KR101186217B1 - Induction heating apparatus for protecting error by resonance - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상호 병렬 연결된 워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용으로 워킹코일에 발생되는 공진전압(즉, 유도전류에 의한 전압)에 의한 자장에 기인한 전자기 유도효과로 워킹코일 위에 올려진 가열 대상물(예; 조리용기)에 와전류를 유도하여 조리용기를 가열시키는 전압 공진형 유도가열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전압 공진형 방식의 특성에 기인하여 스위칭 소자에 입력 상용전압의 3~4배 정도의 고전압이 걸려 스위칭 소자가 파손되지 않도록, 워킹코일에 발생되는 공진전압을 감지하여 과전압인 경우에 드라이버를 정지(즉, 오프)시켜 스위칭 소자를 보호하되, 공진전압 파형에서 과전압 구간이 극히 짧아, 제어부가 이를 정상적으로 감지하지 못하는 것을 방지하고, 아울러 정상적으로 감지하였다 하여도 일정시간 스위칭 소자의 스위칭을 정지시켜 극히 짧은 과전압 구간 이후에 정상 전압으로 판단(감지)하여 즉시 스위칭 소자가 스위칭 동작을 계속함으로써 보다 큰 공진전압이 발생되는 것을 방지함으로써, 보다 확실하게 스위칭 소자를 보호하는 스위칭소자 보호 기능이 구비된 전압 공진형 유도가열장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스위칭소자 보호 기능이 구비된 전압 공진형 유도가열장치는 워킹코일; 상기 워킹코일과 병렬 연결된 공진 콘덴서; 상기 공진 콘덴서에 직류전원을 공급하는 직류부; 온오프 스위칭하여 상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간에 공진작용이 발생되도록 하는 스위칭소자; 상기 스위칭소자를 온오프시키는 드라이버; 상기 드라이버를 제어하는 제어부; 상기 워킹코일의 출력 공진전압을 감지하는 감지부; 상기 감지부에서 과전압이 감지되면, 상기 드라이버의 구동을 일정시간 정지시켜 상기 스위칭소자를 보호하는 보호부;를 포함하여 이루어진다.
The present invention provides a heating object (eg, a heating object mounted on a working coil due to an electromagnetic induction effect due to a magnetic field caused by a resonance voltage generated in the working coil (ie, a voltage caused by an induced current) due to the resonance between the working coil and the resonance capacitor connected in parallel. It relates to a voltage resonant induction heating device for heating the cooking vessel by inducing eddy currents to the cooking vessel, more specifically, due to the characteristics of the voltage resonant type method of the input voltage to the switching element of about 3 to 4 times In order to prevent the switching element from being damaged due to high voltage, the switching coil is sensed to protect the switching element by stopping the driver (i.e., turning it off) in the case of an overvoltage, and the overvoltage section is extremely short in the resonance voltage waveform. Prevents this from being detected normally, and even if it detects it normally, Switching device protection function that protects the switching device more reliably by stopping the switching and judging (detecting) the normal voltage after an extremely short overvoltage period to prevent the switching element from immediately generating a larger resonance voltage by continuing the switching operation. The present invention relates to a voltage resonant induction heating device provided.
Voltage resonant induction heating device with a switching element protection function according to the present invention comprises a working coil; A resonance capacitor connected in parallel with the working coil; A direct current unit supplying a direct current power source to the resonant capacitor; A switching element for turning on and off to generate a resonance action between the working coil and the resonance capacitor; A driver for turning on and off the switching device; A controller for controlling the driver; A detector configured to detect an output resonance voltage of the working coil; And a protection unit protecting the switching element by stopping the driving of the driver for a predetermined time when the overvoltage is detected by the detection unit.

Description

공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치{Induction heating apparatus for protecting error by resonance}Induction heating apparatus for protecting error by resonance

본 발명은 상호 병렬 연결된 워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용으로 워킹코일에 발생되는 공진전압(즉, 유도전류에 의한 전압)에 의한 자장에 기인한 전자기 유도효과로 워킹코일 위에 올려진 가열 대상물(예; 조리용기)에 와전류를 유도하여 조리용기를 가열시키는 전압 공진형 유도가열장치에 관한 것으로서, The present invention provides a heating object (eg, a heating object mounted on a working coil due to an electromagnetic induction effect due to a magnetic field caused by a resonance voltage (ie, a voltage caused by an induced current) generated in the working coil by a resonance between the working coil and the resonance capacitor connected in parallel. It relates to a voltage resonant induction heating device for heating the cooking vessel by inducing eddy current to the cooking vessel,

보다 상세하게는 워킹코일에 인접 배치되어 워킹코일에 공진전압이 발생시키는 인버터보드와, 인버터보드에서 떨어져 배치되며 입력부와 디스플레이부를 구비하여 사용자의 조작을 위한 제어보드에서, 공진작용에 따른 악영향을 받는 전자소자들을 인버터보드에서 떨어져 배치된 제어보드에 장착하여 악영향을 최소화하고, 그에 따라 유도가열장치의 정밀한 제어와 파손을 예방하는 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치에 관한 것이다.
More specifically, an inverter board disposed adjacent to the working coil to generate a resonance voltage in the working coil, and disposed away from the inverter board, and having an input unit and a display unit, the control board for user manipulation, which is adversely affected by the resonance action. The present invention relates to a voltage resonant induction heating apparatus in which electronic devices are mounted on a control board disposed away from an inverter board, thereby minimizing adverse effects, and thus preventing adverse effects due to resonant action that prevents precise control and breakage of the induction heating apparatus.

전압 공진형 방식의 특성에 기인하여 스위칭 소자에 입력 상용전압의 3~4배 정도의 고전압이 걸려 스위칭 소자가 파손되지 않도록, 워킹코일에 발생되는 공진전압을 감지하여 과전압인 경우에 드라이버를 정지(즉, 오프)시켜 스위칭 소자를 보호하되, Due to the characteristics of the voltage resonant type, the driver is stopped in case of overvoltage by detecting the resonance voltage generated in the working coil so that the switching element is not damaged because the switching element is subjected to high voltage about 3-4 times the input commercial voltage. That is, off to protect the switching element,

공진전압 파형에서 과전압 구간이 극히 짧아, 제어부가 이를 정상적으로 감지하지 못하는 것을 방지하고, 아울러 정상적으로 감지하였다 하여도 일정시간 스위칭 소자의 스위칭을 정지시켜 극히 짧은 과전압 구간 이후에 정상 전압으로 판단(감지)하여 즉시 스위칭 소자가 스위칭 동작을 계속함으로써 보다 큰 공진전압이 발생되는 것을 방지함으로써, 보다 확실하게 스위칭 소자를 보호하는 스위칭소자 보호 기능이 구비된 전압 공진형 유도가열장치에 관한 것이다.
The overvoltage section of the resonant voltage waveform is extremely short, preventing the controller from detecting it normally, and stopping the switching of the switching element for a certain time even if it detects normally, thus determining (detecting) the normal voltage after the extremely short overvoltage section. A voltage resonant induction heating apparatus having a switching element protection function which more reliably protects the switching element by preventing the switching element from immediately generating a larger resonance voltage by continuing the switching operation.

전압 공진형 유도가열장치는 워킹코일에 흐르는 유도전류의 표피효과를 이용하여 가열 대상물을 가열시키는 장치로서, 에너지 효율을 극대화한 장치이다.
The voltage resonant induction heating device is a device for heating a heating object by using the skin effect of an induction current flowing in a working coil, and maximizes energy efficiency.

도1은 등록특허 제0904236호에 도시되어 있는 종래기술에 따른 전압 공진형 유도 가열장치의 회로도를 도시한 것으로서, 도면에서 보는 바와 같이 종래기술에 따른 일반전인 전압 공진형 유도 가열장치는1 is a circuit diagram of a voltage resonant type induction heating apparatus according to the prior art shown in Patent No. 0904236. As shown in the drawing, a voltage resonant induction heating apparatus according to the prior art is shown in FIG.

상호 병렬 연결되어 공진작용을 하는 워킹코일(800)과 공진 콘덴서(810), The working coil 800 and the resonance condenser 810 are connected in parallel to each other to perform a resonance action.

공진작용이 발생되도록 온오프 스위칭하는 스위칭 소자(710),Switching element 710 for switching on and off so that the resonance action,

스위칭 소자를 온오프 시키는 드라이버(700), Driver 700 for turning on and off the switching element,

발진신호를 드라이버로 입력하여 드라이버를 제어하는 제어부(600),Control unit 600 for controlling the driver by inputting the oscillation signal to the driver,

입력 상용전원(100)을 정류 및 평활하여 직류전원화하여 공진 콘덴서에 공진전원을 공급하는 브릿지다이오드 및 코일, Bridge diode and coil for rectifying and smoothing the input commercial power supply (100) into DC power to supply resonant power to the resonant capacitor,

입력 상용전원의 전압과 전류를 감지하고 비교하여 제어부에 전송하는 전압보상부(200), 전류보상부(300), 전압전류 비교부(400), The voltage compensator 200, the current compensator 300, the voltage current comparator 400 for detecting and comparing the voltage and the current of the input commercial power and transmitting the same to the controller.

