KR100261520B1 - 자성및비자성겸용풀브리지유도가열조리기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시분할 제어를 통하여 하나의 스위칭부로 복수의 부하를 제어토록 한 다부하를 갖는 대출력 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 입력전원의 역률을 높이기 위한 평활수단; 외부로부터 입력되는 복수의 스위칭 제어신호에 따라 교번으로 스위칭하여 상기 평활수단으로부터의 전압을 시분할로 출력하는 스위칭수단; 상기 스위칭수단과 결합하여 외부로부터 입력되는 제 1 제어신호에 응답하여 스위칭하는 부하선택스위칭수단; 및 상기 스위칭수단과 상기 부하선택스위칭수단 사이에 결합되어 공진회로를 이루며, 상기 부하선택스위칭수단과 상기 스위칭수단의 스위칭에 따라 상기 평활수단으로부터의 전압을 선택적으로 공급받아 공진하며, 외부로부터 입력되는 제 2 및 제 3 제어신호에 응답하여 기설정된 자성 또는 비자성 가열모드로 복수의 가열판을 선택적으로 가열하도록 발열하는 제 1 및 제 2 가열수단으로 구성된다.

Description

자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기{full bridge induction heating Cooker for magnetic and nonmagnetic Loads}
본 발명은 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기에 관한 것으로, 특히 시분할 스위칭에 의해 복수의 공진 부하를 대출력 제어할 수 있는 다부하를 갖는 대출력 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기에 관한 것이다.
종래의 기술에 의한 다출력형 전자 유도 가열 조리기는 일반적으로 1200W이하로 제한되기 때문에 보다 큰 출력을 얻기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 공급되는 상용 교류전원(AC Source)을 직류 전원으로 정류하는 병렬 결합된 한 쌍의 정류부(1a,1b)와, 한 쌍의 정류부(1a,1b)에 대응하여 결합되어 상기 정류된 직류 전원을 소정 리플(ripple)을 갖는 직류 전압으로 평활시키는 한 쌍의 평활부(2a,2b)와, 외부로부터 입력되는 스위칭 제어신호에(SC1,SC2,SC3,SC4) 따라 스위칭하여 상기 평활된 직류 전압을 다음단으로 출력하는 한 쌍의 스위칭부(3a,3b)와, 한 쌍의 스위칭부(3a,3b)로부터의 공급전압에 의해 공진하며, 상기 공진에 의한 전자기 유도 효과로 소정의 가열온도로 발열하는 한 쌍의 공진부하(4a,4b)로 구성되어져 있다.
상기 제 1 평활부(2a)는 병렬 결합된 필터용 인턱터(L1)와 필터용 커패시터(C1)로 구성되고, 상기 제 2 평활부(2a)는 병렬 결합된 필터용 인턱터(L2)와 필터용 커패시터(C2)로 구성되어져 있다.
상기 제 1 스위칭부(3a)는 제 1 평활부(2a)의 양측 출력단에 직렬 결합되어 스위칭 제어신호(SC1,SC2)에 응답하여 스위칭하는 제 1 및 제 2 인버터(S1,S2)와, 스위칭으로부터 소자 보호하기 위해 한 쌍의 인버터(S1,S2)에 각각 병렬 결합된 제 1 및 제 2 댐핑 다이오드(D1,D2)로 구성되고, 상기 제 2 스위칭부(3b)는 제 1 평활부(2b)의 양측 출력단에 직렬 결합되어 스위칭 제어신호(SC3,SC4)에 응답하여 스위칭하는 제 3 및 제 4인버터(S3,S4)와, 스위칭으로부터 소자 보호하기 위해 제 3 및 제 4 인버터(S3,S4)에 각각 병렬 결합된 제 3 및 제 4 댐핑 다이오드(D3,D4)로 구성되어져 있다.
상기 제 1 공진부하(4a)는 제 1 인버터(S1)의 출력단에 직렬 결합된 제 1 워킹코일(Lr1)과 제 1 공진 커패시터(Cr1)로 구성되고, 상기 제 2 공진부하(4b)는 제 제 3 인버터(S3)의 출력단에 직렬 결합된 제 2 워킹코일(Lr2)과 제 2 공진 커패시터(Cr1,Cr2)로 구성되어져 있다.
이와 같이 구성된 종래의 기술에 의한 다출력형 전자 유도 가열 조리기의 동작을 하나의 스위칭부 회로만을 예로들어 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공급되는 상용 교류전원(AC)은 제 1 정류부(1a)를 통해 맥동 직류전압으로 정류되고, 제 1 평활부(2a)의 제 1 필터용 인덕터(L1) 및 제 1 커패시터(C1)를 통해 평활된 후 제 1 스위칭부(3a)로 인가된다.
