KR0172582B1

KR0172582B1 - 고주파 유도가열 조리장치

Info

Publication number: KR0172582B1
Application number: KR1019960001380A
Authority: KR
Inventors: 이종학
Original assignee: 이종학
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1996-01-23
Publication date: 1999-02-18
Also published as: KR970058636A

Abstract

본 발명은 고주파 유도가열 조리장치에 관한 것으로서, 전자식 형광등안정기의 용도로 널리 사용되는 자려식 IGBT드라이버소자를 적용함으로써, 주변부품을 간소화하고, 제조비용을 대폭 절감할 수 있도록 하기 위하여, 대상물을 가열하는 유도가열코일과, 유도가열코일에 직열로 접속된 공진커패시터와, 상기 공진커패시터에 전기에너지를 스위칭하기위한 한쌍의 IGBT와, 상용직류전압을 인가받아 유도가열코일의 구동전압을 공급하는 정전압 발생부를 구비하는 고주파 유도가열 조리장치에 있어서: 상기 IGBT를 구동시키기 위한 교번펄스를 발생하는 자려식 IGBT 드라이버소자; 상기 자려식 IGBT 드라이버소자의 발진 주파수를 제어하는 전압/정전용량 변환부; 및 상기 전압/정전용량 변환부에 제어전압을 공급하는 마이크로프로세서를 구비하였다.

Description

고주파 유도가열 조리장치

제1도는 종래의 고주파 유도가열 조리장치의 블럭도.

제2도는 제1도의 주요부분에 대한 파형도.

제3도는 본 발명에 의한 고주파 유도가열 조리장치의 블럭도.

제4도는 제3도의 주요부분에 대한 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

8 : 유도가열코일 9,11 : IGBT(insulated gate bipolar transistor)

17 : 마이크로프로세서 28 : 자려식 IGBT드라이버소자

29 : 공진커패시터 30 : 발진저항

31 : 발진커패시터 32 : 전압/정전용량 변환부

33 : 노이즈필터링 커패시터 34 : 전도저항

35 : 바렉터 다이오드 36 : 용량전도 커패시터

본 발명은 고주파 유도가열 조리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 200볼트 이상의 상용교류전압을 사용하는 고주파 유도가열 조리장치에 있어서, 자려식 IGBT(isolated-gate bapolar transistor)드라이버소자를 이용하여 구성회로를 간소화한 고주파 유도가열 조리장치에 관한 것이다.

일반적으로 고주파 유도가열 조리장치는 유도가열코일에 인가되는 상용직류전압을 스위칭하고, 상용직류전압이 턴-오프되었을 때 발생하는 역기전력이 유도가열코일에 강력한 자계를 형성함으로써, 유도가열 코일상에 안착된 자성체 용기를 가열시켜 음식물을 조리하도록 한 장치이다. 이러한 종래의 고주파 유도가열 조리장치가 제1도에 도시되어 있다.

제1도를 보면, 가정용 상용교류전압을 인가받아 기기자체의 구동전류를 검출하는 전류검출 트랜스포머(1)와, 상용교류전압을 상용직류 전압으로 변환하는 브리지다이오드(2)와 평활커패시터(3) 및 쵸크코일(4)과, 노이즈필터링 커패시터(5)와, 전압강하용 전원트랜스포머(6)와, 정류 및 정전압 발생부(7)로 구성되어 있다. 단, 전술한 바와 같은 회로구성은 이미 공지된 기술이므로 별도의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 대상물을 가열시키는 유도가열코일(8)을 중심으로 상측 IGBT(9) 및 상측 프리휠링다이오드(10)와, 하측IGBT(11) 및 하측 프리휠링다이오드(12)와, 상측 브리지커패시터(13) 및 상측 브리지저항(14)과, 하측 브리지커패시터(15) 및 하측 브리지저항(16)이 풀브리지(full bridge)형태로 구성되어 있다.

여기서, 초기에 마이크로프로세서(17)가 전압/주파수 변환부(18)에 초기구동명령을 인가하면 전압/주파수 변환부(18)는 전압/전압 완충부(19)로부터 직류전압을 공급받아 그 전압 크기에 비례한 주파수로 변환한다. 즉, 전압/전압 완충부(19)로부터 공급받은 전압이 높으면 높은 주파수로 변환하고, 전압/전압 완충부(19)로부터 공급받은 전압이 낮으면 낮은 주파수로 발진하여 타이밍 분배부(20)에 출력한다.

