KR100865237B1

KR100865237B1 - Induction heating apparatus

Info

Publication number: KR100865237B1
Application number: KR1020070064810A
Authority: KR
Inventors: 구본학
Original assignee: 쿠쿠전자주식회사
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2008-10-23

Abstract

An induction heating apparatus is provided to reduce a manufacturing cost by clamping a resonant voltage so that a lower voltage IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) is applied. An induction heating apparatus includes a resonant unit(C3), a switch element(Q1), a trigger circuit unit(20), a pulse frequency modulation clamp circuit unit(10), an output control unit(40), and a pulse width modulation circuit unit(30). The switch element applies or breaks a driving voltage of the resonant unit. The trigger circuit unit receives the driving voltage applied to the resonant unit and a resonant voltage of the resonant unit. The pulse frequency modulation clamp circuit unit maintains the driving voltage applied to the resonant unit below a predetermined value, and generates a clamped output corresponding to the driving voltage larger than a predetermined value. The output control unit receives an input current applied to the resonant unit and an output control level corresponding to a reference current. The output control unit generates a control signal to maintain an input current. The pulse width modulation circuit unit receives an output of the trigger circuit and the pulse width frequency modulation clamp circuit, and a control signal of the output control unit. The pulse width modulation circuit unit controls the on/off time of the switch element.

Description

Induction Heating Equipment {INDUCTION HEATING APPARATUS}

도 1은 종래 기술에 따른 유도가열기기의 구성도이다.1 is a block diagram of an induction heating apparatus according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 유도 가열 기기의 구성도이다. 2 is a block diagram of an induction heating apparatus according to the present invention.

도 3은 도 2의 펄스 주파수 변조 클램프회로부의 상세 구성도이다. 3 is a detailed block diagram of the pulse frequency modulation clamp circuit of FIG. 2.

도 4는 취사 공정 시의 공진부로의 구동전압(Vin)의 파형 그래프이다. 4 is a waveform graph of driving voltage Vin to the resonator unit in the cooking process.

도 5는 취사 공정 시의 공진부의 공진전압(Vce)의 파형 그래프이다. 5 is a waveform graph of the resonance voltage Vce of the resonance part in the cooking process.

도 6은 보온 공정 시의 공진부의 공진전압(Vce)의 파형 그래프이다. 6 is a waveform graph of the resonance voltage Vce of the resonance part in the warming step.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: PFM 클램프 회로부 20: 트리거 회로부10: PFM clamp circuit portion 20: trigger circuit portion

30: PWM 회로부 40: 출력제어부30: PWM circuit section 40: output control section

50: 구동부50: drive unit

본 발명은 유도 가열 기기에 관한 것으로서, 특히 공진전압을 보상하는 클램 프 회로를 사용하는 유도 가열 기기에 관한 것이다. The present invention relates to an induction heating device, and more particularly to an induction heating device using a clamp circuit to compensate for the resonance voltage.

유도가열조리기는 워킹코일에서 발생하는 자력선이 솥을 통과할 때 와전류가 흘러 솥 자체가 가열되는 방식에 의해서 취반 기능을 수행하고 있다. 유도가열조리기의 기본적인 가열원리를 살펴보면, 워킹코일에 전류가 인가되면 자성체인 오븐은 유도(induction) 가열에 의하여 열이 가해지면서, 오븐 내부에서는 취반이 이루어지게 된다.Induction heating cooker performs the cooking function by the way in which the eddy current flows when the magnetic wire generated from the working coil passes through the pot. Looking at the basic heating principle of the induction cooker, when a current is applied to the working coil, the oven is a magnetic material is heated by induction heating (heating), cooking is done inside the oven.

따라서, 유도가열조리기의 경우에는 자력선을 발생시키기 위하여 일정크기의 고주파전압을 워킹코일에 인가해야 한다. 이때, 인가되는 고주파전압에 의해서 워킹코일은 약 1300W의 강한 화력을 갖게 된다. 상기 워킹코일로 고주파 전압을 인가하기 위한 회로가 인버터회로이다. 종래의 펄스폭변조회로는 유도가열조리기의 인버터회로를 턴-온 또는 턴-오프하는 스위칭시간을 제어하기 위한 회로로 이용된다.Therefore, in the case of an induction heating cooker, a high frequency voltage of a predetermined magnitude must be applied to the working coil in order to generate magnetic lines. At this time, the working coil has a strong thermal power of about 1300W by the applied high frequency voltage. A circuit for applying a high frequency voltage to the working coil is an inverter circuit. Conventional pulse width modulation circuit is used as a circuit for controlling the switching time for turning on or off the inverter circuit of the induction cooking cooker.

