KR100266616B1

KR100266616B1 - 고출력 유도가열조리기

Info

Publication number: KR100266616B1
Application number: KR1019980019020A
Authority: KR
Inventors: 정윤철
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2000-09-15
Also published as: KR19990086160A

Abstract

본 발명은 고출력 유도가열조리기에 관한 것으로, 종래에는 용기의 두께에 따라 출력할 수 있는 최대파워는 다르게 나타날 수 있고 출력할 수 있는 파워를 초과하였을 경우 스위치에 쇼트 전류가 흐르게 되어 스위치의 파손을 야기할 수 있는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 저가이고 설계가 간편한 패키지의 IGBT소자와 다이오드를 사용한 인버터에 있어서 다이오드만의 전류를 감지할 수 있는 방식으로 용기바닥이 두꺼운 용기를 가열할 때 영전압 스위칭이 가능한 영역에서만 동작하도록 함으로써 스위칭소자의 파손없이 안정하게 가열할 수 있고, 또한 소구용기에 대해서도 스위칭손실이 큰 영역에서 동작하지 않도록 영역을 설정함으로써 스위칭소자의 파손 없이 안정되게 동작할 수 있는 효과가 있다.

Description

고출력 유도가열조리기

본 발명은 고출력 유도가열조리기에 관한 것으로, 특히 스위칭소자의 파손을 막고 안전하게 동작하도록 인버터의 다이오드에 흐르는 전류를 검지하여 용기(17) 특성에 맞는 파워를 출력할 수 있도록 한 고출력 유도가열조리기에 관한 것이다.

도1은 일반적인 유도가열조리기의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시된 바와같이 교류전원(AC)을 입력받아 이를 정류하는 정류부(10)와; 상기 정류부(10)의 정류된 전원을 입력받아 이를 필터링하는 필터부(11)와; 상기 필터부(11)로부터 필터링된 전원을 입력받아 이를 스위칭하여 용기(17)를 가열하기 위한 인버터부(12)와; 용기(17)를 가열하기 위한 가열코일(Lr)과; 상기 가열코일(Lr)과 각기 직렬 공진하는 공진커패시터(Cr1),(Cr2); 입력 교류전원의 소비되는 파워를 검출하기 위한 입력전류검출부(13)와; 상기 입력전류검출부(13)의 검출신호를 입력받아 그에 따라 원하는 파워가 출력되도록 제어하는 제어부(14)와; 상기 제어부(14)의 제어신호에 따른 스위칭주파수를 발생하는 스위칭주파수발생부(15)와; 상기 스위칭주파수발생부(15)의 스위칭주파수를 입력받아 그에 따른 구동신호를 상기 인버터부(12)에 인가하는 드라이브부(16)로 구성된다.

상기 인버터부(12)는 스위칭주파수를 게이트에 인가받아 그에 따라 스위칭 되는 제1,제2 스위칭소자(SW1),(SW2)와; 상기 제1,제2 스위칭소자(SW1),(SW2)를 보호하기 위해 각기 병렬 접속된 다이오드(D1),(D2) 및 콘덴서(C2),(C3)로 구성되며, 이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 정류부(10)는 교류전원을 입력받아 이를 정류하여 그에 따른 직류전압을 발생하고, 필터부(11)는 상기 정류부(10)의 직류전원을 입력받아 이를 필터링하여 그에 따른 필터링 전압을 인버터부(12)에 인가한다.

이때, 입력전류검출부(13)는 상기 교류전원의 소비되는 파워를 검출하기 위해 입력전류를 검출하고, 제어부(14)는 상기 입력전류검출부(13)의 검출신호를 입력받아 그에 따른 소정 제어신호를 스위칭주파수발생부(15)에 인가한다.

따라서, 상기 스위칭주파수발생부(15)는 상기 제어부(14)로부터 소정 제어신호를 입력받아 그에 따른 스위칭주파수를 발생하여 그 스위칭주파수를 드라이브부(16)에 인가하며, 이에 의해 상기 드라이브부(16)는 상기 스위칭주파수발생부(15)로부터 스위칭주파수를 입력받아 그에 따른 구동신호를 상기 인버터부(12)에 인가한다.