워킹코일의 양단 공진전압을 감지하여 위상차를 추출하는 트리거부(미도시)로 구성된다. It is composed of a trigger unit (not shown) for detecting the phase difference by detecting the resonance voltage at both ends of the working coil.

그리고 제어부(600)는 전압전류 비교부(400)에서 입력되는 보상신호의 크기에 따라 발진신호의 온타임 길이를 결정하고, 트리거부가 추출한 위상차를 동기화하여 발진신호의 턴온 시점을 결정한다.
The controller 600 determines the on-time length of the oscillation signal according to the magnitude of the compensation signal input from the voltage current comparator 400, and determines the turn-on time of the oscillation signal by synchronizing the phase difference extracted by the trigger unit.

그리고 상기 유도가열장치 회로도의 구성요소들은 전자소자들로서 PCB보드에 장착된다. The components of the induction heater circuit diagram are mounted on the PCB board as electronic elements.

유도가열장치에서 PCB보드는 워킹코일에 인접하여 배치되어, 워킹코일에 공진작용으로 공진전압이 발생되도록 하는 인버터보드와, 사용자의 조작을 위한 입력부와 디스플레이부를 구비한 제어보드가 있다.
In an induction heating apparatus, a PCB board is disposed adjacent to a working coil, and there is an inverter board for generating a resonance voltage by a resonance action on the working coil, and a control board having an input unit and a display unit for user manipulation.

도5는 종래기술에서 인버터보드(1)와 제어보드(3)에 장착되는 구성요소들을 도시한 것이다. 5 shows the components mounted to the inverter board 1 and the control board 3 in the prior art.

참고로, 도5에서 사용한 도면부호는 본 발명에 따른 유도가열장치에 사용한 도면부호와 최대한 일치되도록 하였다.
For reference, the reference numerals used in FIG. 5 are made to coincide with the reference numerals used in the induction heating apparatus according to the present invention.

도5에서 보는 바와 같이 종래기술에 따른 전압 공진형 유도가열장치는 인버터보드(1)에 대부분의 전자소자, 즉, 공진 콘덴서(C3), 트리거회로(20), 인버터마이컴(50A) 등이 장착되고, 제어보드(3)에는 제어마이컴(50B)과, 사용자 조작을 위한 버튼과 디스프레이부가 장착된다. As shown in FIG. 5, the voltage resonant induction heating apparatus according to the related art is equipped with most electronic devices, that is, the resonant capacitor C3, the trigger circuit 20, and the inverter microcomputer 50A, etc., on the inverter board 1. The control board 3 is equipped with a control microcomputer 50B, a button and a display unit for user operation.

참고로, 상기 인버터마이컴(50A)은 드라이버(60)와, 전류검출회로(80)와, 전압검출부(70)와, 제어부(50)의 일부를 포함하고, 상기 제어마이컴(50B)는 제어부(50)의 나머지 일부를 포함한다.
For reference, the inverter microcomputer 50A includes a driver 60, a current detection circuit 80, a voltage detector 70, and a part of the controller 50, and the control microcomputer 50B includes a controller ( And the remaining part of 50).

그런데 위와 인버터보드에 대부분의 전자소자를 장착하는 경우에는 워킹코일(SW)과 공진 콘덴서(C3) 간의 공진작용에 따라 발생하는 고주파에 트리거부(20)와 인버터마이컴(50A)이 영향을 받고, 그에 따라 유도가열장치의 제어가 정밀하게 되지 못하고, 스위칭소자(Q1)가 파손되는 문제가 발생한다. However, in the case where most electronic devices are mounted on the inverter board and above, the trigger unit 20 and the inverter microcomputer 50A are affected by the high frequency generated by the resonance action between the working coil SW and the resonance capacitor C3. As a result, the control of the induction heating apparatus is not precise, and the switching element Q1 is damaged.

특히, 공진작용에 따른 고주파의 영향으로 트리거부(20)에 노이즈가 유입되어 턴온시점 결정에 오류가 발생되고, 전류검출회로(80)와, 전압검출부(70)에도 노이즈가 유입되어 온타임 결정에 오류가 발생될 위험이 높다. In particular, noise is introduced into the trigger unit 20 due to the influence of the high frequency caused by the resonance action, and an error occurs in the turn-on time determination, and noise is also introduced into the current detection circuit 80 and the voltage detector 70 to determine the on-time. There is a high risk of errors occurring.

그리고 이러한 오류가 발생하면 유도가열장치의 정밀한 제어가 어렵게 될 뿐만 아니라 스위칭소자(Q1)에 인가되는 온오프 스위칭 신호의 변형으로 스위칭 소자가 파손될 수도 있다.
In addition, when such an error occurs, precise control of the induction heating apparatus becomes difficult, and the switching element may be damaged by deformation of the on / off switching signal applied to the switching element Q1.

따라서, 워킹코일(WC)과 공진 콘덴서(C3) 간의 공진작용에 따른 악영향을 최소화할 필요가 절실히 제기되고 있다. Therefore, there is an urgent need to minimize the adverse effects of the resonance between the working coil WC and the resonant capacitor C3.

그런데 종래기술에 따른 전압 공진형 유도가열장치에서는 대부분 공진작용에 따른 악영향을 예방할 수 있는 별도의 수단을 별도로 구비하지 않는다. However, the voltage resonant induction heating apparatus according to the prior art does not include a separate means for preventing the adverse effects due to the resonance action in most cases.

종래기술에서 공진작용에 따른 악영향을 줄이는 방법으로 사용하는 것 중에 하나가 전자소자들을 고품질의 고가를 사용하는 것인데, 이는 제조원가의 급격한 상승을 부르고, 제조원가 상승에 비해 그 효과가 미비하다. One of the methods of reducing the adverse effect of the resonance in the prior art is to use high-quality high-cost electronic devices, which leads to a sharp increase in manufacturing costs, which is insignificant compared to the increase in manufacturing costs.

또 다른 방법으로 공진작용에 따라 발생하는 고주파가 영역 안으로 유입되지 않도로 차단하는 차단판이나, 고주파에 의해 유입되는 노이즈를 제거하는 필터 등을 구비하는 것인데, 이 또한 급격한 제조원가 상승을 유발한다.
Another method is to include a blocking plate that blocks high frequency generated by the resonant action from entering the area, a filter for removing noise introduced by the high frequency, etc., which also causes a rapid increase in manufacturing cost.

그리고 공진작용에 따른 악영향의 다른 하나가 고온의 열 발생이며, 전자소자들 중에는 고온에 민감하게 반응하여 오동작하는 것들이 많다. 그래서 공진작용으로 발생되는 고온의 열에 의한 악영향을 줄이기 위해서는 용량과 사이즈가 큰 방열체와 송풍팬들을 필요로 한다.
The other adverse effect of the resonance is high temperature heat generation, and many electronic devices are sensitive to high temperature and malfunction. Therefore, in order to reduce the adverse effect of the high temperature heat generated by the resonance action, a heat sink and a blower fan having a large capacity and size are required.

그리고 유도가열장치는 대표적으로 1석식 전압 공진형과, 2석식 하브-브리지 방식이 있다. Induction heating apparatuses are typically a one-stage voltage resonance type and a two-seat half-bridge system.

1석식 전압 공진형 유도가열장치는 워킹코일에 공진작용이 발생되도록 하는 스위칭 소자가 하나로 구성되고, 2석식 하프-브리지 방식은 스위칭소자가 상측과 하측의 두개로 구성되며 서로 교대로 스위칭한다.
One-stage voltage resonant induction heating device is composed of one switching element to generate a resonance action on the working coil, two-stage half-bridge system is composed of two switching elements of the upper side and the lower side and alternately switching.

1석식 전압 공진형 유도가열장치는 회로가 간단하고 제어가 간편하여 널리 사용되고 있지만, 스위칭 소자에 입력 상용전압의 3~4배 정도의 고전압이 걸려 스위칭 소자가 스위칭 소자가 쉽게 파손되는 문제가 있다. The single-stage voltage resonant induction heating apparatus is widely used because of its simple circuit and easy control, but the switching element is easily damaged because the switching element is subjected to a high voltage of about 3 to 4 times the input commercial voltage.

이처럼 전압 공진형 유도가열장치에서 스위칭 소자에 고전압이 걸리는 문제가 있어, 스위칭 소자는 일반적으로 고전압 및 고주파에 강한 IGBT를 주로 사용하고 있지만, IGBT도 과전압에 견딜 수 있는 한계치인 파손 전압에 한계가 있다. As the voltage resonant induction heating device has a problem in that a high voltage is applied to the switching element, the switching element generally uses an IGBT that is resistant to high voltage and high frequency, but the IGBT also has a limit in the breakdown voltage, which is a limit value that can withstand overvoltage. .

따라서 과전압으로부터 스위칭 소자를 보호할 수 있는 수단이 절실히 요구되고 있다. Therefore, there is an urgent need for a means for protecting the switching element from overvoltage.

