KR100202562B1 - 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치에 관한 것으로, 종래에는 주파수 제어를 통해서 출력을 제어함에 따라 가령 각 가열판위에 다른 크기의 용기를 놓거나 또는 다른 출력을 내고 있을 경우에는 인접한 가열판 사이에서 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 입력전원의 역률을 높이기 위해 평활하여 일정한 직류전압을 출력하는 평활용 커패시터와, 상기 평활용 커패시터로 부터 입력되는 직류전압에 따라 발열하여 하나 이상의 가열판을 선택적으로 가열하는 워킹코일과 공진 커패시터로 이루어진 가열수단과, 별도의 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 상기 가열수단이 선택적으로 가열되도록 하는 스위칭수단으로 구성하여 하나 이상의 가열판을 가열할 때 가열판과 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거하여 보다 안정된 공간에서 조리를 수행할 수 있도록 한다.

Description

듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치
제1도는 종래의 다출력형 전자 유도 가열장치 회로구성도.
제2도는 본 발명 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치의 회로구성도.
제3도는 제2도에서, 워킹코일(Lr1) 구동시의 스위칭 상태 및 인덕터 전류 파형도.
제4도는 본 발명에서 4개의 가열판을 갖는 전자 유도 가열장치의 일실시예.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 가열부 200 : 스위칭부
S1-S8 : 스위치 Cf: 필터 커패시터
본 발명은 다출력 전자 유도 가열장치에 관한 것으로, 특히 여러개의 가열판을 사용할 경우 인접한 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거하고 대출력을 얻기 위해서 하나의 인버터로 2개 또는 4개의 가열판을 제어하도록 한 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치에 관한 것이다.
종래 다출력형 전자 유도 가열장치의 회로구성은, 제1도에 도시된 바와같이, 입력되는 상용전원(AC)를 2배의 주파수를 갖는 맥류전압으로 정류시켜 출력하는 정류부(1a)와, 상기 정류부(1a)를 통해 정류된 직류전압과, 입력전압의 역률을 개선하기 위해 맥류전압을 필터링하는 필터부(2a)와, 상기 필터부(2a)로 부터 필터링된 전압에 직렬로 구성된 역병렬 다이오드를 갖는 두개의 스위치(S1~S2)로 이루어지고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일에 공진접압을 제공하는 인버터부(3a)와, 상기 인버터부(3a)에 의한 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열되어질 가열판에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 워킹코일(Lr1)로 이루어진 가열장치(10a)(10b)가 여러개 병렬로 연결되어 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
입력되는 상용전원(AC)을 정류부(1a)에서 브릿지 다이오드를 이용하여 정류시키고, 이때 만들어진 맥류전압은 필터부(2a)의 필터 인덕터(Lf1)와 커패시터(Cf1)에 의해 필터링되어 깨끗한 맥류전압으로 만들어진다.
이렇게 만들어진 맥류전압이 인버터부(3a)에 공급되는 상태에서, 먼저 스위치(S2)를 온시키면 공진탱크에 입력전압이 가해지고 워킹코일(Lr1)의 전류가 공진에 의해서 증가하고 공진 커패시터(Cr1)에는 공진전류에 의해서 충전된다.
얼마후에 스위치(S2)를 오프하고 스위치(S1)를 온하게 되면, 상기 공진 커패시터(Cr1)의 충전에너지의 방전에 의해 워킹코일(Lr1)의 전류는 반대방향으로 흐르게 된다.
상기의 동작을 가청주파수 이상의 높은 주파수로 반복시켜 주면 워킹코일(Lr1)위에 있는 가열판에 적절한 출력을 전달할 수 있게 된다.
상기에서 인버터부(3a)의 스위치(S1)(S2)를 구동하기 위한 스위칭 구동신호는 미도시된 마이크로 프로세서에서 내보낸다.
이상의 동작에 의하여 1개의 가열판을 구동하게 되는데, 가령 여러개의 가열판을 구동할 경우에는 제1도에 도시한 가열장치(10a)를 상용전원(AC)에 가열장치(10b)와 같이 여러개 병렬로 연결하면 된다.
그러나, 상기에서와 같은 종래의 기술에 있어서, 일반적으로 유도 가열 조리시 주파수 제어를 통해서 출력을 제어함에 따라 가령 각 가열판위에 다른 크기의 용기를 놓거나 또는 다른 출력을 내고 있을 경우에는 인접한 가열판 사이에서 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하는 문제점과 각각 별개의 제어회로를 갖는 인버터로 각각 하나의 워킹코일에 전력을 공급하기 때문에 전체 시스템이 커지고 가격 또한 비싸지는 문제점이 있다.
