KR101832211B1 - 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기 - Google Patents

자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기 Download PDF

Info

Publication number
KR101832211B1
KR101832211B1 KR1020170075739A KR20170075739A KR101832211B1 KR 101832211 B1 KR101832211 B1 KR 101832211B1 KR 1020170075739 A KR1020170075739 A KR 1020170075739A KR 20170075739 A KR20170075739 A KR 20170075739A KR 101832211 B1 KR101832211 B1 KR 101832211B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
resonance
induction heating
frequency
current
Prior art date
Application number
KR1020170075739A
Other languages
English (en)
Inventor
황창원
김형석
배한희
황소연
황승연
Original Assignee
주식회사 아미크론
배한희
황소연
황승연
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 아미크론, 배한희, 황소연, 황승연 filed Critical 주식회사 아미크론
Priority to KR1020170075739A priority Critical patent/KR101832211B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101832211B1 publication Critical patent/KR101832211B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H05B6/1209—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Abstract

본 발명은 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기에 관한 것으로, 입력되는 교류(AC)전원을 정류하여 직류로 제공하는 전원부(10)와; 전원부(10)를 통해 제공된 직류 전원을 공진시키면서 공진전류에 의해 발생된 자장에 의한 전기 유도효과로 가열할 조리용기에 와전류를 유도시켜 조리용기 내의 음식을 원하는 가열온도로 가열하는 유도가열부(20)와; 전원부(10)에서 제공되는 직류 전원을 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 유도가열부(20)에 공진전류를 제공하는 인버터 공진부(30)와; 유도가열부(20)에 제공되는 공진전류를 검출하여 부하특성을 판단하거나 입력전류를 검출하여 부하유무를 판단하는 용기특성 판단부(40)와; 인버터 공진부(30)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하는 인버터 구동부(50) 및; 유도가열부(20)가 각각의 조리용기에 따라 가지게 되는 인덕턴스로 정해지는 공진주파수를 스위칭 제어신호의 주파수가 추종하도록 인버터 구동부(50)를 제어하는 스위칭 제어부(60);를 포함하고, 이와 같은 구성에 의해 본 발명은 사용자가 조리용기에 따른 작동 방식을 선택하지 않더라도 조리용기의 재질에 알맞은 최적의 동작 주파수와 출력 보상 값을 유도가열 조리기가 스스로 찾아 최적의 조건으로 조리용기가 가열된다.

Description

자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기{Induction Heating Cooker for Heating Magnetic and Non-magnetic Containers}
본 발명은 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자성 및 비자성 용기에 따라 작동 모드를 선택하지 않고 용기의 재질에 맞추어 유도가열 조리기가 자동으로 해당 용기에 알맞은 최적의 동작 주파수와 출력 보상 값을 선택하여 용기를 가열하는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기에 관한 것이다.
최근에는 폐가스 배출이 없어 실내공기 오염 및 실내온도 상승을 줄일 수 있는 인덕션 레인지(induction heating cooker)가 널리 사용되고 있는데, 이러한 인덕션 레인지(이하 '유도가열 조리기'라 한다.)는 피가열체 자체에 열을 유도시키는 간접적인 방식을 이용하여 에너지 효율과 안전성이 높은 장점이 있다.
그러나 이러한 유도가열 조리기는 고주파로 변환하여 전기 자기장을 이용한 유도가열 방식이므로 전자파 발생량이 많고, 자성을 띠는 금속 용기만이 사용 가능하고, 뚝배기와 유리 등의 조리용기를 사용할 수 없는 단점이 있다.
상기와 같은 유도가열 조리기의 단점을 해결하기 위해 사용자가 자성 조리용기 가열 모드와 비자성 조리용기 가열 모드로 전환할 수 있도록 구성되고, 이러한 가열 모드에 따라 자성 조리용기와 비자성 조리용기를 모두 사용할 수 있는 유도가열 조리기가 개발된 바 있다.
