KR100579554B1 - 인버터 전자레인지 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자파를 발생하는 마그네트론의 동작효율을 상승시키기 위하여 입력전원의 크기에 따라 스위칭 동작을 제어하는 주파수를 가변시키는 주파수 가변회로부를 포함하여 구성되는 인버터 전자레인지 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 인버터 구동전원인 상용교류전원을 직류전압으로 평활하는 평활부와 상기 평활부로부터 인가되는 전압을 스위칭하여 마그네트론 구동용 교류전압이 생성되도록 하는 인버터부와 상기 인버터부의 스위칭에 의해 생성된 교류전압을 고출력의 직류전압으로 변환하여 전자파 발생용 마그네트론으로 전달하는 마그네트론 구동전압부와 상기 상용교류전원의 크기에 따라 상기 인버터부로 인가되는 스위칭 주파수를 가변시켜 상기 인버터부에서 출력되는 전압이 일정크기를 유지하도록 하는 인버터 제어부를 포함하여 이루어져, 마그네트론 구동시간을 연장시켜 전자레인지의 가열효율 및 동작의 신뢰성을 향상시키고 가열출력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

마그네트론, 인버터부, 인버터 제어부, 주파수 가변회로, 인버터 전자레인지

Description

인버터 전자레인지 및 그 제어방법{Inverter Microwave Oven and Controlling Method for the Same}

도 1 은 일반적인 인버터 전자레인지의 구성을 도시한 도,

도 2 는 종래 기술에 따른 인버터 제어부의 구성을 도시한 블록도,

도 3 은 본 발명에 따른 인버터 제어부의 구성을 도시한 블록도,

도 4 는 본 발명에 따른 주파수 가변부의 회로를 도시한 회로도,

도 5a와 5b 는 각각 종래 및 본 발명에 따른 인버터 전자레인지의 직류전압과 마그네트론의 구동전압의 파형을 도시한 도,

도 6 은 본 발명에 따른 인버터 전자레인지의 제어방법의 흐름이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

M: 마그네트론 13: 인버터 제어부

20: 주파수 발생부 30: 스위칭 제어부

31: 주파수 가변회로부 33: 구동부

본 발명은 인버터 전자레인지 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 입력전원의 크기에 따라 주파수를 가변시켜 상기 전자레인지에서 전자파를 발생시키는 마그네트론으로 일정크기의 교류전압이 공급되도록 하는 인버터 전자레인지 및 그 제어방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래 기술에 따른 인버터 전자레인지의 구성 및 문제점을 설명한다. 도 1은 일반적인 인버터 전자레인지의 구성을 도시한 도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 인버터 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.

전자레인지란, 유전가열방식을 이용한 조리기로서 캐비티(1)안에 음식물을 위치시키고, 마그네트론(M)을 통해 전자파를 상기 캐비티(1)내의 음식물로 조사하여 상기 음식물을 가열시키는 장치이다.

상기 유전가열 방식이란, 음식물을 오븐에 넣고 마이크로파를 방사함에 따라 상기 음식물에 포함된 수분의 물분자를 진동시켜 가열하는 방식으로, 상기 마그네트론(M)을 동작시키기 위하여 일반 가정으로 공급되는 60Hz의 상용 교류전압(3)이 인버터부(2)를 통해 약 3500V 이상의 고출력 직류전압으로 변환되어 상기 마그네트론(M)으로 공급된다.

도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 인버터 전자레인지의 구성을 설명하자면, 일반적으로 사용되는 60Hz의 상용 교류전압(4)과, 상기 입력된 교류전원을 정류 및 평활하는 직류전압부(5)와, 적어도 하나이상의 스위치를 온/오프 함으로써 구동전원을 생성하는 인버터부(6)와, 상기 인버터부에서 출력되는 구동전원을 고출력 직류전원으로 변환한 후 상기 마그네트론으로 전달하는 마그네트론 구동부(7) 및 상기 인버터부(6)의 스위치를 제어하는 인버터 제어부(8)를 포함하여 구성된다.

상기 인버터 제어부(8)는 상기 인버터부(6)의 스위치의 동작제어를 위하여 일정 주파수를 갖는 펄스신호를 생성하는 신호발생부(9)와, 상기 신호발생부(9)에서 출력되는 펄스신호를 상기 인버터부(6)로 전달하는 인버터 구동부(10)를 포함하여 구성된다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 인버터 전자레인지의 경우 기준전압 이상의 직류전압이 상기 마그네트론 구동부를 통해 인가되어야만 상기 마그네트론이 동작하게 되는데, 이때 상기 기준전압의 크기보다 작게 직류전압이 인가되는 경우 동작을 하지 않으므로 상기 마그네트론의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기 인버터부의 스위칭 동작을 위한 펄스신호는 고정주파수를 갖고 있어 상기 마그네트론의 비동작영역이 증가하여 큰 전류용량의 주파수 제어소자를 사용하여야 하며, 이는 곧 생산비용이 증가되는 문제점이 발생하게 된다.

