KR100347099B1 - 유도가열조리기의 전원분리형 인버터구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열조리기의 전원분리형 인버터장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원분리형 인버터의 출력 구동에서 마이크로컴퓨터의 두개의 제어신호를 하나로 설계하여, 두개의 인버터 모드를 발생할 수 있는 인버터구동회로에 관한 것이다. 본 발명의 인버터구동회로는, 전원분리에 이용되는 포토 커플러를 가능한 적게 사용하고자 한다. 따라서 본 발명은 마이크로컴퓨터에서 출력하는 초기출력신호가 그릇감지가 이루어진 후에는 메인출력신호로 이용될 수 있도록 인버터구동회로를 구현하였다.

Description

유도가열조리기의 전원분리형 인버터구동회로{Power separation type inverter circuit in induction heating cooker}

본 발명은 유도가열조리기의 전원분리형 인버터장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유도가열조리기의 전원분리형 인버터의 출력 구동에서 마이크로컴퓨터의 두개의 제어신호를 하나로 설계하여, 두개의 인버터 모드를 발생할 수 있는 인버터구동회로에 관한 것이다.

대부분의 전자기기는 외부에서 입력되는 교류전원을 정류시켜서 시스템에 필요한 동작전원을 만들어서 사용한다. 그래서 전자기기 내에는 외부에서 입력되는 교류전원을 정류시키기 위한 구성 및 정류된 전원을 시스템에 필요한 크기의 직류전원으로 변환시키는 구성 등이 갖추어지게 된다.

최근 새롭게 등장한 유도가열조리기는 코일에서 발생하는 자력선이 솥을 통과할 때 와전류가 흘러 솥 자체가 가열되는 방식에 의해서 취반 기능을 수행하고 있다. 상기 유도가열조리기의 기본적인 가열원리를 살펴보면, 상기 워킹코일에 전류가 인가되면 자성체인 오븐은 유도(induction) 가열에 의하여 열이 가해지면서, 오븐 내부에서는 취반이 이루어지게 된다.

따라서 상기 유도가열조리기의 경우에는 자력선을 발생시키기 위하여 매우 높은 고주파전압을 워킹코일에 인가해야 하고, 이때 인가되는 고주파전압에 의해서 상기 워킹코일은 약 1300W의 강한 화력을 갖게 된다. 상기 워킹코일로 높은 고주파전압을 인가하는 회로가 인버터회로이다.

다음은 도 1을 참조하여 일반적인 유도가열조리기의 전원장치에 대해서 살펴본다.

종래의 유도가열조리기의 전원장치는 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 교류전원(110) 양측에 정류부(115)가 연결되고 있고, 상기 정류부(115)는 입력되는 교류전원을 정류시켜서 소정 크기의 직류전원을 출력한다. 상기 정류부(115)의 출력은 워킹코일(120)에 인가되고, 상기 워킹코일(120)은 인버터소자(Q11)의 구동시에 인가되는 고주파전압에 의해서 구동된다. 그리고 상기 워킹코일(120) 양단자 사이에는 공진용 콘덴서(C11)가 구비된다.

상기 인버터소자(Q11)의 구동을 위한 인버터회로(135)는 그라운드전위를 상기 워킹코일(120)과 연결된 단자에 연결시키고, 상기 인버터소자(Q11)의 턴-온 시간을 제어하고 있다.

또한, 종래의 유도가열조리기의 전원장치는, 교류전원(110)의 양측에 저압트랜스(170)의 일차측이 연결되고, 상기 저압트랜스(170)의 2차측에서 유도된 전압은 정류회로(165) 및 레귤레이터(175)를 통해서 마이크로컴퓨터(155)에 공급된다.

따라서 종래의 전원장치는 저압트랜스(170)의 공급전압에 의하여 마이크로컴퓨터(155)에 전원이 공급된 후, 상기 마이크로컴퓨터(155)의 제어하에 인버터회로(135)가 구동된다. 상기 인버터회로(135)가 구동되면, 인버터소자(Q11)가 고주파전압을 발생시켜서 워킹코일(120)을 구동시키게 되는 것이다.

