KR0179529B1 - 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자 유도 가열 조리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 유도가열 조리기 있어, 할프 브리지형 인버터를 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로로서 다수개의 워킹 코일을 동작시킬 수 있도록 하여 회로의 구성을 최소화하고, 다수개의 워킹 코일의 출력제어를 실행하게 될 때 발생하게 되는 간섭음을 방지하도록 한 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자유도 가열 조리 장치에 관한 것이다.

종래 전자유도 가열 조리 장치에 있어 인접한 워킹 코일 사이에 동작주파수의 아치에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹 코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않게 되며, 또한 각각의 구성된 인버터만큼 정류수단과 입력단의 정류수단으로부터의 전압을 평활 및 필터링하게 되는 L,C필터를 구성하여야만 하므로서, 전체 회로가 복잡하게 되며, 기기구성에의 경제성이 결여되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 다출력 제어를 위한 전자유도 가열 조리 장치에 있어서 발생되는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 할프 브리지형 전자유도 가열 조리기를 제안하는바,

다수개의 할프 브리지형 인버터를 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로를 구성하여, 회로구성을 최소화 하고, 시분할 제어를 통하여 워킹 코일의 출력제어를 이루도록 하므로서, 가열판간의 간섭음의 발생을 방지하고자 하여, 하나의 인버터 회로로서, 다수개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자 유도 가열 조리 장치

제1도는 종래 일반적인 전자유도 가열 조리 장치의 구성을 보인 회로도.

제2도는 본 발명 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자유도 가열 조리 장치의 구성을 보인 회로도.

제3도의(a)는 본 발명에 있어서, 워킹 코일(L11)이 동작하게 될 경우의 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 타이밍도, (b)는 본 발명에 있어서, 워킹 코일(L12)이 동작하게 될 경우의 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 타이밍도.

제4도는 본 발명에 있어서, 보조 다이오드의 위치를 변경한 다른 실시예의 구성을 보인 회로도.

제5도는 본 발명에 있어서, 네 개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하는 본 발명의 다른 실시예에 대한 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

Cf : 입력 필터 콘덴서 C11,C12,C13 : 보조 공진용 콘덴서

C14,C15 : 주 공진용 콘덴서 L11,L12 : 워킹 코일

Q11,Q12,Q13 : 트랜지스터

본 발명은 전자 유도가열 조리기 있어, 할프 브리지형 인버터를 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로로서 다수개의 워킹 코일을 동작시킬 수 있도록 하여 회로의 구성을 최소화하고, 다수개 워킹 코일의 출력제어를 실행하게 될 때 발생하게 되는 간섭음을 방지하도록 한 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자유도 가열 조리 장치에 관한 것이다.

종래 다출력 제어를 위한 전자유도 가열 조리 장치에 있어서는 여러개의 워킹 코일을 가열하기 위해서는 입력되는 한 전원에 여러개의 인버터회로를 병렬로 구성하게 되는 바, 제1도를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 바와 같이, 종래 전자 유도 가열조리의 구성은 회로 각 부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(1)를 구성하며,

상기 전원공급부(1)를 통해 입력되는 전원을 정류하는 정류부(2)와, 정류된 전원을 평활하는 초크 코일(L1) 및 콘덴서(C1)와, 평활된 전원을 입력받아 스위칭하여 가열판을 가열하기 위한 인버터(3)의 구성요소를 포함하는 회로가 상기 구성된 전원공급부(1)에 다수개(n)가 접속되는 구성을 특징으로 하며,

상기 인버터(3)는 구성되는 SMPS(Switched Mode Power Supply)부로부터 공급되는 스위칭 전원을 베이스로 입력받아 스위칭 하게 되는 트랜지스터(Q1,Q2)와, 트랜지스터(Q1,Q2)의 보호용으로 트랜지스터(Q1,Q2) 각각에 역병렬로 구성되는 다이오드(D1,D2)와, 공진 콘덴서(C2)와, 상기 트랜지스터(Q1,Q2)의 스위칭에 의해 전달되는 전원을 입력받아 콘덴서(C2)와 공진하여 가열판을 가열시키는 워킹 코일(Lr1)의 구성요소를 포함하여 구성된다.

이와같은 구성으로 이루어진 전자유도 가열 조리 장치에 있어서는 입력되는 하나의 전원을 각각 정류하여 각각의 구성되는 인버터회로를 통하여 가열판을 가열시키게 되는바, 여러개의 워킹 코일(Lr1,Lr2......Lrn)을 가열시키기 위해서는 상기에서와 같이 병렬로 인버터(3,3-1,3-2,....3-n)를 구성시키므로서, 가능하도록 한 것이다.

그러면, 상기와 같이 여러개의 가열판을 가열시키도록 하는 종래 전자유도 가열 조리 장치에 있어서, 워킹 코일의 가열 동작과정을 살펴보면 다음과 같다.

