KR100692245B1 - 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치 - Google Patents

유도가열 조리기의 저출력 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 CT 검출수단과, 고출력의 가열 코일 및 저출력 가열 코일을 갖는 유도가열 조리장치에서 저출력 가열 코일만 동작하는 경우 CT 검출수단의 전압레벨을 일정하게 유지하기 위한 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치에 관한 것이다. 이를 위해 제 1 가열 코일이 조리용기를 일정 출력으로 가열하도록 스위칭 신호를 출력하는 고출력 인버터 회로부와, 상기 제 1 가열 코일의 출력보다 낮은 출력의 제 2 가열 코일이 상기 조리용기를 가열하도록 스위칭 신호를 출력하는 저출력 인버터 회로부를 구비한 유도가열 조리기에 있어서, 상용 전원을 통해 입력되는 전류의 변동을 CT(변류기)로부터 검출하고, 상기 검출된 입력 전류의 변동을 전압으로 변환하여 상기 고출력 인버터 회로부 및 저출력 인버터 회로부로 출력하는 CT 전압 검출부; 상기 CT 전압 검출부로부터 출력되는 전압을 싱크하고, 외부로부터 상기 저출력 인버터 회로부용 보상 전압을 상기 저출력 인버터 회로부로 출력하는 저출력 제어부; 및 상기 고출력 및 저출력 인버터 회로부의 발진 신호를 출력하고, 상기 저출력 인버터 회로부의 발진 신호만 출력하는 경우 상기 저출력 제어부의 온/오프 동작 제어 신호를 출력하는 마이크로 프로세서를 포함한다.
유도가열, 인버터

Description

유도가열 조리기의 저출력 제어 장치{Apparatus for controlling low power of induction heating cooker}
도 1 은 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치를 이용한 유도가열 조리기의 구성을 나타낸 전기 회로도.
도 2 는 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치를 나타낸 전기 회로도.
도 3 은 도 2의 저출력 제어 장치의 전류 분배를 나타낸 전기 회로도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100: 상용 전원 110: 정류부
120: CT 전압 검출부 140: 마이크로 프로세서
150: 고출력 인버터 회로부 160: 저출력 인버터 회로부
170: IGBT 소자 180: IGBT 소자
190: 제 1 가열 코일부 191: 제 2 가열 코일부
200: 저출력 제어부 210: 제 1 트랜지스터
220: 제 2 트랜지스터
본 발명은 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 CT 검출수단과, 고출력의 가열 코일 및 저출력 가열 코일을 갖는 유도가열 조리장치에서 저출력 가열 코일만 동작하는 경우 CT 검출수단의 전압레벨을 일정하게 유지하기 위한 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 IH(Induction Heating) 즉 유도 가열 장치는 가열 코일에 인가되는 상용 직류 전압을 스위칭하고, 상기 상용 직류 전압이 턴-오프되었을 경우 발생하는 역기전력이 상기 가열 코일에 강력한 자계를 형성함으로써, 상기 가열 코일 상에 안착 된 자성체 용기를 가열시켜 음식물 등을 조리하는 장치이다.
이러한 유도 가열 방식을 이용한 장치는 대표적으로 1석식 공진형과 2석식의 하프-브리지 방식을 사용하고, 1석식 공진형의 유도 가열 장치는 발진 출력부가 하나로 구성되고, 2석식인 하프-브리지 방식은 발진 출력부가 상측과 하측으로 구성되어 상측 출력부와 하측 출력부가 교대로 출력된다.
또한, 최근에는 2석식 하프-브리지형 유도가열 장치에 사용되는 하프-브리지 전용소자(IC)를 활용하여 1석식 공진형 유도가열 장치에 적용한 방식이 제안되고 있다.
