KR100248712B1 - 자성및비자성겸용유도가열조리기 - Google Patents
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Abstract
입력 전압을 분기시키는 두 개의 평활용 커패시터와 가열수단 및 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 교번적으로 개폐되어 상기 가열수단에 전원을 공급하는 한 쌍의 스위칭수단을 포함한 유도가열 조리기에 있어서, 상기 가열수단은, 상기 두 개의 평활용 커패시터의 공통접점과 상기 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 연결되며 공진을 통해 인가전압을 안정화시키는 공진용 커패시터와, 상기 두 개의 평활용 커패시터의 공통접점과 상기 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 직렬 연결되고 상기 공진 커패시터와 병렬 연결되어 전류 루프를 형성하여 유도 전류를 발생하는 제 1 및 제 2 워킹 코일, 및 상기 제 2 워킹 코일에 병렬 연결되어 바이패스 통로를 형성하며, 소정의 부하 선택 신호에 따라 개폐되어 상기 제 1 및 제 2 워킹 코일을 자성 또는 비자성 가열수단으로 사용하도록 선택하는 릴레이 스위치로 구성함으로써, 워킹 코일에 과전압이 인가되어 필요이상으로 전압이 상승되는 것을 방지함과 아울러 안정된 회로 동작을 유도할 수 있고, 저압의 릴레이와 스위치의 손실을 줄이기 위한 보조공진 커패시터를 제거하여 스위칭 손실이 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 용적 및 코스트를 저감할 수 있는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 제공한다.
Description
본 발명은 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것으로, 특히 사용되는 부하에 따른 공진 주파수를 변경하기 위한 저압의 릴레이를 사용함과 아울러 스위치의 손실을 줄이기 위한 보조공진 커패시터를 제거하여 스위칭 손실이 최소화되도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것이다.
종래의 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기는 도 1에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류전원(AC Source)을 직류전원으로 정류하는 다이오드 브리지(Diode Bridge)와, 상기 다이오드 브리지(Diode Bridge)를 통해 정류된 맥류전원을 통과시켜 역률을 개선하는 필터 인덕터(Lf) 및 필터 커패시터(Cf)와, 사용되는 부하에 따라 공진 주파수를 변경하기 위해 스위칭되는 부하 선택 릴레이(Ry)와, 상기 부하 선택 릴레이(Ry)의 스위칭 상태에 따라 공진회로를 이뤄 자성 부하를 가열하는 제 1 워킹코일(Lr1) 및 2개의 공진 커패시터(Cr21)(Cr22)와, 상기 부하 선택 릴레이(Ry)의 스위칭 상태에 따라 상기 제 1 워킹 코일(Lr1) 및 2개의 공진 커패시터(Cr21)(Cr22)와 더불어 공진회로를 이뤄 비자성 부하를 가열하는 제 2 워킹 코일(Lr2) 및 공진 커패시터(Cr1)와, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 개별적으로 스위칭되어 부하가 가열되도록 전원을 공급하는 제 1 및 제 2 스위치(S1)(S2)로 구성되어져 있다.
도면 중 미설명 부호인 D1과 D2는 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)에 각각 역 병렬 연결된 제 1, 제 2 댐핑 다이오드이고, Ca1과 Ca2는 각각 병렬 연결된 제 1, 제 2 보조공진 커패시터이다.
이와 같이 구성된 종래 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 비자성 부하시에는 부하 선택 릴레이(Ry)가 폐쇄(off)되어 제 1 워킹 코일(Lr1)과 제 2 워킹 코일(Lr2) 및 3개의 공진 커패시터(Cr1)(Cr21)(Cr22)가 공진회로를 이루어 하프 브리지로 동작을 하게 된다.