이와 같이, 전압/주파수 변환부(18)의 입력전압 크기에 따라서 발진 주파수를 변화하도록 한 이유는, 유도가열코일(8)의 특성상 주파수를 높이면 소비전류가 감소하고, 반대로주파수를 낮추면 소비전류가 증가하는 원리를 통해 유도가열코일(8)에 흐르는 전류를 일정하게 유지토록 하기 위함이다. 결국, 유도가열 코일(8)의 전류가 증가하면 이와 비례하여 전류검출 트랜스포머(1)의 검출전압도 상승하고, 상승된 검출전압이 전압/전압 완충부(19)를 통해 다시 전압/주파수 변환부(18)로 궤환되어 주파수를 높이도록 함으로써, 항상 일정한 전류가 평형을 이루도록 동작되는 것이다. 여기에서 정류다이오드(21)는 전류검출 트랜스포머(1)에서 검출된 교류전압파형을 정류하여 직류로 변환한다.

한편, 타이밍 분배부(20)는 전압/주파수 변환부(18)에서 전달된 하나의 연속된 발진신호(제2도의 CK)를 상측IGBT(9)와 하측IGBT(11)의 동작에 필요한 2개의 독립된 교번펄스열(제2도의 Y1, Y2)로 변환하여 각각 상측 펄스구동부(22)와 하측 펄스구동부(23)로 인가하며, 이 신호는 상측 펄스구동부(22)와 하측 펄스구동부(23)에서 상측IGBT(9)와 하측IGBT(11)를 구동시키는데 필요한 충분한 전력으로 증폭되어 각각의 상측 펄스트랜스포머(24)와 하측 펄스트랜스포머(25)를 통하여 상측IGBT 구동부(26)와 하측IGBT 구동부(27)에 인가된다. 여기서, 상측 펄스트랜스포머(24)와 하측 펄스트랜스포머(25)는 전/후단간의 신호전달기능 이외에도 전원 2차측(정류 및 정전압 발생부(7)에서 공급된 구동전압(Vcc)으로 동작하는 약 전압부)과 전원 1차측(상용교류 및 상용직류를 사용하는 강 전압부)을 서로 분리(절연)하는 중요한 역할도 겸하고 있다.

상측IGBT 구동부(26)와 하측IGBT 구동부(27)는 별도의전원공급이 필요없이 전단에서 공급되는 펄스신호를바탕으로 각각의 IGBT(9, 11)가 동작하기에 적합한 조건의 파형형태로 정리한 후, 상측IGBT(9)와 하측IGBT(11)로 각각 출력한다.

제2도에 도시된 Y1신호에의해 상측IGBT(9)가 턴-온되고, Y2신호에 의해 하측IGBT(11)가 턴-온되며, IGBT(9, 11)의 중점 Y3은 Y1의 상승때부터 Y2의 상승때까지 로직‘하이’상태로서 유도가열코일(8)에 전기에너지를 공급한다.

이후, 상측IGBT(9)가 턴-온 되어 유도가열코일(8)에 전류가 흐르기 시작하면, 브리지커패시터(13, 15)의 중점 Y4는, 제2도에도시된 바와 같이, 초기에는 마이너스 측으로 하강곡선을 그리다가 전류량의 증가와 함께 서서히 상승하여 약 400V의 전압레벨까지 도달하게 된다. 이때, 상측 브리지커패시터(13)는 방전상태로, 하측 브리지커패시터(15)은 충전상태로 작용한다.

이후, 상측IGBT(9)가 턴-오프 되고 하측IGBT(11)가 턴-온되면 전술한 과정에 대하여 반대되도록 Y4는 초기에 상승곡선을 그리다가 하강하기 시작하여 0V의 전압레벨까지 하강하게 된다. 이때, 상측 브리지커패시터(13)는 충전상태로, 하측 브리지커패시터(15)은 방전상태로 작용한다.

이와같이, 유도가열코일(8)에는 상측IGBT(9)와 하측IGBT(11)의 상호동작에 따른 상측 브리지커패시터(13)와 하측 브리지커패시터(15)의 충/방전 유도전류가 흘러, 이때 발생한 강력한 유도자계가 대상물의 바닥에서 와류전류(eddy current)로 변환되면서 열이 발생하게 된다.

