KR0162438B1 - 유도가열 조리기용 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열 조리기용 인버터에 관한 것으로, 종래에는 알루미늄 또는 스텐레스 304와 같은 비자성용기는 자성용기에 비하여 저항율이나 투자율이 대단히 작기 때문에 높은 주파수로 가열하지 않으면 안되므로 지금까지의 스위칭 소자는 사용주파수가 높은 고가의 모스 트랜지스터(MOS FET)등으로 최고 허용 주파수 한계내에서 밖에 사용할 수 없어 저가의 스위칭 소자는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 고가의 고속 스위칭소자를 사용하지 않고 저가의 스위칭소자를 사용하여 스위칭 한계주파수를 초과하는 고주파 스위칭을 실현하도록 함에 있어, 상기 저속형 스위칭소자를 병렬로 사용하여 동시에 온시키지 않고 스위칭 온 주기를 교대로 동작시켜 스위칭 소자의 한계주파수를 초과하도록 한다.

Description

유도가열 조리기용 인버터

제1도는 종래의 유도가열 조리기용 인버터 회로도.

제2도는 제1도에 대한 상세회로도.

제3도는 제2도에 대한 각 부의 입출력 파형도.

제4도는 본 발명의 유도가열 조리기용 인버터 회로도.

제5도는 제4도에 대한 상세회로도.

제6도는 제5도에 대한 각 부의 입출력 파형도.

제7도는 제5도에서, 순차 주파수 및 스위칭소자의 전류파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 필터부 22 : 정류부

23 : 스위칭부 25 : 발진부

27 : 데드타임 조절부 26 : 제1분주부

28 : 제2분주부 29 : 순차 제어부

30 : 순차스위칭 구동부

본 발명은 고가의 고속 스위칭소자를 사용하지 않고 저가의 저속 스위칭소자를 사용하여 스위칭 한계주파수를 초과할 수 있는 고주파 스위칭에 관한 것으로, 특히 저속형 스위칭소자를 병렬로 사용하여 동시에 온시키지 않고 스위칭 온(ON) 주기를 교대로 분담 동작시켜 스위칭 소자의 한계주파수를 초과하도록 한 유도가열 조리기용 인버터에 관한 것이다.

종래의 유도가열 조리기용 인버터 회로는, 제1도에 도시된 바와 같이, 교류전원에 포함되어 입력되는 노이즈를 제거하기 위한 필터부(1)와, 상기 필터부(1)를 거쳐 노이즈가 제거된 교류전원에 대하여 정류하여 얻은 직류전압을 출력시키는 정류부(2)와, 상기 정류부(2)에서 출력되는 전압을 공진시키고 그 공진전압에 의해 발생되는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열되어질 조리용기(11)에 와전류를 유도시켜 그 용기내의 음식물을 가열온도로 가열하도록 하는 워킹코일과, 상기 워킹코일에 공진전압을 제공하는 스위칭부(3)와, 상기 스위칭부(3)의 스위칭소자를 구동하기 위한 스위칭 구동신호를 출력시키는 스위칭 구동부(4)와, 상기 스위칭부(3)의 스위칭소자를 스위칭시키기 위한 주파수를 출력시키는 발진부(5)와, 상기 발진부(5)로부터 출력되는 주파수를 조절하여 스위칭소자 교번동작시 동시에 온 또는 오프되지 않도록 하기 위한 데드타임 조절부(6)와, 상기 데드타임 조절부(6)와 디플립플롭(8)으로부터 출력되는 신호를 논리조합하여 최종적으로 스위칭되어질 주파수를 출력하는 논리조합부(7)와, 상기 논리조합부(7)로부터 제공받은 주파수를 스위칭 구동부(4)로 출력하는 구동제어부(9)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저 필터부(1)에서 교류전원에 포함되어 입력되는 노이즈를 제거하기 위하여 필터링하고 그 필터링한 교류전원을 출력하게 되면, 정류부(2)에서 입력받아 교류전원을 정류하여 직류전압으로 바꾸어 스위칭부(3)로 출력시킨다.

상기 스위칭부(3)의 스위칭소자(3a)로 흐르는 전류는 스위칭 구동부(4)로부터 발생하는 스위칭 구동신호에 대응하여 구동되므로 워킹코일(3e) 및 공진 콘덴서(3d)가 상기 정류부(2)에서 입력되는 직류전압에 의해 연속적인 공진상태로 되어진다.

따라서, 워킹코일(3e)에는 큰 공진전류가 흐르게 되고, 그 공진전류에 의해 워킹코일(3e)에서는 자장이 발생하고 그 자장에 의한 전자기 유도효과로 인해 가열되어질 조리용기(11)에 고주파 전류가 유도되어 상기 조리용기(11)가 가열되어 진다.

