KR100726440B1 - 듀얼 ih회로 제어 장치 - Google Patents

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김형곤
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웅진쿠첸 주식회사
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Abstract

본 발명은 두 개의 독립된 가열 코일을 하나의 제어회로를 통해 제어함으로써 고출력과 저출력을 제공할 수 있는 듀얼 IH 회로 제어장치에 관한 것이다. 이를 위하여 스위칭 신호에 따라 조리용기를 일정 출력으로 가열하는 제1가열 코일부가 온/오프 스위칭 되도록 제어신호를 출력하는 제1 IGBT 구동부와, 상기 조리용기를 가열하는 제2가열 코일부가 온/오프 스위칭 되도록 제어신호를 출력하는 제2 IGBT 구동부와, 상기 제2 가열 코일부의 동작 시점을 상기 제1 가열 코일부의 동작 시점에 동기화하여 상기 제1 및 제2 가열 코일부가 동일한 동작 주파수로 구동되도록 상기 제1 및 제2 IGBT 구동부의 동작 신호를 출력하는 듀얼 IH 제어부와, 상기 제1 및 제2 가열 코일부 중 적어도 어느 하나가 동작하도록 상기 듀얼 IH 제어부로 발진 신호를 출력하는 마이크로 프로세서와, 상기 제1 및 제2 가열 코일부의 스위칭 온 시간이 가변되도록 상용 전원의 전압변동 값 및 출력변동 값 중 적어도 어느 하나로부터 검출된 상기 변동 값에 따라 보상신호를 상기 듀얼 IH 제어부로 출력하는 출력 보상부를 포함한다. 따라서, 독립된 두 개의 가열 코일을 이용하여 고출력의 유도 가열 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.
유도가열, 인버터, IH

Description

듀얼 IH회로 제어 장치{Apparatus for controlling dual induction heating circuit}
도 1 은 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로 제어 장치를 구비한 유도가열장치 구성을 나타낸 블록도.
도 2 는 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로 구성을 나타낸 블록도.
도 3 은 도 2의 듀얼 IH 회로를 상세하게 나타낸 전기 회로도.
도 4 는 도 3의 제 1 전압 팔로우 회로부의 다른 실시예를 나타낸 전기 회로도.
도 5 는 도 3의 제 1 전압 팔로우 회로부의 또 다른 실시예를 나타낸 전기 회로도.
도 6 은 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로의 제 1 발진신호 파형을 나타낸 파형도.
도 7 은 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로의 제 2 발진신호 파형을 나타낸 파형도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100: 상용 전원 110: 정류부
120: 전류 검출부 130: 전압 검출부
140: 출력 보상부 150: 마이크로 프로세서
200: 듀얼 IH 제어부 210: 제 1 온 타임 제어부
220: 제 2 온 타임 제어부 230: 오프 타임 제어부
240: 피드백 제어부 250: 제 1 전압 팔로우 회로부
260: 제 2 전압 팔로우 회로부 300: 제 1 IGBT 구동부
310: 제 2 IGBT 구동부 400: 제 1 IGBT 소자
410: 제 2 IGBT 소자 500: 제 1 가열 코일부
510: 제 2 가열 코일부
본 발명은 IH 회로 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두 개의 독립된 가열 코일을 하나의 제어회로를 통해 제어함으로써 고출력과 저출력을 제공할 수 있는 듀얼 IH 회로 제어장치에 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 가열 코일과 공진 커패시터의 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.
그러나 이러한 유도 가열 장치의 출력은 IGBT 소자의 성능 제한으로 인하여 고출력을 제공할 수 없는 문제점이 있다.
최근에는 독립된 두 개의 가열 코일을 설치하여 하나의 가열 코일에서 제공할 수 없었던 고출력을 제공할 수 있도록 구성된 IH 회로가 제안되고 있으나, 독립된 두 개의 가열 코일을 독립적으로 제어하기 위해서는 독립된 제어회로가 필요하여 제어회로가 증대되는 문제점이 있다.