상기와 같은 유도가열 조리기의 종래기술로는 공개특허공보 제1999-002751호의 복합조리기의 구동 제어장치 및 방법을 예로 들 수 있는데, 이 특허문헌에 개시된 유도가열 조리기는 도 1에 도시된 바와 같이 가열모드에 상관없이 음식물을 담은 용기를 탑재할 수 있도록 하는 세라믹 판과, 세라믹 판의 바닥면에 설치되어 자계는 투과시키고 마이크로웨이브는 반사시키는 차폐판과, 차폐판 아래에 유도가열 조리를 위하여 순차적으로 부착되는 워킹코일, 워킹코일 받침판 및 페라이트와, 전자레인지 가열모드 시 가열실의 외부벽면에 부착되어 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론과, 전자레인지 가열모드 시 입력전원을 고압트랜스로 공급하고 유도가열 조리모드 시 워킹코일로 입력전원을 공급하는 릴레이와, 입력전원의 일측에 흐르는 전류의 양을 검출하고 검출된 전류에 비례하는 전압으로 변환시켜 출력하는 전류 검출부와, 전류 검출부의 출력전압을 직류전압으로 정류하는 정류부와, 정류부로부터 입력되는 전압값과 기준 전압값을 비교하여 용기의 종류를 판별하고 판별된 용기종류에 맞게 가열할 수 있도록 제어신호를 출력하는 제어부로 구성된다.
이와 같은 구성에 의해 상기 특허문헌에 개시된 유도가열 조리기는 사용자가 자성 조리용기인지 또는 비자성 조리용기인지에 따라 가열 모드를 직접 조절해야 하므로 사용자가 가열 모드를 잘못 조절하면, 조리용기가 제대로 가열되지 못하는 문제가 있다.
또한 자성 조리용기 가열 모드에서 조리용기의 종류를 판별하기 위해 정류부로부터 입력되는 전압값과 기준 전압값을 비교하여 용기의 종류를 판별하고 있으나, 용기 재질의 투자율과 비저항에 의해 유도가열부의 임피던스가 달라지므로 같은 재질의 용기라도 용기의 크기와 놓인 위치에 따라 유도가열부의 임피던스가 변하게 되며, 이로 인해 인버터 공진부의 공진주파수와 주파수특성이 수시로 바뀌게 되고, 따라서 조리용기의 재질에 따라 유도가열 조리기의 출력을 더 올리거나 조리용기를 가열하는 시간을 연장하는 등, 가열 효율 저하에 따른 보상을 사용자가 직접 해야 하던 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 유도가열 조리기에서 용기의 재질에 따른 보상 값들을 미리 설정해두고 이를 가열출력 설정 시 자동 적용하도록 구성할 수 있으나, 용기의 재질에 따른 보상값을 조리용기의 재질과 크기 및 위치 등에 따른 차이에 따라 그 값을 일일이 설정하기가 매우 어려운 문제가 있다.
더욱이 같은 비자성 조리용기라도 모든 종류의 비자성 조리용기의 비저항이 낮은 것은 아니고, 스테인리스 304계열 재질로 이루어진 조리용기의 경우 투자율로만 보면 비자성 용기에 속하지만 비저항은 오히려 자성 용기에 가깝기 때문에 알루미늄이나 구리 재질의 용기와 동일한 출력 보상값을 적용하면 조리용기가 제대로 가열되지 못하며, 또한 알루미늄, 구리 재질의 비자성 용기의 경우 재질의 비저항이 극히 작은 관계로 유도가열부의 임피던스가 너무 낮아지게 되어 인버터 공진부의 스위칭 소자가 파괴될 우려가 있다.
또한 위와 같은 사항을 감안해 너무 큰 공진전류가 흐르지 않도록 미리 유도가열부의 인덕턴스를 어느 정도 이상의 값이 되도록 설계해야 하는데, 이렇게 유도가열부의 임피던스가 높은 인덕턴스와 낮은 전기저항으로 이루어지게 되면 주파수 인버터 공진부의 주파수선택도(frequency selectivity) 값이 높아져 주파수특성이 민감하게 바뀌므로, 인버터 공진부의 공진주파수와 구동주파수가 조금만 어긋나도 제대로 된 출력을 낼 수 없게 되는 문제가 있다.
KR 10-1999-002751 A KR 10-1997-0014466 A KR 10-1999-010627 A KR 10-2010-0010392 A
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 사용자가 조리용기에 따른 작동 방식을 선택하지 않더라도 조리용기의 재질에 알맞은 최적의 동작 주파수와 출력 보상 값을 유도가열 조리기가 스스로 찾아 조리할 수 있는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기를, 입력되는 교류전원을 정류하여 직류로 제공하는 전원부와; 전원부를 통해 제공된 직류 전원을 공진시키면서 공진전류에 의해 발생된 자장에 의한 전기 유도효과로 가열할 조리용기에 와전류를 유도시켜 조리용기 내의 음식을 원하는 가열온도로 가열하는 유도가열부와; 전원부에서 제공되는 직류 전원을 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 유도가열부에 공진전류를 제공하는 인버터 공진부와; 유도가열부에 제공되는 공진전류를 검출하여 부하특성을 판단하거나 입력전류를 검출하여 부하유무를 판단하는 용기특성 판단부와; 인버터 공진부의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하는 인버터 구동부 및; 유도가열부가 각각의 조리용기에 따라 가지게 되는 인덕턴스로 정해지는 공진주파수를 스위칭 제어신호의 주파수가 추종하도록 인버터 구동부를 제어하는 스위칭 제어부;를 포함하여 구성하는 것에 의해 달성된다.
