KR100206793B1 - 유도 가열 조리기의 스위칭소자 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도 가열 조리기의 스위칭소자 구동방법에 관한 것으로, 종래에는 스위칭소자를 70KHz로 구동시 여러가지 어려움이 있고, 스위칭소자인 MOS FET는 가격이 비싸고 현재 시스템에 적합한 고전압, 고전류 정격을 갖는 소자가 없는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명은 인버터의 스위칭소자는 약 35KHz로 스위칭하면서 LC부하공진은 약 70KHz로 구동하도록 함으로써 고주파 스위칭도 기존의 스위칭소자로 가능하도록 한다.

Description

유도 가열 조리기의 스위칭소자 구동방법
제1도는 종래 유도 가열 조리기의 회로구성도.
제2도는 제1도에서, 스위칭소자 구동 파형도.
제3도는 제1도에서, 스위칭소자의 공진전류 파형도.
제4도는 본 발명에 의한 스위칭소자 구동 파형도.
제5도는 본 발명에 의한 스위칭소자의 공진전류 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 정류부 20 : 로우패스필터
30 : 인버터 40 : 스위칭소자 구동부
50 : 워킹코일 60 : 조리용기
S1, S2 : 스위칭소자 C : 공진콘덴서
본 발명은 알루미늄을 가열하기 위한 유도 가열 조리기에 관한 것으로, 특히 인버터 스위칭소자로는 약 35KHz로 스위칭시키고 워킹코일(L)과 공진콘덴서(C)에 의한 부하공진은 약 70KHz로 공지하도록하여 알루미늄과 같은 비자성 용기를 가열할 수 있도록 한 유도 가열 조리기의 스위칭소자 구동방법에 관한 것이다.
종래 유도 가열 조리기의 회로구성은, 제1도에 도시된 바와같이, 입력되는 교류전원(AC)을 정류하고 이 정류한 직류전압을 출력하는 정류부(10)와, 상기 정류부(10)의 출력에 대하여 필터링하여 필요없는 부분을 제거하는 로우패스필터(20)와, 입력되는 스위칭제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일에 공진전압을 제공하는 인버터(30)와, 상기 인버터(30)의 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열되어질 조리용기(60)에 와전류를 가열하도록 하는 워킹코일(50)과, 상기 인버터(30)에 소정의 주파수를 발생하기 위한 스위칭제어신호를 발생하는 스위칭소자 구동부(40)로 구성된다.
이와같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
알루미늄과 같은 비자성 용기를 가열하기 위한 유도 가열 조리기에 있어서, 알루미늄 부하의 특성을 보면 표피효과(Skin depth Effect) δ는
저항 Rs 는
가 된다.
그리고, 부하에 파워(P)특성을 보면
여기서, μr: 비투자율 e : 저항율 f : 주파수
N : 턴 수 i : 코일의 전류 P : 파워
알루미늄 부하를 가열하기 위한 파워 특성은 식(3)과 같은 식이 성립된다. 즉, 알루미늄 부하를 가열시키기 위해서는 제1도에서와 같은 인버터에 적용해서 유도 가열시키는데, 알루미늄 부하의 비투자율이 워낙 작기 때문에 인버터에 적용시킬때 주파수를 상승시켜야 알루미늄 용기가 가열된다.
따라서, 알루미늄이나 스텐레스 304계열로 된 비자성체 용기를 가열하기 위하여 먼저 220V의 교류전원이 입력되면 이를 정류부(10)에서 입력받아 다이오드를 이용하여 정류하고, 이 정류하여 얻어진 직류전압을 로우패스필터(20)로 제공한다.
이에 로우패스필터(20)는 정류부(10)로 부터 제공되는 직류전압에 대하여 인덕턴스(L1)와 콘덴서(C1)를 통해 로우패스필터링을 행하여 교류전원을 통하여 입력되는 노이즈를 제거한 전압을 인버터(30)로 출력한다.
그러면, 상기 인버터(30)는 스위칭 구동부(40)로 부터 제공되는 스위칭제어신호에 의해 스위칭소자(S1) 또는 (S2)를 제2a, b도에서와 같이 교번동작으로 동작시키면 상기 로우패스필터(20)로 부터 제공되는 직류전압에 의해 워킹코일(L) 및 공진 콘덴서(C)간에 공진을 일으키고, 이 공진전류는 스위칭소자(S1)과 (S2)에 교번하여 흐르는데 이때 상기 스위칭소자(S1)의 공진전류 파형과 스위칭소자(S2)의 공진전류 파형은 제3도에 도시한 바와같이 나타난다.
그러면, 스위칭소자의 주파수는 약 70KHz 정도가 된다.
다라서, 알루미늄과 같은 스텐레스 304계열로 된 조리용기(60)가 가열되어지과 그 조리용기(60)내의 음식물이 가열된다.
그러나, 상기와 같은 기술에 있어서, 스위칭소자를 70KHz로 구동하고자 할 경우 여러가지 어려움이 있고, 스위칭소자인 MOS FET는 가격이 비싸고 현재 시스템에 적합한 고전압, 고전류 정격을 갖는 소자가 없는 문제점이 있다.
