KR0135131B1

KR0135131B1 - 고주파 가열장치의 보호회로

Info

Publication number: KR0135131B1
Application number: KR1019940031773A
Authority: KR
Inventors: 한경해
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1998-04-23
Also published as: KR960018366A

Abstract

본 발명은 고주파 가열장치에서 과도상태의 입력전원인가시 인버터장치의 파손을 방지할 수 있도록 한 고주파 가열장치의 보호회로에 관한 것이다.

종래의 기술은 인버터의 기본회로에 스위칭소자의 과전압 및 과전류보호기능을 갖춤에도 불구하고 상용전원의 순간적 정전형상이나 과도상태시에는 인버터의 파손을 가져오는 문제점이 있었던 점을 감안하여 본 발명은 종래의 회로에 스위칭 소자의 전류흐름을 감시하는 전류 감시부인 저항을 구비하고 상기 전류 감시부의 전류 감시결과에 따라 상기 스위칭 소자의 과전압을 보호하기 위한 과전류 보호부를 구성하여 종래의 스위칭 소자의 과전류 보호회로가 순간적인 전류크기를 알 수 없는 전류 트랜스방식이었던 점에 반해 저항을 통해 순간적인 전류크기를 계속 감시하여 과전류시 즉각 인버터의 동작을 멈추어 스위칭 소자의 과전압에 의한 파괴현상을 방지하며, 복합제품에서의 인덕션 히팅 쿠커모드와 인버터형 전자레인지모드에서 과전류 제한 크기를 각각 달리함으로써 부하의 특성을 고려하여 정격출력을 동일하게 얻음과 동시에 인덕션 히팅쿠커모드시 부하의 변동에서도 과전류 보호회로가 더욱 동작을 빠르게 할 수 있게 하여 스위칭 소자의 과전압에 의한 파괴현상을 미연에 막아 신뢰성 높은 인버터 제품을 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

고주파 가열장치의 보호회로

제1도는 종래의 고주파 가열장치의 보호회로의 구성도.

제2도는 제1도의 과전류 보호부의 상세 회로도.

제3a-c도는 종래 및 본 발명에서의 스위칭 소자의 동작 파형도.

제4도는 본 발명에 따른 고주파 가열장치의 보호회로의 구성도.

제5도는 제4도의 과전류 보호부의 상세 회로도.

제6a도는 마그네트론의 등가회로도.

b도는 마그네트론의 전류전압특성도.

제7도(a),(b)도는 인덕션 히팅 쿠커모드시와 인버터 전자레인지모드시의 스위칭 소자의 전류전압파형도.

제8a,b도는 종래 및 본 발명에 따른 과전류 보호부의 동작설명을 위한 파형도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 상용전원 22 : 브릿지 다이오드

23 : 릴레이 24 : 용기

25 : 마그네트론 26 : 입력전류 체크부

27 : 동기신호 검출부 28 : 구동부

29 : 과전압 보호부 39 : 제어부

31 : 마이컴 32 : 과전류 보호부

33 : 전류 감시부

본 발명은 고주파 가열장치의 보호회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파 가열장치에서 과도상태의 입력전원인가시 인버터장치의 파손을 방지할 수 있도록 한 고주파 가열장치의 보호회로에 관한 것이다.

제1도는 종래의 고주파 가열장치의 보호회로를 도시한 것으로, 상용전원(1)을 브릿지다이오드(2)로 정류한 전원을 쵸크 코일(L1) 및 평활용 콘덴서(C1)로 평활시켜 맥류전원을 만들고 릴레이(3)의 동작에 따라 가열코일(L2)과 공진용 콘덴서(C2)가 병렬로 연결되어 인덕션 히팅 쿠커(IHC) 회로가 형성되며, 승압 트랜스(T1)와 공진용 콘덴서(C2)가 병렬로 연결되어 인버터 마이크로 웨이브 오븐(이하, MWO라 칭함)회로가 형성되는 복합제품(인덕션 히팅 쿠커+MWO)이나 각각의 단일제품에서 공진콘덴서(C2)의 한쪽단에 스위칭 소자인 트랜지스터(TR1) 및 프리 휠 다이오드(D1)가 연결되어 1차 회로가 형성되고, 가열코일(L2)위의 용기(4)가 인덕션 히팅 쿠커 동작시 2차 부하가 되고, 승압트랜스(T1)의 2차측에 배압 콘덴서(C3) 및 배압 다이오드(D2)가 연결되어 반바배전압된 전원이 마그네트론(5)에 인가된다.

