KR100246419B1 - 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로에 관한 것으로, 종래에는 인접한 워킹코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않게 되는 문제점이 있고, 또한 구성된 인버터의 수 만큼 정류부와 입력단의 정류부로 부터의 전압을 평활 및 필터링하게 되는 LC필터를 구셩해야 되므로 스위칭 구동회로가 복잡하게 되고, 기기 구성에 경제성이 결여되는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 일정한 폭을 갖는 펄스를 발생하는 타이머(30)와, 상기 타이머(30)에서 출력되는 펄스를 일정시간 만큼 지연시켜 주는 펄스 지연부(31)와, 상기 타이머(30)와 펄스 지연부(31)에서 각각 출력되는 출력 펄스의 한 주기동안 하이신호를 그리고 다음 한 주기동안 로우신호를 반복 출력하는 두 개의 디플립플롭으로 구성된 플립플롭부(32)와, 플립플롭부(32)에서 출력되는 신호들을 조합하여 스위칭소자를 구동하기 위한 스위칭 구동부(35)에 신호가 입력되도록 하는 신호 조합부(33)로 구성하여, 인접한 워킹코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음을 제거하고, 하나의 인버터로 여러개의 부하를 구동할 수 있는 대출력의 공진형 유도가열 조리기의 각 스위칭 소자에 대한 스위칭 펄스를 발생시킬 수 있는 스위칭 구동회로를 제시함으로써 대출력을 갖는 공진형 유도가열 조리기를 구현할 수 있도록 한 것이다.

Description

공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로

본 발명은 하나의 인버터로 두 개 이상의 부하를 시분할 제어를 통하여 각 버너 사이의 간섭음을 제거하기 위한 공진형 유도가열조리기의 스위칭 구동회로에 관한 것으로, 특히 하나의 제어회로로 두 개 이상의 부하를 제어해서 전체 시스템의 가격 및 크기를 줄일 수 있는 대출력의 공진형 유도가열조리기의 각 스위칭 소자를 제어하기 위한 공진형 유도가열조리기의 스위칭 구동회로에 관한 것이다.

종래 유도가열 조리기의 회로 구성은, 도 1에 도시된 바와같이, 입력되는 상용전원(AC)를 맥동 직류전압으로 정류시켜 출력하는 제1, 제2정류부(1a,1b)와, 상기 정류부(1a,1b)를 각각 통해 출력되는 직류전압을 평활시켜 일정한 직류전압으로 만드는 제1,제2평활부(2a,2b)와, 상기 제1,제2평활부(2a,2b)로 부터 평활된 전압에 직렬로 구성된 역병렬 다이오드를 갖는 두개의 스위치로 이루어지고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일에 공진전압을 제공하는 인버터부(3a,3b)와, 상기 제1,제2인버터부(3a,3b)에 의한 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열어질 가열판에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 공진탱크(Lr1과 Cr1, Lr2와 Cr2)로 이루어진 가열장치가 여러개 병렬로 연결되어 구성된다.

이와같이 구성된 종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

입력되는 상용전원(AC)을 제1정류부(1a)에서 브릿지 다이오드를 이용하여 정류시키고, 이때 만들어진 맥동 직류전압은 제2평활부(2a)의 필터 인덕터(L_f1)와 커패시터(C_f1)에 의해 평활되어 일정한 직류전압으로 만들어진다.

이렇게 만들어진 직류전압이 제1인버터부(3a)에 공급되는 상태에서, 먼저 제2스위치(S2)를 온시키면 공진탱크에 입력전압이 가해지고 워킹코일(L_r1)의 전류가 공진에 의해서 증가하고 공진 커패시터(C_r1)에는 공진전류에 의해서 충전된다.

얼마후에 제2스위칭소자(S2)를 오프하고 제1스위칭소자(S1)를 온하게 되면, 상기 공진 커패시터(C_r1)의 충전에너지의 방전에 의해서 워킹코일(L_r1)의 전류는 반대방향으로 흐르게 된다.

상기의 동작을 가청주파수 이상의 높은 주파수로 반복시켜 주면 워킹코일(L_r1) 위에 있는 가열판에 적절한 출력을 전달할 수 있게 된다.

상기에서 제1인버터부(3a)의 제1,제2스위칭소자(S1)(S2)를 구동하기 위한 스위칭 구동신호는 미도시된 마이크로 프로세서에서 내보낸다.

