KR102016219B1 - 대상체 검출 알고리즘이 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치 - Google Patents

대상체 검출 알고리즘이 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대상체 검출 알고리즘이 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는, 병렬 연결된 제1 및 제2 워킹 코일을 포함하는 제1 워킹 코일부, 전원부로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류부, 정류부로부터 정류된 직류 전력을 제공받고, 스위칭 동작을 수행하여 직류 전력을 공진 전류로 변환하며, 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하는 제1 인버터부, 제1 워킹 코일을 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)하기 위해 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치, 제2 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제2 워킹 코일에 연결된 제2 반도체 스위치 및 제1 인버터부와 제1 및 제2 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하여 공진 전류가 0이 되는 시점에 제1 및 제2 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하는 제어부를 포함한다.

Description

대상체 검출 알고리즘이 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치{INDUCTION HEATING AND WIRELESS POWER TRANSFERRING DEVICE HAVING IMPROVED TARGET DETECTION ALGORITHM}
본 발명은 대상체 검출 알고리즘이 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 방식의 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 피가열 물체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 전기 저항 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열 물체에 전달함으로써 피가열 물체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열 물체(예를 들어, 조리 용기)에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열 물체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.
한편, 최근에는 무선으로 전력을 공급하는 기술이 개발되어 많은 전자 장치에 적용되고 있다. 무선 전력 전송 기술이 적용된 전자 장치는 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 충전 패드에 올려 놓는 것 만으로도 배터리가 충전된다. 이러한 무선 전력 전송이 적용된 전자 장치는 유선 코드나 충전기가 필요하지 않으므로 휴대성이 향상되며 크기와 무게가 종래에 비해 감소한다는 장점이 있다.
무선 전력 전송 기술은 크게 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진을 이용하는 공진 방식, 그리고 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사 방식 등이 있다. 이 중 전자기 유도 방식은 무선 전력을 송신하는 장치에 구비되는 1차 코일과 무선 전력을 수신하는 장치에 구비되는 2차 코일 간의 전자기 유도를 이용하여 전력을 전송하는 기술이다.
전술한 바와 같은 유도 가열 장치의 유도 가열 방식은 전자기 유도에 의하여 피가열 물체를 가열한다는 점에서 전자기 유도에 의한 무선 전력 전송 기술과 원리가 실질적으로 동일하다.
이에 따라, 유도 가열 및 무선 전력 전송을 사용자의 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 조리 용기)을 가열하거나 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 무선 전력 수신 장치)에 무선으로 전력을 전송하기 위해 대응하는 영역에 각각 워킹 코일을 구비하고 있는 것이 일반적이다.
다만, 최근에는 하나의 대상체를 복수개의 워킹 코일로 동시에 가열하거나 하나의 대상체에 복수개의 워킹 코일을 통해 동시에 무선으로 전력을 전송하는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(즉, 존프리(ZONE FREE) 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치)가 널리 보급되고 있다.
이러한 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 경우, 복수개의 워킹 코일이 존재하는 영역 내에서는 대상체의 크기 및 위치에 상관 없이 대상체를 유도 가열하거나 대상체에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
도 1은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(10)는, 복수개의 워킹 코일(WC1~WC8)을 독립적으로 구분하고 대상체 검출 작업을 위한 회로 절환을 하기 위해, 복수개의 워킹 코일(WC1~WC8)마다 개별 릴레이(R1~R8; 예를 들어, 3단자 릴레이)가 연결되는 구조를 가지고 있다. 다만, 이러한 구조로 인해, 릴레이(R1~R8)의 절환 동작시 소음이 발생한다는 문제가 있다.
또한 대상체가 서로 다른 워킹 코일 그룹(예를 들어, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)과 제5 및 제6 워킹 코일(WC5, WC6))의 상부에 걸쳐서 위치하는 경우, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)과 제5 및 제6 워킹 코일(WC5, WC6)의 동기화 제어를 위해 제1 및 제2 그룹 릴레이(35, 40)가 모두 제1 인버터부(25) 또는 제2 인버터부(30)로 연결되도록 절환되어야 한다. 다만, 이 경우에도, 그룹 릴레이의 절환 동작으로 인해 소음이 발생한다는 문제가 있다.
또한, 전술한 그룹 릴레이(35, 40), 개별 릴레이(R1~R8) 및 대상체 검출을 위해 구비된 대상체 검출 회로(45)가 회로 면적의 상당 부분을 차지하는바, 회로 부피가 커진다는 문제도 있다.
