KR100248714B1 - 다부하를갖는병렬공진형소프트스위칭유도가열조리기 - Google Patents

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Abstract

입력전압을 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 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 연결되어 전류 루프를 형성하는 유도가열 코일, 및 상기 유도가열 코일에 병렬로 접속되어 상기 유도가열 코일과의 상호 공진을 통하여 인접한 다른 가열수단과의 간섭 노이즈를 제거할 수 있는 공진 커패시터로 구성함으로써, 기존 다출력형 유도 가열 조리기에서 문제시 되었던 복수의 출력단간의 상호 간섭음과 노이즈를 제거할 수 있고, 하나의 인버터로 다수 개의 부하를 시분할 방식으로 동시에 구동할 수 있어 전체 시스템의 구성을 간소화 시킬 수가 있는 다부하를 갖는 병렬 공진형 유도 가열 조리기를 제공한다.

Description

다부하를 갖는 병렬 공진형 유도 가열 조리기{Parallel Resonant Induction Heating Cooker with Multi Load}
본 발명은 전자유도 가열 장치에 관한 것으로, 특히 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 한 다부하를 갖는 병렬 공진형 유도 가열 조리기에 관한 것이다.
종래의 다출력형 전자 유도 가열 조리기는 일반적으로 1200W 이하로 제한되기 때문에 보다 큰 출력을 얻기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류 전원(AC Source)을 직류 전원으로 정류하는 제 1 내지 제 2 정류부(1a)(1b)로 이루어진 정류부(1)와, 상기 정류부(1)를 통해 정류된 직류 전원을 제 1 내지 제 2 필터 인덕터(Lf1)(Lf2) 및 제 1 내지 제 2 커패시터(Cf1)(Cf2)로 일정하게 평활시키는 제 1 내지 제 2 평활부(2a)(2b)로 이루어진 평활부(2)와, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 스위칭되어 상기 평활부(2)에서 출력되는 전압을 공진시키고 그 공진 전압에 의해 발생된 자장에 기인한 전자기 유도 효과로 원하는 가열온도로 가열하는 제 1 내지 제 2 워킹코일(Lr1)(Lr2)과 그 제 1 내지 제 2 워킹코일(Lr1)(Lr2)과 일련의 공진회로를 이루는 제 1 내지 제 2 공진 커패시터(Cr1)(Cr2)와 제 1 내지 제 2 댐핑다이오드(D1, D2)(D3, D4) 및 제 1 내지 2 스위칭소자(S1, S2)(S3, S4)로 이루어진 제 1 내지 제 2 인버터부(3a)(3b)로 구성된 인버터(3)로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 종래 다출력형 전자유도 가열 조리기를 하나의 인버터 회로에 대해서만 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상용 교류전원(AC)이 제 1 정류부(1a)를 통해 맥동 직류전압으로 정류된 다음 제 1 평활부(2a)의 제 1 필터 인덕터(Lf1) 및 제 1 커패시터(Cf1)를 통해 평활되어 제 1 인버터부(3a)에 입력된다.
이때, 제 1 인버터부(3a)의 제 2 스위치(S2)를 도통시키면 공진탱크 회로내에 입력전압이 가해지고 제 1 워킹코일(Lr1)의 전류가 공진에 의해서 증가하고 제 1 공진 커패시터(Cr1)에는 이 전류에 의해서 충전된다.
한편, 일정 시간 후에 제 2 스위치(S2)를 폐쇄하고 제 1 스위치(S1)를 도통시키면 제 1 공진 커패시터(Cr1)의 충전 에너지의 방전에 의해서 제 1 워킹코일(Lr1)의 전류를 위의 경우와는 반대 방향으로 흐르게 된다.
이와 같은 동작을 가청주파수 이상의 높은 주파수로 반복시켜 주면 그 결과 제 1 워킹코일(Lr1)로부터 발생된 자장에 기인한 전자기 유도 효과로 인하여 가열되어질 용기(도면상의 미도시)에 적절한 출력을 전달할 수가 있다.
