KR100452997B1 - 인버터전자레인지의 인버터회로 - Google Patents

인버터전자레인지의 인버터회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터전자레인지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인스위치와 클램프 스위치의 에미터 전위를 동일하게 구성하고, 클램프 스위치의 구동이 안정적으로 이루어지도록 제어하는 인버터전자레인지의 인버터회로에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 제 1 IGBT 구동소자(메인 스위치)가 구동하여 공진 전압이 규정 이상 상승하면, 제 2 IGBT 구동소자(클램프 스위치)가 구동하게 된다. 이때, 상기 제 1 IGBT 구동소자(메인 스위치)가 구동됨과 동시에 공진 전압이 떨어지면, 제 2 IGBT 구동소자(클램프 스위치)의 베이스단자로 로우 신호가 출력되어 턴 오프되는 현상이 발생된다. 따라서 이를 방지하기 위해 제 2 IGBT 구동소자(클램프 스위치)의 구동시작 직후, 소정시간 동안 제 2 IGBT 구동소자(클램프 스위치)의 베이스단자로 하이신호를 출력하여 제 2 IGBT 구동소자(클램프 스위치)가 안정적으로 구동될 수 있도록 제어한다.

Description

인버터전자레인지의 인버터회로{A inverter circuit of inverter microwave oven}
본 발명은 인버터전자레인지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인 스위칭 소자의 에미터와 클램프 스위칭소자의 에미터 전위를 일치하고, 클램프 스위치가안정적으로 동작하도록 제어하는 인버터전자레인지의 인버터회로에 관한 것이다.
이하 종래 기술에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로에 대해 살펴보면 다음과 같다.
인버터전자레인지에 전원을 인가하고, 마그네트론이 동작하는 조리를 선택하면, 마그네트론이 구동한다. 이때, 상기 마그네트론을 구동시키기 위해서 고압의 전원을 공급하는 인버터회로의 동작이 필요하다.
도 1은 종래 기술에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로이다.
도 1에서 구성되고 있는 제어구성의 연결관계를 살펴보면 인가된 전원(Vdc)은 코일(L1)과 연결되고, 상기 코일(L1)은 제 2 IGBT구동소자(Q2)의 콜렉터단자와 연결된다. 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 베이스단자는 IGBT 구동회로A(10)와 연결된다.
그리고 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 에미터단자는 제 2 캐패시터(C2)와 연결된다. 그리고 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 콜렉터단자와 에미터단자 사이는 제 2 다이오드(D2)가 연결된다. 이때, 상기 제 2 다이오드(D2)의 애노드단자와 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 에미터단자와 연결되고, 상기 제 2 다이오드(D2)의 캐소드단자와 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 콜렉터단자와 연결된다.
한편, 코일(L1)과 제 1 캐패시터(C1)가 연결되어져 있고, 상기 제 1 캐패시터(C1)는 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 콜렉터단자와 연결된다. 그리고 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 베이스단자는 IGBT 구동회로B(20)와 연결된다. 또한, 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 에미터단자는 그라운드된다. 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의콜렉터단자와 에미터단자 사이는 제 1 다이오드(D1)가 연결된다. 이때, 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 콜렉터단자는 제 1 다이오드(D1)의 캐소드단자와 연결되고, 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 에미터단자는 제 1 다이오드(D1)의 애노드 단자와 연결된다. 또한, 상기 제 1 다이오드(D1)의 캐소드단자는 상기에서 언급한 제 2 캐패시터(C2)와 연결된다.
상기와 같이 구성된 인버터전자레인지의 구동회로의 동작제어과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.
전원이 공급되고, IGBT 구동회로B(20)의 제어하에 제 1 IGBT 구동소자(Q1)가 온 스위칭동작을 수행하면, 인가된 전원에 의해서 제 1 캐패시터(C1)에 에너지가 축적된다. 그리고 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)가 오프되면, 제 1 캐패시터(C1)가 공진하고, 또한 이러한 동작으로 마그네트론(도시하지 않음)에 전압이 공급되어, 마그네트론의 구동이 이루어진다.
