KR0176904B1

KR0176904B1 - 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR0176904B1
Application number: KR1019960006377A
Authority: KR
Inventors: 정용채; 우성택
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1999-02-18
Also published as: KR970064514A

Abstract

본 발명은 듀얼 하프-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 상승하게 되는 문제점이 있다.

Description

듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법

제1도는 종래의 다출력형 전자 유도 가열장치 회로구성도.

제2도는 본 발명의 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치 회로 구성도.

제3도는 제2도에서, 각 워킹코일 구동시의 스위칭상태 및 전류 파형도로서,

(a)는 Lr₁이 동작할 경우의 스위칭 상태 파형도이고,

(b)는 Lr₂가 동작할 경우의 스위칭 상태 파형도이고,

(c)는 Lr₁이 동작할 경우의 전류파형도이다.

제4도는 본 발명의 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치의 제1실시예.

제5도는 제4도에서, 각 워킹코일 구동시 스위칭상태 및 각부의 전류파형도로서,

(a)는 Lr₁이 동작할 경우의 스위칭 상태 파형도이고,

(b)는 Lr₂가 동작할 경우의 스위칭 상태 파형도이고,

(c)는 Lr₁이 동작할 경우의 전류 및 전압파형도이다.

제6도는 본 발명의 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치의 제2실시예.

제7도는 제6도에서, 다이오드(Da₃)(Da₄) 삽입시의 전류 및 전압파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 제1가열부 200 : 제2가열부

300 : 스위칭부 S1-S3 : 스위치

Lr₁-Lr₄: 워킹코일 Cr₁-Cr₄: 공진 커패시터

Da1,Da2 : 보조 다이오드

본 발명은 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법에 관한 것으로, 특히 서로 다른 동작주파수 차이로 인하여 인접한 가열판과 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거하고 하나의 인버터로 2개 또는 4개의 가열판을 시분할 제어로 적절한 출력을 얻을 수 있도록 한 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법에 관한 것이다.

종래의 다출력형 전자 유도 가열장치 구성은, 제1도에 도시한 바와같이, 제1도에 도시된 바와같이, 입력되는 상용전원(AC)를 맥동 직류전압으로 정류시켜 출력하는 정류수단과, 상기 정류수단을 통해 정류된 직류전압을 평활시켜 일정한 직류전압으로 만드는 평활수단과, 상기 평활수단으로 부터 평활된 전압에 직렬로 구성된 역병렬 다이오드를 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 스위치부(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 구동신호는 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 주파수 제어를 통해서 출력을 제어함에 따라 가령 각 가열판위에 다른 크기의 용기를 놓거나 또는 다른 출력을 내고 있을 경우에는 인접한 가열판사이에서 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하는 문제점과 각각 별개의 제어회로를 갖는 인버터로 각각 하나의 워킹코일에 전력을 공급하기 때문에 전체 시스템이 커지고 가격 또한 상승하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 인접한 가열판과 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거하고 하나의 인버터로 2N개의 가열판을 시분할 제어를 통해서 가열출력을 조절하여 적당한 출력을 얻을 수 있도록 한 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치 및 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 방법은 스위치(S1,S2)를 온/오프로 제어하여 제1가열부가 발열하도록 하는 제1과정과, 스위치(S2,S3)를 온/오프로 제어하여 제2가열부가 발열하도록 하는 제2과정과, 상기 제1과정과 제2과정을 일정 주기로 교번 실행하여 두 개의 가열판이 가열되도록 하는 제3과정으로 이루어진다.

상기 각 과정을 수행하기 위한 본 발명의 장치 구성은, 제2도에 도시한 바와같이, 입력전원이 역률을 높이기 위해 평활하여 얻은 직류전압을 공급하는 평활용 커패시터와, 입력되는 전원에 따라 발열하여 하나이상의 가열판을 선택적으로 가열하는 가열수단과, 스위칭 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 상기 가열수단이 선택적으로 가열되도록 하는 스위칭수단으로 구성한다.

상기에서 가열수단은 스위칭수단의 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제1의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr₁)과, 평활용 커패시터에 병렬로 두개의 공진 커패시터(Cr₁,Cr₂)가 직렬로 연결된 제1가열부와; 상기 스위칭수단의 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제2의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr₂)과, 상기 평활용 커패시터에 병렬로 두개의 공진 커패시터(Cr₃,Cr₄)가 직렬로 연결된 제2가열부로 구성한다.

또한, 상기 스위칭 수단은 스위칭 제어신호에 따라 온/오프하여 제1,제2가열부가 독립적으로 가열동작을 수행할 수 있도록 전원을 공급하기 위해 역병렬 다이오드와 보조공진 커패시터(Cal,Ca2,Ca3)를 갖는 직렬로 연결된 스위치(S1-S3)로 구성한다.