그리고 본 발명은 스위칭 제어부가 가열이 시작되면 부하특성 판정을 위해 저출력 모드에서 구동 주파수를 스윕하여 부하의 주파수 특성을 검출하고, 조리용기의 특성을 판정하기 위하여 검출된 부하의 주파수 특성을 이용하여 공진주파수와 유도가열부의 전기저항을 분석하며, 분석된 공진주파수와 유도가열부의 전기저항을 이용하여 조리용기에 맞는 구동주파수와 출력 보상 값을 설정한 다음 가열하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 용기특성 판단부가 전원부에서 공급되는 전류를 검출하는 입력전류 검출부와; 입력전류 검출부에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하의 유무를 검지하는 부하유무 판단부와; 유도가열부에 흐르는 공진전류를 검출하는 공진전류 검출부와; 공진전류 검출부에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하 특성을 검지하는 부하특성 판단부;를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
더욱이 본 발명은 부하유무 판단부가 입력전류 검출부로부터 제공되는 신호의 크기가 설정값(
Figure 112017057205641-pat00001
) 이하이면 비금속으로, 설정값(
Figure 112017057205641-pat00002
) 이상이면 금속용기로 판정하여 판정 결과를 스위칭 제어부로 제공하고, 스위칭 제어부는 부하유무 판단부에서 판정한 결과가 비금속이면 구동주파수를 발생시키지 않도록 제어되며, 금속용기로 판정되면 출력은 최소로 설정한 상태에서 구동주파수를 스윕하면서 인버터 구동부를 통해 인버터 공진부를 구동하고, 공진전류 검출부는 유도가열부에 흐르는 공진전류의 양을 검출한 다음, 부하특성 판단부에 제공하며, 부하특성 판단부는 입력전류 검출부로부터 제공되는 신호를 분석하여 유도가열부에 흐르는 공진전류의 양이 최대로 되는 공진주파수(
Figure 112017057205641-pat00003
)와 공진전류의 양이 최대치의
Figure 112017057205641-pat00004
이 되는 2개의 구동주파수(
Figure 112017057205641-pat00005
,
Figure 112017057205641-pat00006
)를 각각 검출한 다음, 수학식 1, 2에 의해 인버터 공진부의 주파수선택도 값(
Figure 112017057205641-pat00007
)을 계산하여 유도가열부가 가지게 되는 전기저항 성분(
Figure 112017057205641-pat00008
)을 산출하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112017057205641-pat00009
[수학식 2]
Figure 112017057205641-pat00010
본 발명에 따르면, 사용자가 조리용기의 재질에 따라 유도가열 조리기의 동작 방법을 직접 설정하지 않더라도 유도가열 조리기에 조리용기를 올려 놓으면, 유도가열 조리기가 자성 용기와 비자성 용기 및 자성과 비자성의 중간적 성질을 갖는 스테인리스 304계열로 된 다양한 재질의 조리용기가 가지는 고유의 공진주파수와 전기저항 성분을 분석하고, 이에 기초하여 해당 조리용기에 알맞은 최적의 동작 주파수와 출력 보상 값을 설정한 다음, 조리용기를 가열하기 때문에 조리용기의 재질에 따른 가열 조건(동작 주파수, 출력 보상 값)이 맞지 않아 조리용기가 제대로 가열되지 못함으로써 음식을 조리하는 데에 많은 시간이 소요되던 문제가 해소된다.
도 1은 종래의 유도가열 조리기의 예를 보인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기의 예를 보인 구성도,
도 3은 자성 및 비자성 용기에 따른 공진 전류와 주파수의 차이를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 스위칭 제어부에 의해 유도가열 조리기가 구동되는 예를 보인 흐름도이다.