그러면, 제 1 스위칭부(3a)는 외부의 스위칭제어신호에 의해 스위칭 동작하여 제 1 평활부(2a)에서 평활된 직류전압을 제 1 공진부하부(4a)에 공급한다.
보다 상세하게 제 1 스위칭부(3a)의 동작을 살펴보면, 초기에 외부의 스위칭 제어신호(SC1)에 의해 제 2 인버터(S2)가 턴-온되고, 제 1 정류부(1a)를 통해 인가되는 전압은 제 1 인버터부(3a)의 제 1 스위칭소자(S1)가 오프상태가 되므로 제 1 워킹코일(Lr1)은 공진하게 된다.
이와 같은 상태에서, 외부의 스위칭 제어신호(SC2)에 의해 제 1 스위칭부(3a)의 제 1 인버터(S1)를 턴-온시킴과 동시에 제 2 인버터(S2)를 오프시키므로, 제 1 인버터(S1)는 턴-온되고, 이에 따라 제 1 워킹코일(Lr1)에 축적된 전류에 의해 역방향으로 제 1 인버터(S1)를 통한 루프가 형성되어 제 1 워킹코일(Lr1)에 전류가 흐르게 된다.
종래의 기술은 이와 같은 스위칭 동작을 반복 수행하도록 함으로써, 제 1 워킹코일(Lr1)을 가열시키고, 또한, 상기 제 1 및 제 2 인버터(S1,S2)의 스위칭 제어신호의 듀티(Duty)비의 변화에 따라 제 1 워킹코일(Lr1)에 흐르는 전류를 제어한다.
따라서, 상기와 같은 스위칭 동작을 의해서 종래의 유도 가열 조리기는 용기에 와전류를 인가하여 가열시키게 되며, 상기에서 언급한 바와 같이 주파수 제어 즉, 듀티(Duty)비를 변화시킴으로써, 출력 전력의 제어가 달성된다.
그러나, 상기 종래의 기술에 의한 다출력형 전자 유도 가열 조리기에서는 동작주파수의 차이에 의해 인접한 워킹코일 사이에 간섭음이 발생하게 되므로, 워킹코일의 정확한 출력제어가 이루어지지 않고, 또한 복수의 공진 부하를 구성할 경우 스위칭부와 정류부가 대응하여 결합되므로, 스위칭부의 수효만큼 정류부와 평활 및 필터링을 위한 L,C필터를 필요로 하므로, 전원공급회로가 더욱 복잡해지고 전체 시스템의 부피가 커지는 문제점이 유발된다.
따라서 본 발명은 시분할 스위칭에 의해 하나의 스위칭부로 복수의 공진 부하를 대출력 제어할 수 있는 다부하를 갖는 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 입력전원의 역률을 높이기 위한 평활수단; 외부로부터 입력되는 복수의 스위칭 제어신호에 따라 교번으로 스위칭하여 상기 평활수단으로부터의 전압을 시분할로 출력하는 스위칭수단; 상기 스위칭수단과 결합하여 외부로부터 입력되는 제 1 제어신호에 응답하여 스위칭하는 부하선택스위칭수단; 및 상기 스위칭수단과 상기 부하선택스위칭수단 사이에 결합되어 공진회로를 이루어 상기 부하선택스위칭수단과 상기 스위칭수단의 스위칭에 따라 상기 평활수단으로부터의 전압을 선택적으로 공급받아 공진하며, 외부로부터 입력되는 제 2 및 제 3 제어신호에 응답하여 기설정된 자성 또는 비자성 가열모드로 복수의 가열판을 선택적으로 가열하도록 발열하는 제 1 및 제 2 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 다출력형 전자 유도 가열 조리기를 나타낸 회로도.
도 2는 본 발명에 의한 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기를 나타낸 회로도.
도 3은 본 발명에 의한 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기의 비자성 가열모드시 스위칭 제어신호 및 인덕터 전류를 나타낸 파형도.