그러나 이러한 종래의 다출력형 유도 가열 조리기는 주파수 제어를 통해서 출력을 제어하므로 각 가열용기의 크기와 재질에 따라 인접한 가열판 사이에서 동작 주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생될 뿐만 아니라, 각각 별개의 제어회로를 갖는 인버터로 각각 하나의 유도 가열 코일에 전력을 공급하기 때문에 전체 시스템의 부피가 커지고, 또한 제조 원가도 상승되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동하여 각 부하간에 발생하는 간섭 노이즈를 제거함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 한 다부하를 갖는 병렬 공진형 유도 가열 조리기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 입력전압을 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 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 연결되어 전류 루프를 형성하는 유도가열 코일; 및
상기 유도가열 코일에 병렬로 접속되어 상기 유도가열 코일과의 상호 공진을 통하여 인접한 다른 가열수단과의 간섭 노이즈를 제거할 수 있는 공진 커패시터로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 다출력형 전자유도 가열 조리기를 나타낸 회로 구성도이고,
도 2는 본 발명에 의한 다부하를 갖는 병렬 공진형 유도 가열 조리기를 나타낸 회로 구성도이고,
도 3은 도 2에 적용되는 유도가열 코일의 구동시 스위칭 상태와 전류 및 전압 파형을 나타낸 파형도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 전압분기부 200: 스위치부
300: 가열부 300a: 제 1 가열수단(부하)
300b: 제 2 가열수단(부하) Cf1, Cf2: 제 1 및 제 2 평활 커패시터
Lr1: 제 1 유도가열 코일 Cr1: 제 1 공진 커패시터
Lr2: 제 2 유도가열 코일 Cr2: 제 2 공진 커패시터
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 다부하를 갖는 병렬 공진형 유도 가열 조리기를 나타낸 회로 구성도로서, 2개의 전자유도가열 코일이 설치된 경우를 도시하였으며, 단위 가열 코일에 대한 구성을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은, 입력전압을 분기시키고 역률을 향상시키는 제 1 및 제 2 필터 커패시터(Cf1, Cf2)로 이루어진 전압분기부(100)와, 상기 제 1 및 제 2 필터 커패시터와 직렬로 연결되어 폐회로가 형성되며 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 교번적으로 스위칭되는 직렬로 연결된 제 1 한 쌍의 스위칭소자(S1-1, S1-2)에 각각 댐핑 다이오드(D1-1, D1-2)를 역 병렬로 연결하고 한 쌍의 스위칭소자의 스위칭 작용에 따라 펄스파를 발생하는 스위치부(200)와, 상기 제 1 및 제 2 필터 커패시터의 공통접점과 한 쌍의 스위칭소자의 공통접점 사이에 제 1 유도가열 코일(Lr1)을 연결하고 그 유도가열 코일에 병렬로 접속된 제 1 공진 커패시터(Cr1)가 설치되어 상기 전압분기부(100)을 통하여 분기된 입력전압을 공진시켜 미 도시한 가열판을 가열하는 가열부(300)로 구성되어 있다.
물론, 제 2 유도가열 코일(Lr2)도 도면에 도시된 바와 같이 전압분기부(100)의 제 1 및 제 2 필터 커패시터(Cf1, Cf2)의 공통접점과 제 2 한 쌍의 스위칭소자(S2-1, S2-2)의 공통접점 사이에 연결되고, 상기 제 2 한 쌍의 스위칭소자(S2-1, S2-2)의 개폐에 따라 상기 제 2 유도가열 코일(Lr2)에 정방향 및 역방향의 전류 루프가 형성되어 유도 전류가 발생된다.
상기와 같이 유도가열 코일에 커패시터를 병렬로 접속하여 병렬 공진회로로 구성함으로써, 다수의 유도가열 코일간에 발생하는 노이즈와 간섭음을 제거할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 교류 전원(AC Source)을 정류하여 역률 개선용 LC 필터를 거치는 부분은 생략하고 단지 필터 커패시터(Cf1, Cf2) 이후의 회로만 도시하여 설명한다.
여기서, 가열부(300)내의 제 1 가열부(300a)가 동작할 경우를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스위치부(200)내의 제 2 한 쌍의 스위칭소자(S2-1, S2-2)를 폐쇄시킨 상태에서 제 1 한 쌍의 스위칭소자(S1-1, S1-2) 중 제 2 스위치(S1-2)를 폐쇄하고 제 1 스위치(S1-1)를 도통시키면, 가열부(300)내의 제 1 가열부(300a)에는 입력전압의 반(Vd/2)이 인가되어 제 1 공진 커패시터(Cr1)는 +Vd/2 전압으로 충전됨과 아울러 제 1 유도가열 코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 상승된다.