한편, 공진전압을 IGBT 구동회로A(10)에 인가되고 있다. 따라서 상기 구동이 이루어지는 상태에서 상기 공진전압이 규정 이상이 되면, 상기 IGBT 구동회로A(10)는 제 2 IGBT구동소자(Q2)를 온(ON)시킨다. 이때, 제 2 캐패시터(C2)와 제 1 캐패시터(C1)이 병렬상태로 되고, 이로 인해 공진 전압이 낮아지면서 스위칭역할을 하는 제 1 IGBT 구동소자(Q1)를 보호하는 것이 가능하게 된다. 상기와 같은 방식을 액티브 클램프(Active Clamp)라고 한다.
그러나 종래 기술에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로에서 상기와 같이 액티브 클램프 상태를 유지시키기 위해서는 전원이 분리된 IGBT 구동회로를 별도로구성해야만 했다. 이것은 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1), 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 에미터단자의 전원이 서로 다르게 구성되었기 때문이다.
따라서 회로 구성도 복잡해지고, 이로 인해서 회로 동작에 대한 신뢰성도 떨어지게 되었다. 또한, 상기 구동회로를 구성함에 있어서, IGBT 구동소자의 구동회로를 별도로 각각 더 구성함으로 인해서 제품을 제조하는 제조비용이 상승하게 되었다.
또한, 공진전압이 감소함에 따라, 스위칭역할을 하는 제 1 IGBT구동소자가 턴오프됨에 따라, 제품구동이 안정적으로 이루어지지 않았다.
따라서 본 발명의 목적은 전압공진형 인버터전자레인지에서 메인 스위칭소자의 에미터와 클램프 회로 스위칭소자의 에미터전위를 일치시킨 인버터전자레인지의 인버터회로를 제공함에 있다.
그리고 본 발명의 또다른 목적은 클램프 스위치가 도통되는 과도 구간에서 일시적으로 구동 출력을 높여 안정적으로 구동하도록 제어하는 인버터전자레인지의 인버터회로를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로.
도 2는 본 발명에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로.
도 3은 본 발명에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로 내에서 출력되는 출력파형도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
30 : 미분회로 40 : 비교기(OP AMP)
50 : 인버터 구동회로 Q1 : 제 1 IGBT 구동소자
Q2 : 제 2 IGBT 구동소자 Vdc : 인가전원
C1~C4 : 캐패시터 D1~D3: 다이오드
R1~R7 : 저항 L1, L2 : 코일
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로는 마그네트론의 구동을 위해 스위칭 동작하는 메인 스위칭소자와; 상기 메인 스위칭소자의 스위칭 동작에 따라서 공진전압을 발생하는 공진회로와; 상기 공진회로의 공진전압이 규정치 이상이 될 때, 하이신호를 출력하는 비교수단과; 상기 비교수단의 하이신호 출력에 따라, 메인 스위칭소자를 보호하기 위하여 구동되는 클램프 스위칭소자를 구비하고, 상기 메인 스위칭소자와 클램프 스위칭소자의 에미터 전위를 일치시킨다.
이하 본 발명에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로에 대해 설명하면 다음과 같다..
도 2는 본 발명에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로이다.
도 2에서 구성되고 있는 제어구성의 연결관계를 살펴보면 다음과 같다.
인가된 전원은 코일(L2)과 연결되고, 상기 코일(L2)은 메인 스위치인 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 콜렉터단자와 연결된다. 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 베이스단자는 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)를 구동시키는 IGBT 구동회로 A(50)와 연결된다. 그리고 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 에미터단자는 그라운드된다. 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 콜렉터단자와 에미터단자 사이는 제 1 다이오드(D1)가 연결된다. 이때, 상기 제 1 다이오드(D1)의 캐소드단자는 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 콜렉터단자와 연결되고, 상기 제 1 다이오드(D1)의 애노드단자는 제 1 IGBT 구동소자(Q1)의 에미터단자와 연결된다. 그리고 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)와 병렬로 연결되는 제 1 캐패시터(C1)가 구비된다.