유도가열 기기는 상용교류전원을 직류전압으로 정류하는 정류부(BD1)와, 정류된 직류전압을 평활하는 캐패시터(C1)와, 캐패시터(C1)에 연결된 LC여파기(L1, C2)와, 평활된 직류전압을 공급받는 공진부(L과 C3)와, 평활된 직류전압이 공진부(L과 C3)에 공급 및 차단되도록 하는 스위치(Q1)로 이루어지는 공진 인버터회로부를 구비하여, 취사 중에서 가열 공정 등의 고열이 용기(K)에 이르도록 한다.Induction heating equipment includes a rectifier (BD1) for rectifying a commercial AC power supply to a DC voltage, a capacitor (C1) for smoothing the rectified DC voltage, LC filter (L1, C2) connected to the capacitor (C1), smooth DC And a resonant inverter circuit section including a resonator unit L and C3 for receiving a voltage and a switch Q1 for supplying and interrupting the smoothed DC voltage to the resonator unit L and C3. Allow high heat to reach container (K).

트리거회로부(1)는 공진 인버터회로부의 공진부(L과 C3)에 인가되는 구동전압을 입력받는다. 즉, 트리거회로부(1)는 공진부(L과 C3)에 입력되는 전압과, 스위치(Q1)의 Vce 간의 전압 차인 구동전압을 입력받는다. The trigger circuit unit 1 receives a driving voltage applied to the resonator units L and C3 of the resonant inverter circuit unit. That is, the trigger circuit unit 1 receives a driving voltage that is a voltage difference between the voltages input to the resonator units L and C3 and Vce of the switch Q1.

정상적인 구동상태에서, 트리거회로부(1)는 공진부(L과 C3)의 구동전압과 공진전압을 입력받아서, 공진전압이 가장 낮아졌을 때 출력 신호를 생성하여 PWM(펄스폭변조)회로(2)의 출력 펄스폭을 제어하는 회로이다. In the normal driving state, the trigger circuit unit 1 receives the drive voltage and the resonance voltage of the resonator units L and C3, and generates an output signal when the resonance voltage is the lowest to generate a PWM (pulse width modulation) circuit (2). Circuit for controlling the output pulse width.

PWM회로(2)는 트리거회로부(1)로부터 출력된 신호에 의해서 출력 펄스폭을 조절해서 출력하고, 이때 출력되는 펄스폭이 구동부(22)를 통해서 스위치(Q1)의 동작 수행된다. The PWM circuit 2 adjusts the output pulse width according to the signal output from the trigger circuit unit 1, and outputs the pulse width output at this time through the driving unit 22 to perform the operation of the switch Q1.

스위치(Q1)는 구동부(3)를 통해서 인가되는 신호에 의해서 동작되어서 공진부(L과 C3)로 전원을 공급 및 차단하는데, PWM회로(2)의 출력 펄스폭이 큰 경우는, 스위치(Q1)의 온 동작시간이 길어지고, PWM회로(2)의 출력 펄스폭이 작은 경우는, 스위치(Q1)의 온 동작시간이 짧게 된다.The switch Q1 is operated by a signal applied through the driver 3 to supply and cut off power to the resonators L and C3. When the output pulse width of the PWM circuit 2 is large, the switch Q1 is used. When the ON operating time of NELTA) is long and the output pulse width of the PWM circuit 2 is small, the ON operating time of the switch Q1 is shortened.

이러한 종래 기술에 따른 유도가열기기에서, IGBT 등과 같은 스위치(Q1)의 특성 중에서 Vce(컬렉터-이미터 간의 전압)이 낮은 것이 사용되어야 하지만, 이 Vce는 용기(K)의 재질에 따라 결정된다. 예를 들면, 용기(K)가 구리나 니켈 또는 금과 같은 비철금속이 도금되어 있는 재질의 경우, 공진전압이 상당히 높기 때문에, 예를 들면, 1,500V 이상의 IGBT가 사용되어야 한다. In this induction heating apparatus according to the prior art, among the characteristics of the switch Q1 such as IGBT, one having a low Vce (voltage between collector-emitter) should be used, but this Vce is determined according to the material of the container K. For example, in the case where the container K is plated with copper, non-ferrous metals such as nickel or gold, since the resonance voltage is considerably high, for example, an IGBT of 1,500 V or more should be used.

본 발명은 저가의 저전압 IGBT가 적용될 수 있는 유도 가열 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an induction heating apparatus to which a low-cost low voltage IGBT can be applied.

또한, 본 발명은 특정 공진전압 대역에서 발진 주파수를 가변하여 공진전압 을 조절하는 유도 가열 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide an induction heating device for controlling the resonance voltage by varying the oscillation frequency in a specific resonance voltage band.

또한, 본 발명은 수행하는 공정에 따라 발진 주파수의 제어 기능을 적용 및 차단하는 유도 가열 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is also an object of the present invention to provide an induction heating device which applies and cuts off the control function of the oscillation frequency according to the process to be performed.

