KR100550162B1 - Induction heating apparatus using digital signal processor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도가열 조리장치의 구동에 필요한 검출 방법 및 구동 방법을 제어 알고리즘을 DSP를 이용하여 구현한 DSP를 이용한 유도가열 조리장치를 제공하는 것으로, 입력되는 상용 교류전원을 정류하는 정류부; 전류 트랜스포머를 사용하여 상기 입력 상용 교류전원으로부터 전류를 검출하여 이에 따른 전압레벨을 DSP로 입력하는 입력전류 검출부; 상기 정류부를 통해 입력되는 상용전원으로부터 전압을 검출하여 DSP로 입력하는 입력전압 검출부; IGBT의 스위칭과 LC공진회로의 시정수에 의한 에너지 충방전을 반복하여 조리기구를 유도가열하는 LC공진 및 유도가열부; LC공진전압을 검출하는 공진전압 검출부; DSP로부터 공급되는 IGBT구동제어신호에 따라 IGBT를 구동하는 IGBT구동부; 공진전압 검출부에서 검출된 LC공진전압의 제로 위상을 검출하여 IGBT의 도통 시작신호로 사용할 수 있도록 하는 공진전압 위상검출부; IGBT를 과전압 및 과전류로부터 보호하기 위한 과전압 검출부 및 과전류 검출부; 및 상기 각부의 출력을 바탕으로 IGBT를 적정하게 구동할 수 있도록 하는 DSP로 구성됨을 특징으로 한다.The present invention provides a induction heating cooking apparatus using a DSP that implements a control algorithm using a DSP for a detection method and a driving method required for driving an induction heating cooking apparatus, the rectifying unit for rectifying the input commercial AC power; An input current detector which detects a current from the input commercial AC power supply using a current transformer and inputs a corresponding voltage level to the DSP; An input voltage detector detecting a voltage from a commercial power source input through the rectifier and inputting the voltage to a DSP; LC resonance and induction heating unit for induction heating of cookware by repeating switching of IGBT and energy charging and discharging by time constant of LC resonance circuit; A resonance voltage detector for detecting an LC resonance voltage; An IGBT driver which drives the IGBT according to the IGBT drive control signal supplied from the DSP; A resonant voltage phase detector for detecting a zero phase of the LC resonant voltage detected by the resonant voltage detector to be used as a conduction start signal of the IGBT; An overvoltage detector and an overcurrent detector for protecting the IGBT from overvoltage and overcurrent; And a DSP for driving the IGBT appropriately based on the output of each unit.
유도가열 조리장치, DSP, LC공진, IGBTInduction Heating Cooker, DSP, LC Resonance, IGBT
Description
도 1은 본 발명에 따른 DSP를 이용한 유도가열 조리장치의 구성도.1 is a block diagram of an induction heating cooking apparatus using a DSP according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 정류부 20 : 입력전류 검출부10: rectifier 20: input current detector
30 : 입력전압 검출부 40 : LC공진 및 유도가열부30: input voltage detector 40: LC resonance and induction heating unit
50 : 온도 검출부 60 : 공진전압 검출부50: temperature detector 60: resonance voltage detector
70 : IGBT구동부 80 : 공진전압 위상검출부70: IGBT driver 80: resonant voltage phase detector
90 : 과전압 검출부 100 : 과전류 검출부90: overvoltage detector 100: overcurrent detector
110 : DSP110: DSP
본 발명은 유도가열 조리장치에 관한 것으로, 특히 유도가열 조리장치의 구동 제어 알고리즘과 보호동작, 검출동작 및 파워 소자 구동을 DSP(Digital Signal Processor)를 이용하여 구현한 DSP를 이용한 유도가열 조리장치에 관한 것이다.The present invention relates to an induction heating cooking apparatus, and more particularly, to an induction heating cooking apparatus using a DSP that implements a driving control algorithm, a protection operation, a detection operation, and a power device driving using a DSP (Digital Signal Processor). It is about.