따라서, 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 여러개의 가열판 사용시 가열판과 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거하여 보다 안정된 공간에서 조리를 수행할 수 있도록 한 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치 회로구성은, 제2도에 도시한 바와같이, 상용전원을 입력받아 입력전원의 역률을 높이기 위해 삽입된 LC필터의 출력전압을 갖는 필터용 커패시터(Cf)와, 역병렬 다이오드를 갖는 스위치6개가 세개씩 직렬로 연결(S1-S3) (S4-S6)되어 상기 필터용 커패시터(Cf)에 병렬연결되어 별도의 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 다수의 가열판을 선택적으로 가열할 수 있는 스위칭부(200)와, 두개의 워킹코일(Lr1, Lr2)과 각각 직렬로 연결된 공진 커패시터(Cr1, Cr2)가 있고 이중 스위치(S1)과 (S2)의 연결점과 스위치(S4)와 (S5)의 연결점 사이에, 나머지는 스위치(S2)와 (S3)의 연결점과 스위치(S5)과 (S6)의 연결점 사이에 각각 연결되어 별개의 가열부(100)으로 구성한다.
상기에서 가열부(100)는 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제1의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr1)과 공진커패시터(Cr1)로 구성된 제1가열부(100a)와, 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원으로 동작하여 제2의 가열판을 가열하는 워킹코일(Lr2)과 공진 커패시터(Cr2)로 구성된 제2가열부(100b)로 구성하고, 스위칭부(200)과 제어신호에 따라 온/오프 스위칭 동작하여 상기 제1,2가열부(100a, 100b)가 독립적으로 가열동작을 수행할 수 있도록 전원을 공급하는 스위치(S1-S6)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도에는 도시하지 않았지만 정류부에서 상용전원(AC)을 정류하고, 이 정류한 전원을 필터용 커패시터(Cf)가 입력받아 필터링하고, 그 필터링한 맥류전압을 가열부(100)로 공급한다.
이때 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우, 스위칭부(200)의 제3스위치(S3)와 제6스위치(S6)를 계속 온시키고 나머지 스위치들 S1,S2,S4,S5로 하나의 풀-브릿지를 구성하고, 워킹코일(Lr2)만 구동할 경우 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)를 계속 온시키고 나머지 스위치들 S2,S3,S5,S6 으로 다른 하나의 풀-브릿지를 구성하여 동작하도록 하며, 상기 두개의 워킹코일(Lr1)(Lr2)은 간섭음을 제거하기 위해서 시분할로 제어한다.
즉, 항상 한개의 워킹코일만 구동되도록 하고 두개의 워킹코일을 구동하기 위해서는 각각 정해진 시간동안 번갈아서 구동한다.
가령 가열부(100)의 제1가열부(100a)를 구성하는 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우 제3도에서와 같이 스위치들 S1,S2,S4,S5를 제어하고 제3스위치(S3)와 제6스위치(S6)를 온시켜 놓으면 상기 워킹코일(Lr1)에는 적절한 출력을 낼 수 있고, 제2가열부(100b)를 구성하는 워킹코일(Lr2)에는 전혀 유기되는 전류 및 전압이 없게된다.
부하측이 직렬공진회로로 구성되어 있기때문에 가청잡음을 없애고 적절한 출력을 내려면 공진주파수 이상에서 제어하는 상위-공진(Above Resonance) 제어를 해야한다.
즉, 제3도에서와 같이 제1스위치(S1)와 제5스위치(S5)를 동시에 온시키면 제1가열부(100a)의 워킹코일(Lr1)과 공진 커패시터(Cr1)의 공진탱크에 입력전압이 가해지고 워킹코일(Lr1)의 전류가 공진에 의해서 싸인파 모양을 가지며 증가한다.
스위칭 상태가 바꾸면 즉, 제1스위치(S1)와 제5스위치(S5)를 동시에 오프시키고 제2스위치(S2)와 제4스위치(S4)를 동시에 온시키면 상기 워킹코일(Lr1)과 공진 커패시터(Cr1)의 공진탱크에 반대방향으로 입력전압이 가해지고 워킹코일(Lr1)의 전류가 공진에 의해서 이번에는 반대방향으로 싸인파 모양을 가지며 증가한다.
이 경우 반대방향으로 전류가 증가하기 전에 제2스위치(S2)와 제4스위치(S4)의 역병렬 다이오드(D2)(D4)를 통해서 워킹코일(Lr1)의 전류가 영(ZERO)까지 떨어진다.
이때 제2스위치(S2)와 제4스위치(S4)를 동시에 온시키므로 영전압에서 스위칭이 이루어지므로 온손실이 없다.
미도시된 제어수단에 의해서 적절한 시간이 지나면 다시 처음 상태로 돌아온다.