즉, 제 1 스위치(S1)가 도통됨과 동시에 제 2 스위치(S2)가 폐쇄되면 워킹 코일(Lr)과 3개의 공진 커패시터(Cr1)(Cr21)(Cr22)로 이루어진 공진회로에는 입력 전압(Vd)이 인가되고, 공진을 시작하여 워킹 코일(Lr)에 흐르는 전류가 상승된다.
이후, 공진 반주기가 지나기 전에 제 1 스위치(S1)를 폐쇄시키면 제 1, 제 2 보조공진 커패시터(Ca1)(Ca2)가 공진회로와 보조공진을 해서 제 2 보조공진 커패시터(Ca2)의 전압은 Vd에서 영까지 떨어지고, 그 사이 제 1 보조공진 커패시터(Ca1)의 전압은 영에서 Vd까지 상승된다.
다음으로, 제 2 스위치(S2)에 역 병렬 연결된 제 2 댐핑 다이오드(D2)가 도통되어 공진회로에는 영전압이 가해져 공진 커패시터(Cr1)(Cr21)(Cr22)에 충전된 전압에 의하여 계속 공진이 일어난다.
이때, 제 2 스위치(S2)를 영전압의 조건에서 도통시키면 계속된 공진에 의하여 공진 전류가 영으로 떨어지고, 이번에는 반대 방향으로 공진에 의하여 공진 전류가 증가된다.
이후, 공진 반주기가 지나기 전에 제 2 스위치(S2)를 폐쇄시키면 제 1, 제 2보조공진 커패시터(Ca1)(Ca2)가 공진회로와 보조공진을 해서 제 1 보조공진 커패시터(Ca1)의 전압은 Vd에서 영까지 떨어지고, 그 사이 제 2 보조공진 커패시터(Ca2)의 전압은 영에서 Vd까지 상승된다.
다음으로, 제 1 스위치(S1)에 역 병렬 연결된 제 1 댐핑 다이오드(D1)가 도통되어 공진회로에는 전압 Vd가 가해져 계속 공진이 일어난다.
이때, 제 1 스위치(S1)를 영전압의 조건에서 도통시키면 계속된 공진에 의하여 공진 전류가 영으로 떨어져 공진 한 주기의 동작이 끝나고 상기와 같은 공진 동작이 반복된다.
따라서, 워킹 코일(Lr)에 유기된 전류에 의하여 자속이 발생되고, 이 자속이 가열판(도시 생략됨) 위의 가열 용기(도시 생략됨)와 쇄교하여 가열 용기의 바닥에는 와전류(Eddy Current)가 발생되어 주울(Joule)열에 의하여 가열 용기가 가열된다.
또한, 자성 부하시에도 공진 동작은 동일하나 부하 선택 릴레이(Ry)가 도통되어 제 1 워킹 코일(Lr1)과 2개의 공진 커패시터(Cr21)(Cr22)가 공진회로를 이루어 하프 브리지로 동작을 하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기는 비자성 부하 동작시 부하 선택 릴레이에 수천 볼트의 전압이 걸리므로 고압의 릴레이를 사용하여야 하였다.
