KR0176902B1 - 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법 - Google Patents

듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법에 관한 것으로, 종래에는 일반적으로 주파수 제어를 통해서 출력을 제어함에 따라 가령 각 가열판위에 다른 크기의 용기를 놓거나 또는 다른 출력을 내고 있을 경우에는 인접한 가열판 사이에서 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하는 문제점과 각각 별개의 제어회로를 갖는 인버터로 각각 하나의 워킹코일에 전력을 공급하기 때문에 전체 시스템이 커지고 가격 또한 비싸지는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명은 두 개 또는 네 개의 가열판을 갖는 대출력 전자유도가열 조리기를 시분할 제어를 통해서 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거하여 주방에서 조리기를 이용하여 조리할 경우 조용히 조리할 수 있도록 한다.

Description

듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법
제1도는 종래 다출력형 전자 유도 가열장치의 회로구성도.
제2도는 본 발명 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치의 회로구성도.
제3도 및 제4도는 제2도에서, Lr1구동시 스위칭상태 및 인덕터 전류 파형도.
제5도는 4개의 가열판을 갖는 전자 유도 가열장치의 일실시예.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a, 1b : 정류부 2a, 2b : 평활부
50 : 가열부 50a : 제1가열부
50b : 제2가열부 60 : 스위칭부
Cf: 평활용 커패시터 S1-S6 : 스위치
Lr1, Lr2: 워킹코일 D1-D6 : 역방향 다이오드
본 발명은 다출력 전자 유도 가열장치에 관한 것으로, 특히 여러개의 가열판을 사용할 경우 인접한 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거함과 아울러 하나의 인버터로 2개 또는 4개의 가열판을 제어할 수 있도록 한 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법에 관한 것이다.
종래 다출력형 전자 유도 가열장치의 회로구성은, 제1도에 도시된 바와같이,입력되는 상용전원(AC)를 맥동 직류전압으로 정류시켜 출력하는 정류수단과, 상기 정류수단을 통해 정류된 직류전압을 평활시켜 일정한 직류전압으로 만드는 평활수단과, 상기 평활수단으로부터 평활된 전압에 직렬로 구성된 역병렬다이오드를 갖는 두 개의 스위치로 이루어지고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일에 공진전압을 제공하는 인버터수단과, 상기 인버터수단에 의한 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열어질 가열판에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 워킹코일로 이루어진 가열장치가 여러개 병렬로 연결되어 구성된다.
이와같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
입력되는 상용전원(AC)을 정류부(1a)에서 브릿지 다이오드를 이용하여 정류시키고 이때 만들어진 맥동 직류전압은 평활부(2a)의 필터 인덕터(Lf1)와 커패시터(Cf1)에 의해 평활되어 일정한 직류전압으로 만들어진다.
이렇게 만들어진 직류전압이 인버터부(3a)에 공급되는 상태에서, 먼저 스위치(S2)를 온시키면 공진탱크에 입력전압이 가해지고 워킹코일(Lr1)의 전류가 공진에 의해서 증가하고 공진 커패시터(Cr1)에는 공진전류에 의해서 충전된다.
얼마후에 스위치(S2)를 오프하고 스위치(S1)를 온하게 되면, 상기 공진 커패시터(Cr1)의 충전에너지의 방전에 의해서 워킹코일(Lr1)의 전류는 반대방향으로 흐르게 된다.
상기의 동작을 가청주파수 이상의 높은 주파수로 반복시켜 주면 워킹코일(Lr1) 위에 있는 가열판에 적절한 출력을 전달할 수 있게 된다.
상기에서 인버터부(3a)의 스위치(S1)(S2)를 구동하기 위한 스위칭 구동 신호는 미도시된 마이크로 프로세서에서 내보낸다.
이상의 동작에 의하여 1개의 가열판을 구동하게 되는데, 가령 여러개의 가열판을 구동할 경우에는 제1도에 도시한 가열장치(10a)를 상용전원(AC)에 여러개 병렬로 연결하면 된다.
