KR100218473B1 - 전자조리기의 스위칭회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 저항값 및 투자율을 갖는 알루미늄과 같은 비자성용기를 가열하기 위한 전자조리기의 스위칭회로에 관한 것으로, 종래에는 고가의 모스 전계효과트랜지스터(MOS FET)를 사용하므로 비용부담이 크고, 스위칭소자가 병렬로 구성되어 있어 소자의 언발란스(unbalance)로 인한 파손을 일으킬 수 있는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 일정한 폭을 갖는 펄스를 발생하는 외부 발진기인 타이머(100)와; 상기 타이머(100)에서 발생되는 펄스를 이용하여 스위칭소자 교번 동작시 동시에 온/오프되는 것을 방지하기 위한 데드타임을 조절하여 출력하는 데드타임 조절부(200)와; 상기 데드타임 조절부(200)에서 제공되는 펄스를 이용하여 스위칭소자를 발진시키기 위하여 ZVC(Zero Voltage Switching)을 수행하도록 하는 스위칭 발진부(300)와; 상기 스위칭 발진부(300)에서 출력되는 스위칭펄스를 일정시간 지연시킨 신호와 그 신호의 위상을 반전시킨 신호로 이루어진 순차제어신호를 출력하는 순차제어 구동부(400)와; 상기 순차제어 구동부(400)의 출력신호에 따라 4개의 스위칭소자를 교번동작시키기 위한 스위칭제어신호를 각각 출력하는 제1, 제2스위칭 구동부(501)(502)와; 상기 입력되는 상용전원(ac)을 다이오드를 이용하여 직류 전압으로 정류시키는 정류부(600)와; 상기 정류부(600)를 통해 정류된 직류전압을 입력받아 평활하는 평활부(700)와; 상기 평활부(700)를 통해 제공된 직류전압에 직렬로 구성된 역병렬 다이오드를 갖는 네 개의 스위치로 이루어지고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일에 공진전압을 제공하는 스위칭부(800)와; 상기 스위칭부(800)에 의한 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전자기 유도효과로 가열되어질 가열판에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 워킹코일(L1)로 구성하여, 저가인 범용 IGBT 소자를 스위칭하여 비자성용기를 가열할 수 있도록 함으로써 제품화 적용시 가격을 낮추고, 스위칭소자의 파손을 방지하도록 한 것이다.

Description

전자조리기의 스위칭회로

본 발명은 알루미늄과 같이 낮은 저항값과 투자율을 갖는 비자성용기를 가열하기 위한 전자조리기의 스위칭회로에 관한 것으로, 특히 범용 IGBT소자를 사용하여 비자성용기를 가열할 수 있도록 한 전자조리기의 스위칭회로에 관한 것이다.

종래 전자조리기의 스위칭 회로는, 도 1에 도시된 바와같이, 일정한 폭을 갖는 펄스를 발생하는 외부 발진기인 타이머(10)와; 상기 타이머(10)에서 발생되는 펄스를 이용하여 스위칭소자 교번 동작시 동시에 온/오프되는 것을 방지하기 위한 데드타임 조절부(20)와; 상기 데드타임 조절부(20)에서 제공되는 펄스를 이용하여 스위칭소자를 발진시키기 위하여 ZVC(Zero Voltage Switching)을 수행하도록 하는 스위칭 발진부(30)와; 입력되는 상용전원(ac)을 다이오드를 이용하여 직류 전압으로 정류시키는 정류부(50)와; 상기 정류부(50)를 통해 정류된 직류전압을 입력받아 역률개선을 위해 필터링 및 평활하는 LC필터(60)와; 상기 LC필터(60)를 통해 제공된 직류전압에 직렬로 구성된 역병렬 다이오드를 갖는 네 개의 스위치로 이루어지고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일에 공진전압을 제공하는 스위칭부(70)와; 상기 스위칭부(70)의 스위칭소자로 스위칭 제어신호를 공급하는 스위칭 구동부(40)와; 상기 스위칭부(70)에 의한 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전자기 유도효과로 가열되어질 가열판에 와전류를 유도시켜 용기(80)를 가열하도록 하는 워킹코일(L1)로 구성된다. 미설명부호 C1은 공진콘덴서이다.

