KR100253984B1 - High frequency induction heating cooker - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고주파 유도 가열 조리장치에 관한 것으로서, 특히 200볼트 이상의 상용 교류전압을 사용하는 고주파 유도가열 조리장치에 있어서, 자려식 IGBT(Isolted-Gate Bapolar Transistor) 드라이버 소자를 이용하여 구성회로를 간소화하고, 출력 종단부의 공진회로를 직렬로 구성하여 두 개의 공진 커패시터를 사용하던 종래의 기술과는 달리 한 개의 공진 커패시터를 사용한 고주파 유도 가열 조리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high frequency induction heating cooking apparatus, and particularly in a high frequency induction heating cooking apparatus using a commercial AC voltage of 200 volts or more, using a self-contained isolated-gate bapolar transistor (IGBT) driver element to simplify the configuration circuit The present invention relates to a high frequency induction heating cooking apparatus using one resonant capacitor, unlike a conventional technique in which two resonant capacitors are used in series with a resonant circuit of an output terminal.
종래의 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 도 1 은 종래의 고주파 유도 가열 조리장치의 블록도이고, 도 2 는 도 1 의 주요 부분에 대한 파형도이다.Looking at the prior art as follows. 1 is a block diagram of a conventional high frequency induction heating cooking apparatus, and FIG. 2 is a waveform diagram of the main part of FIG.
일반적으로 고주파 유도 가열 조리장치는 유도 가열 코일에 인가되는 상용 직류전압을 스위칭하고, 상용 직류전압이 턴-오프되었을 때 발생하는 역기전력이 유도 가열 코일에 강력한 자계를 형성함으로써, 유도 가열 코일상에 놓여진 자성체 용기를 가열시켜 음식물을 조리하도록 한 장치이다. 상기의 도 1 을 참조하면, 가정용 상용 교류전압을 인가 받아 기기자체의 구동 전류를 검출하는 전류 검출 트랜스포머(1)와 상용교류전압을 상용직류전압으로 변환하는 브리지 다이오드(2)와 평활 커패시터(3) 및 쵸크 코일(4)과 노이즈 필터링 커패시터(5)와 전압 강하용 전원트랜스포머(6)와 정류 및 정전압 발생부(7)로 구성되어 있다.In general, the high frequency induction heating cooker switches on a commercial DC voltage applied to an induction heating coil, and the counter electromotive force generated when the commercial DC voltage is turned off forms a strong magnetic field on the induction heating coil, thereby placing it on the induction heating coil. It is a device which heats a magnetic container and cooks food. Referring to FIG. 1, a
또한, 대상물을 가열시키는 유도가열 코일(8)을 중심으로 상측 IGBT(9) 및 상측 프리휠링 다이오드(10)와 하측 IGBT(11) 및 하측 프리휠링 다이오드(12)와 상측 브리지 커패시터(13) 및 상측 브리지 저항(14)과 하측 브리지 커패시터(15) 및 하측 브리지 저항(16)이 풀브리지(fullbridge) 형태로 구성되어 있다.In addition, the upper IGBT (9) and the upper freewheeling diode (10) and the lower IGBT (11) and the lower freewheeling diode (12) and the upper bridge capacitor (13) around the induction heating coil (8) for heating the object. The
상기에 있어서, 초기에 마이크로 프로세서(17)가 전압/주파수 변환부(18)에 초기 구동 명령을 인가하면 전압/주파수 변환부(18)는 전압/전압 완충부(19)로부터 직류 전압을 공급받아 그 전압 크기에 비례한 주파수로 변환한다. 즉, 전압/전압 완충부(19)로부터 공급 받은 전압이 높으면 높은 주파수로 변환하고, 전압/전압 완충부(19)로부터 공급 받은 전압이 낮으면 낮은 주파수로 발진하여 타이밍 분배부(20)에 출력한다.In the above, when the
