KR0179534B1 - 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 유도가열 조리기 있어, 하나의 인버터를 이용하여 다수개의 가열판을 가열시키고자 하는 것으로, 다수개의 가열판을 시분할 제어를 통하여 각각 가열시킬 수 있도록 하여 간섭음의 문제를 방지하고, 소프트 스위칭 방식을 이용 스위칭 손실을 줄일 수 있도록 한 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치에 관한 것이다.

종래 주파수 제어에 의한 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 하므로, 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 공진형 전자유도 가열 조리기를 제안하는 바, 공통된 정류수단으로부터 인가된 전원을 입력받아 하나의 가열판을 가열시킬 수 있도록 하는 내부 구성요소를 포함하는 모듈을 다수개 구성하고, 구성된 모듈의 병렬 접속 구성으로 이루어진 하나의 인버터 회로에 의하여 시분할 제어를 통한 다수개의 가열판을 가열시키도록 하므로서, 회로 구성요소를 최소화하며, 다출력 제어시 발생되는 간섭음을 방지하도록 하여 워킹 코일의 적절한 출력제어가 가능하도록 하며, 또한 소프트 스위칭 방식을 이용하여 스위칭 손실을 최소화하므로서, 스위칭 소자의 손실을 최소화할 수 있도록 하는 것이다.

Description

다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치

제1도는 종래 일반적인 전자유도 가열 조리 장치의 구성을 보인 회로도.

제2도는 본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치의 구성을 보인 회로도.

제3도는 본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치에 있어서, 워킹 코일(L12)이 동작하게 될 경우의 각 부 파형을 보인 도면으로서,

(a)∼(c)는 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 파형도.

(d)는 도면(a)∼(c)의 스위칭 파형에 의한 동작되는 워킹 코일의 전류변화 파형도.

(e) 는 공진콘덴서의 전압파형도.

(f) ∼(h)는 각 스위칭 소자의 전압 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 전원공급부 12 : 정류부

13, 13' : 인버터 모듈

본 발명은 전자 유도가열 조리기 있어, 가열판을 가열시킬 수 있도록 하는 각각의 인버터 모듈(Inverter Module)을 병렬로 접속하여 인버터 회로를 구성하고, 구성된 인버터회로로서, 각각의 인버터 모듈의 시분할 제어를 통하여 다수개의 가열판을 각각 가열시킬 수 있도록 하여 간섭음에 의한 문제를 방지하고, 소프트 스위칭(Soft Switching) 방식을 이용 스위칭 손실을 줄일 수 있도록 한 다출력 제어를 위한 공진형 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 바와 같이, 종래 전자유도 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 초크코일(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 스위칭하게 되는 트랜지스터(Q1, Q2)와, 트랜지스터(Q1, Q2)의 보호용으로 트랜지스터(Q1, Q2) 각각에 역병렬로 구성되는 다이오드(D1, D2)와, 공진 콘덴서(C2)와, (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 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 정류뷰(2)에서 정류된 전원은 초크 코일(L1) 및 콘덴서(C1)를 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 조리대상물을 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 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 수향하여 가열판을 가열시키게 되며, 이들 각각의 출력전력 제어는 상기에서 언급한 바와 같이 주파수제어를 통하여 듀티비를 변화시켜 이루어지게 된다.

이와같은 경우 인접한 워킹코일 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 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 공진형 전자유도 가열 조리기를 제안하는 바,

공통된 정류수단으로부터 인가된 전원을 입력받아 하나의 가열판을 가열시킬 수 있도록 하는 내부 구성요소를 포함하는 모듈을 다수개 구성하고, 구성된 모듈의 병렬 접속 구성으로 이루어진 하나의 인버터 회로에 의하여 시분할 제어를 통한 다수개의 가열판을 가열시킬 수 있도록 하므로서, 회로 구성요소를 최소화하며, 다출력 제어시 발생되는 간섭음을 방지하도록 하여 워킹 코일의 적절한 출력제어가 가능하며 경제성이 향산된 다출력 제어를 위한 전자유도 가열 조리 장치를 제공하고자 한 것이다.