이상의 동작에 의하여 1개의 가열판을 구동하게 되는데, 가령 여러개의 가열판을 구동할 경우에는 제 1 도에 도시한 가열장치(10a)를 상용전원(AC)에 여러개 병렬로 연결하면 된다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 인접한 워킹코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생하게 되어 워킹코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않게 되는 문제점이 있고, 또한 구성된 인버터의 수 만큼 정류부와 입력단의 정류부로 부터의 전압을 평활 및 필터링하게 되는 LC필터를 구셩해야 되므로 스위칭 구동회로가 복잡하게 되고, 기기 구성에 경제성이 결여되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 인접한 워킹코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음을 제거할 수 있도록 한 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 인버터로 여러개의 부하를 구동할 수 있는 대출력의 공진형 유도가열 조리기의 각 스위칭 소자에 대한 스위칭 펄스를 발생시킬 수 있는 스위칭 구동회로를 제시함으로써 대출력을 갖는 공진형 유도가열 조리기를 구현할 수 있도록 한 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로를 제공함에 있다.

도 1은 종래 유도가열 조리기의 회로 구성도.

도 2는 공진형 유도가열 조리기의 회로 구성도.

도 3은 도 2에서, 워킹코일(Lr1) 동작시 스위칭소자의 구동파형 및 전류 파형도.

도 4는 본 발명 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로의 구성도.

도 5는 본 발명 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로의 구성도.

도 6은 도 4에 대한 각 부의 입출력 신호 파형도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

30 : 타이머 31 : 펄스 지연부

32 : 디플립플롭 33 : 앤드게이트

34 : 노아게이트 35 : 스위칭 구동부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일정한 폭을 갖는 펄스를 발생하는 타이머와, 상기 타이머에서 출력되는 펄스를 일정시간 만큼 지연시켜 주는 펄스 지연부와, 상기 타이머와 펄스 지연부에서 각각 출력되는 출력 펄스의 한 주기동안 하이신호를 그리고 다음 한 주기동안 로우신호를 반복 출력하는 두 개의 디플립플롭으로 구성된 플립플롭부와, 플립플롭부에서 출력되는 신호들을 앤드 조합하여 스위칭소자를 구동하기 위한 스위칭 구동부에 신호가 입력되도록 하는 앤드 조합부로 성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로의 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 일정한 폭을 갖는 펄스를 발생하는 타이머(30)와, 상기 타이머(30)에서 출력되는 펄스를 일정시간 만큼 지연시켜 주는 펄스 지연부(31)와, 상기 타이머(30)와 펄스 지연부(31)에서 각각 출력되는 출력 펄스의 한 주기동안 하이신호를 그리고 다음 한 주기동안 로우신호를 반복 출력하는 두 개의 디플립플롭으로 구성된 플립플롭부(32)와, 플립플롭부(32)에서 출력되는 신호들을 조합하여 스위칭소자를 구동하기 위한 스위칭 구동부(35)에 신호가 입력되도록 하는 신호 조합부(33)로 구성한다.

상기 신호 조합부(33)는 앤드게이트 또는 노아게이트로 구성한다.

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

도 2는 공진형 유도가열 조리기의 회로 구성도로서, 역병렬 다이오들르 갖는 3개의 스위칭소자(S1~S3)와 한 개의 보조공진 캐패시터(Ca)와 그리고 공진탱크를 형성하는 두 개의 워킹코일(Lr1,Lr2)과 한 개의 공진 캐패시터(Cr)로 구성된다.

그리고 상기 공진형 유도가열 조리기의 동작을 살펴보면, 먼저 Lr1의 워킹코일만 구동할 경우 도 3의 (b)에서와 같이 워킹코일의 전류( i_Lr1 )가 영일 때 도 3의 (a)에서와 같이 제1스위칭소자(S1)와 제2스위칭소자(S2)를 온시킨다.

그러면 워킹코일(Lr1)에는 입력전압(Vd)이 가해지고, 워킹코일(Lr1)의 전류가 선형적으로 증가한다.

이 전류가 설정치에 이르면 제1스위칭소자를 오프시킨다.