상기와 같이, 전압/주파수 변환부(18)의 입력전압 크기에 따라서 발진 주파수가 변화하도록 한 이유는 유도 가열 코일(8)의 특성상 주파수를 높이면 소비 전류가 감소하고, 반대로 주파수를 낮추면 소비 전류가 증가하는 원리를 통해 유도 가열 코일(8)에 흐르는 전류를 일정하게 유지하도록 하기 위함이다.As described above, the reason why the oscillation frequency is changed according to the magnitude of the input voltage of the voltage /
결국, 유도 가열 코일(8)의 전류가 증가하면 이와 비례하여 전류 검출 트랜스포머(1)의 검출 전압도 상승하고, 상승된 검출 전압이 전압/전압 완충부(19)를 통해 다시 전압/주파수 변환부(18)로 궤환되어 주파수를 높이도록 함으로써 항상 일정한 전류가 평형을 이루도록 동작한다.As a result, when the current of the
상기에서 정류 다이오드(21)는 전류 검출 트랜스포머(1)에서 검출된 교류 전압 파형을 정류하여 직류로 변환한다. 그리고, 타이밍 분배부(20)는 전압/주파수 변환부(18)에서 전달된 하나의 연속된 발진 신호(도 2 의 CK)를 상측 IGBT(9)와 하측 IGBT(11)의 동작에 필요한 두 개의 독립된 교번 펄스열(도 2 의 Y1, Y2)로 변환하여 각각 상측 펄스 구동부(22)와 하측 펄스 구동부(23)로 인가하며, 상기 신호는 상측 펄스 구동부(22)와 하측 펄스 구동부(23)에서 상측 IGBT(9)와 하측 IGBT(11)를 구동시키는데 필요한 충분한 전력으로 증폭되어 각각의 상측 펄스 트랜스포머(24)와 하측 트랜스포머(25)를 통하여 상측 IGBT 구동부(26)와 하측 IGBT 구동부(27)에 인가되며, 상측 펄스 트랜스포머(24)와 하측 펄스트랜스포머(25)는 전/후단 간의 신호 전달 기능 이외에도 전원 2차측(정류 및 정전압 발생부(7)에서 공급된 구동전압(Vcc)으로 동작하는 약 전압부)과 전원 1 차측(상용 교류 및 상용 직류를 사용하는 강 전압부)을 서로 분리(절연)하는 중요한 역할도 겸하고 있다.The
상측 IGBT 구동부(26)와 하측 IGBT 구동부(27)는 별도의 전원 공급이 필요없이 전단에서 공급되는 펄스 신호를 바탕으로 각각의 IGBT(9,11)가 동작하기에 적합한 조건의 파형 형태로 정리한 후 상측 IGBT(9)와 하측 IGBT11)로 각각 출력한다.The
도 2 에 도시된 바와같이, Y1신호에 의해 상측 IGBT(9)가 턴-온되고, Y2신호에 의해 하측 IGBT(11)가 턴-온되며, IGBT(9,11)의 중점 Y3은 Y1의 상승때부터 Y2의 상승때까지 오직 '하이' 상태로서 유도 가열 코일(8)에 전기 에너지를 공급한다.As shown in FIG. 2, the
이후, 상측 IGBT(9)가 톤-온되어 유도 가열 코일(8)에 전류가 흐르기 시작하면 브리지 커패시터(13,15)의 중점 Y4는 도 2 에 도시된 바와같이, 초기에는 마이너스 측으로 하강곡선을 그리다가 전류량의 증가와 함께 서서히 상승하여 약 400볼트의 전압 레벨까지 도달하게 된다. 이때, 상측 브리지 커패시터(13)는 방전 상태로, 하측 브리지 커패시터(15)는 충전 상태로 작용한다.Thereafter, when the
이후, 상측 IGBT(9)가 턴-온프되고 하측 IGBT(11)가 턴-온되면, 상술한 과정에 대하여 반대 되도록 Y4는 초기에 상승 곡선을 그리다가 하강하기 시작하여 0볼트의 전압 레벨까지 하강하게 되는데, 이때 상측 브리지 커패시터(13)는 충전 상태로, 하측 브리지 커패시터(15)는 방전 상태로 작용한다.Then, when the
상기와 같이, 유도가열 코일(8)에는 상측 IGBT(9)와 하측 IGBT(11)의 상호 동작에 따른 상측 브리지 커패시터(13)와 하측 브리지 커패시터(15)의 충/방전 유도 전류가 흘러 이때 발생한 강력한 유도 자계가 대상물의 바닥에서 와전류(eddy current)로 변환되면서 열이 발생하게 되며, 여기에서 상측 프리휠링 다이오드(10)와 하측 프리휠링 다이오드(12)는 유도 가열 코일(8)에서 발생한 역기전압의 통로로 작용하고 상측 브리지 저항(14)과 하측 브리지 저항(16)은 휴지 기간에 각각의 상측 비리지 커패시터(13)와 하즉 브리지 커패시터(15)의 전하를 방전하도록 하여 다음 초기 동작시의 충격을 방지하는 작용을 한다.As described above, the
상기와 같은 종래 기술에 따른 고주파 유도 가열 조리장치는 출력 종단부에 두 개의 공진 커패시터를 사용함으로써 회로가 복잡하고 부품비 및 제조 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.The high frequency induction heating cooking apparatus according to the prior art as described above has a problem in that the circuit is complicated and the parts cost and manufacturing cost are high by using two resonant capacitors at the output terminals.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 고주파 유도 가열 조리장치의 출력 종단부를 한 개의 공진 커패시터로 구성할수 있도록 한 고주파 유도 가열 조리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a high frequency induction heating cooking apparatus configured to configure the output terminal of the high frequency induction heating cooking apparatus with one resonant capacitor.