이렇게 유도 가열 장치에서 전용소자를 사용하는 이유는 공진형 유도가열 장치의 발진부 구성에서 가장 중요한 요소로서 발진 위상이 워크코일과 공진 커패시 터의 병렬 조합에 의해 결정되는 공진시정수에 따라 자동적으로 이루어져야 하고, 비록 가열 코일의 L값과 공진 커패시터의 C값이 일정하다고 하더라도, 부하(조리용기)의 상태(재질, 높낮이, 밑면적, 온도 등)에 따라 공진 Q값과 공진시정수가 수시로 변하기 때문이다.
한편, 이러한 유도 가열 장치의 출력을 제어하는 방법은 유도 가열 장치의 공진회로 양단으로부터 위상차 신호를 검출하는 위상 검출수단을 이용하여 출력을 제어하는 방법으로써, 공진 시정수와 발진수단의 발진 타이밍을 동기화하여 상기 위상 검출수단에서 검출한 상기 위상차 신호를 이용하여 발진수단이 지속적으로 발진 되도록 트리거(TRIGGER) 신호를 공급한다.
또한, 유도 가열 장치의 출력을 제어하는 다른 방법은 듀티 사이클(Duty Cycle)을 이용한 제어가 이용되고 있고, 이러한 듀티 사이클을 이용한 제어는 정격 최대 출력의 파워를 온(ON) 시간과 오프(OFF) 시간의 비를 사용하여 제어하는 방법으로 파워를 스위칭 온 시키는 시간을 짧게 주고 오프 시간을 길게 주면 저출력이 되고, 반대로 온 시간을 길게 주고 오프 시간을 짧게 주면 고출력이 되도록 하는 것이다.
일반적인 유도가열 조리장치는 상용 전원으로부터 인가된 교류(AC 220V) 전원을 정류하여 직류 전원으로 변환하고, 가열 코일의 구동에 따른 입력 전류의 변동을 CT(변류기)로부터 검출하여 검출된 변동 값에 따라 출력 보상용 제어신호를 인버터 회로부로 제공하며, 제어수단으로부터 발진된 신호와 상기 출력 보상용 제어신호를 이용한 스위칭 동작을 통해 가열 코일이 조리용기를 가열하도록 한다.
그러나 종래의 이러한 유도가열 조리장치는 스위칭 소자의 제한으로 일정 출력 이상 증가시키는 것이 어려운 문제점이 있다.
최근에는 독립된 두 개의 가열 코일을 설치하여 하나의 가열 코일에서 제공할 수 없었던 고출력을 제공할 수 있도록 구성된 IH 회로가 제안되고 있다. 즉 두 개의 가열 코일 중 하나의 가열 코일은 고출력을 제공하고 다른 하나의 가열 코일은 저출력을 제공할 수 있도록 구성하여 종래의 유도가열 조리장치의 출력보다 월등히 향상된 고출력을 제공할 수 있도록 하였다.
또한, 두 개의 가열 코일의 출력 변화를 검출하기 위하여 각가의 가열 코일의 출력 변화를 검출하기 위한 CT 검출수단을 각각 구성하거나, 또는 하나의 CT 검출수단을 구성할 수 있게 된다.
그러나, 두 개의 CT 검출수단을 구성하는 경우 전력 소자들로 구성되는 부품 수의 증가 및 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.
