KR0179536B1 - 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열 조리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 유도가열 조리가 있어, 하나의 인버터 회로로서 두 개의 워킹 코일을 동작시킬 수 있도록 하여 회로의 구성을 최소화하고, 두 개의 워킹 코일의 출력제어를 실행하게 될 때 발생하게 되는 간섭음을 방지하며, 또한 스위칭 손실을 줄일 수 있도록 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 동작 주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹 코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않게 되며, 또한 각각의 구성된 인버터 만큼 정류수단과 입력단의 정류수단으로 부터의 전압을 평활 및 필터링하게 되는 L.C필터를 구성하여야만 함으로서, 전체 회로가 복잡하게 되며, 기기구성에의 경제성이 결여되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 다출력제어를 위한 전자유도 가열조리 장치에 있어서 발생되는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 할프 브리지형 전자유도 가열 조리기를 제안하는 바, 두 개의 할프 브리지형 인버터를 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로를 구성하고, 각각의 서로 다른 DC전원 공급원으로부터 전원을 인가받아 구성된 각각의 워킹 코일을 동작시키도록 하므로써, 회로구성을 최소화 하여 하나의 인버터로서, 두 개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하고, 시분할 제어를 통하여 각각의 워킹 코일의 출력제어를 이루도록 하므로서, 가열판간의 간섭음의 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.

Description

다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Brides)형 전자유도 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 전자 유도 가열 조리 장치의 구성을 보인 회로도.

제3은 (a)~(c)는 본 발명에 있어서, 워킹 코일(L11)이 동작하게 될 경우의 스위칭 소자의 온/오프 스위칭에 따라 변화되는 워킹 코일(L11)의 전류 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

C11,C12,C14,C15 : 보조 공진용 콘덴서 C13,C16 : 주 공진용 콘덴서

L11,L12 : 워킹 코일 Q11,Q12,Q13,Q14 : 트랜지스터

본 발명은 전자 유도 가열 조리기에 있어, 할프 브리지형 인버터를 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로로서 두 개의 워킹 코일을 동작시킬 수 있도록 하여 회로의 구성을 최소화하고, 두 개의 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 인버터 회로를 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 전원 공급부(1)를 구성하며, 상기 전원공급부(1)을 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 입력 받아 스위칭 하게 되는 트랜지스터(Q1,Q2)와, 트랜지스터(Q1,Q2)의 보호용으로 트랜지스터(Q1,Q2) 각각에 역병렬로 구성되는 다이오드 (D1,D2)와, 공진콘덴서(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.

이와 같은 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 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, 튜티(Duty)비의 변화에 따라 워킹 코일(Lr1)에 흐르는 전류를 제어 하게 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 주파수 제어를 통하여 듀티비를 변화시켜 이루어지게 된다.

이와 같은 경우 인접한 워킹 코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹 코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않게 되며, 또한 각각의 구성된 인버터만큼 정류수단과 입력단의 정류수단으로 부터의 전압을 평활 및 필터링하게 되는 L,C필터를 구성하여야 만 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.

두 개의 할프 브리지형 인버터를 직렬로 연결하여 입력측에 병렬구성하여 하나의 인버터 회로를 구성하고, 각각의 서로 다른 DC전원 공급원으로부터 전원을 인가받아 구성된 각각의 워킹 코일을 동작시키도록 하므로서, 회로 구성을 최소화하고, 시분할 제어를 통하여 워킹 코일의 출력제어를 이루도록 하므로서, 가열판간의 간섭음의 발생을 방지하고자 하여, 하나의 인버터 회로로서, 두 개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열 조리 장치의 구성은 할프 브리지형 인버터 회로를 직렬로 연결하여 입력측에 병렬로 구성하고, 병렬로 구성된 할프 브리지형 인버터 회로 각각에 DC전원 공급부를 두고, 각각의 인버터를 시분할 제어를 통하여 출력제어를 하는 구성으로 이루어지게 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.

별도의 스위칭 전원을 입력받아 온/오프 스위칭하게 되는 트랜지스터(Q11,Q12)와, 상기 트랜지스터(Q11,Q12)에 역병렬 접속 되어지는 다이오드(D11,D12)와, 상기 트랜지스터(Q11,Q12)에 병렬접속되어지는 보조 공진용 콘덴서(C11,C12)와, 상기 트랜지스터(Q12)에 병렬접속 되어 공진하는 콘덴서(C13) 및 워킹 코일(L11)의 구성요소를 포함하는 할프 브리지형 인버터를 구성하며,

상기 구성된 할프 브리지형 인버터를 병렬로 접속구성하여 하나의 인버터 회로를 구성하고, 구성된 각각의 인버터에 각각의 서로 다른 전원부(V1,V2)로부터 전원이 공급되어지도록 하게 된다.

이와 같은 구성의 본 발명 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열장치는 각각의 서로 다른 전원공급부(V1,V2)로부터 전원이 공급되어 시분할 제어를 통하여 각각의 인버터가 동작되어지게 되는 것으로,

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

전자의 하위 공진의 경우는 L,C공진주파수보다 낮은 스위칭 주파수로 동작시키는 것이고, 후자의 상위 공진의 경우는 L,C공진주파수보다 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 되는 데, 본 발명에서도 상위 공진을 이용하여 동작하는 할프 브리지형 인버터를 병렬로 구성하여 본 발명 장치를 구현한 것이다.

그러면, 도면 제3도를 참조하여 본 발명 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

두 개의 워킹 코일(L11,L12)의 동작과정 및 동작조건은 동일하며, 이에 워킹 코일(L11)만이 동작하게 될 경우에 대하여 설명하면, 초기상태에서 트랜지스터(Q12,Q13)는 오프상태이고, 트랜지스터(Q14)는 온시켜 놓게 된다.