도 1 은 종래의 고주파 유도 가열 조리장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a conventional high frequency induction heating cooking apparatus.
도 2 는 도 1 의 주요 부분에 대한 파형도이다.FIG. 2 is a waveform diagram of the main part of FIG. 1.
도 3 은 본 발명에 의한 고주파 유도 가열 조리장치의 블록도이다.3 is a block diagram of a high frequency induction heating cooking apparatus according to the present invention.
도 4 는 도 3 의 주요 부분에 대한 파형도이다.4 is a waveform diagram of the main part of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
1 : 전류 검출 트랜스포머 20 : 타이밍 분배부1: current detection transformer 20: timing divider
2 : 브리지 다이오드 21 : 정류 다이오드2: bridge diode 21: rectifier diode
3 : 평활 커패시터 22 , 24 : 펄스 구동부3: smoothing
4 : 쵸크 코일 23, 25 : 펄스 트랜스포머4: choke
5 : 노이즈 필터링 커패시터 26, 27 : IGBT 구동부5:
6 : 전원 트랜스포머 28 : 자려식 IGBT 드라이버 소자6: power transformer 28: self-contained IGBT driver element
7 : 정류 및 정전압 발생부 29 : 공진 커패시터7: rectification and constant voltage generator 29: resonant capacitor
8 : 유도 가열 코일 30 : 발진 저항8: induction heating coil 30: oscillation resistance
9 , 11 : IGBT 31 : 발진 커패시터9, 11: IGBT 31: oscillating capacitor
10 , 12 : 프리휠링 다이오드 32 : 전압/정전용량 변환부10, 12: freewheeling diode 32: voltage / capacitance conversion unit
13 , 15 : 브리지 커패시터 33 : 노이즈 필터링 커패시터13, 15: bridge capacitor 33: noise filtering capacitor
14 , 16 : 브리지 저항 34 : 전도 저항14, 16: bridge resistance 34: conduction resistance
17 : 마이크로 프로세서 35 : 바렉터 다이오드17
18 : 전압/주파수 변환부 36 : 용량 전도 커패시터18: voltage / frequency converter 36: capacitive conducting capacitor
19 : 전압/전압 완충부19: voltage / voltage buffer
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고주파 유도 가열 조리장치의 바람직한 일 실시예는,One preferred embodiment of the high frequency induction heating cooking apparatus according to the present invention for achieving the above object,
대상물을 가열하는 유도 가열 코일부;An induction heating coil unit for heating an object;
상기 유도 가열 코일에 직렬로 접속된 공진 커패시터부;A resonant capacitor unit connected in series with the induction heating coil;
상기 공진 커패시터에 전기 에너지를 스위칭하기 위한 한 쌍의 IGBT부;A pair of IGBT units for switching electrical energy to the resonant capacitor;
상용 직류전압을 인가받아 상기 유도 가열 코일의 구동 전압을 공급하는 정류 및 정전압 발생부;A rectifier and a constant voltage generator configured to receive a commercial DC voltage and supply a driving voltage of the induction heating coil;
상기 IGBT부를 구동시키기 위한 교번 펄스를 발생하는 자려식 발진 및 IGBT 구동부;A self oscillation and IGBT driver for generating alternating pulses for driving the IGBT;
상기 자려식 발진 및 IGBT 구동부의 발진 주파수를 제어하는 전압/정전용량 변환부; 및A voltage / capacitance converter for controlling the oscillation frequency of the self-oscillating oscillation and the IGBT driver; And
상기 전압/정전용량 변환부를 제어하는 마이크로프로세서를 포함한다.And a microprocessor controlling the voltage / capacitance converter.