또한, 두 개의 제어회로를 이용하여 가열 코일을 구동하는 경우 상호 간의 주파수 차이로 소음이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 각각의 가열 코일은 하나의 조리용기를 코어(Core)로 하는 트랜스포머와 같은 역할을 하게 되어 서로 전압을 유기시키게 되는데 이는 공진 전압과 중첩이 되어 공진 전압 파형의 왜곡이 발생하는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 두 개의 독립된 가열 코일을 하나의 제어회로를 이용하여 제어할 수 있는 듀얼 IH 회로 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스위칭 신호에 따라 조리용기를 일정 출력으로 가열하는 제 1 가열 코일부가 온/오프 스위칭 되도록 제어신호를 출력하는 제 1 IGBT 구동부; 상기 제 1 가열 코일부의 출력과 동일하거나 또는 낮은 출력으로 상기 조리용기를 가열하는 제 2 가열 코일부가 온/오프 스위칭 되도록 제어신호를 출력하는 제 2 IGBT 구동부; 상기 제 2 가열 코일부의 동작 시점을 상기 제 1 가열 코일부의 동작 시점에 동기화하여 상기 제 1 및 제 2 가열 코일부가 동일한 동작 주파수로 구동되도록 상기 제 1 및 제 2 IGBT 구동부의 동작 신호를 출력하는 듀얼 IH 제어부; 상기 제 1 및 제 2 가열 코일부 중 적어도 어느 하나가 동작하도록 상기 듀얼 IH 제어부로 발진 신호를 출력하는 마이크로 프로세서; 및 상기 제 1 및 제 2 가열 코일부의 스위칭 온 시간이 가변되도록 상용 전원의 전압변동 값 및 출력변동 값 중 적어도 어느 하나로부터 검출된 상기 변동 값에 따라 보상신호를 상기 듀얼 IH 제어부로 출력하는 출력 보상부를 포함한다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 가열 코일부의 스위칭 오프 시간은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 듀얼 IH 제어부는 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 상기 제 1 가열 코일부의 발진 신호에 따라 상기 제 1 가열 코일부가 스위칭 온 되도록 상기 제 1 IGBT 구동부의 제어 신호를 출력하는 제 1 온 타임 제어부; 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 상기 제 2 가열 코일부의 발진 신호에 따라 상기 제 2 가열 코일부가 스위칭 온 되도록 상기 제 2 IGBT 구동부의 제어 신호를 출력하는 제 2 온 타임 제어부; 상기 제 1 온 타임 제어부가 상기 제 1 가열 코일부의 스위칭 오프 신호를 출력하도록 하는 오프 타임 제어부; 상기 제 1 온 타임 제어부로부터 출력된 상기 제어 신호에 따라 상기 제 2 온 타임 제어부와 상기 오프 타임 제어부의 동작을 제어하는 피드백 제어부; 상기 제 1 온 타임 제어부의 온 타임 크기를 결정하는 기준 전압을 상기 출력 보상부로부터 출력된 보상 신호에 따라 상기 제 1 온 타임 제어부로 공급하는 제 1 전압 팔로우 회로부; 및 상기 제 2 온 타임 제어부의 온 타임 크기를 결정하는 기준 전압을 상기 출력 보상부로부터 출력된 보상 신호에 따라 상기 제 2 온 타임 제어부로 공급하는 제 2 전압 팔로우 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 온 타임 제어부는 상기 제 2 가열 코일부의 스위칭 온 시간만을 제어하고, 상기 제 2 코일부의 스위칭 오프 시간은 상기 제 1 온 타임 제어부 및 오프 타임 제어부로부터 결정되는 주기로부터 상기 제 2 가열 코일부의 턴 온 시간을 뺀 차에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 온 타임 제어부는 바람직하게 상기 제 1 가열 코일부의 스위칭 온 시간을 결정하는 저항 및 캐패시터; 상기 오프 타임 제어부 및 제 1 전압 팔로우 회로부로부터 입력되는 신호가 + 입력단에 접속되고, 상기 저항 및 캐패시터가 - 입력단에 접속되며, 상기 + 입력단 및 - 입력단으로 입력된 신호에 따라 출력단으로 상기 제 1 IGBT 구동부의 동작 제어신호를 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 + 입력단과 - 입력단 사이에 전압차가 유지되도록 하는 다이오드를 포함하 는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 온 타임 제어부는 바람직하게 상기 제 2 가열 코일부의 스위칭 온 시간을 결정하는 저항 및 캐패시터; 상기 피드백 제어부 및 제 2 전압 팔로우 회로부로부터 입력되는 신호가 + 입력단에 접속되고, 