그러면 짧은 시간동안 워킹코일(Lr1)과 보조공진 캐패시터(Ca)가 보조공진을 해서 제1스위칭소자(S1)에 걸리는 전압이 영에서 입력전압으로 상승한다.

이때 제3스위칭소자(S3)의 전압은 Vd에서 영으로 떨어지고, 제3스위칭소자(S3)의 역병렬 다이오드(D3)를 통하여 워킹코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr)가 주 공진을 시작한다.

이때 제2스위칭소자(S2)의 영전압 및 영전류의 조건으로 오프시키고, 제3스위칭소자(S3)는 영전압의 조건에서 온시킨다.

이 공진에 의해서 전류가 영까지 떨어진 후 이번에는 Lr1→Cr→S3의 패스로 위와는 반대방향으로 공진전류가 상승한다.

상기 공진 캐패시터(Cr)의 전압이 영이되면, 제2스위칭소자(S2)의 역병렬 다이오드(D2)가 도통하여 Lr1→D2→Ca→Cf의 패스로 다시 보조공진을 해서 제1스위칭소자(S1)의 전압은 Vd에서 영으로떨어지고, 워킹코일(Lr1)에 걸리는 전압은 영에서 Vd로 상승한다.

상기 제1스위칭소자(S1)의 전압이 영이되면, 그 제1스위칭소자(S1)의 역병렬 다이오드(D1)를 통해서 워킹코일의 전류는 선형적으로 감소하여 영으로 된다.

제1스위칭소자(S1)의 역병렬 다이오드(D1)가 도통할 때, 상기 제1스위칭소자(S1)를 영전압 조건에서 온시키고 초기상태로 돌아간다.

이상에서와 같은 동작을 반복함에 의해서 동작주파수에 따른 원하는 출력을 낼 수 있다.

만일 워킹코일(Lr2)을 구동할 경우 위에서 언급한 것과 비교하여 제2스위칭소자(S2)와 제3스위칭소자(S3)의 역할을 바꾸어 동작시키면 Lr2에 적절한 출력을 낼 수 있다.

이러한 두 동작을 시분할 제어를 하면, 두 부하를 동시에 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 공진형 유도가열 조리기를 스위칭하기 위한 신호를 발생하는 스위칭 구동회로의 동작에 대하여 도 4에 의거하여 살펴보면, 타미어(30)에서 도 6의 (a)일정한 폭을 갖는 펄스를 발생하여 펄스 지연부(31)와 플립플롭부(32)로 각각 출력한다.

그러면 상기 펄스 지연부(31)는 인버터(I1,I2), 저항(R10) 및 콘덴서(C11)에 의해 소정의 시간만큼 지연된 도 6의 (e)에서와 같은 펄스가 출력된다.

이때 지연시간은 저항(R10)과 콘덴서(C11)의 값에 따라 결정된다.

이와같은 동작을 수행할 때 플립플롭부(32)의 제1디플립플롭(D1)은 상기 타이머(30)의 출력펄스가 클럭펄스 입력단(Cp)을 통해 입력될 때, 그 입력되는 펄스가 상승에지일 경우 하이상태가 되어 다음 주기의 상승 에지일 때 까지 온 된 후 다시 로우상태가 되고, 이 로우상태는 다음 주기의 상승에지일 때 까지 반복 출력된다.

따라서 상기 제1디플립플롭(D1)의 비반전 출력단(Q)을 통해 출력되는 펄스는 도 6의 (b)에서와 같은 펄스로 출력되고, 그의 반전단자(

)로 출력되는 펄스는 도 6의 (c)에서와 같은 펄스로 출력된다.

그리고, 상기 플립플롭부(32)의 제2디플립플롭(D2)은 상기 펄스 지연부(31)에서 출력되는 펄스(e점파형)가 그의 클럭펄스 입력단(Cp)으로 입력될 때, 그 입력되는 펄스가 상승에지 일 때 하이상태가 되어 다음 주기의 상승에지일 때 까지 온된 후 다시 로우상태가 되어 다시 다음 주기의 상승에지일 때 까지 로우상태가 반복 출력된다.

따라서 상기 제2디플립플롭(D2)의 비반전 출력단(Q)을 통해 출력되는 펄스는 도 6의 (f)에서와 같고, 그의 반전 출력단(

)을 통해 출력되는 펄스는 도 6의 (g)에서와 같다.