여기에서 상측 프리휠링다이오드(10)와 하측 프리휠링다이오드(12)는 유도가열코일(8)에서 발생한 역기전압의 통로로 작용하고, 상측 브리지저항(14)과 하측 브리지저항(16)은 휴지기간에 각각의 상측 브리지커패시터(13)와 하측 브리지커패시터(15)의 전하를 방전토록 하여 다음 초기동작시의 충격을 방지하는 작용을 한다.

그런데, 전술한 바와 같은 경우, 기존의 고주파 유도가열 조리장치는 일반 부품소자들을 이용하여 구성하고 있기 때문에 회로가 매우 복잡하고 부품비 및 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 자려식 IGBT 드라이버소자를 고주파 유도가열 조리장치에 적용함으로서, 주변부품을 획기적으로 감소시키고 제조비용을 대폭 절감할 수 있도록 한 고주파 유도가열조리장치를 제공함에 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 대상물을 가열하는 유도가열코일과, 유도가열코일에 직열로 접속된 공진커패시터와, 상기 공진커패시터에 전기에너지를 스위칭하기 위한 한쌍의 IGBT와, 상용직류전압을 인가받아 유도가열코일의 구동전압을 공급하는 정전압 발생부를 구비하는 고주파 유도가열조리장치에 있어서: 상기 IGBT를 구동시키기 위한 교번펄스를 발생하는 자려식 IGBT 드라이버소자; 상기 자려식 IGBT 드라이버소자의 발진주파수를 제어하는 전압/정전용량 변환부; 및 상기 전압/정전용량 변환부에 제어전압을 공급하는 마이크로프로세서를 구비하는 고주파 유도가열 조리장치에 있다.

전술한 본 발명의 특징에 있어서, 전술한 전압/정전용량 변환부는, 마이크로프로세서에서 공급된 제어전압을 이용하여 자려식 IGBT드라이버소자의 발진주파수를 제어하도록 전도저항; 및 마이크로프로세서로부터 인가된 제어전압의 레벨이 높으면 충전용량이 감소하고, 인가된 제어전압의 레벨이 낮으면 충전용량이 증가하는 특성을 갖는 바렉터 다이오드로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 전압/정전용량 변환부는, 마이크로프로세서로부터 인가된 제어전압에 포함된 노이즈성분을 필터링하기 위한 노이즈필터링 커패시터를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 고주파 유도가열 조리장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제3도에는 본 발명에 의한 고주파 유도가열 조리장치의 블럭도가 도시되어 있다. 제3도에 있어서, 제1도와 동일한 참조부호는 같은 부품을 표시하며, 제1도에 도시된 전류검출 트랜스포머(1)와 정류다이오드(21) 및 브리지다이오드(2), 평활커패시터(3), 쵸크코일(4), 노이즈필터링 커패시터(5), 전압강하용 전원트랜스포머(6), 정류 및 정전압 발생부(7)는 전술 하였거나 이미 공지된 기술이므로 별도의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제3도에 도시된 바와 같이, 자려식 IGBT드라이버소자(28)는 한 디바이스내에 자체발진기능과 IGBT드라이버부분이 함께 내장된 소형IC소자로서, 지금까지‘스위칭파워써플라이(switching power supply)’나‘전자식 형광등안정기’등의 용도로 널리 사용되었다.

이러한 자려식 IGBT드라이버소자(28)에 전원이 인가되면 자려식IGBT드라이버소자(28)는 제4도에 도시된 Y1 과 Y2와 같은 교번신호를 상측IGBT(9)와 하측IGBT(11)에 각각 출력하며, 이때 Y1신호에 의해 상측IGBT(9)가 턴-온되고, Y2신호에 의해 하측IGBT(11)가 턴-온된다. 일단 상측IGBT(9)가 턴-온되면 각각의 IGBT(9, 11)의 중점 Y3은 제4도에 도시된 바와 같이 로직‘하이’상태가 되어 공진커패시터(29)를 통해 유도가열코일(8)에 전기에너지를 공급한다.

또한, Y3이 로직‘하이’상태가 되어있는 동안 공진커패시터(29)는 초기에 충전상태로 갔다가 유도가열코일(8)의 역기전압에 의해 Y4는 제4도에 도시된 바와 같이 마이너스 수백볼트까지 방전된다. 다음, 상측IGBT(9)가 턴-오프되고 하측IGBT(11)가 턴-온되면 전술한 과정에 대하여 상반되도록 공진커패시터(29)는 초기에 방전상태로 전환하였다가 유도가열코일(8)의 역기전압에 의해 Y4는 제4도에 도시된 바와 같이 플러스 수백볼트까지 충전된다. 이와 같이 유도가열 코일(8)에는 상측IGBT(9)와 하측IGBT(11)의 상호동작에 따른 공진커패시터(29)의 충/방전 유도전류가 흘러, 이때 발생한 강력한 유도자계가 대상물의 바닥에서 와류전류로 변환되면서 열이 발생하게 된다.