나아가, 상기와 같이 마그네트론의 효율이 떨어지게 되는 경우 가열 효율 역시 감소하게 되며 동작 신뢰성이 떨어지게 되어 가열출력이 일정하지 유지되지 못하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전자파를 발생하는 마그네트론의 동작효율을 상승시키기 위하여 입력전원의 크기에 따라 스위칭 동작을 제어하는 주파수를 가변시키는 주파수 가변회로부를 포함하여 구성되는 인버터 전자레인지 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 인버터 전자레인지는 인버터 구동전원인 상용교류전원을 직류전압으로 평활하는 평활부와, 상기 평활부로부터 인가되는 전압을 스위칭하여 마그네트론 구동용 교류전압이 생성되도록 하는 인버터부와, 상기 인버터부의 스위칭에 의해 생성된 교류전압을 고출력의 직류전압으로 변환하여 전자파 발생용 마그네트론으로 전달하는 마그네트론 구동전압부와, 상기 상용교류전원의 크기에 따라 상기 인버터부로 인가되는 스위칭 주파수를 가변시켜 상기 인버터부에서 출력되는 전압이 일정크기를 유지하도록 하는 인버터 제어부를 포함하여 구성되는 것을 제 1특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인버터 전자레인지의 제어방법은 입력전원을 정류 및 평활하는 제 1단계와, 상기 입력전원의 크기에 따라 스위칭 주파수를 가변시키는 제 2단계와, 상기 제 2단계에서 가변된 주파수에 따라 상기 평활된 직류전원을 스위칭하여 마그네트론의 구동을 위한 고출력전압을 생성하는 제 3단계를 포함하여 이루어지는 것을 제 2특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 인버터 제어부의 구성을 도시한 블록도이며, 도 4는 본 발명에 따른 주파수 가변회로부의 회로를 도시한 회로도이고, 도 5a 및 5b는 각각 종래 및 본 발명에 따른 인버터 전자레인지의 직류전압과 마그네트론의 구동전압의 파형을 도시한 도이며, 도 6은 본 발명에 따른 인버터 전자레인지의 제어방법의 흐름이 도시된 순서도이다.

본 발명에 따른 인버터 전자레인지는 도 3에 도시된 바와 같이, 입력전원인 상용교류전원(AC)과, 상기 상용교류전원을 직류전압으로 정류 및 평활하는 평활부(11)와, 상기 평활부(11)로부터 출력되는 전압을 스위칭하여 마그네트론 구동용 교류전압이 생성되도록 하는 인버터부(12)와, 상기 인버터부(12)로부터 생성된 교류전압을 고출력의 직류전압으로 변환하여 마그네트론(M)으로 전달하는 마그네트론 구동전압부(13)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 인버터 전자레인지는 상기 상용 교류전원의 전압크기에 따라 상기 인버터부(12)로 인가되는 스위칭 주파수를 가변시켜 일정크기의 전압이 상기 마그네트론 구동전압부(13)로 인가되도록 하는 인버터 제어부(14)를 포함하여 구성된다.

상기 인버터 제어부(14)는 상기 인버터부(12)의 스위칭주파수인 펄스 신호를 발생시키는 주파수 발생부(20)와, 상기 교류전압의 크기에 따라 상기 인버터부(12) 로 인가되는 스위칭 주파수를 가변시키는 스위칭 제어부(30)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 인버터 제어부(14)는 상기 상용교류전원의 전압을 검출하는 맥류파 검출부(40)와, 상기 마그네트론의 전류를 검출하는 마그네트론 전류검출부(41)를 더 포함하여 구성된다.

상기 주파수 발생부(20)는 상기 인버터부(14)의 스위칭 동작이 가변되도록 펄스폭 변조(PWM)방식을 사용하여 구동펄스의 폭을 변조하고, 상기 변조된 구동펄스를 아날로그 신호로 변환시켜 상기 출력제어부로 전달하는 D/A 컨버터(21)를 포함하여 구성된다.

상기 스위칭 제어부는 주파수를 가변시키는 출력제어부(31) 및 주파수 가변회로부(32)와, 상기 주파수 가변회로부(32)로부터 출력되는 스위칭 주파수를 상기 인버터부(12)로 출력하여 상기 인버터부(12)가 구동되도록 하는 인버터 구동부(33)를 포함하여 구성된다.