또한, 소프트 스위칭 방식을 이용하여 스위칭 손실을 최소화하므로서, 스위칭 소자의 손실을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치의 구성은 전원공급수단과, 공급된 전원의 정류수단과, 상기 정류수단으로부터 정류된 전원을 입력받아 각각의 스위칭 동작을 하게 되는 다수의 인버터 모듈의 병렬접속으로 이루어지는 인버터 회로로서 이루어지게 되는 바,

도면 제2도는 상기 구성의 바람직한 실시예를 나타낸 도면으로서, 제2도를 참조하여 본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

전원공급부(11)와, 입력되는 전원을 정류하는 정류부(12)와, 정류된 전원의 평활 및 필터링을 수행하게 되는 초크 코일(L11) 및 콘덴서(C11)와, 평활된 전원을 별도의 스위칭전원에 의해 스위칭되어 출력하는 트랜지스터(Q11)와, 상기 트랜지스터(Q11)에 역병렬 접속되는 보호용 다이오드(D11)와, 스위칭 전원을 베이스로 입력받아 스위칭동작하게 되는 트랜지스터(Q12)와, 상기 트랜지스터(Q12)의 역병렬 다이오드(D12)와, 상기 트랜지스터(Q12) 또는 트랜지스터(Q11)중 어느 하나에 병렬접속되는 보조 공진용 콘덴서(C12)와, 상기 회로에 병렬로 접속되며, 스위칭동작하여 가열판을 가열시키는 인버터부 모듈(13, 13')이 구성되며, 상기 인버터 모듈(13)은 별도의 스위칭 전원을 입력받아 온/오프 스위칭하여 워킹 코일(L12)을 가열 제어동작시키는 트랜지스터(Q13)와, 상기 트랜지스터(Q13)에 역병렬접속되는 보호용 다이오드(D13)와, 워킹 코일(L12)과 공진하게 되는 콘덴서(C13)와, 스위칭 제어에 의해 상기 콘덴서(C13)와 공진하여 가열판을 가열시키는 워킹 코일(L12)과, 다이오드(D14, D15)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성에서는 하나의 인버터 모듈(13)의 구성만을 설명한바, 또 다른 하나의 인버터 모듈(13')도 같은 구성으로 되어 있으며, 상기와 같은 회로구성에 인버터 모듈(13)은 병렬로 추가 접속구성하여 다수의 가열판을 가열시킬 수 있도록 함을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치는 하나의 인버터 모듈에 하나의 워킹 코일을 구성하여 하나의 모듈단위로 하나의 가열판을 가열시킬 수 있도록 구성한 것으로, 모듈 단위의 구성을 n개 늘리면 가열시킬 수 있는 가열판도 n개로 되는 것이다.

도면 제3도는 워킹 코일(L12)의 가열예를 들어 즉, 인버터 모듈(13)이 동작하게 될 때의 각 부의 파형을 나타낸 도면으로서, 제3도를 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

초기상태 t0에서는 트랜지스터(Q14)는 오프 상태이고, 보조 공진 콘덴서(C12)의 전압은 입력전압과 같은 상태이며, 다른 공진소자들의 초기값은 0이다.

이때, 제3도의 (a)와 (b)에서와 같이, t0에서 트랜지스터(Q11, Q13)를 온시키면 입력되는 DC전원에 의하여 트랜지스터(Q11, Q13)를 통해 워킹 코일(L12)에는 제3도의 (d)에서와 같이 선형적으로 전류가 증가하게 된다.

이후, 어느 설정치에 이르러 영전압 조건에서 트랜지스터(Q11)를 오프시키게 되면, 워킹 코일(L12)에 축적된 전류에 의하여 보조 공진용 콘덴서(C12)와 워킹 코일(L12)은 아주 짧은 시간동안 공진을 하게 된다.

상기에서와 같이 공진이 진행되어 보조 공진용 콘덴서(C12)의 전압이 영까지 떨어지게 되면, 워킹 코일(L12)의 전류는 워킹 코일(L12)다이오드(D14)다이오드(D15)트랜지스터(Q13)워킹 코일(L12)의 경로로 순환(FreeWheeling)하게 된다.

이때, t3에서 트랜지스터(Q13)를 오프시키고, 트랜지스터(Q12)를 온 시키면, 워킹 코일(L12)과 콘덴서(C13)가 공진을 하게 된다.

이후, 워킹 코일(L12)의 전류는 반대방향으로 계속 공진을 해서 다시 콘덴서(C13)의 전압이 제3도의 (e)에서와 같이, 콘덴서(C13)의 전압이 상승하다 다시 영이 되면, t5에서 워킹 코일(L12)의 전류는 워킹 코일(L12)다이오드(D13)트랜지스터(Q12)의 경로로 다시 순환을 하게 된다.

