KR100284435B1 - 유도가열밥솥의 전력제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열밥솥의 전력제어장치에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서 1석식 영전류 스위칭 인버터는 DC 전압원을 전류원으로 바꾸기 위하여 전압원과 직렬로 연결됨으로써, 인덕터를 mH 단위로 설계하면 인덕터의 크기와 가격이 상승한다.

그래서, 실질적 인덕터는 약간의 리플성분이 있는 값으로 고정된다. 그러나 이 전류 리플성분으로 인해 인덕터의 코어(Core) 손실이 증가되고 저 전압 시 포화되며, 또한 스위치가 짧은 시간동안만 턴-온되기 때문에 회로 소자의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 필터 인덕터의 전류를 검출하는 검출부와; 교류입력전압을 감지하는 감지부와; 상기 감지부의 출력을 비교하는 복수개의 비교기와; 상기 비교기의 출력을 입력받아 소정의 구형파를 발생하는 구형파발생부와; 시간에 비례하여 일정주기로 반복하여 톱니파를 발생하는 톱니파발생부와; 상기 구형파 및 톱니파발생부의 출력을 비교하는 비교기와; 상기 비교기의 출력을 입력받아 부정연산을 수행하여 스위치를 구동하는 부정게이트와; 입력교류전압을 감지하여 정출력하도록 하는 오피앰프로 구성한 장치를 제공하여 인덕터의 상한 제한전류와 하한 제한전류를 제어함으로써, 저 전압 시 포화되는 것을 방지할 수 있고, 인덕터의 전류를 제어하여 정확히 스위치의 턴-온 시간을 동기할 수 있어 회로 동작의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

유도가열밥솥의 전력제어장치{THE POWER CONTROL DEVICE FOR INDUCTION HEATING RICE COOKER}

본 발명은 유도가열밥솥의 전력제어장치에 관한 것으로, 특히 1석식 영전류(Zero - Current) 인버터 회로에서 인덕터의 상한 제한전류와 하한 제한전류를 제어하여 저 전압 시 인덕터가 포화되는 것을 방지하고, 턴-온 시간을 정확하게 동기시키도록 하는 유도가열밥솥의 전력제어장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 유도가열밥솥의 전원회로인 1석식 영전류 스위칭 인버터의 구성을 보인 등가회로이고, 도 2는 도 1에서 스위칭 시 정상동작 파형 및 구동신호를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 필터 인덕터(Lr2)는 입력전압과 직렬연결하고, 공진 커패시터(Cr)와, 공진 인덕터(Lr3) 및 부하저항(미도시)은 직렬로 연결하여 공진 탱크(Tank)를 이루며, 아지비티(IGBT) 등의 전력용 스위치 반도체 소자(S1)와 역병렬로 설치된 다이오드(D)는 상기 공진 탱크와 필터 인덕터(Lr2) 사이에 접속하여 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 장치의 동작 과정을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 종래 영전류 스위칭 인버터 제어회로의 구성을 보인 회로도이고, 도 4는 도 3의 각 구성요소의 출력 파형도로서, 이에 도시된 바와 같이 스위치(S1)의 전류가 +이면 제1 비교기(10)의 출력은 t1까지 '하이'로 나오고, 제1 부정게이트(11)의 출력은 '로우'로 떨어지며, 커패시터(C)에 충전된 전압이 제1 다이오드(D1)를 통해 '0'전압으로 방전되고, 또한 제2 비교기(12)의 출력은 '로우'가 되며, 제2 부정게이트(13)의 출력은 '하이'로 되어 상기 스위치(S1)를 구동시킨다.

상기 스위치(S1)의 전류와 제5,6 저항(R4)(R5)의 분압 전압이 같게되는 시점에서 제1 비교기(10)의 출력은 '로우'가 되고, 상기 제1 부정게이트(11)를 통하여 상기 제2 비교기(12)의 출력은 '하이'가 된다. 이때 상기 제1 다이오드(D1)는 오프(off)가 되면서 커패시터(C)의 일정한 전압까지 충전되며, 상기 제2 비교기(12)의 출력은 '하이'로 나오고, 제2 부정게이트(13)를 통해 반전되어 나온 출력은 상기 스위치(S1)를 턴-오프시킨다. 입력전압 및 제1 저항(R1)의 전압 변동에 따라 비반전 오피앰프(OP-AMP, 14)의 출력은 상기 제1 저항(R1)의 전압이 기준전압보다 낮으면 이득값이 낮아지게 되어 상기 제2 비교기(12)의 4핀 입력의 피크전압이 기준전압보다 적게 되므로써, 턴-오프 타임이 작아지게 된다. 이에 상기 스위치(S1)의 주파수가 높아져 영전류 스위칭 인버터의 출력이 높아지게 되어 입력전압이 떨어지더라도 전출력으로 제어할 수 있고, 입력전압이 220Vrms보다 높은 전압이라면 상기 오피앰프(14)의 출력은 높게 되어 상기 스위치(S1)의 스위칭 주파수가 낮아져 정출력으로 제어할 수 있다.