만일 각 스위치의 턴오프 손실을 줄이기 위해 각 스위치에 보조공진 커패시터를 붙여주면 각 스위칭들 사이에 모든 스위치가 오프되는 데드타임을 갖게되고 이 기간 동안 공진탱크와 보조공진 커패시터가 공진을 해서 각 스위치가 영전압 조건에서 오프된다.
이렇게해서 워킹코일(Lr1)의 전류가 영이되면 한 주기가 끝난다.
이러한 동작을 반복함에 의해서 원하는 출력을 낼 수 있다.
만일 제2가열부(100b)의 워킹코일(Lr2)만 구동할 경우 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)를 온시켜 놓고 나머지 스위치들 S2,S3,S5,S6을 제어하게 되면 앞에서 설명한 동작을 통해서 워킹코일(Lr2)에 적절한 출력을 낼 수 있다.
이상에서와 같이 각 워킹코일들은 시분할 제어, 즉 어느 일정한 시간동안은 제1가열부(100a)의 워킹코일(Lr1)을 동작시키고 또 다른 일정한 시간동안은 제2가열부(100b)의 워킹코일(Lr2)을 동작시키는 제어로 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거할 수 있으며, 이 풀-브릿지형 구조로 하프-브릿지(Half Bridge) 구조로는 얻을 수 없는 높은 출력을 낼 수 있다.
그리고, 제4도에서와 같이 역병렬 다이오드를 갖는 스위치 세개와 두개의 공진탱크(Lr3와 Cr3, Lr4와 Cr4)를 삽입하면 하나의 인버터로 4개의 가열판을 갖는 전자 유도 가열장치를 구성한다.
이 경우 워킹코일(Lr1)만 구동할 경우 제3스위치(S3), 제6스위치(S6), 제9스위치(S9)를 온시키고 그 이외의 스위치들 S1,S2,S4,S5로 하나의 풀-브릿지를 구성하고, 제7스위치(S7)와 제8스위치(S8)는 제4스위치(S4)와 제5스위치(S5)의 스위칭 상태와 같게하면 된다.
그리고 워킹코일(Lr2)만 구동할 경우 제1,4,7스위치(S1,S4,S7)를 온시키고 그 이외의 스위치들 S2,S3,S5,S6 으로 다른 하나의 풀-브릿지를 구성하며 제8,9스위치(S8,S9)는 제5,6스위치(S5,S6)의 스위칭 상태와 같게 하면 된다.
또한 워킹코일(Lr3)와 (Lr4)도 앞에서 설명한 방식과 비슷하게 선택하면 각각에 맞는 풀-브릿지를 구성할 수 있다.
이 경우에도 시분할 제어를 통해서 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 두개 또는 네개의 가열판을 갖는 대출력 전자 유도 가열장치에서 스위치들을 시분할 제어하고, 이 제어에 의해 가열판 사이에서 발생하는 간섭음을 제거해서 주방에서 요리시 조용하게 조리를 행할 수 있도록 함과 아울러 대출력의 산업용 유도가열에도 응용할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 상용전원(AC)을 입력받아 입력전원의 역률을 높이기 위해 삽입된 LC필터의 출력전압을 갖는 필터용 커패시터(Cf)와, 역병렬 다이오드를 갖는 스위치 6개가 세개씩 직렬로 연결(S1-S3)(S4-S6)되어 상기 필터용 커패시터(Cf)에 병렬연결되어 별도의 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 다수의 가열판을 선택적으로 가열할 수 있는 스위칭부(200)와, 두개의 워킹코일(Lr1, Lr2)과 직렬로 연결된 공진용 커패시터(Cr1, Cr2)중 하나가 상기 스위치(S1)와 (S2)의 연결점과 스위치(S4)와 (S5)의 연결점 사이에 연결되고, 나머지 하나는 스위치(S2)와 (S3)의 연결점과 스위치(S5)와 (S6)의 연결점 사이에 연결되어 상기 스위칭부(200)에 의해 입력되는 전원에 따라 발열하여 하나 이상의 가열판을 가열할 수 있는 제1,제2가열부(100a)(100b)로 이루어진 가열부(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
  2. 제1항에 있어서, 별도의 역병렬 다이오드를 갖는 3개의 스위치(S7-S9)를 직렬로 구성하여 필터용 커패시터에 병렬로 연결하고, 두 개의 워킹코일과 각각 직렬로 연결된 공진용 커패시터가 하나의 스위치(S4)와 (S5)의 연결점과 스위치(S7)와 (S8)의 연결점 사이에 연결되고 다른 하나는 스위치(S5)와 (S6)의 연결점과 스위치(S8)와 (S9)이 연결점 사이에 연결하여 4개의 가열판을 동작시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 듀얼 풀-브릿지형 전자 유도 가열장치.
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