전원공급부(1)로부터 공급되는 전원은 정류부(2)를 거쳐 DC전원으로 정류되어지게 고, 상기 정류부(2)에서 정류된 전원은 초크 코일(L1) 및 콘덴서(C1)을 거치면서 평활되어져 인버터(3)로 인가된다.

인버터(3)에서는 상기에서와 같은 전원을 입력받아 트랜지스터(Q1,Q2)의 스위칭에 의해 워킹코일(Lr1)을 가열시키게 되어 가열판의 조리대상물을열시키게 되는 바, 랜지스터(Q1,Q2)는 SMPS 부(도면에 미도시되어 있음)로부터 별도의 스위칭전압을 입력 받아 스위칭을 수행하게 된다.

상기 트랜지스터(Q1,Q2)의 스위칭동작에 의한 워킹코일(Lr1)의 가열동작을 살펴보면, 먼저 SMPS부에서는 트랜지스터(Q2)의 베이스로 초기 스위칭 전압을 인가하게 된다.

상기 트랜지스터(Q2)는 베이스로 인가되는 스위칭 전압에 의해 온 스위칭되며, 상기 트랜지스터(Q2)가 온 스위칭 되므로서, 정류부(2)를 통해 인가되는 전원은 트랜지스터(Q1)가 오프된 상태이므로, 워킹 코일(Lr1)을 통해 트랜지스터(Q2)로서 루프(Loop)를 형성하게 되며, 상기와 같이 형성된 루프에 의해 워킹 코일(Lr1)은 공진을 하게 된다.

이때, SMPS부에서 트랜지스터(Q1)의 베이스로 스위칭전압을 인가하여 트랜지스터(Q1)를 온시키고, 트랜지스터(Q2)를 오프시키면, 트랜지스터(Q1)가 온 스위칭 되면서 워킹 코일(Lr1)에 축적된 전류에 의해 역방향으로 트랜지스터(Q1)를 통한 루프가 형성되어, 워킹 코일(Lr1)에 전류가 흐르게 된다.

상기와 같은 스위칭을 반복하여 워킹 코일(Lr1)을 가열시키게 되며, 상기 트랜지스터 (Q1,Q2)의 온 스위칭 시간 즉, 듀티(Duty)비의 변화에 따라 워킹 코일(Lr1)에 흐르는 전류를 제어하게 된다.

이에 구성된 인버터(3,3-1,....3-n)는 상기와 같은 과정을 수행하여 가열판을 가열시키게 되며, 이들 각각의 출력전력 제어는 상기에서 언급한 바와 같이 주파수제어를 통하여 듀티비를 변화시켜 이루어지게 된다.

이와같은 경우 인접한 워킹 코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹 코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않게 되며, 또한 각각의 구성된 인버터만큼 정류수단과 입력단의 정류수단으로부터의 전압을 평활 및 필터링하게 되는 L,C 필터를 구성하여야만 하므로서, 전체 회로가 복잡하게 되며, 기기구성에의 경제성이 결여되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 다출력 제어를 위한 전자유도 가열조리 장치에 있어서 발생되는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 할프 브리지형 전자 유도 가열 조리기를 제안하는 바, 수개의 할프 브리지형 인버터를 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로를 구성하여, 회로구성을 최소화 하고, 시분할 제어를 통하여 워킹 코일의 출력제어를 이루도록 하므로서, 가열판간의 간섭음의 발생을 방지하고자 하여, 하나의 인버터 회로로서, 다수개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명 다력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열 조리 장치의 구성은 스위칭소자를 공유하여 각각의 할프 브리지형 인버터 회로를 구성하여 입력측에 병렬로 구성되고, 구성된 할프 브리지형 인버터 회로 각각을 시분할 제어를 통하여 간섭음의 발생없이 다수개의 가열판을 가열시키도록 하는 것으로, 도면 제2도는 상기 구성의 바람직한 실시예를 나타낸 도면으로서, 제2도를 참조하여 본 발명 다출력 제어를 위한 할프 브리지형 전자유도 가열 조리 장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