일반적으로 유도가열장치는 유도가열코일을 고속으로 스위칭할 때 발생하는 유도 자계가 유도가열코일에 인접한 자계성 가열대상의 표면에 와전류(Eddy Current)를 흐르게 함으로써 와류손(Eddy Current Loss)및 교번 자계에 의한 히스테리시스 손실에 의한 열을 발생하도록 한 장치로, 유도가열 조리장치는 이를 이용하여 조리용기를 가열하도록 한 장치이며, 이제까지의 유도가열 조리장치는 대부분 아날로그 회로를 이용하여 그 출력을 제어하도록 구현되어 왔다.In general, induction heating device uses Eddy Current Loss and alternating magnetic field by causing an induction magnetic field generated when switching induction heating coil at high speed to flow Eddy Current to the surface of magnetic heating object adjacent to induction heating coil. Induction heating cooking device is a device to heat the cooking vessel by using it, and the induction heating cooking device has been implemented to control the output using most analog circuits. Has been.
따라서 회로구성 부품수가 많고, 회로구성 부품 요소들의 온도에 따른 변동요인에 의해 제어 특성이 변화가 많으며, 사용자 인터페이스가 적고, 주제어기와의 신호연결선이 많고, 여러 가지 보호 회로를 구성하기에 어려움이 있으며, 이에 대한 대처방안이 마련되어 있지 않았다.Therefore, the number of circuit components is large, the control characteristics change due to temperature fluctuation factors of circuit components, the user interface is small, the signal connection line with the main controller is difficult, and it is difficult to construct various protection circuits. There was no solution for this.
뿐만 아니라, 입력전원 변동에 따른 출력파워의 영향크고, 입력전원의 전압파형에 따른 전류왜곡이 발생하고, 순시정전 검지방법이 없어 정전시 오작동이 발생할 우려가 있었다. 특히 비선형적인 제어 특성을 요구하는 기능에 있어서는 많은 제약이 따르며 제한된 성능을 갖을 수 밖에 없었다.In addition, there is a possibility that the output power due to the fluctuation of the input power is large, the current distortion occurs due to the voltage waveform of the input power, and there is no instantaneous power failure detection method, thereby causing a malfunction in the power failure. In particular, functions that require nonlinear control characteristics have many limitations and have limited performance.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 유도가열 조리장치의 구동 제어 알고리즘을 DSP를 이용하여 구현함으로써 구성부품수를 줄일 수 있음은 물론, 온도에 따른 변동요인을 줄이고, 제어신호선의 개수를 줄이며, 입력전원변동을 DSP에서 검출하여 입력전원 변동에 관계없이 일정 전력을 공급할 수 있도록 하고, 입력전압파형에 따른 전류파형 왜곡을 DSP에서 연산제어하여 전류파형 왜곡에 따른 출력왜곡을 줄이며, 순시정전시 정전이전상태를 기억하여 복전시 이전상태로 구동시킬 수 있도록 하며, 정밀하고 고성능의 제어성을 획득하고 여러 가지 상황에 복합적으로 대응할 수 있는 DSP를 이용한 유도가열 조리장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve this problem, the present invention can implement the drive control algorithm of the induction heating cooking apparatus using a DSP to reduce the number of components, as well as to reduce the fluctuation factors according to the temperature, Reduces the number of inputs, detects the input power fluctuations in the DSP so that constant power can be supplied regardless of the input power fluctuations, and reduces the output distortion due to the current waveform distortion by calculating and controlling the current waveform distortions according to the input voltage waveforms Its purpose is to provide the induction heating cooking device using DSP that memorizes the state of power failure before instantaneous power failure and can drive it to the state before power recovery, and acquires precise and high performance control and copes with various situations. have.