이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 사용자가 조리용기에 따른 작동 방식을 선택하지 않더라도 조리용기의 재질에 알맞은 최적의 동작 주파수와 출력 보상 값을 유도가열 조리기가 스스로 찾아 조리할 수 있는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기를 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 유도가열 조리기는 도 2에 도시된 바와 같이 전원부(10), 유도가열부(20), 인버터 공진부(30), 용기특성 판단부(40), 인버터 구동부(50) 및 스위칭 제어부(60)를 포함한다.
전원부(10)는 상용전원(교류전원)을 정류하여 직류로 제공하는 것으로, 이러한 전원부(10)는 유도가열 조리기에 공지되어 널리 사용되고 있으므로, 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.
전원부(10)의 일측에는 도 2에 도시된 바와 같이 유도가열부(20)가 구비되고, 이 유도가열부(20)에 의해 전원부(10)에서 제공된 직류 전원이 공진되면서 공진전류에 의해 발생된 자장에 의한 전기 유도효과로 가열될 조리용기에 와전류를 유도시켜 조리용기 내의 음식이 원하는 가열온도로 가열되게 된다.
상기와 같은 유도가열부(20)는 조리용기의 수직 방향으로 자기장을 발생시켜 가열하는 수직형 자계 가열방식(transverse flux, TF방식)으로 이루어지고, 이러한 유도가열부(20)는 판 형상의 베이스플레이트(도시하지 않음)와, 베이스플레이트의 상부 쪽에 설치되어 유도가열을 위한 자기장을 발생시키는 워킹코일을 포함하며, 이때 워킹코일은 조리용기를 균일하면서도 효과적으로 가열할 수 있도록 워킹코일이 서로 다른 지름을 가지는 복수 개의 링 모양으로 형성되면서 이들 워킹코일이 서로 동심원을 이루도록 배열되거나 또는 워킹코일이 나선 모양으로 배열될 수 있으며, 또 다르게는 워킹코일이 삼각형, 정사각형 또는 다각형 모양으로 배열될 수 있다.
전원부(10)의 일측에는 전원부(10)에서 제공되는 직류 전원을 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 유도가열부(20)에 공진전류를 제공하는 인버터 공진부(30)가 구비되고, 이러한 인버터 공진부(30)에 의해 유도가열부(20)로 공진전류가 공급되어 유도가열부(20)의 워킹코일에서 자기장이 발생된다.
상기와 같은 인버터 공진부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 공진 콘덴서(C1, C2)와 한 쌍의 보조 공진 콘덴서(C3, C4)를 포함하고, 이때 한 쌍의 공진 콘덴서(C1, C2)는 유도가열부(20)와 함께 고주파 전류에 의해 연속적인 공진상태를 유지하기 위한 기능을 하며, 한 쌍의 보조 공진 콘덴서(C3, C4)는 인버터 공진부(30)의 스위칭 소자와 병렬로 연결되어 시스템 효율 향상과 스위칭 소자의 스트레스를 감소시키기 위해 영전압 스위칭 상태(zero voltage switching)를 유지하는 기능을 한다.
유도가열부(20)의 일측에는 용기특성 판단부(40)가 구비되고, 이러한 용기특성 판단부(40)에 의해 유도가열부(20)에 제공되는 공진전류를 검출하여 부하특성을 판단하거나 입력전류를 검출하여 부하유무를 판단함으로써 조리용기가 자성 또는 비자성체인지 판단됨과 동시에 조리용기의 재질도 판단된다.
상기와 같은 용기특성 판단부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 전원부(10)에서 공급되는 전류를 검출하는 입력전류 검출부(41)와, 입력전류 검출부(41)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하의 유무를 검지하는 부하유무 판단부(42)와, 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류를 검출하는 공진전류 검출부(43) 및 공진전류 검출부(43)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하 특성을 검지하는 부하특성 판단부(44)를 포함한다.