이때 발진부(5)는 스위칭부(3)의 스위칭소자(3a)를 스위칭시키기 위한 주파수를 발진부(5)에서 발진하여 제3도의 (a)에서와 같은 펄스를 출력하게 되면, 데드타임조절부(6)의 콘덴서(C1)와 저항(R1)에 의한 시정수에 따라 출력된 펄스의 상승시점과 동기하여 제3도의 (b)에서와 같이 짧은 주기를 갖는 펄스는 제1비교기(COMP1)와 제2비교기(COMP2)를 기준전압과 비교되어 출력하게 된다.

상기 데드타임조절부(6)로부터 출력되는 펄스는 논리조합부(7)의 배타적 노아게이트(XR1)(XR2)를 순차적으로 통과하면서 제3도의 (c)에서와 같은 펄스를 출력하고, 그 펄스는 각각 노아게이트(NR1)(NR2)의 일측으로 입력된다.

이때 디플립플롭(8)은 상기 배타적 노아게이트(XR2)의 출력을 클럭펄스단자(CP)로 입력받아 동기한 후 출력하는 제3도의 (d)(e)에서와 같은 펄스를 각각 노아게이트(NR1)(NR2)의 타측으로 출력시킨다.

따라서, 상기 노아게이트(NR1)(NR2)는 입력되는 펄스에 대하여 각각 노아링한 제3도의 (f)(g)에서와 같은 주파수를 구동제어부(9)로 출력함에 따라 스위칭 구동부(4)는 구동 제어부(9)로부터 입력되는 주파수에 의해 상하 스위칭소자를 각각 교번 동작시킨다.

즉, 윗쪽에 스위칭소자 두 개를 동시에 온할 때 아래쪽의 스위칭 소자 두 개를 오프시키거나, 반대로 윗쪽의 스위칭 소자 두 개를 동시에 오프시킬 때 아래쪽의 스위칭 소자 두 개를 온시킨다.

이상에서와 같은 동작으로 유도가열 조리를 행한다.

그러나 상기에서와 같은 종래기술에 있어서, 알루미늄 또는 스텐레스 304와 같은 비자성용기는 자성용기에 비하여 저향율이나 투자율이 대단히 작기 때문에 높은 주파수로 가열하지 않으면 안되므로 지금까지의 스위칭소자는 사용주파수가 높은 고가의 모스 트랜지스터(MOS FET)등으로 최고 허용주파수 한계내에서 밖에 사용할 수 없어 저가의 스위칭소자는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 고가의 고속 스위칭소자를 사용하지 않고 저가의 스위칭 소자를 사용하여 스위칭 한계주파수를 초과하는 고주파 스위칭을 실현하도록 한 유도가열 조리기용 인버터를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 저속형 스위칭소자를 병렬로 사용하여 동시에 온시키지 않고 스위칭 온 주기를 교대로 동작시켜 스위칭 소자의 한계 주파수를 초과하도록 한 유도가열 조리기용 인버터를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회로는, 제4도에 도시한 바와같이, 교류전원에 포함되어 입력되는 노이즈를 제거하기 위한 필터부(21)와, 상기 필터부(21)를 거쳐 노이즈가 제거된 교류전원에 대하여 정류하여 얻은 직류전압을 출력시키는 정류부(22)와, 상기 정류부(22)에서 출력되는 전압을 공진시키고 그 공진전압에 의해 발생되는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열되어질 조리용기(11)에 와전류를 유도시켜 그 용기내의 음식물을 가열온도로 가열하도록 하는 워킹코일과 이 워킹코일에 공진전압을 제공하는 스위칭소자와 공진콘덴서로 이루어진 스위칭부(23)와, 상기 스위칭부(23)의 스위칭소자를 스위칭시키기 위한 주파수를 출력시키는 발진부(25)와, 상기 발진부(25)로부터 출력되는 주파수를 조절하여 스위칭소자 순차적으로 동작할 수 있도록 상기 발진부(25)의 주파수를 일정시간 지연시켜 출력하는 데드타임 조절부(27)와, 상기 발진부(25)로부터 출력되는 주파수를 ½분주하여 출력하는 제1분주부(26)와, 상기 제1분주부(26)로부터 출력되는 신호에 대하여 배타적 노아게이트 및 앤드게이트를 이용하여 스위칭소자를 순차 제어하기 위한 펄스로 분주하여 출력하는 제2분주부(28)와, 상기 제2분주부(28) 및 데드타임 조절부(27)의 출력에 따라 스위칭소자가 순차적으로 동작할 수 있도록 제어신호를 출력하는 순차제어부(29)와, 상기 순차제어부(29)의 제어에 따라 스위칭소자를 구동하는 순차스위칭 구동부(30)로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 필터부(21)에서 교류전원에 포함되어 입력되는 노이즈를 제거하기 위하여 필터링하고 그 필터링한 교류전원을 출력하게 되면, 정류부(22)에서 입력받아 교류전원을 정류하여 직류전압으로 바꾸어 스위칭부(23)로 출력한다.

