KR101093539B1 - 유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 입력되는 고주파 전류에 의해 발열함으로써 조리용기를 가열하는 유도 가열 코일과, 상기 유도 가열 코일과 직렬로 연결된 공진 커패시터와, 정류 및 평활부와, 직류 전원을 스위칭함으로써 고주파 전류를 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 구동을 제어하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 제어부와, 상기 인버터부에 의해 발생하는 전자파를 감쇄시키기 위한 전자파 감쇄부와, 상기 인버터부의 소정의 전압을 이용하여 상기 유도 가열 코일의 연결 상태를 감지하고 상기 유도 가열 코일이 정확하게 연결되지 않은 것으로 판정된 경우에 상기 스위칭 제어부의 동작을 정지시는 과전압 감시부를 포함하는 유도 가열 장치를 제공한다.

유도 가열, 워킹 코일, IGBT

Description

유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치{INDUCTION HEATING APPARATUS}

본 발명은 유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 조리 용기를 가열하기 위한 유도 가열 코일이 유도 가열 장치에 정확하게 조립되지 않은 상태에서 유도 가열이 개시됨으로써 발생하는 과전류에 의한 내부 회로의 손상을 방지할 수 있는 유도 가열 장치에 관한 것이다.

유도 가열 장치는 전기 밥솥 또는 전기 오븐 등과 같은 조리 기구에 적용되어 일상 생활에서 쉽게 접할 수 있는 기기이다. 유도 가열 장치에서는, 상용 교류 전원이 공급되면, 이 상용 교류 전원을 정류 및 평활화하여 직류 전원으로 변환시키고, 변환된 직류 전원을 인버터의 고속 스위칭 동작에 의해 유도 가열 코일(워킹 코일(working coil))로 고주파 전류를 인가하게 된다. 유도 가열 코일에 고주파 전류가 흐르면, 유도 가열 코일에 근접 또는 접촉하고 있는 조리 용기에서 강한 열이 발생하게 되고, 이에 의해 조리 용기에 담겨진 음식물이 조리된다.

도 1은 일반적인 유도 가열 장치의 내부 회로를 개략적으로 나타낸 도면이 다. 상용 교류 전원(11)은 브리지 다이오드 및 평활 인덕터/커패시터 등을 포함하는 정류 및 평활부(10)로 입력되어 직류 전압 및 전류에 의한 직류 전원으로 변환된다. 변환된 직류 전원은 2개의 IGBT(Q1, Q2)를 포함하여 이루어지는 하프 브리지 방식의 인버터부(20)로 공급되며, 외부로부터(예를 들면, 마이컴) 입력되는 구동 신호에 따라 동작하는 스위칭 제어부(30)의 스위칭 신호에 의해 각각의 IGBT(Q1, Q2)가 교대로 온/오프되고, IGBT(Q1, Q2)의 온/오프에 의해 인버터부(20)의 출력단에서는 고주파 전류가 흐르게 된다. 출력단의 고주파 전류는 유도 가열 코일(워킹 코일 또는 공진 인덕터)(WC) 및 공진 커패시터(C1)에 고주파 공진 전류로서 작용하게 되고, 이 고주파 공진 전류가 유도 가열 코일(WC)에서 열을 발생시키게 된다. 발생한 열은 조리 용기(41)를 가열하고, 이 열에 의해 조리 용기(41) 내에 수용된 음식물이 조리된다.

또한, 종래의 유도 가열 장치는, 외솥의 형태로 이루어진 장치 본체 부분에 유도 가열 코일(WC)을 비롯한 각종 회로 장치를 구성하고, 내솥(41)이 삽입될 수 있는 구조로 이루어진다. 이러한 구성에서 내솥(41)이 외솥의 정해진 위치에 삽입되면, 외솥에 구비된 유도 가열 코일(WC)이 가동될 수 있도록 하고 있다.

