도를 일정하게 유지한다든지(예로서 제9도(c)와 같이 출력이 1300W 일때도) 입력 전원전압별로 통전 전류를 다르게 제어함으로써 정출력을 인가할 수 있으므로 모든 부품을 최대로 활용할 수 있게 된다.

또한, 용기(8)의 모양별, 결합도별로 워킹 코일(HL1)의 인덕턴스 값이 가변되는데, 부품의 오차등에 관계없이 스위칭 주파수(fsw)를 어떠한 상태에서도 공진 주파수(fo)보다 크게 하므로써 기기에서 불필요하게 발생되는 잡음을 제거하게 되며 제어 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에로서 인버터(12)이 공진 콘덴서(C12)(C13)중 C12를 제거함과 아울러 C13의 용량을 크게 하여 동일한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 워킹 코일(HL1)과 용기(8)의 결합 대신 트랜스의 1차측을 워킹 코일(HL1)과 대치하고 그 트랜스의 2차측을 마그네트론에 접속하여 동일한 결과를 얻을 수 있다.

그리고, 워킹 코일(HL1) 및 용기(8) 대신에 트랜스의 1차측을 워킹 코일과 대치하고 트랜스의 2차측을 정류 다이오드 및 평활 콘덴서를 사용하여 직류전원을 발생시키는 SMPS(Switching Mode Power Supply)에도 적용할 수 있다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 공진 주파수를 검출하여 스위칭 소자의 온타임을 결정하므로써 주파수 변화를 가져올 때에도 용기에 관계없이 스위칭 주파수를 시스템의 공진 주파수보다 높은 곳에서 동작하도록 하기 때문에 넓은 범위를 쉽게 제어할 수 있으므로 스위칭시 발생하는 단락 전류(스파이크 전류)를 감소시켜서 전자기 간섭, 방열등의 문제를 해결할 수 있어 세트를 보다 안전하게 구동시킬 수 있고 또한, 제어 관련 회로를 디지털 회로로 구현함으로써 반도체로 한 침 내에 모두 집적할 수 있어 소형, 경량화가 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims

(정정) 2개의 스위칭 소자를 구비한 하프 브릿지형 인버터를 구동하는 인버터 구동 수단과; 인버터의 공진 콘덴서(C13)와 워킹 코일(HL1)사이의 전압을 충전하는 충전회로와, 상기 인버터의 공진 콘덴서(C13)와 워킹 코일(HL1) 사이의 전압을 분압하여 정입력 단자에 인가받음과 아울러 상기 충전 회로의 출력을 부입력 단자에 인가받아 비교하는 비교기(OP1)와, 구동 제어 수단의 출력인 오프시간 설정 신호를 반전시키는 반전기(IN11)와, 이 반전기(IN11)의 출력에 따라 상기 인버터의 콘덴서(C13)와 워킹 코일(HL1)사이에서 검출한 전압을 접지시키는 트랜지스터(Q13)와, 상기 구동 제어 수단의 출력과 상기 비교기(OP1)의 출력을 논리 곱하여 공진 검출 신호를 상기 구동 제어 수단에 출력하는 앤드게이트(AN11)로 구성하여 상기 인버터의 공진 주파수를 검출하는 공진 검출 수단과; 상기 인버터에 인가되는 상용 교류 전원의 전류를 검출하는 전류 검출 수단과; 이 전류 검출 수단의 출력을 연산하여 상기 스위칭 소자의 온타임 결정을 위한 값을 출력하는 마이크로 컴퓨터와; 상기 공진 검출 수단의 출력과 상기 마이크로 컴퓨터의 출력을 연산하여 상기 스위칭 소자의 온타임을 결정함에 따라 최적의 안정 스위칭을 위한 구동 제어 신호를 상기 인버터 구동 수단에 출력하는 구동 제어 수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로.
(삭제)
제 1 항에 있어서, 구동 제어 수단은 기준 클럭(CLK)을 발진시키는 클럭 발진단(21)과, 이 클럭 발진단(21)의 출력(CLK)에 따라 공진 검출 수단의 출력을 입력받아 하강 에지를 검출하는 에지 검출단(26)과, 마이크로 컴퓨터의 클럭에 따라 그 마이크로 컴퓨터의 온타임 연산값을 계수하는 업/다운 카운터(23)와, 상기 에지 검출단(26)의 출력에 상기 업/다운 카운터(24)의 출력을 로드하여 다운 카운팅하는 다운 카운터(24)와, 초기 구동치를 설정하는 초기값 설정부(22)와, 상기 다운 카운터(24)의 출력에 상기 초기값 설정부(22)의 출력을 로드하여 상기 클럭 발진단(21)의 출력(CLK)에 따라 다운 카운팅함에 의해 상기 공진 검출 수단에 오프 시간 설정 신호를 출력하는 다운 카운터(24)와, 상기 에지 검출단(26)의 출력을 세트 단자에 입력받음과 아울러 상기 다운 카운터(24)의 출력을 리세트 단자에 입력받아 인버터 구동 수단에 구동 제어 신호를 출력하는 R-S 플립플롭(27)으로 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로.
제3항에 있어서, 에지 검출단(26)은 공진 검출 수단의 출력을 반전시키는 반전기(IN12)와, 클럭 발진단(21)의 출력에 따라 상기 반전기(IN12)의 출력을 홀딩시키는 D-플립플롭(FF1)과, 상기 클럭 발진단(21)의 출력(CLK)에 따라 상기 플립플롭(FF1)의 정출력 신호(Q)를 래치시키는 D-플립플롭(FF2)과, 상기 플립플롭(FF1)의 정출력 신호(Q)과 플립플롭(FF2)의 부출력 신호(Q)를 논리 조합하여 에지 검출 신호를 출력하는 앤드게이트(AN12)로 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치의 인버터 제어회로.
제3항에 있어서, 초기값 설정부(22)는 인버터의 트랜지스터(Q11)(Q12)가 동시에 턴온되지 않도록 오프 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로.
제1항에 있어서, 인버터는 공진 콘덴서(C12)를 제거함과 동시에 공진 콘덴서(C13)의 용량을 크게 하여 동일한 스위칭 동작을 하도록 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로.
제1항에 있어서, 인버터는 워킹 코일을 트랜스의 1차측으로 대치하고 그 트랜스의 2차측을 마그네트론에 접속하여 동일한 스위칭 동작을 하도록 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로.
제1항에 있어서, 인버터는 워킹 코일을 트랜스의 1차측으로 대치하고 그 트랜스의 2차측을 '정류 다이오드와 평활 콘덴서에 접속시킴에 의해 SMPS에 적용하도록 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 가열 장치의 인버터 제어 회로.