본 발명의 목적은 대상체 검출 알고리즘이 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 릴레이 전환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고 회로 부피도 줄일 수 있는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 인버터부와 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하여 공진 전류가 0이 되는 시점에 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하는 제어부를 포함함으로써 대상체 검출 알고리즘을 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치 및 제어부를 이용하여 대상체 검출 작업 및 출력 제어 작업을 수행함으로써 릴레이 전환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고 회로 부피도 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 반도체 스위치 및 제어부를 통해 복수개의 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 대상체 검출 속도 및 알고리즘을 개선할 수 있다. 또한 공진 전류가 0이 되는 시점에 대상체 검출 작업을 수행함으로써 대상체 검출 작업이 장치 출력에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 나아가, 인버터부에 의해 워킹 코일이 구동되기 전 뿐만 아니라 워킹 코일이 구동되는 중에도 지속적으로 대상체 검출 작업을 수행하는바, 대상체 검출 신뢰도를 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치 및 제어부를 이용하여 대상체 검출 작업을 수행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다. 또한 사용자가 소음 문제에 민감한 시간대(예를 들어, 새벽 또는 늦은 밤)에도 조용하게 사용할 수 있는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다. 그 뿐만 아니라 회로에서 부피를 많이 차지하는 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 회로 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피도 줄일 수 있다. 나아가, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 개선할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 2의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법을 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 도 3의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다.
도 5 내지 도 7은 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 일 예를 설명하는 개략도이다.
도 8 및 도 9는 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 다른 예를 설명하는 개략도이다.
도 10은 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 또 다른 예를 설명하는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2), 제어부(250), 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8), 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.
참고로, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8) 중 제1 및 제5 워킹 코일(WC1, WC5)만 포함하고, 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8) 중 제1 및 제5 반도체 스위치(S1, S5)만을 포함할 수도 있다. 이 경우, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 제1 인버터부(IV1)에 의해 제1 워킹 코일(WC1)만이 구동되고, 제2 인버터부(IV2)에 의해 제5 워킹 코일(WC5)만이 구동되는 구조를 가질 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8)과 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
전원부(100)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 예를 들어, 상용 전원일 수 있다.
정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제1 인버터부(IV1) 및 제2 인버터부(IV2) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.
구체적으로, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환할 수 있다.
참고로, 도면에 도시되어 있지 않지만, 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 필터부(미도시)로 제공될 수 있고, 필터부는 해당 직류 전력에 남아 있는 교류 성분을 제거할 수 있다. 또한 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 직류 링크 커패시터(미도시; 평활 커패시터)로 제공될 수 있고, 직류 링크 커패시터는 해당 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감할 수 있다.
이와 같이, 정류부(150) 및 필터부(또는 직류 링크 커패시터)에 의해 정류된 직류 전력은 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2) 중 적어도 하나에 공급될 수 있다.
제1 인버터부(IV1)는 스위칭 동작을 수행하여 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다.
구체적으로, 제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
참고로, 제1 인버터부(IV1)에는 2개의 스위칭 소자(미도시)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.
또한 이러한 2개의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.
마찬가지로, 제2 인버터부(IV2)는 스위칭 동작을 수행하여 제5 내지 제8 워킹 코일(WC5~WC8) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다.
구체적으로, 제2 인버터부(IV2)는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제2 인버터부(IV2)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
참고로, 제2 인버터부(IV2)에는 2개의 스위칭 소자(미도시)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.
또한 이러한 2개의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의하여 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 제5 내지 제8 워킹 코일(WC5~WC8) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.
제어부(250)는 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)와 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)의 동작을 각각 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(250)의 스위칭 신호에 따라서 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)의 스위칭 동작이 제어될 수 있고, 제어부(250)의 제어 신호에 따라서 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)가 순차적으로 또는 특정 순서대로 또는 동시에 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
예를 들어, 제어부(250)의 스위칭 신호에 의해 제1 인버터부(IV1)가 구동되고, 제어부(250)의 제어 신호에 의해 제1 반도체 스위치(S1)가 턴온된 경우, 제1 워킹 코일(WC1)로 공진 전류가 인가될 수 있다.
이와 같이, 제1 워킹 코일(WC1)로 인가된 공진 전류에 의해 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 위치한 대상체가 가열되거나 상기 대상체로 전력이 무선 전송될 수 있다.
참고로, 제어부(250)는 PWM(Pulse Width Modulation) 기능을 통해 다양한 스위칭 신호 또는 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드, 즉, 유도 가열 모드 또는 무선 전력 전송 모드가 제어될 수 있다.
즉, 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드로 설정되면, 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)에 무선으로 전력을 전송하게 된다.
반면에, 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드로 설정되면, 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)를 가열하게 된다.
또한, 제어부(250)는 구동 대상 워킹 코일의 수를 결정할 수 있고, 구동되는 워킹 코일의 수에 따라서 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 전송 전력량 또는 가열 세기가 달라질 수 있다.
그리고, 제어부(250)는 대상체의 위치에 따라서 어떤 워킹 코일을 구동할지를 결정할 수 있고, 구동 대상 워킹 코일 간 스위칭 신호의 동기화 여부도 결정할 수 있다.
그리고, 제어부(250)는 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출 값을 토대로 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8) 중 어느 코일에 대상체가 위치하는지를 판단할 수 있다.
또한 제어부(250)는 검출 값을 토대로 대상체가 자성체인지 또는 비자성체인지를 판단할 수도 있다.
