KR100259816B1

KR100259816B1 - 자성및비자성겸용유도가열조리기

Info

Publication number: KR100259816B1
Application number: KR1019970067709A
Authority: KR
Inventors: 김정태
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 2000-06-15
Also published as: KR19990048885A

Abstract

본 발명은 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것으로, 종래에는 고 속의 스위칭소자를 사용하여 높은주파수에서 스위칭을 함으로써 구동소자의 가격이 비싸고, 자성모드 가열시에는 워킹코일의 이용면적을 반쪽만 사용함으로써 비효율적이고, 소물부하 용기판정시에도 용기위치가 코일면적의 반쪽이상을 벗어나면 오차가 커져 제품의 신뢰성을 저하시키기 쉬운 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 스위칭 발진부(6)와 스위칭 구동부(11) 사이에 2주기 구동부(12)를 구비하여 가열부(4)의 공진탱크를 구동하는 인버터부(3)의 스위칭소자(S1,S2) 구동시 75%와 25% 듀티를 갖는 온신호가 인가되도록 하여 부하공진이 2배가 되도록 하고, 워킹코일의 이용면적을 모두 사용하여 용기를 판정하고 가열을 행함으로써 놓여진 용기위치에 따른 제한없이 안전하게 사용할 수 있도록 하고, 범용의 스위칭소자를 사용하여 높은 주파수에서 스위칭을 행하여 구동소자의 가격을 낮추도록 한 것이다.

Description

자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기{INDUCTION HEATING COOKER FOR MAGNETIC AND NONMAGNETIC LOADS}

본 발명은 자성 및 비자성 겸용으로 가열동작을 수행하는 유도가열 조리기에서 범용의 스위칭소자를 사용하여 두배의 스위칭주기로 스위칭을 행할 수 있도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것으로, 특히 워킹코일의 이용면적을 전부 이용하여 가열을 행함으로써 효율을 높이고, 놓여진 용기를 자동으로 검지하여 최적의 가열모드로 가열할 수 있도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기에 관한 것이다.

종래 유도가열 조리기의 회로 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이, 입력되는 상용전원을 맥동직류 전압으로 정류시켜 출력하는 정류부(1)와, 상기 정류부(1)를 통해 전류된 맥동직류 전압을 평활시켜 일정한 직류전압으로 만드는 평활부(2)와, 상기 평활부(2)를 통해 평활된 직류전압을 스위칭 제어신호에 따라 직렬로 구성된 역병렬 다이오드를 갖는 두 개의 스위칭소자(S1,S2)를 스위칭하여 공진전압을 발생시키는 인버터부(3)와, 상기 인버터부(3)의 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전자기 유도효과로 가열되어질 용기에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 워킹코일(L1,L2)과 공진콘덴서(C1,C2,C3)로 이루어진 가열부(4)와, 가열 용기의 재질에 따라 공진탱크의 구성을 위하여 상기 워킹코일(L1,L2)의 연결여부를 선택하는 부하선택 릴레이(RY1)와, 상기 정류부(1)에 흐르는 입력전류를 입력 트랜스(9)를 이용하여 검지하는 입력전류 검지부(16)와, 상기 워킹코일에 흐르는 전류를 고주파 트랜스(10)를 이용하여 검지하는 고주파전류 검지부(7)와, 입력전류 검지부(16)와 고주파전류 검지부(7)를 통해 각각 입력된 전류에 따른 제어신호를 출력하는 제어부(8)와, 상기 제어부(8)에서 출력되는 제어신호를 이용하여 스위칭소자 교번동작시 동시에 온/오프되는 것을 방지하는 데드타임 조절부(5)와, 상기 데드타임 조절부(5)에서 제공되는 펄스를 이용하여 스위칭소자를 발진시키기 위하여 ZVC(Zero Voltage Switching)을 수행하도록 하는 스위칭 발진부(6)와, 상기 스위칭 발진부(6)의 출력신호에 따라 인버터부(3)의 스위칭소자(S1,S2)의 온/오프 동작을 제어하는 스위칭 구동부(11)로 구성된다.

이와같이 구성된 종래 기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

전원 입력단을 통해 상용전원이 입력되면, 정류부(1)에서 입력받아 브리지 다이오드를 이용하여 정류한 맥동직류 전압을 출력한다.

상기 맥동직류 전압은 다시 인덕턴스(L2)와 콘덴서(C6)로 이루어진 평활부(2)에서 평활되고, 그 평활된 직류전압을 인버터부(3)로 출력한다.