그리고 인버터를 안전하게 동작하기 위한 제어회로나 보호회로로써 입력전류용 전류트랜스(CT1) 및 입력전류체크부(6)의 출력과 트랜지스터(TR1)의 스위칭 손실감소 및 노이즈 감소를 위해 트랜지스터(TR1)의 양단전압이 제로로 되는 시점을 찾아주는 동기신호 검출부(7)의 출력과 상기 트랜지스터(TR1)의 과전압을 보호하기 위한 과전압 보호부(9)의 출력이 제어부(10)에 인가된다.

또한, 상기 제어부(10)에는 인버터 출력 레벨을 송출하고 인덕션 히팅 쿠커의 경우 소량감지신호를 받는 마이컴(11)이 상기 제어부(10)에 접속되며, 상기 제어부(10)의 출력은 구동부(8)를 거쳐 트랜지스터(TR1)에 인가된다.

그리고 상기 트랜지스터(TR1)의 과전류 보호를 위해 고주파 전류 트랜스(CT2) 및 과전류 보호부(12)에 의한 출력이 제어부(10)에 인가되도록 구성되며, 그 기본동작은 다음과 같다.

우선, 상용전원(1)을 상기 브릿지다이오드(2) 및 평활용 콘덴서(C1)를 거쳐 정류 및 평활한 전원을 스위칭 소자인 트랜지스터(TR1)의 온/오프동작에 따라서 고주파 전원이 가열코일(L2)이나 승압트랜스(T1)의 1차측 코일에 인가되어 가열코일(L2)에 인가되는 고주파 전류는 용기(4)에 유도되어 용기(4)가 가열되는 인덕션 히팅 쿠커로 사용되거나 승압트랜스(T1)의 1차측 전압을 고압의 2차측으로 유기하여 마그네트론(5)에 인가시켜 전자파를 발생시켜 도시하지 않은 캐비티내의 음식물을 가열시키는 인버터 전자레인지로 동작된다.

그리고 과전압 보호부(9)와 과전류 보호부(12)에 의해 스위칭 소자인 상기 트랜지스터(TR1)의 과전압을 보호한다.

한편, 상기 과전류 보호부(12)는 제2도에 도시한 바와 같이 브릿지다이오드(12a), 평활용 콘덴서(C4), 비교시의 기준레벨을 잡아주는 고정저항(R1),(R2), 비교기(COMP1)로 구성되어 트랜지스터(TR1)의 전류를 전류 트랜스(CT2)를 사용하여 DC화하여 그 레벨이 저항(R1),(R2)에 의해 형성되는 기준전압(Vref1)보다 크면 스위칭을 멈추도록 된다.