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

일반적으로 하프-브릿지 인버터의 동작에는 2가지 동작 모드가 있다.

하나는 하위-공진(Below-Resonance)모드로 L,C공진주파수(fr)보다 낮은 스위칭 주파수로 동작시키는 것이고, 다른 하나는 상위-공진(Above-Resonance)모드로 L,C공진주파수(fr)보다 높은 스위칭주파수로 동작시키는 것이다.

상기 하위-공진모드는 스위치가 영전류 상태에서 오프(OFF)되지만 온(ON)시에는 다이오드의 역회복전류에 의한 손실 및 EMI의 증가를 초래하고 최대주파수에서 최대출력이 나오기 때문에 잘못하면 가청잡음이 발생한다.

그러나, 상위-공진모드의 경우에는 스위치가 오프시에는 약간의 손실이 있지만 온시에는 영전압 조건에서 동작하기 때문에 앞에서 언급한 역회복전류에 의한 손실 및 EMI가 없고 최대출력이 최소주파수에서 나오기 때문에 가청잡음이 발생하지 않는다.

따라서 대부분의 경우에 상위-공진모드를 사용한다.

본 발명에서 제1가열부(100)의 워킹코일(Lr₁)만 구동할 경우 스위치(S3)를 항상 온시키고 그 이외의 스위치(S1)과 (S2)로 하나의 하프-브릿지를 구성하고, 제2가열부(200)의 워킹코일(Lr₂)만 구동할 경우에는 스위치(S1)를 항상 온시키고 나머지 스위치(S2)와 (S3)으로 또다른 하나의 하프-브릿지를 구성하여 동작하도록 함에 있어, 두개의 워킹코일(Lr₁,Lr₂)은 간섭음을 제거하기 위해서 시분할로 제어된다.

즉, 항상 한개의 워킹코일만 구동이 되고 두개의 워킹코일을 구동하기 위해서는 각각 정해진 시간동안 번갈아서 구동한다.

상기의 하프-브릿지를 구성한 본 발명의 동작에 대하여 살펴보면, 먼저 제1가열부(100)의 워킹코일(Lr₁)만 구동할 경우 제3도의 a에서와 같이 초기상태에서는 스위칭부(300)의 스위치(S1)는 온시키고, 스위치(S2)는 오프시킨다.

이때 스위치(S3)는 항상 온시켜 놓는다.

그러면, 워킹코일(Lr₁)에는 양의 방향으로 공진에 의해서 전류가 유기되고 그 모양은 제3도의 c에서와 같이 싸인파와 유사하게 된다.

상기 공진의 반주기가 되기전에 스위치(S1)을 오프시키면 아주 작은 값의 보조공진 커패시터(Ca1,Ca2)와 상기 공진탱크(Lr₁,Cr₁,Cr₂)가 짧은 시간동안 공진을 해서 스위치(S2)의 전압이 영(ZERO)이 되면, 상기 스위치(S2)의 역병렬 다이오드를 통해서 전류가 흐르게 되고 이때 스위치(S2)를 영전압 상태에서 온시킨다.

이 경우 워킹코일(Lr₁)에는 상기와는 반대방향으로 공진에 의해서 전류가 유기되고 그 모양은 상기에서와 같이 싸인파와 유사하게 된다.

이 공진의 반주기가 되기전에 스위치(S2)를 오프시키면 앞에서 설명한 바와같이 보조공진 커패시터(Ca₁,Ca₂)와 상기 공진탱크(Lr₁,Cr₁,Cr₂)가 짧은 시간동안 공진을 해서 스위치(S1)의 전압이 영이 되면 스위치(S1)의 역병렬 다이오드를 통해서 전류가 흐르게 된다.

이때 스위치(S1)를 영전압 상태에서 온시킨다.

이렇게해서 워킹코일(Lr₁)의 전류가 영이 되면 한 주기가 끝난다.

이러한 동작을 반복하게 되면 원하는 출력을 낼 수 있다.

그리고, 만일 제2가열부(200)의 워킹코일(Lr₂)만 구동할 경우에는 스위치(S2)와 (S3)를 제3도의 b에서와 같이 온(ON) 또는 오프(OFF)로 제어하고 스위치(S1)를 항상 온시켜 놓으면 앞에서 설명한 동작을 통해서 워킹코일(Lr₂)에 적절한 출력을 낼 수 있다.

상기 각 워킹코일들은 시분할 제어 즉, 어느 일정한 시간동안은 워킹코일(Lr₁)을 동작시키고 또 다른 일정한 시간동안은 워킹코일(Lr₂)을 동작시키는 제어를 행하게 되면 가열판과 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거할 수 있다.

그리고, 본 발명의 제1실시예로 제4도에서와 같이 보조 다이오드(Da1,Da2)를 공진 커패시터(Cr₁)과 (Cr₂)에 병렬 연결하면, 상기 보조 다이오드(Da1,Da2)에 의해서 제5도의 c에서와 같이 공진 커패시터(Cr₂)과 (Cr₄)의 전압이 양의 방향으로는 입력전압(Vd)으로 제한된다.