그런데. 이러한 유도 가열 장치에서, 유도 가열 코일이 유도 가열을 위한 회로에 대하여 정확하게 조립되지 않은 상태에서 유도 가열이 시작되면, 인버터부(20)에 의해 발생한 고주파 공진 전류에 의한 에너지가 유도 가열 코일(WC)에서의 발열을 통해 적절히 소모되지 못하게 되고, 회로 내에서 급격한 과전류 및 과전압을 발생시키고, 이 과전류 및 과전압이 역으로 인버터부(20) 측의 IGBT(Q1 또는 Q2)에 작용하여 IGBT를 손상시킬 수 있다는 문제점이 있었다.

한편, 전류 공진 방식에 있어서의 인버터 제어 방식은 2개의 IGBT(Q1 및 Q2)를 사용하는 하프 브리지 방식이 이용되며, 이때, IGBT의 스위칭 동작시 인체에 유해한 전자기파가 발생한다는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 전자기파를 차단해야할 필요성이 있다.

이와 같은 필요성에 의해, IGBT(Q1 및 Q2)의 스위칭 동작시 발생하는 전자기파를 감쇄시키기 위하여 IGBT(예를 들면, Q2)의 양단에 전자파 감쇄용 커패시터(도 2의 C7 참조)를 병렬로 연결할 수 있는데, 워킹 코일이 정확하게 조립되지 않았거나 아예 워킹 코일이 없거나 단선된 상태로 조립되었다면, 전자파 감쇄용 커패시터가 IGBT(Q1 및 Q2)에 의해 출력되는 고주파 전류에 대한 공진 커패시터의 역할을 함으로써 과전류가 발생하여 IGBT(Q1 또는 Q2)를 파손시킬 가능성이 있다.

따라서, 워킹 코일이 정확하게 조립되지 않았거나, 워킹 코일이 아예 단선되도록 조립된 상태에서 유도 가열 장치가 가열 동작을 개시하는 경우를 신속히 감지하여 가열 동작을 정지시켜야할 필요가 있다.

본 발명은, 전류 공진 방식을 이용한 유도 가열을 위한 고주파 공진 전류에 의해 발생하는 인체에 유해한 전자파를 적절히 상쇄시킬 수 있는 회로 구성을 포함한 유도 가열 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은, 워킹 코일이 정확하게 조립되지 않은 상태에서 유도 가열 장치가 가열 동작을 개시하는 경우를 신속히 감지하여, 유도 가열 장치에 구비된 회로 소자의 손상을 방지하고자 하는 것을 또다른 목적으로 한다.

상술한 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 입력되는 고주파 전류에 의해 발열함으로써 조리용기를 가열하는 유도 가열 코일과, 상기 유도 가열 코일과 직렬로 연결된 공진 커패시터와, 상용 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 정류하고 평활화하는 정류 및 평활부와, 상기 유도 가열 코일과 상기 공진 커패시터에 상기 정류 및 평활부로부터의 직류 전원을 스위칭함으로써 고주파 전류를 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 구동을 제어하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 제어부와, 상기 인버터부에서 출력되어 상기 유도 가열 코일로 공급되는 상기 고주파 전류에 의해 발생하는 전자파를 감쇄시키기 위한 전자파 감쇄부와, 상기 인버터부의 소정의 전압을 이용하여 상기 유도 가열 코일의 연결 상태를 감지하고, 상기 유도 가열 코일이 정확하게 연결되지 않은 것으로 판정된 경우에 상기 스위칭 제어부의 동작을 정지시키기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 과전압 감시부를 포함하는 유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치를 제공한다.