그러나, 상기에서와 같은 종래의 기술에 있어서, 일반적으로 주파수제어를 통해서 출력을 제어함에 따라 가령 각 가열판위에 다른 크기의 용기를 놓거나 또는 다른 출력을 내고 있을 경우에는 인접한 가열판 사이에서 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하는 문제점과 각각 별개의 제어회로를 갖는 인버터로 각각 하나의 워킹코일에 전력을 공급하기 때문에 전체 시스템이 커지고 가격 또한 비싸지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 시분할 제어를 통해서 가열판 사이에 발생하는 간섭음을 제거해서 주방에서 조용하게 조리를 행할 수 있도록한 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회로구성은, 제2도에 도시된 바와같이, 입력전원의 역률을 높이기 위한 평활용 커패시터와, 입력되는 전원에 따라 발열하여 하나 이상의 가열판을 선택적으로 가열하는 가열수단과, 별도의 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 상기 가열수단이 선택적으로 가열되도록 하는 스위칭 수단으로 구성한다.
상기에서 가열수단은 스위칭 수단의 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제1의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr1)로 구성된 제1가열부와, 상기 스위칭 수단의 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제2의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr2)로 구성된 제2가열부로 구성되고, 스위칭 수단은 제어신호에 따라 온/오프 스위칭 동작하여 상기 제1, 2가열부가 독립적으로 가열동작을 수행하도록 전원을 공급하는 스위치(S1-S6)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도에는 도시하지 않았지만 상용전원(AC)을 정류하고 이 정류한 전원을 평활용 커패시터(Cf)가 입력받아 평활한 일정한 직류전압을 가열부(50)로 공급한다.
이때 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우, 가열부(50)의 제3스위치(S3)와 제6스위치(S6)을 온시키고 스위치 S1, S2, S4, S5로 하나의 풀-브릿지를 구성하고, 워킹코일(Lr2)만 구동할 경우, 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)를 온시키고 스위치 S2, S3, S5, S6으로 다른 하나의 풀-브릿지형을 구성하여 동작하도록 하며, 상기 두 개의 워킹코일(Lr1)(Lr2)은 간섭음을 제거하기 위하여 시분할로 제어한다.
즉, 항상 한 개의 워킹코일만 구동이 되고 두 개의 워킹코일을 구동하기 위해서는 각각 정해진 시간동안 번갈아서 구동한다.
상기에서 가열부(50)의 제1가열부(50a)를 구성하는 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우 스위칭부(60)의 제3스위치(S3)와 제6스위치(S6)는 항상 온되어 있는 상태에서 초기에 제3도에서와 같이 제1스위치(S1)와 제5스위치(S5)를 온(ON)한다.
그러면, 평활용 커패시터(Cf)로부터 공급되는 전원에 의해 워킹코일(Lr1)의 전류는 영(zero)에서부터 어느 설정치까지 선형적으로 증가한다.
이후에 제5스위치(S5)를 오프시키고 제4스위치(S4)를 온시키면 제1스위치(S1)→워킹코일(Lr1)→제4스위치(S4)의 역병렬 다이오드(D4)의 경로로 환류(Freewheeling)한다.
얼마후 제1스위치(S1)를 오프시키고 제2스위치(S2)를 온시키면 상기 워킹코일(Lr1)에 역전압이 인가되기 때문에 전류가 선형적으로 감소한다.
이 전류의 방향이 바뀌고 어느 설정치에 이르면 제4스위치(S4)를 오프시키고 제5스위치(S5)를 온시킨다. 이 경우 워킹코일(Lr1)의 전류는 워킹코일(Lr1)→제2스위치(S2)→제3스위치(S3) 그리고 제6스위치(S6)의 역병렬 다이오드(D6)→제5스위치(S5)의 역병렬 다이오드(D5)의 경로로 환류한다.