따라서, 상기에서와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 스위칭소자 구동부에서는 주파수 35KHz를 구현하면서 실제로는 인버터에 적용된 LC공진을 70KHz로 구동할 수 있도록 한 유도 가열 조리기의 스위칭소자 구동방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 유도 가열 조리기의 스위칭소자 구동방법은, 비자성용기 가열시 35KHz의 20~30%의 온(ON) 듀티를 갖는 스위칭 제어신호를 스위치(S1)에 인가하고 스위치(S2)에는 20~30%의 오프(OFF)시간을 인가하여 가열수단이 발열하도록 하는 제1과정과; 상기 제1과정 후 스위치(S1)를 70~80% 오프시켜 일정한 데드 타임(Dead time)을 갖고 반대로 스위치(S2)는 70~80%의 온(ON)시간을 갖도록 하는 제2과정을 반복하여 가열수단이 발열하도록 하는 신호를 구동하여 스위칭소자(S1)와 스위칭소자(S2)를 교번하여 구동하도록 한다.
상기의 각 과정을 수행하기 위한 본 발명의 회로구성은 제1도에 도시한 구성과 동일하다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 220V의 교류전원이 입력되면 이를 정류부(10)에서 입력받아 다이오드를 이용하여 정류하고, 이 정류하여 얻어진 직류전압을 로우패스필터(20)로 제공한다.
이에 로우패스필터(20)는 정류부(10)로 부터 제공되는 직류전압에 대하여 인덕턴스(L1)와 콘덴서(C1)를 통해 로우패스필터링을 행하여 교류전원을 통하여 입력되는 노이즈를 제거한 전압을 인버터(30)로 출력한다.
그러면, 상기 인버터(30)는 스위칭 구동부(40)로 부터 제공되는 스위칭제어신호에 의해 스위칭소자(S1) 또는 (S2)를 스위칭시키는데, 본 발명에서는 제2도에 도시한 35KHz의 25%의 온(ON) 듀티(duty)를 갖는 스위칭신호 즉, 제4a도에서와 같은 스위칭 제어신호를 스위칭소자(S1)에 인가한다.
이렇게하여 워킹코일(L)및 공진 콘덴서(C)간에 공진을 일으키고, 이 공진전류는 스위칭소자(S1)에 흐르는데, 이때 흐르는 스위칭소자(S1)의 공진전류 파형은 제5a도에 도시한 바와 같다.
그런다음, 상기 스위칭소자(S1)에 20~30%의 온(ON)의 듀티를 가하고, 스위칭소자(S2)에는 20~30%의 오프(OFF)의 듀티를 갖도록 한 뒤 상기 스위칭소자(S1)은 오프시켜 일정한 데드 타임(Dead time : TD)을 갖도록 한다.
데드 타임(TD)이 경과하면 35KHz의 100%의 온(ON) 듀티중 70~80%의 오프(OFF) 듀티를 스위칭소자(S1)에 인가하고, 아울러 70~80%의 온(ON) 듀티를 스위칭소자(S2)에 인가하여 워킹코일(L)과 공진 콘덴서(C)간에 공진을 일으키도록 한다.
이때 공진전류는 스위칭소자(S2)에 흐르는데 상기 스위칭소자(S2)의 공진전류 파형은 제5b도에 도시한 바와 같다.
상기에서와 같이 스위칭소자(S1)에는 35KHz의 20~30%의 온(ON) 듀티를 가하고, 나머지 70~80%의 온(ON) 듀티를 스위칭소자(S2)에 인가하게 됨으로써 약 싸이클의 공진을 일으킴으로써 워킹코일(L)과 공진 콘덴서(C)에 의한 공진은 약 70KHz로 구동된다.
따라서, 알루미늄과 같은 비자성 용기(60)를 가열하고, 상기 비자성 용기(60)가 가열됨에 따라 그 안의 음식물이 가열된다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 인버터의 스위칭소자는 약 35KHz로 스위칭하면서 LC부하공진은 약 70KHz로 구동함으로써 고주파 스위칭도 기존의 스위칭소자로 가능하도록 한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 비자성용기 가열시 주파수의 20~30%의 온(ON) 듀티를 갖는 스위칭 제어신호를 스위치(S1)에 인가하고 스위치(S2)에는 20~30%의 오프(OFF)시간을 인가하여 가열수단이 발열하도록 하는 제1과정과; 상기 제1과정과 후 스위치(S1)를 70~80% 오프시켜 일정한 데드 타임(Dead time)을 갖고 반대로 스위치(S2)는 70~80%의 온(ON)시간을 갖도록 하는 제2과정을 반복하여 가열수단이 발열하도록 하는 신호를 구동하여 스위칭소자(S1)와 스위칭소자(S2)를 교번하여 구동하도록 함을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭소자 구동방법.
  2. 제1항에 있어서, 비자성용기 가열시 주파수는 35KHz를 기준으로 함을 특징으로 하는 유도 가열 조리기의 스위칭소자 구동방법.
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