KR100829183B1 - 유도가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유도가열장치의 온도가 비정상적으로 상승하는 경우 가열코일에 인가되는 전원을 마이컴의 제어 없이 즉각적으로 조절할 수 있는 유도가열장치에 관한 것이다. 간단하고 직접적인 온도제어를 위해 본 발명의 유도가열장치는 고주파 전원이 인가되는 가열코일에 의해 유도가열 되는 가열부재와, 유도가열 되는 상기 가열부재의 온도를 검출하여 그에 대응하는 신호를 출력하는 온도검출부와, 상기 온도검출부의 출력신호를 직접 인가받아 상기 출력신호의 변화에 따라 상기 가열장치로 인가되는 고주파 전원을 온/오프하는 신호차단부를 포함한다.

Description

유도가열장치{Induction Heater}

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 유도가열장치의 제어 블록도이다.

도 2는 정상적인 상태와 비정상적인 상태에서 시간에 따른 센서전압(온도)의 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 신호차단부의 일 실시예의 회로도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

14 : 인버터 16 : 글래스

22 : 가열코일 20 : 온도센서

24 : 발진 및 출력제어부 28 : 신호차단부

32 : 제어부

본 발명은 유도가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유도가열장치의 온도가 비정상적으로 상승하는 경우 가열코일에 인가되는 전원을 마이컴의 제어 없이 즉각적으로 조절할 수 있는 유도가열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 유도가열장치는 가열코일에 고주파 전류를 인가하고 가열코일 속에 위치한 도체에 유도되는 자계에 의해 발생하는 와전류 손실과 히스테리시스 손실의 저항에 의해 발생하는 열을 이용하는 가열장치이다.

유도가열장치는 가열코일에 인가되는 고주파 전류에 의한 유도전류를 이용하여 가열되므로 가열코일의 모양에 따라 국부가열이 가능하고 인가되는 고주파 전류의 주파수를 조절하여 발생하는 열량을 손쉽게 제어할 수 있다. 또한, 가열코일과 그 내부의 도체와 고주파 전류 공급장치 등 가열장치를 연소식에 비해 경량, 박형으로 제작이 가능하고 에너지 효율도 높아 최근 주방용 가열기구로 많이 사용되고 있다.

유도가열장치의 발열량 즉, 온도를 조절하기 위해서 보통 가열코일의 온도를 체크하거나 가열코일로 인가되는 전류의 크기를 검출하고 마이컴 등으로 구성된 제어부로 입력된다. 이러한 제어부에는 다양한 조리코스를 마련하고 각 조리코스에 대응하는 제어프로그램이 저장되어 있어 그에 따라 유도가열장치의 온도를 적절하게 제어한다. 각 조리코스에 따른 온도제어를 위해 유도가열장치에 인가되는 전류 내지는 가열코일의 온도를 검출하여 고주파 전원의 주파수를 조절하여 유도가열장치의 온도를 조절한다. 이러한 온도 조절은 제어부를 통해 간접적으로 이루어지는 것으로 제어부에 버그 등의 이상이 생길 경우 온도제어가 이루어지지 않는다. 즉, 제어부는 입력된 전류 값 또는 온도검출 값을 일정한 기준 값과 비교하여 가열장치로 인가되는 고주파 전류의 주파수를 조절하거나 가열장치로 인가되는 전원을 차단하므로 제어부에 이상이 있는 경우 전원이 차단되지 않는다.

이러한 종래의 온도조절방식은 제어부(마이컴)를 통하여 수행되므로 제어부 (마이컴)가 동작하지 않을 경우 가열장치의 비정상적인 온도상승을 막을 수 없는 문제점이 있다.

또한, 온도제어가 제어부(마이컴)를 통해 간접적으로 이루어지게 되어 가열장치의 온도에 대한 반응이 즉각적으로 이루어지지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단하고 직접적으로 가열장치의 온도를 조절할 수 있고, 안정성이 향상된 유도가열장치를 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유도가열장치는 고주파 전원이 인가되는 가열코일에 의해 유도가열 되는 가열부재와, 유도가열 되는 상기 가열부재의 온도를 검출하여 그에 대응하는 신호를 출력하는 온도검출부와, 상기 온도검출부의 출력신호를 직접 인가받아 상기 출력신호의 변화에 따라 상기 가열코일로 인가되는 고주파 전원을 차단하는 신호차단부를 포함한다.