상기 저항 및 캐패시터가 - 입력단에 접속되며, 상기 + 입력단 및 - 입력단으로 입력된 신호에 따라 출력단으로 상기 제 2 IGBT 구동부의 동작 제어신호를 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 + 입력단과 - 입력단 사이에 전압차가 유지되도록 하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피드백 제어부는 바람직하게 상기 제 1 온 타임 제어부의 출력단이 저항을 통해 베이스 단과 연결되고, 컬렉터 단이 상기 오프 타임 제어부 및 제 2 온 타임 제어부의 입력단과 연결된 트랜지스터를 구비하고, 상기 제 1 온 타임 제어부로부터 출력된 신호에 따라 상기 트랜지스터가 온/오프하여 상기 오프 타임 제어부와 상기 제 2 온 타임 제어부가 온/오프 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트랜지스터의 베이스 단에는 트랜지스터의 오프시에 상기 트랜지스터의 베이스 단에 잔류하는 전류가 방전되도록 하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피드백 제어부의 다른 실시예로 상기 제 1 온 타임 제어부의 출력이 - 입력단과 연결되고, + 입력단자에 기준 전압이 접속되며, 출력단이 상기 제 2 온 타임 제어부 및 오프 타임 제어부와 연결된 비교기를 구비하고, 상기 비교기의 - 입력단으로 입력된 상기 제 1 온 타임 제어부의 출력신호에 따라 상기 제 2 온 타임 제어부와 상기 오프 타임 제어부가 온/오프 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오프 타임 제어부는 바람직하게 상기 제 2 가열 코일부의 스위칭 온 시간을 결정하는 저항 및 캐패시터; 상기 저항 및 캐패시터가 + 입력단에 접속되고, 기준 전압이 - 입력단에 접속되어 상기 + 입력단과 연결된 저항 및 캐패시터의 시정수에 따라 상기 제 1 온 타임 제어부의 오프 신호를 출력단을 통해 상기 제 1 온 타임 제어부로 출력하는 비교기; 및 상기 피드백 제어부와 일측이 연결되고, 타측이 상기 비교기의 + 입력단에 연결되어 상기 피드백 제어부의 신호가 하이 레벨 상태에서 로우 레벨 상태로 전환된 경우 상기 비교기의 + 입력단이 - 입력단보다 높은 전압을 유지하도록 하는 저항을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로 제어 장치를 구비한 유도가열장치 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 듀얼 IH 회로 제어 장치는 상용 전원(100)으로부터 인가된 전원을 정류부(110)에서 변환한 직류 전원을 이용하고, 구동에 따른 출력 전류 값의 변동을 검출하는 전류 검출부(120)와, 입력 전원의 전압 변동 값을 검출하는 전압 검출부(130)와, 전류 검출부(120) 및 전압 검출부(130)로부터 검출된 변동 값에 따라 출력 보상용 제어신호를 출력하는 출력 보상부(140)와, 듀얼 IH 제어부(200) 의 발진 신호를 출력하는 마이크로 프로세서(150)와, 마이크로 프로세서(150)로부터 출력된 발진 신호에 따라 조리용기(도시하지 않음)가 일정 출력으로 가열되도록 하는 제 1 가열 코일부(500)를 온/오프 스위칭하는 제 1 IGBT 구동부(300)와, 제 2 가열 코일부(510)를 온/오프 스위칭하는 제 2 IGBT 구동부(310)의 동작 신호를 출력하는 듀얼 IH 제어부(200)를 포함한다. 미설명 부호 400 및 410은 IGBT 소자이다.
도 2는 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2의 듀얼 IH 회로를 상세하게 나타낸 전기 회로도로서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로 제어 장치의 구성을 더욱 상세하게 설명한다.
마이크로 프로세서(150)는 독립된 두 개의 가열 코일이 동작되도록 제 1 가열 코일부(500)가 동작하기 위한 발진 신호(M1)와, 제 2 가열 코일부(510)가 동작하기 위한 발진 신호(M2)를 출력하는 구성으로 제 1 및 제 2 가열 코일부(500 및 510)가 동시에 동작하거나 또는 제 1 가열 코일부(500)만 동작할 수 있도록 발진 신호(M1 및 M2)를 선택적으로 출력한다.
듀얼 IH 제어부(200)는 마이크로 프로세서(150)로부터 출력된 각각의 발진 신호(M1 및 M2)에 따라 제 2 가열 코일부(510)의 동작 시점을 제 1 가열 코일부(500)의 동작 시점에 동기화하여 제 1 및 제 2 가열 코일부(500 및 510)가 동일한 동작 주파수로 구동되도록 제 1 및 제 2 IGBT 구동부(300 및 310)의 동작 신호를 출력한다.