이때, 전류의 크기가 설정된 값에 이르면 제 1 스위치(S1-1)를 영전압의 조건으로 폐쇄시키면, 제 1 가열부(300a)의 공진 커패시터(Cr1) 및 유도가열 코일(Lr1)이 공진을 해서 상기 공진 커패시터(Cr1)의 전압이 +Vd/2에서 -Vd/2로 공진을 통해서 하강하게 된다.
한편, 공진 커패시터(Cr1)의 전압이 -Vd/2로 떨어질 때, 제 2 스위치(S1-2)의 역병렬 댐핑 다이오드(D1-2)가 도통되고 제 1 가열부(300a)의 유도가열 코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 감소하기 시작한다.
이때, 제 2 스위치(S1-2)를 영전압의 조건으로 도통시킨다.
그러면, 제 1 가열부(300a)의 유도가열 코일(Lr1)의 전류는 영까지 하강하다가 다음에는 반대 방향으로 점차적으로 증가한다.
이 전류가 설정치에 이르면 제 2 스위치(S1-2)를 영전압의 조건으로 폐쇄시킨다.
그러면, 다시 제 1 가열부(300a)의 공진 커패시터(Cr1) 및 유도가열 코일(Lr1)이 공진을 해서 상기 공진 커패시터(Cr1)의 전압이 -Vd/2에서 +Vd/2로 공진을 통해서 증가한다.
이후, 상기 공진 커패시터(Cr1)의 전압이 +Vd/2로 올라갈 때, 제 1 스위치(S1-1)의 댐핑 다이오드(D1-1)가 도통되고 유도가열 코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 감소하기 시작한다.
이 전류가 영이되면 한 주기의 동작이 종료되고 상기와 같은 동일한 동작이 계속적으로 반복된다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 유도가열 코일(Lr1)의 구동시 스위칭상태 및 전류 전압 파형을 보여주고 있다.
이와 같이 유도가열 코일(Lr1)에 유기된 전류에 의해서 자속이 발생하고 이 자속이 부하 용기와 쇄교해서 용기의 바닥에는 "맴돌이 전류"라고 하는 와전류(Eddy Current)가 발생한다.
이 와전류에 의한 주울(Joule)열이 발생하게 되고 이 열이 부하용기를 직접 가열하게 된다.
한편, 제 2 가열부(300b)를 동작시키려면 상기의 제 1 가열(300a)의 상태와는 반대로 스위치부(200)내의 제 1 한 쌍의 스위칭소자(S1-1, S1-2)를 폐쇄시키고 제 2 한 쌍의 스위칭소자(S2-1, S2-2)를 위에서 언급한 것과 같이 번갈아 가며 온 또는 오프시키면 부하에 원하는 출력을 공급할 수 있다.
이를 시분할 방식을 통해서 스위치부(200)의 복수의 스위칭소자(S1-1∼S2-2)를 번갈아서 스위칭해 주면 다수의 버너를 동시에 가열할 수가 있게 되는 것이다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만, 전압분기부의 제 1 및 제 2 필터 커패시터의 공통접점과 소정의 한 쌍의 스위칭소자의 공통접점 사이에 유도가열 코일과 공진 커패시터를 임의로 연결함으로써, 시분할 방식으로 다수의 부하를 동시에 구동하는 것이 가능하다.
이와 같이 다소 확장된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 특허청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
따라서, 본 발명에서는 조리기의 출력단을 병렬 공진형 회로로 구성함으로써, 기존 다출력형 유도 가열 조리기에서 문제시 되었던 복수의 출력단간의 상호 간섭음과 노이즈를 제거할 수 있고, 하나의 인버터로 다수 개의 부하를 시분할 방식으로 동시에 구동할 수 있어 전체 시스템의 구성을 간소화 시킬 수가 있다.
또한, 유도가열 코일에 병렬로 접속되는 공진 커패시터는 입력전압으로 클램핑이 되므로 낮은 정격의 커패시터를 사용할 수 있고, 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 입력전압을 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 한 쌍의 스위칭수단의 공통접점 사이에 연결되어 전류 루프를 형성하는 유도가열 코일; 및
    상기 유도가열 코일에 병렬로 접속되어 상기 유도가열 코일과의 상호 공진을 통하여 인접한 다른 가열수단과의 간섭 노이즈를 제거할 수 있는 공진 커패시터로 구성된 것을 특징으로 하는 다부하를 갖는 병렬 공진형 유도 가열 조리기.
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