KR100186471B1 - 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치에 관한 것으로, 종래에는 알루미늄과 같은 조리용기를 사용할 경우 공진주파수 80KHz에서와 같은 높은 시점에서 스위칭을 하게됨에 따라, 스위칭소자와 역방향으로 연결된 다이오드의 도통구간이 긴 스위칭소자의 전류를 갖게되는데, 이때 전류파형과 전압파형이 교차하는 시점 즉, 스위칭 턴오프 손실이 큼에 따라 인버터 손실을 저감시키게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 정류수단과 인버터 사이에 입력전압을 원하는 전압으로 다운시키는 벅 컨버터와 고주파를 차단하는 로우패스필터를 구성하여 전압을 낮춰줌으로써 스위칭소자의 턴오프시 손실을 줄여 알루미늄 가열시 가열효율을 증대시키도록 한다.

Description

유도가열조리기의 인버터손실 저감장치
제1도는 종래 유도가열조리기의 가열장치 회로구성도.
제2도는 제1도에서, V1의 전압파형도.
제3도는 제1도에 의한 파워 특성 곡선도.
제4도는 제1도에서, 스위칭소자(S1)에 걸리는 전류 및 전압파형도.
제5도는 본 발명 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치 회로구성도.
제6도는 제5도에서, S3스위칭에 따른 V1의 전압파형도.
제7도는 제5도에 따른 파워특성 곡선도.
제8도는 제5도에서 스위칭소자(S1)에 걸리는 전류 및 전압파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 정류부 20 : 제1로우패스필터
30 : 인버터 40 : 조리용기
50 : 스위칭소자 구동부 60 : 벅 컨버터
70 : 제2 로우패스필터 80 :
L : 워킹코일 C3 : 공진콘덴서
본 발명은 알루미늄 또는 스텐레스 304계열로 된 비자성체 용기를 가열하고자 하는 유도가열조리기에 관한 것으로, 220V의 입력전압 인가시부하의 특성에 따른 인버터의 스위칭손실을 저감시키도록 한 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치에 관한 것이다.
종래 유도가열조리기의 가열장치 회로구성은, 제1도에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류전원(AC)을 정류하고 이 정류한 직류전압을 출력하는 정류부(1)와, 상기 정류부(1)의 출력에 대하여 필터링하여 필요없는 부분을 제거하는 제1 로우패스필터(2)와, 입력되는 스위칭제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일에 공진전압을 제공하는 인버터(3)와, 상기 인버터(3)의 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열되어질 조리용기(4)에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 워킹코일(L)과, 상기 인버터(3)에 소정의 주파수를 발생하기 위한 스위칭제어신호를 발생하는 스위칭소자 구동부(5)로 구성된다.
이와같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
알루미늄이나 스텐레스 304계열로 된 비자성체 용기를 가열하기 위하여 먼저 220V의 교류전원이 입력되면 이를 정류부(1)에서 입력받아 다이오드를 이용하여 정류하고, 이 정류하여 얻어진 직류전압을 제1 로우패스필터(2)로 제공한다.
이에 상기 제1 로우패스필터(2)는 정류부(1)로 부터 제공되는 직류전압에 대하여 인덕턴스(L1)와 콘덴서(C1)를 통해 로우패스필터링을 행하여 불필요한 부분을 제거한 전압(V1)을 인버터(3)로 출력하는데, 그 출력전압(V1) 파형은 제2도에 도시한 바와같다.
그러면, 상기 인버터(3)는 스위칭 구동부(5)로 부터 제공되는 스위칭 제어신호에 의해 스위칭소자(S1) 또는 (S2)를 교번동작으로 동작시키면 상기 로우패스필터(2)로 부터 제공되는 직류전압에 의해 워킹코일(L)및 공진 콘덴서(C3)가 연속적인 공진상태로 되어진다.
따라서, 워킹코일(L)에는 큰 공진전류가 흐르게 된다.
상기 공진전류에 의해 워킹코일(L)에서는 자장이 발생하고 그 자장에 의한 전자기 유도효과로 인해 가열되어질 조리용기(4)에 와전류가 유도되어 상기 조리용기(4)가 가열되어지고, 그 조리용기(4)내의 음식물이 가열된다.
이때 입력전압으로 220V가 인가됨에 따라 공진주파수시, 즉 스위칭소자(S1)(S2)에 연결된 보조 다이오드(D1)(D2)의 도통시간이 없는 시점에서 최대출력 파워를 발생하게 되고, 그때가 제3도에서 도시된 바와 같이 약 450W정도가 된다.
따라서, 제2도에 도시한 바와같이 필터링된 전압(V1)을 인버터(3)로 제공하게 되면 제3도에서와 같이 공진주파수 80KHz에서와 같은 높은 시점에서 스위칭을 하게됨에 따라, 제4도에서와 같이, 다이오드 도통구간이 긴 스위칭소자의 전류를 갖음을 알 수 있다.
따라서, 전류파형과 전압파형이 교차하는 시점 즉, 스위칭 턴오프 손실이 큼에 따라 인버터 손실을 저감시키게 된다.