또한, 상기 인버터부는, 적어도 2개의 IGBT를 하프 브리지 방식으로 결합하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과전압 감시부는, 상기 하프 브리지 방식으로 결합된 상기 2개의 IGBT 중 하부의 IGBT의 출력단자의 전압을 이용하여 상기 유도 가열 코일의 연결 상태를 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과전압 감시부는, 상기 인버터부의 상기 출력단자의 전압을 분배하고 분배된 상기 출력 단자의 전압과 소정의 기준 전압을 비교하는 감압 및 비교 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 감압 및 비교 회로는, 상기 인버터부의 상기 출력 단자 양단의 전압을 측정하기 위한 저항 및 상기 저항 양단의 전압이 소정값을 넘어서는 경우 구동하는 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과전압 감시부는, 인에이블 입력단을 구비하고, 상기 인에이블 입력단으로 인에이블 신호를 입력받은 상태에서 상기 유도 가열 코일의 연결 상태가 불량으로 판정되는 경우에 상기 스위칭 제어부의 동작을 정지시키기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 논리 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자파 감쇄부는, 상기 인버터부의 출력단과 접지 사이에 배치되는 적어도 하나의 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는 80 내지 300nF 의 용량을 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 유도 가열 장치에 유도 가열을 행하기 위한 유도 가열 코일이 비정상적으로 조립되었거나 단선된 경우에, IGBT 소자의 스위칭 신호가 입력되더라도 스위칭 동작을 실행하지 않도록 함으로써, 전자파 감쇄용 커패시터가 고주파 전류와 공진하여 발생하게 되는 과전류에 의해 IGBT가 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 전자파 감쇄용 커패시터를 충분히 큰 용량으로 설계할 수 있어 유도 가열시 발생하는 인체에 유해한 전자파를 효과적으로 감쇄시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 본 발명의 일 실시예로서 가정용 전기 밥솥을 예로 하여 설명하지만, 본 발명은 이뿐만 아니라, 유도 전류에 의한 발열을 이용한 모든 종류의 가열 장치를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 유도 가열 코일(WC)을 비롯한 각종 회로 장치를 내장한 유도 가열 장치 본체의 외솥에 가열 대상물이 수용된 내솥(41)을 장착한 후 유도 가열 동작을 실행하는 장치로서, 정류 및 평활부(10)와, 인버터부(20)와, 스위칭 제어부(30)와, IH 가열부(40)를 포함하여 이루어지고, 더욱, 전자파 감쇄부(60)와, 과전압 감시부(70)를 포함한다.

정류 및 평활부(10)는, 주로 가정용 상용 교류 전원(11)을 입력받고, 입력받은 교류 전원을 직류 전압 및 직류 전류를 갖는 직류 전원으로 정류 및 평활화한다. 이를 위하여, 정류 및 평활부(10)는, 정류를 위한 브리지 다이오드(12)와, 평활화를 위한 인덕터 및 커패시터를 갖는 평활 회로(14)를 구비할 수 있다(도 5 참조).

인버터부(20)는, 정류 및 평활부(10)로부터 정류되어 출력되는 직류 전원을 스위칭하여 출력함으로써, 연결되어 있는 IH 가열부(40)로 고주파 전류(고주파 공진 전류)가 흐르도록 한다. 이때, 본 실시예의 인버터부(20)는, 2개의 IGBT(Q1 및 Q2)를 하프 브리지 방식으로 결합하고, 각각의 IGBT(Q1 및 Q2)를 교대로 온/오프함으로써 직류 전원을 스위칭한다. 여기에서, 2개의 IGBT(Q1, Q2)가 결합된 접속점은 직류 전원이 스위칭되어 고주파 공진 전류로서 출력되는 출력단자가 된다.

스위칭 제어부(30)는, 마이컴(90)으로부터 유도 가열을 실행하고자 하는 구동 신호를 입력받으면, IH 가열부(40)를 구동하기 위한 고주파 공진 전류를 생성하기 위하여, 인버터부(20)에 구비된 IGBT(Q1, Q2)를 교대로 온/오프하기 위한 스위칭 신호를 각각의 IGBT(Q1 또는 Q2)에 대하여 독립적으로 출력한다. 이때, 동일한 신호를 단순히 역전시킴으로써 각각 스위칭하지 않고 독립적인 스위칭 신호에 의해 스위칭하는 이유는, 각 IGBT의 히스테리시스에 의한 완전한 온/오프 시간을 확보하 도록 하기 위해서 각각의 IGBT에 대한 온/오프 스위칭의 시간에 약간씩의 공백 기간을 두어야 하기 때문이다.

한편, 본 실시예에 있어서는, 이러한 스위칭 제어부(30)는 유도 가열 장치에 널리 사용되고 있는 ON Semiconductor® 에서 개발한 NCP1396 소자를 스위칭 소자(31)로서 사용한다.