이에 따라, 상기 인버터부(12)의 스위칭소자(SW1),(SW2)가 상기 드라이브부(16)의 구동신호에 의해 교번 동작함에 따라 가열코일(Lr)에서 발생하는 자장에 의한 전기유도 효과로 용기(17)에 와전류를 유도시켜 그 용기(17)를 가열하는데, 이때 상기 가열코일(Lr)에서 발생하는 자장은 상기 스위칭소자(SW1),(SW2)가 교번 구동에 따라 가열코일(Lr)과 공진커패시터(Cr1),(Cr2)가 직렬 공진하여 발생된다.

만약, 상기 가열코일(Lr)과 용기(17)의 등가모델을 저항과 리액터로 구성하여 소비전력을 구하면 아래의 식과 같다.

R1(가열코일의 저항)+Roven(용기(17)의 저항)=Rin이고, 리액터값을 Lr로 볼 때 소비전력(P)을 구하면,

P=

(Vin/Zin)²×Rin

------(식1)

Vin=SW1on/(SW1on+SW1off)×Vd

(입력전압) -----(식2)

Rin=R1(가열코일의 저항)+Roven--------(식3)

Zin= --------(식4)

여기서, 공진주파수( )대역에서 파워는 최대가 되고 실제 스위칭주파수는 ZVS가 가능한

f_r

(스위칭주파수)

≻

f₀

인 영역에서 스위칭한다.

또한, 상기 저항값에 따라 최대 파워가 다르게 출력된다.

즉, 공진주파수에서 스위칭할 때 Rin값이 클 때는 최대 출력파워가 작게되고 Rin값이 작을때는 최대 파워가 크게 된다.

만약, 사용자가 원하는 출력파워에서 스위칭할 때 Rin값이 클 때, 즉 용기(17) 바닥이 두꺼울때는 도2a와 같이 공진시 최대출력을 1500W 수준밖에 증가시키지 못한다.

따라서, 출력파워를 높이기 위해 주파수를 내리면 ZVS가 이루어지지 않는 영역이므로 스위칭소자(SW1),(SW2)의 파손이 이루어질 수 있고, 입력저항(Rin)이 작을 때, 즉 용기(17) 바닥이 보통일 때 도2b에서 보는 바와같이 공진시 최대 출력파워를 3000W까지 출력할 수 있는 동작특성을 갖는다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 장치는 용기의 두께에 따라 출력할 수 있는 최대파워는 다르게 나타날 수 있고 출력할 수 있는 파워를 초과하였을 경우 스위치에 쇼트 전류가 흐르게 되어 스위치의 파손을 야기할 수 있는 문제점이 있고, 또한 상기 쇼트전류가 발생되지 않도록 스위치와 병렬로 구성된 다이오드의 전류를 검지하여 스위치의 파손이 이루어지지 않는 적정한 파워를 출력하는데 있어서 가격과 공수를 고려하여 스위치와 다이오드가 패키지로 구성되기 때문에 전류를 측정하는데 어려운 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 스위칭소자의 파손을 방지하여 안전하게 동작하도록 하고 스위칭소자와 다이오드소자를 분리하지 않고 스위칭소자와 다이오드가 한 패키지로 된 소자를 사용한 인버터에 변류기를 설치하여 다이오드에 흐르는 전류를 검출함으로써 용기특성에 맞는 파워를 출력할 수 있도록 한 고출력 유도가열조리기를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 일반적인 유도가열조리기의 구성을 보인 회로도.

도2는 도1에 있어서, 자성용기 두께차이에 따른 공진시의 전류파형도.

도3은 본 발명 고출력 유도가열조리기의 구성을 보인 회로도.

도4는 도3에 있어서, 다이오드도통전류검출부의 구성을 보인 회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10:정류부 11:필터부