이러한 듀얼 IH 제어부(200)의 구성은 마이크로 프로세서(150)로부터 출력된 제 1 가열 코일부(500)의 발진용 신호(M1)에 따라 제 1 가열 코일부(500)가 스위칭 온 되도록 제 1 IGBT 구동부(300)의 제어 신호를 출력하는 제 1 온 타임 제어부(210)와, 마이크로 프로세서(150)로부터 출력된 제 2 가열 코일부(510)의 발진용 신호에 따라 제 2 가열 코일부(510)가 스위칭 온 되도록 제 2 IGBT 구동부(310)의 제어 신호를 출력하는 제 2 온 타임 제어부(220)와, 제 1 온 타임 제어부(210)가 제 1 가열 코일부(500)의 스위칭 오프 신호를 출력하도록 제어하는 오프 타임 제어부(230)와, 제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력된 제 1 가열 코일부(500)의 스위칭 온/오프 제어 신호에 따라 제 2 온 타임 제어부(220)와 오프 타임 제어부(230)의 동작을 제어하는 피드백 제어부(240)와, 제 1 온 타임 제어부(210)의 온 타임 크기를 결정하는 기준 전압을 출력 보상부(140)로부터 출력된 보상 신호에 따라 제 1 온 타임 제어부(210)로 공급하는 제 1 전압 팔로우 회로부(250)와, 제 2 온 타임 제어부(220)의 온 타임 크기를 결정하는 기준 전압을 출력 보상부(140)로부터 출력된 상기 출력 보상 신호에 따라 제 2 온 타임 제어부(220)로 공급하는 제 2 전압 팔로우 회로부(260)를 포함한다.
제 1 온 타임 제어부(210)는 오프 타임 제어부(230) 및 제 1 전압 팔로우 회로부(250)로부터 입력되는 신호가 + 입력단에 접속되고, 제 1 온 타임 제어부(210)의 스위칭 온 시간 즉 제 1 가열 코일부(500)가 스위칭 온 되는 시간을 결정하는 저항(R1)과 캐패시터(C1)가 - 입력단에 접속되며, 출력단이 제 1 IGBT 구동부(300)와 접속하여 상기 + 입력단으로 입력된 신호에 따라 제 1 IGBT 구동부(300)의 동작 제어 신호를 출력하는 비교기(211)와, 비교기(211)의 + 입력단과 - 입력단 사이에 설치되어 상기 + 입력단과 - 입력단 사이의 전압차가 유지되도록 하는 다이오드(D3)를 포함한다.
제 2 온 타임 제어부(220)는 제 2 가열 코일부(510)의 스위칭 온 시간을 결정하는 저항(R11) 및 캐패시터(C3)가 직렬로 연결되고, 상기 저항(R11) 및 캐패시터(C3)의 직렬 연결된 사이에 - 입력단이 접속되고, 피드백 제어부(240) 및 제 2 전압 팔로우 회로부(260)로부터 입력되는 신호가 + 입력단에 접속되며, 출력단이 제 2 IGBT 구동부(310)와 접속하여 상기 + 입력단으로 입력된 신호에 따라 제 2 IGBT 구동부(310)의 동작 제어신호를 출력하는 비교기(221)와, 비교기(221)의 + 입력단과 - 입력단 사이에 전압차가 유지되도록 하는 다이오드(D7)를 포함한다.
오프 타임 제어부(230)는 제 1 가열 코일부(500)의 스위칭 오프 시간을 결정하는 저항(R6)과 캐패시터(C2)가 직렬로 연결되고, + 입력단에는 저항(R6)과 캐패시터(C2)가 접속되며, 기준 전압이 - 입력단에 접속되어 상기 + 입력단과 연결된 저항 및 캐패시터의 시정수에 따라 상기 제 1 온 타임 제어부의 오프 신호를 출력단을 통해 상기 제 1 온 타임 제어부로 출력하는 비교기(231)와, 피드백 제어부(240)와 일측이 연결되고, 타측이 비교기(231)의 + 입력단에 연결되어 피드백 제어부의 신호가 하이 레벨 상태에서 로우 레벨 상태로 전환된 경우 비교기(231)의 + 입력단이 - 입력단보다 높은 전압을 유지하도록 하는 저항(R)을 포함한다.
피드백 제어부(240)는 제 1 온 타임 제어부(210)의 출력단과 저항(R5)을 통해 베이스 단과 연결되고, 컬렉터 단이 오프 타임 제어부(230) 및 제 2 온 타임 제 어부(220)의 입력단과 연결된 트랜지스터(241)를 포함한다.
또한, 피드백 제어부(240)는 제 1 온 타임 제어부(210)의 출력단으로부터 출력된 신호에 따라 트랜지스터(241)가 온/오프하여 제 2 온 타임 제어부(220)와 오프 타임 제어부(230)가 온/오프 되도록 한다.
또한, 피드백 제어부(240)는 도 4에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(241)의 오프시에 트랜지스터(241)의 베이스 단에 잔류하는 전류가 방전되도록 다이오드(D8)를 설치하는 구성도 가능하다.