이러한 스위칭 소자(31)는 다양한 신호를 입력으로 할 수 있는데. 본 발명에 적용되는 상기 스위칭 소자(31)는, 특히, BO 단자로 명칭되는 활성화/비활성화 제어 단자를 구비한다. 이 BO 단자로 high의 신호가 입력되고 상기 스위칭 소자(31)는 마이컴(90)으로부터의 구동 신호가 존재하는 경우 인버터부(20)의 스위칭을 지속적으로 수행하여 유도 가열을 실행한다. 하지만, BO 단자에 low 신호가 입력되는 경우에는 구동 신호의 유무에 관계 없이 스위칭 동작을 정지하게 된다.

IH 가열부(40)는, 스위칭 제어부(30)에서 출력되는 스위칭 신호에 의해 인버터부(20)에 하프 브리지 방식으로 구비된 2개의 IGBT(Q1, Q2)가 스위칭되어 교대로 온됨으로써 출력단으로부터 출력된 고주파 공진 전류를 이용하여, 유도 가열 코일(워킹 코일)(WC)에서 유도 발열을 행한다. 이 유도 발열에 의한 열에 의해 조리 용기(41) 내부에 수용된 음식물이 가열된다.

즉, IH 가열부(40)의 워킹 코일(WC)과 공진 커패시터(C1)와 저항(회로를 구성하는 도선 자체의 저항 또는 워킹 코일에서 발생하는 역기전력에 의한 저항 등)이 RLC 공진 회로를 이루게 되고, 이 RLC 공진 회로가 인버터부(20)를 통해 인가되는 고주파 공진 전류에 의해 공진하게 됨으로써 유도 가열 현상이 발생하게 되는 것이다.

한편, 스위칭 제어부(30)의 스위칭 소자(31)는 IH 가열부(40)의 공진 회로에 예를 들면, 약 35kHz의 공진 주파수가 발생하도록 적절한 주파수로 각각의 IGBT에 대하여 스위칭 신호를 출력한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에는, 전자파 감쇄부와 과전압 감시부가 더욱 추가된다.

전자파 감쇄부(60)는, 인버터부(20)에서 고주파 공진 전류를 출력하는 출력단자와 접지 사이에 배치되는 적어도 하나의 커패시터(C7; 전자파 감쇄용 커패시터)를 포함하여 이루어진다. 이 전자파 감쇄용 커패시터(C7)에 의해 고주파 공진 전류에 의한 또는 IH 가열부(40)에 발생하게 되는 전자기력에 의한 인체에 유해한 전자기파를 감쇄시킬 수 있다.

이러한 전자파 감쇄용 커패시터(C7)는 80 내지 300nF 범위의 용량을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 이와 같은 커패시터(C7)를 이용하여 전자파를 감쇄시키게 되면, 커패시터를 추가하는 간단한 회로 구성에 의해 소기의 목적을 달성할 수 있지만, 유도 가열 실행시 예기치 못한 문제를 발생시킬 수 있게 된다.

즉, 유도 가열 장치를 제조하는 과정에서, 워킹 코일(WC)이 정상적으로 정확하게 회로에 연결되도록 조립되지 않은 상태로 인버터부(20)의 스위칭이 개시되어 유도 가열 동작이 개시되면, IGBT의 첫번째 스타트에서 인가되는 전류가 전자파 감 쇄용 커패시터(C7)에 저장되게 되고, 이후 스위칭 신호의 두번째 플러스에서 전자파 감쇄용 커패시터(C7)에 저장된 에너지에 의해 IGBT에 과도한 전류가 인가되게 되고, 이후의 스위칭 신호의 플러스에서도 전자파 감쇄용 커패시터(C7)와의 공진에 의해 완전한 0전위 스위칭을 하지 못하여 IGBT에 피크(peak)성 전류가 계속 발생하게 된다. 이러한 피크성 전류는 IGBT에 과전압으로 작용하여 IGBT를 손상시킬 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 전자파 감쇄용 커패시터(C7)의 용량을 줄이는 방법이 있을 수 있는데, 이러한 방법으로는 IH 가열부(40)에서 발생하는 전자기파를 효과적으로 감쇄시킬 수 없다는 또다른 문제점을 유발한다.