이와같이 구성된 종래의 기술에 대하여 도 1 및 도 2에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

외부발진기로 이용되고 있는 타이머(10)에서 도 2의 a)에서와 같은 소정의 폭을 갖는 펄스(a점 파형)를 발생시키면, 데드타임 조절부(20)의 콘덴서(C4)와 저항(R1)에 의해 미분되어 도 2의 b)에서와 같은 펄스(b점파형)로 변한 후 연산증폭기(OP1)의 비반전단자(+)로 입력된다.

이때 상기 연산증폭기(OP1)의 반전단자(-)로 저항(R2)과 가변저항(VR1)에 의해 조정되는 기준전압을 입력받는다.

이렇게 비반전단자(+)와 반전단자(-)로 입력받은 연산증폭기(OP1)는 두 값을 비교하여 오차를 구하고, 그 구한 오차를 다시 연산증폭기(OP2)의 비반전단자(+)로 출력한다.

상기 연산증폭기(OP2)는 저항(R3-R5)에 의해 조정된 기준전압을 그의 반전단자(-)로 입력받아 두 값을 비교하여 얻은 값을 스위칭 발진부(30)로 출력한다.

이와같이 미분하고 연산동작을 행하여 출력시키는 이유는, 스위칭 소자(S1)(S2)가 동시에 온 또는 오프되지 않고, 제로(ZERO)인 상태에서 각각 스위칭될 수 있도록 데드타임을 설정하여 주는 것이다.

상기 데드타임 조절부(20)에서 출력된 펄스는 스위칭 발진부(30)의 노아게이트(NR1)(NR2)를 거쳐 도 2의 c)에서와 같은 펄스(c점파형)를 만들어 출력한다.

상기 c점파형은 디플립플롭(D/FF)의 클럭펄스 입력(Cp)과 또다른 노아게이트(NR3)(NR4)의 일측입력에 연결되어, 상기 입력펄스(Cp)가 상승일 때 디플립플롭(D/FF)의 데이터 입력단(D)으로 입력되는 펄스는 출력단(Q)으로 출력함에 있어, 상기 데이터 입력단(D)은 반전출력단

의 출력으로 입력한다.

따라서 상기 디플립플롭(D/FF)의 반전출력단

을 통해 도 2의 e)에서와 같은 펄스(e점파형)를 출력하게 되면, 그의 비반전출력단(Q)을 통해서는 도 2의 d)에서와 같은 펄스(d점파형)를 출력한다.

스위칭 구동부(40)에 입력되는 파형은 c점과 d점을 노아게이트(NR3)에서 입력으로 한 도 2의 f)에서와 같은 펄스(f점파형)와, d점과 e점을 노아게이트(NR4)에서 입력으로 한 도 2의 g)에서와 같은 펄스(g점파형)를 각각 입력으로 한다.

상기 f점과 g점에서 출력되는 파형을 비교해보면, 스위칭소자(S1,S2)가 동시에 온 또는 오프되는 것을 방지하기 위한 ZVS(ZERO VOLTAGE SWITCHING) 구간이 존재함을 알 수 있다.

상기 스위칭 구동부(40)가 출력하는 제어신호가 스위칭 발진부(30)의 f점 파형일 때, 하이high를 출력하면 스위칭부(70)의 스위칭소자(S1,S3)가 동작하고, 스위칭발진부(30)의 g점 파형일 때, 하이high를 출력하면 상기 스위칭부(70)의 스위칭소자(S2,S4)가 동작한다.

상기에서와 같이 스위칭소자(S1,S3),(S2,S4)가 교번동작하면 워킹코일(L1)과 공진콘덴서(C1)에 의해 LC공진을 일으켜 워킹코일(L1)의 윗면에 놓여진 용기(80)에 와전류를 인가시켜 유도가열시킨다.