12:인버터부 13:입력전류검출부

14:제어부 15:스위칭주파수발생부

16:드라이브부 17:용기

20:다이오드도통전류검출부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 교류전원을 정류하여 직류전압을 출력하는 정류부와; 상기 정류부로부터 직류전압을 입력받아 이를 필터링하는 필터부와; 상기 필터부의 필터링된 전압을 입력받아 소정 구동신호에 의해 스위칭 동작하여 공진전압을 제공하는 인버터부와; 상기 인버터부의 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기유도로 조리용기에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 가열코일과; 상기 인버터의 스위칭동작에 의해 상기 가열코일과 공진하는 공진커패시터와; 입력전류를 검출하는 입력전류검출부와; 상기 인버터부의 다이오드에 흐르는 도통전류를 검출하는 다이오드도통전류검출부와; 상기 입력전류부의 검출신호와 상기 다이오드도통전류검출부의 검출신호를 입력받아 상기 다이오드에 흐르는 도통전류가 최저설정치와 최대설정치 사이에서 동작하도록 제어하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호를 입력받아 그에 따른 스위칭주파수를 발생하는 스위칭주파수발생부와; 상기 스위칭주파수발생부의 스위칭주파수를 입력받아 그에 따른 구동신호를 상기 인버터부의 스위칭소자에 인가하는 드라이브부로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 고출력 유도가열조리기의 일실시예의 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명 고출력 유도가열조리기의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 입력되는 교류전원을 정류하여 직류전압을 출력하는 정류부(10)와; 상기 정류부(10)로부터 직류전압을 입력받아 이를 필터링하는 필터부(11)와; 상기 필터부(11)의 필터링된 전압을 입력받아 소정 구동신호에 의해 스위칭 동작하여 공진전압을 제공하는 인버터부(12)와; 상기 인버터부(12)의 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기유도로 조리용기(17)에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 가열코일(Lr)과; 상기 인버터부(12)의 스위칭동작에 의해 상기 가열코일(Lr)과 공진하는 공진커패시터(Cr1),(Cr2)와; 입력전류를 검출하는 입력전류검출부(13)와; 상기 인버터부(12)의 다이오드(D2)에 흐르는 도통전류를 검출하는 다이오드도통전류검출부(20)와; 상기 입력전류검출부(13)의 검출신호와 상기 다이오드도통전류검출부(20)의 검출신호를 입력받아 상기 다이오드(D2)에 흐르는 도통전류가 최저 설정치와 최대 설정치내에서 동작하도록 제어하는 제어부(14)와; 상기 제어부(14)의 제어신호를 입력받아 그에 따른 스위칭주파수를 발생하는 스위칭주파수발생부(15)와; 상기 스위칭주파수발생부(15)의 스위칭주파수를 입력받아 그에 따른 구동신호를 상기 인버터부(12)의 스위칭소자(SW1),(SW2)에 인가하는 드라이브부(16)로 구성한다.

도4는 상기 다이오드도통전류검출부(20)의 일실시예에 대한 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 다이오드(D2)의 도통전류를 검출하기 위해 인버터부(12)의 제2 스위치(SW2)에 직렬 접속된 변류기(CT)와; 상기 변류기(CT)에 병렬로 접속되어 그 변류기(CT)를 리셋시키는 제1 저항(R11) 및 제1 커패시터(C11)와; 상기 변류기(CT)에 직렬로 접속되어 인버터부(12)의 제2 다이오드(D2)에 흐르는 전류를 검출하는 다이오드(D11)와; 상기 변류기(CT)에 병렬로 접속되어 상기 다이오드(D11)에 검출된 전류를 전압으로 치환하는 제2 저항(R22) 및 제2 커패시터(C22)로 구성하며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 일반적인 동작은 종래와 동일하다. 즉, 정류부(10)는 교류전원을 입력받아 이를 정류하여 직류전압을 출력하고, 필터부(11)는 상기 정류부(10)의 직류전압을 입력받아 노이즈를 제거하여 그 직류전압을 인버터부(12)에 인가한다.

이에 따라, 상기 인버터부(12)의 제1,제2 스위칭소자(SW1),(SW2)가 상기 드라이브부(16)의 구동신호에 의해 교번 동작함에 따라 가열코일(Lr)에서 발생하는 자장에 의한 전기유도 효과로 용기(17)에 와전류를 유도시켜 그 용기(17)를 가열하는데, 이때 상기 가열코일(Lr)에서 발생하는 자장은 상기 스위칭소자(SW1),(SW2)가 교번 구동에 따라 가열코일(Lr)과 공진커패시터(Cr1),(Cr2)가 직렬 공진하여 발생된다.

즉, 상기 제어부(14)는 원하는 파워를 출력하기 위해 입력전류검출부(13)를 통해 입력전류를 검출하여 그에 따른 주파수를 제어하기 위한 소정 제어신호를 스위칭주파수발생부(15)에 인가하고, 이에 의해 스위칭주파수발생부(15)는 인버터부(12)의 제1,제2 스위칭소자(SW1),(SW2)를 교번 스위칭이 가능한 각각의 주파수를 드라이브부(16)에 전달하고, 그러면 상기 드라이브부(16)는 상기 인버터부(12)의 제1,제2 스위칭소자(SW1),(SW2)를 구동할 수 있는 신호를 구동하는 동작을 수행하여 원하는 출력파워로 용기(17)를 가열하게 한다.