따라서, 공진 커패시터(Cr₁,Cr₂,Cr₃,Cr₄)의 전압 용량을 작게할 수 있어서 가격과 크기면에서 장점을 얻을 수 있다.

이 경우 워킹코일(Lr₁)의 전류파형이 음의 방향으로는 약간 감소하여 비대칭적인 전류모양을 갖게 된다.

또한, 제6도에서와 같이 보조 다이오드(Da3)과 (Da4)를 더 삽입하게 되면 제7도에서와 같은 동작 파형을 가지며, 이 경우 워킹코일(Lr₁)의 전류는 평균값이 영(zero)인 파형이 되고, 공진 커패시터(Cr₂)의 전압은 영(zero) 이하로 내려가지 않고 양의 방향으로는 입력전압(V_d)으로 제한된다.

이 경우 워킹코일(Lr₁)의 전류가 싸인파에 가깝기 때문에 EMI가 적고 평활용 커패시터를 디자인 하기 쉽다.

따라서, 이 경우 좀더 작은 전압 용량의 커패시터를 사용해도 되기 때문에 전체 시스템의 안정도가 향상되고 가격적인 면에서도 우수한 성능을 얻을 수 있다.

게다가 제2도, 제4도, 제6도의 회로에서 평활용 커패시터(C_f) 다음호히로에 하나더 평활용 커패시터를 병렬로 삽입하면 하나의 인버터로 4개의 가열판을 갖는 전자 유도 가열 조리기를 구성할 수 있다.

이 경우에도 시분할 제어를 통해서 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 두개 또는 네개의 가열판을 갖는 조리기에 있어서, 시분할 제어를 통해 가열판과 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거해 요리시 보다 조용한 분위기에서 조리할 수 있으며, 이는 대출력의 산업용 유도 가열에도 응용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

입력전원의 역률을 높이기 위해 평활하여 얻은 직류전압을 공급하는 평활용 커패시터와, 입력되는 전원에 따라 발열하여 하나 이상의 가열판을 선택적으로 가열하는 가열수단과, 스위칭 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 상기 가열수단이 선택적으로 가열되도록 하는 스위칭수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치.
제1항에 있어서, 가열수단은 스위칭수단의 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제1의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr₁)과, 평활용 커패시터에 병렬로 두 개의 공진 커패시터(Cr₁,Cr₂)가 직렬로 연결된 제1가열부와; 상기 스위칭수단의 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제2의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr₂)과, 상기 평활용 커패시터에 병렬로 두개의 공진 커패시터(Cr₃,Cr₄)가 직렬로 연결된 제2가열부로 구성된 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치.
제2항에 있어서, 네개의 공진 커패시터(Cr₁-Cr₄)중 두개의 공진 커패시터(Cr₁,Cr₃)에 병렬로 각각 연결된 다이오드(Da1,Da2)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치.
제2항에 있어서, 네개의 공진 커패시터(Cr₁-Cr₄)에 병렬로 다이오드(Da1-Da4)를 각각 연결하여 다른 전류 및 전압을 얻도록 한 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치.
제1항에 있어서, 스위칭 수단은 스위칭 제어신호에 따라 온/오프하여 제1,제2가열부가 독립적으로 가열동작을 수행할 수 있도록 전원을 공급하기 위해 역병렬 다이오드와 보조공진 커패시터(Ca1,Ca2,Ca3)를 갖는 직렬로 연결된 스위치(S1-S3)로 구성된 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치.
제1항에 있어서, 가열수단과 스위칭수단을 평활용 퍼캐시터에 병렬로 N개를 병렬로 구성하여 2N개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하여 다출력 제어를 위한 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치.
제1항에 있어서, 가열수단은 그의 출력제어를 시분할 제어를 통하여 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열장치.
스위치(S1,S2)를 온/오프로 제어하여 제1가열부가 발열하도록 하는 제1과정과, 스위치(S2,S3)를 온/오프로 제어하여 제2가열부가 발열하도록 하는 제2과정과, 상기 제1과정과 제2과정을 일정 주기로 교번 실행하여 두개의 가열판이 가열되도록 하는 제3과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.
제8항에 있어서, 제1과정에서 제1가열부가 가열될 때 제2가열부가 가열되지 않도록 하기위해 스위치(S3)를 온시키는 제4과정을 더 포함하여 진행되는 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.
제8항에 있어서, 제2과정에서 제2가열부가 가열될 때 제1가열부가 가열되지 않도록 하기위해 스위치(S1)를 온시키는 제5과정을 더 포함하여 진행되는 것을 특징으로 하는 듀얼 하프-브릿지형 전자 유도 가열 제어방법.