또한, 상기 온도검출부는 검출온도에 따라 저항값이 변하는 피티시(PTC)온도센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열부재에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 글래스를 더 포함하고, 상기 피티시(PTC)온도센서는 상기 글래스의 온도를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 온도검출부의 출력신호는 상기 검출온도에 따라 변하는 전압신호이고, 상기 신호차단부는 상기 전압신호에 의해 온/오프 스위칭을 하는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열코일로 인가되는 고주파 전원의 주파수를 제어하는 발진장치와, 상기 발진장치를 포함하여 상기 유도가열장치를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 신호차단부는 상기 제어부에서 상기 발진장치로 인가되는 제어신호를 온/오프하여 상기 가열코일로 인가되는 고주파 전원을 온/오프하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신호차단부는 상기 제어부의 제어없이 상기 온도검출부의 출력전압이 기준 값 이상인 경우 상기 발진장치로 인가되는 제어신호를 오프하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 유도가열장치의 제어 블록도이다. 도 1의 유도가열장치는 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환한 후 스위칭 소자로 구성된 인버터(14)의 스위칭에 의해 고주파 전류가 가열코일(22)로 인가된다. 인버터(14)의 스위칭은 발진 및 출력제어부(24)에 의해 조절되는데 발진 및 출력제어부(24)는 제어부(32)의 제어신호에 따라 동작한다. 따라서 최종적으로 인버터(14)로 전달되는 제어부(32)의 제어신호가 끊어진다면 인버터(14)의 스위칭 동작이 이루어지지 않아 직류가 가열코일(22)로 인가되어 유도가열이 이루어지지 않는다. 따 라서 제어신호가 차단되면 고주파 전원이 차단되는 것과 동일한 효과가 생긴다. 제어부(32)의 제어신호는 아날로그 변환부(30)와 발진 및 출력제어부(24)를 거쳐 인버터로 전달되는데 전달경로 중 어느 한 곳이라도 끊어지면 제어신호가 인버터(14)로 전달되지 않아 고주파 전원의 차단효과가 생긴다.

도 1의 유도가열장치는 가열장치에 전력을 공급하는 교류전원(10)과 교류전원(10)을 직류로 변환하는 정류부(12)와 인가되는 교류전원(10)의 전류를 검출하여 제어부(32)로 전달하는 전류 검출부(34)와 정류부(12)에서 정류된 직류를 스위칭하여 가열코일(22)에 고주파 전류를 인가하는 인버터(14)와 인가된 고주파 전류의 유도작용으로 발생한 와류손에 의해 열을 발생하는 가열코일(22)과 가열코일(22)의 전류를 검출하여 제어부(32)로 전달하는 과전류 감지부(26)와 가열코일(22)에 의해 유도 가열된 가열부재(미도시)의 열을 외부로 내보내는 글래스(16)를 포함하여 구성된다. 가열부재(미도시)는 가열코일(22)와 인접하게 설치되는 도체(보통 도전성이 좋은 물질이 사용된다)로서 가열코일(22)(1차측)에 인가되는 교번전류에 의해 가열부재(미도시)(2차측)에 유도되는 기전력에 의해 가열된다.

도 1의 유도가열장치는 또한 유도가열장치의 전반적인 동작을 제어하고 가열코일(22)로 인가되는 고주파 전원의 주파수 등을 조절하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(32)와 디지털신호인 제어부(32)의 제어신호를 아날로그신호로 변환하는 아날로그 변환부(30)와 글래스(16)의 온도를 검출하고 그에 대응하여 출력신호가 달라지는 온도센서(20)와 온도센서(20)의 출력신호에 따라 발진 및 출력제어부(24)로 전달되는 제어부(32)의 제어신호를 on/off하는 신호차단부(28)를 포함하여 구성 된다.

발진 및 출력제어부(24)는 일종의 I.C.로 제어부(32)의 제어 하에 인버터(14)에 인가되는 PWM신호의 듀티비를 조절하여 가열코일(22)에 인가되는 고주파 전류의 주파수를 조절한다.

도 1의 유도가열장치는 제어부(32)를 통해 간접적으로 이루어지는 온도조절의 문제점을 해결하기 위해 글래스(16)의 온도를 측정하는 온도센서(20)의 검출온도에 따른 출력신호의 변화를 신호차단부(28)에 직접 인가하여 비정상적 온도상승이 있는 경우 제어부(32)의 제어없이 가열코일(22)에 인가되는 고주파 전류를 차단한다. 이를 위해 온도센서(20)는 온도에 따라 저항 값이 변하는 PTC온도센서를 이용하는 것이 바람직하다. PTC온도센서는 온도가 상승할수록 저항 값이 상승하여 온도센서 양단에 걸리는 전압의 크기가 커진다. 온도센서(20)로 PTC온도센서를 이용하는 경우 검출온도에 따른 출력신호는 전압신호가 된다.

이러한 온도센서 양단의 전압은 신호차단부(28)로 직접 인가되어 작동전압에 도달하면 발진 및 출력제어부(24)로 입력되는 제어부(32)의 제어신호를 차단한다.

제어신호가 차단됨에 따라 발진 및 출력제어부(24)의 신호가 인버터(14)로 인가되지 않게 되어 고주파 전류가 가열코일(22)로 인가되지 않는다. 따라서 비정상적인 온도상승 시 제어부(32)의 제어없이 가열코일(22)에 인가되는 고주파 전류를 차단할 수 있어 안정성이 향상된다.