이때 발진부(25)에서는 제6도의 (a)에서와 같은 주파수에 해당하는 펄스를 출력하면, 그 펄스는 제1분주부(26)를 이루는 제1,2디플립플롭(DF/F1)(DF/F2)의 클럭펄스 입력단자(CP)로 각각 입력되고 그 입력단자(CP)로 입력되는 펄스에 동기하여 발진부(25)의 출력주파수를 ½ 분주하고 그 분주한 주파수를 제2분주부(28)로 출력한다.

이때 상기 제1,2디플립플롭(DF/F1)(DF/F2)의 비반전출력단자(Q)로는 제6도의 (b)에서와 같이 1/2 분주한 출력 주파수에 해당하는 펄스를, 그리고 반전 출력단자()로는 제6도의 (c)에서와 같이 비반전출력단자(Q)와 반대인 펄스를 출력한다.

그러므로, 제2분주부(28)의 제1앤드게이트(AD1)는 발진부(25)의 주파수와 제1디플립플롭(DF/F1)의 비반전 출력단자(Q)를 통한 주파수를 입력받아 앤드조합하여 생성된 제6도의 (d)에서와 같은 펄스를 출력하고, 제2앤드게이트(AD2)는 발진부(25)의 출력주파수와 제1디플립플롭(DF/F1)의 반전출력단자()를 통한 주파수를 입력받아 앤드조합하여 생성된 제6도의 (e)에서와 같은 펄스를 출력하고, 제3앤드게이트(AD3)는 발진부(25)의 출력주파수를 노아게이트(NR3)의 두 입력단자로 동시에 입력받아 노아링한 제6도의 (f)에서와 같은 펄스와 제2디플립플롭(DF/F2)의 비반전 출력단자()를 통해 출력되는 제6도의 (b)에서와 같은 펄스를 입력받아 앤드조합하여 생성된 제6도의 (g)에서와 같은 펄스를 출력하고, 제4앤드게이트(AD4)는 상기 노아게이트(NR3)의 출력펄스와 제2디플립플롭(DF/F2)의 반전 출력단자()의 출력펄스를 입력받아 앤드조합하여 생성된 제6도의 (h)에서와 같은 펄스를 출력한다.

상기 제1내지 제4앤드게이트(AD1~AD4)로부터 출력되는 펄스는 순차제어부(29)내 앤드게이트(H1)(H2)(L1)(L2)의 타측 입력단자로 전달하고, 상기 앤드게이트(H1)(H2)(L1)(L2)의 타측 입력단자는 데드타임 조절부(27)로부터 전달된다.

한편 저속형 스위칭소자(3A)가 순차동작시 스위칭 파형이 겹치지 않고 제로점인 상태에서 각각 스위칭될 수 있도록 한 데드타임 조절부(27)는 발진부(25)로부터 발생하는 주파수는 상부 지연부(27a)의 저항(R5,R6), 가변저항(VR1), 콘덴서(C1) 및 다이오드(D1)에 의해 지연된 후 앤드게이트(AD5)를 통한 제6도의 (i)와 같은 펄스를 상기 순차제어부(29)의 앤드게이트(H1)(H2)의 타측 입력단자로 각각 전달한다.

이와 동시에 데드타임 조절부(27)의 하부 지연부(27b)는 발진부(25)의 출력주파수에 대해 노아게이트(NR4)가 반전시킨 제6도의 (j)에서와 같은 펄스가 다시 저항(R7,R8), 가변저항(VR2), 콘덴서(C2) 및 다이오드(D2)에 의해 지연되고 이는 앤드게이트(AD6)를 통해 제6도의 (k)에서와 같은 펄스를 상기 순차제어부(29)의 앤드게이트(L1)(L2)의 타측 입력단자로 각각 전달한다.

따라서, 상기 순차제어부(29)의 앤드게이트(H1)(H2)(L1)(L2)는 제2분주부(28)와 데드타임조절부(27)로부터 전달되는 펄스를 입력받아 앤드조합하고 그 조합한 펄스는 제6도의 (l) 내지 (거)에서와 같은 펄스를 각각 출력한다.