이때 부하유무 판단부(42)는 입력전류 검출부(41)로부터 제공되는 신호의 크기가 설정값(
Figure 112017057205641-pat00011
) 이하이면 비금속으로, 설정값(
Figure 112017057205641-pat00012
) 이상이면 금속용기로 판정하여 판정 결과를 후술하는 스위칭 제어부(60)로 제공하고, 스위칭 제어부(60)는 부하유무 판단부(42)에서 판정한 결과가 비금속이면 구동주파수를 발생시키지 않도록 제어하며, 금속용기로 판정되면 출력은 최소로 설정한 상태에서 구동주파수를 스윕하면서 후술하는 인버터 구동부(50)를 통해 인버터 공진부(30)를 구동하고, 공진전류 검출부(43)는 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류의 양을 검출한 다음, 부하특성 판단부(44)에 제공하며, 부하특성 판단부(44)는 입력전류 검출부(41)로부터 제공되는 신호를 분석하여 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류의 양이 최대로 되는 공진주파수(
Figure 112017057205641-pat00013
)와 공진전류의 양이 최대치의
Figure 112017057205641-pat00014
이 되는 2개의 구동주파수(
Figure 112017057205641-pat00015
,
Figure 112017057205641-pat00016
)를 각각 검출한 다음, 아래의 수학식 1, 2에 의해 인버터 공진부(30)의 주파수선택도 값(
Figure 112017057205641-pat00017
)을 계산하여 유도가열부(20)가 가지게 되는 전기저항 성분(
Figure 112017057205641-pat00018
)을 산출한다.
Figure 112017057205641-pat00019
여기서,
Figure 112017057205641-pat00020
는 주파수선택도 값이고,
Figure 112017057205641-pat00021
는 공진주파수이며,
Figure 112017057205641-pat00022
,
Figure 112017057205641-pat00023
는 구동주파수이다.
Figure 112017057205641-pat00024
여기에서,
Figure 112017057205641-pat00025
은 전기저항 성분이고,
Figure 112017057205641-pat00026
는 콘덴서
Figure 112017057205641-pat00027
이며,
Figure 112017057205641-pat00028
는 주파수선택도 값이고,
Figure 112017057205641-pat00029
는 공진주파수이다.
위 수학식 1에서 공진주파수(
Figure 112017057205641-pat00030
)는 가열될 조리용기에서 인버터 공진부(30)가 가지는 공진주파수로서 가열될 조리용기에 사용될 구동주파수로 선정되는데, 이때 가열될 조리용기가 자성 용기인 경우에는 재질의 투자율이 높으므로 유도가열부(20)의 인덕턴스가 높아져 20㎑ 근방의 저주파에서 공진이 주로 일어나고, 비자성 용기의 경우에는 재질의 투자율이 낮아 유도가열부(20)의 인덕턴스가 작아지므로 60㎑ 이상의 고주파에서 공진이 주로 일어나게 된다.
그리고 조리용기가 자성체이거나 비자성체임에 따라 공진주파수가 달라지기도 하지만, 조리용기 재질의 비저항이나 크기 및 놓인 위치 등에 의해서도 공진주파수가 달라지기 때문에 결과적으로 구동주파수는 몇몇 개의 특정 값이 아닌 일정 범위 내의 매우 다양한 값을 가지게 된다.
또한 전기저항 성분(
Figure 112017057205641-pat00031
)은 자성용기의 경우 비교적 큰 값을 가지는 반면, 비자성 용기(예를 들면, 알루미늄, 구리 등)의 경우 매우 작은 값을 가지게 되는데, 이를 통해 조리기의 가열 효율이 어느 정도로 될지 알 수 있기 때문에 조리용기에 따른 가열 출력 보상 값을 선정하는데 사용된다.
인버터 공진부(30)의 일측에는 인버터 구동부(50)가 구비되고, 이러한 인버터 구동부(50)에 의해 인버터 공진부(30)의 스위칭 소자를 제어하는 스위칭 제어신호가 출력되는데, 이와 같은 인버터 구동부(50)는 후술하는 스위칭 제어부(60)의 제어에 의해 구동주파수를 스윕(sweep, 일정 시간 동안 주파수를 연속적으로 변화시켜주는 것)하면서 인버터 공진부(30)를 구동하게 된다.
용기특성 판단부(40)와 인버터 구동부(50) 사이에는 스위칭 제어부(60)가 구비되고, 이러한 스위칭 제어부(60)에 의해 유도가열부(20)가 각각의 조리용기에 따라 가지게 되는 인덕턴스(inductance, 회로에 흐르는 전류의 변화에 의해 전자기유도로 생기는 역기전력의 비율을 나타내는 양)로 정해지는 공진주파수를 스위칭 제어신호의 주파수가 추종하도록 인버터 구동부(50)가 제어된다.
상기와 같은 스위칭 제어부(60)는 용기특성 판단부(40)의 부하특성 판단부(44)가 분석한 공진주파수(
Figure 112017057205641-pat00032
)와 유도가열부(20)가 가지는 전기저항 성분(
Figure 112017057205641-pat00033
)을 이용하여 가열될 조리용기에 적합한(맞는) 구동주파수와 출력 보상값을 설정하고, 인버터 구동부(50)를 통해 인버터 공진부(30)를 구동하여 조리용기를 본격적으로 가열하게 되는데, 이때 부하특성 분석을 위해 스위칭 제어부(60)는 구동주파수를 스윕하면서 인버터 구동부(50)를 통해 인버터 공진부(30)가 구동된다.
