KR0156135B1 - 인버터장치의 제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터형 전자레인지나 인덕션 히팅쿠커 등의 고주파 가열장치에서 스위칭소자의 과열 및 용기의 과온 및 마그네트론의 과열을 방지할 수 있도록 한 인버터장치의 제어회로에 관한 것으로, 상용전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활수단과, 상기 정류 및 평활된 전원을 교번 스위칭하는 스위칭수단과, 상기 스위칭수단을 구동하는 구동수단과, 가열용기의 온도를 검출하기 위한 온도검출수단을 구비한 인버터장치의 제어회로에 있어서, 상기 스위칭수단의 스위칭에 따라 절환되는 릴레이수단과, 상기 릴레이수단의 절환에 따라 가열코일이나 승압트랜스에 직렬연결되어 인덕션 가열조리 모드나 인버터형 전자레인지 모드를 구현하는 공진수단과, 상기 온도검출수단의 출력값에 따라 상기 구동수단의 구동을 제어하도록 상용전압의 크기를 검지하는 전압감지부와 상기 전압감지부의 출력과 상기 온도검출수단의 출력을 비교하는 비교부와 상기 전압감지부의 출력을 분압하여 상기 비교부의 비교전압을 만드는 복수개의 저항과 상기 비교부의 출력에 따라 상기 구동부의 구동을 제어하며 출력을 상기 비교부의 입력으로 피이드백하여 RS플립플롭과 상기 온도검출수단 및 비교부에 병렬로 접속되어 시정수 조정으로 발진주파수를 조절하는 시정수 조정용 저항 및 콘덴서로 구성된 과열/과온 제어수단으로 구성됨에 그 요지가 있다.

Description

인버터장치의 제어회로

제1도는 종래의 인버터장치의 구성도.

제2도는 (a)-(g)는 제1도 각 부의 파형도.

제3도는 본 발명에 따른 인버터장치의 제어회로도.

제4도는 (a)-(d)는 제3도 각 부의 파형도.

제5도는 제3도에 따른 인버터의 출력변동을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 상용전원 12 : 브릿지 다이오드

13 : 가열용기 14 : 마그네트론

15 : 과열/과온 제어부 16 : 구동부

COMP11, COMP12 : 비교기 FF1 : RS플립플롭

본 발명은 인버터장치의 제어회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인덕션 히팅쿠커나 인버터형 전자레인지 등의 고주파 가열장치에서 스위칭소자의 과열 및 용기의 과온 및 마그네트론의 과열을 방지할 수 있도록 한 인버터장치의 제어회로에 관한 것이다.

제1도는 종래의 하프 브리지(Half Bridge)형 인버터장치를 나타낸 것으로, 상용전원전압(1)을 브릿지 다이오드(2)로 정류한 후, 쵸크 코일(L1)과 평활용 콘덴서(C1)로 평활한 후 스위칭소자인 트랜지스터(TR1)(TR2)의 온/오프를 반복함에 따라 가열코일(L2)에 고주파 전류가 흘러서 가열용기(3)에 주울(Joule)열을 발생시켜 가열용기(3)를 가열시킨다.

이때, 가열코일(L2)에 공진용 콘덴서(C2) 및 프리 휠(Free Wheel) 다이오드(D1)(D2)가 연결되어 공진을 도운다.

그리고 써미스터(TH1)는 가열용기(3)의 온도를 검출하며, 이 검출된 값은 아날로그/디지털 변환기(ADC1)를 통해 디지털값으로 변환되어 마이컴(4)에 입력되며, 마이컴(4)은 디지털 입력값으로 인버터의 동작을 제어한다.

또한, 상기 마이컴(4)이 인버터의 동작을 적절하게 유지하여 가열용기(3)의 온도가 일정하게 유지되도록 제어부(5)에 출력신호를 보내며, 이 제어부(5)의 출력으로 구동부(6)가 상기 트랜지스터(TR1)(TR2)를 구동하여 가열용기(3)를 가열시키게 된다.

그리고 이때, 상기 마이컴(4)이 제어부(5)에 출력시킬 수 있는 출력레벨수는 마이컴(4)과 제어부(5)와의 신호선 개수(n)의 2ⁿ이다.