또한, 상기 문제점을 해결하기 위한 또다른 방법으로, IGBT를 스위칭하는 최대 주파수를 변경시킬 수도 있는데, 이러한 방법은 유도 가열 장치의 동작 전력의 변경 가능한 범위를 제한하게 된다.

따라서, 전자파 감쇄용 커패시터(C7)를 적용함으로써 발생하는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 각각의 IGBT(Q1 또는 Q2)에 흐르는 전류 또는 전압을 지속적으로 감시하고, 순간적으로 상승하는 전압 및 전류에 신속하게 대응할 수 있도록, 다음과 같은 과전압 감시부(70)를 적용한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치에 적용되는 과전압 감시부(70)는, 인버터부(20)의 고주파 공진 전류에 의한 출력 전압의 크기를 감시하고, 그 출력 전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우에, high를 나타내는 제어 신호를 생성하여 스위칭 제어부(30)로 출력하게 된다. 스위칭 제어부(30)는 high의 제어 신호를 수신하는 즉시 IGBT(Q1 및 Q2)에 대한 스위칭 제어를 중단하게 되고, 이에 의해 인버터부(20)로부터의 고주파 공진 전류의 출력이 정지된다.

이때, 과전압 감시부(70)는, 고주파 공진 전류에 의한 출력 전압의 크기를 기준값과 직접 비교할 수 있지만, 하나 또는 복수의 전압 분배기를 이용하여 출력 전압의 크기를 특정의 비율로 감소시킨 후 비교기 등을 이용하여 기준 전압과 비교하는 것이 바람직하다. 또한, 출력되는 고주파 공진 전류 그대로 또는 특정 비율로 감소된 전압의 크기를 일정 시간 동안 유지하는 전압 홀드 회로(도시하지 않음)를 더 구비할 수도 있다.

또한, 과전압 감시부(70)는, 마이컴(90) 등으로부터 입력되는 인에이블 신호에 의해 감시 동작을 개시하는 것이 바람직하다. 즉, 인에이블 신호가 활성화된 상태에서 고주파 공진 전류에 의한 출력 전압(또는, 감압된 출력 전압)이 기준 전압을 초과하는 경우에만, 과전압 감시부(70)에서 스위칭 제어부(30)를 정지시키기 위한 제어 신호를 출력하도록 한다. 이에 의하면, 스위칭 제어부(30)의 동작이 원하지 않는 시점에 수시로 차단되는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 정상적인 동작하에서 스위칭 제어의 초기에 있어서 나타날 수 있는 일반적인 과전압에 의해 장치가 정지하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이와 같이, 과전압 감시부(70)는, 인버터부(20)의 출력 전압을 감소시키기 위한 전압 분배기로서의 감압 회로와, 감압된 전압을 기준 전압과 비교하기 위한 비교기로서의 비교 회로를 구비하게 된다(감압 및 비교 회로). 또한, 과전압 감시부(70)는, 감압 및 비교 회로(72)로부터의 비교 결과와 마이컴(90)으로부터의 인에 이블 신호를 이용하여 양자가 high일 때 제어 신호를 출력하기 위한 논리 회로(74)를 구비한다. 이러한 구성은 도 3을 참조하여 후술한다.

한편, 유도 가열 장치의 마이컴(90)은, 유도 가열 장치의 일측에 구비된 소정의 조작 입력 수단(도시하지 않음)으로 입력되는 사용자의 조작 명령에 따라서 또는 미리 설정되어 있는 프로그램 등에 따라서, 유도 가열 장치의 제반 동작을 제어한다. 이러한 제어에는, 정류 및 평활부(10)의 동작 및 스위칭 제어부(30)의 동작을 제어하기 위한 구동 신호의 출력 동작, 과전압 감시부(70)에서의 제어 신호 출력을 인에이블 및 디스에이블시키기 위한 인에이블 신호의 출력 동작 등이 포함될 수 있다.

다음, 도 3을 참조하여, 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 좀 더 상세한 회로 구성 및 동작에 대하여 설명한다.

정류 및 평활부(10)에는 상용 교류 전원(11)이 입력되며, 정류 및 평활화된 직류 전원이 출력된다.