그런데 종래기술에서는 과전압으로부터 스위칭 소자를 보호할 수 있는 수단이 별도로 구비되어 있지 않다.
In the prior art, however, no means for protecting the switching element from overvoltage is provided.

도1과 위의 종래기술에 대한 설명에서 알 수 있듯이, 종래기술에 따른 전압 공진형 유도가열장치에는 스위칭 소자에 걸리는 전압(즉, 워킹코일의 출력 공진전압)을 감지하여, 과전압으로부터 스위칭 소자를 보호하는 수단이 구비되어 있지 않다.
As can be seen in FIG. 1 and the description of the prior art, the voltage resonant induction heating apparatus according to the prior art senses the voltage applied to the switching element (that is, the output resonance voltage of the working coil), and detects the switching element from the overvoltage. There is no means for protection.

종래기술에서 스위칭 소자에 걸리는 과전압을 감지하지 아니하는 것은 공진전압에서 과전압이 발생되는 초기 시점을 감지하기 어렵기 때문이다. In the prior art, the overvoltage applied to the switching element is not detected because it is difficult to detect an initial time point at which the overvoltage occurs at the resonance voltage.

도3은 본 발명에 따른 전압 공진형 유도가열장치에서 주요 구성요소들에서의 입출력 파형을 도시한 것인데, 도3에서 위의 파형들을 참조하여, 종래기술에서 과전압을 감지하지 못한 이유를 설명하면 다음과 같다.
Figure 3 illustrates the input and output waveforms of the main components in the voltage resonant induction heating apparatus according to the present invention. Referring to the above waveforms in Figure 3, the reason for not detecting the overvoltage in the prior art Is the same as

스위칭소자(IGBT)는 공진작용으로 점차 온타임이 길어지도록 온오프 스위칭하여 구형파를 발생시키고, 그에 따라 워킹코일은 진폭이 점차로 커지는 삼각파의 공진전압(CP2(-))를 출력한다. 이 출력 공진전압(CP2(-))은 스위칭소자에 걸리는 걸린다. The switching element IGBT is switched on and off so that the on-time is gradually longer due to the resonant action to generate a square wave. Accordingly, the working coil outputs the resonance voltage CP2 (−) of the triangular wave whose amplitude is gradually increased. This output resonance voltage CP2 (-) is applied to the switching element.

그리고 진폭이 점차로 커지는 출력 공진전압은 어느 시점이 되면 그 피크치가 스위칭소자를 보호하기 위한 보호전압(CP2(+))을 넘어선다. At some point, the output resonance voltage of which amplitude increases gradually exceeds its protection voltage CP2 (+) for protecting the switching element.

그런데 출력 공진전압 파형에서 보호전압을 넘는 부분의 시간은 극히 짧고, 일반적으로 피크치가 최초로 보호전압을 넘는 부분은 1us 이하이다. However, the time over the protection voltage in the output resonance voltage waveform is extremely short, and in general, the portion where the peak value exceeds the protection voltage for the first time is less than 1us.

그래서 공진전압 파형에서 직접 최초로 보호전압을 넘어서는 공진전압을 넘는 시점을 감지해 내는 것은 현실적으로 불가능하다고 할 수 있다. Therefore, it is practically impossible to detect the point of time beyond the resonance voltage beyond the protection voltage for the first time in the resonance voltage waveform.

최초로 보호전압을 넘는 공진전압이 발생한 이후에 발생되는 공진전압은 보호전압을 넘는 시간이 점차로 점차로 길어져 이를 감지해 낼 수 있게 되지만, 최초로 보호전압을 넘고 난 뒤, 한 두번 후에 발생되는 공진전압 파형의 피크치는 스위칭소자가 파손되는 파손전압을 넘게 된다. The resonance voltage generated after the first resonant voltage exceeding the protection voltage is gradually longer than the protection voltage, so that it can be detected. The peak value exceeds the breakdown voltage at which the switching element breaks.

따라서 보호전압이 최초로, 또는 적어도 두 번째 발생한 시점의 공진전압 파형으로부터 과전압(즉, 피크치가 보호전압을 넘어 섬)을 감지해 내야 한다. Therefore, the overvoltage (i.e., the peak value exceeds the protection voltage) must be detected from the resonance voltage waveform at the time of the first or at least second occurrence of the protection voltage.

그런데, 종래기술에서는 이처럼 극히 짧은 시간 동안에 발생되는 과전압을 감지할 수가 없어서, 그 필요성에도 불구하고 과전압의 감지수단과 감지 결과로 스위칭소자를 제어하여 보호하는 수단을 구비하지 못하였다.
However, in the prior art, it is not possible to detect the overvoltage generated in such an extremely short time, and despite the necessity, it has not been provided with a means for detecting and controlling the switching element as a result of the detection of the overvoltage.

그리고 설사 피크치가 보호전압(과전압)을 넘어서는 초기 시점의 공진전압을 감지하더라도, 문제는 공진전압 파형에서 과전압 구간이 극히 짧아서 과전압으로 감지하였다가도 즉시로 보호전압 이하의 정상전압으로 감지되므로, 이후에도 공진작용은 지속된다는 것이다. And even if the peak value detects the resonant voltage at the initial time exceeding the protection voltage (overvoltage), the problem is that the overvoltage section is extremely short in the resonant voltage waveform, so even if it is detected as overvoltage, it is immediately detected as the normal voltage below the protection voltage. The action lasts.

즉, 공진전압 파형의 피크치가 예정된 크기 보다는 조금 작을 수 있지만, 피크치가 점차 커지는 공진작용은 계속되므로, 극히 짧은 순간에 발생되는 과전압을 감지하는 것만으로는 큰 의미가 없고, 과전압을 최초로 감지한 시점 이후로 일정시간 이상 스위칭 소자가 스위칭을 정지하도록 하여 공진작용을 일정시간 정지시켜 공진전압 파형의 피크치를 확 줄인 후에 다시 공진작용이 발생하도록 하여야 한다. In other words, although the peak value of the resonant voltage waveform may be slightly smaller than the predetermined size, the resonance action continues to increase as the peak value continues, so it is not meaningful to merely detect the overvoltage occurring at an extremely short moment, and the point of time when the overvoltage is first detected. After that, the switching element stops switching for a certain period of time to stop the resonant action for a certain time to reduce the peak value of the resonant voltage waveform and to cause the resonant action to occur again.

본 발명은 위와 같이 종래기술에 따른 전압 공진형 유도가열장치가 갖는 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, The present invention has been made to solve the problem of the voltage resonance type induction heating apparatus according to the prior art as described above,

워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용 고주파, 노이즈, 고온 등에 악영향을 받아, 유도가열장치의 제어야 악영향을 줄 수 있는 전자소자들을 인버터보드에서 떨어진 제어보드에 장착하고, 케넥터(J1, J2)를 통해 전기적 신호의 송수신은 정상적으로 이루어지도록 함으로써, 제조원가의 상승은 거의 없으면서, 오동작이나 파손 등을 예방하여 정밀하게 제어되고 내구성이 뛰어난 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치를 제공함을 목적으로 한다.
Resonant Action Between Working Coil and Resonant Capacitors Electronic components that are adversely affected by high frequency, noise, and high temperature, which may adversely affect the control of induction heating devices, are mounted on the control board away from the inverter board, and the connectors J1 and J2 are connected. The purpose of the present invention is to provide a voltage resonant induction heating apparatus which transmits and receives electrical signals through a normal manner and prevents malfunctions or damages while increasing the manufacturing cost, and prevents adverse effects due to precisely controlled and durable resonance. It is done.

그리고 워킹코일의 출력 공진전압, 즉, 스위칭 소자에 걸리는 전압을 감지하고, 감지 결과 과전압인 경우에 스위칭 소자의 스위칭 동작을 일정시간 이상 정지시켜 과전압으로부터 스위칭 소자가 파손되는 것을 방지하고, And it detects the output resonant voltage of the working coil, that is, the voltage applied to the switching element, and in the case of the result of the detection overvoltage, the switching operation of the switching element is stopped for a predetermined time to prevent the switching element from being damaged from the overvoltage,

과전압이 최초로 발생한 시점 이후에 이에 대한 출력신호의 상태를 일정시간 이상 유지시켜 과전압이 발생한 사실을 보다 정확하게 감지하고, 스위칭 소자의 정지상태도 일정시간 이상 유지시켜 과전압에 의한 스위칭 소자의 보호를 보다 확실히 한 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
After the first occurrence of the overvoltage, the state of the output signal for this period is maintained for a certain time to more accurately detect the fact that the overvoltage has occurred, and the stop state of the switching element is also maintained for a predetermined time for more protection of the switching element by the overvoltage. Another object of the present invention is to provide a voltage resonance type induction heating apparatus which prevents adverse effects caused by one resonance action.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치는 In order to achieve the above object, the voltage resonance type induction heating device which prevents the adverse effect of the resonance action according to the present invention is

워킹코일;Working coil;

