KR100226828B1 - 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기 - Google Patents

다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기 Download PDF

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Abstract

마이콤을 구비한 유도 가열 조리기에 있어서, 교류(AC)전원을 인가받아 정류 및 평활시켜 직류를 발생하는 직류전원 출력부와, 상기 직류전원 출력부에서 출력한 전원을 입력받아 적어도 하나 이상의 가열판을 가열하는 제 1 및 제 2가열부와, 상기 마이콤의 제어신호에 의해 스위칭 동작을 하여 가열판이 선택적으로 가열되도록 조절하는 스위칭부와, 상기 제 1 및 제 2가열부의 입력전압을 제한하는 클램핑(Clamping)부를 포함하여 간섭음을 제거하고 전체 시스템의 제조단가 및 크기를 줄일수 있는유도 가열조리기를 제공하는데 있다.

Description

다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기
본 발명은 유도 가열 조리기에 관한 것으로, 특히 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기에 관한 것이다.
일반적으로 유도 가열 조리기는 열원으로 유도 가열 조리기를 사용하는 조리기로서 유도가열 코일 구동부에 착탈가능하게 결합되어 있으며, 조리시 유도가열 코일 구동부에 의해 가열되는 본체를 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 조리기의 구동회로를 나타낸 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 유도 가열 조리기의 유도가열 코일 구동회로는 하나의 브릿지 다이오드(1'), 쵸크코일(Lf), 필터 캐패시터(Cf)로 이루어져 교류(AC)전원을 정류 및 평활시켜 직류전원으로 출력하는 직류전원 출력부(1)와, 상기 직류전원 출력부(1)에서 출력되는 직류전원을 제공받아 용기(도시생략)를 가열하는 유도가열 코일 구동부(2)로 구성된다.
상기 유도가열 코일 구동부(2)는 마이콤(도시생략)에서 출력되는 신호에 따라 유도가열 코일(Lr1)(Lr2)에 인가되는 전원전압 투입여부를 결정하는 트랜지스터(S1)(S2)(S3)와, 상기 트랜지스터(S1)(S2)(S3)의 출력전압을 평활하기 위한 공진 캐패시터(Cr1)(Cr2)의 공진 주파수에 따라 유도가열을 시작하는 유도가열 코일(Lr1)(Lr2)과, 상기 트랜지스터(S1)(S2)(S3)의 역전압을 방지하기 위해 연결된 역병렬 다이오드(D1)(D2)(D3)로 구성된다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 따라 유도가열 코일(Lr1)을 동작시키려면 트랜지스터(S2)를 온 상태로 유지하며 트랜지스터(S1)(S3)를 번갈아 온/오프 해주면부하에 적절한 출력을 낼 수 있다.
이때, 상기 트랜지스터(S1)(S3)는 하프 브릿지 스위치를 형성하고 유도가열 코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr1)는 공진탱크를 형성한다.
따라서, 트랜지스터(S2)는 온 되어 있으므로 유도가열 코일(Lr2)은 동작하지 않는다.
만일 유도가열 코일(Lr1)이 동작할 경우를 예를 들어 동작 설명을 하면 다음과 같다.
상기 트랜지스터(S3)를 온 시키면 공진탱크에는 입력전압(Vd)이 가해지고 유도가열 코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr1)의 공진에 의해서 유도가열 코일(Lr1)의 전류는 싸인파를 그리며 상승하게 된다.
또한, 공진 반주기가 끝나기 전에 트랜지스터(S3)를 오프시키면 역병렬 다이오드(D1)가 도통하여 공진탱크에는 0전압이 가해지고 계속된 공진에 의해 전류가 0으로 떨어진다.
상기 동작중에 트랜지스터(S1)는 0전압의 조건으로 온시키며 전류가 0이된 후 캐패시터에 저장된 에너지에 의해서 전과는 반대 방향으로 공진을 하게된다.
이 경우도 상기 경우와 마찬가지로 공진 반주기가 끝나기 전에 트랜지스터(S1)를 오프시키면 역병렬 다이오드(D2)(D3)가 도통하여서 공진탱크에는 입력전압 Vd가 가해지고 계속된 공진에 의해서 전류가 0으로 떨어진다.
이 동작중에 트랜지스터(S3)는 0전압 조건으로 온시키며, 유도가열 코일의 전류가 0이되면 스위칭 한 주기가 끝나고 같은 동작이 계속 반복된다.
또한, 유도가열 코일(Lr2)을 동작시키려면 트랜지스터(S1)를 온상태로 유지하고 트랜지스터(S2)(S3)를 번갈아 온/오프 해주면 부하에 적절한 출력을 낼 수 있으며, 이때 트랜지스터(S2)(S3)가 하프 브릿지 스위치를 형성하고 유도가열 코일(Lr2)과 공진 캐패시터(Cr2)가 공진탱크를 형성한다.
상기와 같은 동작에 의해 스위칭 트랜지스터를 시분할 제어함에 따라 유도가열 코일을 동작시킬 수 있고 간섭음 없이 원하는 출력을 얻을 수 있다.
종래 기술에 따른 유도 가열 조리기의 유도가열 코일의 구동회로는 동작시 복수개의 스위치를 통해서 전류가 흐르기 때문에 하나의 부하를 갖는 하프 브릿지 유도 가열 조리기에 비해서 열손실이 약 50%정도 증가하므로 전체 시스템의 크기가 커지고 제조 단가가 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 하나의 제어회로로 두 개 이상의 부하를 제어함으로써 전체 시스템의 크기 및제조단가를 최소화한다.
또한, 소프트 스위칭 방식을 이용하여 스위치 오프시의 손실을 최소로 하는 것과 클램핑(Clamping) 다이오드를 사용해서 공진 캐패시터의 정격 전압을 작게하여 캐패시터의 수급을 용이하게 하는 다부하를 갖는 저손실형 하프브릿지 유도 가열 조리기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 유도가열 조리기의 구동회로를 나타낸 회로도
도 2는 본 발명에 따른 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기의 회로도
도 3은 도 2의 트랜지스터 온/오프시 스윗칭 상태 및 각부의 파형을 나타낸 도면
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기 구동회로의 다른 실시예를 나타낸 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 직류전원 출력부 11 : 브릿지 다이오드
20 : 제 1가열부 20' : 제 2 가열부
30 : 스위칭부 40,40' : 클램핑(Clamping)부
50,50',50 : 버너모듈 Cr1, Cr2 : 공진 캐패시터
Lr1, Lr2 : 유도가열 코일 S1, S2 : 트랜지스터
D1, D2 : 역병렬 다이오드 Sc : 공통 트랜지스터
Dc1,Dc2 : 패싱 다이오드 DF1,DF2: 프리휠링 다이오드
DCL1,DCL2: 클램핑(Clamping) 다이오드
본 발명에 따른 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열장치에 있어서, 교류(AC)전원을 인가받아 정류 및 평활시켜 직류 전원을 출력하는 직류전원 출력부와, 상기 직류전원 출력부에서 출력된 직류전원에 따라 적어도 하나이상의 가열판을 선택적으로 가열하는 제 1 및 제 2가열부와, 상기 제 1 및 제 2가열부가 선택적으로 가열될수 있도록 조절하는 스위칭부와, 상기 제 1 및 제 2가열부의 보조공진 캐패시터의 입력전압을 제한하는 클램핑(Clamping)부를 포함하여 구성되어 하나의 인버터로 두 개 이상의 부하를 가열할 수 있는데 그 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기를 나타낸 회로도이고, 도 3은 도 2의 회로 구동시 스윗칭 상태 및 각부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기의 회로는 브릿지다이오드(11), 쵸크코일(Lf), 필터 캐패시터(Cf)로 이루어진 것으로 교류(AC) 전원을 정류 및 평활시켜 직류 전원으로 출력하는 직류전원 출력부(10)와, 상기 직류전원 출력부(10)에서 출력되는 직류 전원을 입력받아 용기(도시생략)를 가열하는 제 1 및 제 2가열부(20)(20')와, 상기 제 1 및 제 2가열부(20)(20')가 선택적으로 동작하도록 스위칭 동작을 하는 스위칭부(30)와, 상기 스위칭부(30)의 보조공진 캐패시터(Ca)의 입력전압을 제한해주는 복수개의 클램핑(Clamping)부(40)(40')로 구성된다.
상기 제 1 및 제 2가열부(20)(20')는 유도가열 코일(Lr1)(Lr2)과 출력전압을 평활하기 위한 공진 캐패시터(Cr1)(Cr2)가 연결되어 있다.
상기 스위칭부(30)는 전원전압 투입 여부를 결정하는 트랜지스터(S1)(S2)와, 상기 트랜지스터(S1)(S2)의 역전압을 방지하기 위해 연결된 역병렬 다이오드(D1)(D2)와 보조공진 캐패시터(Ca1)(Ca2)가 병렬로 연결되어 있다.
또한, 하나의 공통 트랜지스터(Sc)와, 상기 공통 트랜지스터(Sc)의 콜렉터에는 패스를 형성하는 다이오드(Dc1)(Dc2)가 연결된다.
상기 제 1 및 제 2가열부(20)(20')에는 프리휠링 패스(FreeWheeling Path)를 형성해주는 다이오드(DF1)(DF2)가 직렬로 연결되어 있다.
상기 복수개의 클램핑(Clamping)부(40)(40')는 공진 캐패시터(Cr1)(Cr2)의 전압을 입력전압으로 제한해주는 클램핑(Clamping) 다이오드(DCL1)(DCL2)로 구성된다.
또한, 상기 역병렬 다이오드(D2) 및 저손실을 위한 보조공진 캐패시터(Ca2)를 갖는 전원을 공급하는 트랜지스터(S2)와 공통스위치(Sc)의 패스를 형성해 주는 다이오드(Dc2)와, 유도가열 코일(Lr2)과, 공진 캐패시터(Cr2)와, 프리휠링 패스를 형성해주는 다이오드(DF2)와, 캐패시터의 전압을 입력전압으로 제한해주는 다이오드(DCL2)를 하나의 블록으로 설정하여 버너모듈(50)이라 한다.
상기 버너모듈(50)을 공통스위치(Sc)의 양단과 입력 필터 캐패시터의 음단자에 부하의 개수만큼 연결하여 세 개 또는 그 이상의 부하를 갖을수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기의 회로 동작은 먼저, 트랜지스터(S2)는 오프되고 트랜지스터(S1)가 온되면 제 1가열부(Lr1)(Cr1)에는 입력전압(Vd)이 인가되어 공진을 시작하므로 유도가열 코일(Lr1)의 전류가 상승한다.
이때, 공진 캐패시터(Cf1)의 전압이 입력 전압과 같아지면 다이오드(DCL1)가 온되어 이 전압을 입력전압(Vd)으로 클램핑(Clamping)하고 다이오드(DCL1)와 유도가열 코일(Lr1)과 트랜지스터(S1)순으로 프리 휠링(Free Wheeling)을 한다.
공진 반주기가 지나기 전에 상기 트랜지스터(S1)를 오프시키면 보조공진 캐패시터(Ca1)와 제 1가열부(Lr1)(Cr1)가 보조공진을 해서 다이오드(DF1)의 전압은 입력전압(Vd)에서 0 까지 떨어지고 그사이의 보조공진 캐패시터(Ca1)의 전압은 0에서 입력전압(Vd)까지 상승한다.
이후, 다이오드(DF1)가 도통되어 제 1가열부(Lr1)(Cr1)에는 0 전압이 가해지고, 공통 트랜지스터(Sc)를 0전압의 조건에서 온 시킨다.
따라서, 계속되는 공진에 의해 공진 전류가 0 으로 떨어지고 이번에는 반대방향으로 공진에 의한 공진전류가 증가한다.
상기 공진 반주기가 지나기 전에 공통 트랜지스터(Sc)를 오프시키면 보조공진 캐패시터(Ca1)과 유도가열 코일(Lr1)과, 공진 캐패시터(Cr1)와 보조공진을 해서 보조공진 캐패시터(Ca1)의 전압은 입력전압(Vd)에서 0까지 떨어지고 그 사이 다이오드(DF1)의 전압은 0 에서 입력전압(Vd)까지 상승한다.
그리고, 역병렬 다이오드(D1)가 도통되어 제 1가열부(Lr1)(Cr1)에는 입력전압(Vd)이 가해진다.
따라서, 계속 공진이 일어나며, 이때 트랜지스터(S1)를 0 전압 조건에서 온시킨다.
이때, 계속된 공진에 의해서 공진전류가 0 으로 떨어지면 한주기의 동작이 끝나고 같은 동작이 반복된다.