구체적으로, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 상부에 안착되는 대상체가 자성체일 경우, 워킹 코일에서 대상체로 많은 와전류가 유도되면서 공진되므로, 워킹 코일에는 상대적으로 작은 공진 전류가 흐르게 된다. 그러나 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 상부에 안착되는 대상체가 존재하지 않거나 비자성체일 경우, 워킹 코일이 공진되지 않으므로 워킹 코일에는 상대적으로 큰 공진 전류가 흐르게 된다.
따라서 제어부(250)는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 작은 경우, 대상체를 자성체로 판단할 수 있다. 반대로 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 크거나 같은 경우, 제어부(250)는 대상체를 비자성체로 판단하거나 대상체가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
물론, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류를 검출하는 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 검출부가 전술한 대상체 검출 기능을 수행할 수도 있다.
다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 제어부(250)가 대상체 검출 기능을 수행하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)은 서로 병렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)은 서로 병렬 연결되고, 제1 인버터부(IV1)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.
즉, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 제1 인버터부(IV1)에서 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일과 대상체 사이에 와전류가 발생되고, 발생된 와전류에 의해 대상체가 가열될 수 있다.
또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 제1 인버터부(IV1)에서 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일에서 자기장이 발생할 수 있다. 이로 인해 해당 워킹 코일에 대응되는 대상체 내부의 코일에도 전류가 흐르게 되고, 대상체 내부의 코일에 흐르는 전류에 의해 대상체가 충전될 수 있다.
또한 제1 워킹 코일(WC1)은 제1 반도체 스위치(S1)에 연결되고, 제2 워킹 코일(WC2)은 제2 반도체 스위치(S2)에 연결되며, 제3 워킹 코일(WC3)은 제3 반도체 스위치(S3)에 연결되고, 제4 워킹 코일(WC4)은 제4 반도체 스위치(S4)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 각각의 워킹 코일은 대응되는 반도체 스위치에 의해 고속으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
제5 내지 제8 워킹 코일(WC5~WC8)은 서로 병렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 제5 내지 제8 워킹 코일(WC5~WC8)은 서로 병렬 연결되고, 제2 인버터부(IV2)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.
즉, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 제2 인버터부(IV2)에서 제5 내지 제8 워킹 코일(WC5~WC8) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일과 대상체 사이에 와전류가 발생되고, 발생된 와전류에 의해 대상체가 가열될 수 있다.
또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 제2 인버터부(IV2)에서 제5 내지 제8 워킹 코일(WC5~WC8) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일에서 자기장이 발생할 수 있다. 이로 인해 해당 워킹 코일에 대응되는 대상체 내부의 코일에도 전류가 흐르게 되고, 대상체 내부의 코일에 흐르는 전류에 의해 대상체가 충전될 수 있다.
또한 제5 워킹 코일(WC5)은 제5 반도체 스위치(S5)에 연결되고, 제6 워킹 코일(WC6)은 제6 반도체 스위치(S6)에 연결되며, 제7 워킹 코일(WC7)은 제7 반도체 스위치(S7)에 연결되고, 제8 워킹 코일(WC8)은 제8 반도체 스위치(S8)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 각각의 워킹 코일은 대응되는 반도체 스위치에 의해 고속으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
참고로, 반도체 스위치에 의해 워킹 코일이 턴온 또는 턴오프된다는 의미는 인버터부로부터 워킹 코일로 인가되는 공진 전류의 흐름이 반도체 스위치에 의해 차단 해제 또는 차단된다는 의미일 수 있다.
한편, 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)는 각각 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8)을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 내지 제8 워킹 코일(WC1~WC8)에 각각 연결될 수 있고, 보조 전원(300)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
구체적으로, 제1 반도체 스위치(S1)는 제1 워킹 코일(WC1)에 연결되어 제1 워킹 코일(WC1)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제2 반도체 스위치(S2)는 제2 워킹 코일(WC2)에 연결되어 제2 워킹 코일(WC2)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다. 또한 제3 반도체 스위치(S3)는 제3 워킹 코일(WC3)에 연결되어 제3 워킹 코일(WC3)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제4 반도체 스위치(S4)는 제4 워킹 코일(WC4)에 연결되어 제4 워킹 코일(WC4)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)는 제어부(250)에 의해 제1 인버터부(IV1)와 보조를 맞추어 구동됨으로써 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 위에 대상체가 존재하는지 여부를 검출하거나 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)의 출력을 제어하고자 할 때 이용될 수 있다.