상기 워킹코일에 병렬 연결되는 공진 콘데서와, A resonance capacitor connected to the working coil in parallel;

온오프 스위칭하여 상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간에 공진작용이 발생되도록 하는 스위칭소자와, A switching element for switching on and off so that a resonance action occurs between the working coil and the resonance capacitor;

상기 공진 콘덴서에 직류전원을 공급하는 직류부를 포함하는 인버터;An inverter including a direct current unit supplying direct current power to the resonant capacitor;

상기 스위칭소자를 온오프시키는 드라이버;A driver for turning on and off the switching device;

상기 드라이버를 제어하며, 사용자 조작을 위한 입력부와 디스플레이부가 연결되는 제어부;A control unit which controls the driver and is connected to an input unit and a display unit for a user operation;

상기 워킹코일 양단의 입력전압과 출력전압을 입력받아 위상차를 검출하고, 이를 상기 제어부로 전송하여, 상기 스위칭소자의 턴온 시점을 결정하는 트리거부;를 포함하는 전압 공진형 유도가열장치에 있어서,
In the voltage resonant induction heating apparatus comprising: a trigger unit for receiving the input voltage and the output voltage across the working coil detects a phase difference, and transmits it to the control unit to determine the turn-on time of the switching element,

상기 인버터는 상기 워킹코일에 인접하여 배치되는 인버터보드에 장착되고, The inverter is mounted to an inverter board disposed adjacent to the working coil,

상기 드라이버, 제어부, 및 트리거부는 상기 인버터보드에 이격되어 배치되는 제어보드에 장착되어, The driver, the control unit and the trigger unit is mounted to a control board spaced apart from the inverter board,

상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용에 따른 고주파에 의한 영향으로 상기 트리거부가 검출하는 위상차에 오류가 발생하는 것을 예방한 것을 특징으로 한다.
It is characterized in that an error is prevented from occurring in the phase difference detected by the trigger unit due to the influence of the high frequency caused by the resonance action between the working coil and the resonance capacitor.

그리고 상기 인버터에 입력되는 상용전원의 전류 및 전압을 검출하여 상기 제어부로 전송하는 전류검출부와 전압검출부를 더 포함하되, And further comprising a current detector and a voltage detector for detecting the current and voltage of the commercial power input to the inverter and transmits to the controller,

상기 전류검출부와 전압검출부는 상기 제어보드에 장착되어, 상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용에 따른 고주파에 의한 영향으로 검출하는 전류와 전압에 오류가 발생하는 것을 예방한 것을 특징으로 하고,
The current detecting unit and the voltage detecting unit are mounted on the control board to prevent an error from occurring in the current and the voltage detected by the influence of the high frequency caused by the resonance action between the working coil and the resonance capacitor.

상기 워킹코일의 출력 공진전압을 감지하는 감지부와,A detector for detecting an output resonance voltage of the working coil;

상기 감지부에서 과전압이 감지되면, 상기 드라이버의 구동을 일정시간 정지시켜 상기 스위칭소자를 보호하는 보호부를 더 포함하되,
When the over-voltage is detected by the detection unit, and further comprises a protection unit for protecting the switching element by stopping the driving of the driver for a predetermined time,

상기 감지부 및 보호부는 상기 제어보드에 장착되어, 상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용에 따른 고주파에 의한 영향으로 검출하는 과전압에 오류가 발생하는 것을 예방한 것을 특징으로 하고,
The detection unit and the protection unit is mounted on the control board, characterized in that to prevent the occurrence of an error in the overvoltage detected by the influence of the high frequency due to the resonance action between the working coil and the resonant capacitor,

상기 감지부는 The sensing unit

상기 워킹코일의 출력 공진전압을 전압 분배하여 감지하는 분배저항과, A distribution resistor configured to divide the output resonance voltage of the working coil by voltage division;

상기 분배저항이 감지한 출력 공진전압과 기준전압을 입력받아 비교하는 제2비교기를 포함하여 이루어지고,
And a second comparator configured to receive and compare the output resonance voltage and the reference voltage sensed by the distribution resistor,

상기 보호부는 The protection part

상기 감지부의 출력신호와 기준전압을 입력받아 비교하며, 출력신호를 상기 드라이버로 전송하는 제3비교기와, A third comparator for receiving and comparing an output signal of the sensing unit with a reference voltage, and transmitting an output signal to the driver;

상기 제2비교기의 출력신호가 입력되는 입력라인에 연결되며, 상기 보호부로부터 과전압에 해당하는 출력신호가 입력된 이후에, 증가(또는 감소)되는 자신의 충전전압을 상기 제3비교기에 입력하여, 상기 제3비교기의 출력신호를 일정시간 유지시키는 출력유지 콘덴서를 포함하여 이루어지고,
The output signal of the second comparator is connected to an input line, and after the output signal corresponding to the overvoltage is inputted from the protection unit, the charging voltage of the second comparator is increased (or decreased) to the third comparator. And an output holding capacitor to maintain the output signal of the third comparator for a predetermined time.

상기 보호부는 상기 출력유지 콘덴서에 병렬 연결되어 충전전압을 방전시키는 방전 저항과, 상기 출력유지 콘덴서에 직렬 연결되어 충전전압을 공급하는 충전 저항을 더 포함하고, The protection unit further includes a discharge resistor connected in parallel to the output holding capacitor to discharge a charging voltage, and a charging resistor connected in series to the output holding capacitor to supply a charging voltage.

상기 제어부는 상기 보호부 제3비교기의 출력신호를 입력받아, 상기 드라이버가 상기 보호부에 의해 구동 정지 상태가 해제된 이후에 일정시간 더 구동 정지 상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다.
The controller may receive an output signal of the third comparator of the protection unit, and maintain the driving stop state for a predetermined time after the driver releases the driving stop state by the protection unit.

위와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치는 공진작용에 따른 고주파, 노이즈, 고온 등에 악영향을 받아 오동작할 소지가 큰 전자소자(구성요소)들을 공진작용이 발생되는 워킹코일에서 떨어진 제어보드에 장착하여 악영향을 받는 것을 최소화하여 오동작이나 파손 등을 예방할 수 있고, 악영향을 예방하기 위하여 특별히 더 소요되는 비용이 없어 제조원가의 상승이 거의 발생하지 않는다. The voltage resonance type induction heating device, which prevents the adverse effects of the resonance action according to the present invention having the above configuration, resonates electronic devices (components) that are likely to malfunction due to adverse effects such as high frequency, noise, and high temperature. It can be installed on the control board away from the working coil to minimize the adverse effects by preventing the malfunction or damage, and there is no special cost in order to prevent the adverse effects, so there is almost no increase in manufacturing cost.

그리고 스위칭 소자가 고전압으로부터 확실하게 보호되어 보다 장기간 그리고 안정적으로 구동이 가능하고, 스위칭 소자의 파손에 따른 교체 비용이 줄어들게 되어 경제적이다.
In addition, the switching element is reliably protected from high voltage, so that it can be driven for a longer period of time and more stably, and it is economical because the replacement cost due to the breakdown of the switching element is reduced.

도 1 은 종래기술에 따른 전압 공진형 유도가열장치의 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 전압 공진형 유도가열장치의 회로도.
도 3 은 본 발명에 따른 전압 공진형 유도가열장치에서 주요 구성요소의 동작 파형도.
도 4 는 본 발명에 따른 전압 공진형 유도가열장치에서 고주파에 의해 트리거부에 유입되는 노이즈를 최소화하여 안정적이고 신뢰도 높은 동작이 되도록 하는 본 발명에 따른 제어보드와 인버터보드의 회로 배치도,
도 5 는 종래기술에 따른 제어보드와 인버터보드의 회로 배치도.
1 is a circuit diagram of a voltage resonance type induction heating apparatus according to the prior art.
2 is a circuit diagram of a voltage resonance type induction heating apparatus according to the present invention.
3 is an operation waveform diagram of main components in the voltage resonant induction heating apparatus according to the present invention.
4 is a circuit arrangement diagram of a control board and an inverter board according to the present invention for minimizing noise introduced into a trigger unit by a high frequency in a voltage resonant induction heating apparatus according to the present invention to ensure stable and reliable operation.
Figure 5 is a circuit layout of the control board and inverter board according to the prior art.

이하, 도2 내지 도4를 참조하여 본 발명에 따른 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
2 to 4 will be described in more detail with respect to the voltage resonance type induction heating device which prevented the adverse effect of the resonance action according to the present invention.