또한, 하나의 CT 검출수단을 이용하는 경우 CT로부터 입력 전류를 검출하는 CT 검출수단은 고출력 가열 코일을 기준으로 설계되어 고출력 가열 코일만 동작하거나, 또는 고출력 가열 코일과 저출력 가열 코일을 동시에 동작시키는 경우 CT로부터 검출되는 입력 전류가 변동하여도 CT 검출수단에서 일정 전압을 유지할 수 있도록 구성하는 것이 가능하지만, 저출력 가열 코일만 단독으로 동작시키는 경우 고출력 가열 코일을 기준으로 설계된 CT 검출수단은 출력이 저하된 것으로 인지하고, 출력 보상신호의 전압레벨을 최대 출력까지 상승하도록 제어수단으로 출력하여 저출력 가열 코일의 스위칭 온 시간을 최대로 증가시키는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 하나의 CT 검출수단과, 고출력의 가열 코일 및 저출력 가열 코일을 갖는 유도가열 조리장치에서 저출력 가열 코일만 동작하는 경우 CT 검출수단의 전압레벨을 유지하기 위한 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제 1 가열 코일이 조리용기를 일정 출력으로 가열하도록 스위칭 신호를 출력하는 고출력 인버터 회로부와, 상기 제 1 가열 코일의 출력보다 낮은 출력의 제 2 가열 코일이 상기 조리용기를 가열하도록 스위칭 신호를 출력하는 저출력 인버터 회로부를 구비한 유도가열 조리기에 있어서, 상용 전원을 통해 입력되는 전류의 변동을 CT(변류기)로부터 검출하고, 상기 검출된 입력 전류의 변동을 전압으로 변환하여 상기 고출력 인버터 회로부 및 저출력 인버터 회로부로 출력하는 CT 전압 검출부; 상기 CT 전압 검출부로부터 출력되는 전압을 싱크하고, 외부로부터 상기 저출력 인버터 회로부용 보상 전압을 상기 저출력 인버터 회로부로 출력하는 저출력 제어부; 및 상기 고출력 및 저출력 인버터 회로부의 발진 신호를 출력하고, 상기 저출력 인버터 회로부의 발진 신호만 출력하는 경우 상기 저출력 제어부의 온/오프 동작 제어 신호를 출력하는 마이크로 프로세서를 포함한다.
또한, 상기 저출력 제어부는 상기 CT 전압 검출부로부터 출력되는 전압의 크 기와 동일한 전압 크기를 상기 저출력 인버터 회로부로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저출력 제어부는 베이스가 상기 마이크로 프로세서와 접속되고, 컬렉터가 상기 CT 전압 검출부의 출력단에 접속하여 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 온/오프 동작 제어 신호에 따라 상기 CT 전압 검출부로부터 출력되는 전압이 에미터를 통해 싱크되도록 하는 제 1 트랜지스터; 상기 제 1 트랜지스터의 컬렉터에 베이스가 접속되고, 콜렉터에 보상용 외부 전원이 연결되어 상기 제 1 트랜지스터의 동작에 턴 온 또는 턴 오프하는 제 2 트랜지스터; 및 상기 제 2 트랜지스터의 에미터로 출력되는 전압이 분압되도록 하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치를 이용한 유도가열 조리기의 구성을 나타낸 전기 회로도이고, 도 2는 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치를 나타낸 전기 회로도이다.
유도가열 조리기의 출력 제어 장치를 구비한 유도가열 조리기는 상용 전원(100)으로부터 인가된 교류(AC 220V) 전원을 정류부(110)에서 직류 전원으로 변환하고, 가열 코일의 구동에 따른 입력 전류 값의 변동을 검출하여 상기 입력 전류의 변동을 전압으로 변환하여 출력 보상용 제어신호(S1)를 출력하는 CT 전압 검출부 (120)와, 제 1 가열 코일부(190)가 조리용기(도시하지 않음)를 일정 출력으로 가열하도록 스위칭 신호를 출력하는 고출력 인버터 회로부(150)와, 제 1 가열 코일부(190)의 출력보다 낮은 출력의 제 2 가열 코일부(191)가 상기 조리용기를 가열하도록 스위칭 신호를 출력하는 저출력 인버터 회로부(160)가 구동되도록 발진 신호(S2 및 S3)를 출력하고, 저출력 인버터 회로부(160)의 발진 신호만 출력하는 경우 별도의 보상 출력 신호가 출력되도록 제어 신호(S4)를 출력하는 마이크로 프로세서(140)와, 출력 보상부(130)로부터 출력되는 전압을 싱크(Sink)하고, 외부로부터 저출력 인버터 회로부(160)의 보상용 출력 전압(S5)을 저출력 인버터 회로부(160)로 출력하는 저출력 제어부(200)를 포함한다. 미설명 부호 170 및 180은 IGBT 소자이다.