이와 같은 제어동작이 이루어지기 위해서, 종래의 전원장치는 상기 마이크로컴퓨터(155)와 인버터회로(135) 사이의 제어신호의 송수신을 수행하기 위한 포토 커플러로 구성된 전원분리부(145)를 구비하고 있다.

즉, 종래의 전원장치는, 워킹코일(120)을 포함한 파워회로부와 인버터회로 (135)의 접지를 공용으로 사용하고, 마이크로컴퓨터(155)는 저압트랜스(170)에 의해서 전원분리 전원을 사용하고 있다. 따라서 종래의 전원장치는, 상기 마이크로컴퓨터(155)와 인버터회로(135)사이에 포토 커플러(145)에 의해서 전원분리를 하고 있고, 상기 인버터회로(135)의 구동은, 상기 마이크로컴퓨터(155)에서 포토 커플러(145)를 통해서 신호를 인가하는 것에 의해서 수행하였다.

이와 같이 종래 상기 마이크로컴퓨터(155)에서 인버터회로(135)의 직접 제어가 이루어질 수 없었던 것은 상기 인버터회로(135)가 높은 교류전원(110)의 양단에 직접 연결되고 있기 때문이다. 그래서 종래의 전원장치는, 마이크로컴퓨터(155)와 인버터회로(155) 사이에 포토 커플러(145)에 의한 전원분리를 행할 수밖에 없었다.

도 2는 종래, 마이크로컴퓨터(155)와 인버터회로(155) 사이의 제어 구성을 보다 상세하게 도시하고 있다. 그리고 도 3과 도 4는 인버터구동회로의 각 부의 출력 파형도이다.

마이크로컴퓨터(155)로부터 초기 출력신호가 발생되면, 상기 초기 출력신호는 포토커플러(20)를 동작시킨다. 상기 포토커플러(20)가 동작되면, M부의 전압이 G부에 전달된다. 상기 G부의 전압은 연산증폭기(35)를 통해서 최종적인 출력신호가 발생하고, 상기 출력신호가 연산증폭기(25)로 피이드백된다.

이러한 동작으로 상기 연산증폭기(25)에 피이드백되는 신호(E)가 저항(R4,R5)에 의해 결정된 전압(A)보다 높게 되면, 연산증폭기(30)에서 출력되는 신호가 포토 커플러(10)를 동작시킨다. 이때, 상기 포토 커플러(10)를 통하여 흐르는 신호에 의해서, 상기 마이크로컴퓨터의 그릇감지포트에 입력되는 신호가 초기 로우상태에서 하이상태로 변화하게 된다.

마이크로컴퓨터(155)는, 상기 그릇감지신호가 하이상태로 변화되었을때, 유도가열조리기의 내부에 솥이 정상적으로 장착되었다고 판단한다. 그리고 메인출력신호를 발생한다.

이때, 마이크로컴퓨터(155)에서 발생된 메인출력신호는 포토 커플러(15)를 동작시킨다. 상기 포토 커플러(15)가 동작되면, 연산증폭기(25)에 입력되는 D부의 전압이 발생된다. 이렇게 해서 상기 연산증폭기(25)에서 출력되는 신호(H)는, 상기 연산증폭기(25)에 입력신호(E부와 D부)의 전위가 동일할 때까지 전위가 올라간다.

따라서 G부의 전위는 상기 H부의 전위와 M부의 전위의 높은 전위에 의해 결정되어 연산증폭기(35)에 입력된다. 이렇게 하여, 상기 연산증폭기(35)에서 출력되는 최종 출력신호는, 인버터 스위칭소자(Q11)를 온/오프 제어하여 워킹코일(120)에 흐르는 고전압을 제어하게 되는 것이다.

즉, 종래의 인버터구동회로는, 마이크로컴퓨터(155)와 전원 분리되고 있다. 이것은 도 1에 도시되고 있는 바와 같이, 인버터회로(135)와 마이크로컴퓨터(155)가 서로 다른 전원을 이용하고 있기 때문이다. 따라서 인버터회로(135)와 마이크로컴퓨터(155) 간에 신호 송수신을 전기적으로 신호가 차단된 포토 커플러(10,15,20)를 이용하고 있다.

그러나 상기 포토커플러(10,15,20)는 매우 고가의 소자이다. 따라서 인버터구동회로에 사용되는 포토커플러의 숫자는 결과적으로 제품의 제조원가를 상승시키는 요인이 되었다.