우선, 도4에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치는 First, as shown in Figure 4 is a voltage resonance type induction heating device that prevents the adverse effect of the resonance action according to the present invention

인버터보드(1)에는 공진작용을 하는 워킹코일(WC)과 공진 콘덴서(C3)와, 온오프 스위칭하는 스위칭 소자(Q1)와, 상용전원을 직류전원으로 변환하는 직류부(10)를 장착, 즉, 일반적인 전압 공진형 인버터(90)를 장착하고, The inverter board 1 is equipped with a working coil (WC) and a resonant capacitor (C3) for resonant action, a switching element (Q1) for switching on and off, and a DC unit (10) for converting commercial power into DC power, That is, the common voltage resonant inverter 90 is mounted,

워킹코일(WC)과 공진 콘덴서(C3)의 공진작용에 영향을 받는 트리거부(20), 드라이버(60), 제어부(50), 전류검출회로(80), 전압검출부(70)는 제어보드(3)에 장착하였다. The trigger unit 20, the driver 60, the control unit 50, the current detection circuit 80, and the voltage detection unit 70 which are affected by the resonance action of the working coil WC and the resonant capacitor C3 are controlled by a control board ( 3) was mounted.

그리고 인버터보드(1)에서 제어보드(3)로 이동하여 장착된 전자소자들은 커넥터(J1, J2)를 통해 인버터보드(1)에 전기적으로 연결하여, 전기적 신호를 송수신하도록 하였다.
In addition, the electronic devices mounted by moving from the inverter board 1 to the control board 3 are electrically connected to the inverter board 1 through the connectors J1 and J2 to transmit and receive electrical signals.

이처럼 본 발명은 공진작용에 따른 고주파, 노이즈, 고온 등에 악영향을 받는 구성요소들을 인버터보드(1)에서 떨어진 제어보드(3)에 장착하여 그 악영향을 최소화함으로써, 오동작이나 파손 등의 위험을 획기적으로 줄이고, 유도가열장치의 정밀한 제어와, 신뢰성과 내구성이 뛰어나 동작이 가능하다.
As described above, the present invention minimizes the adverse effects by mounting components that are adversely affected by high frequency, noise, and high temperature due to resonance to the control board 3 away from the inverter board 1, thereby significantly reducing the risk of malfunction or damage. It is possible to operate by reducing, precise control of induction heating device, and excellent reliability and durability.

도2에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 스위칭소자 보호 기능이 구비된 전압 공진형 유도가열장치는 워킹코일(WC), 공진 콘덴서(C3), 직류부(10), 스위칭소자(Q1), 드라이버(60), 제어부(50), 감지부(30), 보호부(40)라는 대 구성요소를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, the voltage resonant induction heating apparatus with the switching element protection function according to the present invention includes a working coil WC, a resonant capacitor C3, a DC unit 10, a switching element Q1, a driver ( 60), a control unit 50, a sensing unit 30, and a protection unit 40 are included.

여기서, 상기 워킹코일(WC), 공진 콘덴서(C3), 직류부(10), 스위칭소자(Q1)의 구성은 일반적으로 전압 공진형 인버터(90)라고 한다. 즉, 전압 공진형 인버터(90)를 구성하는 워킹코일(WC), 공진 콘덴서(C3), 직류부(10), 스위칭소자(Q1)는 공지의 기술이다. 따라서 이들에 대하여는 간략히 설명한다.
Here, the configuration of the working coil WC, the resonant capacitor C3, the DC unit 10, and the switching element Q1 is generally referred to as a voltage resonant inverter 90. That is, the working coil WC, the resonant capacitor C3, the DC unit 10, and the switching element Q1 constituting the voltage resonant inverter 90 are well known technologies. Therefore, these are briefly described.

우선, 상기 직류부(10)는 입력되는 상용전원, 즉 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 공진 콘덴서(C3)에 공진전원을 공급한다. First, the DC unit 10 supplies a resonance power to the resonance capacitor C3 by converting an input commercial power, that is, AC power into DC power.

상기 직류부(10)는 입력되는 상용전원을 전파정류하는 브릿지다이오드(BD1)와, 상기 브릿지다이오드(BD1)를 통해 정류된 전원을 평활하여 직류화하는 평활 콘덴서(C1, C2)와 인덕터(L1)로 구성된다. The DC unit 10 is a bridge diode (BD1) for full-wave rectification of the input commercial power, smoothing capacitor (C1, C2) and inductor (L1) for smoothing and directing the rectified power through the bridge diode (BD1) It is composed of

그리고 도면에 도시하지 아니하였으나, 상기 직류부(10) 전단에는 입력되는 상용전원에서 노이즈를 제거하는 라인필터, 서지를 차단 흡수하는 바리스터와 어레스터, 과전류를 차단하는 퓨즈 등이 구비될 수 있다.
Although not shown in the drawing, a front line of the DC unit 10 may include a line filter for removing noise from an input commercial power supply, a varistor and arrester for blocking and absorbing surges, and a fuse for blocking an overcurrent.

서로 병렬 연결된 상기 워킹코일(WC)과 공진 콘덴서(C3)는 상기 스위칭 소자(Q1)의 스위칭에 따라 공진작용을 한다. The working coil WC and the resonant capacitor C3 connected in parallel to each other resonate according to the switching of the switching element Q1.

다시 말해, 상기 공진 콘덴서(C3)는 상기 직류부(10)에서 입력되는 공진전원에 의해 충전되고, 상기 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작에 따라 방전과 충전을 반복한다. In other words, the resonant capacitor C3 is charged by the resonant power input from the DC unit 10 and repeats discharging and charging according to the switching operation of the switching element Q1.

그리고 상기 워킹코일(WC)은 상기 공진 콘덴서(C3)의 충방전에 따라 역기전력이 발생하여 강력한 자계를 형성하고, 이 자계에 의해 유도전류(즉, 공진전압)가 발생한다. In addition, the working coil WC generates a strong magnetic field by generating counter electromotive force due to charging and discharging of the resonant capacitor C3, and an induced current (ie, a resonance voltage) is generated by the magnetic field.

그리고 워킹코일(WC)에서 발생되는 유도전류(즉, 공진전압)는 그 위에 놓여지는 가열 대상체에 와전류가 유도되도록 하고, 이 와전류에 의해 저항체인 가열 대상체는 가열된다.
The induced current generated from the working coil WC (ie, the resonance voltage) causes an eddy current to be induced in the heating object placed thereon, and the heating object, which is a resistor, is heated by the eddy current.

상기 스의칭 소자(Q1)는 온오프 스위칭하여 상기 워킹코일(WC)과 공진 콘덴서(C3) 간에 공진작용이 발생하도록 한다. The switching element Q1 is switched on and off so that a resonance action occurs between the working coil WC and the resonance capacitor C3.

전술한 바와 같이 상기 스위칭 소자(Q1)는 고전압과 고주파수에 강한 IGBT가 바람직하다. As described above, the switching element Q1 is preferably an IGBT resistant to high voltage and high frequency.

그리고 상기 스위칭소자(Q1)는 상기 제어부(50)의 제어를 받는 드라이버(60)에 의해 구동되는데, 공진작용이 지속되면서 그 온타임이 점차로 길어지도록 온오프 스위칭한다.
The switching element Q1 is driven by the driver 60 under the control of the controller 50. The switching element Q1 is switched on and off so that the on time is gradually increased while the resonance operation is continued.

이때 상기 제어부(50)가 드라이버(50)를 통해 제어하는 상기 스위칭 소자(Q1)의 온오프 동작에서, 온타임 길이는 입력측 상용전원의 전압과 전류를 비교한 보상 신호의 크기에 따라 결정되고, 턴온 시점은 워킹코일(WC) 양단에서 발생되는 공진전압의 위상차에 따라 결정된다.
At this time, in the on-off operation of the switching element Q1 controlled by the controller 50 through the driver 50, the on-time length is determined according to the magnitude of the compensation signal comparing the voltage and current of the commercial power source on the input side, The turn-on time is determined according to the phase difference of the resonance voltage generated across the working coil WC.

이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. This will be described in more detail as follows.

우선, 입력단에 연결된 변류기(CT)는 입력되는 상용전원의 전류를 감지하고, 입력전류 검출회로(80)는 변류기(CT)에서 입력되는 전류로부터 전류의 세기와 위상을 검출하여 제어부(50)에 전송한다.First, the current transformer CT connected to the input terminal detects the current of the commercial power source input, and the input current detection circuit 80 detects the strength and phase of the current from the current input from the current transformer CT to the controller 50. send.

그리고 입력측에 연결된 입력 전압 검출부(70)는 입력 전압을 감지하여 제어부(50)로 전송한다. 상기 입력 전압 검출부(70)는 입력 상용전압을 양파정류하는 정류다이오드(D1, D2)와, 정류다이오드(D1, D2)에서 정류된 입력 전압을 전압 분배하는 저항(R11, R12)과, 저항(R11, R12)에서 분배된 전압을 평활하고 노이즈를 제거하여 제어부에 전송하는 캐패시터(C1)로 구성된다.The input voltage detector 70 connected to the input side senses the input voltage and transmits the detected input voltage to the controller 50. The input voltage detector 70 includes rectified diodes D1 and D2 for onion rectifying the input commercial voltage, resistors R11 and R12 for voltage division of the input voltage rectified at the rectified diodes D1 and D2, and a resistor ( And a capacitor C1 that smoothes the voltage divided by R11 and R12, removes noise, and transmits the noise to the controller.