입력 전압의 역률을 향상시키기 위한 필터용 콘덴서(Cf)와, 별도의 스위칭 전원 입력받아 온/오프 스위칭하여 인가되는 입력전압의 출력제어를 실행하는 트랜지스터(Q11,Q12,Q13)가 구성되고, 상기 구성된 각각의 트랜지스터(Q11,Q12,Q13)에 역병렬 접속되는 다이오드(D11,D12,D13)와, 상기 트랜지스터(Q11,Q12,Q13)에 병렬접되어지는 보조 공진용 콘덴서(C11,C12,C13)와, 상기 트랜지스터(Q11)에 병렬접속 되어지는 워킹 코일(L11) 및 주 공진용 콘덴서(C14)와, 상기 트랜지스터(Q13)에 병렬 접속 되어지는 워킹 코일(L12) 및 주 공진용 콘덴서(C15)와, 상기 공진용 콘덴서(C14,C15)의 전압을 입력전압으로 제한하여 주는 보조 다이오드(D14,D15)로 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자 유도 가열장치의 실시예는 각 워킹 코일(L11,L12)의 출력제어를 스위칭 소자와 스위칭 소자에 따른 보조 공진 콘덴서를 공유하여 하나의 할프 브리인버터 회로를 구성하여 각각의 워킹 코일(L11,L12)가 독립적으로 출력되어지도록 하는 것으로,

일반적으로 SEPP(Single Ended Push-Pull)나 할프 브리지 인버터의 동작에는 2가지의 하위 공진(elow Resonance)과 상위 공진(Above Resonance)의 동작모드로 구분할 수 있는바, 전자의 하위 공진의 경우는 L,C 공진주파수보다 낮은 스위칭 주파수로 동작시키는 것이고, 후자의 상위 공진의 경우는 L,C 진주파수보다 높은 스위칭 주파수로 동작시키는 것이다.

전자의 경우는 스위치가 영전류상태에서 오프되지만 온시에는 다이오드의 역회복전류에 의한 손실 및 전자파(EMI)의 증가를 초래하고 최대 주파수에서 최대 출력이 나오기 때문에 잘못하면 가청잡음이 발생하게 된다.

한편, 후자의 경우는 스위치 오프시에는 약간의 손실이 있지만 온시에는 영전압 조건에서 동작하기 때문에 앞에서 언급한 역회복 전류에 의한 손실 및 전자파(EMI)가 없고, 최대 출력이 최소 주파수에서 나오기 때문에 가청잡음이 발생하지 않는다.

따라서, 대부분의 경우 상위 공진을 사용하게 되는데, 본 발명에서도 상위 공진을 이용하여 동작하는 할프 브리지형 인버터를 병렬로 구성하여 본 발명 장치를 구현한 것이다.

그러면, 도면 제3도 참조하여 본 발명 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자 유도 가열장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

제3도의 (a)를 참조하여 워킹 코일(L11)이 동작할 때의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

워킹 코일(L11)이 동작하게 될 경우는 트랜지스터(Q13)는 항상 온 스위칭 상태를 유지하게 된다.

트랜지스터(Q12,Q13)가 온 스위칭 상태에서 트랜지스터(Q12)를 오프시킨후, 트랜지스터(Q11)를 온 시키게 되면, 트랜지스터(Q11)를 통하여 워킹 코일(L11)과 콘덴서(C14)가 주공진을 실행하게 된다.

상기와 같이 공진이 진행된후, 트랜지스터(Q11)를 오프시키게 되면, 워킹 코일(L11)은 주 공진용 컨덴서(C14) 및 보조공진용 콘덴서(C11,C12)와 공진을 실행하게 된다.

이때, 상기 콘덴서(C11)는 트랜지스터(Q11)가 온 스위칭 상태였으므로, 전압이 '0'인 상태이며, 콘덴서(C12)는 트랜지스터(Q12)가 오프 상태이므로, 입력전압이 걸려 있는 상태이므로, 공진이 실행되어지게 되며, 콘덴서(C11)는 충전을 실행하게 되고, 콘덴서(C12)는 방전을 하게 된다.

상기와 같이 보조 공진이 짧은 시간동안 이루어지게 되며, 콘덴서(C12)가 방전을 완료하여 전압이 '0'이 되면, 다이오드(D12)가 도통되어지게 된다.

상기 다이오드(D12)가 도통되어지게 됨에 따라 다이오드(D12)를 통해 워킹 코일(L11)과 콘덴서(C14)는 주공진을 다시 실행하게 되며, 이때, 다이오드(D12)가 온되어 있는 상태에서 트랜지스터(Q12)를 온 시키게 된다.

상기에서와 같이 트랜지스터(Q12)를 온 시키게 되면, 워킹 코일(L11)의 전류의 방향이 바뀌면서, 트랜지스터(Q12)를 통하여 워킹 코일(L11)과 콘덴서(C14)가 계속 공진을 하게 된다.

일정시간이 경과하면서, 워킹 코일(L11)의 전류는 감소하게 되며, 이때, 트랜지스터(Q12)를 오프시키게 되며, 트랜지스터(Q12)가 오프되어지면, 다시 워킹 코일(L11)과 콘덴서(C14) 및 보조 공진용 콘덴서(C11,C12)가 공진을 짧은 시간동안 실행하게 된다.