상기 제6도의 (l)내지 (거)에 도시한 파형으로부터 저속형 스위치소자(3A)의 트랜지스터를 Q_H1→Q_L1→Q_H2→Q_L2순으로 순차 구동하기 위한 펄스를 출력함을 알 수 있다.

즉, 순차제어부(29)에서 출력되는 펄스를 순차스위칭 구동부(30)로 출력하면, 그 순차스위칭 구동부(30)의 제1입출력부(30a)는 그의 H1입력단자로는 제6도의 (l)에서와 같은 펄스를 입력받고, L1입력단자로는 제6도의 (m)에서와 같은 펄스를 입력받으며, 제2입출력부(30b)는 그의 H2입력단자로는 제6도의 (n)에서와 같은 펄스를 L2입력단자로는 제6도의 (거)에서와 같은 펄스를 입력받은 다음 그 각각의 출력단자를 통해 출력하게 되면, 그 출력은 저항 및 다이오드를 거쳐 저속 스위칭소자(3A)의 트랜지스터(Q_H1)(Q_L1)(Q_H2)(Q_L2) 게이트로 입력된다.

따라서, 저속스위칭 소자(3A)의 트랜지스터는 순차적으로 스위칭한다.

제7도의 (a)에서와 같은 순차 주파수를 발진부(25)에서 발생하게 되면 순차제어부(29), 데드타임 조절부(27) 및 순차스위칭 구동부(30)를 통해 저속 스위칭소자(3A)로 인가되고 그 저속 스위칭소자(3A)의 콜렉터에 흐르는 전류(Ic)의 스위칭 전류동작 파형은 제7도의 (b)에서와 같이 고속 스위칭이 가능함을 알 수 있다.

상기 스위칭부(23)의 스위칭소자(3A)가 순차적으로 스위칭함에 따라 워킹코일(3e) 및 공진 콘덴서(3d)가 상기 정류부(22)에서 입력되는 직류전압에 의해 연속적인 공진상태로 되어진다.

따라서, 워킹코일(3e)에는 큰 공진전류가 흐르게 되고, 그 공진전류에 의해 워킹코일(3e)에서는 자장이 발생하고 그 자장에 의한 전자기 유도효과로 인해 가열되어질 조리용기(11)에 고주파 전류가 유도되어 상기 조리용기(11)가 가열되어 진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 고가의 고속 스위칭소자를 사용하지 않고 저가의 저속 스위칭소자를 사용하여 스위칭 한계주파수를 초과할 수 있는 고주파 스위칭이 가능하도록 한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 필터링 및 정류하여 만들어진 직류전압을 발진수단으로부터 출력되는 주파수에 의해 스위칭수단의 스위칭소자를 제어하여 워킹코일에 공급함으로써 용기내의 음식물의 유도 가열하는 유도가열 조리기에 있어서, 상기 스위칭소자를 순차적으로 동작할 수 있도록 발진수단의 주파수를 일정시간 지연시켜 출력하는 데드타임 조절수단과, 상기 발진수단으로부터 출력되는 주파수를 분주하여 출력하는 제1분주수단과, 상기 제1분주수단으로부터 출력되는 신호에 대하여 배타적 노아게이트 및 앤드게이트를 이용하여 스위칭소자를 순차 제어하기 위한 펄스로 분주하여 출력하는 제2분주수단과, 상기 제2분주수단 및 데드타임 조절수단의 출력에 따라 스위칭소자가 순차적으로 동작할 수 있도록 제어신호를 출력하는 순차 제어수단과 상기 순차 제어수단의 제어에 따라 스위칭소자를 구동하는 순차 스위칭 구동수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기용 인버터.
2. 제1항에 있어서, 스위칭소자는 저가의 저속형 스위칭소자인 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기용 인버터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스위칭 소자는 병렬 연결하여 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기용 인버터.
4. 제1항에 있어서, 제1분주수단은 디플립플롭인 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기용 인버터.
5. 제1항에 있어서, 데드타임 조절수단은 발진수단의 출력주파수에 대하여 저항 및 콘덴서에 의한 시정수만큼 각각 지연시켜 출력하는 상부 및 하부 지연수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기용 인버터.
6. 제1항에 있어서, 제2분주수단은 제1분주수단의 출력 펄스와 발진수단의 출력을 노아링하는 노아게이트를 통해 전달된 펄스를 입력받아 앤드조합한 각기 다른 펄스를 출력하는 앤드게이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기용 인버터.
7. 제1항에 있어서, 순차제어수단은 앤드게이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기용 인버터.
8. 제1항에 있어서, 순차스위칭 구동수단은 순차제어 회로수단으로부터 전달되는 신호를 순차적으로 스위칭 소자에 전달하여 구동하도록 하는 입출력수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기용 인버터.