또한, 스위칭 손실을 줄이기 위하여 보조공진 커패시터를 사용하므로 시스템의 부피가 커짐과 아울러 제조 원가가 상승되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로서, 사용되는 부하에 따른 공진 주파수를 변경하기 위한 저압의 릴레이를 사용함과 아울러 스위치의 손실을 줄이기 위한 보조공진 커패시터를 제거하여 스위칭 손실을 최소화 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 목적은, 직렬로 연결된 복수의 워킹 코일에 공진용 커패시터를 병렬로 연결함으로써, 워킹 코일에 과전압이 인가되어 필요이상으로 전압이 상승되는 것을 방지함과 아울러 안정된 회로 동작을 유도할 수 있는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 입력 전압을 분기시키는 두 개의 평활용 커패시터와 가열수단 및 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 교번적으로 개폐되어 상기 가열수단에 전원을 공급하는 한 쌍의 스위칭수단을 포함한 유도가열 조리기에 있어서,
상기 가열수단은,
상기 두 개의 평활용 커패시터의 공통접점과 상기 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 연결되며 공진을 통해 인가전압을 안정화시키는 공진용 커패시터;
상기 두 개의 평활용 커패시터의 공통접점과 상기 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 직렬 연결되고 상기 공진 커패시터와 병렬 연결되어 전류 루프를 형성하여 유도 전류를 발생하는 제 1 및 제 2 워킹 코일; 및
상기 제 2 워킹 코일에 병렬 연결되어 바이패스 통로를 형성하며, 소정의 부하 선택 신호에 따라 개폐되어 상기 제 1 및 제 2 워킹 코일을 자성 또는 비자성 가열수단으로 사용하도록 선택하는 릴레이 스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 나타낸 회로도이고,
도 2는 본 발명에 의한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 나타낸 회로도이고,
도 3은 도 2에 도시된 유도가열 조리기의 동작에 따른 전류 전압 파형도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
Cf1, Cf2: 제 1 및 제 2 필터 커패시터 S1, S2: 제 1 및 제 2 스위치
Lr1, Lr2: 제 1 및 제 2 워킹 코일 Cr: 공진 커패시터
Ry: 부하 선택 릴레이
이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로도를 나타낸 것으로서, 평활되어 입력되는 전압을 분기시키는 제 1, 제 2 필터 커패시터(Cf1)(Cf2)와, 자성 또는 비자성 부하중 사용되는 부하에 따라 공진 주파수를 변경하기 위해 스위칭되는 부하 선택 릴레이(Ry)와, 상기 부하 선택 릴레이(Ry)의 스위칭 상태에 따라 공진회로를 이뤄 상기 제 1, 제 2 필터 커패시터(Cf1)(Cf2)를 통해 분기된 전압을 공진시켜 자성 부하를 가열하는 제 1 워킹 코일(Lr1) 및 공진 커패시터(Cr)와, 상기 부하 선택 릴레이(Ry)의 스위칭 상태에 따라 상기 제 1 워킹 코일(Lr1) 및 공진 커패시터(Cr)와 더불어 공진회로를 이뤄 상기 제 1, 제 2 필터 커패시터(Cf1)(Cf2)를 통해 분기된 전압을 공진시켜 비자성 부하를 가열하는 제 2 워킹 코일(Lr2)과, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 개별적으로 스위칭되어 부하가 가열되도록 전원을 공급하되 제 1 또는 제 2 댐핑 다이오드(D1)(D2)가 각각 역 병렬 연결된 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)로 구성되어져 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 교류전원(AC Source)이 다이오드 브리지(도시 생략됨)에 의하여 맥동 직류전압으로 정류되어 입력 전원의 역률을 향상시키기 위한 LC 필터회로(도시 생략됨)를 통하여 입력되면 제 1, 제 2 필터 커패시터(Cf1)(Cf2)는 입력전압을 분기시키게 된다.
이때, 자성 부하시 부하 선택 릴레이(Ry)가 도통되어 제 1 워킹 코일(Lr1)과 공진 커패시터(Cr)가 공진회로를 이루고, 제 1 스위치(S1)가 도통됨과 동시에 제 2 스위치(S2)가 폐쇄되면 제 1 워킹 코일(Lr1)과 공진 커패시터(Cr)로 이루어진 공진회로에는 입력 전압의 반(Vd/2)이 인가되며, 제 1 워킹 코일(Lr1)에 흐르는 전류는 선형적으로 상승된다.
그러면, 제 1 워킹 코일(Lr1)과 공진 커패시터(Cr)가 공진을 해서 공진 커패시터(Cr)의 전압이 +Vd/2에서 -Vd/2로 공진을 통해서 떨어진다.
이후, 공진 커패시터(Cr)의 전압이 -Vd/2가 되면 제 2 스위치(S2)에 역 병렬 연결된 제 2 댐핑 다이오드(D2)가 도통되고 제 1 워킹 코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 감소된다.