도 4는 본 발명에 의한 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기의 자성 가열모드시 스위칭 제어신호 및 인덕터 전류를 나타낸 파형도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
101 : 평활부 102 : 스위칭부
104 : 부하선택 스위칭부 106 : 제 1 가열부
108 : 제 2 가열부
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기의 회로 구성도를 나타낸 것으로서, 입력전원의 역률을 높이기 위한 평활부(101)와, 외부로부터 입력되는 복수의 스위칭 제어신호(SC1∼SC4)에 따라 교번으로 스위칭하여 평활부(101)로부터의 전압을 시분할로 출력하는 스위칭부(102)와, 스위칭부(102)와 결합하여 외부로부터 입력되는 제 1 제어신호에 응답하여 스위칭하는 부하선택스위칭부(104)와, 및 스위칭부(102)와 부하선택 스위칭부(104) 사이에 결합되어 공진회로를 이루어 스위칭부(102)와 부하선택 스위칭부(104)의 스위칭에 따라 평활부(101)로부터의 전압을 선택적으로 공급받아 공진하며, 외부로부터 입력되는 제 2 및 제 3 제어신호에 응답하여 기설정된 자성 또는 비자성 가열모드로 복수의 가열판(미도시)을 선택적으로 가열하도록 발열하는 제 1 및 제 2 가열부(106,108)로 구성된다.
상기 평활부(101)는 정류부(미도시)의 출력단에 직렬 연결되는 필터용 커패시터(Cf)로 구성된다.
상기 스위칭부(102)는 평활부(101)에 출력단에 직렬 결합되어 제 1 및 제 2 스위칭 제어신호(SC1,SC2)에 의해 스위칭하는 제 1 및 제 2 인버터(S1,S2)와, 상기 평활부(101)의 출력단에 직렬 결합되어 제 3 및 제 4 스위칭 제어신호(SC3,SC4)에 의해 스위칭하는 제 3 및 제 4 인버터(S3,S4)와, 제 1 내지 제 4 인버터(S1∼S4)에 각각 대응하여 역병렬 결합된 제 1 내지 제 4 댐핑 다이오드(D1∼D4)와, 제 1 내지 제 4 댐핑 다이오드(D1∼D4)에 각각 대응하여 병렬 결합된 제 1 내지 제 4 보조공진 커패시터(Ca1∼Ca4)로 구성된다.
상기 부하선택 스위칭부(104)는 스위칭부(102)의 제 1, 제 2 인버터(S1,S2)의 직렬 결합 노드(N1)에 일측단이 결합되고, 상기 제 1 제어신호에 응답하여 스위칭하는 부하선택릴레이(Ry0)로 구성된다.
상기 제 1 가열부(106)는 부하선택 스위칭부(104)에 선택적으로 결합되는 직렬 결합된 제 1, 제 2 워킹코일(Lr1a,Lr1b)과, 상기 제 2 워킹코일(Lr1b)에 일측단이 직렬 결합된 제 1 공진 커패시터(Cr1)와, 제 1, 제 2 워킹코일(Lr1a,Lr1b)의 결합노드(N2)와 제 1 공진 커패시터(Cr1)의 타측단 사이에 결합되어 상기 제 2 제어신호에 응답하여 가열모드를 선택하는 제 1 가열모드선택릴레이(Ry1)로 구성되어 공진회로를 이룬다.
상기 제 2 가열부(108)는 상기 제 1 가열부(106)와 병렬 결합됨과 아울러 부하선택 스위칭부(104)에 선택적으로 결합되는 직렬 결합된 제 3 및 제 4 워킹코일(Lr2a,Lr2b)과, 제 4 워킹코일(Lr2b)에 일측단이 직렬 결합된 제 2 공진 커패시터(Cr2)와, 제 3 및 제 4 워킹코일(Lr2a,Lr2b)의 결합노드(N3)와 제 1 공진 커패시터(Cr2)의 타측단 사이에 결합되어 상기 제 3 제어신호에 응답하여 가열모드를 선택하는 제 2 가열모드 선택릴레이(Ry2)로 구성되어 공진회로를 이룬다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 제 1 가열부(106)와 제 2 가열부(108)는 부하선택스위칭부(104)의 부하선택 릴레이(Ry0)의 스위칭 동작에 의해 선택되고, 제 1 및 제 2 가열모드 선택릴레이(Ry1,Ry2)의 스위칭 동작에 의해 기설정된 비자성 가열모드 또는 자성 가열모드로 동작하게 된다.
외부로부터 입력되는 복수의 스위칭 제어신호(SC1∼SC4)에 의해 부하선택 릴레이(Ry0)가 접점 1로 스위칭될 경우 제 1 가열부(106)가 선택되어 동작하게 된다.