본 발명인 유도 가열 기기는 공진부와, 공진부에 구동전압이 인가 및 차단되도록 하는 스위치 소자와, 공진부에 인가되는 구동전압 및 공진부의 공진전압을 인가받는 트리거회로부와, 공진부에 인가되는 구동전압을 인가받아, 일정값 이상인 구동전압에 대응하는 클램프된 출력을 생성하는 펄스 주파수 변조 클램프회로부와, 트리거회로부와 펄스 주파수 변조 클래프회로부의 출력과 연결되어, 스위치 소자의 온 및 오프 시간을 제어하는 펄스폭 변조 회로부로 이루어진다.The induction heating apparatus of the present invention includes a resonator unit, a switch element for applying and blocking a driving voltage to the resonator unit, a trigger circuit unit for receiving a drive voltage applied to the resonator unit and a resonant voltage of the resonator unit, and a drive unit applied to the resonator unit. A pulse frequency modulation clamp circuit portion for receiving a voltage and generating a clamped output corresponding to a driving voltage of a predetermined value or more, and connected to the outputs of the trigger circuit portion and the pulse frequency modulation clap circuit portion, to control on and off times of the switch elements. It consists of a pulse width modulation circuit section.

또한, 유도 가열 기기는 펄스 주파수 변조 클램프회로부의 구동 및 중지를 제어하는 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the induction heating device has a control unit for controlling the driving and stopping of the pulse frequency modulation clamp circuit portion.

또한, 제어부는 보온 공정시에 펄스 주파수 변조 클램프회로부를 중지시키는 것이 바람직하다.In addition, the control unit preferably stops the pulse frequency modulation clamp circuit unit in the warming step.

또한, 펄스 주파수 변조 클램프회로부는 구동전압을 분배하는 제1저항 및 제2저항으로 이루어진 전압 분배부와, 제1저항과 제2저항 사이에 애노드 단자가 연결되는 다이오드와, 캐소드 단자가 다이오드의 캐소드 단자에 연결되고 애노드 단자가 펄스폭 변조회로부에 연결되어 제너 다이오드로 이루어져서, 구동전압을 분배하여 클램프하는 것이 바람직하다.In addition, the pulse frequency modulation clamp circuit portion includes a voltage divider consisting of a first resistor and a second resistor for distributing a driving voltage, a diode having an anode terminal connected between the first resistor and a second resistor, and a cathode terminal of the diode of the diode. It is preferable that the anode terminal is connected to the terminal and the anode terminal is connected to the pulse width modulation circuit part and consists of a zener diode to distribute and clamp the driving voltage.

또한, 펄스 주파수 변조 클램프회로부는 제어부의 신호에 따라 전압 분배부로 인가된 구동전압을 접지시키는 우회 경로를 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the pulse frequency modulation clamp circuit unit preferably includes a bypass path for grounding the driving voltage applied to the voltage divider according to the signal of the controller.

또한, 펄스 주파수 변조 클램프회로부는 제너 다이오드에 애노드 단자가 연결되고 캐소드 단자는 인가전원(Vcc)에 접속되는 제2다이오드를 구비하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the pulse frequency modulation clamp circuit part includes a second diode having an anode terminal connected to the zener diode and a cathode terminal connected to an applied power supply Vcc.

이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 이하의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.Hereinafter, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention and the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the following embodiments and drawings, and the scope of the present invention will be limited only by the contents described in the claims below.

유도가열 기기는 상용교류전원을 직류전압으로 정류하는 정류부(BD1)와, 정류된 직류전압을 평활하는 캐패시터(C1)와, 캐패시터(C1)에 연결된 LC여파기(L1, C2)와, 평활된 직류전압(즉, 구동전압(Vin))을 공급받는 공진부(L과 C3)와, 구동전압(Vin)이 공진부(L과 C3)에 공급 및 차단되도록 하는 스위치(Q1)로 이루어지는 공진 인버터회로부를 구비하여, 취사 중에서 가열 공정 등의 고열이 용기(K)에 이르도록 한다.Induction heating equipment includes a rectifier (BD1) for rectifying a commercial AC power supply to a DC voltage, a capacitor (C1) for smoothing the rectified DC voltage, LC filter (L1, C2) connected to the capacitor (C1), smooth DC Resonant inverter circuit section comprising resonators L and C3 receiving a voltage (that is, driving voltage Vin) and a switch Q1 for supplying and blocking the driving voltage Vin to the resonator sections L and C3. It is provided so that high heat, such as a heating process, may reach | attain the container K in cooking.

펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation: PFM) 클램프회로부(10)는 공진부(L과 C3)에 인가되는 구동전압(Vin)을 인가받아, 일정값 이상인 구동전압(Vin) 에 대응하는 클램프된 출력을 생성하여, PWM(펄스폭변조)회로(30)로 인가한다. PFM 클램프회로부(10)와 PWM회로(30) 사이에는 저항(R1)이 연결되어, 과도한 클램프된 출력(즉, 과도한 전류)이 PWM 회로(30)에 인가되지 않도록 한다. The pulse frequency modulation (PFM) clamp circuit unit 10 receives the driving voltage Vin applied to the resonator units L and C3 to generate a clamped output corresponding to the driving voltage Vin that is higher than or equal to a predetermined value. Is generated and applied to the PWM (pulse width modulation) circuit 30. A resistor R1 is connected between the PFM clamp circuit unit 10 and the PWM circuit 30 so that an excessively clamped output (ie, excessive current) is not applied to the PWM circuit 30.

트리거회로부(20)는 공진 인버터회로부의 공진부(L과 C3)에 인가되는 구동전압(Vin)을 입력받는다. 즉, 트리거회로부(20)는 공진부(L과 C3)에 입력되는 구동전압(Vin)과, 스위치(Q1)의 Vce(즉, 공진부(L과 C3)의 공진전압) 간의 전압 차인 전압을 입력받는다. The trigger circuit unit 20 receives a driving voltage Vin applied to the resonator units L and C3 of the resonant inverter circuit unit. That is, the trigger circuit 20 receives a voltage that is a voltage difference between the driving voltage Vin input to the resonator L and C3 and the Vce of the switch Q1 (that is, the resonant voltage of the resonator L and C3). Receive input.

정상적인 구동상태에서, 트리거회로부(20)는 공진부(L과 C3)의 구동전압(Vin)과 공진전압(Vce)을 입력받아서, 공진전압(Vce)이 가장 낮아졌을 때 출력 신호를 생성하여 PWM(펄스폭변조)회로(30)의 출력 펄스폭을 제어하는 회로이다. In the normal driving state, the trigger circuit unit 20 receives the driving voltage Vin and the resonance voltage Vce of the resonator units L and C3 to generate an output signal when the resonance voltage Vce is the lowest and generates a PWM signal. (Pulse Width Modulation) This circuit controls the output pulse width of the circuit 30.

PWM회로(30)는 12V dc 전압에 연결된 저항(R2)과, 일단이 저항(R2)에 연결되고 타단이 접지된 캐패시터(C4)와, 반전단자는 저항(R2)과 캐패시터(C4)의 연결점에 연결되고, 비반전단자는 출력제어부(40)에 연결되어, 반전단자로 입력된 신호와 비반전단자로 입력된 신호를 비교하여, 그에 따라 출력하는 연산증폭기(OP1)을 구비하고, 이때 출력되는 펄스폭이 구동부(50)를 통해서 스위치(Q1)의 동작을 제어한다. 다만, PWM회로(30)는 캐패시터(C4)에 의한 충전소자만을 개시하나, 캐패시터(C4)에 충전된 전하의 방전소자(미도시)도 구비된다. 이 PWM 회로(30)는 발진주파수를 가변하여 공진전압(Vce)을 조절하며, 발진 주파수를 높이면 공진전압(Vce)이 낮아져서 출력이 감소되고, 반대로 발진주파수를 낮춰주면 공진전 압(Vce)이 증가하여 출력이 증가된다. The PWM circuit 30 includes a resistor R2 connected to a 12V dc voltage, a capacitor C4 having one end connected to the resistor R2 and the other end grounded, and an inverting terminal connected to the resistor R2 and the capacitor C4. The non-inverting terminal is connected to the output control unit 40, and has an operational amplifier OP1 for comparing the signal input to the inverting terminal and the signal input to the non-inverting terminal and outputting it accordingly. The pulse width thus controlled controls the operation of the switch Q1 through the driving unit 50. However, the PWM circuit 30 starts only the charging device by the capacitor C4, but is also provided with a discharge device (not shown) of the charge charged in the capacitor C4. The PWM circuit 30 adjusts the resonance voltage Vce by varying the oscillation frequency, and when the oscillation frequency is increased, the resonance voltage Vce is lowered to decrease the output. On the contrary, when the oscillation frequency is lowered, the resonance voltage Vce is decreased. Increases and the output increases.

PFM 클램프 회로부(10)는 구동전압(Vin)이 일정값 이상인 경우에 대응하는 클램프된 출력(예를 들면, 삼각파형 출력)을 PWM 회로(30)에 인가하면, 이 클램프된 출력과 트리거회로부(20)로부터의 출력이 함께 캐패시터(C4)의 충전에 작용하게 된다. 이에, PWM 회로(30)의 연산증폭기(OP1)는 비반전단자로의 출력제어부(40)의 출력과, 반전단자로의 입력인 캐패시터(C4)의 충전 전압을 비교하게 되므로, PWM 회로(30)는 공진전압(Vce)이 감소되도록 발진주파수를 제어하여, 이렇게 제어된 발진주파수를 지닌 펄스를 구동부(50)에 인가하게 된다. The PFM clamp circuit unit 10 applies the clamped output (for example, triangular waveform output) corresponding to the case where the drive voltage Vin is equal to or greater than a predetermined value to the PWM circuit 30, and then the clamped output and the trigger circuit unit ( The output from 20 together acts on the charging of capacitor C4. Accordingly, the operational amplifier OP1 of the PWM circuit 30 compares the output of the output control unit 40 to the non-inverting terminal and the charging voltage of the capacitor C4 which is an input to the inverting terminal. ) Controls the oscillation frequency so that the resonance voltage Vce is reduced, thereby applying a pulse having the oscillation frequency thus controlled to the driver 50.