그리고 공진전류 검출부(43)는 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류의 양을 검출하여 부하특성 판단부(44)에 제공할 때, 공진주파수를 정확하게 알기 위해 구동주파수를 가능한 한 세밀한 스텝(step, 인접한 스텝간의 구동주파수 차이가 작게 설정)으로 스윕해야 하는데, 이 경우 부하특성 분석에 걸리는 시간이 너무 길어지게 되는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 조리용기의 부하특성을 분석하는 데에 걸리는 시간을 단축하기 위해 유도가열 조리기의 설계 시 구동주파수의 임의의 기준값(i1, i2)을 미리 설정하고, 이 기준값(i1, i2)을 경계로 주파수 스윕 스텝 값이 다르게 설정된다.
이에 대해 더욱 상세하게 설명하면, 도 3에 도시된 그래프에서 보는 바와 같이 검출되는 공진전류의 양이 기준값(i1)보다 작을 경우는 5㎑ 스텝으로 스윕되다가 공진 전류의 양이 기준값(i1)보다 커지는 주파수에 이르게 되면 1㎑ 스텝으로 보다 촘촘하게 스윕되고, 공진전류의 양이 또 다른 기준값(i2)을 넘어서게 되면 100㎐ 스텝으로 더욱 정밀하게 스윕되도록 설정될 수 있으며, 이에 의해 일정 범위 내의 구동주파수를 스윕하는 데에 소요되는 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
이때 각각의 스텝 폭이나 기준값의 크기와 개수는 조리용기와, 인버터 구동부(50)의 특성이나 설계자의 목표 정밀도에 따라 적절하게 선정되고, 이에 의해 다양한 종류의 조리용기에 대한 공진주파수(
Figure 112017057205641-pat00034
)를 100㎐ 이내의 오차로 검출할 수 있으며, 공진전류의 양이 최대치의
Figure 112017057205641-pat00035
이 되는 2개의 구동주파수(
Figure 112017057205641-pat00036
,
Figure 112017057205641-pat00037
)는 자성 용기의 경우 1㎑ 이내 오차로 검출할 수 있으며, 비자성 용기의 경우는 100㎐ 이내의 오차로 검출할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기를 사용할 때에는 도 4에 도시된 바와 같이 사용자가 유도가열 조리기에 조리용기를 올려놓고 가열을 시작하면, 부하유무 판정을 위해 스위칭 제어부(60)는 구동주파수를 초기 저주파로 설정한 상태에서 인버터 구동부(50)를 통해 인버터 공진부(30)를 구동하고, 용기특성 판단부(40)의 입력전류 검출부(41)는 인버터 공진부(30)에 공급되는 전류의 양을 검출하여 부하유무 판단부(42)에 제공한다.
그리고 저출력 모드에서 구동 주파수를 스윕해가면서 부하의 주파수 특성을 검출하고 나면, 조리용기의 특성을 판정하기 위해 앞서 검출된 부하의 주파수 특성을 이용하여 공진주파수와 유도가열부(20)의 전기저항을 분석하고, 분석된 공진주파수와 유도가열부(20)의 전기저항을 이용하여 조리용기에 적합한 구동주파수와 출력 보상값을 설정한 다음, 조리용기를 본격적으로 가열하게 된다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 사용자가 조리용기의 재질 등에 따라 조리용기를 따로 설정하지 않더라도 자동으로 조리용기의 특성을 검출하여 이에 알맞은 최적의 구동주파수와 출력 보상값을 검출하고 설정하므로 조리용기의 가열 효율이 담보된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 사용자가 어떤 재질의 용기를 사용하더라도 조리기가 조리용기의 재질을 판단하여 조리용기에 맞는 최적의 동작 주파수와 출력 보상 값을 스스로 찾아 가열할 수 있고, 이에 의해 조리기의 높은 가열 효율을 담보할 수 있으며, 사용자는 조리용기의 종류에 따라 별도의 제어할 필요가 없어 사용이 편리하다.