또한, 피드백 제어부(240)는 도 5에 나타낸 바와 같이 트랜지스터를 이용한 구성을 대체하여 제 1 온 타임 제어부(210)의 출력이 - 입력단과 연결되고, + 입력단에 기준 전압이 접속되며, 출력단이 제 2 온 타임 제어부(220) 및 오프 타임 제어부(230)와 연결된 비교기(242)를 구비하여 비교기(242)의 - 입력단으로 입력된 제 1 온 타임 제어부(210)의 출력신호에 따라 제 2 온 타임 제어부(220)와 오프 타임 제어부(230)가 온/오프 되도록 하는 구성도 가능하다.
제 1 전압 팔로우 회로부(250)는 출력 보상부(140)로부터 제공되는 출력 보상 신호와 마이크로 프로세서(150)로부터 출력되는 발진 신호(M1) 중 적어도 어느 하나의 신호를 입력받아 제 1 온 타임 제어부(210)의 온 타임 크기를 결정하는 기준 전압으로 제공하여 제 1 온 타임 제어부(210)가 전압 변동 및 출력 변동에 따라 스위칭 온을 유지하는 시간이 가변되도록 한다. 상기한 제 1 전압 팔로우 회로부(250)는 OP AMP(251)를 이용한 공지된 구성을 사용한다.
또한, 제 2 전압 팔로우 회로부(260)는 출력 보상부(140)로부터 제공되는 출 력 보상 신호와 마이크로 프로세서(150)로부터 출력되는 발진 신호(M2) 중 적어도 어느 하나의 신호를 입력받아 제 1 온 타임 제어부(210)의 온 타임 크기를 결정하는 기준 전압으로 제공하여 제 1 온 타임 제어부(210)가 전압 변동 및 출력 변동에 따라 스위칭 온을 유지하는 시간이 가변되도록 한다. 상기한 제 2 전압 팔로우 회로부(260)는 OP AMP(261)를 이용한 공지된 구성을 사용한다.
제 1 IGBT 구동부(300)는 제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력되는 신호에 따라 조리용기(도시하지 않음)를 일정 출력으로 가열하는 제 1 가열 코일부(500)가 온/오프 스위칭 되도록 IGBT 소자(400)의 제어신호를 출력한다.
제 2 IGBT 구동부(310)는 제 2 온 타임 제어부(220)로부터 출력되는 신호에 따라 상기 조리용기를 일정 출력으로 가열하는 제 2 가열 코일부(510)가 온/오프 스위칭 되도록 IGBT 소자(410)의 제어 신호를 출력한다.
이때 제 2 가열 코일부(510)는 제 1 가열 코일부(500)의 출력과 동일하거나 또는 낮은 출력으로 상기 조리용기를 가열하고, 바람직하게 제 2 가열 코일부(510)의 출력은 제 1 가열 코일부(500)의 출력보다 낮다.
한편 상기한 제 1 및 제 2 IGBT 구동부(300 및 310)는 공지된 IGBT 소자(400 및 410)의 구동회로를 사용한다.
다음은 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로의 동작을 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로의 제 1 발진신호 파형을 나타낸 파형도이고, 도 7은 본 발명에 따른 듀얼 IH 회로의 제 2 발진신호 파형을 나타낸 파형도 로써, 도 1 내지 3, 도 6 및 도 7을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
(제 1 온 타임 제어부의 동작)
제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력되는 신호는 구형파로서 하이(High)레벨 구간에서는 IGBT 소자(400)는 턴 온(Turn-ON) 되고, 로우(Low)레벨 구간에서는 IGBT 소자(400)가 턴 오프(Turn-OFF) 되므로 하이 구간을 온 타임(ON-Time)이라 하고, 로우 구간을 오프 타임(OFF-Time)이라고 한다.
온/오프 타임의 크기는 듀얼 IH 회로부에 구성된 제 1 및 제 2 온 타임 제어부(210 및 220)와 오프 타임 제어부(230)의 비교기(211, 221 및 231)의 + 입력단 및 - 입력단 상호 반전에 의해 정해지므로 각각의 비교기(211, 221 및 231) 입력단에 공급되는 구형파의 전압의 크기와 삼각파의 기울기에 의해 결정된다.
제 1 온 타임 제어부(210)는 비교기(211)의 - 입력단에 입력되는 삼각파 즉 제 1 온 타임 충전 파형은 저항(R1) 및 캐패시터(C1)의 RC 시정수에 의해 기울기가 결정되고, + 입력단에 입력되는 구형파의 전압 레벨 즉 기준 전압은 출력 보상부(140)로부터 출력된 전압 즉 보상 신호에 따라 결정되며, 상기 출력 보상 신호는 입력 전압의 변동이나 출력의 변동에 의해 가변되어 상기 출력 보상 신호(전압 레벨)의 변동에 따라 제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력되는 제 1 발진 신호의 온 타임 신호가 가변된다.