인버터부(20)는 2개의 IGBT(Q1 및 Q2)가 다이오드(D4 및 D5)와 함께 출력단자를 공통으로 하는 하프 브리지 방식으로 연결되어 있다. 즉, 상부측 IGBT(Q1)의 드레인과 하부측 IGBT(Q2)의 소스가 공통으로 연결되어 있으며, 상부측 IGBT(Q1)의 소스와 드레인에 걸쳐 다이오드(D4)가 배치되어 있고, 하부측 IGBT(Q2)의 소스와 드레인에 걸쳐 다이오드(D5)가 배치되어 있다.

정류 및 평활부(10)로부터의 직류 전원은 상부측 IGBT(Q1)의 소스로 입력되 도록 연결되며, 하부측 IGBT(Q2)의 드레인에는 접지가 연결되어 있다. 상부측 IGBT(Q1) 및 하부측 IGBT(Q2)의 각각의 게이트 및 공통단자(출력 단자)는 스위칭 제어부(30)(또는, 스위칭 신호에 따라 온/오프 신호를 출력하는 스위칭 소자)에 독립적으로 연결된다.

스위칭 제어부(30)는, 마이컴(90)의 구동 신호가 입력되는 동안, 그리고 과전압 감시부(70)로부터 high를 나타내는 제어 신호가 입력되는 동안 인버터부(20)의 각각의 IGBT(Q1 및 Q2)로 스위칭 신호를 출력한다.

이와 같이 인버터부(20)의 출력 단자로부터 출력되는 전류는 워킹 코일(WC) 및 공진 커패시터(C1)를 거치는 루프를 따라 흐르게 된다. 이 전류는 고주파 유도 전류가 된다.

한편, 출력 단자와 접지 사이에는 고주파 공진 전류 또는 유도 가열 코일(WC)에서 발생하는 전자파를 감쇄시키기 위한 전자파 감쇄용 커패시터(C7)가 연결되어 있다. 이 전자파 감쇄용 커패시터(C7)는 전자파 감쇄부(60)를 구성한다.

또한, 출력 단자로부터의 고주파 공진 전류를 감시하기 위하여, 출력 단자에는 과전압 감시부(70)가 연결된다. 과전압 감시부(70)는, 감압 및 비교 회로(72)와 반전 회로(73)와 논리 회로(74)로 구성된다.

감압 및 비교 회로(72)는, 주로 저항을 이용하여 출력 단자에 나타나는 고주파 공진 전류에 의한 출력 전압을 감압하고, 감압된 출력 전압을 기준 전압과 비교한다. 비교의 결과에 있어서, 감압된 출력 전압이 기준 전압보다 큰 경우에는 high를 출력하고, 기준 전압보다 작은 경우에는 low를 출력하게 된다.

이러한 감압 및 비교 회로(72)는 복수의 저항과 하나 또는 복수의 버퍼와 비교기를 포함할 수 있다.

반전 회로(73)는 비교의 결과를 반전한다. 즉, 비교 결과로서 출력되는 신호가 high일 때에는 low로 반전하고, low일 때에는 high로 반전한다. 이에 의해, 출력 단자로부터의 출력 전압을 감압한 전압이 기준 전압을 초과하는 경우(인버터부의 IGBT로 급격한 과전류가 흐르게 되는 경우)에는 low의 신호를 출력하고, 그렇지 않은 정상 상태에는 high 신호를 출력하게 된다.

논리 회로(74)는, 감압 및 비교 회로(72)에 의한 비교 결과를 반전한 신호와 마이컴(90)으로부터 입력되는 인에이블 신호를 결합하여, 어느 하나의 신호가 low를 나타내는 경우 스위칭 제어부(30)에 대하여 제어 신호를 출력한다. 이와 같은 논리 회로(74)는, 도 4를 참조하여 이해할 수 있으며, 상세한 내용은 후술한다.