그리고 제어부(50)는 전송 받은 입력측 상용전원의 전류와 전압을 상호 비교하여 보상 신호의 크기를 검출하고, 검출된 보상 신호의 크기에 따라 스위칭의 온타임을 조절한다. 즉, 보상 신호의 크기가 클수록 온타임을 길게하여 공진전압의 진폭이 커지도록 한다.
The controller 50 compares the current and voltage of the received input commercial power with each other, detects the magnitude of the compensation signal, and adjusts the on-time of switching according to the magnitude of the detected compensation signal. In other words, the larger the magnitude of the compensation signal, the longer the on-time to increase the amplitude of the resonance voltage.

다음으로, 트리거부(20)는 워킹코일(WC)의 양단, 즉, 입력측과 출력측으로부터 각각 공진전압을 입력받고, 이를 비교하여 워킹코일(WC) 양단의 위상차를 검출하여 상기 제어부로 전송한다. Next, the trigger unit 20 receives the resonant voltages from both ends of the working coil WC, that is, the input side and the output side, and compares them to detect the phase difference between the two ends of the working coil WC and transmits them to the controller.

그리고 상기 제어부(50)는 전송받은 워킹코일(WC) 양단의 위상차 신호로부터 공진 시정수와 동기화되는 턴온 시점을 연산하여 결정한다.
The controller 50 calculates and determines the turn-on time synchronized with the resonance time constant from the received phase difference signals across the working coil WC.

그리고 상기 제어부(50)에는 워킹코일(WC)의 센터측과 측면측에 각각 배치되어 발열되는 온도를 감지하는 두 온도센서(TH1, TH2)로부터 감지한 온도신호를 전송받고, 전송된 온도에 따라 상기 드라이버(60)를 제어하여 스위칭 소자(Q1)의 온오프 스위칭을 제어함으로써, 과열되지 아니하도록 한다. 스위칭 소장(Q1)는 콜렉터와 이미터 간의 정격 전압, 콜렉터의 정격 전류를 초과하는 경우뿐만 아니라 동작 온도가 정격 온도를 초과하는 경우에도 파손된다. 따라서 온도로부터 보호하기 위해 온도센서(TH1, TH2)가 구비되는 것이다. The control unit 50 receives temperature signals detected by two temperature sensors TH1 and TH2 that are disposed on the center side and the side of the working coil WC, respectively, to sense the generated heat, and according to the transmitted temperature. The driver 60 is controlled to control on / off switching of the switching element Q1 so as not to overheat. The switching element Q1 is broken not only when the rated voltage between the collector and the emitter exceeds the rated current of the collector, but also when the operating temperature exceeds the rated temperature. Therefore, temperature sensors TH1 and TH2 are provided to protect against temperature.

또한, 상기 제어부(50)에는 사용자의 조작신호를 입력받는 다수의 입력키와, 동작 상태를 알려주는 디스플레이부가 연결된다.
In addition, the control unit 50 is connected to a plurality of input keys for receiving a user's operation signal, and a display unit for indicating the operation state.

상기 트리거부(20)는 전술한 바와 같이 상기 워킹코일(WC)의 양단 공진전압을 입력받고, 이로부터 위상차를 검출하여 스위칭 소자(Q1)의 턴온 시점을 결정한다. As described above, the trigger unit 20 receives a resonance voltage at both ends of the working coil WC, detects a phase difference therefrom, and determines a turn-on time of the switching element Q1.

상기 트리거부(20)는 워킹코일(WC)의 양단전압을 각각 전압 분배하는 저항들(R1, R2와 R3, R4)과, 전압 분배된 양단의 전압을 각각 평활하는 캐패시터(C4, C5)와, 평활된 양단의 전압을 각각 반전(-) 단자와 비반전(+) 단자로 입력받아 비교하여 위상차를 검출하고, 이를 상기 제어부(50)로 전송하는 제1비교기(CP1)를 포함하여 이루어진다.
The trigger unit 20 includes resistors R1, R2, R3, and R4 for voltage-dividing voltages across the working coils WC, and capacitors C4 and C5 for smoothing voltages across the voltage-divided ends, respectively. And a first comparator CP1 for detecting the phase difference by comparing the voltages of both ends of the smoothed terminal with the inverting (-) terminal and the non-inverting (+) terminal, and transmitting them to the controller 50.

참고로, 상기 제1비교기(CP1)와, 이하에서 설명할 제2비교기(CP2) 및 제3비교기(CP3)의 출력 형태는 오픈 컬렉터를 기준으로 하여 설명한다. 즉, 주 출력인 하이(Hi)에서 오픈(Open) 형태인 것이다. 물론, 오픈 형태에서 주 출력이 로우(Low)인 오픈 드레인 방식의 비교기도 사용 가능하다. For reference, the output forms of the first comparator CP1 and the second comparator CP2 and the third comparator CP3 to be described below will be described with reference to the open collector. That is, it is an open form at the main output Hi. Of course, an open-drain comparator with a main output low in the open form is also available.

또한, 상기 제1,2,3비교기(CP1,2,3)의 반전(-) 단자와, 비반전(+) 단자로 각각 입력되는 신호는 이를 반대 단자로 입력되도록 할 수도 있고, 이들(CP1,2,3)의 출력신호인 Hi와 Low 역시 반대로 되도록 할 수 있다. 물론, 이때에는 반전, 비반전 단자로 입력되는 신호와 출력 단자로 출력되는 출력 신호 간에 관계가 맞도록 하는 설정이 필요하다.
In addition, the signals input to the inverting (-) terminal and the non-inverting (+) terminal of the first, second and third comparators CP1, 2 and 3 may be inputted to the opposite terminals, and these (CP1) Hi and Low, the output signals of (2,3), can also be reversed. Of course, at this time, it is necessary to set the relationship between the signal input to the inverted, non-inverted terminal and the output signal output to the output terminal.

상기 감지부(30)는 상기 워킹코일(WC)의 출력 공진전압(즉, 도면에서 점B의 전압으로서, 스위칭 소자(Q1)의 콜렉터단 전압)을 감지하여, 공진전압 피크치가 과전압을 넘었는지 판단한다. The sensing unit 30 senses an output resonance voltage of the working coil WC (that is, a voltage at the point B in the drawing, the collector terminal voltage of the switching element Q1), and determines whether the resonance voltage peak value has exceeded the overvoltage. To judge.

상기 감지부(30)는 스위칭 소자(Q1)인 IGBT의 컬렉터단에 걸리는 전압(점B)을 전압 분배하는 저항(R5, R6)과, 상기 저항(R5, R6)에서 전압 분배된 전압을 반전단자(-)로 입력받고, 과전압 여부의 판단이 되는 기준전압을 비반전단자(+)로 입력받아 비교하는 제2비교기(CP2)로 구성된다. The sensing unit 30 inverts the resistors R5 and R6 for voltage-dividing the voltage (point B) applied to the collector terminal of the IGBT, which is the switching element Q1, and the voltage divided by the resistors R5 and R6. A second comparator CP2 is input to the terminal (-), and the reference voltage, which determines whether or not an overvoltage, is input to the non-inverting terminal (+) and compared.

상기 제2비교기(CP2)는 상기 반전단자(-)로 입력되는 스위칭 소자(Q1)의 콜렉터단 전압이 정상인 경우, 즉, 비반전단자(+)로 입력되는 기준레벨(기준1)의 기준전압 보다 작은 경우, 출력은 Open상태(즉, Hi)가 된다.
The second comparator CP2 has a reference voltage of a reference level (reference 1) input to the non-inverting terminal (+) when the collector terminal voltage of the switching element Q1 input to the inverting terminal (−) is normal. If smaller, the output is Open (ie Hi).

그런데, 도3에서 도시된 것과 같이 피크치가 최초로 기준전압을 넘어서는 구간이 발생하는 공진전압에서, 기준전압(즉, 과전압)을 넘어서는 구간의 시간은 극히 짧다.
However, as shown in FIG. 3, in the resonance voltage at which the peak value first exceeds the reference voltage, the time in the section exceeding the reference voltage (ie, overvoltage) is extremely short.

다시 말해, 도3에서 나타낸 것과 같이, 제2비교기(CP2)가 과전압을 감지하는 시간, 즉, 오픈 상태에서 공진전압이 과전압을 넘어서 쇼트되었다가 다시 공진전압이 과전압 아래로 내려가 오픈되는 시기(즉, 제2비교기가 과전압으로 판단하여 출력신호가 Low로 출력되는 시기)는 스위칭 소자(Q1)인 IGBT가 오프(Off)되는 시점의 공진파형이 최대인 부근이므로 1us이하의 매우 짧은 시간이어서, 이를 그대로 제어부에 전송하더라도, 제어부(50)는 이를 정상적으로 인지할 수 없어 적절한 제어가 불가능하다.
In other words, as shown in FIG. 3, the time when the second comparator CP2 detects the overvoltage, that is, when the resonance voltage is shorted beyond the overvoltage in the open state, and then the resonance voltage falls below the overvoltage and is opened (that is, , When the second comparator determines that the output signal is low because the second comparator determines that the overvoltage is low. Even if it is transmitted to the control unit as it is, the control unit 50 cannot recognize this normally and appropriate control is impossible.