이와 같은 상태에서, 상기 제 1 가열모드 선택릴레이(Ry1)가 오프(OFF)되면 제 1 가열부(106)는 비자성 가열모드로 동작하고, 반면에 제 1 가열모드 선택릴레이(Ry1)가 온(ON)되면 제 1 가열부(106)는 자성 가열모드로 동작하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 비자성 가열모드시의 제 1 및 제 4 인버터의 스위칭 제어신호와 이에 대응하는 워킹코일에 흐르는 인덕터 전류(iLr)를 나타낸 파형도로서, 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(iLr)의 변화에 대응하여 스위칭부(102)의 제 1 및 제 4 인버터(S1,S4)가 한 쌍으로, 제 2 및 제 3 인버터(S2,S3)가 한 쌍으로 각각 교번 동작하도록 스위칭 제어된다.
도 3 을 참조하여, 제 1 가열부(106)의 비자성 가열모드시의 동작을 설명하면, 제 1 가열부(106)의 제 1 가열모드 선택릴레이(Ry1)가 오프 된 후 스위칭부(102)제 1, 제 4 인버터(S1,S4)가 온 되고, 교번으로 스위칭 되는 스위칭부(102)의 제 2, 제 3 인버터(S2,S3)가 오프 되면, 상기 제 1 가열부(106)의 제 1 및 제 2 워킹코일(Lr1a, Lr1b)과 제 1 공진커패시터(Cr1)에는 입력전압(Vd)이 인가되고, 이에 따라 공진을 시작하여 제 1 워킹코일부(Lr1a)의 전류가 증가하게 된다.
이때, 공진 반주기가 지나기 전에 스위칭부(102)의 제 1 및 제 4 인버터(S1, S4)가 오프 되고, 제 2 및 제 3 인버터(S2, S3)가 온 되면, 제 1 내지 제 4 보조공진 커패시터(Ca1∼Ca4)와 제 1 가열부(102)의 제 1 및 제 2 워킹코일(Lr1a, Lr1b)과 제 1 공진 커패시터(Cr1)가 보조공진을 해서 상기 스위칭부(102)의 제 2 및 제 3 인버터(S2, S3)의 제 2 및 제 3 보조공진 커패시터(Ca2, Ca3)의 전압은 입력전압(Vd)에서 영까지 떨어지고 그 사이 제 1 및 제 4 보조공진 커패시터(Ca1)(Ca4)의 전압은 영에서 입력전압(Vd)까지 상승하게 된다.
이후, 제 2 및 제 3 인버터(S2, S3)의 역 병렬 다이오드(D2, D3)가 도통되어 제 1 가열부(106)에는 역방향의 입력전압(Vd)이 가해진다.
그러면, 역방향의 입력전압(Vd)과 제 1 가열부(106)의 공진 커패시터(Cr1)에 충전된 전압에 의해서 계속 공진이 일어나고, 이때, 제 2 및 제 3 인버터(S2, S3)는 영전압의 조건에서 온 된다.
이후, 계속되는 공진에 의해서 공진전류가 영으로 떨어지고 이번에는 반대방향으로 공진에 의해서 공진전류가 증가한다.
이때, 공진 반주기가 지나기 전에 제 2, 제 3 인버터(S2, S3)가 오프되면, 제 2 및 제 3 인버터(S2, S3)와 제 1 및 제 4 인버터(S1, S4)의 제 1 내지 제 4 보조공진 커패시터(Ca1∼Ca4)와 제 1 가열부(106)의 제 1 및 제 2 워킹코일(Lr1a, Lr1b)과 제 1 공진 커패시터(Cr1)가 다시 보조공진을 해서 상기 제 1 및 제 4 인버터(S1, S4)의 제 1 및 제 4 보조공진 커패시터(Ca1, Ca4)의 전압은 입력전압(Vd)에서 영까지 떨어지고, 그 사이 제 2 및 제 3 인버터(S2, S3)의 제 2 및 제 3 보조공진 커패시터(Ca2)(Ca3)의 전압은 영에서 입력전압(Vd)까지 상승한다.
이후, 제 1 및 제 4 인버터(S1, S4)의 역병렬 다이오드(D1, D4)가 도통되어 제 1 가열부(106)의 제 1 및 제 2 워킹코일(Lr1a, Lr1b)과 제 1 공진 커패시터(Cr1)에는 입력전압(Vd)이 가해져서 충전되고, 이에 따라 계속된 공진이 일어나게 된다. 이때, 제 1, 제 4 인버터(S1, S4)는 영전압의 조건에서 온된다.