여기에서 상측 프리휠링다이오드(10)와 하측 프리휠링다이오드(12)는유도가열코일(12)에서발생한 역기전압의 통로로 작용한다. 또한, 종래의유도가열 조리장치에서는 공진커패시터가 브리지형태로 2개 소요되는데 반해, 본 발명에서는 단 한개만을 사용하여 그 역할을 담당하도록 했다.

또한, 유도가열코일(8)에 흐르는 전류는 전술한 바와 같이 발진주파수를 높이면 감소하고, 발진주파수를 낮추면 증가하며, 자려식 IGBT드라이버소자(28)의 발진수파수는 발진저항(30)값의 변화, 또는 발진 커패시터(31)값의 변화에 의해 변동되는데, 일반적으로 발진커패시터(31)의 용량변화를 통해 발진주파수를 제어하는 방법이 간편하기 때문에본 발명에서는 이 방법을 채택하였다. 자려식 IGBT드라이버소자(28)의 발진주파수(f)는 다음 공식과 같다.

마이크로프로세서(17)에서 디지탈/아날로그 변환신호가 전압/정전용량 변환부(32)에 가해지면 일단 노이즈필터링커패시터(33)에서 아날로그 그 변환신호에 포함된 잔류노이즈가 제거된 후, 전도저항(34)을 통해 바렉터 다이오드(35)에 가해진다. 바렉터 다이오드(35)는 인가전압을 높이면 용량이 감소하고, 반대로 인가전압을 낮추면 용량이 증가하는 특성이 있어 이를 이용해 자려식 IGBT드라이버소자(28)의 발진주파수를 제어하도록 하고 있다. 즉, 전류검출 트랜스포머(1)로부터 검출된 전류량이 마이크로프로세서(17)에 가해져 판독된 후, 마이크로프로세서(17)의 판별에 따라 디지탈/아날로그 변환값을 조정 출력하여 전압/정전용량 변환부(32)에 인가함으로써, 아주 섬세한 전류제어를 실행한다. 여기에서 용량전도 커패시터(36)는 바렉터 다이오드(35)의 정전 용량을 일정량 감쇄시켜 자려식 IGBT드라이버소자(28)의 발진부에 가해준다. 자려식 IGBT드라이버소자(28)의 발진부에 속한 커패시터 총용량(Ct)은 다음과 같다.

결국, 전술한 바와 같이 본 발명에 의한 고주파 유도가열 조리장치에 따르면, 전자식 형광등안정기의 용도로 널리 사용되는 자려식 IGBT드라이버소자를 적용함으로써, 주변부품을 간소화하고, 제조비용을 대폭 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims

대상물을 가열하는 유도가열코일과, 유도가열코일에 직열로 접속된 공진커패시터와, 상기 공진커패시터에 전기에너지를 스위칭하기 위한 한쌍의 IGBT와, 상용직류전압을 인가받아 유도가열코일의 구동전압을 공급하는 정전압 발생부를 구비하는 고주파 유도가열조리장치에 있어서: 상기 IGBT를 구동시키기 위한 교번펄스를 발생하는 자려식 IGBT드라이버소자; 상기 자려식 IGBT드라이버소자의 발진주파수를 제어하는 전압/정전용량 변환부; 및 상기 전압/정전용량 변환부에 제어전압을 공급하는 마이크로프로세서를 구비하는 고주파 유도가열 조리장치.
제1항에 있어서, 상기 전압/정전용량 변환부는, 상기 마이크로프로세서에서 공급된 제어전압을 이용하여 상기 자려식 IGBT드라이버소자의 발진주파수를 제어하도록 전도저항; 및 상기 마이크로프로세서로부터 인가된 제어전압의 레벨이 높으면 충전용량이 감소하고, 인가된 제어전압의 레벨이 낮으면 충전용량이 증가하는 특성을 갖는 바렉터 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열 조리장치.
제2항에 있어서, 상기 전압/정전용량 변환부는, 상기 마이크로프로세서로부터 인가된 제어전압에 포함된 노이즈성분을 필터링하기 위한 노이즈필터링 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열 조리장치.