한편, 제5 반도체 스위치(S5)는 제5 워킹 코일(WC5)에 연결되어 제5 워킹 코일(WC5)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제6 반도체 스위치(S6)는 제6 워킹 코일(WC6)에 연결되어 제6 워킹 코일(WC6)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다. 또한 제7 반도체 스위치(S7)는 제7 워킹 코일(WC7)에 연결되어 제7 워킹 코일(WC7)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제8 반도체 스위치(S8)는 제8 워킹 코일(WC8)에 연결되어 제8 워킹 코일(WC8)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
또한, 제5 내지 제8 반도체 스위치(S5~S8)는 제어부(250)에 의해 제2 인버터부(IV2)와 보조를 맞추어 구동됨으로써 제5 내지 제8 워킹 코일(WC5~WC8) 위에 대상체가 존재하는지 여부를 검출하거나 제5 내지 제8 워킹 코일(WC5~WC8)의 출력을 제어하고자 할 때 이용될 수 있다.
참고로, 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)는 예를 들어, 스태틱 스위치(static switch)를 포함할 수 있다. 또한 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)에는 예를 들어, MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor) 또는 IGBT(Insulated gate bipolar mode transistor)가 적용될 수 있다.
보조 전원(300)은 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)에 전력을 공급할 수 있다.
구체적으로, 보조 전원(300)은 단일 출력 구조(즉, 하나의 출력단)를 가질 수 있다. 따라서, 보조 전원(300)은 단일 출력으로 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 보조 전원(300)은 다른 다중 출력 구조와 비교하였을 때 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S8)와의 연결을 위해 필요한 핀(pin) 수를 줄일 수 있다.
물론, 단일 출력 용량이 너무 큰 경우(즉, 미리 설정된 기준 용량을 크게 벗어난 경우), 보조 전원(300)은 이중 출력 구조(각각의 출력단이 단일 출력 용량을 미리 설정된 기준 용량 이하의 용량으로 분할하여 출력하는 구조)로 설계될 수도 있다.
참고로, 보조 전원(300)은 예를 들어, SMPS(Switched mode power supply)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
입력 인터페이스(350)는 사용자로부터 입력을 제공받아 제어부(250)로 해당 입력을 제공할 수 있다.
구체적으로, 입력 인터페이스(350)는 사용자가 원하는 가열 강도나 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 시간 등을 입력하기 위한 모듈로서, 물리적인 버튼이나 터치 패널 등으로 다양하게 구현될 수 있다.
또한 입력 인터페이스(350)에는 예를 들어, 전원 버튼, 잠금 버튼, 파워 레벨 조절 버튼(+, -), 타이머 조절 버튼(+, -), 충전 모드 버튼 등이 구비될 수 있다.
이러한 입력 인터페이스(350)는 제공받은 입력 정보를 제어부(250)로 제공할 수 있고, 제어부(250)는 입력 인터페이스(350)로부터 제공받은 입력 정보를 토대로 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)를 다양하게 구동시킬 수 있는바, 그 예시는 다음과 같다.
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 구동되지 않은 상태에서 사용자가 입력 인터페이스(350)에 구비된 전원 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동이 시작될 수 있다. 반대로 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 구동되고 있는 상태에서 사용자가 전원 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동이 종료될 수 있다.
또한 사용자가 잠금 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 다른 모든 버튼의 조작이 불가능한 상태가 될 수 있다. 이후 사용자가 다시 잠금 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 다른 모든 버튼의 조작이 가능한 상태가 될 수 있다.
또한 전원이 입력된 상태에서 사용자가 파워 레벨 조절 버튼(+, -)을 터치할 경우, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 현재 파워 레벨이 입력 인터페이스(350) 상에 숫자로 표시될 수 있다. 또한 파워 레벨 조절 버튼(+, -)의 터치에 의해 제어부(250)는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드임을 확인할 수 있다. 그리고, 제어부(250)는 입력된 파워 레벨에 대응되도록 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)의 스위칭 동작을 위한 주파수를 조절할 수 있다.
또한 사용자는 타이머 조절 버튼(+, -)을 터치하여 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 시간을 설정할 수 있다. 제어부(250)는 사용자가 설정한 구동 시간이 경과할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동을 종료시킬 수 있다.
이 때 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 유도 가열 모드로 동작하는 경우, 타이머 조절 버튼(+, -)에 의하여 설정되는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 시간은 대상체의 가열 시간이 될 수 있다. 또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)가 무선 전력 전송 모드로 동작하는 경우, 타이머 조절 버튼(+, -)에 의하여 설정되는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 구동 시간은 대상체의 충전 시간이 될 수 있다.
한편, 사용자가 충전 모드 버튼을 터치할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 무선 전력 전송 모드로 구동될 수 있다.
이 때 제어부(250)는 구동 영역(즉, 워킹 코일 상부)에 안착된 대상체와의 통신을 통해 해당 대상체에 대한 장치 정보를 수신할 수 있다. 대상체로부터 전송되는 장치 정보는 예를 들어, 대상체의 종류, 충전 모드, 요구 전력량과 같은 정보를 포함할 수 있다.
또한 제어부(250)는 수신된 장치 정보에 기초하여 대상체의 종류를 판단하고, 대상체의 충전 모드를 파악할 수 있다.
참고로, 대상체의 충전 모드는 일반 충전 모드 및 고속 충전 모드를 포함할 수 있다.