온도센서(20)는 IC온도센서, 바이메탈, 열전대 등 다양한 온도센서를 이용할 수 있지만 각 온도센서에 따라 출력신호에 차이가 있고 그 출력신호에 따라 고주파 전류를 차단하는 신호차단부의 구성이 달라지는 차이가 있다.

도 2는 제어시그널(제어신호)에 따른 온도센서 양단의 전압(또는 온도)을 나타내는 그래프로서 여러 가지 요인에 의해 정상적인 온도상승보다 급격한 온도상승을 보이는 경우가 존재할 수 있다. 종래의 온도조절방식에서는 이런 비정상적인 온도상승의 경우 제어시그널의 변화보다 큰 폭의 온도상승이 이루어져 가열코일(22)이 과열되고 유도가열장치 내부의 기기가 파손되거나 심하면 화재가 발생할 우려가 있다. 또한 이러한 비정상적인 온도상승에 의해 제어부(32)의 온도제어가 미처 실행되기 전에 제어부(32)가 동작하지 않을 수 있어 비정상적 온도상승을 막지 못할 위험성이 있다. 하지만 본 발명의 유도가열장치는 제어부(32)의 제어에 의하는 것이 아니므로 비정상적인 온도상승을 확실하게 막을 수 있는 효과가 있다. 또한, 온도변화에 대한 반응시간이 짧아 급격한 온도상승에 더욱 안정적인 대응이 가능한 효과가 있다.

도 3은 본 발명에 따른 신호차단부의 일 실시예의 회로도이다. 일 실시예인 신호차단부는 트랜지스터(50)와 온도센서(20)의 양단간 전압변화가 트랜지스터(50)의 베이스에 입력되도록 적절한 저항값을 가진 저항(R)(52)과 온도센서(20)가 전압분배 되어 트랜지스터(50)의 베이스에 연결된다. 온도센서(20) 양단간의 전압이 상승하면 트랜지스터(50)에 인가되는 전압이 커지게 되어 트랜지스터(50)의 이미터와 컬랙터가 도통되고 제어부(32)에서 출력된 제어신호는 도통된 트랜지스터(50)를 통해 접지로 흐르게 된다. 따라서 발진 및 출력제어부(24)로 제어신호가 전달되지 않아 가열코일(22)에 인가되는 고주파 전류가 차단되게 된다. 따라서 제어부(32)를 통하지 않고 가열장치의 비정상적인 온도상승을 방지할 수 있게 된다.

이상의 신호차단부는 일 실시예를 도시한 것으로 다양한 방식으로 구성될 수 있고 다른 방식의 온도센서를 이용하는 경우 신호차단부(28)의 회로구성 달라질 수 있다.

가열코일(22)로 전원이 인가되는 선로 상에 휴즈 등을 마련하여 제어부(32)를 통하지 않고 고주파 전류를 차단할 수도 있으나 휴즈 등은 소모성 부품으로 한 번 사용 후 교체해야 하는데 비해 본 발명은 반 영구적으로 사용할 수 있어 더욱 경제적이라고 할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 제어부의 제어없이 직접적으로 온도상승을 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 제어부(마이컴)이 동작하지 않더라도 비정상적인 온도상승을 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 제어부의 제어없이 인가되는 전원을 차단함에 따라 더욱 빠르게 비정상적인 온도상승을 막을 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 고주파 전원이 인가되는 가열코일에 의해 유도가열 되는 가열부재와,

   유도가열 되는 상기 가열부재의 온도를 검출하여 그에 대응하는 신호를 출력하는 온도검출부와,

   상기 온도검출부의 출력신호를 직접 인가받아 상기 출력신호의 변화에 따라 상기 가열코일로 인가되는 고주파 전원을 차단하는 신호차단부를 포함하되,

   상기 온도검출부의 출력신호는 상기 검출온도에 따라 변하는 전압신호인 유도가열장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 온도검출부는 검출온도에 따라 저항값이 변하는 피티시(PTC)온도센서를 포함하는 것이 특징인 유도가열장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가열부재에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 글래스를 더 포함하고,

   상기 피티시(PTC)온도센서는 상기 글래스의 온도를 검출하는 것이 특징인 유도가열장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 신호차단부는 상기 전압신호에 의해 온/오프 스위칭을 하는 트랜지스터를 포함하는 것이 특징인 유도가열장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열코일로 인가되는 고주파 전원의 주파수를 제어하는 발진장치와, 상기 발진장치를 포함하여 상기 유도가열장치를 제어하는 제어부를 더 포함하고,

   상기 신호차단부는 상기 제어부에서 상기 발진장치로 인가되는 제어신호를 온/오프하여 상기 가열코일로 인가되는 고주파 전원을 온/오프하는 것이 특징인 유도가열장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 신호차단부는 상기 제어부의 제어없이 상기 온도검출부의 출력전압이 기준 값 이상인 경우 상기 발진장치로 인가되는 제어신호를 오프하는 것이 특징인 유도가열장치.

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