즉, 종래의 유도가열조리기에서 인버터구동회로는, 도 3 및 도 4에 도시되고 있는 바와 같이, 마이크로컴퓨터와 인버터구동회로 사이에 세가지 모드를 발생시키기 위한 세가지 제어신호가 이용되고 있다. 그리고 마이크로컴퓨터에서 그릇감지가 이루어지는 그릇감지피이드백신호와 마이크로컴퓨터의 메인출력신호 사이에는 소정만큼의 지연시간만이 필요할 뿐이다. 따라서 본 발명은 유도가열조리기에서 마이크로컴퓨터의 초기출력신호가 그릇감지신호가 입력된 후, 메인출력신호로 이용될 수 있도록 설계하여, 가능한 고가의 포토커플러의 사용을 억제하면서 염가의 인버터 구동회로를 구현함에 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 유도가열조리기의 전원분리형 인버터의 출력 구동에서 마이크로컴퓨터의 제어신호를 하나로 설계하여, 두개의 인버터 모드를 발생할 수 있는 인버터구동회로를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 유도가열조리기의 전원장치 구성도,

도 2는 종래 기술에 따른 전원분리형 인버터구동회로도,

도 3은 종래, 제어부의 출력 파형도,

도 4는 종래, 인버터구동회로의 각 부의 출력 파형도,

도 5는 본 발명에 따른 전원분리형 인버터구동회로도,

도 6은 본 발명의 제어부의 출력 파형도,

도 7은 본 발명의 인버터구동회로의 각 부의 출력 파형도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10,15,20,40,45 : 포토 커플러 25,20,35.50,55,60 : 연산증폭기

R1~R21 : 저항 C1~C2,C11 :콘덴서

Q1,Q2 : 트랜지스터 Q11 : 파워 스위칭소자

D1~D7 : 다이오드 110 : 교류전원

115,165 : 정류회로 120 : 워킹코일

135 : 인버터회로 145 : 전원분리부

155 : 마이크로컴퓨터 170 : 트랜스

175 : 레귤레이터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원분리형 인버터구동회로는,초기출력신호에 의해서 동작하는 전원분리형 스위칭수단과; 상기 전원분리형 스위칭수단의 출력에 기초해서, 워킹코일의 구동을 위한 신호를 발생하는 구동수단과;상기 구동수단의 출력을 피이드백하여, 솥의 장착을 감지하고 신호를 출력하는 솥감지수단과; 상기 전원분리형 스위칭수단의 출력에 연동해서, 전압보상신호를 출력하는 스위칭수단과; 상기 솥감지수단으로부터 솥 장착신호가 출력되면, 상기 스위칭수단의 출력전압에 기준하여 출력을 보상하고, 상기 구동수단으로 인가하는 전압보상수단을 포함하여 구성된다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유도가열조리기의 전원분리형 인버터구동회로에 대해서 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 전원분리형 인버터구동회로의 상세 구성도이다. 그리고 필요한 유도가열조리기의 전원장치 구성에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한다.

본 발명의 전원분리형 인버터구동회로는, 마이크로컴퓨터(155)로부터 초기출력신호를 입력하고, 동작하는 포토커플러(45)를 포함한다. 상기 포토 커플러(45)의 출력단에는 입력전압을 분압하는 저항(R19,R20)이 연결되고, 상기 저항에 위해 분압된 전압(M)이 다이오드(D5)를 도통시키면서 G부에 전달되도록 구성된다. 상기 G부는, 저항(R18)을 통해서 최종 출력을 발생하는 연산증폭기(60)의 입력단자(+)에 연결된다.

상기 연산증폭기(60)의 출력은 피이드백되어 연산증폭기(50)의 반전단자(-)에 입력되도록 구성된다. 그리고 상기 연산증폭기(50)의 출력단자는 인가전압의분압을 위한 저항(R16)과 콘덴서(C2), 그리고 저항(R17)과 병렬 연결된다. 상기 저항(R16,R17)에 의해서 분압된 전압(H)은, 다이오드(D7)를 통해서 G부에 전달된다.