이때, 제 2 스위치(S2)를 영전압의 조건에서 도통시키면 제 1 워킹 코일(Lr1)의 전류는 영까지 떨어졌다가 다음에는 반대 방향으로 증가된다.
이후, 이 전류가 설정치에 이를 때 제 2 스위치(S2)를 영전압의 조건으로 폐쇄시키면 다시 제 1 워킹 코일(Lr1)과 공진 커패시터(Cr)가 공진을 해서 공진 커패시터(Cr)의 전압이 -Vd/2에서 +Vd/2로 공진을 통해서 증가된다.
이때, 공진 커패시터(Cr)의 전압이 +Vd/2가 되면 제 1 스위치(S1)에 역 병렬 연결된 제 1 댐핑 다이오드(D1)가 도통되고 제 1 워킹 코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 증가된다.
이후, 제 1 워킹 코일(Lr1)의 전류가 영이 되면 공진 한 주기의 동작이 끝나고 상기와 같은 공진 동작이 반복된다.
따라서, 제 1 워킹 코일(Lr1)에 유기된 전류에 의하여 자속이 발생되고, 이 자속이 자성의 가열 용기와 쇄교하여 가열 용기의 바닥에는 와전류(Eddy Current)가 발생되어 주울(Joule)열에 의하여 가열 용기가 가열된다.
한편, 비자성 부하시에는 도 3에 도시된 바와 같이 부하 선택 릴레이(Ry)가 폐쇄되어 제 1 워킹 코일(Lr1) 및 공진 커패시터(Cr)와 더불어 제 2 워킹 코일(Lr2)이 공진회로를 이루되 공진 동작은 자성 부하시와 동일하다.
따라서, 본 발명에서는 사용되는 부하에 따른 공진 주파수를 변경하기 위한 저압의 릴레이를 사용함과 아울러 스위치의 손실을 줄이기 위한 보조공진 커패시터를 제거함으로써, 스위칭 손실이 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 용적 및 코스트를 저감할 수 있고, 직렬로 연결된 복수의 워킹 코일에 공진용 커패시터를 병렬로 연결함으로써, 워킹 코일에 과전압이 인가되어 필요이상으로 전압이 상승되는 것을 방지함과 아울러 안정된 회로 동작을 유도할 수 있는 효과가 있다.
Claims (3)
- 입력 전압을 분기시키는 두 개의 평활용 커패시터와 가열수단 및 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 교번적으로 개폐되어 상기 가열수단에 전원을 공급하는 한 쌍의 스위칭수단을 포함한 유도가열 조리기에 있어서,상기 가열수단은,상기 두 개의 평활용 커패시터의 공통접점과 상기 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 연결되며 공진을 통해 인가전압을 안정화시키는 공진용 커패시터;상기 두 개의 평활용 커패시터의 공통접점과 상기 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 직렬 연결되고 상기 공진 커패시터와 병렬 연결되어 전류 루프를 형성하여 유도 전류를 발생하는 제 1 및 제 2 워킹 코일; 및상기 제 2 워킹 코일에 병렬 연결되어 바이패스 통로를 형성하며, 소정의 부하 선택 신호에 따라 개폐되어 상기 제 1 및 제 2 워킹 코일을 자성 또는 비자성 가열수단으로 사용하도록 선택하는 릴레이 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기.
- 제 1 항에 있어서,상기 자성 가열수단은,상기 릴레이 스위치가 도통(on)될 경우에 동작하는 상기 제 1 워킹 코일 및 공진 커패시터인 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기.
- 제 1 항에 있어서,상기 비자성 가열수단은,상기 릴레이 스위치가 폐쇄(off)될 경우에 동작하는 상기 제 1 워킹 코일, 제 2 워킹 코일 및 공진 커패시터인 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기.
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