상기에서와 같이 종래의 기술에 있어서 1석식 영전류 스위칭 인버터는 DC 전압원을 전류원으로 바꾸기 위하여 전압원과 직렬로 연결됨으로써, 인덕터를 mH 단위로 설계하면 인덕터의 크기와 가격이 상승하게 되어 실질적으로 인덕터는 약간의 전류 리플성분이 있는 값으로 고정됨으로써, 이 전류 리플성분으로 인해 인덕터의 코어(Core) 손실이 증가되고 저 전압 시 포화되며, 또한 스위치가 짧은 시간동안만 턴-온되기 때문에 회로 소자의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 인덕터의 상한 제한전류와 하한 제한전류를 제어하여 저 전압 시 인덕터가 포화되는 것을 방지하고, 턴-온 시간을 정확하게 동기시키도록 하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 유도가열밥솥의 전원회로인 1석식 영전류 스위칭 인버터의 구성을 보인 등가회로도.

도 2는 도 1에서 스위칭 시 정상동작 파형 및 구동신호를 보인 예시도.

도 3은 종래 영전류 스위칭 인버터 제어회로의 구성을 보인 회로도.

도 4는 도 3의 각 구성요소의 출력 파형도.

도 5는 본 발명 유도가열밥솥의 전력제어장치의 구성을 보인 예시도.

도 6은 도 5의 각 구성요소의 출력 파형도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

20, 21, 50 : 비교기 30 : 감지부

40 : 구형파발생부 41, 42 : 낸드게이트

43, 51 : 부정게이트 60 : 오피앰프

CT : 검출부 R1∼R6 : 저항

D1 : 다이오드 C : 커패시터

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 유도가열밥솥의 전력제어장치의 구성은, 필터 인덕터의 전류를 검출하는 검출부와; 교류입력전압을 감지하는 감지부와; 상기 감지부의 출력을 비교하는 복수개의 비교기와; 상기 비교기의 출력을 입력받아 소정의 구형파를 발생하는 구형파발생부와; 시간에 비례하여 일정주기로 반복하여 톱니파를 발생하는 톱니파발생부와; 상기 감지부에서 감지한 교류입력전압에 따라 스위치를 정출력 제어하도록 하는 오피앰프와; 상기 구형파 및 톱니파발생부의 출력을 비교하는 비교기와; 상기 비교기의 출력을 입력받아 부정연산을 수행하여 스위치를 구동하는 부정게이트로 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 구형파발생부는 복수개의 비교기로부터 출력되는 신호를 낸드조합하여 출력하는 복수개의 낸드게이트와; 상기 낸드게이트의 출력을 입력받아 부정연산을 수행하는 부정게이트로 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 감지부는 복수개의 저항을 직렬로 연결하고, 합성저항의 전압을 비교기 및 오피앰프의 입력단으로 입력되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명 유도가열밥솥의 전력제어장치의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 필터 인덕터의 전류를 검출하는 검출부(CT)와; 제3,4,5,6 저항(R3) (R4)(R5)(R6)을 직렬로 연결하고, 합성저항의 전압을 제1,2 비교기(20)(21) 및 오피앰프(60)의 입력단으로 입력되도록 구성한 감지부(30)와; 상기 감지부(30)의 출력을 비교하는 제1,2 비교기(20)(21)와; 상기 제1,2 비교기(20)(21)로부터 출력되는 신호를 낸드조합하여 출력하는 제1,2 낸드게이트(41)(42)와, 상기 제1 낸드게이트(41)의 출력을 입력받아 부정연산을 수행하는 제1 부정게이트(40)로 구성하여 소정의 구형파를 발생하는 구형파발생부(40)와; 제1,2 저항(R1)(R2)과 다이오드(D1) 및 커패시터(C)로 구성되어 시간에 비례하여 일정주기로 반복하여 톱니파를 발생하는 톱니파발생부와; 상기 감지부(30)에서 감지한 교류입력전압에 따라 스위치(S1)를 정출력 제어하도록 하는 오피앰프(60)와; 상기 구형파발생부(40) 및 톱니파발생부의 출력을 비교하는 제3 비교기(50)와; 상기 제3 비교기(50)의 출력을 입력받아 부정연산을 수행하여 스위치(S1)를 구동하는 제2 부정게이트(51)로 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명에 따른 일실시예의 동작 과정을 첨부한 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시한 바와 같이 직류원으로 설계한 인덕터의 2차측에 1권선하고, 그 2차측의 출력을 제1 비교기(20)의 네거티브 단자(-) 및 제2 비교기(21)의 포지티브 단자(+)에 연결하며, 제4,5,6 저항(R4)(R5)(R6)의 합성에 의한 전압(인덕터의 상한 제한전류)을 상기 제1 비교기(20)의 포지티브 단자(+)에 연결하고, 상기 제5,6 저항(R5)(R6)의 합성에 의한 전압(인덕터의 하한 제한전류)은 상기 제2 비교기(21)의 네거티브 단자(-)에 연결한다.