이때 정류부(50)는 상용전원(ac)를 정류하여 직류 전압을 출력하고, 이 직류 전압은 LC필터(60)의 코일(L2)과 콘덴서(C4)를 통해 필터링 및 평활한 전압을 스위칭부(70)로 제공한다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 고가의 모스 전계효과 트랜지스터(MOS FET) 사용으로 제품화에 따른 비용부담이 크고, 스위칭소자가 병렬로 연결되어 있어 소자의 언발란스로 인한 파손을 일으킬 수 있는 문제점이 있다.

상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 범용의 IGBT 소자를 사용하여 제품화에 따른 가격 부담을 줄이고, 병렬 사용으로 인한 소자의 언발란스로 인한 파손을 방지할 수 있도록 한 전자조리기의 스위칭회로를 제공함에 있다.

도1은 종래 전자조리기의 스위칭회로 구성도.

도2는 도 1에서, 각 부의 입출력 신호 파형도.

도3은 본 발명 전자조리기의 스위칭회로 구성도.

도4는 도 3에서, 각 부의 입출력 신호 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 타이머 200 : 데드타임 조절부

300 : 스위칭 발진부 400 : 순차제어 구동부

401 : 지연부 402 : 디플립플롭

501 : 제1스위칭 구동부 502 : 제2스위칭 구동부

600 : 정류부 700 : 평활부

800 : 스위칭부 S1~S4 : 스위칭소자

L1 : 워킹코일 AD : 앤드게이트

C1 : 공진콘덴서

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 타이머에서 발생되는 펄스를 이용하여 상하의 스위칭소자가 동시에 온 또는 오프되는 것을 방지하기 위한 데드타임을 조절하는 데드타임 조절부와, 상기 데드타임 조절부의 데드타임을 이용하여 스위칭소자를 발진시키기 위한 신호를 생성하는 스위칭 발진부와, 상기 스위칭 발진부의 출력신호를 지연시킨 신호와 그 신호와 반대위상을 갖는 신호로 이루어진 순차제어신호를 출력하는 순차제어 구동부와, 상기 순차제어 구동부의 순차제어신호에 따라 스위칭소자가 교번동작하도록 하는 스위칭 구동부와, 상기 스위칭 구동부의 스위칭신호에 따라 스위칭소자인 IGBT를 제어하여 워킹코일과 공진콘덴서가 공진하도록 하는 스위칭부를 구비하여, 제품화에 따른 가격부담을 줄이고, 스위칭소자의 파손을 방지하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 전자조리기의 스위칭회로에 대한 일실시예로서, 이에 도시한 바와 같이, 일정한 폭을 갖는 펄스를 발생하는 외부 발진기인 타이머(100)와; 상기 타이머(100)에서 발생되는 펄스를 이용하여 스위칭소자 교번 동작시 동시에 온/오프되는 것을 방지하기 위한 데드타임을 조절하여 출력하는 데드타임 조절부(200)와; 상기 데드타임 조절부(200)에서 제공되는 펄스를 이용하여 스위칭소자를 발진시키기 위하여 ZVC(Zero Voltage Switching)을 수행하도록 하는 스위칭 발진부(300)와; 상기 스위칭 발진부(300)에서 출력되는 스위칭펄스를 일정시간 지연시킨 신호와 그 신호의 위상을 반전시킨 신호로 이루어진 순차제어신호를 출력하는 순차제어 구동부(400)와; 상기 순차제어 구동부(400)의 출력신호에 따라 4개의 스위칭소자를 교번동작시키기 위한 스위칭제어신호를 각각 출력하는 제1, 제2스위칭 구동부(501)(502)와; 상기 입력되는 상용전원(ac)을 다이오드를 이용하여 직류 전압으로 정류시키는 정류부(600)와; 상기 정류부(600)를 통해 정류된 직류전압을 입력받아 평활하는 평활부(700)와; 상기 평활부(700)를 통해 제공된 직류전압에 직렬로 구성된 역병렬 다이오드를 갖는 네 개의 스위치로 이루어지고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일에 공진전압을 제공하는 스위칭부(800)와; 상기 스위칭부(800)에 의한 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전자기 유도효과로 가열되어질 가열판에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 워킹코일(L1)로 구성한다.