따라서, 제어부(50)가 상기 감지부(30)가 감지하여 출력하는 과전압 신호를 정상적으로 인지할 수 있는 수단이 필요하고, 이 수단이 상기 보호부(40)이다. Therefore, the control unit 50 needs a means for normally recognizing the overvoltage signal sensed and output by the detection unit 30, and this means is the protection unit 40.

또한, 극히 짧은 과전압 시기를 정상 감지하지 못하여, 전압공진은 계속하여 발생하고, 그에 따라 스위칭 소자Q1)가 파손될 위험이 있으므로, 과전압이 발생한 시점에서 일정 시간 이상 스위칭 소자(Q1)의 온오프 스위칭을 강제로 정지시킬 필요가 있고, 이 또한 상기 보호부(40)가 담당한다.
In addition, since extremely short overvoltage periods are not normally detected, voltage resonance continues to occur, and thus switching element Q1 may be damaged. Therefore, on / off switching of switching element Q1 is performed for a predetermined time or more at the time of overvoltage occurrence. It is necessary to forcibly stop, and this protection part 40 is also in charge.

상기 보호부(40)는 상기 감지부(30)가 공진전압에 과전압이 포함되어 있는 것을 감지한 때에 상기 드라이버(60)의 구동을 일정시간 정지시켜 스위칭 소자(Q1)를 보호하고, 과전압이 감지되었다는 출력신호를 일정시간 이상 지속시켜 상기 제어부(50)로 전송함으로써, 제어부(50)가 과전압이 있음을 충분히 인지하도록 한다. When the detector 30 detects that the overvoltage is included in the resonance voltage, the protection unit 40 stops driving of the driver 60 for a predetermined time to protect the switching element Q1 and detects the overvoltage. The control unit 50 is sufficiently aware that there is an overvoltage by continuing the output signal for a predetermined time or more and transmitting the same to the control unit 50.

상기 보호부(40)는 상기 감지부(30) 제2비교기(CP2)의 출력신호를 비반전단자(+)로 입력받고, 기준전압을 반전단자(-)로 입력받아 비교하며, 비교결과를 상기 제어부(50)로 전송함과 동시에 상기 드라이버(60)로 전송하여 드라이버(60)의 구동을 정지시키는 제3비교기(CP3)와, 상기 제2비교기(CP2)의 출력신호가 상기 제3비교기(CP3)로 입력되는 입력라인, 즉, 제3비교기(CP3)의 비반전단자(+)에 연결되어 있으며, 자신의 충전전압을 방전하여 제3비교기(CP3) 비반전단자(+)로 입력하여 제3비교기의 출력신호를 일정시간 유지시키는 출력유지 콘덴서(C7)와, 상기 출력유지 콘덴서(C7)에 병렬 연결되어 콘데서(C7)의 충전전압을 방전시키는 방전 저항(R8)과, 상기 출력유지 콘덴서(C7)에 직렬 연결되어 인가전원(V+)을 콘덴서(C7)에 공급하여 충전시키는 충전 저항(R7)을 포함하여 이루어진다.
The protection unit 40 receives the output signal of the second comparator CP2 of the sensing unit 30 as the non-inverting terminal (+), compares the reference voltage with the inverting terminal (-), and compares the result. The third comparator CP3 and the output signal of the second comparator CP2 and the third comparator CP3 for transmitting to the driver 60 and stopping the driving of the driver 60 at the same time as being transmitted to the controller 50. It is connected to the input line input to (CP3), that is, the non-inverting terminal (+) of the third comparator (CP3), and discharges its own charging voltage and inputs to the non-inverting terminal (+) of the third comparator (CP3) An output holding capacitor C7 for maintaining the output signal of the third comparator for a predetermined time, a discharge resistor R8 connected in parallel with the output holding capacitor C7 to discharge the charging voltage of the capacitor C7, and the output. A charge resistor (R7) connected in series with the holding capacitor (C7) to supply and charge the applied power (V +) to the capacitor (C7); The lure is.

상기 보호부(40)의 동작을 도3의 회로 동작 파형을 참조하여 설명한다. The operation of the protection unit 40 will be described with reference to the circuit operation waveform of FIG.

우선, 워킹코일(WC)의 출력 공진전압(즉, 스위칭 소자(Q1)의 콜렉터 이미터 간 전압)이 기준전압으로 설정된 과전압을 넘기 전에는 정상 상태로 상기 제2비교기(CP2)의 출력은 Hi가 되어 상기 제3비교기(CP3)의 비반전단자(+)로 입력되고, 제3비교기(CP3)의 반전단자(-)에는 기준전압이 입력된다. 그래서 이때는 반전단자(-)기준전압이 비반전단자(+)의 입력전압 보다 작으므로 제3비교기(CP3)의 출력은 Open 상태(즉, Hi)가된다. First, the output of the second comparator CP2 is in a normal state until the output resonance voltage of the working coil WC (that is, the voltage between the collector emitters of the switching element Q1) exceeds the overvoltage set as the reference voltage. Thus, the non-inverting terminal (+) of the third comparator CP3 is input, and the reference voltage is input to the inverting terminal (-) of the third comparator CP3. In this case, since the inverting terminal (-) reference voltage is smaller than the input voltage of the non-inverting terminal (+), the output of the third comparator CP3 is in an open state (ie, Hi).

참고로, 이때는 제3비교기(CP3)의 비반전단자(+)는 저항 R7, R8에 의해 바이어스전압이 걸리고, 제2비교기(CP2)의 출력은 Open 상태이므로 영향을 주지 못하며, 제3비교기(CP3)의 비반전단자(+) 전압은 V+가 된다.
For reference, at this time, the non-inverting terminal (+) of the third comparator CP3 is biased by the resistors R7 and R8, and the output of the second comparator CP2 is in an open state and thus does not affect the third comparator. The non-inverting terminal (+) voltage of CP3) becomes V +.

다음으로, 스위칭 소자(Q1)의 콜렉터 전압(출력 공진전압)이 상승하여 피크치가 과전압(즉, 기준전압)을 넘어서면, 제2비교기(CP2)의 반전단자(-)의 전압이 기준전압(기준1)보다 높게 되면서 제2비교기(CP2)의 출력은 Low 상태가 되고, 그에 따라 제3비교기(CP3)의 비반전단자(+)는 Low 상태가 된다. 그러면 비반전단자(+)의 전압은 기준전압(기준1) 보다 낮게 되므로 제3비교기(CP3)의 출력은 Low 상태가 된다. Next, when the collector voltage (output resonance voltage) of the switching element Q1 rises and the peak value exceeds the overvoltage (that is, the reference voltage), the voltage of the inverting terminal (-) of the second comparator CP2 becomes the reference voltage ( As it becomes higher than the reference 1), the output of the second comparator CP2 is in a low state, whereby the non-inverting terminal + of the third comparator CP3 is in a low state. Then, since the voltage of the non-inverting terminal (+) is lower than the reference voltage (reference 1), the output of the third comparator CP3 is in a low state.

그러데 앞에서 설명된 바와 같이 제2비교기(CP2)의 출력이 Low되는 시간은 1us이하로 매우 짧은 시간이며, 바로 Open 상태로 복귀되므로, 제3비교기(CP3)가 출력신호 Low를 일정시간 유지하도록 하여야 한다. However, as described above, the time when the output of the second comparator CP2 is low is very short, which is less than 1 us, and immediately returns to the open state. Therefore, the third comparator CP3 must maintain the output signal Low for a predetermined time. do.

제2비교기(CP2)의 출력이 Low되는 시간에는 제3비교기(CP3) 비반전단자(+)에 연결된 저항 R8과 병열 연결된 출력유지 콘덴서(C7)의 초기조건은 0V이며, 제2비교기(CP2)의 출력이 Hi된 이후에는 인가전원 V+에서 저항 R7를 통해 C7를 충전하게 되고, 그에 따라 제3비교기(CP3) 비반전단자(+)의 입력전압이 상승하게 된다.When the output of the second comparator CP2 is low, the initial condition of the output holding capacitor C7 connected in parallel with the resistor R8 connected to the third comparator CP3 non-inverting terminal (+) is 0V, and the second comparator CP2 After the output of Hi) is applied, C7 is charged through the resistor R7 in the applied power supply V +, thereby increasing the input voltage of the non-inverting terminal (+) of the third comparator (CP3).

출력유지 콘덴서(C7)의 충전전압이 상승하여 제3비교기(CP3)의 비반전단자(+) 전위가 반전단자(-)의 기준전압(기준1)보다 높게 상승하게 될 때까지 제3비교기(CP3)의 출력은 Low 상태를 유지하게 된다. The third comparator (until the charge voltage of the output holding capacitor C7 increases to increase the non-inverting terminal (+) potential of the third comparator CP3 to be higher than the reference voltage (reference 1) of the inverting terminal (-). The output of CP3) is kept low.