그리고 제3도는 제1도 및 후술되는 본 발명의 스위칭 소자의 동작 파형도로써, a도는 콜렉터-에미터간 전압(Vce)파형이고, b도는 스위칭 소자에 흐르는 전류파형(+쪽) 및 다이오드(D1)에 흐르는 전류파형(-쪽)이며, c도 스위칭 소자의 구동신호파형이며, 상기 a도의 공진파형은 가열코일(L2)이나 승압트랜스(T1)의 1차측 코일과 공진용 콘덴서(C2)의 공진에 의한 파형이다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술은 인버터의 기본회로에 스위칭소자의 과전압 및 과전류보호기능을 갖춤에도 불구하고 상용전원의 순간적 정전형상이나 과도상태시에는 인버터의 파손을 가져오는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 스위칭 소자의 순간적인 전류크기를 계속 감시하여 과전류시 즉각 인버터의 동작을 멈추어 스위칭 소자의 과전압에 의한 파손을 방지할 수 있도록 한 고주파 가열장치의 보호회로를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 상용입력전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활수단, 상기 정류 및 평활수단 의해 평활된 전원을 가열코일이나 승압트랜스에 공급하기 위한 릴레이수단, 상기 정류 및 평활수단에 의해 평활된 전원을 교번 스위칭하는 스위칭 수단, 상기 릴레이수단의 절환에 따라 가열코일이나 승압트랜스의 1차측과 병렬 또는 직렬연결되어 인덕션 히팅 쿠커 모드나 인버터형 전자레인지모드를 구현하는 공진수단, 상기 스위칭 수단을 구동하는 구동수단, 상기 스위칭 수단에 흐르는 전류크기를 감지하는 전류 감시부, 상기 전류감시부의 출력에 따라 상기 스위칭 수단의 과전압을 보호하기 위한 과전류 보호부, 상기 스위칭 수단에 걸리는 전압에 따라 상기 스위칭 수단의 과전압을 보호하기 위한 과전압 보호부, 상기 과전압 보호부 및 과전류 보호부의 출력에 따라 상기 스위칭 수단의 구동을 제어하는 제어부를 구비하는 고주파 가열장치의 보호회로에 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명에 따른 고주파 가열장치의 보호회로를 나타낸 것으로, 스위칭 소자인 트랜지스터(TR1)의 에미터단에 흐르는 순간적인 전류크기를 계속 감시하며 저항(R10)으로 구성된 전류 감시부(33)가 상기 트랜지스터(TR11)의 에미터단에 접속되고, 상기 전류 감시부(33)와 트랜지스터(TR1)의 에미터단 사이에 과전류 보호부(32)가 접속되며, 과전압 보호부(29)는 트랜지스터(TR1)의 콜렉터단과 다이오드(D1)의 캐소드단에만 접속되며, 전류 트랜스(CT2)가 구성되지 않는 점을 제외하고는 종래와 그 구성이 동일하다.

그리고 상기 과전류 보호부(32)는 제2도에 도시한 바와 같이 기준전압(Vref11)을 설정하는 저항(R11),(R12)과, 상기 저항(R11),(R12)에 반전 입력단(-)이 접속되고 상기 트랜지스터(TR11)의 에미터단에 비반전 입력단(+)이 접속된 비교기(COMP11)와, 인덕션 히팅 쿠커모드시에는 온되고 인버터 전자레인지모드시에는 오프되는 스위칭용 트랜지스터(TR12)와, 상기 트랜지스터(TR12)의 콜렉터단 및 상기 비교기(COMP11)의 반전 입력단(-)에 접속되며 기준전압(Verf11)을 다운시키는 저항(R13)으로 구성되며, 상기 트랜지스터(TR12)는 모드 전환용 릴레이(23)와 연동되어 동작하게 된다.

제6도는 인버터형 전자레인지의 마그네트론의 등가회로a도 및 전류전압 특성도b도를 도시한 것으로, 마그네트론(25)은 일종의 2극관으로 일정 트리거 전압(약 3.5KV) 이상에서 급격한 전류가 흐르는 비선형 특성을 갖추고 있으며, 이는 애노드 온도에 따라 다르다.

마그네트론(25)이 부하인 인버터 전자레인지모드(MWO)시에는 스위칭 소자의 도통시 전류 기울기가 급격히 증가하게 된다.

반면, 인덕션 히팅 쿠커모드시에는 부하인 가열용기의 재질에 따라 약간 변화하는데 이는 MWO 모드보다 증가 기울기가 크지는 않다.