출력제어부(40)는 공진부(L과 C3)에 인가되는 입력전류와, 마이컴(미도시)으로부터의 기준 전류에 대응하는 출력제어레벨을 입력받아, 입력전류와 출력제어레벨을 비교하는 연산증폭기(OP2)와, 연산증폭기(OP2)의 출력을 적분하는 적분기(42)를 구비하여, 입력전류의 유지, 증가 및 감소에 대응하는 신호를 PWM 회로(30)에 인가하는 적분기(42)로 이루어진다. The output controller 40 receives an input current applied to the resonators L and C3 and an output control level corresponding to a reference current from a microcomputer (not shown), and compares the input current with the output control level. And an integrator 42 for integrating the output of the operational amplifier OP2 and applying a signal corresponding to the maintenance, increase and decrease of the input current to the PWM circuit 30. .

구동전압(Vin)이 일정값 이상인 경우, PFM 클램프 회로부(10)의 클램프 기능에 의해 공진전압(Vce)를 감소시키게 되면, 공진부(L과 C3)의 출력이 감소되므로, 출력제어부(50)로의 입력전류의 크기가 감소하게 된다. 이에 따라 출력제어부(50)는 PWM 회로(30)로 일정한 출력을 유지하기 위한 제어 신호를 인가하게 되며, PWM 회로(30)는 PFM 클램프 회로부(10)에 의한 공진전압(Vce)이 감소되는 영역(클램프 영역)을 제외한 영역(비클램프 영역)에서 공진전압(Vce)을 증가시키기 위해 발진주파수를 감소시키게 된다. 이러한 비클램프 영역에서, PWM 회로(30)는 트리거회로(20)만 구비한 경우에서보다 더 높은 공진전압(Vce)이 야기되도록 하는 보상 작용을 수행하게 된다. When the driving voltage Vin is higher than or equal to a predetermined value, when the resonance voltage Vce is reduced by the clamp function of the PFM clamp circuit part 10, the output of the resonance parts L and C3 is reduced, so that the output control part 50 is reduced. The magnitude of the input current into the furnace is reduced. Accordingly, the output controller 50 applies a control signal for maintaining a constant output to the PWM circuit 30, the PWM circuit 30 is the region where the resonance voltage (Vce) by the PFM clamp circuit unit 10 is reduced The oscillation frequency is reduced to increase the resonance voltage Vce in the region (non-clamp region) except for the (clamp region). In this non-clamp region, the PWM circuit 30 performs a compensating action to cause a higher resonance voltage Vce than when only the trigger circuit 20 is provided.

스위치(Q1)는 구동부(50)를 통해서 인가되는 신호에 의해서 동작되어서 공진부(L과 C3)로 전원을 공급하는데, PWM회로(30)의 출력 펄스폭이 큰 경우는, 스위치(Q1)의 온 동작시간이 길어지고, PWM회로(30)의 출력 펄스폭이 작은 경우는, 스위치(Q1)의 온 동작시간이 짧게 된다.The switch Q1 is operated by a signal applied through the driver 50 to supply power to the resonators L and C3. When the output pulse width of the PWM circuit 30 is large, the switch Q1 When the on operation time is long and the output pulse width of the PWM circuit 30 is small, the on operation time of the switch Q1 is short.

PFM 클램프 회로부(10)는 구동전압(Vin)을 분배하는 저항(R3) 및 저항(R4)으로 이루어진 전압 분배부와, 저항(R3)과 저항(R4) 사이에 애노드 단자가 연결되는 다이오드(D1)와, 캐소드 단자가 다이오드(D1)의 캐소드 단자에 연결되고 애노드 단자가 PWM 회로(30)에 연결되어 제너 다이오드(ZD)로 이루어져서, 구동전압(Vin)을 분배 및 클램프하여, 클램프된 출력을 생성한다. The PFM clamp circuit unit 10 includes a voltage divider consisting of a resistor R3 and a resistor R4 for distributing a driving voltage Vin, and a diode D1 having an anode terminal connected between the resistor R3 and the resistor R4. ), And the cathode terminal is connected to the cathode terminal of the diode (D1) and the anode terminal is connected to the PWM circuit 30 to form a zener diode (ZD), to distribute and clamp the driving voltage (Vin), to provide a clamped output Create