이에 따라, 제어부(250)는 확인된 충전 모드에 따라서 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2) 중 적어도 하나의 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대 고속 충전 모드인 경우 제어부(250)는 인버터부의 스위칭 동작에 따라 보다 큰 공진 전류가 워킹 코일에 인가되도록 주파수를 조절할 수 있다.
물론, 대상체의 충전 모드는 입력 인터페이스(350)를 통해 사용자에 의하여 입력될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 전술한 특징 및 구성을 가질 수 있다.
이하에서는, 전술한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 특징 및 구성을 토대로 대상체 검출 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 도 2의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법을 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다. 도 4는 도 3의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다. 도 5 내지 도 7은 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 일 예를 설명하는 개략도이다. 도 8 및 도 9는 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 다른 예를 설명하는 개략도이다. 도 10은 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법의 또 다른 예를 설명하는 개략도이다.
참고로, 도 3에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 도 2에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치와 동일한 구성 및 특징을 가지고 있으나, 설명의 편의를 위해 일부 구성요소를 추가하거나 일부 구성요소의 개수 및 명칭을 변경하여 사용하도록 한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3), 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC), 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS), 제어부(250), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.
참고로, 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 반도체 스위치부, 반도체 스위치의 수는 도 3에 도시된 개수에 한정되지 않으며, 변경될 수 있다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 도 3에는 전체 영역(존프리 영역)의 절반을 구성하는 워킹 코일만이 도시되어 있는바, 나머지 절반을 구성하기 위해 도 3은 추가 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 반도체 스위치부, 반도체 스위치를 더 포함할 수 있다.
다만 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 도 3의 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 반도체 스위치부, 반도체 스위치를 예로 들어 설명하기로 한다.
구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 링크 커패시터(200)에 제공할 수 있다.
여기에서, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)와 병렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)와 병렬 연결되어 정류부(150)로부터 직류 전압을 제공받을 수 있다. 또한 직류 링크 커패시터(200)는 예를 들어, 평활 커패시터일 수 있고, 이에 따라 제공받은 직류 전압의 리플을 저감시킬 수 있다.
참고로, 직류 링크 커패시터(200)의 경우, 정류부(150)로부터 직류 전압을 제공받는바, 일단에는 직류 전압이 인가되고, 타단은 일단과의 전위차에 의해 접지될 수 있다.
또한, 정류부(150)에 의해 정류되고 직류 링크 커패시터(200)에 의해 리플이 감소된 직류 전력(또는 직류 전압)은 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3) 중 적어도 하나에 공급될 수 있다.
한편, 제1 인버터부(IV1)는 2개의 스위칭 소자(SV1, SV1')를 포함하고, 제2 인버터부(IV2)는 2개의 스위칭 소자(SV2, SV2')를 포함하며, 제3 인버터부(IV3)는 2개의 스위칭 소자(SV3, SV3')를 포함할 수 있다.
또한 각각의 인버터부(IV1~IV3)에 포함된 스위칭 소자들은 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의해 교대로 턴온 및 턴오프되어 직류 전력을 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)로 변환할 수 있고, 변환된 고주파의 교류 전류는 워킹 코일에 제공될 수 있다.
예를 들어, 제1 인버터부(IV1)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제1 워킹 코일부(AWC)로 제공될 수 있고, 제2 인버터부(IV2)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제2 워킹 코일부(BWC)로 제공될 수 있다. 또한 제3 인버터부(IV3)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제3 워킹 코일부(CWC)로 제공될 수 있다.
물론, 제1 인버터부(IV1)에 의해 생성된 공진 전류는 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6) 중 적어도 하나로 인가될 수 있고, 제2 인버터부(IV2)에 의해 생성된 공진 전류는 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(BWC1~BWC4) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다. 또한 제3 인버터부(IV3)에 의해 생성된 공진 전류는 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(CWC1~CWC6) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.
여기에서, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6)은 서로 병렬 연결되어 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(BWC1~BWC4)도 서로 병렬 연결되어 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(CWC1~CWC6)도 서로 병렬 연결되어 있다.
이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6)은 A 영역에 그룹화되어 배치될 수 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(BWC1~BWC4)은 B 영역에 그룹화되어 배치될 수 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(CWC1~CWC6)은 C 영역에 그룹화되어 배치될 수 있다.
물론, 나머지 빈 공간에도 워킹 코일이 배치될 수 있으며, 입력 인터페이스(350) 역시 도 4에 도시된 위치 외 다른 위치에 배치될 수도 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제1 반도체 스위치부(AS)는 제1 워킹 코일부(AWC)에 연결되고, 제2 반도체 스위치부(BS)는 제2 워킹 코일부(BWC)에 연결되며, 제3 반도체 스위치부(CS)는 제3 워킹 코일부(CWC)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 반도체 스위치부(AS)는 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6)를 포함하고, 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6) 각각은 제1 워킹 코일부(AWC)에 포함된 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)에 각각 연결되어 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
여기에서, 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6) 각각의 일단은 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)에 각각 연결되고, 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.