저출력 제어부(200)는 베이스가 마이크로 프로세서(140)와 접속되고, 컬렉터가 CT 전압 검출부(120)의 출력단에 접속하여 마이크로 프로세서(140)로부터 출력된 온/오프 동작 제어 신호(S4)에 따라 CT 전압 검출부(120)로부터 출력되는 전압신호(S1)가 에미터를 통해 싱크되도록 하는 제 1 트랜지스터(210)와, 제 1 트랜지스터(210)의 컬렉터에 베이스가 접속되고, 컬렉터에 보상용 외부 전원이 연결되어 제 1 트랜지스터(210)의 동작에 따라 턴 온 또는 턴 오프하는 제 2 트랜지스터(220)와, 제 2 트랜지스터(220)의 에미터와 직렬로 연결되어 상기 에미터로 출력되는 전압이 분압되도록 하는 저항 R3과, 저항 R4를 포함한다.
여기서 저항 R3 및 저항 R4의 값에 따라 저출력 인버터 회로부(160)로 인가되는 보상용 출력 전압이 결정된다.
도 3은 도 2의 저출력 제어 장치의 전류 분배를 나타낸 전기 회로도로서, 도 3을 참조하여 상기한 저항 R3 및 R4의 값을 결정하는 과정을 설명한다.
도 3에서 저항 R5 및 저항 R6은 고출력 인버터 회로부의 입력부 저항과 저출력 인버터 회로부의 입력부 저항이다.
제 2 트랜지스터(220)의 에미터로 출력되는 전류 i1은 저항 R4에 흐르는 전류와 고출력 인버터 회로부에 인가되는 전류 i3과 저출력 인버터 회로부에 인가되는 전류 i4의 합과 같으므로 다음과 같이 정의할 수 있다.(제 1 트랜지스터(210, 도 2 참조)의 포화전압은 0.2V, 다이오드 D1, D3 및 D6의 순방향 드롭 전압은 0.5V로 정의한다)
i1 = i2 + i3 + i4
여기서, i1 = (11.8 - Vs)/R3, i2 = Vs/R4, i3 = (V1 - 0.5)/R5, i4 = (V1 - 0.5)/R6 이 되고, 여기서 V1 = Vs - 0.5 가 되므로 i3 = (Vs - 1.0)/R5, i4 = (Vs - 1.0)/R6 이 되고, Vs는 출력 전압 크기, V1은 저출력 인버터 회로부에 인가되는 전압의 크기가 된다.
여기서, R3 및 R4에 대한 식을 구하면,
(11.8 - Vs)/R3 - Vs/R4 = (Vs - 1)/(R5 + 1/R6)이 되어
R4 = Vs/[(11.8 - Vs)/R3 - (Vs - 1)*(1/R5 + 1/R6)]이 된다.
따라서, 현재 설정된 CT 전압 검출부(120, 도 1 참조)의 출력 전압이 6.5V인 경우 V1 = 6.5V, Vs = 7.0V가 되고, 저항 R5 및 R6은 미리 결정된 저항값인 경우 R3의 설정값에 따라 R4의 저항값을 결정할 수 있게 된다.
다음은 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
마이크로 프로세서(140)가 제 1 가열 코일부(190)보다 낮은 출력을 제공하는 제 2 가열 코일부(191)를 단독으로 동작시키는 경우 마이크로 프로세서(140)는 저출력 인버터 회로부(160)로 발진 신호(S2)와, 별도의 보상 출력 신호가 출력되도록 제어 신호(S4)를 출력한다. 이때 제 1 가열 코일부(190)를 동작시키는 고출력 인버터 회로부(150)로 발진신호(S3)는 출력하지 않는다.
마이크로 프로세서(140)로부터 출력된 발진 신호(S2)에 따라 저출력 인버터 회로부(160)가 스위칭 동작을 수행하여 제 2 가열 코일부(191)가 조리용기(도시하지 않음)를 가열하면 CT 전압 검출부(120)는 일정 전압을 유지하지 못하므로 출력이 저하된 것으로 인식하여 출력 보상 신호(S1)를 상승하게 된다.
