KR0179532B1

KR0179532B1 - 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자 유도 가열 조리 장치

Info

Publication number: KR0179532B1
Application number: KR1019950059762A
Authority: KR
Inventors: 정용채; 한성진
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR970058344A

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, 다수개 워킹 코일의 출력제어를 실행하게 될때 발생하게 되는 간섭음을 방지하고자 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 차이에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹 코일의 정확한 출력제어가 이루이지지 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 제안하는 바, 다수개의 할프 브리지형 인버터를 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로를 구성하여, 회로구성을 최소화하고, 시분할 제어를 통하여 위킹 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 종래의 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)∼(d)는 본 발명에 있어서, 워킹 코일(L11)이 동작하게 될 경우의 스위칭 소자의 온/오프 스위칭에 따라 변화되는 워킹 코일(L11)의 전류 파형도.

제4도의 (a)∼(d)는 워킹 코일(L11)이 동작하게 될 경우의 스위칭 소자의 온/오프 스위칭에 따라 변화되는 위킹 코일(L11)의 다른 예의 전류 파형도.

제5도는 본 발명에 있어서, 다른 실시예의 구성을 보인 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

C11, C12 : 보조 공진용 콘덴서 C13, C14 : 주 공진용 콘덴서

L11, L12 : 워킹 코일 Q11,Q12,Q13,Q14 : 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, 두개의 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 전자 유도 가열조리 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 바와같이, 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(L!) 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 위킹 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 되는 바,

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 되고, 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 조리대상들을 가열시키게 되는 바,

트랜지스터(Q1, Q2)는 SMPS부(도면에 미도시되어 있음)로부터 별도의 스위칭전압을 입력받아 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 스위칭되면서 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 위킹 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, C필터를 구성하여야 만 하므로서, 전체 회로가 복작하게 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 제안하는 바,

다수개의 할프 브리지형 인버터를 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로를 구성하여, 회로구성을 최소화하고, 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 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열 조리 장치의 구성은 할프 브리지형 인버터 회로를 입력측에 병렬로 구성하고, 병렬로 구성된 할프 브리지형 인버터 회로의 워킹 코일 각각에 스위칭소자를 구성하여, 구성된 소자를 통하여 각각의 인버터의 시분할 제어가 이루어지도록 구성되어지게 되는 바,

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.

입력전압의 역률을 향상시키기 위한 필터용 콘덴서(Cf)와, 별도의 스위칭 전원을 입력받아 온/오프 스위칭하여 인가되는 입력전압의 출력제어를 실행하는 트랜지스터(Q11, Q12)와, 상기 트랜지스터(Q11, Q12)에 역병렬 접속되어지는 다이오드(D11, D12)와, 상기 트랜지스터(Q11, Q12)에 병렬 접속되어지는 보조 공진용 콘덴서(C11, C12)로 구성되는 보조공진측 회로와, 주 공진용 콘덴서(C13, C14)가 입력측 콘덴서(Cf)에 병렬로 구성되며,

공진하여 가열판을 가열시키는 워킹 코일(L11, L12)과, 상기 워킹 코일(L11, L12)의 시분할 출력제어를 위한 별도의 스위칭 전원에 의해 스위칭 하게 되는 트랜지스터(Q13, 14)와, 상기 트랜지스터(Q13, 14)의 스위칭에 따라 결정되는 전류의 흐름을 자유롭게 하여주기 위한 다이오드(D13, D14, D15, D16, D17, D18)로 구성되는 인버터회로가 상기 트랜지스터(Q11, Q12)와 콘덴서(C13, C14)의 사이에 병렬로 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 위하여 트랜지스터(Q13, Q14)를 구성시켜 트랜지스터(Q13, Q14)의 스위칭 제어에 의해 각 워킹 코일(L11, L12)이 독립적으로 동작하도록 하며, 상기 트랜지스터(Q11, Q12)의 제어신호는 할프 브리지 인버터와 동일하게 이루지도록 하는 것으로,

일반적으로 SEPP(Single Ended Push-Pull)나 할프 브리지 인버터의 동작에는 2가지의 하위 공진(Below Resonance)과 상위 공진(Above Resonance)의 동작모드로 구분할 수 있는 바,

전자의 하위공진의 경우는 L, C 공진주파수보다 낮은 스위칭 주파수로 동작시키는 것이고, 후자의 상위 공진의 경우는 L, C 공진주파수보다 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 제3도와 제4도를 참조하여 본 발명 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

할프 브리지 인버터는 주파수 제어를 통해서 워킹 코일(L11, L12)의 출력을 제어하지만 본 발명에서는 두가지의 제어방식을 갖는 바,

도면 제3도에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(Q11, Q12)사이의 데드타임(Dead Time)을 두어 보조 공진용 콘덴서와의 공진시간을 확보하여 주게 되는 데, 이러한 데드타임을 고정시키고, 각 스위칭 소자의 온 스위칭 시간을 제어하는 방식과,

도면 제4도에 도시된 바와같이, 각 스위칭 소자의 온 스위칭 시간을 고정시키고 데드타임을 제어하는 방식을 갖게 되는 데, 이때에는 각 스위칭 소자의 온 시간이 공진 반주기보다 작으면 된다.

