KR101696360B1 - 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기 - Google Patents

공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기는, 상용 전원으로부터 직류 전류를 생성하는 전원부; 근방에 배치된 용기를 유도가열하는 워킹코일; 입력되는 고주파 제어신호에 대응하여 상기 직류 전류를 고주파 스위칭하여 상기 워킹코일에 공진 전류가 인가되도록 하는 스위칭부; 상기 상용 전원의 입력전압에서 영점을 검출하는 영점 검출부; 상기 워킹코일로 인가되는 상기 공진 전류의 전류량 변동에 대응하는 전압변동 파형을 생성하는 전류 변환부; 용기를 발열시키기 위하여 상기 고주파 제어 신호를 출력하고, 상기 전압변동 파형에 있어서 상기 영점에서의 전압값을 획득하고, 획득된 상기 전압값이 소정의 변동범위를 벗어나면 상기 워킹코일의 근방에 용기가 없는 것으로 판단하는 제어부;를 포함한다.

Description

공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기{INDUCTION COOKER HAVING FUNCTION FOR DETECTING CONTAINER USING RESONANCE CURRENT}
본 발명은, 유도가열 조리기에 관한 것으로서, 특히, 워킹코일에 인가되는 공진전류를 이용하여 용기 유무를 감지할 수 있는 유도가열 조리기에 관한 것이다.
최근 워킹코일을 이용하여 용기를 유도가열하는 전기 조리기가 대중화되고 있다. 이러한 유도가열 조리기는, 전기전도체나 반도체 재질의 용기에 대해서 최적화되어 있다.
따라서, 용기가 워킹코일 상부에 위치하지 않은 상태이거나, 유도가열될 수 없는 재질의 용기가 워킹코일 상부에 위치하고 있는 경우에는, 이를 감지하여 조리기의 출력을 제어해야 한다.
이렇게 용기가 워킹코일의 상부에 위치하였는지의 여부를 감지하는 종래 기술로는, 공개특허공보 2012-87483호(2012.08.27.)를 들 수 있다. 상기 종래기술에서는, 전기렌지 본체의 상면에 위치하는 용기의 철성분에 의한 자력반응을 감지하여 용기의 유무를 판단하고 있다.
하지만, 자력반응에 의해 용기를 감지하는 것은, 그 센서의 주변에 대해서만 감지가 가능할 뿐이므로, 워킹코일이 차지하는 영역의 전부에 대해서 용기의 유무를 감지하고자 하면, 복수의 센서를 배치해야 한다는 문제가 있다.
공개특허공보 2012-87483호(2012.08.27.)
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 간단한 원리 및 구성에 의해 워킹코일 상부에 용기가 올바르게 놓여졌는지를 판단할 수 있는 유도가열 조리기를 제공하고자 한다.
또한, 복수의 센서를 배치하지 않으면서도, 용기의 유무를 판단할 수 있는 유도가열 조리기를 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기는, 상용 전원으로부터 직류 전류를 생성하는 전원부; 근방에 배치된 용기를 유도가열하는 워킹코일; 입력되는 고주파 제어신호에 대응하여 상기 직류 전류를 고주파 스위칭하여 상기 워킹코일에 공진 전류가 인가되도록 하는 스위칭부; 상기 상용 전원의 입력전압에서 영점을 검출하는 영점 검출부; 상기 워킹코일로 인가되는 상기 공진 전류의 전류량 변동에 대응하는 전압변동 파형을 생성하는 전류 변환부; 용기를 발열시키기 위하여 상기 고주파 제어 신호를 출력하고, 상기 전압변동 파형에 있어서 상기 영점에서의 전압값을 획득하고, 획득된 상기 전압값이 소정의 변동범위를 벗어나면 상기 워킹코일의 근방에 용기가 없는 것으로 판단하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 영점 검출부는, 입력되는 상기 상용전원의 전압에 의해 또한 그 극성에 상관없이 점멸하는 발광소자와, 상기 발광소자의 점멸에 대응하여 온 또는 오프되는 수광소자와, 상기 수광소자의 오프 시점에서 영점 신호를 출력하는 논리소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전류 변환부는, 상기 공진 전류에 의해 유도 전압을 생성하는 전류-전압 변환소자와, 상기 유도 전압을 정류하여 정류 전압을 생성하는 정류회로를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 변동범위는, 상기 워킹코일의 근방에 용기가 있는 상태에서 실험적으로 측정된 기준값과, 상기 워킹코일의 근방에 용기가 없는 상태에서 실험적으로 측정된 전압값의 변동에 대한 상한값과 하한값을 포함할 수 있다.