또한, 피이드백된 연산증폭기(60)의 출력은 그릇감지를 위한 연산증폭기(55)의 비반전단자(+)에 입력되도록 구성된다. 상기 연산증폭기(55)는, 저항(R14,R15)에 의해서 결정된 기준전압을 반전단자(-)로 입력하고, 두 입력신호의 차로부터 조리기 내에 솥의 장착여부를 감지하는 신호를 출력한다.

상기 연산증폭기(55)의 출력(B)은, 저항(R13)을 통해서 포토 커플러(40)를 동작시키는 신호로 이용되도록 구성된다. 상기 포토 커플러(40)가 동작될 때, 마이크로컴퓨터의 그릇감지포트는, 초기 로우상태에서 하이신호로 변환되면서, 솥이 장착되었음을 감지하게 된다.

그리고 상기 H부의 전압은 저항(R21)과 다이오드(D6)을 통해서 상기 저항(R13)으로 흐르도록 연결되고 있다.

또한, 마이크로컴퓨터(155)의 초기 출력신호에 의해서 동작하는 상기 포토 커플러(45)의 출력단은, 트랜지스터(Q2)의 베이스단자에 연결되고 있다. 따라서 상기 트랜지스터(Q2)는, 상기 포토 커플러(45)의 출력신호에 의해서 동작되며, 상기 트랜지스터(Q2)의 동작에 연동하여 트랜지스터(Q1)이 동작되도록 구성된다.

상기 트랜지스터(Q1)이 동작되면, 전압 보상 출력이 저항(R12,R11)에 의해서 분압된 후, 연산증폭기(50)의 비반전단자(+)에 인가되도록 구성된다. 따라서 상기 연산증폭기(50)는, 트랜지스터(Q1)을 통해서 인가되는 전압보상출력을 기준전위로하고, 출력을 피이드백하여, 전압 보상된 출력을 발생시키는 것이다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전원분리형 인버터구동회로의 동작에 대해서 설명한다.

도 6은, 본 발명의 마이크로컴퓨터에서 입출력되는 신호의 파형도에 의해서 동작모드를 설명하고 있고, 도 7은 본 발명의 인버터구동회로의 각 부의 동작 파형도이다.

유도가열조리기의 동작 초기에, 마이크로컴퓨터(155)에서 초기출력신호가 출력된다. 상기 초기출력신호에 의해서 포토 커플러(45)가 동작된다. 상기 포토 커플러(45)가 동작되면, 상기 포토 커플러(45)를 통해서 인가되는 전압이 저항(R20,R19)에 의해서 분압된다. 이러한 과정을 통해서 발생된 분압된 전압(M)은, 다이오드(D5)를 도통시키면서 G부에 공급된다. 상기 G 부에 공급된 전압은, 연산증폭기(60)에 입력되어 워킹코일(120)의 구동을 위한 최종 출력을 발생시킨다.

한편, 상기 포토 커플러(45)를 통해서 인가되는 전압은 트랜지스터(Q2)를 온 동작시키고, 이와 연동하여 트랜지스터(Q1)도 온 동작되면서 전압 보상 출력을 공급한다. 이렇게 공급된 전압보상출력은 저항(R11,R12)에 의해서 분압된 후, 연산증폭기(50)의 비반전단자(+)에 공급된다. 상기 연산증폭기(50)는 상기 전압보상출력에 의해서 출력을 발생하고, 이렇게 발생된 출력은 워킹코일의 최종 출력 발생을 위한 G부로 공급되려고 한다.

그러나 초기 동작에서 그릇감지를 위하여 동작하는 연산증폭기(55)의 비반전단자(+)에 입력되는 피이드백신호(E부)의 전위는 저항(R14,R15)에 의해서 분압된 기준전압보다 낮게 된다. 따라서 상기 연산증폭기(55)의 출력은 로우상태가 된다. 이러한 동작상태에서 의해서, 상기 연산증폭기(50)로부터 발생된 출력은 상기 G부로 전달되지 못하고, 다이오드(D6)를 통해서 B부로 전달된다. 따라서 상기 H부의 전위는 B부의 전위와 동일한 로우상태가 된다.