상기 출력제어부(31)는 상기 주파수 가변회로부(32)와 연결되며, 상기 마그네트론 전류검출부(41)로부터 검출된 전류가 상기 마그네트론(M)의 설정 전류보다 큰 경우에는 상기 주파수 발생부(20)로부터 출력된 펄스신호의 주파수를 증가시키고, 상기 마그네트론(M)의 설정 전류보다 작은 경우에는 상기 주파수 발생부(20)로부터 출력된 펄스신호의 주파수를 감소시킨다.

상기 주파수 가변회로부(32)는 도 4에 도시된 바와 같이, 다수 다이오드와, 저항 및 트랜지스터로 구성되며, 상기 맥류파 검출부(40)의 다이오드(D1)를 통과한 각 직류전압과 연결된 제 1 및 제 2트랜지스터(Q62, Q63)가 주파수 발생 IC(I)에 내장된 저항 및 커패시터와 연결되어, 상기 트랜지스터 및 저항에 흐르는 전류량 변화에 따라 상기 출력제어부(31)로부터 입력된 펄스신호의 주파수가 가변되어 발생하게 된다.

보다 상세하게 예를 들어 설명하자면, 보다 완벽한 구형파 전류를 상기 마그네트론(M)에 인가하기 위하여 본 발명에서는 상기 맥류파 검출부(40)에서 출력되는 전압을 크기에 따라 3단계로 나누어 주파수를 가변시킨다.

즉, 상기 맥류파 검출부(40)에서 출력되는 파형전압의 0V 내지 0.7V 구간에서는 상기 주파수 발생 IC(I)에서 생성될 수 있는 주파수 중 가장 낮은 주파수로, 0.7V 내지 1.8V구간에서는 상기 파형전압에 따라 선형성을 갖는 중간주파수로, 1.8V 내지 2.9V구간에서는 상기 파형전압에 따른 선형성을 갖는 최고 주파수로 주파수를 가변하면서 상기 주파수 발생 IC(I)를 구동시킨다.

이때, 상기 주파수 발생 IC(I)에서 생성되는 주파수는 주변회로와의 공진주파수 및 가청주파수를 고려하여 최고출력시, 22KHz 내지 30KHz가 바람직하다.

또한, 상기 주파수 발생 IC(I) 내부의 저항에 흐르는 전류변동의 선형성을 확보하기 위하여 상기 제 1트랜지스터(Q62)의 에미터가 상기 제 2트랜지스터(Q63)의 베이스와 연결되는 Emitter Follow회로를 형성하며, 상기 상용교류전압에서 입력되는 입력전압의 변동에 따른 상기 마그네트론(M)의 가열출력을 일정하게 유지시키기 위한 제 3트랜지스터(Q31)를 더 포함하여 구성된다.

한편, 상기 인버터 구동부(33)는 상기 주파수 가변회로부(32)로부터 출력되는 스위칭 주파수를 상기 인버터부(12)로 출력하여 상기 인버터부(12)가 구동되도 록 하고, 상기 인버터부(12)가 구동됨에 따라 상기 마그네트론(M)으로 고출력의 직류전압이 일정하게 인가되는 것이다.

또한, 종래 기술에 따른 인버터 전자레인지의 직류전압의 파형을 도시한 도 5a의 경우 상기 파형이 최고출력을 유지하는 시간은 한 파형(8ms)중 4ms에 불과하나, 본 발명에 따른 도 6b의 경우 최고출력을 유지하는 시간이 총 8ms 중 6.5ms를 차지하며, 결국 상기 마그네트론의 구동시간이 한 파형당 1.5ms가 더 증가하였으므로 상기 인버터 전자레인지의 가열효율이 증가된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상용교류전원이 상기 인버터 전자레인지에 입력된다.(S1) 입력된 상기 교류전원은 평활부를 통해 직류전원으로 정류 및 평활되며, 주파수 발생부에서 인버터부의 구동을 위한 스위칭 펄스를 생성한다. (S2)

맥류파 검출부에서 상기 교류전원의 전압을 검출하고, 상기 검출전압은 일정레벨의 설정전압과 비교되어(S3), 상기 검출전압이 상기 설정전압보다 큰 경우에는 상기 스위칭 펄스의 주파수를 증가시키고(S4), 상기 설정전압보다 작은 경우에는 상기 스위칭 펄스의 주파수를 감소시킨다.(S5)

상기의 단계에 따라 주파수가 가변되는 상기 스위칭 펄스는 인버터 구동부를 통해 인버터부로 인가되어(S6), 상기 인버터부의 스위치를 구동시키고, 고출력으로 변환된 직류전압이 마그네트론으로 인가되게 된다.(S7)