삭제
상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기에 의하면, 용기감지를 위한 별도의 센서를 부가하지 않으면서도, 워킹코일 근방에 용기가 위치하였는지를 정확하게 판단할 수 있다.
또한, 워킹코일의 영역 중 일부에만 용기를 감지하도록 특화되지 않으므로, 효율적으로 용기의 유무를 감지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 주요 회로 구성을 개략적으로 보여주는 도면으로서, 특히 전류 변환부의 배치를 설명하기 위한 것이다.
도 3은 영점 검출부에 대한 회로 구성 및 각부에서 나타나는 출력파형을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 전류 변환부의 회로구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 용기의 유무에 따른 전압변동 파형을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 안 될 것이다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 구성을 개략적으로 설명한다. 일반적인 유도가열 조리기는, 워킹코일(30)과, 전원부(10)와, 스위칭부(20)와, 제어부(40)를 포함하여 이루어진다.
워킹코일(30)은, 조리 대상물이 담겨질 수 있는 용기(32)가 놓여지는 상판의 하부에 배치될 수 있으며, 소용돌이 형태로 감겨진 코일 형태를 띤다. 워킹코일(30)은 고주파 전류가 인가되면, 자체의 인덕턴스에 의하여 전자기력을 방출하게 되고, 이 전자기력은 상판에 놓여진 용기(32) 자체를 유도가열한다.
워킹코일(30)은 용기(32)의 측면 또는 상면을 감싸도록 구성될 수도 있다.
전원부(10)는, 워킹코일(30)에 고주파 전류를 인가하기 위한 목적으로, 상용전원(예를 들면, 110~220V의 가정용 교류전원)을 입력받아 직류 전류로 변환한다.
스위칭부(20)는, 전원부(10)에서 생성한 직류전류를, 입력되는 고주파 제어 신호에 대응하여 고주파 온오프하면서 워킹코일(30)에 인가한다. 고주파 온오프된 직류전류는 공진 전류로서, 그 에너지는 워킹코일(30)로부터 전자기력으로써 방출되어 용기(32)에 인가된다.
제어부(40)는, 예를 들면 사용자 조작부(도시하지 않음)에서 입력받은 사용자 조작에 대응하여, 특정의 강도 레벨로 워킹코일(30)을 구동시키기 위한(용기를 가열하기 위한), 고주파 제어 신호를 출력한다. 고주파 제어 신호는 주파수가 제어되거나 소정 주기 내의 온오프 듀티비가 제어될 수 있다. 또한 제어부(40)는, 후술하는 용기 감지 기능을 구현할 수 있다.
더욱, 본 발명에 따른 유도가열 조리기는, 용기 감지 기능을 구현하기 위하여, 영점 검출부(52)와 전류 변환부(54)를 더 포함한다.
영점 검출부(52)는, 상용 전원의 입력전압에서 영점을 검출한다. 상용전원은 예를 들면 가정용 교류 전원이기 때문에, 대략 60Hz의 주파수를 갖는다. 영점 검출부는, 이러한 주파수를 갖는 교류 전원의 전압이 영점을 지나는 시점에서 영점 신호를 출력한다. 상세한 회로 구성은 이후 설명한다.
전류 변환부(54)는, 스위칭부(20)로부터 워킹코일(30)로 인가되는 공진 전류의 크기를 감지한다. 특히, 전류 변환부(54)는 워킹코일(30)에 결합된 회로라인에 흐르는 전류량에 대응하는 전압값을 생성한다. 이때, 유도가열 조리기가 60Hz의 교류 상용 전원을 이용하는 것이기 때문에, 전류 변환부(54)에서 생성되는 전압값은 미세하지만 60Hz로 진동하는 파형(전압변동 파형)으로 나타난다. 전류 변환부(54)의 상세한 회로구성은 이후 설명한다.