또한, 오프 타임 제어부(230)는 비교기(231)의 + 입력단에 입력되는 삼각파는 저항(R6) 및 캐패시터(C2)의 RC 시정수에 의해 기울기가 결정되고, 비교기(231) 의 - 입력단에 입력되는 구형파의 전압 레벨은 저항(R7) 및 (R8)의 저항값의 분배에 의해 결정된 저항값에 의해 기준 전압이 고정된다. 따라서, 제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력되는 오프 타임 신호는 고정된다.
또한, 제 1 온 타임 제어부(210)의 저항(R1) 및 캐패시터(C1) 충전 시작은 오프 타임 제어부(230)의 비교기(231) 출력신호에 의해 동작하고, 오프 타임 제어부(230)의 저항(R6) 및 캐패시터(C2) 충전 시작은 제 1 온 타임 제어부(210)의 비교기(211) 출력 신호를 동작 신호로 하는 피드백 제어부(240)의 트랜지스터(241)의 온/오프 동작에 의해 수행된다.
또한, 제 1 온 타임 제어부(210)의 턴 온 시간을 결정해주는 제 1 온 타임 제어부(210)의 비교기(211) + 입력단의 전압 레벨 즉 기준 전압은 전압 변동 값 또는 출력 변동값에 따라 출력 보상부(140)로부터 출력되는 보상 신호가 제 1 전압 팔로우 회로부(250)에 제공되고, 상기한 출력 보상 신호의 변동에 따라 제 1 온 타임 제어부(210)의 턴 온 시간은 가변된다.
(제 2 온 타임 제어부의 동작)
제 2 온 타임 제어부(220)의 동작은 제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력되는 신호와 동기화하여 동작한다.
제 1 온 타임 제어부(210)로부터 분기되어 출력된 제 1 발진신호는 피드백 제어부(240)로 피드백되어 트랜지스터(241)를 온/오프 시킨다.
제 1 온 타임 제어부(210)가 하이 레벨 신호를 출력하여 트랜지스터(241)가 온 되어 있는 동안은 제 2 전압 팔로우 회로부(260)로부터 공급되는 제 2 온 타임 제어부(220)의 동작 신호가 트랜지스터(241)를 통해 싱크(Sink)되어 제 2 온 타임 제어부(220)는 오프 신호 즉 로우 상태를 유지한다.
제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력되는 제 1 발진 신호가 하이 레벨 상태에서 로우 레벨로 전환되는 순간 피드백 제어부(240)의 트랜지스터(241)는 온 상태에서 오프 상태로 전환되고, 이때 제 2 온 타임 제어부(220)의 비교기(221) + 입력단에는 제 2 전압 팔로우 회로부(260)로부터 동작 신호가 공급되어 제 2 온 타임 제어부(220)는 하이 레벨의 온 신호로 전환되어 IGBT 소자(410)를 턴 온 시키게 된다.
제 2 온 타임 제어부(220)의 비교기(221) - 입력단 전압은 피드백 제어부(240)의 트랜지스터(241)가 오프되는 순간부터 RC 충전을 시작하여 삼각파 즉 제 2 온 타임 충전 파형이 발생되고, 상기 제 2 온 타임 충전 파형은 비교기(221)의 + 입력단 전압 레벨을 넘어서는 순간 제 2 온 타임 제어부(220)의 제 2 발진 신호는 로우 레벨 상태로 전환되어 IGBT 소자(410)가 턴 오프되므로 제 2 온 타임 제어부(220)의 IGBT 소자(410) 턴 온 시간을 결정하게 된다.
그리고 제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력되는 제 1 발진 신호가 하이 레벨 상태로 바뀌는 순간 피드백 제어부(240)의 트랜지스터(241)가 온 되어 제 2 온 타임 제어부(220)의 비교기(221) + 입력단 및 - 입력단 전압이 트랜지스터(241)를 통해 동시에 싱크되지만 D7 다이오드의 영향으로 제 2 온 타임 제어부(220)의 비교기(221) + 입력단과 - 입력단의 전압 레벨은 반전되지 않아 제 2 온 타임 제어부 (220)의 출력 신호에는 영향을 주지 않는다.
이후 제 1 발진 신호가 다시 로우 레벨 상태로 전환되는 시점까지 제 2 온 타임 제어부(220)는 현재의 출력신호를 유지하게 되고, 상기 제 1 발진 신호가 로우 레벨 상태로 전환되면 상기한 제 2 발진 신호의 출력과정을 반복하게 된다.