이때 사용자가 가열용기를 올려놓고 시작키를 온시키면, 이를 제어부(8)에서 인식하고 용기검지 주파수를 선택하여 데드타임 조절부(5)로 출력한다(S1).

그러면 상기 데드타임 조절부(5)는 인버터부(3)의 스위칭소자(S1,S2)가 동시에 온되는 것을 방지하기 위한 데드타임을 설정하고, 그 설정된 데드타임을 갖고 스위칭소자(S1,S2)를 제어하기 위한 펄스를 생성하여 스위칭 발진부(6)로 출력한다.

그러면 상기 스위칭 발진부(6)는 그에 따른 스위칭 제어신호를 스위칭 구동부(11)를 통해 인버터부(3)의 스위칭소자(S1,S2)의 게이트로 출력한다.

이때 부하선택 릴레이(RY1)를 온시킨다.(S2)

그러면 가열부(4)의 워킹코일(L1,L2)과 공진콘덴서(C1,C2,C3)로 공진탱크를 구성한다.

이때 입력트랜스(9)는 입력전류를 검지하여 입력전류 검지부(16)를 통해 제어부(8)로 전달하면, 상기 제어부(8)는 입력전류값을 읽고(S3) 그 내부에 미리 설정되어 있는 테이블로 부터 전류값에 대응하는 용기재질을 판정한다.(S4)

아울러 고주파 트랜스(10)에서 가열부(4)에 흐르는 고주파전류를 검지하여 고주파 전류 검지부(7)를 통해 제어부(8)로 출력한다(S5).

그러면 상기 제어부(8)는 그 내부에 미리 설정되어 있는 테이블로 부터 고주파전류에 대응하는 값을 읽어들여 소물부하의 여부를 판정한다.(S6)

소물부하가 아닌 경우, S4단계에서 판정한 용기재질에 따라 자성모드인지 비자성모드인지 가열모드를 결정(S7)한 후 일정시간 가열하도록 한다.(S8)

가령 가열용기가 비자성용기이면, 릴레이(RY1)는 오프상태를 유지하여 가열부(4)는 워킹코일(L1,L2) 및 공진콘덴서(C1,C2,C3)로 공진탱크를 구성하게 된다.

이때 스위칭 구동부(11)에서 도 2에서와 같은 스위칭 제어신호에 의해 인버터부(3)에서 스위칭소자(S2)가 오프되고 스위칭소자(S1)이 온되면 공진탱크(L1, L2, C1, C2, C3)에는 입력전압(Vd)이 인가되고, 공진을 시작하여 워킹코일의 전류가 상승하며 공진콘덴서(C1)는 공진전류에 의해 충전된다.

이후 공진 반주기가 지나기 전에 스위칭소자(S1)를 오프시키면, 공진탱크와 콘덴서(C4,C5)가 보조공진을 하여 콘덴서(C5)의 전압은 입력전압(Vd)에서 0까지 떨어지고, 그 사이 콘덴서(C4)의 전압은 0에서 Vd까지 상승한다.

이후 스위칭소자(S2)의 역병렬 다이오드(D2)가 도통되어 공진탱크에 영전압이 가해지므로 공진콘덴서(C1)에 충전전압에 의해서 계속 공진이 일어나고 반대방향으로 공진에 의한 공진전류가 증가한다.

이후, 공진 반주기가 지나기 전에 스위칭소자(S2)를 오프시키면 공진탱크와 콘덴서(C4,C5)가 보조공진을 하여 콘덴서(C4)의 전압은 Vd에서 0까지 떨어지고, 그 사이 콘덴서(C5)의 전압은 0에서 Vd까지 상승한다.

이후 스위칭소자(S1)의 역병렬 다이오드(D1)가 도통되어 공진탱크에 Vd전압이 가해지므로 공진이 계속 발생하게 되며, 이때 상기 스위칭소자(S1)를 영전압의 조건에서 온시킨다.

이에 따라 계속된 공진에 의하여 공진전류가 영으로 떨어지면 한주기의 동작이 종료되고 이후, 상기와같은 동작으로 유기된 전류에 의해서 가열부(4)의 워킹코일(L)에 자장이 발생하여 자성재질 용기인 부하에 와전류를 발생시킴으로써 부하의 가열동작을 수행하게 된다.