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DSP를 이용한 유도가열 조리장치는, 과전류 방지용 퓨즈와 전도성 노이즈 제거를 위한 EMI필터를 거쳐 입력되는 상용전원을 브릿지 다이오드를 통해 정류하는 정류부와; 상기 과전류 방지용 퓨즈와 전도성 노이즈 제거를 위한 EMI필터를 거쳐 입력되는 상용전원으로부터 전류 트랜스포머를 사용하여 전류를 검출하여 이에 따른 전압레벨을 DSP로 입력하는 입력전류 검출부와; 상기 정류부를 통해 입력되는 정류부의 출력을 저항분압회로를 통해 전압레벨로 변환하여 DSP로 입력하는 입력전압 검출부와; IGBT의 스위칭과 LC공진회로의 시정수에 의한 에너지 충방전을 반복하여 조리기구를 유도가열하는 LC공진 및 유도가열부와; LC공진전압을 검출하는 공진전압 검출부와; DSP로부터 공급되는 IGBT구동제어신호에 따라 상기 IGBT를 구동하는 IGBT구동부와; 상기 공진전압 검출부에서 검출된 LC공진전압의 제로 위상을 검출하여 상기 IGBT의 도통 시작신호로 사용할 수 있도록 하는 공진전압 위상검출부와; 상기 공진전압 검출부에 접속되며, 상기 IGBT의 허용 내압 이상의 과전압을 검출하여 IGBT의 구동을 정지시킬 수 있도록 하기 위한 과전압 검출부와; 상기 IGBT구동부에 접속되며, IGBT 의 허용 전류 이상의 과전류를 검출하여 IGBT의 구동을 정지시킬 수 있도록 하는 과전류 검출부와; 상기 입력전류 검출부 및 입력전압 검출부의 출력을 바탕으로 상기 LC공진 및 유도가열부의 출력이 일정하도록 제어함과 더불어 공진전압 위상검출부에서 검출된 신호를 바탕으로 공진전압이 제로위상일 때 상기 IGBT의 스위칭을 제어하며, 상기 과전압 검출부와 과전류 검출부의 출력을 바탕으로 상기 IGBT의 과전압 및 과전류에 의한 소손을 방지하는 DSP;를 구비함을 특징으로 한다.Induction heating cooking apparatus using a DSP according to the present invention for achieving the object of the present invention, rectification unit for rectifying the commercial power input through the over-current protection fuse and the EMI filter for removing the conductive noise through the bridge diode; An input current detector for detecting a current using a current transformer from a commercial power source input through the overcurrent prevention fuse and an EMI filter for removing conductive noise and inputting a voltage level according to the DSP; An input voltage detector converting an output of the rectifier input through the rectifier into a voltage level through a resistance voltage divider circuit and inputting the same to a DSP; LC resonance and induction heating unit for induction heating of cookware by repeating switching of IGBT and energy charging and discharging by time constant of LC resonance circuit; A resonance voltage detector for detecting an LC resonance voltage; An IGBT driver which drives the IGBT according to an IGBT drive control signal supplied from a DSP; A resonant voltage phase detector for detecting a zero phase of the LC resonant voltage detected by the resonant voltage detector to be used as a conduction start signal of the IGBT; An overvoltage detector connected to the resonance voltage detector and configured to detect an overvoltage greater than an allowable breakdown voltage of the IGBT to stop driving of the IGBT; An overcurrent detecting unit connected to the IGBT driving unit and detecting an overcurrent exceeding an allowable current of the IGBT to stop driving of the IGBT; The output of the LC resonance and the induction heating unit are controlled to be constant based on the output of the input current detector and the input voltage detector, and the switching of the IGBT when the resonance voltage is zero phase based on the signal detected by the resonance voltage phase detector. And a DSP for preventing burnout by overvoltage and overcurrent of the IGBT based on outputs of the overvoltage detector and the overcurrent detector.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 DSP를 이용한 유도가열 조리장치의 구성도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows the configuration of the induction heating cooking apparatus using a DSP according to the present invention.