이때, 트랜지스터(Q14)를 켜놓게 되는 이유는 워킹 코일(L11)이 동작하게 될 때, 콘덴서(C16)와 워킹 코일(L12)에 유기되는 전압을 방지하기 위함이다.

이후, 트랜지스터(Q11)를 온 시키게 되면, 트랜지스터(Q11)를 통해 콘덴서(C13)와 워킹 코일(L11)이 공진을 하게 된다.

상기에서와 같이, 공진이 계속이루어진후, 일정시간이 경과하여 트랜지스터(Q11)를 오프시키면, 콘덴서(C13), 워킹 코일(L11) 그리고 보조 공진 콘덴서(C11,C12)까지 함께 공진이 이루어진다.

여기서, 보조 공진 콘덴서(C11)는 충전을 실행하게 되며,다른 또 하나의 보조 공진 콘덴서(C12)는 방전을 실행하게 된다.

이때, 보조 공진 콘덴서(C12)의 전압이 0이 되면, 트랜지스터(Q12)에 역병렬로 접속된 다이오드(D12)가 도통되어지게 되어, 다이오드(D12)를 통해 워킹 코일(L11)의 전류가 순환되면서, 전류가 감소하게 된다.

상기에서와 같이, 다이오드(D12)가 도통된 상태에서 트랜지스터(Q12)를 온시켜 주게 되고, 트랜지스터(Q12)가 온 스위칭되면, 다시 콘덴서(C13)와 워킹 코일(L11)이 공진을 하게 된다.

이후, 전류의 방향이 바뀌면서 공진이 계속이루어져서 일정시간이 경과하면 트랜지스터(Q12)를 오프시켜, 한 주기(1T)를 완료하게 되며, 트랜지스터(Q12)가 오프되어지면, 보조 공진용 콘덴서(C11,C12)와 콘덴서(C13) 그리고 워킹 코일(L11)이 다시 공진을 하게 된다.

이때에는 상기에서와 반대로 보조 공진용 콘덴서(C11)가 방전을 실행하게 되고, 보조 공진용 콘덴서(C12)가 충전을 실행하게 된다.

이와 같이 콘덴서(C11)의 방전이 진행되어지면서, 콘덴서(C11)의 전압이 0이되면, 트랜지스터(Q11)에 역병렬 접속되어 있는 다이오드(D11)가 도통되어지게 되어, 워킹 코일(L11)의 전류는 다이오드(D11)를 통해 선형적으로 감소하게 되며, 또다시 트랜지스터(Q11)를 온 시키게 되는 것이다.

상기와 같은 과정을 반복하게 되면, 워킹 코일의 전류의 변동은 일정한 싸인(Sine) 파형을 이루게 된다.

본 발명은 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지형 전자유도 가열 조리 장치의 동작은 할프 브리지 인버터와 동일하게 상위 공진을 이용하여 각각의 스위칭소자에 역병렬 접속된 다이오드가 도통되어지게 될 때, 해당되는 스위칭 소자를 온 시키게 되며, 설정된 주파수에 맞게 오프시켜 주므로서, 각 스위칭소자의 온 타임은 동일하도록 하게 된다.

그리고, 하나의 스위칭 소자가 온 되어 있을 때, 다른 하나의 스위칭 소자는 오프시키게 되도록 하며, 또한 두 개의 스위칭 소자가 오프되어 있는 구간(데드 타임;Dead Time)을 두어서 보조 공진용 콘덴서와의 공진시간을 확보하여 주게 되는 것이다.

일반적으로 보조 공진용 콘덴서는 주 공진용 콘덴서에 비해서 열배이상 작기 때문에 데드 타임은 매우 작은 시간으로 이루어지게 된다.

상기에서와 같은 동작은 직렬로 접속된 같은 인버터에도 적용되어 동일하게 이루어지게 되며, 각각의 인버터의 출력제어를 즉, 워킹 코일(L11,L12)의 동작을 시분할 제어를 통하여 두 개의 인버터가 동시에 동작하지 않도록 하므로서, 두 개의 가열판을 동시에 사용하게 될 경우에도 간섭음은 발생하지 않게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 할프 브리지형 인버터를 병렬 구성하여 각각의 서로 다른 전원공급원으로부터 공급되는 전원에 의하여 동작하도록 하므로서, 기기의 회로구성이 간단하면서도 하나의 인버터로서 두 개의 가열판을 동작시킬 수 있으며, 또한 구성된 각각의 할프 브리지형 인버터에 대하여서도 시분할 제어를 통하여 간섭음의 문제 또한 방지할수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 별도의 스위칭 전원을 입력받아 온/오프 스위칭하게 되는 트랜지스터(Q11,Q12)와, 상기 트랜지스터(Q11,Q12)에 역병렬 접속되어지는 다이오드(D11,D12)와, 상기 트랜지스터(Q11,Q12)에 병렬접속되어지는 보조 공진용 콘덴서(C11,C12)와, 상기 트랜지스터(Q12)에 병렬접속되어 공진하는 콘덴서(C13) 및 워킹 코일(L11)의 구성요소를 포함하는 할프 브리지형 인버터를 구성하며, 상기 구성된 할프 브리지형 인버터를 직렬로 연결하여 입력측에 병렬로 접속구성하여 하나의 인버터 회로를 구성하고, 구성된 각각의 인버터에 각각의 서로 다른 전원부(V1,V2)로부터 전원이 공급되어지도록 하는 것을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자유도 가열 조리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구성된 각각의 할프 브리지형 인버터의 출력제어는 시분할 제어를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다출력 제어를 위한 듀얼 할프 브리지(Dual Half-Bridge)형 전자유도 가열 조리 장치.