그러나, 마이크로 프로세서(140)로부터 저출력 제어부(200)로 출력된 제어 신호(S4)에 의하여 저출력 제어부(200)는 온 상태가 되어 상기 출력 보상 신호(S1)가 A 경로를 따라 저출력 인버터 회로부(160) 인가되지 못하도록 B 경로를 따라 상기 S1 신호가 싱크(Sink) 되도록 한다.
이후, 저출력 제어부(200)는 별도의 전원으로부터 저출력 인버터 회로부(160)에 인가하기 위한 출력 보상 신호(S5)를 C 경로를 따라 저출력 인버터 회로부(160)에 인가하다. 이때 저출력 제어부(200)는 CT 전압 검출부(120)로부터 출력되는 전압의 크기와 동일한 전압 크기를 저출력 인버터 회로부(160)로 출력한다.
따라서, 저출력의 가열 코일을 단독으로 구동하는 경우 CT 전압 검출부가 일 정 전압을 유지하기 위해 출력 신호가 최대 전압까지 상승하는 것을 방지하고, 저출력 인버터 회로부가 안정적으로 동작할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 고출력의 가열 코일과 저출력의 가열 코일을 갖는 유도가열 조리기에 있어서, 저출력의 가열 코일만을 단독으로 동작하는 경우 저출력으로 인한 CT 전압 검출부의 오동작을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 제 1 가열 코일이 조리용기를 일정 출력으로 가열하도록 스위칭 신호를 출력하는 고출력 인버터 회로부와, 상기 제 1 가열 코일의 출력보다 낮은 출력의 제 2 가열 코일이 상기 조리용기를 가열하도록 스위칭 신호를 출력하는 저출력 인버터 회로부를 구비한 유도가열 조리기에 있어서,
    상용 전원을 통해 입력되는 전류의 변동을 CT(변류기)로부터 검출하고, 상기 검출된 입력 전류의 변동을 전압으로 변환하여 상기 고출력 인버터 회로부 및 저출력 인버터 회로부로 출력하는 CT 전압 검출부;
    상기 CT 전압 검출부로부터 출력되는 전압을 싱크하고, 외부로부터 상기 저출력 인버터 회로부용 보상 전압을 상기 저출력 인버터 회로부로 출력하는 저출력 제어부; 및
    상기 고출력 및 저출력 인버터 회로부의 발진 신호를 출력하고, 상기 저출력 인버터 회로부의 발진 신호만 출력하는 경우 상기 저출력 제어부의 온/오프 동작 제어 신호를 출력하는 마이크로 프로세서를 포함하는 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 저출력 제어부는 상기 CT 전압 검출부로부터 출력되는 전압의 크기와 동일한 전압 크기를 상기 저출력 인버터 회로부로 출력하는 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 저출력 제어부는 베이스가 상기 마이크로 프로세서와 접속되고, 컬렉터가 상기 CT 전압 검출부의 출력단에 접속하여 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 온/오프 동작 제어 신호에 따라 상기 CT 전압 검출부로부터 출력되는 전압이 에미터를 통해 싱크되도록 하는 제 1 트랜지스터;
    상기 제 1 트랜지스터의 컬렉터에 베이스가 접속되고, 콜렉터에 보상용 외부 전원이 연결되어 상기 제 1 트랜지스터의 동작에 턴 온 또는 턴 오프하는 제 2 트랜지스터; 및
    상기 제 2 트랜지스터의 에미터로 출력되는 전압이 분압되도록 하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기의 저출력 제어 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05251168A (ja) * 1992-03-06 1993-09-28 Sharp Corp 電磁誘導加熱調理器

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JPH05251168A (ja) * 1992-03-06 1993-09-28 Sharp Corp 電磁誘導加熱調理器

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