여기서, 상기 도면 제3도에 도시된 방식은 일반적인 할프 브리지 인버터의 제어방식과 같다.

이에 먼저, 도면 제3도를 참조하여 데드타임 고정시의 워킹 코일(L11)의 출력제어과정을 살펴보면 다음과 같다.

트랜지스터(Q11)가 온 스위칭되어 있는 상태에서 트랜지스터(Q14)를 온시키게 되면, 워킹 코일(L11)과 주공진 콘덴서(C13, C14)가 공진을 하게 된다.

이때, 트랜지스터(Q14)는 워킹 코일(L11)의 전류가 0이상이 되는 시점에서 온 시켜 주게 된다.

상기와 같이 공진이 이루어진후, 일정시간이 경과하여, 트랜지스터(Q11)를 오프 시키게 되면 워킹 코일(L11)과 콘덴서(C13, C14) 및 보조 공진용 콘덴서(C11, C12)까지 공진을 하게 된다.

여기서, 트랜지스터(Q12)는 오프되어 있는 상태이므로, 트랜지스터(Q12)에 병렬 접속되어 있는 보조 공진용 콘덴서(C12)는 입력전압이 걸려 있는 상태이며, 보조 공진 콘덴서(C11)의 전압은 0이므로, 콘덴서(C12)는 방전을 수행하게 되고, 콘덴서(C11)는 충전을 실행하게 된다.

이와같이 공진이 진행되는 콘덴서(C12)의 전압이 0이 되면 트랜지스터(Q12)에 역병렬로 접속되어 있는 역병렬 다이오드(D12)를 통해 워킹 코일(L11)과 주공진용 콘덴서(C13, C14)가 공진을 수행하게 된다.

공진이 진행된후, 다이오드(D12)가 도통되어 있는 상태에서 트랜지스터(Q12)를 온시키고, 트랜지스터(Q12)가 온되어 있는 상태에서 트랜지스터(Q14)를 오프시키고, 트랜지스터(Q13)를 온시키게 되면, 트랜지스터(Q13)를 통해 워킹 코일(L11)과 주 공진 콘덴서(C13, C14)는 반대의 방향으로 계속공진을 실행하게 된다.

이때, 트랜지스터(Q11)를 오프시키게 되면, 다시 워킹 코일(L11)과 콘덴서(C13, 14)와 보조 공진 콘덴서(C11, C12)가 공진을 하게 된다.

상기에서와 같이 한 주기(1T)가 이루어지게 되며, 워킹 코일(L12)의 동작과정도 동일하게 이루어지게 된다.

한편, 도면 제4도에 도시된 바와같이, 스위칭 소자의 온스위칭 시간을 고정시키고, 데드타임을 제어하게 되는 방식에서는,

트랜지스터(Q12, Q13)가 온 스위칭 되어 있는 상태에서 트랜지스터(Q12, Q13)를 오프시킨 후, 트랜지스터(Q11, Q14)를 온시키게 되면, 워킹 코일(L11)과 콘덴서(C13, 14)가 공진을 하게 된다.

상기와 같이 공진이 진행되어진후, 트랜지스터(Q11)를 오프시키게 되면, 보조 공진 콘덴서(C11,C12)와 워킹 코일(L11) 및 공진 콘덴서(C13,C14)가 공진을 실행하게 된다.

상기에서 언급한 바와 같이 트랜지스터(Q12)는 오프되어 있는 상태이므로, 트랜지스터(Q12)에 병렬 접속되어 있는 보조공진용 콘덴서(C12)는 입력전압이 걸려 있는 상태이며, 보조 공진 콘덴서(C11)의 전압은 0이므로, 콘덴서(C12)는 방전을 수행하게 되고, 콘덴서(C11)는 충전을 실행하게 된다.

이와같이 공진이 진행되어 콘덴서(C12)의 전압이 0이 되면 트랜지스터(Q12)에 역병렬로 접속되어 있는 역병렬 다이드(D12)를 통해 워킹 코일(L11)과 주공진용 콘덴서(C13, C14)가 공진을 수행하게 된다.