도 4는 도 3에 도시된 과전압 감시부의 논리 회로 및 스위칭 제어부의 일부를 도시한 회로도이다. 도 4를 참조하면, 논리 회로(74)는, 스위칭 소자(31)의 활성화/비활성화를 제어하는 BO 단자로 연결된 5V_REF 입력에 트랜지스터(Q5)의 콜렉터가 결합되어 있고, 트랜지스터(Q5)의 베이스에는 VCC 입력과 트랜지스터(Q4) 콜렉터가 동시에 결합되어 있고, 트랜지스터(Q4)의 베이스에는 감압 및 비교 회로(72)와 반전 회로(73)를 통해 출력되는 신호인 PW_OUT_A와 트랜지스터(Q6)의 콜렉터가 동시에 연결되어 있다. 트랜지스터(Q6)의 베이스에는 VCC 입력과 트랜지스터(QE)의 콜렉터가 연결되어 있다. 트랜지스터(QE)의 베이스로는 마이컴의 인에이 블 신호가 입력된다. 모든 트랜지스터들의 에미터는 접지에 연결된다.

이러한 구성에 의하면, 트랜지스터(QE)의 베이스로 high의 인에이블 신호가 입력된 상태에서는, PW_OUT_A의 출력이 high인 경우에 스위칭 소자(31)의 BO 단자에는 5V_REF가 연결되어 high가 됨으로써 스위칭 소자(31)가 정상적인 스위칭 신호를 출력할 수 있게 되고, PW_OUT_A의 출력이 low라면 스위칭 소자(31)의 BO 단자로 low가 입력되는 것이 되어 스위칭 소자(31)의 동작이 정지된다.

한편, PW_OUT_A는 트랜지스터(Q4)의 베이스에 적어도 두 개의 저항(R47, R49)을 거쳐 결합된다. 또한, 이 저항들(R47, R49)의 연결점은 커패시터(C15)를 통해 접지에 연결된다. 이 저항들(R47, R49) 및 접지로 연결된 커패시터(C15)는, 인에이블 입력이 low가 되어 트랜지스터(Q6)가 활성화되고 동시에 PW_OUT_A가 high로 입력되면 트랜지스터(Q4)의 베이스를 플로팅 상태로 만들게 됨으로써, 트랜지스터(Q4)를 완전한 비활성화 상태로 한다. 따라서, 인에이블 신호가 low인 경우에는 PW_OUT_A로부터의 신호가 BO 단자로의 신호 입력에 영향을 미치는 것을 완전히 차단할 수 있게 된다.

커패시터(C15)는, PW_OUT_A 또는 VCC에 섞여 트랜지스터(Q6)를 통해 입력되는 불필요한 노이즈를 제거하는 기능을 수행한다.

도 5는 정류 및 평활부, 인버터부 및 IH 가열부, 그리고 스위칭 제어부의 일부에 대한 회로도이다. 교류 전원은 정류 및 평활부(10)의 정류 회로 및 평활 회로를 통과하면서 직류 전원(VS)으로 변환되고, 직류 전원(VS)은 인버터부(20)의 IGBT(Q1)로 입력된다. 접지는 IGBT(Q2)에 연결된다.

스위칭 제어부(30)를 구성하는 스위칭 소자(31)의 MUPPER 단자 및 MLOWER 단자로부터는, 상부측 IGBT(Q1) 및 하부측 IGBT(Q2)의 온/오프를 독립적으로 제어하기 위하여 각각의 스위칭 신호가 출력된다.

2개의 IGBT(Q1 및 Q2)의 공통 단자인 출력 단자(PW_OUT)는, 전자파 감쇄용 커패시터(C7)를 통해, 또한, 워킹 코일(WC) 및 공진 커패시터(C1)를 통해 접지에 연결된다.

도 6은, 스위칭 소자의 내부 회로 구성을 개략적으로 나타낸 것으로서, BO 단자에 의한 스위칭 차단 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도면을 참조하면, 스위칭 소자(31)의 BO 단자로의 입력은 버퍼와 노이즈 필터를 통과한 후 AND 게이트에 입력된다. AND 게이트의 또다른 입력에는 스위칭 소자(31)가 동작하게 되는 최대 주파수와 최저 주파수 사이의 소정 주파수를 갖는 클럭을 발진하는 발진 회로의 출력이 연결된다. 이에 의해 BO 단자로부터의 입력과 발진 회로의 출력에 의해 어느 하나의 IGBT를 온/오프시키기 위한 스위칭 신호가 생성된다(본 도면에서는 하부측 IGBT(Q2)에 대한 스위칭 신호로 한다). 그리고 이렇게 생성된 스위칭 신호는 분기되어 레벨 시프터를 통과하여 또하나의 IGBT(상부측 IGBT)에 대한 스위칭 신호로서 출력된다.