따라서 제7도에서는 동일한 입력전력을 소모할때의 스위칭 소자의 전압전류파형도를 나타낸 것으로, 인버터 MWO 모드시에는 스위칭 소자의 전류를 크게 가져가도 2차측 부하(마그네트론)의 변동이 심하지 않아서 안정하나 인덕션 히팅 쿠커모드시에는 스위칭 소자의 전류의 크기를 엄격히 제한하여 부하의 변동(가열용기의 재질변경, 사이즈 변경, 가열코일과의 위치 변경시)에 민첩하게 대응되도록 동작되어야 한다. 그리고 제7도 (a),(b)에서 IC1, Vce1은 MWO 모드시의 전류 및 전압 파형도이고, IC2, Vce2는 인덕션 히팅 쿠커모드시의 전류 및 전압 파형도이다.

그리고 제8도(a), (b)는 종래 및 본 발명의 과전류 보호부(12), (32)의 동작파형도를 나타낸 것으로, 본 발명의 과전류 보호부(32)의 순간적인 동작능력에 의하여 입력전원전압의 순간정전시 스위칭 소자의 파손을 방지하는 것을 보인 것이다.

즉, 순간정전 회복시에는 쵸크 코일(L11) 및 콘덴서(C11)의 충방전에 의해 보통상태의 1.5배의 높은 전압이 100μsec 정도후에 나타나게 된다.

종래의 과전류 보호부(12)는 이전도의 순간동작을 할 수 없어 그대로 스위칭 턴온시간을 유지한다면 스위칭 소자의 최대정격전압을 넘어서 스위칭 소자의 파괴현상을 가져오나, 본 발명의 과전류 보호부(32)는 저항(R10) 양단전압을 그대로 인식하기 때문에 전류 트랜스를 사용하는 것보다 빠르게 전류크기를 제한할 수 있게 된다.

즉, 인버터에서의 턴오프시 스위칭 소자의 양단최대전압은 바로 전의 턴온시의 최대 전류크기와 매우 밀접한 관계가 있다.

즉, 가열코일(L12)이나 승압트랜스(T11) 1차 코일의 에너지 크기는 턴온의 마지막 순간의 전류의 최대치(Icmax)의 자승에 비례한다.

, 여기서,W_L은 가열코일(L12) 및 승압트랜스(T11)의 저장에너지이며, L은 가열코일(L12) 및 승압트랜스(T11)의 인덕턴스값이다. 그리고 턴오프시 스위칭 소자의 최대전압은 가열코일(L12)이나 승압트랜스(T11)의 1차 코일의 저장에너지가 공진 콘덴서(C12)로 모두 변환될때이므로 공진콘덴서(C12)의 최대 저장에너지(Wc)는이 된다.

여기서, C는 공진콘덴서(C12)의 용량이고, Vcemax는 트랜지스터(TR11)의 콜렉터-에미터간 최대전압이다.

그리고 에너지 보존법칙에 의해 W_L=W_C이므로 트랜지스터(TR11)의 최대전압 가 된다. 여기서, k는 비례상수이며 트랜지스터(TR11)의 최대의 전압은 바로 앞의 턴온시의 최대전류(Icmax)에 비례하고, 비례상수는로써 공진콘덴서(C12)의 용량값은 일정하지만 L은 인덕션 히팅 쿠커의 경우 용기의 재질, 사이즈, 용기의 가열정도에 따라 변화가 있고 인버터 MWO의 경우 마그네트론의 애노드 온도에 따라 변화가 있다.

한편, 제8도(a)의 (a)-(c)는 종래의 과전류 보호부(12)의 전류 트랜스사용시의 평활용 콘덴서(C1)의 양단전압, 스위칭 소자인 트랜지스터(TR1)의 콜렉터 전류(Ic), 트랜지스터(TR1)의 콜렉터-에미터간 전압(Vce)파형도로써, 입력전원의 순간정전회복시로써 평활용 콘덴서(C1)의 전압이 정격전압의 1.5배일때에의 지점(순간정전회복후 200μsec)에서 과전류 보호부가 순간적으로 동작하지 않았을때 (c)의 스위칭 소자 양단전압이 너무 높아 스위칭 소자가 파괴됨을 설명하고 있다.