상기에서 순차제어 구동부(400)는, 스위칭 발진부(300)의 두 개의 펄스신호중 하나의 펄스를 소정시간만큼 지연시키는 지연부(401)와; 상기 스위칭 발진부(300)의 두 개의 펄스신호중 또다른 하나의 펄스를 클럭펄스 입력단(Cp)으로 입력받아 그 클럭펄스의 상승시점일 때 데이터 입력단(D)으로 입력되는 펄스를 출력하다가 다음 주기의 상승시점일 때 출력되는 펄스를 출력하지 않도록 하는 디플립플롭(402)과; 상기 지연부(401)와 디플립플롭(402) 및 스위칭 발진부(300)의 또다른 하나의 펄스신호를 이용하여 스위칭제어 펄스를 생성하여 출력하는 스위칭제어펄스 생성부(403)로 이루어진다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

외부발진기로 이용되고 있는 타이머(100)에서 소정의 폭을 갖는 펄스를 발생시키면, 데드타임 조절부(200)에서 입력받아 미분동작과 연산동작을 행하여 스위칭부(800)의 윗단의 스위칭소자(S11,S12)와 아래단의 스위칭소자(S13,S14)가 동시에 온 또는 오프되는 것을 방지하고, 제로인 상태에서 각각 스위칭될 수 있도록 데드타임을 설정하여 스위칭 발진부(300)로 출력한다.

그러면 상기 스위칭 발진부(300)는 데드타임의 펄스를 이용하여 스위칭소자를 스위칭하기 위하여 도 4의 a),c)와 같은 펄스(a점,c점)를 생성하여 순차제어 구동부(400)로 각각 출력한다.

상기 a점파형은 순차제어 구동부(400)의 디플립플롭(402)의 클럭펄스 입력단(Cp)으로 입력됨과 아울러 지연부(401)에 입력된다. 상기 클럭펄스 입력단(Cp)으로 입력되는 신호의 상승시점일 때 온하고 다음 주기의 상승시점일 때 오프하도록 되어 있는 도 4의 d)에서와 같은 파형을 출력한다. 상기 디플립플롭(402)의 반전출력단

를 거쳐 출력되는 펄스는 비반전출력단(Q)의 펄스의 반대위상을 갖는 펄스를 출력한다.

상기 지연부(401)에 입력된 a점파형은 저항(R5), 다이오드(D1) 및 콘덴서(Ca)에 의해 소정시간 지연되어 도 4의 b)에서와 같은 펄스(b점파형)가 출력된다.

한편 스위칭 발진부(300)의 또다른 c점파형은 스위칭제어펄스 생성부(403)의 앤드게이트(AD2)(AD4)의 일측입력단으로 입력된다.

그리고 상기 지연부(401)의 출력파형(b점파형)은 스위칭제어펄스 생성부(403)의 또다른 앤드게이트(AD1)(AD3)의 일측입력단으로 입력된다.

그러면 상기 앤드게이트(AD1)(AD2)는 그의 타측입력단으로 디플립플롭(402)의 출력단(Q)의 펄스를 입력받아, 일측입력단으로 입력되는 펄스와 함께 앤드조합하고, 이 앤드조합한 신호(f,g점파형)를 출력하고, 상기 앤드게이트(AD3)(AD4)는 그의 타측입력단으로 디플립플롭(402)의

의 펄스를 입력받아, 일측입력단으로 입력되는 펄스와 함께 앤드조합하고 그 앤드조합한 신호(h,i점)를 출력한다.

상기 순차제어 구동부(400)의 앤드게이트(AD1,AD2,AD3,AD4)의 출력파형은

f점파형의 경우(도 4의 f)는 d점파형과 b점파형의 하이high 구간일때만,

g점파형의 경우(도 4의 g)는 d점파형과 c점파형의 하이high 구간일때만,

h점파형의 경우(도 4의 h)는 b점파형과 e점파형의 하이high 구간일때만,

i점파형의 경우(도 4의 i)는 e점파형과 c점파형의 하이high 구간일때만, 하이가 출력되고, 그 이외에는 로우가 출력된다.