한편, 자성 용기를 가열하기 위해서는 부하선택 릴레이(RY1)를 온시키고, 동작은 상기의 동작과 동일하며 단지 차이점은 공진탱크가 L1,C2,C3로 이루어진다는 것이다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 고 속의 스위칭소자를 사용하여 높은주파수에서 스위칭을 함으로써 구동소자의 가격이 비싸고, 자성모드 가열시에는 워킹코일의 이용면적을 반쪽만 사용함으로써 비효율적이고, 소물부하 용기판정시에도 용기위치가 코일면적의 반쪽이상을 벗어나면 오차가 커져 제품의 신뢰성을 저하시키기 쉬운 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 범용의 스위칭소자를 사용하여 두배의 스위칭주기로 스위칭을 행할 수 있도록 하여 구동소자의 가격을 낮출 수 있도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 워킹코일의 이용면적을 전부 이용하여 가열을 행함으로써 놓여진 용기 위치에 따른 제한없이 안전하게 사용할 수 있도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 놓여진 용기를 자동으로 검지하여 최적의 가열모드로 가열할 수 있도록 한 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로 구성도.

도 2는 도 1에서, 스위칭소자의 스위칭 파형도.

도 3은 종래 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 부하판정 방법에 대한 동작 과정도.

도 4는 본 발명의 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로 구성도.

도 5는 도 4에서, 스위칭소자의 스위칭 파형도.

도 6은 도 4에서, 가열모드에 따른 가열모드 구분표.

도 7은 도 4에서, 용기에 따른 입력전류 및 고주파전류 트랜스의 전압 분포표.

도 8은 본 발명 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 동작 과정도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 정류부 2 : 평활부

3 : 인버터부 4 : 가열부

5 : 데드타임 조절부 6 : 스위칭 발진부

7 : 고주파전류 감지부 8 : 제어부

9 : 입력트랜스 10 : 고주파 트랜스

12 : 2주기 구동부 RY1~RY3 : 부하선택 릴레이

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력교류전원을 정류하는 정류부와, 조리용기를 가열하기 위한 워킹코일과, 상기 워킹코일에 공진전류를 흘려주기 위한 공진콘덴서 및 스위칭소자로 구성된 가열부로 구성된 유도가열 조리기에 있어서, 교류입력 전원에 흐르는 전류와 워킹코일에 흐르는 전류를 검지하여 가열용기를 판정하는 제어부와, 상기 제어부의 출력신호를 데드타임 조절부와 스위칭 발진부를 통해 입력받아 두 개의 스위칭소자 구동시 2배 주기의 부하공진을 실현하도록 하는 2주기 구동부와, 상기 2주기 구동부에서 출력되는 펄스에 따라 인버터부의 스위칭 소자를 교번동작으로 가열부의 공진탱크를 제어하는 스위칭 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기의 회로 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 상용전원을 맥동직류 전압으로 정류시켜 출력하는 정류부(1)와, 상기 정류부(1)를 통해 정류된 맥동직류 전압을 평활시켜 일정한 직류전압으로 만드는 평활부(2)와, 상기 평활부(2)를 통해 평활된 직류전압을 스위칭 제어신호에 따라 직렬로 구성된 역병렬 다이오드를 갖는 두 개의 스위칭소자(S1,S2)를 스위칭하여 공진전압을 발생시키는 인버터부(3)와, 상기 인버터부(3)의 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전자기 유도효과로 가열되어질 용기에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 워킹코일(L1,L2)과 공진콘덴서(C1,C2,C3)가 공진탱크를 형성하고, 상기 공진탱크를 조절하는 제1~제3부하선택 릴레이로 이루어진 가열부(4)와, 상기 정류부(1)에 흐르는 입력전류를 입력 트랜스(9)를 이용하여 검지하는 입력전류 검지부(16)와, 상기 워킹코일에 흐르는 전류를 고주파 트랜스(10)를 이용하여 검지하는 고주파전류 검지부(7)와, 입력전류 검지부(16)와 고주파전류 검지부(7)를 통해 각각 입력된 전류에 따른 제어신호를 출력하는 제어부(8)와, 상기 제어부(8)에서 출력되는 제어신호를 이용하여 스위칭소자 교번동작시 동시에 온/오프되는 것을 방지하는 데드타임 조절부(5)와, 상기 데드타임 조절부(5)에서 제공되는 펄스를 이용하여 스위칭소자를 발진시키기 위하여 ZVC(Zero Voltage Switching)을 수행하도록 하는 스위칭 발진부(6)와, 상기 스위칭 발진부(6)의 출력신호에 따라 두 개의 스위칭소자 구동시 부하공진이 2배가 되도록 하는 2주기 구동부(12)와, 상기 2주기 구동부(12)에서 출력되는 펄스에 따라 따라 인버터부(3)의 스위칭소자(S1,S2)의 온/오프 동작을 제어하는 스위칭 구동부(11)로 구성한다.