한편, 제어부(40)는, 전압변동 파형을 입력받으면, 영점 검출부(52)에서의 영점신호에 기초하여 매 영점 시점마다 전압변동 파형의 전압값을 샘플링하고, 샘플링한 값을 소정의 기준값과 비교하여, 워킹코일(30)이 현재 유도가열을 실행하고 있는지, 즉, 워킹코일(30)의 근방에 용기(32)가 위치하고 있어 유도가열되고 있는지를 판단하게 된다.
여기서, 만일, 워킹코일(30)이 용기(32)를 가열하고 있다면, 전압변동 파형은 대략 평탄한 파형을 나타낸다(도 5(a) 참조). 하지만, 워킹코일(30)이 용기(32)를 가열하고 있지 않다면, 전압변동 파형은 상기 경우보다 큰 진폭으로 진동하는 파형을 나타낼 것이다(도 5(b) 참조). 따라서, 전압변동 파형을 영점 시점에서 샘플링한 값을 분석하는 방식으로 그 진폭을 감시함으로써, 용기(32)의 유무를 판단할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에서는, 전압변동 파형의 진폭을 감시하는 것보다는, 매 영점 시점에서 전압변동 파형의 최저값을 샘플링하는 방식을 이용하는 것이 바람직하다. 실제로 매 영점 시점에서 전압변동 파형을 샘플링하면 최저값이 샘플링될 것이다.
그리고, 매 영점 시점에서 샘플링되는 최저값이 미리 설정된 기준값 이하로 낮아지는지를 감시함으로써, 용기의 유무를 판단할 수 있다.
이와 같이, 용기의 유무를 판단하는 기준이 되는 전압변동 파형은, 실험에 의해 구성될 수 있다. 즉, 워킹코일(30)의 근방에 용기(32)를 배치하여 용기(32)가 가열될 수 있는 상태에서 실험적으로 측정되는 전압변동 파형을 제1 기준파형으로 설정하고, 워킹코일(30)의 근방에 용기(32)가 없는 상태에서 실험적으로 측정되는 전압변동 파형을 제2 기준파형으로 설정할 수 있다. 제2 기준파형은, 전압값의 변동에 대한 상한값과 하한값을 포함할 수 있다.
한편, 제어부(40)는, 사용자의 조작에 의해 또는 자동으로 워킹코일(30)에 의한 가열 출력을 특정의 강도 레벨로 제어할 수 있다. 그리고, 제어되는 매 강도 레벨마다의 제1 기준파형과 제2 기준파형을 획득하여 유지할 수 있다. 이로써, 현재 조작된 가열 강도에 적합한 기준파형들을 이용하여 용기(32)의 유무를 정확하게 감지할 수 있게 된다.
이와 같은 구성의 본 발명에 따른 유도가열 조리기는, 상용전원으로부터 검출한 영점과 공진전류로부터 생성된 전압값을 이용하여 용기의 유무를 판정할 수 있다. 이는, 별도의 센서를 배치하지 않고도, 또한, 워킹코일(30)의 영역 중 일부에 국한되지 않게, 용기(32)의 유무를 감지할 수 있도록 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 주요 회로 구성을 도 2를 참조하여 개략적으로 설명한다. 특히 전류 변환부의 배치에 주목한다.
도면을 참조하면, 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 상하로 배치되고, 스위칭 소자의 접속점(공통 출력단)으로부터 워킹코일(IH coil)이 연결되어 전류 공진 방식의 유도가열 조리기를 형성한다.
여기서, 스위칭 소자의 공통 출력단과 워킹코일의 사이에는 전류-전압 변환소자(CT1)가 배치된다. 전류-전압 변환소자의 양단(C_CT_IN_A, C_CT_OUT_A)은 도 5에서 정류회로와 결합된다.