공진이 진행된후, 트랜지스터(Q14)를 오프시킨후, 일정여유시간을 갖고 즉, 대드타임을 갖고, 다이오드(D12)가 도통되어 있는 상태에서 트랜지스터(Q12)를 온시킴과 아울러 트랜지스터(Q13)를 온시키게 되면, 트랜지스터(Q13)를 통해 워킹 코일(L11)과 주 공진 콘덴서(C13,C14)는 반대의 방향으로 계속공진을 실행하게 된다.

이때, 트랜지스터(Q12)를 오프시키게 되면, 다시 워킹 코일(L11)과 공진 콘덴서(C13, 14)와 보조공진 콘덴서(C11, C12)가 공진을 하게 된다.

상기에서와 같이 한 주기(1T)가 이루어지게 되며, 제4도와 같이 데드타임을 조정하게 되는 방식은 스위칭 손실을 줄이기 위하여 워킹 코일(L11)의 전류(IL₁₁)가 0일때, 워킹 코일(L11)에 구성된 트랜지스터(Q13, Q14)를 온 시켜 주기 위하여 일정 여유시간을 갖도록 하여 온 스위칭 타임 포인트를 정확히 찾을 수 있도록 한 것이다.

그에 반해 제3도에 도시된 방식은 트랜지스터(Q13, Q14)의 온스위칭 타임 포인트를 찾기 어려워 제어에 어려움이 따르게 된다.

즉, 제4도의 방식에서는 트랜지스터(Q12, Q13)의 데드타임을 주고 또한 각 스위칭 소자 트랜지스터(Q11, Q12, Q13, Q14)의 데드타임을 주어 스위칭제어를 쉽게 한 것이다.

한편, 도면 제5도는 본 발명 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열 조리장치의 다른 실시예로서,

상기의 제2도에 구성된 공진하여 가열판을 가열시키는 워킹 코일(L11, L12)과, 상기 워킹 코일(L11, L12)의 시분할 출력제어를 위한 별도의 스위칭 전원에 의해 스위칭 하게 되는 트랜지스터(Q13, Q14)와, 상기 트랜지스터(Q13, Q14)의 스위칭에 따라 결정되는 전류의 흐름을 자유롭게 하여주기 위한 다이오드(D13, D14, D15, D16, D17, D18)와 같은 구성요소를 포함하는 인버터회로를 상기 트랜지스터(Q11, Q12)와 콘덴서(C13, C14)의 사이에 병렬로 추가구성 하여 네개의 가열판을 가열시키도록 한 것으로,

상기에서 언급한 바와같은 동작으로 워킹 코일(L11, L12, L13, L14)의 출력제어는 이루어지게 되며, 이와같이 구성하므로서, 최소의 회로구성으로 다수개의 가열판을 동작시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 구성되는 모든 워킹 코일들의 동작은 시분할 제어를 통하여 출력제어를 실행하므로서, 동시에 여러개의 가열판이 동작하게 될때 간섭음은 발생하지 않게 되는 것이다.

Claims

입력전압의 역률을 향상시키기 위한 필터용 콘덴서(Cf)와, 별도의 스위칭 전원을 입력받아 온/오프 스위칭하여 인가되는 입력전압의 출력제어를 실행하는 트랜지스터(Q11, Q12)와, 상기 트랜지스터(Q11, Q12)에 역병럴 접속되어지는 다이오드(D11, D12)와, 상기 트랜지스터(Q11, Q12)에 병렬접속되어지는 보조 공진용 콘덴서(C11, C12)로 구성되는 보조공진측 회로와, 주 공진용 콘덴서(C13, C14)가 입력측 콘덴서(Cf)에 병렬로 구성되며, 공진하여 가열판을 가열시키는 워킹 코일(L11, L12)과, 상기 워킹 코일(L11, L12)의 시분할 출력제어를 위한 별도의 스위칭 전원에 의해 스위칭 하게 되는 트랜지스터(Q13, Q14)와, 상기 트랜지스터(Q13, Q14)의 스위칭에 따라 결정되는 전류의 흐름을 자유롭게 하여주기 위한 다이오드(D13, D14, D15, D16, D17, D18)로 구성되는 인버터회로가 상기 트랜지스터(Q11, Q12)와 콘덴서(C13, C14)의 사이에 병렬로 구성됨을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자 유도 가열 조리 장치.
제1항에 있어서, 상기 구성되는 인버터 회로를 트랜지스터(Q11, Q12)와 콘덴서(C13, C14)의 사이에 N개를 병렬 구성하여 2N개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하는 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자 유도 가열 조리 장치.
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.