PFM 클램프 회로부(10)는 구동전압(Vin)을 전압분배부에 의해 감압 분배하고, 분배된 구동전압(Vin)이 제너 다이오드(ZD)의 역전압 이상인 경우에만 출력을 PWM 회로(30)로 인가한다. 즉, PFM 클램프 회로부(10)는 일정값 이상의 구동전압(Vin)에 대응하는 클램프된 출력을 생성하게 된다. The PFM clamp circuit unit 10 decompresses and distributes the driving voltage Vin by the voltage divider, and applies the output to the PWM circuit 30 only when the divided driving voltage Vin is equal to or greater than the reverse voltage of the zener diode ZD. do. That is, the PFM clamp circuit unit 10 generates the clamped output corresponding to the driving voltage Vin above a predetermined value.

또한, PFM 클램프 회로부(10)는 제너 다이오드(ZD)에 애노드 단자가 연결되고 캐소드 단자는 인가전원(Vcc)(예를 들면, 12V dc)에 접속되는 다이오드(D2)로 이루어진 보호부를 구비한다. 이 보호부는 PWM 회로(30)로 인가되는 출력 전압의 크기를 예를 들면, 12V + 0.7V(다이오드(D2)의 오프셋 전압) 이하로 유지시킨다. In addition, the PFM clamp circuit part 10 includes a protection part including a diode D2 connected to an anode terminal of the zener diode ZD and a cathode terminal connected to an applied power source Vcc (eg, 12V dc). This protection unit keeps the magnitude of the output voltage applied to the PWM circuit 30 below 12V + 0.7V (offset voltage of the diode D2), for example.

또한, PFM 클램프 회로부(10)는 제어부인 마이컴으로부터의 제어 신호에 따라 전압 분배부로 인가된 구동전압(Vin)을 우회 접지시키기 위해, 컬렉터 단자가 저항(R3)과, 저항(R4) 사이에 연결되고, 이미터 단자가 접지되는 트랜지스터(TR1)과, 일단이 예를 들면, 12V dc에 연결되고, 타단이 트랜지스터(TR1)의 베이스 단자에 연결된 저항(R6)과, 컬렉터 단자가 트랜지스터(TR1)의 베이스 단자에 연결되고, 이미터 단자가 접지되고, 베이스 단자로 제어부인 마이컴(미도시)의 제어신호가 인가되는 트랜지스터(TR2)와, 일단이 기준전위(Vref)에 연결되고, 타단이 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자에 연결된 저항(R7)으로 이루어진 우회 경로를 구비한다. In addition, the PFM clamp circuit unit 10 connects the collector terminal between the resistor R3 and the resistor R4 in order to bypass the driving voltage Vin applied to the voltage divider according to a control signal from the microcomputer, which is a control unit. Transistor TR1 having an emitter terminal grounded, one end thereof connected to, for example, 12V dc, the other end connected to a base terminal of transistor TR1, and a collector terminal connected to transistor TR1. A transistor (TR2) connected to a base terminal of which is connected, a emitter terminal is grounded, and a control signal of a microcomputer (not shown) that is a control unit as a base terminal, one end of which is connected to a reference potential (Vref), and the other end of the transistor And a bypass path made of resistor R7 connected to the base terminal of TR2.

유도 가열 기기가 취사 공정 중에서 가열 공정, 비등 공정과 같이 고출력이 요구되는 공정을 수행할 경우, 마이컴은 PFM 클램프 회로부(10)를 구동시키기 위해, 제어신호(HIGH 신호)를 트랜지스터(TR2)에 인가한다. 이에, 트랜지스터(TR2)는 온 상태가 되며, 이에 따라 트랜지스터(TR1)는 오프상태가 된다. 그럼으로써, 전압 분배부는 구동전압(Vin)을 분배하여, 구동전압(Vin)의 크기에 따라 클램프된 출력을 PWM 회로(30)에 인가한다. When the induction heating apparatus performs a process requiring high output such as a heating process or a boiling process in the cooking process, the microcomputer applies a control signal (HIGH signal) to the transistor TR2 to drive the PFM clamp circuit unit 10. do. As a result, the transistor TR2 is turned on, and accordingly, the transistor TR1 is turned off. As a result, the voltage divider distributes the driving voltage Vin and applies the output clamped to the PWM circuit 30 according to the magnitude of the driving voltage Vin.