본 발명에 있어서, 상기 유도 가열 코일과 상기 공진 커패시터가 직렬 공진회로를 구성하는 것이 바람직하며,In the present invention, it is preferable that the induction heating coil and the resonant capacitor constitute a series resonant circuit.
상기 전압/정전용량 변환부는 전도저항, 상기 전도저항에 각각 병렬로 연결된 노이즈 필터링 커패시티 및 바렉터 다이오드로 구성되며 상기 노이즈 필터링 커패시티 및 바렉터 다이오드의 일단은 접지되는 것이 바람직하며,Preferably, the voltage / capacitance converter includes a conductive resistor and a noise filtering capacitor and a varactor diode connected in parallel to the conductive resistor, respectively, and one end of the noise filtering capacitor and the varactor diode is grounded.
상기 전압/정전용량 변환부와 상기 발진 및 IGBT 구동부 사이에 용량전도 커패시터를 더 포함하는 것이 바람직하며,It is preferable to further include a capacitive conductive capacitor between the voltage / capacitance converter and the oscillation and IGBT driver.
상기 용량전도 커패시터와 병렬로 발진저항 및 발진커패시터가 연결되고 상기 발진커패시터의 일단은 접지되며 상기 발진저항의 일단은 상기 발진 및 IGBT 구동부와 연결되는 것이 바람직하며,An oscillation resistor and an oscillation capacitor are connected in parallel with the capacitive conducting capacitor, one end of the oscillation capacitor is grounded, and one end of the oscillation resistor is connected to the oscillation and IGBT driving unit.
상기 IGBT부에는 병렬로 프리휠링 다이오드가 연결되는 것이 바람직하며,Preferably, a freewheeling diode is connected to the IGBT unit in parallel.
상기 정류 및 정전압 발생부의 출력단에 전압강하용 전원트랜스포머가 설치되는 것이 바람직하며,It is preferable that a voltage drop power transformer is installed at the output terminal of the rectification and constant voltage generator.
상기 전압강하용 전원트랜스포머에 병렬로 상용교류전압을 상용직류전압으로 변환하는 브리지다이오드가 연결되는 것이 바람직하며,A bridge diode for converting a commercial AC voltage into a commercial DC voltage in parallel to the voltage drop power transformer is preferably connected.
상기 브리지다이오드의 입력측 일단에 기기자체의 구동전류를 검출하기 위한 전류검출 트랜스포머를 설치하는 것이 바람직하며,It is preferable to provide a current detecting transformer for detecting a drive current of the device itself at one end of an input side of the bridge diode,
상기 전류검출 트랜스포머의 출력신호는 정류다이오드를 거쳐 상기 마이크로프로세서로 입력되는 것이 바람직하며,Preferably, the output signal of the current detection transformer is input to the microprocessor via a rectifying diode,
상기 한 쌍의 IGBT부 가운데 일 IGBT의 일단은 접지되어 있는 것이 바람직하며,It is preferable that one end of one IGBT is grounded among the pair of IGBTs.