한편, 제2도는 제1도 각 부의 동작 파형도를 나타낸 것으로, (a)는 상기 가열코일(L1)에 흐르는 전류파형이며, (b)는 상기 공진용 콘덴서(C2)의 양단전압파형이고, (c)는 트랜지스터(TR2)와 프리 휠 다이오드(D2)에 흐르는 전류파형이며, (d)는 트랜지스터(TR1)와 프리 휠 다이오드(D1)에 흐르는 전류파형이며, (e)는 트랜지흐터(TR1)의 전압파형이고, (f)는 트랜지스터(TR2)의 게이트-에미터간 전압파형이며, (g)는 트랜지스터(TR1)의 게이트-에미터간 전압파형이다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술은 써미스터의 출력을 반드시 마이컴을 사용하여 제어부에 전달하는 방법으로써 마이컴의 외부 노이즈에 대한 오동작시 인버터의 파손을 막을 수 없으며, 인버터의 안전동작을 위해 써미스터의 출력을 아날로그/디지털 변환기를 거쳐 계속 감시해야 하는 프로그램을 추가해야 함에 따라 동일한 프로그램 사이즈로는 다른 기능을 수행할 수 없게 되는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 과열/과온 제어부를 추가구성하여 이로써 써미스터의 온도값에 따라 인버터 구동을 제어함으로서 인버터의 파손을 방지할 수 있도록 한 인버터장치의 제어회로를 제공함에 있다.

이러한목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 상용전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활수단과, 상기 정류 및 평활된 전원을 교번 스위칭하는 스위칭수단과, 상기 스위칭수단을 구동하는 구동수단과, 가열용기의 온도를 검출하기 위한 온도검출수단을 구비한 인버터장치의 제어회로에 있어서, 상기 스위칭수단의 스위칭에 따라 절환되는 릴레이수단과, 상기 릴레이수단의 절환에 따라 가열코일이나 승압트랜스에 직렬연결되어 인덕션 가열조리 모드나 인버터형 전자레인지 모드를 구현하는 공진수단과, 상기 온도검출수단의 출력값에 따라 상기 구동수단의 구동을 제어하도록 상용전압의 크기를 검지하는 전압감지부와 상기 전압감지부의 출력과 상기 온도검출수단의 출력을 비교하는 비교부와 상기 전압감지부의 출력을 분압하여 상기 비교부의 비교전압을 만드는 복수개의 저항과 상기 비교부의 출력에 따라 상기 구동부의 구동을 제어하며 출력을 상기 비교부의 입력으로 피이드백하여 RS플립플롭과 상기 온도검출수단 및 비교부에 병력로 접속되어 시정수 조정으로 발진주파수를 조절하는 시정수 조정용 저항 및 콘덴서로 구성된 과열/과온 제어수단으로 구성되는데 있다.

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

제3도는 본 발명에 따른 인버터장치의 제어회로를 도시한 것으로, 상용전원(1)을 정류 및 평활하는 브릿지 다이오드(12) 및 콘덴서(C11)와, 상기 브릿지 다이오드(12) 및 콘덴서(C1)에 의해 정류 및 평활된 전원을 교번 스위칭하는 스위칭소자인 트랜지스터(TR11)(TR12)의 스위칭에 따라 절환되는 릴레이(RL1)와, 상기 릴레이(RL1)의 절환에 따라 가열코일(L12)이나 승압트랜스(T1)에 직렬연결되어 인덕션 가열조리 모드나 인버터형 전자레인지 모드를 구현하는 콘덴서(C12)와, 상기 트랜지스터(TR11)(TR12)를 구동하는 구동부(16)와, 써미스터(TH11)의 출력값에 따라 상기 구동부(16)의 구동을 제어하는 과열/과온 제어부(15)로 구성된다.

상기 과열/과온 제어부(15)는 상용전원(11)의 크기를 검지하는 전압감지부(15a)와, 상기 전압감지부(15a)의 출력과 상기 써미스터(TH11)의 출력을 비교하는 비교기(COMP11)(COMP12)와, 상기 전압감지부(15a)의 출력을 분압하여 상기 비교기(COMP11)(COMP12)의 비교전압을 만드는 저항(R14-R16)과, 상기 비교기(COMP11)(COMP12)의 출력에 따라 상기 구동부(16)의 구동을 제어하며 출력을 상기 비교기(COMP11)(COMP12)의 입력으로 피이드백하는 RS 플립플롭(FF1)과, 상기 써미스터(TH11)에 병렬로 접속되어 시정수 조정으로 발진주파수를 조절하는 시정수 조정용 저항(R13) 및 콘덴서(C15)로 구성된다.