유도 가열 기가가 취사 공정 중에서, 보온 공정과 같이 저출력이 요구되는 공정을 수행할 경우, 마이컴은 PFM 클램프 회로부(10)를 중지시키기 위해, 제어신호(LOW 또는 ACTIVE LOW 신호)를 트랜지스터(TR2)에 인가한다. 이에, 트랜지스터(TR2)는 오프 상태가 되며, 이에 따라 트랜지스터(TR1)는 온 상태가 된다. 그럼으로써, 전압 분배부의 저항(R4)로 전원이 인가되지 않고, 트랜지스터(TR1)에 의해 접지되며, 이에 따라 저항(R3)과, 저항(R4) 사이도 접지인 0V가 되어, PFM 클램프 회로(10)가 동작하지 않는다. 이에 따라, PWM 회로(10)가 더 이상 PFM 클램프 회로(10)로부터 출력을 입력받지 않는다. When the induction heating unit performs a process in which the low power is required, such as an insulation process, in the cooking process, the microcomputer sends a control signal (LOW or ACTIVE LOW signal) to the transistor TR2 in order to stop the PFM clamp circuit unit 10. Is authorized. As a result, the transistor TR2 is turned off, and thus the transistor TR1 is turned on. As a result, power is not applied to the resistor R4 of the voltage divider, but is grounded by the transistor TR1. Accordingly, the resistance R3 and the resistor R4 are also grounded to 0 V, thereby providing a PFM clamp circuit ( 10) does not work. As a result, the PWM circuit 10 no longer receives an output from the PFM clamp circuit 10.

이러한 우회 경로가 요구되는 것은, 보온 공정에서는 통산 유도 가열 출력이 낮으며, 공진전압(Vce)도 역시 낮아지게 된다. 보온 공정에서는 유도 가열 방식과 발열 코일에 의한 가열 방식이 혼용될 수 있으며, 공진전압(Vce)이 낮을 때 스위치(Q1)이 턴온될 때, 손실 전압이 나타나게 된다. 만약 PFM 클램프 회로부(10)도 동작하여 공진전압(Vce)을 더 낮추게 되면, 손실전압이 더 상승하게 되므로, 보온 공정을 수행할 때, PFM 클램프 회로부(10)가 동작되지 않도록 하는 것이 바람직하다. This bypass path is required in the thermal insulation process, the total induction heating output is low, the resonance voltage (Vce) is also low. In the warming process, the induction heating method and the heating method by the heating coil may be mixed, and the loss voltage appears when the switch Q1 is turned on when the resonance voltage Vce is low. If the PFM clamp circuit unit 10 also operates to lower the resonance voltage Vce, the loss voltage is further increased. Therefore, the PFM clamp circuit unit 10 may not be operated when the thermal insulation process is performed.

도 4에 도시된 바와 같이, 공진부(L과 C3)에 인가되는 구동전압(Vin)은 파형을 지니고 있으며, 점선 이상의 전압 영역(클램프 대상 영역)이 공진부(L과 C3)의 공진전압(Vce)을 상승시키는 영역이 된다. 즉, 이러한 전압 영역에서 스위치(Q1)의 Vce가 예를 들면, 1500V정도까지 상승하게 되므로, 고전압용 스위치가 사용되어야 한다. As shown in FIG. 4, the driving voltage Vin applied to the resonator units L and C3 has a waveform, and the voltage region (the clamp target region) of the dotted line or more corresponds to the resonant voltage of the resonator units L and C3. It becomes an area which raises Vce). That is, since the Vce of the switch Q1 rises to, for example, about 1500V in such a voltage range, a high voltage switch should be used.

이를 위해, 본 발명의 PFM 클램프 회로부(10)는 구동전압(Vin)의 클램프 대상 영역에서 동작하여 PWM 회로(30)가 스위치(Q1)를 보다 낮은 공진전압(Vce)에서 구동시키도록 한다. 이에 따라, 스위치(Q1)의 내압이 이전보다 낮은 값을 지녀도 된다. PFM 클램프 회로부(10)는 예를 들면, 제너 다이오드(ZD)의 용량에 따라, 스 위치(Q1)의 내압이 약 200~300V 정도 낮아도 안정성에 문제가 되지 않도록 할 수도 있다. To this end, the PFM clamp circuit unit 10 of the present invention operates in the clamp target region of the driving voltage Vin so that the PWM circuit 30 drives the switch Q1 at a lower resonance voltage Vce. Accordingly, the internal pressure of the switch Q1 may have a lower value than before. For example, the PFM clamp circuit unit 10 may prevent the stability of the switch Q1 even if the internal voltage of the switch Q1 is about 200 to 300 V, depending on the capacitance of the zener diode ZD.

도 5에 도시된 바와 같이, PFM 클램프 회로부(10)가 동작함에 따라, 도 4의 클램프 대상 영역에 대응하여, 공진전압(Vce)이 클램프되며, 이 클램프된 영역 이외의 영역(비클램프 영역)에서 출력 보상이 이루어진다. As shown in FIG. 5, as the PFM clamp circuit unit 10 operates, the resonance voltage Vce is clamped corresponding to the clamp target region of FIG. 4, and the region other than the clamped region (non-clamp region). Output compensation is made at.