상기와 같은 경로로 전류가 순환하게 될때, t6에서 트랜지스터(Q12)를 오프시키게 되면, 워킹 코일(L12)의 축적된 전류에 의하여 보조 공진용 콘덴서(C12)와 워킹 코일(L12)은 아주 짧은 시간동안 공진을 하게 되며, 이와같은 공지에 의하여 콘덴서(C12)에는 다시 입력전압과 같아지게 된다.

그리고, 워킹 코일(L12)의 잔류 전류는 트랜지스터(Q11)에 접속된 역병렬 다이오드(D11)를 통해 입력측으로 흐르게 되므로서, (d)에서와 같이 워킹 코일(L12)의 전류는 선형적으로 감소하게 된다.

이때, 트랜지스터(Q11, Q13)의 전압이 영이므로 t7의 영전압 조건에서 트랜지스터(Q11, Q13)를 다시 온시키게 된다.

상기와 같이 트랜지스터(Q11, Q13)가 또다시 온 스위칭되어 (d)에서와 같이, 워킹 코일(L12)의 전류가 영까지 떨어지게 되면 한 주기(1T)가 끝나게 된다.

상기와 같은 작용을 반복적으로 하면 적절한 전력이 워킹 코일(L12)에 전달되어지게 되는 것이다.

상기에서는 하나의 코일(L12)에 대한 동작과정을 설명한 것인바, 또하나의 워킹 코일(L13)도 상기의 작용과정에 의한 동작을 실행하게 되며, 인버터 모듈(13, 13')간의 시분할 제어에 의하여 하나의 인버터 모듈(13 또는 13')만을 동작시키도록 하므로서, 서로의 간섭음의 문제가 발생하지 않게 된다.

또한, 상기에서는 각각 하나의 워킹 코일을 구성한 2개의 인버터 모듈을 이용하여 2개의 가열판을 가열시킬 수 있는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치를 설명하였지만, 실제로 인버터 모듈을 병렬로 다수개 접속시켜 원하는 만큼의 가열판을 가열시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고, 소프트 스위칭방식을 이용하여 제어하게 되므로서, 제3도에서의 (e)~(h)에서 보면 스위칭 손실이 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이, 각각 하나의 워킹 코일을 구성한 인버터 모듈간의 시분할 제어를 통해 다수개의 가열판을 가열시킬 수 있도록 하므로서, 간섭음의 발생을 방지하고, 또한 소프트 스위칭 방식을 이용하여 스위칭 손실을 최소화 하므로서, 저소음의 특징을 가질 뿐만 아니라 인버터의 크기 및 경제성을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

또한, 일반적으로 가정에서 쓰이는 전자 유도 가열조리기의 경우 가열판이 점차 늘어가는 추세이므로서, 이의 본 발명을 적용하면 사용자의 욕구에 부합되는 기기의 설계가 가능하게 된다.

Claims (3)

1. 전원공급부(11)와, 입력되는 전원을 정류하는 정류부(12)와, 정류된 전원의 평활 및 필터링을 수행하게 되는 초크 코일(L11) 및 콘덴서(C11)와, 평활된 전원을 별도의 스위칭 전원에 의해 스위칭되어 출력하는 트랜지스터(Q11)와, 상기 트랜지스터(Q11)에 역병렬 접속되는 보호용 다이오드(D11)와, 스위칭 전원을 베이스로 입력받아 스위칭동작하게 되는 트랜지스터(Q12)와, 상기 트랜지스터(Q12)의 역병렬 다이오드(D12)와, 상기 트랜지스터(Q12) 또는 트랜지스터(Q11)중 어느 하나에 병렬접속되는 보조 공진용 콘젠서(C12)와, 상기 회로에 병렬로 접속되며, 스위칭동작하여 가열판을 가열시키는 인버터부 모듈(13, 13')이 다수개로 병렬구성되는 것을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 인버터 모듈(13)은 별도의 스위칭 전원을 입력받아 온/오프 스위칭하여 워킹 코일(L12)을 가열 제어동작시키는 트랜지스터(Q13)와, 상기 트랜지스터(Q13)에 역병렬접속되는 보호용 다이오드(D13)와, 워킹 코일(L12)과 공진하게 되는 콘덴서(C13)와, 스위칭 제어에 의해 상기 콘덴서(C13)와 공진하여 가열판을 가열시키는 워킹 코일(L12)과, 다이오드(D14, D15)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 구성된 인버터 모듈(13, 13')간의 출력제어는 시분할 제어를 통하여 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 공진형 전자유도 가열 조리 장치.