고주파 유도가열 조리장치의 출력 종단부를 형성하기 위해 상기 공진 커패시터를 한 개만 사용하는 것이 바람직하며,It is preferable to use only one resonant capacitor to form an output end of the high frequency induction heating cooker,
상기 바렉터 다이오드는 상기 마이크로프로세서로부터 인가된 제어전압의 레벨이 높으면 충전용량이 감소하고, 인가된 제어전압의 레벨이 낮으면 충전용량이 증가하는 특성을 갖는 것이 바람직하며,Preferably, the varistor diode has a characteristic that the charging capacity is decreased when the level of the control voltage applied from the microprocessor is high, and the charging capacity is increased when the level of the applied control voltage is low.
상기 노이즈필터링 커패시터는 상기 마이크로프로세서로부터 인가되는 신호에 포함된 노이즈성분을 필터링하는 것이 바람직하며,Preferably, the noise filtering capacitor filters noise components included in a signal applied from the microprocessor.
상기 유도가열코일에 상기 한쌍의 IGBT의 상호작용에 따른 상기 공진커패시터의 충/방전 유도전류가 흘러서 이때 발생하는 유도자계로 인해 대상물의 바닥에서 와전류로 변환되어 열이 발생하게 되는 것이 바람직하며,It is preferable that the charge / discharge induction current of the resonant capacitor according to the interaction of the pair of IGBTs flows to the induction heating coil, so that heat is generated by converting into an eddy current at the bottom of the object due to the induction magnetic field generated.
상기 프리휠링 다이오드는 상기 유도가열코일에서 발생한 역기전압의 통로가 되는 것이 바람직하며,The freewheeling diode is preferably a path of the counter electromotive voltage generated in the induction heating coil,
상기 유도가열코일에 흐르는 전류제어는 상기 발진커패시터의 용량변화를 통해 발진주파수를 제어함으로써 수행되는 것이 바람직하며,Preferably, the current control flowing through the induction heating coil is performed by controlling the oscillation frequency through a change in capacitance of the oscillation capacitor.
상기 용량전도 커패시터는 상기 바렉터 다이오드의 정전용량을 일정량 감쇄시켜 상기 자려식 IGBT 구동부의 발진부에 가해주는 것이 바람직하다.The capacitive conducting capacitor preferably attenuates the capacitance of the varactor diode by a predetermined amount and applies it to the oscillation part of the self-supporting IGBT driver.
이하 본 발명의 상세한 동작 원리에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a detailed operation principle of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 3 은 본 발명에 따른 고주파 유도가열 조리장치의 블록도이고, 도 4 는 도 3 의 주요 부분에 대한 파형도이다.3 is a block diagram of a high frequency induction heating cooking apparatus according to the present invention, Figure 4 is a waveform diagram of the main part of FIG.
상기의 도 3 에 도시된 바와 같이, 자려식 IGBT 드라이버 소자(28)는 한 디바이스내에 자체 발진기능과 IGBT 드라이버 부분이 함께 내장된 하나의 능동소자이다.As shown in FIG. 3, the self-supporting
상기와 같은 자려식 IGBT 드라이버 소자(28)에 전원이 인가되면 자려식 IGBT 드라이버 소자(28)는 도 4 에 도시된 바와 같이 Y1과 Y2와 같은 교번 신호를 상측 IGBT(9)와 하측 IGBT(11)에 각각 출력하며, 이때 Y1 신호에 의해 상측 IGBT(9)가 턴-온되고, Y2 신호에 의해 하측 IGBT(11)가 턴-온된다.When power is applied to the self-contained