도 3은 영점 검출부에 대한 회로 구성 및 각부에서 나타나는 출력파형을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3(a)은 영점 검출부(52)를 보여주고 있는데, 좌측으로 상용 교류 전원이 입력되면(ⓐ), 이 전압 중 일부는 발광소자로 인가되어 광이 방출된다(ⓑ). 방출된 광은 수광소자(OPT7)를 온 또는 오프시키고, 수광소자의 온 또는 오프에 대응하여 논리소자(U13)에서는 영점 신호(Vzero)를 출력하게 된다(ⓒ).
도 3(b)은 도 3(a)의 각 지점에서 나타나는 출력 파형을 도시한다. 상단에서는, 일례로써의 60Hz로 진동하는 상용 교류 전원의 전압 파형을 보여준다. 상용 교류 전원은 매 8.3ms 마다 영점을 지나게 된다.
중단은, 교류 전원의 전압에 의해 발광소자가 온되어 광이 출력되는 파형을 도시한다. 발광소자의 문턱전압에 의하여 영점에서 약간 벗어난 시점에서 발광이 시작하고 종료하게 된다.
하단은, 수광소자의 오프 시점에서 논리소자로부터 영점 신호가 출력되는 것을 도시한다. 영점 신호는 펄스의 형태이며, 매 펄스는 교류 전원의 영점과 거의 일치한다.
일반적으로 발광소자의 문턱 전압은 0.7V이다. 또한, 상용 교류 전원의 전압은 110~220V이다. 따라서, 발광소자의 문턱 전압에 의해 발광소자가 실제 영점으로부터 시간차를 두고 온되거나 오프되더라도, 그 시간차는 매우 적으며, 고려하지 않아도 무방하다. 따라서, 영점신호(Vzero)는 실제 영점과 일치한다고 간주할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 전류 변환부의 회로구성을 설명한다.
회로의 좌측에서 전류-전압 변환소자로부터 생성된 전압을 입력받으면, 4개의 다이오드(D8, D9, D10, D11)를 포함하는 정류회로를 통해 정류되고, 이어지는 회로소자들을 거치면서 전압변동 파형(RC_A)이 생성된다. 전압변동 파형은, 이후 제어부(40)로 입력된다.
이와 같이, 본 발명은, 도 3에 도시된 바와 같은 발광소자 및 수광소자, 그리고 논리소자를 포함하는 영점 검출부와, 전류-전압 변환소자 및 정류회로를 포함하는 간단한 구성의 전류 변환부를 이용하여, 워킹코일의 근방에 용기가 존재하는지를 판단할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 상용전원으로부터 직류 전류를 생성하는 전원부;
    근방에 배치된 용기를 유도가열하는 워킹코일;
    입력되는 고주파 제어신호에 대응하여 상기 직류 전류를 고주파 스위칭하여 상기 워킹코일에 공진 전류가 인가되도록 하는 스위칭부;
    상기 상용 전원의 입력전압에서 영점을 검출하는 영점 검출부;
    상기 워킹코일로 인가되는 상기 공진 전류의 전류량 변동에 대응하는 전압변동 파형을 생성하는 전류 변환부;
    용기를 발열시키기 위하여 상기 고주파 제어 신호를 출력하고, 상기 전압변동 파형에 있어서 상기 영점에서의 전압값을 획득하고, 획득된 상기 전압값이 소정의 변동범위를 벗어나면 상기 워킹코일의 근방에 용기가 없는 것으로 판단하는 제어부;를 포함하는, 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영점 검출부는,
    입력되는 상기 상용전원의 전압에 의해 또한 그 극성에 상관없이 점멸하는 발광소자와,
    상기 발광소자의 점멸에 대응하여 온 또는 오프되는 수광소자와,
    상기 수광소자의 오프 시점에서 영점 신호를 출력하는 논리소자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 변환부는,
    상기 공진 전류에 의해 유도 전압을 생성하는 전류-전압 변환소자와,
    상기 유도 전압을 정류하여 정류 전압을 생성하는 정류회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 변동범위는,
    상기 워킹코일의 근방에 용기가 있는 상태에서 실험적으로 측정된 기준값과, 상기 워킹코일의 근방에 용기가 없는 상태에서 실험적으로 측정된 전압값의 변동에 대한 상한값과 하한값을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기.
  5. 삭제
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