또한, 상기 전압감지부(15a)는 상기 브릿지 다이오드(12) 및 콘덴서(C11)의 정류 및 평활 전압을 분압하는 저항(R11)(R12)과, 상기 저항(R11)(R12)에 의해 분압된 전압을 정류 및 평활하는 다이오드(D14) 및 콘덴서(C14)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 상용전원(11)을 브릿지 다이오드(12)로 정류한 후, 쵸크코일(L11)과 평활용 콘덴서(C11)로 평활시키며, 이 전원을 트랜지스터(TR11)(TR12)의 온/오프의 교번에 의한 릴레이(RL1)의 단자(a)로의 절환에 따라 가열코일(L12)과 공진콘덴서(C12)가 직렬연결되도록 하여 용기(13)를 가열하는 인덕션 가열조리 동작을 행한다.

그리고 상기 릴레이(RL1)의 단자(b)로의 절환에 의해 승압 트랜스(T1)의 1차측 코일과 공진 콘덴서(C12)가 직렬연결되도록 하여 인버터형 전자레인지 모드로 동작하게 된다.

또한, 상기 승압 트랜스(T1)의 2차측은 배압 콘덴서(C13)와 배압용 다이오드(D13)에 의하여 반파배전압된 전압이 마그네트론(14)에 인가되어 마그네트론(14)은 전자파를 방출시켜 캐비티(미도시)내의 음식물을 가열하게 된다.

한편, 상기 과열/과온 제어부(15)는 입력정류전압을 저항(R11)(R12)으로 분배하여 다이오드(D14) 및 콘덴서(C14)로 평활하여 입력전압에 비례하도록 하고, 이를 저항 시정수 조정으로 발진주파수를 조절하는 시정수 조정용 저항(R13) 및 콘덴서(C15)로 구성된다.

그리고 상기 비교기(COMP11)(COMP12)의 반전 및 비반전 입력단에는 써미스터(TH11)의 출력값이 저항(R13) 및 콘덴서(C15)를 통해 입력되어 상기 저항(R14-R16)에 의해 분배되어 입력된 값과 비교되어 RS플립플롭(FF1)의 R-과 S단의 입력으로 되며, 이 RS플립플롭(FF1)의 Q와출력은 구동부(16)로 입력되어 스위칭소자인 트랜지스터(TR11)(TR12)를 구동시키게 된다.

한편, 제4도는 써미스터(TH11)의 저항값의 변동에 따른 콘덴서(C15)의 양단전압파형과 RS플립플롭(FF1)의출력파형으로 나타낸 것으로, (a), (b)는 써미스터(TH11)의 온도가 상승되어 저항이 작아질 때의 파형으로써 RS플립플롭(FF1)의 발진주파수가 큼을 알 수 있다.

그리고 (c), (d)는 써미스터(TH11)의 온도가 하강되었을 때 저항이 커져서 발진주파수가 작아짐을 알 수 있다.

그리고 제5도는 스위칭소자인 트랜지스터(TR11)(TR12)의 교번 주파수가 변경될 때의 인버터의 출력변동을 보인 것으로, 가열코일(L12)과 공진콘덴서(C12)의 공진주파수(f₀)보다 큰쪽(도면에는 빗금친 부분)이 정상동작 주파수 범위로써 고출력 발진주파수(A), 중간출력 발진주파수(C), 저출력 발진주파수(E)로써 표현된다.

이는 최대 출력은 공진주파수에서 이루어지나 출력 제어를 위해서는 스위칭 주파수를 공진주파수보다 크게 한 영역에서 안정적으로 동작하게 됨에따라 빗금친 부분을 스위칭 영역으로 삼은 것이다.

그리고 스위칭소자나 인덕션 히팅쿠커 모드에서의 용기과열, 전자레인지 모드에서의 마그네트론의 과온시 써미스터(TH11)의 저항값을 낮은 저항값을 가질 것이다.