이후, 소정시간이 흘러서, 피이드백신호(E부)가 저항(R14,R15)에 의해서 결정된 A부의 전위보다 높을때, 상기 연산증폭기(55)는 하이신호를 출력한다. 이때의 하이신호가 포토커플러(40)를 동작시키면서, 마이크로컴퓨터(155)의 그릇감지포트에 하이신호를 인가한다. 즉, 마이크로컴퓨터(155)는 상기 포토 커플러(40)가 동작하기 전 상태에서는 초기상태로서 로우상태를 인가받고 있다가 상기 포토 커플러(40)가 동작하면 하이상태로 전환된다. 이러한 상태의 신호 전환에 의해서 마이크로컴퓨터(155)는 조리기 내부에 솥이 정상적으로 장착되었음을 감지한다.

이때, 상기 연산증폭기(55)의 출력이 하이상태로 전환되면서, 상기 피이드백 전원에 의해 보상된 연산증폭기(50)의 출력(H) 전위는 증가하고, 이렇게 증가된 출력전위(H)가 G부로 공급된다. 상기 G부는, 상기 H부의 전위와 M부의 전위의 높은 전위에 의해 결정되어 출력보상을 위한 연산증폭기(60)로 공급된다.

이후, 워킹코일은 정상적인 출력보상을 수행하는 연산증폭기(60)의 출력을 입력하고, 소정 듀티비에 의해서 온/오프 되는 스위칭소자의 제어에 의해서 취반을 위한 가열동작이 이루어진다.

즉, 본 발명은, 마이크로컴퓨터에서 초기출력신호를 출력한 후, 솥이 정상적으로 장착되었는지 여부를 감지하는 신호가 출력되기까지 소정시간이 소요되는 것을 이용하고 있다. 그리고 솥의 감지가 이루어진 후부터, 워킹코일의 정상적인 구동이 이루어지도록 구성하였다. 이러한 구성 제어를 위해서 본 발명은 마이크로컴퓨터와 인버터회로 사이에 두개의 포토 커플러를 이용하고 있다. 즉, 본 발명은, 마이크로컴퓨터의 초기출력신호가 솥의 감지가 이루어진 후부터 메인출력신호로 이용되도록 구성하고 있다.

따라서 본 발명의 실시예에서는, 마이크로컴퓨터(155)의 초기출력신호를 인버터회로(135) 측으로 전달하기 위한 전원분리형 스위칭부로서 포토 커플러를 이용하고 있다. 그리고 상기 전원분리형 스위칭부와 전기적으로 연결되어서, 상기 전원분리형 스위칭부의 출력에 연동해서, 전압보상신호를 출력할 수 있도록 트랜지스터를 이용한 스위칭부를 구비하고 있다. 이후, 상기 연산증폭기로부터 솥 장착신호가 출력되면, 상기 스위칭부의 출력전압에 기준하여 입력전원에 대한 보상을 수행하고, 상기 연산증폭기(60)로 보상된 전압을 인가하는 연산증폭기(50)를 구비하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 전원분리가 필요한 인버터구동회로에서 고가의 소자를 가능한 적게 사용하면서도 정상적인 출력 제어가 이루어지도록 하고 있다. 따라서 본 발명은 제품의 제조원가를 절감하여, 제품에 대한 구매력을 높이는 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 마이크로컴퓨터의 제어에 의해서 워킹코일의 구동을 위한 유도가열조리기의 전원분리형 인버터구동회로에 있어서:

   상기 마이크로컴퓨터에서 출력되는 초기출력신호에 의해서 동작하는 전원분리형 스위칭수단과;

   상기 전원분리형 스위칭수단의 출력에 기초해서, 워킹코일의 구동을 위한 신호를 발생하는 구동수단과;

   상기 구동수단의 출력을 피이드백하여, 솥의 장착을 감지하고 신호를 출력하는 솥감지수단과;

   상기 전원분리형 스위칭수단의 출력에 연동해서, 전압보상신호를 출력하는 스위칭수단과;

   상기 스위칭수단의 출력전압에 기준하여 상기 구동수단으로부터 피이드백된 출력신호를 보상하고, 상기 솥감지수단으로부터 솥 장착신호가 출력되면 보상된 출력신호를 상기 구동수단으로 인가하는 전압보상수단을 포함하여 구성되는 유도가열조리기의 전원분리형 인버터구동회로.