도시한 바와 같이, 과전류 방지용 퓨즈(F1)와 전도성 노이즈 제거를 위한 EMI필터(L1)를 거쳐 입력되는 상용전원(AC)을 브릿지 다이오드(11)를 통해 전파정류하는 정류부(10), 상기 과전류 방지용 퓨즈(F1)와 전도성 노이즈 제거를 위한 EMI필터(L1)를 거쳐 입력되는 상용전원(AC)으로부터 전류 트랜스포머(T1)를 사용하여 전류를 검출하여 이에 따른 전압레벨을 DSP(110)로 입력하는 입력전류 검출부(20), 상기 정류부(10)의 출력을 저항분압회로를 통해 전압레벨로 변환하여 DSP(110)로 입력하는 입력전압 검출부(30), IGBT(41)의 스위칭과 LC공진회로(42)의 시정수에 의한 에너지 충방전을 반복하여 조리기구(43)를 유도가열하는 LC공진 및 유도가열부(40), 상기 IGBT(41)의 동작온도를 검출하여 DSP(110)로 입력하는 온도 검출부(50), 상기 LC공진회로(42)에 연결되어 LC공진전압을 검출하는 공진전압 검출부(60), DSP(110)로부터 공급되는 IGBT구동제어신호를 바탕으로 IGBT(41)를 구동 하는 IGBT구동부(70)로 구성된다.As shown, the
또한, 상기 공진전압 검출부(60)에서 검출된 LC공진전압의 제로 위상을 검출하여 상기 IGBT(41)의 도통 시작신호로 사용할 수 있도록 하는 공진전압 위상검출부(80), 상기 공진전압 검출부(60)에 접속되며, 상기 IGBT(41)의 허용 내압 이상의 과전압을 검출하여 IGBT(41)의 구동을 정지시킬 수 있도록 하기 위한 과전압 검출부(90), 상기 IGBT구동부(70)에 접속되며, IGBT(41)의 허용 전류 이상의 과전류를 검출하여 IGBT(41)의 구동을 정지시킬 수 있도록 하는 과전류 검출부(100) 및 상기 입력전류 검출부(20), 입력전압 검출부(30), 온도 검출부(50), 공진전압 위상검출부(80), 과전압 검출부(90), 과전류 검출부(100)의 출력을 바탕으로 상기 IGBT(41)의 구동제어를 위한 IGBT구동제어신호를 상기 IGBT구동부(70)로 출력하여 IGBT(41)가 적정하게 구동될 수 있도록 하는 DSP(110)로 구성된다.In addition, the resonance
상기 정류부(10)는 상용전원(AC) 입력단에 연결된 과전류 방지용 퓨즈(F1)에 병렬로 전도성 노이즈 제거를 위한 EMI필터(L1)가 연결되고, EMI필터(L1)에 브릿지 다이오드(11)가 연결된 구조로, 상기 과전류 방지용 퓨즈(F1)에 병렬 연결된 캐패시터(C1)는 서지전압 방지용이다.The
상기 입력전류 검출부(20)는 상기 정류부(10)를 통해 입력되는 상용전원(AC)으로부터 전류 트랜스포머(T1)로 전류를 검출하고, 이 전류 트랜스포머(T1)에서 검출된 전류값이 저항(R3),(R4)을 통해 전압레벨로서 DSP(110)의 A/D컨버터에 입력되도록 구성된다.The
상기 입력전압 검출부(30)는 상기 정류부(10)의 출력으로부터 저항(R5-R8)으 로 이루어진 저항분압회로를 이용하여 해당 전압레벨로서 상기 DSP(110)의 A/D컨버터에 입력되도록 구성되며, 미설명 부호인 캐패시터(C3)는 회로보호용이다.The
그리고 상기 LC공진 및 유도가열부(40)는 상기 정류부(10)에 연결된 코일(L2)에 서로 병렬 연결된 캐패시터(C5) 및 유도가열코일(L3)로 구성된 LC공진회로(42)와 상기 캐패시터(C5)에 콜렉터가 연결되고 상기 IGBT구동부(70)에 베이스가 연결되며 에미터는 그라운드에 연결된 IGBT(41)로 구성되며, 상기 온도 검출부(50)는 상기 IGBT(41)의 동작온도를 검출하는 온도센서(51)를 포함하여 구성된다.In addition, the LC resonator and
상기 공진전압 검출부(60)는 상기 LC공진회로(42)에 연결되어 LC공진전압을 검출하는 다수의 저항(R10-R14) 및 캐패시터(C6)로 구성되고, 상기 IGBT구동부(70)는 상기 DSP(110)로부터의 IGBT구동제어신호에 따라 IGBT(41)를 구동하는 IGBT스위칭제어IC(71)를 포함한다.The
상기 공진전압 위상검출부(80)는 상기 공진전압 검출부(60)에 (+)단이 연결되고, 저항(R17),(R18) 및 캐패시터(C8)에 의해 형성되는 기준전압이 (-)단에 입력되는 비교기(81)를 포함하고, 상기 과전압 검출부(90)는 상기 공진전압 검출부(60)에 (+)단이 연결되고, 저항(R20),(R21) 및 캐패시터(C9)에 의해 형성되는 기준전압이 (-)단에 입력되는 비교기(91)를 포함하여 구성되며, 상기 과전류 검출부(100)는 (+)단이 상기 IGBT스위칭제어IC(71)에 연결되고, (-)단에 기준전압이 입력되는 비교기(101)로 구성된다.The resonant
상기와 같이 구성된 본 발명에서 입력되는 상용전원(AC)은 상기 정류부(10)에서 정류된 후, LC공진회로(42)에 공급되며, 공급된 전력은 DSP(110)에서 제공되 는 IGBT구동제어신호에 따른 IGBT(41)의 스위칭에 의해 유도가열코일(L3)로부터 조리기구(43)로 전달되어 조리기구(43)가 가열될 수 있게 된다.Commercial power (AC) input in the present invention configured as described above is rectified by the
이때, 상기 DSP(110)는 조리기구(43)로 공급되는 전력을 일정하게 유지하기 위해 상기 입력전류 검출부(20) 및 입력전압 검출부(30)에서 검출된 전류량 및 전압을 바탕으로 IGBT(41)의 스위칭 동작 시간을 결정하여 이를 제어하게 된다.At this time, the DSP 110 based on the amount of current and voltage detected by the
또한, 공진전압이 제로 위상일 때 스위칭하기 위해, DSP(110)는 공진전압 검출부(60)의 출력으로부터 공진전압 위상검출부(80)에서 검출된 신호를 바탕으로 IGBT(41)의 도통 시작신호를 제공하게 된다.Also, in order to switch when the resonant voltage is zero phase, the
뿐만 아니라, 본 발명은 스위칭소자인 IGBT(41)를 보호하기 위해 온도 검출부(50)에서 상기 IGBT(41)의 온도를 검출하며, DSP(110)는 이를 바탕으로 과열로부터 IGBT(41)를 보호할 수 있게 된다.In addition, the present invention detects the temperature of the IGBT 41 in the
그리고 상기 DSP(110)는 상기 공진전압 검출부(60)의 출력으로부터 과전압을 검출하는 과전압 검출부(90)의 출력을 바탕으로 IGBT(41)를 과전압에 따른 소손으로부터 보호하게 되며, 과전류 검출부(100)의 출력을 바탕으로 IGBT(41)를 과전류에 따른 소손으로부터 보호하게 된다.The DSP 110 protects the IGBT 41 from burnout according to the overvoltage based on the output of the
특히, 상기 DSP(110)는 상기 입력전류 검출부(20) 또는 입력전압 검출부(30)의 출력으로부터 순시정전을 감지하여 정전시 정전 이전 상태를 기억하며, 복전시 이전 상태로 구동될 수 있도록 한다.In particular, the DSP 110 detects the instantaneous power failure from the output of the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below Or it may be modified.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 유도가열 조리장치의 구동 제어 알고리즘을 DSP를 이용하여 구현함으로써 회로구성 부품수를 줄일 수 있으며, 온도에 따른 변동요인을 줄이고, 제어신호선의 개수를 줄이며, 입력전원변동을 DSP에서 검출하여 입력전원 변동에 관계없이 일정 전력을 공급할 수 있게 된다.As described above, the present invention can implement the driving control algorithm of the induction heating cooking apparatus using a DSP to reduce the number of circuit components, reduce the variation factor due to temperature, reduce the number of control signal lines, input power The change can be detected by the DSP to supply a constant amount of power regardless of changes in the input supply.
또한, 입력전압파형에 따른 전류파형 왜곡을 DSP에서 연산제어하여 전류파형 왜곡에 따른 출력왜곡을 줄이며, 순시정전시 정전이전상태를 기억하여 복전시 이전상태로 구동시킬 수 있도록 함으로써 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the operation of the current waveform distortion according to the input voltage waveform in the DSP to reduce the output distortion caused by the current waveform distortion, and to remember the state before the power failure during instantaneous power failure to drive the previous state when restoring to improve the product quality It becomes possible.
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