또한 제2 반도체 스위치부(BS)는 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4)를 포함하고, 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4) 각각은 제2 워킹 코일부(BWC)에 포함된 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)에 각각 연결되어 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
여기에서, 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4) 각각의 일단은 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)에 각각 연결되고, 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.
또한 제3 반도체 스위치부(CS)는 6개의 반도체 스위치(CS1~CS6)를 포함하고, 6개의 반도체 스위치(CS1~CS4) 각각은 제3 워킹 코일부(CWC)에 포함된 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)에 각각 연결되어 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
여기에서, 6개의 반도체 스위치(CS1~CS6) 각각의 일단은 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)에 각각 연결되고, 6개의 반도체 스위치(CS1~CS6) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.
즉, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 모든 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있고, 이를 통해, 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치들에 전력을 공급할 수 있다.
참고로, 반도체 스위치가 인버터부와 워킹 코일부 사이에 연결된 경우, 각 반도체 스위치의 이미터(emitter)가 서로 플로팅(floating)되어 반도체 스위치의 개수만큼 보조 전원(300)의 출력단 수가 증가한다는 문제가 있다. 또한 이로 인해, 보조 전원(300)의 핀수도 증가하게 되어 회로 부피가 커진다는 문제가 있다.
반면에, 본 발명의 일 실시예와 같이, 반도체 스위치가 모두 접지단(즉, 직류 링크 커패시터(200)의 타단)에 연결된 경우, 반도체 스위치의 이미터가 플로팅되지 않고 모두 공통(common)될 수 있다. 따라서, 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치에 전력을 공급할 수 있다. 또한 반도체 스위치의 이미터가 플로팅된 경우보다 보조 전원(300)의 핀수가 저감될 수 있고, 나아가 회로 부피도 저감될 수 있다.
물론, 모든 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수도 있다. 또한 보조 전원(300)의 단일 출력 용량이 너무 큰 경우(즉, 미리 설정된 기준 용량을 크게 벗어난 경우), 일부 반도체 스위치부에 포함된 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결되고, 나머지 반도체 스위치부에 포함된 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수도 있다.
다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 반도체 스위치가 모두 접지단(즉, 직류 링크 커패시터(200)의 타단)에 연결된 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
참고로, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 워킹 코일과 반도체 스위치 사이에 연결된 공진 커패시터(예를 들어, C)를 더 포함할 수 있다.
공진 커패시터(C)의 경우, 인버터부(예를 들어, 제1 인버터부(IV1))의 스위칭 동작에 의해 전압이 인가되면, 공진을 시작하게 된다. 또한 공진 커패시터(C)가 공진하게 되면, 해당 공진 커패시터(C)와 연결된 워킹 코일(예를 들어, AWC1)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.
이와 같은 과정을 거쳐, 해당 공진 커패시터(C)에 연결된 워킹 코일(AWC1)의 상부에 배치된 대상체로 와전류가 유도되는 것이다.
한편, 제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 동작을 각각 제어할 수 있다.
즉, 제어부(250)는 각각의 인버터부(IV1~IV3)의 동작을 제어하기 위해 스위칭 신호를 제공할 수 있고, 각각의 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6)를 제어하기 위해 제어 신호를 제공할 수 있다.
또한 제어부(250)는 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC)에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6, BWC1~BWC4, CWC1~CWC6) 중 적어도 하나에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출 값을 토대로 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단할 수 있다.
즉, 제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)에 포함된 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6)의 동작을 각각 제어하여 공진 전류가 0이 되는 시점에 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC)에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6, BWC1~BWC4, CWC1~CWC6) 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출할 수 있다.
여기에서, 도 3 및 도 5 내지 도 7을 참조하여, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 대상체 검출 방법의 일 예에 대해 설명하도록 한다.
참고로, 설명의 편의를 위해, 제1 워킹 코일부(AWC)가 배치된 A 영역(도 4의 A)에서의 대상체 검출 과정을 예로 들어 설명하기로 한다. 또한 제1 워킹 코일부(AWC)가 4개의 워킹 코일을 포함하고, 제1 반도체 스위치부(AS)가 4개의 워킹 코일에 각각 연결된 4개의 반도체 스위치(AS1~AS4)를 포함한다고 가정하고 설명하도록 한다.
먼저, 도 3 및 도 5를 참조하면, 제어부(250)는 대상체의 위치를 검출하기 위해 공진 전류가 0이 되는 시점마다 제1 인버터부(IV1)에 N개의 펄스를 제공(여기에서, N은 1, 2, 3 중 어느 하나이고, N이 1인 경우, 원 펄스 샷(One Pulse Shot)을 제1 인버터부(IV1)에 스위칭 신호로 제공)할 수 있다.
제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)로부터 N개의 펄스를 제공받을 때마다 이에 맞추어 턴온 및 턴오프될 수 있고, 이를 통해 제1 워킹 코일부(AWC)가 포함된 회로에 자유 공진이 발생할 수 있다.