10: 전원부 20: 유도가열부
30: 인버터 공진부 40: 용기특성 판단부
41: 입력전류 검출부 42: 부하유무 판단부
43: 공진전류 검출부 44: 부하특성 판단부
50: 인버터 구동부 60: 스위칭 제어부
C1, C2, C3, C4: 콘덴서 CS1, CS2: 전류센서
SWD1, SWD2: 스위칭 소자

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 입력되는 교류(AC)전원을 정류하여 직류로 제공하는 전원부(10)와;
    상기 전원부(10)를 통해 제공된 직류 전원을 공진시키면서 공진전류에 의해 발생된 자장에 의한 전기 유도효과로 조리용기에 와전류를 유도시켜 조리용기 내의 음식을 가열하는 유도가열부(20)와;
    상기 전원부(10)에서 제공되는 직류 전원을 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 상기 유도가열부(20)에 공진전류를 제공하는 인버터 공진부(30)와;
    상기 유도가열부(20)에 제공되는 공진전류를 검출하여 부하특성을 판단하거나 입력전류를 검출하여 부하유무를 판단하는 용기특성 판단부(40)와;
    상기 인버터 공진부(30)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하는 인버터 구동부(50) 및;
    상기 유도가열부(20)가 각각의 조리용기에 따라 가지게 되는 인덕턴스로 정해지는 공진주파수를 스위칭 제어신호의 주파수가 추종하도록 상기 인버터 구동부(50)를 제어하는 스위칭 제어부(60);
    를 포함하고,
    상기 스위칭 제어부(60)는, 가열이 시작되면 부하특성 판정을 위해 저출력 모드에서 구동 주파수를 일정 시간 동안 소정의 주파수 간격으로 연속적으로 변화시키면서 부하의 주파수 특성을 검출하고,
    조리용기의 특성을 판정하기 위하여 검출된 부하의 주파수 특성을 이용하여 공진주파수와 유도가열부의 전기저항을 분석하며,
    분석된 상기 공진주파수와 상기 유도가열부의 전기저항을 이용하여 상기 조리용기에 맞는 구동주파수와 출력 보상 값을 설정한 다음 가열하도록 제어하고,
    상기 용기특성 판단부(40)는 상기 전원부(10)에서 공급되는 전류를 검출하는 입력전류 검출부(41)와; 상기 입력전류 검출부(41)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하의 유무를 검지하는 부하유무 판단부(42)와; 상기 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류를 검출하는 공진전류 검출부(43)와; 상기 공진전류 검출부(43)에서 검출되는 전류의 양에 따라 부하 특성을 검지하는 부하특성 판단부(44);를 포함하고,
    상기 부하유무 판단부(42)는 상기 입력전류 검출부(41)로부터 제공되는 신호의 크기가 설정값(
    Figure 112018007679507-pat00038
    ) 이하이면 비금속으로, 설정값(
    Figure 112018007679507-pat00039
    ) 이상이면 금속용기로 판정하여 판정 결과를 스위칭 제어부(60)로 제공하고,
    상기 스위칭 제어부(60)는 상기 부하유무 판단부(42)에서 판정한 결과가 비금속이면 구동주파수를 발생시키지 않도록 제어하고, 금속용기로 판정되면 출력은 최소로 설정한 상태에서 구동주파수를 스윕하면서 상기 인버터 구동부(50)를 통해 상기 인버터 공진부(30)를 구동하며, 상기 공진전류 검출부(43)는 상기 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류의 양을 검출한 다음, 상기 부하특성 판단부(44)에 제공하고,
    상기 부하특성 판단부(44)는 상기 입력전류 검출부(41)로부터 제공되는 신호를 분석하여 상기 유도가열부(20)에 흐르는 공진전류의 양이 최대로 되는 공진주파수(
    Figure 112018007679507-pat00040
    )와 상기 공진전류의 양이 최대치의
    Figure 112018007679507-pat00041
    이 되는 2개의 구동주파수(
    Figure 112018007679507-pat00042
    ,
    Figure 112018007679507-pat00043
    )를 각각 검출한 다음, 수학식 1, 2에 의해 상기 인버터 공진부(30)의 주파수선택도 값(
    Figure 112018007679507-pat00044
    )을 계산하여 상기 유도가열부(20)가 가지게 되는 전기저항 성분(
    Figure 112018007679507-pat00045
    )을 산출하는 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기.

    [수학식 1]
    Figure 112018007679507-pat00046

    여기서,
    Figure 112018007679507-pat00047
    는 주파수선택도 값이고,
    Figure 112018007679507-pat00048
    는 공진주파수이며,
    Figure 112018007679507-pat00049
    ,
    Figure 112018007679507-pat00050
    는 구동주파수이다.