이때에는 상기와 반대로 콘덴서(C11)는 방전을 실행하게 되고, 콘덴서(C12)는 충전을 실행하게 되며, 콘덴서(C11)의 전압이 '0'이 되면, 다이오드(D11)가 도통되어지게 되고, 다이오드(D11)를 통하여 주공진이 이루어지게 되며, 이때, 트랜지스터(Q11)를 온시켜주게 되면서, 한주기가 이루어지게 된다.

상기와 같은 과정을 반복하게 되면, 워킹 코일(L11)에 적절한 전류가 흐르게 되는 것이다.

도면 제3도의 (b)는 워킹 코일(L12)이 동작하게 될 때의 각 스위칭소자의 온/오프 스위칭 타임도로서, 제3도에 도시된 바와같이, 워킹 코일(L12)이 동작하게 될때에는 트랜지스터(Q11)가 항상 온 스위칭 상태를 유지하게 되며, 상기에서 설명한 바와같은 작용과정과 동일하게 이루어진다.

이와같이 각 스위치는 스위치에 접속된 다이오다가 도통하게 될 때 온시키게 되고, 설정된 주파수에 맞게 오프시간을 조절하게 된다.

즉, 동작하게 되는 두 스위치의 온 스위칭 타임을 동일하도록 하게 되고, 하나의 스위치가 온되어 있을 때는 다른 하나의 스위치는 오프시키도록 하여 동작하게 되는 두 개의 스위칭소자가 동시에 온되지 않도록 하는 것이다.

또한, 동작하게 되는 두 스위치가 동시에 오프되는 구간 데드타임(Dead Time)을 두어서 보조 공진용 콘덴서와의 공진시간을 확보하도록 하게 된다.

상기 보조 공진용 콘덴서는 주 공진 콘덴서에 비해 매우 작은 용량이므로, 데드 타임은 매우 짧은 시간이다.

그리고 보조 다이오드는 주 공진 콘덴서의 전압을 입력전압으로 제한하여 주므로서, 전체 시스템을 안정하게 동작시킬 수 있도록 하게 된다.

한편, 도면 제4도는 본 발명에 있어서, 상기 시스템의 안전성을 위하여 주 공진용 콘덴서(C14,C15)의 전압을 입력전압으로 제어하여 주게 되는 보조 다이오드(D14,D15)의 위치를 워킹 코일(L11,L12)에 직렬로 접속하도록 하여 나타낸 실시예로서, 상기의 동작과정과 동일하게 이루어진다.

또한, 도면 제5도는 상기의 제2도에 도시된 본 발명에 있어서, 입력 필터 콘덴서(Cf)를 제외한 나머지 회로들을 입력측에 병렬로 추가구성하여 주므로서, 네 개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하는 실시예의 회로 구성을 보인 도면으로서, 도면 제5도에 도시된 네 개의 가열판을 가열시킬 수 있도록 하는 본 발명의 실시예 또한 상기의 동작과정과 동일하게 이루어지게 된다.

상기의 모든 워킹 코일들은 각각 시분할 제어를 통하여 출력제어가 이루어지게 되므로서, 다수개의 가열판을 가열시키게 될 때 발생되는 간섭음을 방지하도록 한 것이다.

이상에서 설명한 바와같이, 공통의 스위칭 소자를 공유하여 할프 브리지 인버터를 구성하고, 구성된 각각 할프 브리지 인버터를 시분할 제어를 통하여 출력제어 하므로서, 다수개의 가열판을 간섭음의 발생없이 제어가 가능하게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 입력전압의 역률을 향상시키기 위한 필터용 콘덴서(Cf)와, 별도의 스위칭 전원을 입력받아 온/오프 스위칭하여 인가되는 입력전압의 출력제어를 실행하는 트랜지스터(Q11,Q12,Q13)가 구성되고, 상기 구성된 각각의 트랜지스터(Q11,Q12,Q13)에 역병렬 접속되는 다이오드(D11,D12,D13)와, 상기 트랜지스터(Q11,Q12,Q13)에 병렬접속 되어지는 보조 공진용 콘덴서(C11,C12,C13)와, 상기 트랜지스터(Q11)에 병렬접속 되어지는 워킹 코일(L11) 및주 공진용 콘덴서(C14)와, 상기 트랜지스터(Q13)에 병렬 접속 되어지는 워킹 코일(L12) 및 주 공진용 콘덴서(C15)와, 상기 공진용 콘덴서(C14,C15)의 전압을 입력전압으로 제한하여 주는 보조 다이오드(D14,D15)로 구성됨을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자 유도 가열 조리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구성되는 인버터 회로를 입력 필터용 콘덴서(Cf)에 병렬로 N개를 병렬 구성하여 2N개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하는 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자 유도 가열 조리 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구성된 인버터의 출력제어는 시분할 제어를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자유도 가열 조리 장치.