따라서, 제 2 온 타임 제어부(220)는 제 2 가열 코일부(510)를 스위칭 하기 위한 온 시간만을 제어하게 되고, 제 2 온 타임 제어부(220)의 오프 시간은 제 1 온 타임 제어부(210) 및 오프 타임 제어부(230)에 의해 결정되는 전체 주기와 제 2 온 타임 제어부(220)의 턴 온 시간의 차에 의해 결정된다.
즉 제 1 온 타임 제어부(210)의 턴 온 시간을 T1_on, 제 1 온 타임 제어부(210)의 턴 오프 시간을 T1_off, 제 2 온 타임 제어부(220)의 턴 온 시간을 T2_on, 및 제 2 온 타임 제어부(220)의 턴 오프 시간을 T2_off라고 할 경우 전체주기 T는 서로 같으므로 하기식과 같이 성립된다.
T = T1_on + T1_off = T2_on + T2_off
T2_off = T - T2_on
따라서 제 2 온 타임 제어부(220)의 턴 오프 시간은 오로지 제 1 온 타임 제어부(210)로부터 출력되는 제 1 발진 신호의 전체 주기와 제 2 온 타임 제어부(220)의 턴 온 시간에 의해 결정됨을 알 수 있다.
또한, 전체 주기 T는 T1_off가 고정되므로 T1_on에 의해 변동됨을 알 수 있다.
또한, 제 2 온 타임 제어부(220)의 턴 온 시간을 결정하는 제 2 온 타임 제어부(220)의 비교기(221) + 입력단의 전압 레벨은 제 1 온 타임 제어부(210)의 턴 온 시간을 결정해주는 제 1 온 타임 제어부(210)의 비교기(211) + 입력단의 전압 레벨과 마찬가지로 출력 보상부(140)로부터 분기되어 제 2 전압 팔로우 회로부(260)를 통해 제공됨으로써 전압 변동 또는 출력 변동에 따라 출력 보상부(140)의 출력 보상 신호가 변동되어도 제 1 온 타임 제어부(210)의 비교기 + 입력단과, 제 2 온 타임 제어부(220)의 비교기(221) + 입력단이 함께 연동됨으로 제 2 온 타임 제어부(220)의 턴 온 시간 즉 T2_off는 일정하게 고정된다.
따라서 두 개의 독립된 가열 코일을 하나의 제어회로를 이용하여 제어할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 독립된 두 개의 가열 코일을 이용하여 고출력의 유도 가열 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 독립된 두 개의 가열 코일을 하나의 제어부를 이용함으로써 제조원가 및 부품을 감소시켜 제조효율을 월등히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 두 개의 제어회로를 이용하여 가열 코일을 구동하며 발생하는 주파수의 차이로 인한 소음을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 각 가열 코일에 유기되는 전압이 공진 전압과 중첩이 되어 공진 전압 파형의 왜곡을 방지하는 효과가 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 (11)

  1. 스위칭 신호에 따라 조리용기를 일정 출력으로 가열하는 제 1 가열 코일부가 온/오프 스위칭 되도록 제어신호를 출력하는 제 1 IGBT 구동부;
    상기 제 1 가열 코일부의 출력과 동일하거나 또는 낮은 출력으로 상기 조리용기를 가열하는 제 2 가열 코일부가 온/오프 스위칭 되도록 제어신호를 출력하는 제 2 IGBT 구동부;
    상기 제 2 가열 코일부의 동작 시점을 상기 제 1 가열 코일부의 동작 시점에 동기화하여 상기 제 1 및 제 2 가열 코일부가 동일한 동작 주파수로 구동되도록 상기 제 1 및 제 2 IGBT 구동부의 동작 신호를 출력하는 듀얼 IH 제어부;
    상기 제 1 및 제 2 가열 코일부 중 적어도 어느 하나가 동작하도록 상기 듀얼 IH 제어부로 발진 신호를 출력하는 마이크로 프로세서; 및
    상기 제 1 및 제 2 가열 코일부의 스위칭 온 시간이 가변되도록 상용 전원의 전압변동 값 및 출력변동 값 중 적어도 어느 하나로부터 검출된 상기 변동 값에 따라 보상신호를 상기 듀얼 IH 제어부로 출력하는 출력 보상부를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 가열 코일부의 스위칭 오프 시간은 일정한 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 듀얼 IH 제어부는 상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 상기 제 1 가열 코일부의 발진 신호에 따라 상기 제 1 가열 코일부가 스위칭 온 되도록 상기 제 1 IGBT 구동부의 제어 신호를 출력하는 제 1 온 타임 제어부;
    상기 마이크로 프로세서로부터 출력된 상기 제 2 가열 코일부의 발진 신호에 따라 상기 제 2 가열 코일부가 스위칭 온 되도록 상기 제 2 IGBT 구동부의 제어 신호를 출력하는 제 2 온 타임 제어부;