얼마후 제2스위치(S2)를 오프시키고 제1스위치(S1)를 온시키면 워킹코일(Lr1)에는 역전압이 인가되기 때문에 전류의 크기가 선형적으로 감소한다.
이렇게해서 워킹코일(Lr1)의 전류가 영(zero)이 되면 한주기가 끝나는데, 이러한 동작을 반복함에 의해서 원하는 출력을 내게되는 것이다.
그리고, 제2가열부(50b)의 워킹코일(Lr2)만 구동할 경우 스위칭부(60)의 스위치 S2, S3, S5, S6에 대하여만 온/오프를 제어하고 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)를 항상 온시켜 놓으면 앞에서 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우와 같은 동작을 통해서 워킹코일(Lr2)에 적절한 출력을 낼 수 있다.
만일 스위칭부(60)의 각 스위치의 턴오프 손실을 줄이기 위해 각 스위치에 보조공진 커패시터를 붙여주면 각 스위칭들 사이에 모든 스위치가 오프되는 데드타임을 갖게되고 이 기간 동안 워킹코일과 보조 커패시터가 공진을 해서 각 스위치가 영전압 조건에서 오프된다.
상기에서와 같이 동작하는 각 워킹코일들은 시분할 제어 즉, 어느 일정한 시간동안은 워킹코일(Lr1)을 동작시키고 또 다른 일정한 시간동안은 워킹코일(Lr2)을 동작시키는 제어로 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거할 수 있으며, 이와같은 구조로 하프-브릿지(Half-Bridge)구조로는 얻을 수 없는 높은 출력을 낼 수 있다.
제3도와 제4도는 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우의 각 스위치의 스위칭 상태와 인덕터 전류의 일예를 보여주고 있는 것으로, 제3도는 위상-이동(Phase-Shift) 제어라 한다.
상기에서 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우 이미 설명한 바와같이 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2) 및 제4스위치(S4)와 제5스위치(S5)는 약간의 데드타임만 갖고 동일한 주파수로 교번해서 스위칭을 하고, 제3도에서 표시한 위상차를 제어해서 출력전력을 제어한다.
따라서, 각 스위치의 온(ON)시간은 모두 동일하다.
제4도는 제3도에서 위상차가 반주기와 같은 경우이다.
제3도에서 워킹코일 전류의 최대치는 이 전류의 기본파 성분보다 대략 10 내지 15%정도 작아도 되므로 각 스위치의 전류가 작아도 된다. 즉 스위치의 손실도 줄고 정격도 작아져서 안정된 동작을 할 수 있다.
그리고, 역병렬 다이오드를 갖는 스위치 세 개(S7)(S8)(S9)와 두 개의 워킹코일(Lr3)(Lr4)을 삽입하면, 제5도에서와 같이, 하나의 인버터로 4개의 가열판을 갖는 전자유도가열 조리기를 구성할 수 있다.
이 경우 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우 제3스위치(S3), 제6스위치(S6), 제9스위치(S9)를 온(ON)시키고 스위치들 S1, S2, S4, S5로 하나의 풀-브릿지를 구성하며, 제7스위치(S7)와 제8스위치(S8)는 제4스위치(S4)와 제5스위치(S5)의 스위칭 상태와 같게하면 된다.
마찬가지로 워킹코일(Lr2)만 구동할 경우에는 제1, 4, 7스위치(S1)(S4) (S7)를 온시키고 스위치들 S2, S3, S5, S6으로 다른 하나의 풀-브릿지를 구성하며 제8스위치(S8)와 제9스위치(S9)는 제5스위치(S5)와 제6스위치(S6)의 스위칭 상태와 같게하면 된다.
또한 워킹코일(Lr3)(Lr4)의 경우도 앞에서 설명한 방식과 비슷하게 선택하면 각각에 맞는 풀-브릿지를 구성할 수 있다.