또한, 상기 제 1 캐패시터(C1)와 병렬로 제 2 캐패시터(C2)와 연결되고, 상기 제 2 캐패시터(C2)는 제 2 IGBT 구동소자(Q2)와 직렬연결된다. 즉, 상기 제 2 캐패시터(C2)는 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 콜렉터단자에 연결되고, 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 베이스단자는 제 7 저항(R7)과 연결된다. 그리고 상기 제 2 IGBT구동소자(Q2)의 에미터단자는 인가전원(Vdc)의 (-) 단자와 연결된다. 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 콜렉터단자와 에미터단자 사이에는 제 2 다이오드(D2)가 구비된다. 즉, 제 2 다이오드(D2)의 캐소드단자는 제 2 IGBT 구동회로(Q2)의 콜렉터단자와 연결되고, 상기 제 2 다이오드(D2)의 애노드단자는 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 에미터단자와 연결된다.
한편, 상기에서 언급한 코일(L2)과 제너다이오드(ZD)가 연결되고, 상기 제너다이오드(ZD)는 제 1 저항(R1)이 연결되고, 상기 제 1 저항(R1)은 제 2 저항(R2)과 직렬 연결된다. 그리고 상기 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2) 사이의 분압 전압은 OP AMP(40)의 비반전 단자(+)에 접속된다.
또한, 상기 제 2 저항(R2)은 직렬 연결된 제 3 다이오드(D3)와 제 3 캐패시터(C3)와 연결된다. 그리고 제 3 저항(R3)과 제 4 저항(R4)이 직렬 연결된다. 이때, 상기 제 2 다이오드(D2)와 제 3 캐패시터(C3)는 제 3 저항(R3)과 제 4 저항(R4)과 서로 병렬 연결된다. 그리고 상기 제 3 다이오드(D3)의 애노드단자 제 3 저항(R3)은 18V가 인가된다. 상기 제 3 저항(R3)과 제 4 저항(R4) 사이의 분압 전압은 OP AMP(40)의 반전단자(-)와 연결된다.
또한, 상기 OP AMP(40)의 출력단과 비반전 단자(+) 사이는 직렬 연결된 제 4 캐패시터(C4)와 제 5 저항(R5)이 연결되어 미분 회로(30)를 구성한다. 또한 상기 OP AMP(40)의 출력단은 제 6 저항(R6)과 연결되고, 상기 제 6 저항(R6)은 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 베이스 단자에 입력된다.
상기와 같이 연결된 본 발명에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로의 동작제어에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 제 1 캐패시터(C1)와 전압공진형 인버터에서 마그네트론 구동 전압을 발생시키는 메인 스위치 즉, 제 1 IGBT 구동소자(Q1)가 병렬로 구성된다. 그리고 상기 제 2 캐패시터(C2)와 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 직렬로 구성되어 공진 전압의 상승을 낮추어 스위칭소자(제 1 IGBT 구동소자)를 보호하는 클램프회로를 구성하였다.
또한, 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 안정적으로 구동하도록, OP AMP(40)와 제 4 캐패시터(C4)와 제 5 저항(R5)으로 구성된 미분 회로(30) 등이 더 포함되어 구성되었다.
상기와 같은 구성에서 전원(Vdc)을 회로 내로 인가한 후, IGBT 구동회로 A(50)의 제어에 따라서, 제 1 IGBT 구동소자(Q1)가 온동작하면, 캐패시터(C1)에 에너지가 축적된다. 그리고 상기 제 1 IGBT 구동소자(Q1)가 오프(OFF)되면, 제 1 캐패시터(C1)에 전압이 충전된다.
상기와 같은 동작이 반복될 때 발생된 공진 전압으로 마그네트론(도시하지 않음)이 구동하고, 이 동작이 소정시간 진행되어, 제 1 캐패시터(C1)에 인가되는 공진 전압이 규정 이상되면, OP AMP(40)의 (+)단자에 공진전압이 전달된다. 그리고 OP AMP(40)에 구비된 (-)단자에 입력되는 기준전압과 비반전 단자(+)로 입력된 전원이 비교되어, 기준전압보다 값이 크면 OP AMP(40)의 출력단을 통해서 하이 전압(high voltage)으로 출력된다. 그리고 상기 하이 출력전압은 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 베이스단자에 입력된다. 이로 인해서 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 턴온(TURN-ON)상태가 된다.
상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 턴 온(TURN-ON)됨에 따라, 제 2 캐패시터(C2)가 충전되기 시작한다. 이때, 상기 제 2 캐패시터에 충전되는 전류는 제 1 캐패시터에 충전되는 전류량에 비해서 더 큰 값을 가진다. 이로 인해서 공진 전압이 떨어지게 되면, 상기 OP AMP(40)의 비반전 단자(+)로 입력되던 전압이 크게 떨어지게 된다. 따라서 상기 OP AMP(40)의 반전 단자(-)로 입력되는 기준전압과 비교한다. 이때, 상기 반전 단자(-)의 비교전압값보다 비반전 단자(+)로 입력되는 전압값이 작아져서 결과적으로 OP AMP(40)의 출력단은 로우(LOW) 신호가 출력된다.
상기 OP AMP(40)의 출력단에서 출력된 로우(LOW) 신호가 제 2 IGBT 구동소자(Q2)로 입력된다. 이로 인해서 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 턴 오프(TURN-OFF)되어 구동이 정지되는 결과가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서 상기 OP AMP(40)의 비반전 단자(+)와 OP AMP(40)의 출력단 사이에 제 4 캐패시터(C4)와 제 5 저항(R5)을 직렬로 연결하여 미분 회로(30)를 구성한다.
상기와 같이 구성된 미분 회로(30)를 통해서 도면에 도시한 바와 같이 A지점의 전압이 일시적으로 높아지도록 제어한다. 이로 인해서 OP AMP(40)의 비반전 단자(+)로 공급되는 전압을 반전 단자(-)에 공급되는 비교 전압과 비교하여 OP AMP(40)의 출력단으로 하이(HIGH) 신호가 출력되도록 제어한다. 그리고 상기 출력단을 통해서 출력된 하이(HIGH) 신호는 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 베이스단자로 입력되어, 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 계속 턴 온(TURN-ON) 상태로 동작 제어할 수 있도록 한다. 이에 따라 상기 제 2 IGBT 구동소자(Q2)에서 턴 온(TURN-ON) 상태에서 발생될 수 있는 과도 현상을 방지할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 공진 전압을 감지하기 위해서 제너다이오드(ZD)와 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)이 구비된다. 그리고 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 과도현상을 방지하고, 안정적으로 구동하도록 제 4 캐패시터(C4)와 제 5 저항(R5)으로 구비된 미분 회로(40)가 구성되었다.
또한, 상기 제 2 스위칭소자(Q2)의 동작을 제어하기 위해 구성된 IGBT구동회로 B(60)에 구비된 제 3 다이오드(D3)는 보호용소자로서, 인가전원이 18V이상인 경우, 회로를 보호하도록 전원을 차단한다. 그리고 상기 제 3 다이오드(D3)와 직렬로 연결된 제 3 캐패시터는 OP AMP(40)의 비반전 단자(+)로 입력되는 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 필터의 역할을 수행한다.
상기와 같이 동작제어됨에 따라 나타나는 출력파형을 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로 내에서 출력되는 출력파형도이다.
전원이 회로 내로 공급되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 스위치인 제 1 IGBT 구동소자(Q1)가 턴 온(TURN-ON)되어 구동한다. 그리고 상기와 같은 동작으로 인해 마그네트론(도시하지 않음)이 구동한다.
한편, 제 1 캐패시터(C1)와 제 2 캐패시터(C2)에 인가되는 공진 전압이 규정 이상되면, 앞서 설명한 바와 같이, OP AMP(40)의 비반전 단자로 전압이 입력된다. 그리고 반전단자(-)에 입력된 비교전압과 비교하여 공진 전압이 규정 이상 상승되면, 하이(HIGH) 신호를 출력한다. 이에 따라 소정시간(a) 경과 후, 클램스 스위치인 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 도 3 에 도시된 바와 같이 턴 온(TURN-ON)된다.
그러나 이때, 상기 제 2 IGBT 구동소자가 턴 온(TIRN-ON)된 후, 제 1 캐패시터(C1)와 제 2 캐패시터(C2)가 병렬 공진상태가 되고, 공진 전압이 낮아지게 된다. 상기 제 1 캐패시터(C1)와 제 2 캐패시터(C2)의 용량은 C1 < C2로 나타낼 수 있다. 이에 따라 OP AMP(40)의 출력단으로 로우(LOW) 신호가 출력된다. 상기 로우신호는 제 2 IGBT 구동소자(Q2)의 베이스단자에 입력되고, 이로 인해서 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 턴 오프(TURN-OFF)되는 것을 방지하기 위해서 미분 회로(30)가 구비되었다. 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 A지점에서 출력되는 전압이 일시적으로(T) 상승되도록 출력전압을 제어한다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이 OP AMP의 비반전 단자(+)로 입력되는 전압을 T시간 동안 순간적으로 상승시켜 안정적으로 제 2 IGBT 구동소자(Q2)가 구동되도록 제어한다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 인버터전자레인지의 인버터회로는 메인 스위치인 제 1 IGBT 구동소자와 클램프 스위치인 제 2 IGBT 구동소자가 구성되어져 있고, 상기 두 스위치의 전위를 일체화시키고, 상기 제 2 IGBT 구동소자의 구동에 따른 공진전압이 떨어지게 되면, 턴 오프되는 것을 방지하여 안정적으로 구동하도록 제어하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
따라서 본 발명으로 인해서 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인버터회로에 구성된 메인 스위칭을 위한 제 1 IGBT구동소자와, 클램프 스위칭을 위한 제 2 IGBT 구동소자의 에미터단자의 전위을 동일하게 구성한다. 이로 인해서 구동회로로 공급되는 전원을 분리하지 않고 일체화시킨다.
따라서 상기 구동회로를 구성하는 부품의 수를 감소시켜 회로의 구성을 간단하게 할 수 있고, 이로 인해서 제품을 생산하는 제조비용의 절감을 기대할 수 있다.
또한, 상기 인버터회로에 전원이 공급되어 구동하는 과정에서, 제 2 IGBT 구동소자의 동작이 안정적으로 이루어져, 제 1 IGBT 구동소자를 안전하게 보호할 수 있다. 그리고 회로의 안정적인 제어동작에 따라 제품의 대한 신뢰성이 향상될 수 있어, 본 발명에 따른 제품을 사용하는 사용자에게 만족감을 극대화시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 마그네트론의 구동을 위해 스위칭 동작하는 메인 스위칭소자와;
    상기 메인 스위칭소자의 스위칭 동작에 따라서 공진전압을 발생하는 공진회로와;
    상기 공진회로의 공진전압이 규정치 이상이 될 때, 하이신호를 출력하는 비교수단과;
    상기 비교수단의 하이신호 출력에 따라, 메인 스위칭소자를 보호하기 위하여 구동되는 클램프 스위칭소자를 구비하고,
    상기 메인 스위칭소자와 클램프 스위칭소자의 에미터 전위를 일치시키는 인버터전자레인지의 인버터회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램프 스위칭소자가 구동됨에 따라 공진전압이 떨어지면, 비교수단으로 높은 전압이 입력되어 하이신호가 출력되도록 제어하는 미분회로를 포함하여 구성되는 인버터전자레인지의 인버터회로.
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