이때의 턴오프 손실은 약 50W정도가 되고, 스위칭소자가 2개이므로 약100W 정도의 손실이 발생하므로 알루미늄 가열을 하고자하는 유도가열 조리기에 가열효율을 떨어뜨리는 원인이 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 220V의 입력전압 인가시 알루미늄의 특성에 따라 인버터의 스위칭손실을 줄이기 위한 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치 구성은, 제5도에 도시한 바와같이, 입력되는 교류전원(AC)을 정류하고 이 정류한 직류전압을 출력하는 정류부(1)와, 상기 정류부(1)의 출력에 대하여 필터링하여 원하는 부분만을 얻기위한 제1 로우패스필터(2)와, 상기 제1 로우패스필터(20)을 통한 입력전원 220V를 원하는 전압으로 다운시키는 벅 컨버터(60)와, 상기 벅 컨버터(60)의 동작을 제어하는 제어부(80)와, 상기 벅 컨버터(60)의 출력중 스위칭주파수에 대한 고조파를 차단하는 제2 로우패스필터(70)와, 상기 제2 로우패스필터(70)의 출력전압을 입력받고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭소자를 스위칭하여 워킹코일에 공진전압을 제공하는 인버터(30)와, 상기 인버터(30)의 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열되어질 조리용기(40)에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 워킹코일(L)과, 상기 인버터(30)에 소정의 주파수를 발생하기 위한 스위칭제어신호를 발생하는 스위칭소자 구동부(50)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
조리기를 사용자가 원하는 요리를 하고자 할때, 입력되는 220V의 교류전원을 정류부(10)에서 입력받아 정류하여 만들어진 직류전압을 제1 로우패스필터(20)로 제공한다.
그러면, 상기 제1 로우패스필터(20)는 직류전압에 대하여 필터링하여 벅 컨버터(6)로 출력한다.
이때 제어부(80)에서 벅 컨버터(60)의 스위칭소자(S3) 베이스로 하이상태의 스위칭 제어신호를 주면, 그 스위칭소자(S3)은 온되고 전류 i1는 코일(L2)를 통해 흐르고, 코일(L3)에 흐르던 전류(i2)는 다이오드(D4)를 통해 흐르므로 Vd전압을 OV되다가 i1의 전류가 i2의 전류와 같은 순간이 될때 다이오드(D4)는 전류가 흐르지 않게되고, Vd전압을 Vi와 같게 된다.
그리고, 로우상태의 스위칭 제어신호를 스위칭소자(S3)로 인가하면, 상기 스위칭소자(S3)는 오프되고 코일(L2)와 콘덴서(C7)에서 공진을 하게되고 다이오드(D3)가 온되는 시점에서 다시 스위칭소자(S3)를 오시켜 ZVC가 되게하고 이와같은 방식으로 반복을 하고 출력된 Vd전압은 코일(L3)과 콘덴서(C6)에 의해 평활하므로써 전압을 다운시키는 동작을 하게된다.
상기에서와 같은 동작으로 상기 제1 로우패스필터(20)로 부터 입력되는 220V의 입력전압을 약 120V의 전압으로 낮추어 제2 로우패스필터(70)로 출력한다.
상기 제2 로우패스필터(70)는 스위칭주파수에 대한 고조파를 차단하기 위하여 필터링을 행하고, 이렇게 필터링한 전압(V2)은 제6도에 도시한 바와같이 120V정도로 이를 인버터(30)로 제공한다.
따라서, 상기 인버터(30)의 스위칭소자(S1)(S2)로 흐르는 전류는 스위칭소자 구동부(50)로 부터 발생하는 스위칭 제어신호에 대응하여 구동되고 워킹코일(L) 및 공진 캐패시터(C3)가 인버터(30)에서 공급되는 직류전압에 의해 연속적으로 공진상태가 된다.
그러면, 상기 워킹코일(L)에는 큰 공진전류가 흐르게 된다.
상기 공진전류에 의해 워킹코일(L)에는 자장이 발생하고 그 자장에 의한 전자기 유도효과로 인해 가열되어질 조리용기(40)에 와전류가 유도되어 조리용기(40)가 가열되어 지고, 상기 조리용기(40)내의 음식물이 가열된다.
상기 벅 컨버터(60)와 제2 로우패스필터(70)에서 인가전압 220V를 120V전압으로 낮춰주므로써 제7 도에서와 같이 스위칭하고자 하는 주파수대는 거의 공진주파수(80KHz)대에 가까와지고, 이때 출력파워는 1200W가 된다. 그리고 제8도에서와 같이 다이오드 도통구간은 거의 없어지는 즉, 공진파형에 가깝게 되고 스위칭의 턴오프시 손실은 약 10W정도가 되므로, 스위칭소자가 2개이므로 약 20W 정도가 된다.
또한, 벅 컨버터(70)의 스위칭 컨덕션 손실과 스위칭 손실은 약 13W정도이므로 전체의 손실은 약 33W 정도가 된다.
결국, 종래와 비교하였을때 인버터의 손실은 약 67W정도를 알루미늄 가열을 위해서 소비할 수 있도록 함으로써 알루미늄 가열을 위한 유도가열조리기의 가열효율을 상승시키는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 정류수단과, 제1 로우패스필터, 인버터와 워킹코일을 갖춘 유도가열조리기에 있어서, 상기 제1 로우패스필터의 출력전압을 원하는 전압으로 다운시키는 벅 컨버터와 ; 상기 벅 컨버터의 동작을 제어하는 제어수단과; 상기 벅 컨버터의 출력중 스위칭주파수에 대한 고조파를 차단한 후 상기 인버터로 출력하는 제2 로우패스필터를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치.
  2. 제1항에 있어서, 벅 컨버터는 120V 정도로 낮추도록 함을 특징으로 하는 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 벅 컨버터는 제2 로우패스필터와 한쪽이 연결된 인덕턴스는 스위칭소자인 트랜지스터를 통해 또다른 인덕턴스와 연결하고, 상기 트랜지스터의 콜렉터와 에미터사이에 병렬연결된 역방향 다이오드와 콘덴서를 연결하고, 상기 트랜지스터의 베이스는 제어수단과 연결되어 구성함을 특징으로 하는 유도가열조리기의 인버터손실 저감장치.
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