이에 따라 신호 조합부(33)의 제1앤드게이트(AND1)는 제1디플립플롭(D1)의 비반전 출력단(Q)을 통해 출력되는 펄스(b점파형)와 제2디플립플롭(D2)의 비반전단자(Q)를 통해 출력되는 펄스(f점파형)을 앤드 조합한 펄스(h점파형), 즉 도 6의 (h)에서와 같은 펄스를 제1스위칭소자를 구동하기 위하여 스위칭 구동부(35)의 S1입력단으로 출력한다.

그리고 신호 조합부(33)의 제2앤드게이트(AND2)는 제1디플립플롭(D1)의 반전 출력단(

)을 통해 출력되는 펄스(c점파형)와 제2디플립플롭(D2)의 반전단자(

)를 통해 출력되는 펄스(g점파형)을 앤드 조합한 펄스(i점파형), 즉 도 6의 (i)에서와 같은 펄스를 제3스위칭소자를 구동하기 위하여 상기 스위칭 구동부(35)의 S3입력단으로 출력한다.

그리고, 상기 스위칭 구동부(35)의 S2입력단으로는 플립플롭부(32)의 제2디플립플롭(D2)의 비반전 출력단(Q)를 통해 출력되는 펄스(f점파형), 즉 도 6의 (f)에서와 같은 펄스가 입력된다.

따라서 스위칭 구동부(35)는 그의 S1,S2,S3 입력단으로 입력되는 신호에 따라 공진형 유도가열 조리기의 스위칭소자를 구동한다.

그리고, 도 4의 신호 조합부(33)는 앤드게이트를 이용하여 스위칭신호를 생성하는데, 또 다른 방법으로는 도 5에서와 같이 신호 조합부(34)를 노아게이트를 이용하여 스위칭신호를 생성할 수도 있다.

상기에서와 같이 노아게이트를 이용할 경우, 스위칭 구동부(35)의 S1입력단으로 스위칭신호를 출력하는 제1노아게이트(NOR1)는 그의 입력을 제1, 제2디플립플롭(D1,D2)의 반전단자(

)로 출력되는 펄스(c,g점파형)를 노아링하여 생성하고, 상기 스위칭 구동부(35)의 S3입력단으로 스위칭신호를 출력하는 제2노아게이트(NOR2)는 그의 입력을 제1디플립플롭(D1)의 비반전 출력단(Q)을 통해 출력되는 펄스(b점파형)와 상기 제1노아게이트(NOR1)의 출력 펄스(h점파형)를 각각 받아 노아링하여 생성한다.

그리고, 상기 스위칭 구동부(35)의 S2입력단으로 입력되는 펄스는 제2디플립플롭(D2)의 비반전 출력단(Q)을 통해 출력되는 펄스(f점파형)를 입력받는다.

따라서 상기 스위칭 구동부(35)는 노아게이트와 앤드게이트를 이용할 경우 동일한 S1,S2,S3 스위칭소자를 구동한다.

따라서, 본 발명은 인접한 워킹코일 사이에 동작주파수의 차이에 의한 간섭음을 제거하고, 하나의 인버터로 여러개의 부하를 구동할 수 있는 대출력의 공진형 유도가열 조리기의 각 스위칭 소자에 대한 스위칭 펄스를 발생시킬 수 있는 스위칭 구동회로를 제시함으로써 대출력을 갖는 공진형 유도가열 조리기를 구현할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 일정한 폭을 갖는 펄스를 발생하는 타이머와, 상기 타이머에서 출력되는 펄스를 일정시간 만큼 지연시켜 주는 펄스 지연부와, 상기 타이머와 펄스 지연부에서 각각 출력되는 출력 펄스의 한 주기동안 하이신호를 그리고 다음 한 주기동안 로우신호를 반복 출력하는 두 개의 디플립플롭으로 구성된 플립플롭부와, 플립플롭부에서 출력되는 신호들을 조합하여 스위칭소자를 구동하기 위한 스위칭 구동부에 신호가 입력되도록 하는 신호 조합부로 구성된 것을 특징으로 하는 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로.
2. 제1항에 있어서, 신호 조합부는 앤드게이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로.
3. 제1항에 있어서, 신호 조합부는 노아게이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 공진형 유도가열 조리기의 스위칭 구동회로.

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