여기에서, 제어부(250)가 단순히 대상체 검출만을 위해 N개의 펄스가 아닌 연속적인 펄스(즉, 4개 이상의 펄스)를 제공하는 경우, 대기 전력에 문제가 발생할 수 있는바, 제어부(250)는 N개의 펄스만을 주기적으로 제1 인버터부(IV1)에 제공하는 것이다.
참고로, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 N개 펄스가 1개 펄스(즉, 단일 펄스)인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
한편, 제어부(250)는 대상체의 위치가 검출되기 전까지 각각의 단일 펄스에 맞추어 4개의 반도체 스위치(AS1~AS4)를 순차적으로 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
즉, 제어부(250)는 제1 시점(P1)에서 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온하고, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 공진 전류(즉, 제1 인버터부(IV1)에서 변환된 공진 전류)가 0이 되는 시점에 단일 펄스를 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다.
여기에서, 제어부(250)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 인버터부(IV1)에서 변환된 공진 전류가 0이 되는 시점(Pl''; 예를 들어, 공진 전류가 zero-crossing 시점)에 맞추어 단일 펄스를 제공할 수 있다. 물론, 단일 펄스가 제공되는 시점은 공진 전류가 0이 되는 시점과 오차 범위 내에서 차이가 날 수 있다.
참고로, 도 6에는 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하지 않는 경우의 공진 전류의 파형이 도시되어 있는바, 대상체의 부재로 인해 공진 전류의 감쇄 폭에도 별다른 변화가 없다는 것을 확인할 수 있다.
또한 도 7에는 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는 경우의 공진 전류의 파형이 도시되어 있는바, 대상체의 존재로 인해 공진 전류의 감쇄 폭이 도 6 대비 크다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 다시 도 3 및 도 5를 참조하면, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 단일 펄스를 제1 인버터부(IV1)에 제공하기까지 일정 시간(P1~P1') 동안의 제1 딜레이(delay)가 생길 수 있다. 여기에서, 제1 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 첫번째 반도체 스위치(AS1)가 턴온 후 안정화되는데 일정 시간이 필요하기 때문이다.
이어서, 단일 펄스가 제1 인버터부(IV1)에 제공된 후, 다시 일정 시간(P1''~P2) 동안의 제2 딜레이가 경과될 수 있다. 여기에서, 제2 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 제1 인버터부(IV1)에 제공된 단일 펄스에 대한 신호 처리 작업 및 대상체 검출 작업에 일정 시간이 필요하기 때문이다.
제1 시점(P1) 이후 미리 설정된 주기(예를 들어, 한 주기는 단일 펄스를 위해 반도체 스위치가 턴온된 후 턴오프되기까지 걸리는 시간임)가 경과된 제2 시점(P2) 이전까지 대상체가 검출되지 않은 경우, 제2 시점(P2)에서 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴오프하고, 두번째 반도체 스위치(AS2)를 턴온한 후 공진 전류가 0이 되는 시점에 단일 펄스를 다시 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다.
또한, 제어부(250)는 대상체가 검출될 때까지 전술한 과정을 세번째 및 네번째 반도체 스위치(AS3, AS4)에 대해서도 순차적으로 반복할 수 있다.
다만, 제3 시점(P3) 이전까지도 대상체가 검출되지 않는 경우, 제어부(250)는 제3 시점(P3)에서 네번째 반도체 스위치(AS4)를 턴오프하고, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 공진 전류가 0이 되는 시점에 단일 펄스를 다시 제1 인버터부(IV1)에 제공함으로써 전술한 과정을 반복할 수도 있다.
참고로, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 제1 인버터부(IV1)에 단일 펄스를 제공하는 경우, 첫번째 워킹 코일(AWC1)에만 공진 전류가 흐르게 되고, 제어부(250)는 첫번째 워킹 코일(AWC1)에 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도를 검출하여, 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있다.
부연 설명을 하자면, 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체가 위치하는 경우, 대상체의 저항으로 인해 전체 저항이 증가할 수 있고, 이로 인해 첫번째 워킹 코일(AWC1)을 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도가 커질 수 있다.
즉, 제어부(250)는 첫번째 워킹 코일(AWC1)에 흐르는 공진 전류의 감쇄에 따른 펄스 개수의 변화(예를 들어, 펄스 개수의 감소) 또는 펄스 폭의 변화(예를 들어, 펄스 폭의 감소)를 검출하여, 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있는 것이다.
제어부(250)는 이와 같이 첫번째 워킹 코일(AWC1)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 해당 검출 값을 토대로 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체가 있는지 여부를 검출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어부(250)는 두번째 내지 네번째 워킹 코일(AWC2~AWC4)에 대해서도 순차적으로 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있고, 이러한 과정을 지속적으로 반복할 수 있다.