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

이때 사용자가 가열용기를 올려놓고 시작키를 온시키면, 이를 제어부(8)에서 인식하고 용기검지 주파수를 선택하여 데드타임 조절부(5)로 출력한다(S21).

그러면 상기 데드타임 조절부(5)는 인버터부(3)의 스위칭소자(S1,S2)가 동시에 온되는 것을 방지하기 위한 데드타임을 설정하고, 그 설정된 데드타임을 갖고 스위칭소자(S1,S2)를 스위칭시키기 위한 펄스를 생성하여 TM위칭 발진부(6)로 출력한다.

이때 가열부(4)의 제1,제2 부하선택 릴레이(RY1,RY2)는 온시키고(S22), 제3 부하선택 릴레이(RY3)는 오프시킨다.(S23)

그러면 워킹코일(L1,L2)과 공진콘덴서(C2,C3)가 공진탱크를 형성한다.

이때 제어부(8)는 입력전류 검지부(16)로 부터 입력전원 공급단에 흐르는 입력전류를 입력 트랜스(9)를 통해 읽어들이고(S24), 아울러 고주파 전류 검지부(7)로 부터는 워킹코일에 흐르는 전류를 고주파 트랜스(10)를 통해 읽어들인다.(S25)

이렇게 읽어들인 두 입력전류와 고주파 전류는 각각 기준값과 비교하고, 그 비교차(A,B)를 구한다.(S26)

상기에서 입력전류와 기준값을 비교한 비교차(A)가 1.2V 이상이고, 고주파 전류값과 기준값을 비교한 비교차(B)가 1.7~2.2V 사이이면 순수 304용기로 판정하고(S27), 상기 비교차가 A=0.7~1.0V 사이이고, B=1.5V 이하이면 자성용기로 판정한다(S28).

이렇게 순수 304용기 또는 자성용기로 판정될 경우 자성 가열모드로 동작하도록 한다(S29).

상기에서 자성 가열모드일 경우, 도 6에 도시한 가열모드 구분표에서와 같이, 제1,제2 부하선택 릴레이(RY1,RY2)는 온시키고, 제3부하선택 릴레이(RY3)는 오프시켜 동작하도록 한다.

그러면 인덕턴스(La)는 병렬 연결로 이루어진 워킹코일(L1.L2)에 의해

가 되고, 캐패시터(Ca)는 Ca = C2+C3 되고, 주파수(

)는

가 된다.

그리고, 비교차가 A=0.6V 이하이고, B=2.3V 이상이면 비자성용기로 판정하고(S30), 비자성 가열모드로 가열한다.(S31)

상기에서 비자성 가열모드일 경우, 도 6에 도시한 가열모드 구분표에서와 같이, 제1,제2릴레이(RY1,RY2)는 오프시키고, 제3부하선택 릴레이(RY3)는 온시켜 동작하도록 한다.

그러면 인덕턴스(Lb)는 Lb=L1+L2가 되고, 캐패시터(Cb)는

가 되고, 주파수(

)는

가 된다.

이때 인버터부(3)의 스위칭소자를 구동하는 2주기 구동부(12)와 스위칭 구동부(11)의 동작에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

상기에서 용기에 따른 전류 전압의 분포를 살펴보면 도 7에서와 같이 나타남을 알 수 있다.

제어부(8)에서 가열모드를 판정하고, 그 판정한 모드에 따른 제어신호를 출력하면 데드타임 조절부(5)에서 인버터부(3)의 스위칭소자(S1,S2)가 동시에 온 또는 동시에 오프되는 동작을 방지하기 위한 데드타임을 설정하고, 그 설정한 데드타임을 갖고 스위칭소자(S1,S2)를 스위칭하기 위한 펄스를 생성하여 스위칭 발진부(6)로 출력한다.

그러면 상기 스위칭 발진부(6)는 데드타임이 설정된 스위칭 제어신호를 a점과 b점을 통해 2주기 구동부(12)로 각각 출력한다.

이에 따라 상기 2주기 구동부(12)의 디플립플롭(12c)의 클럭 입력단자(Cp)는 a점을 입력받아 입력되는 펄스가 상승에지 일 때 소정의 폭을 갖는 펄스를 반전 및 비반전 출력단(

)로 출력한다.