    상기 제 1 온 타임 제어부가 상기 제 1 가열 코일부의 스위칭 오프 신호를 출력하도록 하는 오프 타임 제어부;
    상기 제 1 온 타임 제어부로부터 출력된 상기 제어 신호에 따라 상기 제 2 온 타임 제어부와 상기 오프 타임 제어부의 동작을 제어하는 피드백 제어부;
    상기 제 1 온 타임 제어부의 온 타임 크기를 결정하는 기준 전압을 상기 출력 보상부로부터 출력된 보상 신호에 따라 상기 제 1 온 타임 제어부로 공급하는 제 1 전압 팔로우 회로부; 및
    상기 제 2 온 타임 제어부의 온 타임 크기를 결정하는 기준 전압을 상기 출력 보상부로부터 출력된 보상 신호에 따라 상기 제 2 온 타임 제어부로 공급하는 제 2 전압 팔로우 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 온 타임 제어부는 상기 제 2 가열 코일부의 스위칭 온 시간만을 제어하는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 코일부의 스위칭 오프 시간은 상기 제 1 온 타임 제어부 및 오프 타임 제어부로부터 결정되는 주기로부터 상기 제 2 가열 코일부의 턴 온 시간을 뺀 차에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 온 타임 제어부는 상기 제 1 가열 코일부의 스위칭 온 시간을 결정하는 저항 및 캐패시터;
    상기 오프 타임 제어부 및 제 1 전압 팔로우 회로부로부터 입력되는 신호가 + 입력단에 접속되고, 상기 저항 및 캐패시터가 - 입력단에 접속되며, 상기 + 입력단 및 - 입력단으로 입력된 신호에 따라 출력단으로 상기 제 1 IGBT 구동부의 동작 제어신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기의 + 입력단과 - 입력단 사이에 전압차가 유지되도록 하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 온 타임 제어부는 상기 제 2 가열 코일부의 스위칭 온 시간을 결정하는 저항 및 캐패시터;
    상기 피드백 제어부 및 제 2 전압 팔로우 회로부로부터 입력되는 신호가 + 입력단에 접속되고, 상기 저항 및 캐패시터가 - 입력단에 접속되며, 상기 + 입력단 및 - 입력단으로 입력된 신호에 따라 출력단으로 상기 제 2 IGBT 구동부의 동작 제어신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기의 + 입력단과 - 입력단 사이에 전압차가 유지되도록 하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는 상기 제 1 온 타임 제어부의 출력단이 저항을 통해 베이스 단과 연결되고, 컬렉터 단이 상기 오프 타임 제어부 및 제 2 온 타임 제어부의 입력단과 연결된 트랜지스터를 구비하고,
    상기 제 1 온 타임 제어부로부터 출력된 신호에 따라 상기 트랜지스터가 온/오프하여 상기 오프 타임 제어부와 상기 제 2 온 타임 제어부가 온/오프 되도록 하는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 트랜지스터의 베이스 단에는 트랜지스터의 오프시에 상기 트랜지스터의 베이스 단에 잔류하는 전류가 방전되도록 하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 피드백 제어부는 상기 제 1 온 타임 제어부의 출력이 - 입력단과 연결되고, + 입력단자에 기준 전압이 접속되며, 출력단이 상기 제 2 온 타임 제어부 및 오프 타임 제어부와 연결된 비교기를 구비하고,
    상기 비교기의 - 입력단으로 입력된 상기 제 1 온 타임 제어부의 출력신호에 따라 상기 제 2 온 타임 제어부와 상기 오프 타임 제어부가 온/오프 되도록 하는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 오프 타임 제어부는 상기 제 1 가열 코일부의 스위칭 오프 시간을 결정하는 저항 및 캐패시터;
    상기 저항 및 캐패시터가 + 입력단에 접속되고, 기준 전압이 - 입력단에 접속되며, 상기 + 입력단의 저항 및 캐패시터의 시정수에 따라 상기 제 1 온 타임 제어부의 오프 신호를 출력단을 통해 상기 제 1 온 타임 제어부로 출력하는 비교기; 및
    상기 피드백 제어부와 일측이 연결되고, 타측이 상기 비교기의 + 입력단에 연결되어 상기 피드백 제어부의 신호가 하이 레벨 상태에서 로우 레벨 상태로 전환된 경우 상기 비교기의 + 입력단이 - 입력단보다 높은 전압을 유지하도록 하는 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 IH 회로 제어 장치.
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