그리고 b도의 (a)-(c)는 본 발명의 평활용 콘덴서(C11)의 양단전압, 트랜지스터(TR11)의 콜렉터 전류(Ic), 트랜지스터(TR11)의 콜렉터-에미터간 전압(Vce) 파형도를 나타낸 것으로, 순간정전 회복시 정상전압의 약 1.2배(순간정전회복후 약 160μsec후)될때 트랜지스터(TR11)의 콜렉터 전류(Ic) 레벨이 기준치 보다 높음을 즉시 감지하여 트랜지스터(TR11)의 스위칭을 멈춘 경우이다.

스위칭을 멈추게 되면 공진콘덴서(C12)와 가열코일(L12)간의 에너지 교환에 의해 트랜지스터(TR11)의 콜렉터-에미터간 전압(Vce) 파형은 사인파형을 만들어내고, 트랜지스터(TR11)에는 전류가 흐르지 않아서 인버터를 보호할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 종래의 스위칭소자의 과전류 보호회로가 순간적인 전류크기를 알수 없는 전류 트랜스방식이었던 점에 반해 저항을 통해 순간적인 전류크기를 계속 감시하여 과전류시 즉각 인버터의 동작을 멈추어 스위칭 소자의 과전압에 의한 파괴현상을 방지하며, 복합제품에서의 인덕션 히팅 쿠커모드와 인버터 MWO 모드에서 과전류 제한크기를 각각 달리함으로써 부하의 특성을 고려하여 정격출력을 동일하게 얻음과 동시에 인덕션 히팅 쿠커모드시 부하의 변동에서도 과전류 보호회로가 더욱 동작을 빠르게 할 수 있게 하여 스위칭 소자의 과전압에 의한 파괴현상을 미연에 막아 신뢰성 높은 인버터 제품을 얻을 수 있게 된다.

Claims

상용전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활수단과, 상기 정류 및 평활수단에 의해 평활된 전원을 가열코일이나 승압트랜스에 공급하기 위한 릴레이수단과, 상기 정류 및 평활수단에 의해 평활된 전원을 교번 스위칭하는 스위칭 수단과, 상기 릴레이수단의 절환에 따라 가열코일이나 승압트랜스의 1차측과 병렬 또는 직렬연결되어 인덕션 히팅 쿠커모드나 인버터형 전자레인지모드를 구현하는 공진수단과, 상기 스우칭 수단을 구동하는 구동수단과, 상기 스위칭 수단에 흐르는 전류크기를 감지하는 전류 감시부와, 상기 전류감시부의 출력에 따라 상기 스위칭 수단의 과전압을 보호하기 위한 과전류 보호부와, 상기 스위칭 수단에 걸리는 전압에 따라 상기 스위칭 수단의 과전압을 보호하기 위한 과전압 보호부와, 상기 과전압 보호부 및 과전류 보호부의 출력에 따라 상기 스위칭 수단의 구동을 제어하는 제어부를 구비함을 특징으로 하는 고주파 가열장치의 보호회로.
제1항에 있어서, 상기 전류 감시부는 저항으로 구성됨을 특징으로 하는 고주파 가열장치의 보호회로.
제1항에 있어서, 상기 과전류 보호부는 기준전압을 설정하는 제1, 제2저항과 상기 제1, 제2저항사이에 반전 입력단이 접속되고 상기 스위칭 수단과 전류 감시부 사이에 비반전 입력단이 접속된 비교기와, 인덕션 히팅 쿠커모드시 온되고 인버터 전자레인지 모드시 오프되는 스위칭용 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 콜렉터단과 상기 비교기의 반전 입력단 사이에 접속되어 상기 비교기의 기준전압을 다운시키는 저항으로 구성됨을 특징으로 하는 고주파 가열장치의 보호회로.