PFM 클램프 회로(10)는 도 4의 클램프 대상 영역에서 동작하여, PWM 회로(10)의 반전단자로 종래 기술에서 보다 큰 출력이 인가되도록 하고, 이에 따라 PWM 회로(30)는 발진주파수를 증가시킴으로써 공진전압(Vce)이 감소된다. 이러한 공진전압(Vce)의 감소가 나타난 영역이 클램프 영역이다. The PFM clamp circuit 10 operates in the clamp target region of FIG. 4, so that a larger output is applied to the inverting terminal of the PWM circuit 10 than in the prior art, and the PWM circuit 30 thereby increases the oscillation frequency. The resonance voltage Vce is reduced. The region where such a decrease in the resonance voltage Vce is exhibited is the clamp region.

PFM 클램프 회로부(10)는 도 4의 클램프 대상 영역 외에서 동작하지 않으나, 상술된 PWM 회로(30)는 마이컴에 의한 출력을 유지하기 위해, 클램프 영역에서 감소된 출력을, 발진주파수를 증가시킴으로써 공진전압(Vce)을 증가시켜, 출력을 보상한다. The PFM clamp circuit unit 10 does not operate outside the clamp target region of FIG. 4, but the above-described PWM circuit 30 uses the reduced output in the clamp region to increase the oscillation frequency so as to maintain the output by the microcomputer. Increase Vce to compensate the output.

도 6은 보온 공정 시의 공진부의 공진전압(Vce)의 파형 그래프이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 보온 공정시에 공진부(L과 C3)의 공진전압(Vce)은 낮기 때문에, 마이컴은 PFM 클램프 회로부(10)가 구동되지 않도록 하여, 추가적인 손실 전압이 발생되는 것을 방지한다. 6 is a waveform graph of the resonance voltage Vce of the resonance part in the warming step. As shown in FIG. 6, since the resonant voltages Vce of the resonator parts L and C3 are low during the warming process, the microcomputer prevents the PFM clamp circuit part 10 from being driven, thereby generating an additional loss voltage. prevent.

이러한 구성의 본 발명은 저가의 저전압 IGBT가 적용될 수 있도록 공진전압을 클램프하여 원가를 절감시키는 효과가 있다. The present invention of such a configuration has the effect of reducing the cost by clamping the resonance voltage so that low-cost low-voltage IGBT can be applied.

또한, 본 발명은 특정 공진전압 대역에서 발진 주파수를 가변하여 공진전압을 조절하여, 출력은 일정하게 하면서도 공전전압이 과도하게 높지 않도록 하는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of controlling the resonance voltage by varying the oscillation frequency in a specific resonance voltage band, so that the output is constant, but the idle voltage is not excessively high.

또한, 본 발명은 수행하는 공정에 따라 발진 주파수의 제어 기능을 적용 및 차단하여, 펄스 주파수 변조 클램프회로부에 의해 손실 전압이 야기되는 것을 방지하는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of preventing the loss voltage caused by the pulse frequency modulation clamp circuit portion by applying and blocking the control function of the oscillation frequency according to the process to be performed.

Claims

A resonator;

A switch element for applying and blocking a driving voltage to the resonator unit;

A trigger circuit unit configured to receive a driving voltage applied to the resonance unit and a resonance voltage of the resonance unit;

A pulse frequency modulation clamp circuit unit for maintaining a driving voltage applied to the resonator unit at a predetermined value or less and generating a clamped output corresponding to the driving voltage at a predetermined value or more;

An output control unit which receives an input current applied to the resonator unit and an output control level corresponding to the reference current, and generates a control signal for maintaining the input current;

An induction heating apparatus comprising: a pulse width modulation circuit portion for receiving an output of a trigger circuit portion, an output of a pulse frequency modulation clamp circuit portion, and a control signal from an output control portion, and controlling an on and off time of a switch element accordingly.

The method of claim 1,

The induction heating device includes a control unit for controlling the driving and stopping of the pulse frequency modulation clamp circuit unit.

The method of claim 2,

The control unit stops the pulse frequency modulation clamp circuit unit during the warming process.

The method according to any one of claims 1 to 3,

The pulse frequency modulation clamp circuit part includes a voltage distribution part comprising a first resistor and a second resistor for distributing a driving voltage, a diode having an anode terminal connected between the first resistor and a second resistor, and a cathode terminal at the cathode terminal of the diode. And an anode terminal is connected to a pulse width modulation circuit part, and is made of a zener diode to distribute and clamp a driving voltage.

The method of claim 4, wherein

The pulse frequency modulation clamp circuit unit has a bypass path for grounding the driving voltage applied to the voltage divider according to a signal from the control unit.

The method of claim 4, wherein

The pulse frequency modulation clamp circuit portion has an anode terminal connected to a zener diode and a cathode terminal having a second diode connected to an applied power supply (Vcc).