    [수학식 2]
    Figure 112018007679507-pat00051

    여기에서,
    Figure 112018007679507-pat00052
    은 전기저항 성분이고,
    Figure 112018007679507-pat00053
    는 콘덴서
    Figure 112018007679507-pat00054
    이며,
    Figure 112018007679507-pat00055
    는 주파수선택도 값이고,
    Figure 112018007679507-pat00056
    는 공진주파수이다.
KR1020170075739A 2017-06-15 2017-06-15 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기 KR101832211B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170075739A KR101832211B1 (ko) 2017-06-15 2017-06-15 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170075739A KR101832211B1 (ko) 2017-06-15 2017-06-15 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180008012A Division KR101905662B1 (ko) 2018-01-23 2018-01-23 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101832211B1 true KR101832211B1 (ko) 2018-02-26

Family

ID=61531212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170075739A KR101832211B1 (ko) 2017-06-15 2017-06-15 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101832211B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019226019A1 (ko) * 2018-05-25 2019-11-28 삼성전자주식회사 조리장치 및 그 제어방법
EP4037432A1 (en) * 2021-01-27 2022-08-03 LG Electronics Inc. Induction heating apparatus and method for controlling induction heating apparatus
EP4362608A1 (en) * 2022-10-24 2024-05-01 Pietro Montalto Energy saving power supply device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3815115B2 (ja) * 1999-04-28 2006-08-30 松下電器産業株式会社 鍋材質識別器具
JP2010267636A (ja) * 2010-09-03 2010-11-25 Mitsubishi Electric Corp 誘導加熱調理器
JP2014220108A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 富士電機株式会社 誘導加熱装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3815115B2 (ja) * 1999-04-28 2006-08-30 松下電器産業株式会社 鍋材質識別器具
JP2010267636A (ja) * 2010-09-03 2010-11-25 Mitsubishi Electric Corp 誘導加熱調理器
JP2014220108A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 富士電機株式会社 誘導加熱装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019226019A1 (ko) * 2018-05-25 2019-11-28 삼성전자주식회사 조리장치 및 그 제어방법
US11877373B2 (en) 2018-05-25 2024-01-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Cooking apparatus and control method thereof
EP4037432A1 (en) * 2021-01-27 2022-08-03 LG Electronics Inc. Induction heating apparatus and method for controlling induction heating apparatus
EP4362608A1 (en) * 2022-10-24 2024-05-01 Pietro Montalto Energy saving power supply device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101905662B1 (ko) 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기
KR100661226B1 (ko) 전기조리기의 부하 감지장치 및 방법
KR102172415B1 (ko) 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 용기 판별 방법
EP2533605A2 (en) Induction cooktop pan sensing
US6812440B2 (en) Induction heating device
KR101832211B1 (ko) 자성 및 비자성 용기 겸용 유도가열 조리기
KR102172413B1 (ko) 유도 가열 장치
CN112640575B (zh) 感应加热装置及感应加热装置的控制方法
US20120061381A1 (en) Induction cooking device
CN107436198B (zh) 锅具温度检测系统、方法和电磁炉
US20210041384A1 (en) Determining material composition of cookware in induction heating systems
US20210259060A1 (en) Induction heating type cooktop for estimating temperature of thin film
KR101822522B1 (ko) 자성에 의해 용기 재질을 인식하고 최적의 동작주파수를 찾는 유도가열 조리기
KR101707881B1 (ko) 용기 인식 기능을 구비한 유도가열 조리기 및 유도가열 조리기의 용기 인식 방법
US20240114601A1 (en) Induction heating type cooktop and operating method thereof
KR100241449B1 (ko) 전자 유도 가열 조리기의 소물부하 판정장치 및 방법
CN208058957U (zh) 锅具材质检测电路及烹饪器具
EP3869913B1 (en) Cooking apparatus and method thereof
CN110784024A (zh) 用于感应地传输能量的方法和装置
KR19990002751A (ko) 복합조리기의 구동 제어장치 및 방법
KR20160056993A (ko) 하프브릿지 fet 스위칭을 이용한 인덕션
EP4274379A1 (en) Induction heating type cooktop and operating method thereof
KR102433886B1 (ko) 인덕션 조리기 및 용기 감지를 통한 인덕션 조리기의 제어방법
US20240060653A1 (en) Cooktop
KR102040390B1 (ko) 유도 가열 기기의 온도 설정 장치

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant