KR100246418B1 - 대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기 - Google Patents

대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것으로, 종래에는 공진캐패시터의 가격이 비싸고, 공진캐패시터에 수천볼트의 과도한 전압이 걸려 주변회로 동작에 노이즈를 발생하기 쉬워 부품 배치에 많은 어려움이 따르는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 브리지 다이오드(BD)를 거쳐 입력되는 전압의 역률을 향상시키기 위한 직렬 연결된 제1, 제2필터 캐패시터(Cf1,Cf2)와, 역병렬 다이오드(D1,D2,D3,D4)와 캐패시터(C1,C2,C3,C4)를 갖는 직렬로 연결된 각각 두 개의 스위칭소자(S1,S2,S3,S4)와의 중심점에 병렬로 연결된 공진탱크(Lr1,Lr2,Cr1)와, 상기 제1,제2필터 캐패시터(Cf1,Cf2)의 중심점과 상기 공진탱크 사이에 연결되어 동작주파수를 선택하기 위한 부하 선택 릴레이(Ry)로 구성하여, 자성 및 비자성부하에 따라 대출력을 낼 수 있도록 한 것이다.

Description

대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기
본 발명은 자성 및 비자성 부하에 따라 사용되는 고압의 공진캐패시터 대신 범용의 필터 캐패시터를 사용하여 가격을 낮출 수 있도록 한 대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것으로, 특히 대출력을 얻을 수 있도록 한 대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것이다.
종래 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로 구성은, 도 1에 도시한 바와같이, 입력되는 상용전원(AC)을 브리지 다이오드를 이용하여 직류전압으로 정류시키는 정류부(10)와; 상기 정류부(10)를 통해 정류된 직류전압을 입력받아 역률개선을 위해 필터링 및 평활하는 LC필터(Lf와 Cf)와; 제어신호에 따라 스위칭하여 공진전압을 제공하는 정전원단자와 부전원단자 사이에 직렬 연결되는 제1,제2스위칭소자(S1)(S2)와; 두개로 분할되고 상기 제1,제2스위칭소자(S1)(S2)의 공통접속점에 연결되어 정류부(10)로 부터 공급되는 공진전압에 의해 조리용기에 와전류를 유도시켜 그 조리용기내의 음식물을 가열하는 워킹코일(Lr1)(Lr2)과; 상기 워킹코일(Lr2)에 연결되어 용기에 따른 주파수를 변화시키는 공진 캐패시터(Cr1)과; 상기 정전원단자와 부전원단자 사이에 직렬연결되어 입력되는 직류전압에 의해 워킹코일(L1)(L2)과 연속적으로 공진상태가 되어지는 공진 캐패시터(Cr21)(Cr22)와; 상기 워킹코일(Lr1)(Lr2)의 접속점과 공진 캐패시터(Cr21)(Cr22)의 접속점 사이에 연결되어 하나의 워킹코일만 동작시키거나 두개의 워킹코일 모두를 동작시키도록 선택 제어하는 부하 선택릴레이(Ry)로 구성된다.
이와같이 구성된 종래의 기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
기존에는 주로 강자성체인 철계용기만 가열되었으나 최근에는 비자성체인 알루미늄 용기등의 가열까지도 가능한 유도가열조리기에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
일반적으로 비자성체 용기를 가열하려면 철계용기에 비해서 워킹코일의 턴 수를 증가시키고 동작주파수를 증가시키는 것에 대해서는 잘 알려져 있다. 따라서 자성 및 비자성 용기를 모두 가열하려면 각 용기에 따라서 회로정수를 바꿔야 한다.
따라서, 자성부하시 부하 선택릴레이(Ry)를 온시켜 Lr1,Cr21,Cr22가 공진탱크를 형성하여 하프 브릿지로 동작하도록 하고, 비자성 부하시 부하 선택릴레이(Ry)를 오프시켜 Lr,Cr1,Cr21,Cr22가 공진탱크를 형성하여 또다른 하프 브릿지로 동작하도록 한다.
이에 대하여 먼저 비자성 부하시 동작에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저 비자성 부하시 부하 선택릴레이(Ry)는 오프되고, 제2스위칭소자(S2)는 오프되고 제1스위칭소자(S1)가 온되므로 공진탱크(Lr과 Cr1,Cr21,Cr22)에는 정류부(10)와 LC필터(Lf와 Cf)를 통해 정류 및 필터링된 직류전압(Vd)이 인가되고 이에따라 공진을 시작하여 워킹코일(Lr)에는 전류가 상승한다.
공진 반주기가 지나기 전에 제1스위칭소자(S1)를 오프시키면 상기 제1스위칭소자(S1)의 보조 캐패시터(Ca1,Ca2)가 공진탱크와 보조공진을 해서 보조 캐패시터(Ca2)의 전압은 Vd전압에서 영까지 떨어지고 그 사이 보조 캐패시터(Ca1)의 전압은 영에서 Vd까지 상승한다.
이후에 제2스위칭소자(S2)의 역병렬 다이오드(Da2)가 도통되어 공진탱크(Lr과 Cr1,Cr21,Cr22)에는 영전압이 가해진다.
그러면 공진 캐패시터에 충전된 전압에 의해서 계속 공진이 일어나고 이때 제2스위칭소자(S1)를 영전압의 조건에서 온시킨다.
계속된 공진에 의해서 공진전류가 영으로 떨어지고 이번에는 반대방향으로 공진에 의해서 공진전류가 증가한다.
공깁 반주기가 지나기 전에 제2스위칭소자(S1)를 오프시키면 보조 캐패시터(Ca1,Ca2)가 공진탱크(Lr과 Cr1,Cr21,Cr22)와 보조공진을 해서 보조 캐패시터(Ca1)의 전압은 Vd전압에서 영까지 떨어지고 그 사이 보조 캐패시터(Ca2)의 전압은 영에서 Vd까지 상승한다.
이후 제1스위칭소자(S1)의 역병렬 다이오드(Da1)가 도통되어 공진탱크(Lr과 Cr1,Cr21,Cr22)에는 전압 Vd가 가해진다.
그러면 계속 공진이 일어나고 이때 제1스위칭소자(S1)를 영전압의 조건에서 온시킨다.
계속된 공진에 의해서 공진전류가 영으로 떨어지면 한주기의 동작이 끝나고 같은 동작이 반복된다.
이렇게 유기된 전류에 의해서 부하에 발생한 와전류에 의해서 부하가 가열된다.
그리고, 자성 부하시에는 부하 선택릴레이(Ry)를 온시키고 동작은 상기의 동작과 동일하며 단지 차이점은 공진탱크가 Lr1,Cr21,Cr22로 이루어진다는 것이다.
이상에서와 같이 부하 선택릴레이(Ry)를 온 또는 오프시켜 워킹코일의 턴 수를 달리하여 자성 및 비자성용기를 모두 가열할 수 있도록 한다.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 공진캐패시터의 가격이 비싸고, 그 공진캐패시터에 수천볼트의 과도한 전압이 걸려 주변회로 동작에 노이즈를 발생하기 쉬워 부품 배치에 많은 어려움이 따른 문제점이 있다.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 대출력을 낼 수 있도록 한 대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 제공함에 있다.
도 1은 종래 자성 및 비자성 겸용 유도가열조리기의 회로 구성도.
도 2는 본 발명 대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로 구성도.
도 3은 도 2에서, 릴레이 및 스위칭소자의 상태를 보여주는 자성 및 비자성 모드 구분표.
도 4는 도 2에서, 자성모드시 워킹코일(Lr1) 구동에 따른 스위칭 상태 및 전류 파형도.
도 5는 도 2에서, 비자성 모드시 워킹코일(Lr1) 구동에 따른 스위칭 상태 및 전류 파형도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
BD : 브리지 다이오드 Cf1,Cf2 : 필터 캐패시터
Lr1,Lr2 : 워킹코일
Ry : 부하 선택 릴레이 S1~S4 : 스위칭소자
C1~C4 : 공진캐패시터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 브리지 다이오드를 거쳐 입력되는 전압을 둘로 나누기 위한 직렬 연결된 제1, 제2필터 캐패시터와, 역병렬 다이오드와 캐패시터를 갖는 직렬로 연결된 각각 두 개의 스위칭소자와의 중심점에 병렬로 연결된 공진탱크와, 상기 제1,제2필터 캐패시터의 중심점과 상기 공진탱크 사이에 연결되어 동작주파수를 선택하기 위한 부하 선택 릴레이로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 브리지 다이오드(BD)를 거쳐 입력되는 전압의 역률을 향상시키기 위한 직렬 연결된 제1, 제2필터 캐패시터(Cf1,Cf2)와, 역병렬 다이오드(D1,D2,D3,D4)와 캐패시터(C1,C2,C3,C4)를 갖는 직렬로 연결된 각각 두 개의 스위칭소자(S1,S2,S3,S4)와의 중심점에 병렬로 연결된 공진탱크(Lr1,Lr2,Cr1)와, 상기 제1,제2필터 캐패시터(Cf1,Cf2)의 중심점과 상기 공진탱크 사이에 연결되어 동작주파수를 선택하기 위한 부하 선택 릴레이(Ry)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시한 동작모드 구분표에서와 같이, 자성모드일 경우 릴레이(Ry)는 온하고 스위칭소자(S3,S4)는 오프상태에서 스위칭소자(S1,S2)의 교번 동작으로 이루어지고, 비자성모드일 경우 릴레이(Ry)는 오프되어 워킹코일(Lr1,Lr2)과 공진캐패시터(Cr1)가 공진탱크를 형성하도록 스위칭소자는 S1,S4가 한쌍으로, 또는 S2,S3가 한쌍으로 각각 교번동작하도록 구동되어 이루어진다.
이와같은 동작에 대하여 살펴보면, 먼저 자성모드일 경우 도 4의 (a)에서와 같이 제3,제4스위칭소자(S3,S4)가 오프된 상태에서, 제2스위칭소자(S2)는 오프되고, 제1스위칭소자(S1)는 온되면 워킹코일(Lr1)에는 입력전압의 반(Vd/2)이 인가되고, 상기 워킹코일(Lr1)의 전류( iLr1 )는 도 4의 (b)에서와 같이 선형적으로 상승한다.
상기 전류의 크기가 설정된 값에 이르면 제1스위칭소자(S1)을 영전압의 조건으로 오프시킨다.
그러면 보조 캐패시터(C2)의 전압이 Vd에서 0으로 떨어진다.
상기 보조 캐패시터(C2)의 전압이 0이 되면, 제2스위칭소자(S2)의 역병렬 다이오드(D2)가 온되고, 워킹코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 감소한다.
이때 제2스위칭소자(S2)를 영전압의 조건으로 온시킨다.
워킹코일(Lr1)의 전류는 도 4의 (b)에서와 같이 영까지 떨어졌다가 다음에는 반대방향으로 증가한다.
이 전류가 설정치에 이르면 제2스위칭소자(S2)를 영전압의 조건으로 오프시킨다.
그러면 보조공진 콘덴서(C1)의 전압이 Vd에서 0으로 감소한다.
상기 제1스위칭소자(S1)의 보조 캐패시터(C1)의 전압이 0이 되면 제1스위칭소자(S1)의 역병렬 다이오드(D1)가 온되고, 워킹코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 증가한다.
이 전류가 영이되면 한 주기의 동작이 끝나고 같은 동작이 반복된다.
그리고, 비자성모드일 경우, 부하 선택 릴레이(Ry)가 오프되어진 후 제2스위칭소자(S2)와 제3스위칭소자(S3)는 오프되고, 나머지 제1스위칭소자(S1)와 제4스위칭소자(S4)가 동시에 온된다.
그러면 공진탱크(L(=Lr1+Lr2)과 Cr1)에는 입력전압(Vd)이 인가되고, 공진을 시작하여 워킹코일(L)의 전류가 도 5의 (b)에서와 같이 상승하다.
공진 반주기가 지나기 전에 제1스위칭소자(S1)와 제4스위칭소자(S4)를 오프시키면 C1,C2,C3,C4,L,Cr1이 보조 공진을 해서 C2,C3의 전압은 Vd에서 영까지 떨어지고, 그 사이 C1,C4의 전압은 영에서 Vd까지 상승한다.
이후에 제2,제3스위칭소자(S2,S3)의 역병렬 다이오드(D2,D3)가 도통되어 공진탱크(L과 Cr1)에는 입력전압(Vd)이 역으로 가해진다.
그러면 입력전압(Vd)과 공진 캐패시터에 충전된 전압에 의해서 계속 공진이 일어나고, 이때 제2,제3스위칭소자(S2,S3)를 영전압의 조건에서 온시킨다.
계속된 공진에 의해서 공진전류가 영으로 떨어지고 이번에는 반대방향으로 공진에 의해서 공진전류가 증가한다.
공진 반주기가 지나기 전에 제2,제3스위칭소자(S2,S3)를 오프시키면 C1, C2, C3, C4, L,Cr1이 다시 보조공진을 해서 C1,C4의 전압은 Vd에서 영까지 떨어지고, 그 사이 C2,C3의 전압은 영에서 Vd까지 상승한다.
이후 제1,제4스위칭소자(S1,S4)의 역병렬 다이오드(D1,D4)가 도통되어 공진탱크(L과 Cr1)에는 입력전압(Vd)가 가해진다.
그러면 계속 공진이 일어나고, 이때 제1,제4스위칭소자(S1,S4)를 영전압의 조건에서 온시킨다.
계속된 공진에 의해서 공진전류가 영으로 떨어지면 한 주기의 동작이 끝나고 같은 동작이 반복된다.
이렇게 유기된 전류의 크기와 주파수에 따라서 교류자속이 발생하고, 이 자속에 의해서 부하에는 와전류가 발생한다.
그 와전류에 의한 주울열이 발생하게 되고, 그 열이 부하용기를 직접 가열한다.
따라서, 본 발명은 자성 및 비자성 부하에 따라 대출력을 낼 수 있도록 한 효과가
있다.

Claims (1)

  1. 브리지 다이오드(BD)를 거쳐 입력되는 전압의 역률을 향상시키기 위한 직렬 연결된 제1, 제2필터 캐패시터(Cf1,Cf2)와, 역병렬 다이오드(D1,D2,D3,D4)와 캐패시터(C1,C2,C3,C4)를 갖는 직렬로 연결된 각각 두 개의 스위칭소자(S1,S2,S3,S4)와의 중심점에 병렬로 연결된 공진탱크(Lr1,Lr2,Cr1)와, 상기 제1,제2필터 캐패시터(Cf1,Cf2)의 중심점과 상기 공진탱크 사이에 연결되어 동작주파수를 선택하기 위한 부하 선택 릴레이(Ry)로 구성된 것을 특징으로 하는 대출력 소프트 스위칭 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기.
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