이후, 도 6에 도시한 바와 같이 턴-온 구간동안 인덕터의 전류가 소정의 레벨(Level 1)의 전압까지(0∼t2) 상승하면 제1 비교기(20)의 출력은 t1∼t2까지 '하이'로 나오고, 제2 비교기(21)의 출력은 0∼t2까지 '하이'로 출력한다.

0∼t2까지의 상기 제1,2 비교기(20)(21)의 출력을 입력받은 제1,2 낸드게이트(41) (42)는 '하이'로 출력하며, 제1 부정게이트(43) 및 제3 비교기(50)를 거친 제2 부정게이트(51)의 출력은 '하이'를 유지한다.

인덕터의 전류가 소정의 레벨(Level 2)의 전압이 같은 시간(t2∼t3) 까지는 상기 제1 비교기(20)의 출력은 '로우'로, 상기 제2 비교기(21)의 출력은 '하이'로 유지되고, 이 제2 비교기(21)의 출력을 입력받은 제2 낸드게이트(42)는 '로우'로 전환되며, 제1 부정게이트(43)의 출력은 '하이'로 되면서 커패시터(C)를 톱니파 형태로 충전한다.

상기 제1 부정게이트(43)와 커패시터(C)의 전압을 비교한 제3 비교기(50)의 출력은 '하이'로 되고, 제2 부정게이트(51)의 출력은 '로우'로 되면서 스위치(S1)를 턴-오프시킨다. 이때 인덕터의 전류는 - 기울기를 갖고 하강하기 시작한다.

t3∼t4까지의 제1 비교기(20) 및 제2 비교기(21)의 출력은 '하이'로 유지되고, 제2 비교기(21)의 출력을 입력받은 제2 낸드게이트(42)는 이전 상태인 '로우'를 유지한다.

이에 따라 제1 부정게이트(43)는 '로우'로 되면서 상기 커패시터(C)의 전압은 제1,2 저항(R1)(R2)에 의한 분압된 전압까지 톱니파 형태로 충전된다.

이후, 인덕터 전류와 하한 레벨의 전압과 같아지는 시점(t4∼t5)에서 제1 비교기(20)의 출력은 '하이'로, 제2 비교기(21)의 출력은 '로우'로 유지되고, 상기 제2 비교기(21)의 출력을 입력받은 제2 낸드게이트(42)는 '하이'로 전환되며, 제1 부정게이트(43)도 '하이'로 되면서 상기 커패시터(C)에 충전된 전압이 다이오드를 통해 '0'전압으로 방전된다. 이에 따라 제3 비교기(50)의 출력은 '로우'로 되고, 제2 부정게이트(51)의 출력은 '하이'로 되어 스위치(S1)를 턴-온시킨다.

또한, 입력전압의 변동 및 제1 저항(R1)에 따라 오피앰프(60)의 출력은 제3 저항(R3)의 전압이 기준전압보다 낮으면 이득값이 낮아져서 제2 비교기(21)의 포지티브 단자(+)의 피크(peak) 전압이 기준전압보다 작게 되어 턴-오프 타임이 작아지게 되고, 이에 따라 스위치(S1)의 스위칭 주파수가 높아져서 영전류 스위칭 인버터의 출력이 커지게 되어 입력전압이 떨어지더라도 정출력으로 제어할 수 있다. 만약 입력전압이 220Vrms보다 높은 전압이라면 상기 오피앰프(60)의 출력은 크게되어 스위치(S1)의 스위칭 주파수가 낮아져서 정출력을 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 유도가열밥솥의 전력제어장치는 인덕터의 상한 제한전류와 하한 제한전류를 제어함으로써, 저 전압 시 포화되는 것을 방지할 수 있고, 인덕터의 전류를 제어하여 정확히 스위치의 턴-온 시간을 동기할 수 있어 회로 동작의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 필터 인덕터의 전류를 검출하는 검출부와; 교류입력전압을 감지하는 감지부와; 상기 감지부의 출력을 비교하는 복수개의 비교기와; 상기 비교기의 출력을 입력받아 소정의 구형파를 발생하는 구형파발생부와; 시간에 비례하여 일정주기로 반복하여 톱니파를 발생하는 톱니파발생부와; 상기 구형파 및 톱니파발생부의 출력을 비교하는 비교기와; 상기 비교기의 출력을 입력받아 부정연산을 수행하여 스위치를 구동하는 부정게이트와; 입력교류전압을 감지하여 정출력하도록 하는 오피앰프로 구성한 것을 특징으로 하는 유도가열밥솥의 전력제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구형파발생부는 복수개의 비교기로부터 출력되는 신호를 낸드조합하여 출력하는 복수개의 낸드게이트와; 상기 낸드게이트의 출력을 입력받아 부정연산을 수행하는 부정게이트로 구성한 것을 특징으로 하는 유도가열밥솥의 전력제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 감지부는 복수개의 저항을 직렬로 연결하고, 합성저항의 전압을 비교기 및 오피앰프의 입력단으로 입력되도록 구성한 것을 특징으로 하는 유도가열밥솥의 전력제어장치.