그러면 상기 디플립플롭(12c)의 반전 및 비반전 출력단(

)을 거쳐 출력되는 신호는 앤드게이트(12b)와 노아게이트(12a)로 입력된다.

이에 상기 노아게이트(12a)는 스위칭 발진부(6)에서 출력되는 a점파형과 디플립플롭(12c)의 비반전단자(Q)를 거쳐 출력되는 신호를 노아링하여 스위칭 구동부(11)로 출력하는데, 상기에서 디플립플롭(12c)의 비반전단자(Q)의 출력이 로우(low) 구간일때만 로우신호를 출력한다.

그리고, 상기 앤드게이트(12b)는 스위칭 발진부(6)에서 출력되는 b점파형과 디플립플롭(12c)의 반전단자(

)를 거쳐 출력되는 신호를 앤드링하여 스위칭 구동부(11)로 출력하는데,두 신호가 하이(high)일 경우에만 하이신호를 출력한다.

이상에서와 같이 2주기 구동부(12)의 노아게이트(12a)와 앤드게이트(12b)에서 생성한 신호를 스위칭 구동부(11)로 출력하면, 상기 스위칭 구동부(11)는 인버터부(3)의 스위칭소자(S1)의 게이트로는 도 5의 (a)에서와 같은 파형을 출력하고, 스위칭소자(S2)의 게이트로는 도 5의 (b)에서와 같은 파형을 각각 출력한다.

이와같은 파형에 의해 스위칭소자(S1,S2)가 온 또는 오프될 때, 상기 스위칭소자(S1)의 2주기 공진파형은 도 5의 (c)에서와 같다.

결국, 스위칭소자(S1,S2)에 인가되는 게이트 파형은 각각 75%와 25% 듀티를 갖는 온신호가 인가되어 부하공진이 2배가 됨을 알 수 있다.

이상에서와 같은 동작에 의해 자성 및 비자성용기를 겸용하여 가열한다.

따라서, 본 발명은 스위칭 발진부와 스위칭 구동부 사이에 2주기 구동부를 구비하여 가열부의 공진탱크를 구동하는 두 개의 스위칭소자 구동시 75%와 25% 듀티를 갖는 온신호가 인가되도록 하여 부하공진이 2배가 되도록 하고, 워킹코일의 이용면적을 모두 사용하여 용기를 판정하고 가열을 행함으로써 놓여진 용기위치에 따른 제한없이 안전하게 사용할 수 있도록 하고, 범용의 스위칭소자를 사용하여 높은 주파수에서 스위칭을 행하여 구동소자의 가격을 낮추도록 한 것이다.

Claims

입력교류전원을 정류하는 정류부와, 조리용기를 가열하기 위한 워킹코일과, 상기 워킹코일에 공진전류를 흘려주기 위한 공진콘덴서 및 스위칭소자로 구성된 가열부로 구성된 유도가열 조리기에 있어서, 교류입력 전원에 흐르는 전류와 워킹코일에 흐르는 전류를 검지하여 가열용기를 판정하는 제어부와, 상기 스위칭소자가 동시에 온 또는 오프되는 것을 방지하기 위한 데드타임 조절부와, 상기에서 데드타임이 조절된 스위칭 제어신호를 출력하는 스위칭 발진부와, 상기 스위칭 발진부에서 출력되는 스위칭 제어신호에 따라 스위칭소자 구동시 2배 주기의 부하공진을 실현하도록 하는 2주기 구동부와, 상기 2주기 구동부에서 출력되는 펄스에 따라 인버터부의 스위칭 소자를 교번동작으로 가열부의 공진탱크를 제어하는 스위칭 구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기.
제1항에 있어서, 2주기 구동부는 스위칭 발진부에서 출력되는 신호를 클럭펄스 입력단으로 입력받아 그 입력펄스가 상승에지 일 때 소정의 폭을 갖는 펄스를 반전 및 비반전 출력단으로 출력하는 디플립플롭과, 스위칭 발진부에서 출력되어 상기 디플립플롭의 클럭펄스 입력단으로 인가되는 신호와 상기 디플립플롭의 비반전 출력단을 통해 출력되는 신호를 노아링한 스위칭 제어신호를 출력하는 노아게이트와, 상기 스위칭 발진부에서 출력되는 또 다른 신호와 상기 디플립플롭의 반전 출력단을 통해 출력되는 신호를 앤드링한 스위칭 제어신호를 출력하는 앤드게이트로 구성된 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 유도가열 조리기.