이 경우에도 시분할 제어를 통해서 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 두 개 또는 네 개의 가열판을 갖는 대출력 전자유도가열 조리기를 시분할 제어를 통해서 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거하여 주방에서 조리기를 이용하여 조리할 경우 조용히 조리할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 입력전원의 역률을 높이기 위한 평활용 커패시터와, 입력되는 전원에 따라 발열하여 하나 이상의 가열판을 선택적으로 가열하는 가열수단과, 별도의 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 상기 가열수단이 선택적으로 가열되도록 하는 스위칭 수단으로 구성하여 하나 이상의 가열판을 가열할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  2. 제1항에 있어서, 가열수단은 스위칭 수단의 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제1의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr1)로 구성된 제1가열부와, 상기 스위칭 수단의 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제2의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr2)로 구성된 제2가열부로 구성된 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  3. 제2항에 있어서, 워킹코일(Lr1)(Lr2)은 각 스위치들의 연결점 사이에 연결되도록 한 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  4. 제1항에 있어서, 가열수단의 출력제어는 시분할 제어를 통하여 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  5. 제1항에 있어서, 스위칭 수단은 제어신호에 따라 온/오프 스위칭 동작하여 제1, 2가열부가 독립적으로 가열동작을 수행하도록 전원을 공급하는 스위치(S1-S6)로 구성된 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  6. 제5항에 있어서, 스위치(S1-S6)는 역병렬 다이오드를 갖으며 세 개씩 직렬로 연결되어서 평활용 커패시터(Cf)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  7. 제5항에 있어서, 스위치(S1-S6)는 역병렬 다이오드 대신 보조공진 콘덴서를 각각 병렬로 접속하여 상기 스위치(S1-S6)가 오프되는 데드타임이 생겨 스위치의 턴오프손실을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 한 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  8. 제1항에 있어서, 가열수단과 스위칭수단을 평활용 커패시터에 병렬로 N개를 병렬로 구성하여 2N개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  9. 스위치(S1, S2, S4, S5)를 일정 위상차를 두고 순차적으로 온/오프 제어하여 제1가열부가 발열하도록 하는 제1과정과, 스위치(S2, S3, S5, S6)를 일정 위상차를 두고 순차적으로 온/오프 제어하여 제2가열부가 발열하도록 하는 제2과정과, 상기 제1과정과 제2과정을 일정 주기로 교번 실행하여 두 개의 가열판이 가열하도록 하는 제3과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.
  10. 제9항에 있어서, 제1가열부가 가열될 때 제2가열부가 가열되지 않도록 하기 위해 스위치(S3)와 스위치(S6)를 동시에 온시키는 제4과정을 더 포함하여 진행되는 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.
  11. 제9항에 있어서, 제2가열부가 가열될 때 제1가열부가 가열되지 않도록 하기위해 스위치(S1)와 스위치(S4)를 동시에 온시키는 제5과정을 더 포함하여 진행되는 것을 특징으로하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.
  12. 스위치(S1, S5)를 동시에 온/오프 제어하고, 상기 스위치(S1, S5)와 중복되지 않도록 스위치(S2, S4)를 동시에 오프/온 제어하여 제1가열부에 삼각파 전류가 흐르도록 하는 제1과정과; 스위치(S2, S6)를 동시에 온/오프 제어하고, 상기 스위치(S2, S6)와 중복되지 않도록 스위치(S3, S5)를 동시에 오프/온 제어하여 제2가열부에 삼각파 전류가 흐르도록 하는 제2과정과, 상기 제1과정과 제2과정을 순차적으로 반복실행하여 제1가열부와 제2가열부가 가열되도록 하는 제3과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.
  13. 제12항에 있어서, 제1가열부가 가열될 때 제2가열부가 가열되지 않도록 하기위해 스위치(S3)와 스위치(S6)를 동시에 온시키는 제4과정을 더 포함하여 진행되는 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.
  14. 제12항에 있어서, 제2가열부가 가열될 때 제1가열부가 가열되지 않도록 하기 위해 스위치(S1)와 스위치(S4)를 동시에 온시키는 제5과정을 더 포함하여 진행되는 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.
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