일단 상측 IGBT(9)가 턴-온되면 각각의 IGBT(9,11)의 중점 Y3은 도 4 에 도시된 바와 같이 로직 '하이' 상태가 되어 공진 커패시터(29)를 통해 유도 가열 코일(8)에 전기 에너지를 공급한다.Once the
또한, Y3이 로직 '하이' 상태가 되어있는 동안 공진 커패시터(29)는 초기에 충전 상태로 갔다가 유도가열 코일(8)의 역기전압에 의해 Y4는 도 4 에 도시된 바와 같이 마이너스 수백볼트까지 방전된다.In addition, while Y3 is in the logic 'high' state, the
이후, 상측 IGBT(9)가 턴-오프되고 하측 IGBT(11)가 턴-온되면 상술한 과정에 대하여 상반되도록 공진 커패시터(29)는 초기에 방전 상태로 전환하였다가 유도 가열 코일(8)의 역기전압에 의해 Y4는 도 4 에 도시된 바와 같이 플러스 수백볼트까지 충전된다.After that, when the
상기와 같이 유도 가열 코일(8)에는 상측 IGBT(9)와 하측 IGBT(11)의 상호 동작에 따른 공진 커패시터(29)의 충/방전 유도 전류가 흘러 이때 발생한 강력한 유도 자계가 대상물의 바닥에서 와전류로 변환되면서 열이 발생하게 된다.As described above, the charging / discharging induction current of the
상기에서 상측 프리휠링 다이오드(10)와 하측 프리휠링 다이오드(12)는 유도가열 코일(8)에서 발생한 역기전압의 통로로 작용한다.In the above, the upper
또한, 종래의 유도 가열 조리장치에서는 공진 커패시터가 브리지 형태로 두 개 소요되는데 반해, 본 발명에서는 단 한 개만을 사용하여 그 역할을 담당하도록 했다.In addition, the conventional induction heating cooking apparatus takes two resonant capacitors in the form of a bridge, whereas in the present invention, only one is used to play the role.
또한, 유도 가열 코일(8)에 흐르는 전류는 상술한 바와 같이 발진 주파수를 높이면 감소하고, 발진 주파수를 낮추면 증가하며, 자려식 IGBT 드라이버 소자(28)의 발진 주파수는 발진 저항(30)값의 변화, 또는 발진 커패시터(31)의 용량 변화를 통해 발진 주파수를 제어하는 방법이 간편하기 때문에 상기 방법을 선택하였다.In addition, the current flowing in the
자려식 IGBT 드라이버 소자(28)의 발진 주파수(f)는 다음 공식과 같다.The oscillation frequency f of the self-supporting
마이크로 프로세서(17)에서 디지털/아날로그 변환 신호가 전압/정전용량 변환부(32)에 가해지면 일단 노이즈 필터링 커패시터(33)에서 아날로그 변환 신호에 포함된 전류 노이즈가 제거된 후 전도 저항(34)을 통해 바렉터 다이오드(35)에 가해진다.When the digital / analog conversion signal is applied to the voltage /
상기 바렉터 다이오드(35)는 인가 전압을 높이면 용량이 감소하고, 반대로 인가 전압을 낮추면 용량이 증가하는 특성이 있어 이를 이용해 자려식 IGBT 드라이버 소자(28)의 발지 주파수를 제어하도록 하고 있다.The
즉, 전류 검출 트랜스포머(1)로부터 검출된 전류량이 마이크로 프로세서(17)에 가해져 판독된 후 마이크로 프로세서(17)의 판별에 따라 디지털/아날로그 변환값을 조정 출력하여 전압/정전용량 변환부(32)에 인가함으로써, 아주 섬세한 전류 제어를 실행한다.That is, after the amount of current detected from the
상기에서 용량전도 커패시터(36)는 바렉터 다이오드(35)의 정전 용량을 일정량 감쇄시켜 자려식 IGBT 드라이버 소자(28)의 발진부에 속한 커패시터 총용량(Ct)은 다음과 같다.The
상기와 같이 구성된 본 발명은 두 개의 공진 커패시터를 사용하는 종래의 방법과는 달리 출력 종단부의 유도가열 코일과 공진 커패시터를 직열로 연결한, 직열 공진회로를 구성함으로써 한 개의 공진 커패시터로 작동되게 함으로써, 제조 원가를 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.Unlike the conventional method using two resonant capacitors, the present invention configured as described above is operated by one resonant capacitor by configuring a series resonant circuit in which the induction heating coil and the resonant capacitor of the output terminal are connected in series. It is possible to drastically reduce manufacturing costs.
Claims (18)
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