따라서 과열/과온 제어부(15)에서 써미스터(TH11)의 저항과 저항(R13)의 병력연결저항이 작아져서 콘덴서(C15)의 시정수값이 작아져서 발진주파수가 커지게 된다.

즉, 발진주파수가 커지게 되면 인버터의 출력은 제5도에서와 같이 낮아지므로 과열문제가 해결된다.

그리고 상기 저항(R11)(R12), 다이오드(D14), 콘덴서(C14)는 입력전원전압이 높을 때 스위칭 주파수가 높고 입력전원압이 낮을 때 스위칭 주파수가 낮도록 피이드백하여 상용전압이 변화하더라도 인버터의 출력이 일정하게 유지되도록 동작하게 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로는 상기 과열/과온 제어부(15)에서 저항(R13)을 슬라이드식 가변저항기로 바꾸어 써미스터(TH11)와의 결합에 의해 가열용기(13)의 온도를 선형적으로 제어할 수 있도록 한다.

즉, 저항(R13)의 값을 낮추면 용기(13)의 온도가 조금만 올라가더라도 써미스터(TH11)의 값과 저항(R13)값의 병렬저항값과 콘덴서(C15)값과의 시정수로 발진주파수가 커져서 인버터 출력은 작아져 가열용기(13)의 온도가 낮은 온도(80도)로 유지되고, 상기 저항(R13)의 값을 슬라이드식 가변저항에 의해 키운다고 하면 가열용기(13)의 온도가 많이 올라가서 써미스터(TH11)의 값이 매우 작아질 때서야 비로서 콘덴서(C15)의 값과의 시정수로 발진주파수가 커져서 인버터의 출력이 작아지게 되므로 가열용기(13)의 온도가 높은 온도(150도)로 유지되게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 과열/과온 제어부를 구성하여 마이컴을 사용한 인덕션 히팅쿠커나 인버터형 전자레인지 등의 고주파 가열장치에서 스위칭소자의 과열예방, 용기의 과온방지, 마그네트론의 과열방지 기능을 행함으로써 외부 노이즈에 의한 마이컴의 오동작시에도 인버터를 보호할 수 있게 되며, 마이컴을 구비하지 않는 과열/과온 제어부만으로 가열용기의 온도를 선형적으로 가변할 수 있게 되므로 보다 저렴한 가격으로 인버터장치를 구성할 수 있는 효과가 있으며, 입력전원전압에 관계없이 정출력이 용이하도록 한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 상용전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활수단과, 상기 정류 및 평활된 전원을 교번 스위칭하는 스위칭수단과, 상기 스위칭수단을 구동하는 구동수단과, 가열용기의 온도를 검출하기 위한 온도검출수단을 구비한 인버터장치의 제어회로에 있어서, 상기 스위칭수단의 스위칭에 따라 절환되는 릴레이수단과 상기 릴레이수단의 절환에 따라 가열코일이나 승압트랜스에 직렬연결되어 인덕션 가열조리 모드나 인버터형 전자레인지 모드를 구현하는 공진수단과, 상기 온도검출수단의 출력값에 따라 상기 구동수단의 구동을 제어하도록 사용전압의 크기를 검지하는 전압감지부와 상기 전압감지부의 출력과 상기 온도검출수단의 출력을 비교하는 비교부와 상기 전압감지부의 출력을 분압하여 상기 비교부의 비교전압을 만드는 복수개의 저항과 상기 비교부의 출력에 따라 상기 구동부의 구동을 제어하며 출력을 상기 비교부의 입력으로 피이드백하여 RS플립플롭과 상기 온도검출수단 및 비교부에 병렬로 접속되어 시정수 조정으로 발진주파수를 조절하는 시정수 조정용 저항 및 콘덴서로 구성된 과열/과온 제어수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인버터장치의 제어회로.
2. 상기 전압감지부는 상기 정류 및 평활수단의 정류 및 평활 전압을 분압하는 복수개의 저항과, 상기 저항에 의해 분압된 정류 및 평활하는 다이오드 콘덴서로 구성됨을 특징으로 하는 인버터장치의 제어회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 시정수 조정용 저항은 가변저항으로 구성하여 가열용기의 온도를 선형적으로 제어할 수 있도록 됨을 특징으로 하는 인버터장치의 제어회로.