그러나, 용기(17) 바닥이 두꺼운 용기(17)를 가열할 때 내부저항이 크기 때문에 도2a 및 도2b와 같이 공진주파수 대역에서 최대파워가 1500W에 이르고, 그 최대파워를 1500W 이상 상승시키려 하면 스위칭소자(SW1),(SW2)에 쇼트전류가 흐르게 되어 그 스위칭소자(SW1),(SW2)가 파손된다.

여기서, 용기(17) 바닥이 두꺼운 용기(17)는 출력파워를 1500W로 가열해도 충분히 빠른 시간에 가열할 수 있으므로, 본 발명은 종래와 달리 다이오드도통전류검출부(20)를 설치하여 상기 인버터부(12)의 제2 다이오드(D2)에 흐르는 전류를 검출하고, 제어부(14)는 상기 다이오드도통전류검출부(20)의 검출전류를 입력받아 그 검출전류가 최저설정치와 최대설정치 사이에서 동작하도록 제어한다.

이때, 상기 다이오드도통전류검출부(20)는 인버터부(12)의 다이오드(D2)에 흐르는 도통전류를 검출하여 그 검출된 전류가 아래 표1과 같이 1V 미만이 안되도록 설계함으로써 용기(17) 특성에 맞게 소비전력을 출력할 수 있게 된다.

구분	입력검출부전압	다이오드도통전류검출부전압
0.9t	2V	1V
0.6t	2V	1.5V

즉, 표1 과 같이 용기(17)바닥의 두께가 0.9mm인 것은 최대 1500W, 용기(17)바닥의 두께가 0.8mm인 것은 약 200W를 출력함으로써 영전압 스위칭이 가능한 영역에서 안전하게 스위칭소자(SW1),(SW2)의 파손없이 가열하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 저가이고 설계가 간편한 패키지의 IGBT소자와 다이오드를 사용한 인버터에 있어서 다이오드만의 전류를 감지할 수 있는 방식으로 용기바닥이 두꺼운 용기를 가열할 때 영전압 스위칭이 가능한 영역에서만 동작하도록 함으로써 스위칭소자의 파손없이 안정하게 가열할 수 있고, 또한 소구용기에 대해서도 스위칭손실이 큰 영역에서 동작하지 않도록 영역을 설정함으로써 스위칭소자의 파손 없이 안정되게 동작할 수 있는 효과가 있다.

Claims

입력되는 교류전원을 정류하여 직류전압을 출력하는 정류부와; 상기 정류부로부터 직류전압을 입력받아 이를 평활하는 필터부와; 상기 필터부의 평활전압을 입력받아 소정 구동신호에 의해 스위칭 동작하여 공진전압을 제공하는 인버터부와; 상기 인버터부의 공진전압에 의해 발생하는 자장에 의한 전기유도로 조리용기에 와전류를 유도시켜 가열하도록 하는 가열코일과; 상기 인버터의 스위칭동작에 의해 상기 가열코일과 공진하는 제1,제2 공진커패시터와; 입력전류를 검출하는 입력전류검출부와; 상기 인버터부의 다이오드에 흐르는 도통전류를 검출하는 다이오드도통전류검출부와; 상기 입력전류부의 검출신호와 상기 다이오드도통전류검출부의 검출신호를 입력받아 상기 다이오드에 흐르는 도통전류가 최저설정치와 최대설정치 사이에서 동작하도록 제어하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호를 입력받아 그에 따른 스위칭주파수를 발생하는 스위칭주파수발생부와; 상기 스위칭주파수발생부의 스위칭주파수를 입력받아 그에 따른 구동신호를 상기 인버터부의 스위칭소자에 인가하는 드라이브부로 구성한 것을 특징으로 하는 고출력 유도가열조리기.
제1 항에 있어서, 다이오드도통전류검출부는 다이오드도통전류를 검출하기 위해 인버터부의 제2 스위치에 직렬접속된 변류기와; 상기 변류기에 병렬로 접속되어 그 변류기를 리셋시키는 제1 저항 및 제1 커패시터와; 상기 변류기에 직렬로 접속되어 인버터부의 다이오드에 흐르는 전류를 검출하는 제1 다이오드와; 상기 변류기에 병렬로 접속되어 상기 제1 다이오드에 검출된 전류를 전압으로 치환하는 제2 저항 및 제2 커패시터로 구성한 것을 특징으로 하는 고출력 유도가열조리기.