그리고 출력이 Low 상태로 유지되는 시간 동안 제3비교기(CP3)의 출력신호를전송받은 드라이버는 강제로 구동이 정지되고, 또한 제3비교기(CP3)의 출력신호를전송받은 제어부는 충분한 시간의 Low 출력신호를 전송받아 과전압 여부를 정확하게 인식한다.
The driver receiving the output signal of the third comparator CP3 forcibly stops driving while the output is kept low, and the controller that receives the output signal of the third comparator CP3 is low for a sufficient time. Receives an output signal and accurately recognizes overvoltage.

참고로, 이때 출력유지 콘데서(C7)의 상승하여 기준전압에 도달하는 시간, 다시 말해 제3비교기(CP3)가 출력신호를 Low 상태를 유지하는 시간은 C7과 R7의 시정수로 결정된다. For reference, at this time, the time when the output holding capacitor C7 rises to reach the reference voltage, that is, the time when the third comparator CP3 maintains the output signal in the low state is determined by the time constants of C7 and R7.

그리고 본 발명에서 제3비교기(CP3) 비반전단자(+)에의 인가전압 V+는 15V를, 기준전압은 1/2 V+ 즉 7.5V를 사용했으며, 저항 R8은 R7보다 약 2배 정도 크게 사용하며, R8을 200kohm, R7을 100kohm 사용했을 때 제3비교기(CP3)의 비반전단자(+)는 {R8/(R7+R8)}*V+= 10V로 기준으로 하였다. In the present invention, the applied voltage V + to the third comparator (CP3) non-inverting terminal (+) is 15V, the reference voltage is used 1 / 2V +, that is 7.5V, the resistor R8 is about twice as large as R7 , When R8 is 200kohm and R7 is 100kohm, the non-inverting terminal (+) of the third comparator (CP3) was defined as {R8 / (R7 + R8)} * V + = 10V.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 구성과 회로도의 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
In the above description of the present invention, a voltage resonant induction heating apparatus which prevents adverse effects due to a resonance effect of a specific configuration and a circuit diagram is described with reference to the accompanying drawings, but the present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art. However, such modifications and variations are to be construed as falling within the protection scope of the present invention.

1 : 인버터보드 3 : 제어보드
10 : 직류부 20 : 트리거부
30 : 감지부 40 : 보호부
50 : 제어부 60 : 드라이버
70 : 전압 검출부 80 : 전류 검출회로
90 : 인버터
WC : 워킹코일 C3 : 공진 콘덴서
Q1 : 스위칭 소자 J1, J2 : 커넥터
1: Inverter Board 3: Control Board
10: DC unit 20: trigger unit
30: detection unit 40: protection unit
50: control unit 60: driver
70: voltage detector 80: current detection circuit
90: inverter
WC: Working Coil C3: Resonant Capacitor
Q1: switching element J1, J2: connector

Claims (4)

워킹코일;

상기 워킹코일에 병렬 연결되는 공진 콘데서와,
온오프 스위칭하여 상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간에 공진작용이 발생되도록 하는 스위칭소자와,
상기 공진 콘덴서에 직류전원을 공급하는 직류부를 포함하는 인버터;

상기 스위칭소자를 온오프시키는 드라이버;
상기 드라이버를 제어하며, 사용자 조작을 위한 입력부와 디스플레이부가 연결되는 제어부;

상기 워킹코일 양단의 입력전압과 출력전압을 입력받아 위상차를 검출하고, 이를 상기 제어부로 전송하여, 상기 스위칭소자의 턴온 시점을 결정하는 트리거부;를 포함하는 전압 공진형 유도가열장치에 있어서,

상기 인버터는 상기 워킹코일에 인접하여 배치되는 인버터보드에 장착되고,
상기 드라이버, 제어부, 및 트리거부는 상기 인버터보드에 이격되어 배치되는 제어보드에 장착되어,
상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용에 따른 고주파에 의한 영향으로 상기 트리거부가 검출하는 위상차에 오류가 발생하는 것을 예방한 것을 특징으로 하는 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치.
Working coil;

A resonance capacitor connected to the working coil in parallel;
A switching element for switching on and off so that a resonance action occurs between the working coil and the resonance capacitor;
An inverter including a direct current unit supplying direct current power to the resonant capacitor;

A driver for turning on and off the switching device;
A controller which controls the driver and is connected to an input unit and a display unit for a user operation;

In the voltage resonant induction heating apparatus comprising: a trigger unit for receiving the input voltage and the output voltage across the working coil detects a phase difference, and transmits it to the control unit to determine the turn-on time of the switching element,

The inverter is mounted to an inverter board disposed adjacent to the working coil,
The driver, the control unit and the trigger unit is mounted to a control board spaced apart from the inverter board,
A voltage resonant induction heating device which prevents an adverse effect due to a resonance action, wherein an error is prevented from occurring in a phase difference detected by the trigger part due to an influence of a high frequency due to a resonance action between the working coil and the resonance capacitor.
제 1 항에 있어서,
상기 인버터에 입력되는 상용전원의 전류 및 전압을 검출하여 상기 제어부로 전송하는 전류검출부와 전압검출부를 더 포함하되,
상기 전류검출부와 전압검출부는 상기 제어보드에 장착되어, 상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용에 따른 고주파에 의한 영향으로 검출하는 전류와 전압에 오류가 발생하는 것을 예방한 것을 특징으로 하는 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치.
The method of claim 1,
Further comprising a current detector and a voltage detector for detecting the current and voltage of the commercial power input to the inverter and transmitting to the control unit,
The current detecting unit and the voltage detecting unit are mounted on the control board to prevent an error from occurring in the current and the voltage detected by the influence of the high frequency caused by the resonance action between the working coil and the resonant capacitor. Voltage resonant type induction heating device to prevent adverse effects.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 워킹코일의 출력 공진전압을 감지하는 감지부와,
상기 감지부에서 과전압이 감지되면, 상기 드라이버의 구동을 일정시간 정지시켜 상기 스위칭소자를 보호하는 보호부를 더 포함하되,

상기 감지부 및 보호부는 상기 제어보드에 장착되어, 상기 워킹코일과 공진 콘덴서 간의 공진작용에 따른 고주파에 의한 영향으로 검출하는 과전압에 오류가 발생하는 것을 예방한 것을 특징으로 하는 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치.
The method according to claim 1 or 2,
A detector for detecting an output resonance voltage of the working coil;
When the over-voltage is detected by the detection unit, and further comprises a protection unit for protecting the switching element by stopping the driving of the driver for a predetermined time,

The detection unit and the protection unit are mounted on the control board to prevent adverse effects due to the resonance action, which prevents an error from occurring in the overvoltage detected by the influence of the high frequency due to the resonance action between the working coil and the resonance capacitor. Prevention of voltage resonance type induction heating device.
제 3 항에 있어서,
상기 감지부는
상기 워킹코일의 출력 공진전압을 전압 분배하여 감지하는 분배저항과,
상기 분배저항이 감지한 출력 공진전압과 기준전압을 입력받아 비교하는 제2비교기를 포함하여 이루어지고,

상기 보호부는
상기 감지부의 출력신호와 기준전압을 입력받아 비교하며, 출력신호를 상기 드라이버로 전송하는 제3비교기와,
상기 제2비교기의 출력신호가 입력되는 입력라인에 연결되며, 상기 보호부로부터 과전압에 해당하는 출력신호가 입력된 이후에, 증가(또는 감소)되는 자신의 충전전압을 상기 제3비교기에 입력하여, 상기 제3비교기의 출력신호를 일정시간 유지시키는 출력유지 콘덴서를 포함하여 이루어지고,

상기 보호부는 상기 출력유지 콘덴서에 병렬 연결되어 충전전압을 방전시키는 방전 저항과, 상기 출력유지 콘덴서에 직렬 연결되어 충전전압을 공급하는 충전 저항을 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 보호부 제3비교기의 출력신호를 입력받아, 상기 드라이버가 상기 보호부에 의해 구동 정지 상태가 해제된 이후에 일정시간 더 구동 정지 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 공진작용에 따른 악영향을 예방한 전압 공진형 유도가열장치.
The method of claim 3, wherein
The sensing unit
A distribution resistor configured to divide the output resonance voltage of the working coil by voltage division;
And a second comparator configured to receive and compare the output resonance voltage and the reference voltage sensed by the distribution resistor,

The protection portion
A third comparator for receiving and comparing an output signal of the sensing unit with a reference voltage, and transmitting an output signal to the driver;
The output signal of the second comparator is connected to an input line, and after the output signal corresponding to the overvoltage is inputted from the protection unit, the charging voltage of the second comparator is increased (or decreased) to the third comparator. And an output holding capacitor to maintain the output signal of the third comparator for a predetermined time.

The protection unit further includes a discharge resistor connected in parallel to the output holding capacitor to discharge a charging voltage, and a charging resistor connected in series to the output holding capacitor to supply a charging voltage.
The control unit receives an output signal of the third comparator of the protection unit, and the driver maintains the driving stop state for a certain time after the driving stop state is released by the protection unit. Voltage resonant induction heating device to prevent
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