한편, 상기 계속된 공진에 의해서 공진전류가 영으로 떨어지면 한 주기의 비자성 가열모드의 동작이 종료되고, 상기한 바와 같은 일련의 동작이 계속 반복된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 자성 가열모드시의 제 1 내지 제 4 인버터의 스위칭 제어신호와 이에 대응하는 워킹코일에 흐르는 인덕터 전류(iLr)를 나타낸 파형도로서, 도시된 바와 같이, 비자성 가열모드의 경우와 유사하게 인덕터 전류(iLr)에 대응하여 스위칭부(102)의 제 1 및 제 4 인버터(S1,S4)가 한 쌍으로, 제 2 및 제 3 인버터(S2,S3)가 한 쌍으로 각각 교번 동작하도록 스위칭 제어되지만, 스위칭 제어신호의 주기가 비자성 가열모드의 경우 보다 소정시간 길다는 데에 차이가 있다.
상기 자성 가열모드의 동작은 제 1 가열부(106)의 제 1 가열모드 선택릴레이(Ry1)가 온(ON)되어 있으므로, 제 1 가열부(106)의 제 1 워킹코일(Lr1a)만 이용하여 평활부(101)의 필터용 커패시터(Cf)의 전압(Vd)을 이용하도록 한 것으로, 전체적인 동작이 비자성 가열모드의 경우와 유사하므로 그 상세한 설명은 이하 생략한다.
한편, 제 2 가열부(108)의 동작은 부하선택 스위칭부(104)가 접점 2로 스위칭하도록 제어하여 상술한 바와 같은 비자성 및 자성 가열모드의 동작을 수행하므로, 이하 그 상세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 하나의 스위칭부로 두 개의 부하를 시분할 제어할 수 있으므로, 전체 시스템의 원가 및 부피를 최소로 줄일 수 있는 효과가 있으며, 또한 스위칭 손실을 최소로 하는 소프트 스위칭 방식을 이용하여 2kw이상의 높은 출력을 얻을 수 있으며, 이로 인해 두 개의 부하로 새로운 대출력의 자성 및 비자성 가열판을 가열할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 입력전압의 역률을 높이기 위한 평활수단;
    외부로부터 입력되는 복수의 스위칭 제어신호에 따라 교번으로 스위칭하여 상기 평활수단으로부터의 전압을 시분할로 출력하는 스위칭수단;
    상기 스위칭수단과 결합하여 외부로부터 입력되는 제 1 제어신호에 응답하여 스위칭하는 부하선택스위칭수단; 및
    상기 스위칭수단과 상기 부하선택스위칭수단 사이에 결합되어 공진회로를 이루어 상기 부하선택스위칭수단과 상기 스위칭수단의 스위칭에 따라 상기 평활수단으로부터의 전압을 선택적으로 공급받아 공진하며, 외부로부터 입력되는 제 2 및 제 3 제어신호에 응답하여 기설정된 자성 또는 비자성 가열모드로 복수의 가열판을 선택적으로 가열하도록 발열하는 제 1 및 제 2 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평활수단은 필터용 커패시터로 구성된 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭수단은 상기 평활수단의 출력단에 직렬 결합된 제 1 및 제 2 인버터와, 상기 평활수단의 출력단에 직렬 결합된 제 3 및 제 4 인버터와, 상기 제 1 내지 제 4 인버터에 각각 대응하여 역병렬 결합된 제 1 내지 제 4 댐핑 다이오드와, 상기 제 1 내지 제 4 댐핑 다이오드에 각각 대응하여 병렬 결합된 제 1 내지 제 4 보조공진 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 부하선택스위칭수단은 상기 스위칭수단의 제 1, 제 2 인버터의 직렬 결합 노드에 일측단이 결합되고, 상기 제 1 제어신호에 응답하여 스위칭하는 부하선택릴레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가열수단은 상기 부하선택스위칭수단에 선택적으로 결합되는 직렬 결합된 제 1, 제 2 워킹코일과, 상기 제 2 워킹코일에 일측단이 직렬 결합된 제 1 공진 커패시터와, 상기 제 1, 제 2 워킹코일의 결합노드와 제 1 공진 커패시터의 타측단 사이에 결합되어 상기 제 2 제어신호에 응답하여 가열모드를 선택하는 제 1 가열모드선택릴레이로 구성되어 공진회로를 이루는 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가열수단은 상기 제 1 가열수단과 병렬 결합됨과 아울러 상기 부하선택스위칭수단에 선택적으로 결합되는 직렬 결합된 제 3 및 제 4 워킹코일과, 상기 제 4 워킹코일에 일측단이 직렬 결합된 제 2 공진 커패시터와, 상기 제 3 및 제 4 워킹코일의 결합노드와 제 1 공진 커패시터의 타측단 사이에 결합되어 상기 제 3 제어신호에 응답하여 가열모드를 선택하는 제 2 가열모드선택릴레이로 구성되어 공진회로를 이루는 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 겸용 풀 브리지 유도가열 조리기.
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