한편, 상기 인버터 전자레인지의 동작중에는 상기 마그네트론에 현재 흐르는 전류를 검출하여, 상기 맥류파 검출부에서 출력된 검출전압과 설정전압을 비교하기 전, 상기 검출전류와 상기 마그네트론의 설정전류를 비교하여 상기 검출전류가 상기 마그네트론의 설정전류가 큰 경우에는 상기 스위칭 주파수를 증가시키고, 상기 마그네트론의 설정전류가 작은 경우에는 상기 스위칭 주파수를 감소시켜 상기 마그네트론을 보호하고, 그 효율을 증가시키도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 의한 인버터 전자레인지 및 그 제어방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 인버터 전자레인지 및 그 제어방법은 상기 인버터 전자레인지에 입력되는 상용교류전원의 전압레벨에 따라 인버터부를 구동시키는 스위칭주파수를 가변하도록 하는 인버터 제어부를 포함하여 구성되어, 마그네트론 구동시간을 연장시켜 전자레인지의 가열효율 및 동작의 신뢰성을 향상시키고 가열출력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 인버터 구동전원인 상용교류전원을 직류전압으로 평활하는 평활부와; 상기 평활부로부터 인가되는 전압을 스위칭하여 마그네트론 구동용 교류전압이 생성되도록 하는 인버터부와; 상기 인버터부의 스위칭에 의해 생성된 교류전압을 고출력의 직류전압으로 변환하여 전자파 발생용 마그네트론으로 전달하는 마그네트론 구동전압부와; 다수 트랜지스터를 사용하여 상기 상용교류전원의 크기에 따라 상기 인버터부로 인가되는 스위칭 주파수를 가변시켜 상기 인버터부에서 출력되는 전압이 일정크기를 유지하도록 하는 인버터 제어부를 포함하여 구성되며,

   상기 인버터 제어부는 상기 인버터부의 스위칭 주파수인 펄스신호를 발생시키는 주파수 발생부와; 상기 상용교류전압의 크기에 따라 상기 인버터부로 인가되는 스위칭 주파수를 가변시키는 스위칭 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 전자레인지.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 인버터 제어부는 상기 마그네트론의 전류를 검출하는 마그네트론 전류검출부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 전자레인지.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 인버터 제어부는 상기 스위치 제어부에서 상기 인버터부로 인가되는 스위칭 주파수를 가변시키도록 상기 상용교류전원의 전압를 검출하는 맥류파 검출부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 전자레인지.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 스위칭 제어부는 상기 맥류파 검출부로부터 검출된 전압의 크기에 따라 상기 전압이 설정전압보다 큰 경우에는 스위칭 주파수를 감소시키고, 상기 전압이 설정전압보다 작은 경우에는 스위칭 주파수를 증가시키는 주파수 가변회로부와; 상기 주파수 가변회로부로부터 출력되는 스위칭 주파수를 상기 인버터부로 출력하여 상기 인버터부가 구동되도록 하는 인버터 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 전자레인지.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 주파수 가변회로부는 에미터 팔로우(Emitter Follow) 회로를 형성하는 다수의 트랜지스터를 포함하여 구성되어, 각 트랜지스터에 흐르는 전류량에 따라 스위칭 주파수를 가변시키는 것을 특징으로 하는 인버터 전자레인지.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 스위칭 제어부는 상기 주파수 가변회로부와 연결되고, 상기 마그네트론 전류검출부로부터 검출된 전류가 상기 마그네트론의 설정전류보다 큰 경우에는 상기 주파수 발생부로부터 출력된 펄스 신호의 주파수를 증가시키고, 상기 마그네트론의 설정전류보다 작은 경우에는 상기 주파수 발생부로부터 출력된 펄스 신호의 주파수를 감소시키는 출력제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 전자레인지.
8. 입력전원을 정류 및 평활하는 제 1단계와; 상기 입력전원의 크기에 따라 스위칭 주파수를 가변시키는 제 2단계와; 상기 제 2단계에서 가변된 주파수에 따라 상기 평활된 직류전원을 스위칭하여 마그네트론의 구동을 위한 고출력전압을 생성하는 제 3단계를 포함하여 이루어지며,

   상기 제 2단계는 스위칭 주파수인 펄스 신호를 발생시키는 제 1과정과; 상기 입력전원의 크기가 설정전압보다 큰 경우에는 상기 스위칭 주파수를 증가시키고, 상기 입력전원의 크기가 설정전압보다 작은 경우에는 상기 스위칭 주파수를 감소시키는 제 2과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인버터 전자레인지의 동작방법.
9. 삭제
10. 제 8항에 있어서,

    상기 제 1과정은 상기 마그네트론에 현재 흐르는 전류를 검출하여 설정전류보다 큰 경우에는 상기 펄스신호의 주파수를 증가시키고, 상기 설정전류보다 작은 경우에는 상기 펄스 신호의 주파수를 증가시키는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인버터 전자레인지의 동작방법.

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