그러면 제1스위칭 구동부(501)는 H1단자로 하이신호가 들어오면 하이신호를 스위칭부(800)의 스위칭소자(S1)로 출력하여 턴온시키고, L1단자로 로우신호가 들어오면 하이신호를 스위칭부(800)의 스위칭소자(S3)로 출력하여 턴온시킨다.

제2스위칭 구동부(502)는 H2단자로 하이신호가 들어오면 하이신호를 스위칭부(800)의 스위칭소자(S2)로 출력하여 턴온시키고, L2단자로 로우신호가 들어오면 하이신호를 스위칭부(800)의 스위칭소자(S4)로 출력하여 턴온시킨다.

결국 범용의 IGBT 스위칭소자(S1~S4)의 동작은 순차제어 구동부(400)의 f,g,h,i점 파형을 제1스위칭 구동부(501)와 제2스위칭 구동부(502)를 통하여 출력될 때 각각 스위칭소자 S1→S3→S2→S4 의 순서대로 순차적으로 동작됨을 알 수 있다.

결국 순차제어 구동부(400)와 제1, 제2스위칭 구동부(501)(502)에서 스위칭소자(S1~S4)를 교번 동작으로 스위칭하여 비자성용기를 가열할 수 있도록 한다.

이때 정류부(600)는 상용전원(ac)를 정류하여 직류 전압을 출력하고, 이 직류 전압은 평활부(700)는 상기 직류 전압을 평활한 전압을 스위칭부(800)로 제공한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 저가의 범용 IGBT 소자를 사용하여 비자성용기를 가열하도록 함으로써 제품화 적용시 가격을 낮추고, 스위칭소자의 파손을 방지하도록 한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 외부 타이머에 의한 펄스를 이용하여 데드타임을 만들어 스위칭소자를 구동시키도록 한 전자조리기에 있어서, 타이머에서 발생되는 펄스를 이용하여 상하의 스위칭소자가 동시에 온 또는 오프되는 것을 방지하기 위한 데드타임을 조절하는 데드타임 조절부와, 상기 데드타임 조절부의 데드타임을 이용하여 스위칭소자를 발진시키기 위한 신호를 생성하는 스위칭 발진부와, 상기 스위칭 발진부의 출력신호를 지연시킨 신호와 그 신호와 반대위상을 갖는 신호로 이루어진 순차제어신호를 출력하는 순차제어 구동부와, 상기 순차제어 구동부의 순차제어신호에 따라 스위칭소자가 교번동작하도록 하는 스위칭 구동부와, 상기 스위칭 구동부의 스위칭신호에 따라 스위칭소자인 IGBT를 제어하여 워킹코일과 공진콘덴서가 공진하도록 하는 스위칭부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자조리기의 스위칭회로.
2. 제1항에 있어서, 순차제어 구동부는 스위칭 발진부의 두 개의 펄스중 하나의 펄스를 입력받아 소정시간만큼 지연시켜 출력하는 지연부와; 상기 스위칭 발진부의 두 개의 펄스중 또다른 하나의 펄스를 클럭펄스 입력단으로 입력받아 상승시점일 때 데이터 입력단으로 입력되는 펄스를 온하여 출력하다가 다음주기의 상승시점일 때 출력되는 펄스를 오프시켜 출력되지 않도록 하는 디플립플롭과; 상기 지연부와 디플립플롭 및 상기 스위칭 발진부의 두 개의 펄스중 또다른 하나의 펄스를 각각 입력받아 스위칭소자를 제어하기 위한 스위칭제어펄스를 만들어 출력하는 스위칭제어펄스 생성부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자조리기의 스위칭회로.
3. 제2항에 있어서, 지연부는 저항, 다이오드 및 콘덴서로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자조리기의 스위칭회로.
4. 제2항에 있어서, 스위칭제어펄스 생성부는 앤드게이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자조리기의 스위칭회로.

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