이렇게 유기된 전류에 의해 용기(도시생략)에 교류 자속이 가해지고, 상기 교류 자속에 의해서 용기(도시생략) 바닥에 맴돌이 전류라고 하는 와전류(eddy cuurent)가 발생하며, 상기 전류에 의해서 용기(도시생략)가 가열된다.
도 3은 도 2의 각 유도가열 코일의 구동시 스위칭 상태 및 각부의 파형을 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 만일 유도가열 코일(Lr2)을 동작시키려면 상기 동작과는 반대로 트랜지스터(S1)를 오프시키고 공통 트랜지스터(Sc)와 트랜지스터(S2)를 위에서 언급한 것과 같이 번갈아 온/오프 한다.
상기와 같은 동작에 의해 스위칭 트랜지스터를 시분할 제어 함에 따라 유도가열 코일을 동작시켜 두 용기(도시생략)를 동시에 가열할 수 있다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기 구동회로의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 도 2의 버너모듈(50)을 병렬로 하나(50') 또는 두 개(50)를 더 연결하면 세 개 또는 네 개의 부하를 갖는 유도 가열 조리기를 구성할 수 있다.
또한, 공진 캐패시터의 정격전압이 문제되지 않을 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이, 클램핑(Clamping) 다이오드를 제거해도 동일하게 동작하는 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기를 구성할 수 있다.
본 발명은 종래의 다출력형 유도 가열 조리기에서의 문제점인 간섭음을 제거하고, 하나의 인버터로 여러개의 부하를 구동하므로 전체 시스템의 구성이 간단하며, 보조공진을 통해서 스위치 오프시 스위칭 손실과 공통 스위치 작동시의 스위칭 손실을 최소화하여 저 손실화를 이룬다.
또한, 클램핑(Clamping) 다이오드를 사용하여 공진 캐패시터의 정격전압을 줄임으로써 저 가격화를 이룰수 있으며, 하나의 제어회로로 구현이 가능하므로 유도 가열 조리기의 제조단가를 낮출수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 교류전원을 인가받아 정류 및 평활시켜 직류전원을 출력하는 직류전원 출력부;
    상기 직류전원 출력부에서 출력된 신호에 따라 하나 이상의 가열판을 선택저으로 가열하는 제 1 및 제 2가열부;
    상기 마이콤의 제어 신호에 의해 스위칭 동작을하여 제 1 및 제 2가열부가 선택적으로 가열되도록 조절해주는 스위칭부;
    상기 제 1 및 제 2가열부의 공진 캐패시터 입력전압을 제한하는 복수개의 클램핑(Clamping)부로 구성됨을 특징으로 하는 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1가열부는 제 1 가열판을 가열하는 유도 가열코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr1)로 구성됨을 특징으로 하는 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 2가열부는 제 2의 가열판을 가열하는 유도 가열코일(Lr2)과 공진 캐패시터(Cr2)로 구성됨을 특징으로 하는 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭부는 직류전원 출력부의 캐패시터(Cf)에 병렬로 연결된 트랜지스터(S1)(S2) 및 공통 트랜지스터(Sc);
    상기 트랜지스터(S1)(S2)의 역전압을 방지하기 위해 병렬로 연결된 역병렬 다이오드(D1)(D2) 및 보조공진 캐패시터(Ca1)(Ca2);
    상기 공통 트랜지스터(Sc)의 턴온시 부하별 패스를 형성해주는 다이오드(Dc1)(Dc2);
    상기 제 1 및 제 2가열부의 프리휠링 패스(Free Wheeling Path)를 형성해주는 다이오드(DF1)(DF2)로 구성됨을 특징으로 하는 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 클램핑(Clamping)부는 공진 캐패시터(Cr1)(Cr2)의 입력전압을 제한하는 클램핑(Clamping) 다이오드(DCL1)(DCL2)로 구성함을 특징으로 하는 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 클램핑(Clamping) 다이오드(DCL1)(DCL2)는 공진 캐패시터(Cr1)(Cr2)의 전압이 입력전압보다 커질때만 동작함을 특징으로 하는 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 클램핑(Clamping) 다이오드(DCL1)(DCL2)를 제거해도 동일하게 작동됨을 특징으로 하는 다부하를 갖는 저손실형 하프 브릿지 유도 가열 조리기.
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