이와 같이. BO 단자로의 입력은 각각의 IGBT(Q1, Q2)를 스위칭하기 위한 신호와 AND 연산되도록 함으로써, IGBT(Q1, Q2)의 스위칭을 제어할 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 워킹 코일이 조립시에 정상적으로 연결되지 않은 경우에, 전자파 감쇄용 커패시터에 의한 공진에 의해 발생한 과전류에 의해 IGBT가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 워킹 코일과 공진 커패시터에서 적절한 에너지 소모가 발생하지 않아서 IGBT에 역기전력이 작용하는 경우를 감지하여 IGBT의 스위칭을 정지하도록 함으로써, IGBT에 고전압이 인가됨으로써 IGBT가 손상되는 것을 방지한다.

도 1은 일반적인 유도 가열 장치의 내부 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성을 더욱 상세히 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3에 도시된 과전압 감시부의 논리 회로 및 스위칭 제어부의 일부를 도시한 회로도이다.

도 5는 정류 및 평활부, 인버터부 및 IH 가열부, 그리고 스위칭 제어부의 일부에 대한 회로도이다.

도 6은, 스위칭 소자의 내부 회로 구성을 개략적으로 나타낸 것으로서, BO 단자에 의한 스위칭 차단 원리를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (7)

1. 입력되는 고주파 전류에 의해 조리용기를 가열하는 유도 가열 코일과,

   상기 유도 가열 코일과 접지 사이에 직렬로 연결된 공진 커패시터와,

   상용 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 정류하고 평활화하는 정류 및 평활부와,

   상기 정류 및 평활부로부터의 직류 전원을 스위칭하도록 하프 브리지 방식으로 직렬로 연결된 2개의 IGBT를 포함하고, 상기 직렬로 연결된 2개의 IGBT의 일단은 상기 직류 전원에 연결되고 타단은 접지에 연결되며, 각 IGBT의 상호연결지점은 출력단자로서 상기 유도 가열 코일에 연결된 인버터부와,

   상기 유도 가열 코일에 상기 고주파 전류를 인가하기 위하여 상기 인버터부의 상기 2개의 IGBT 각각의 구동을 제어하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 제어부와,

   상기 인버터부에서 출력되어 상기 유도 가열 코일로 공급되는 상기 고주파 전류에 의해 발생하는 전자파를 감쇄시키기 위하여 상기 출력단자와 접지 사이에 연결된 전자파 감쇄용 커패시터를 포함하는 전자파 감쇄부와,

   상기 인버터부의 상기 출력단자의 전압이 상기 전자파 감쇄용 커패시터와 공진하여 기준 전압을 초과하는 경우에 상기 유도 가열 코일이 상기 출력 단자와 정확하게 연결되지 않은 것으로 판정하고 상기 스위칭 제어부의 동작을 정지시키기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 과전압 감시부를 포함하는 유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 과전압 감시부는, 상기 인버터부의 상기 출력단자의 전압을 분배하고 분배된 상기 출력 단자의 전압과 상기 기준 전압을 비교하는 감압 및 비교 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 감압 및 비교 회로는, 상기 인버터부의 상기 출력 단자 양단의 전압을 측정하기 위한 저항 및 상기 저항 양단의 전압이 소정값을 넘어서는 경우 구동하는 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 과전압 감시부는, 인에이블 입력단을 구비하고, 상기 인에이블 입력단으로 인에이블 신호를 입력받은 상태에서 상기 유도 가열 코일이 상기 출력 단자에 정확하게 연결되지 않은 것으로 판정되는 경우에 상기 스위칭 제어부의 동작을 정지시키기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 논리 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 전자파 감쇄부의 상기 전자파 감쇄용 커패시터는 80 내지 300nF 범위의 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일의 연결 불량에 의한 회로 손상 방지 기능을 구비한 유도 가열 장치.

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