또한 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
나아가, 제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 동작을 각각 제어하여 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)에 의해 각각 변환된 공진 전류를 동기화하고, 동기화된 공진 전류가 0이 되는 시점에 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출할 수도 있다.
구체적으로, 예를 들어, 제어부(250)는 먼저, 공진 전류가 0이 되는 시점에 제1 워킹 코일부(AWC) 중 첫번째 워킹 코일(AWC1), 제2 워킹 코일부(BWC) 중 첫번째 워킹 코일(BWC1), 제3 워킹 코일부(CWC) 중 첫번째 워킹 코일(CWC1)의 상부에 대상체가 위치하는지 여부를 동시에 검출할 수 있다.
이 후 공진 전류가 다시 0이 되는 시점에, 제어부(250)는 제1 워킹 코일부(AWC) 중 두번째 워킹 코일(AWC2), 제2 워킹 코일부(BWC) 중 두번째 워킹 코일(BWC2), 제3 워킹 코일부(CWC) 중 두번째 워킹 코일(CWC2)의 상부에 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있다.
이와 같은 방식으로 제어부(250)는 6번의 사이클(cycle)(즉, 공진 전류가 6번 zero-crossing되는 시간)만에 모든 워킹 코일에 대한 대상체 검출 작업을 수행할 수 있다.
물론, 제어부(250)는 도 3에 도시된 전체 영역(존프리 영역)의 절반에 해당하는 워킹 코일 뿐만 아니라 나머지 절반에 해당하는 워킹 코일에 대해서도 동시에 대상체 검출 작업을 수행할 수 있다.
이어서, 도 3, 도 8 및 도 9를 참조하여, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 대상체 검출 방법의 다른 예에 대해 설명하도록 한다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 제어부(250)는 예를 들어, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 상부에서 대상체가 검출된 경우, 제4 시점(P4)에 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온한 후 제1 인버터부(IV1)에 사용자로부터 입력받은 파워 레벨(즉, 가열 세기 또는 전력 전송량)에 대응되도록 주파수 및 위상이 조절된 스위칭 신호를 제공할 수 있다.
이를 통해, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)에는 공진 전류가 인가될 수 있고, 그 상부에 위치한 대상체는 유도 가열되거나 무선으로 전력을 전송받을 수 있다.
물론 이 때에도 제어부(250)는 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온한 후 일정 시간(P4~P4') 동안의 제3 딜레이가 경과되면 제1 인버터부(IV1)에 스위칭 신호를 제공할 수 있다. 여기에서, 제3 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)가 턴온 후 안정화되는데 일정 시간이 필요하기 때문이다.
또한 제어부(250)는, 구동되지 않는 워킹 코일(즉, 세번째 워킹 코일(AWC3) 또는 네번째 워킹 코일(AWC4))의 상부에 상기 대상체(즉, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 상부에 위치한 대상체)가 아닌 다른 대상체가 위치하는지를 지속적으로 검출할 수 있다.
즉, 제어부(250)는 구동되지 않는 워킹 코일의 상부에 다른 대상체가 위치하는지를 검출하기 위해 제1 인버터부(IV1)에 대한 스위칭 신호의 제공을 중단할 수 있다. 그 뿐만 아니라 제어부(250)는 제1 인버터부(IV1)에 대한 스위칭 신호의 제공을 중단하면서 상기 대상체가 여전히 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 상부에 존재하는지 여부를 확인할 수 있다.
구체적으로, 제어부(250)는 공진 전류가 0이 되는 시점(예를 들어, P4'')에 제1 인버터부(IV1)에 대한 스위칭 신호의 제공을 중단하고, 스위칭 신호의 제공 중단 후 미리 설정된 시간(예를 들어, P5~P7; 구동되지 않는 워킹 코일의 수 X 미리 설정된 주기에 해당하는 시간)의 시작 전까지 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 상부에 상기 대상체가 잔존하는지 여부를 확인할 수 있다.
여기에서, 제어부(250)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 인버터부(IV1)에서 변환된 공진 전류가 0이 되는 시점(P4''; 예를 들어, 공진 전류가 zero-crossing 시점)에 맞추어 스위칭 신호의 제공을 중단할 수 있다.
참고로, 도 9에는 워킹 코일의 상부에서 대상체가 제거되었거나 편심된 경우의 공진 전류의 파형이 도시되어 있는바, 대상체의 제거 또는 편심으로 인해 공진 전류의 감쇄 폭에도 별다른 변화가 없다는 것을 확인할 수 있다.
물론, 워킹 코일의 상부에 대상체가 잔존하는 경우에는 도 9와 달리, 대상체의 존재로 인해 공진 전류의 감쇄 폭이 클 수 있다.
다시 도 3 및 도 8을 참조하면, 스위칭 신호의 제공을 중단한 후 일정 시간(P4''~P5) 동안의 제4 딜레이가 경과되면 미리 설정된 시간(P5~P7)의 시작과 동시에 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴오프하고, 세번째 반도체 스위치(AS3)를 턴온할 수 있다. 이후 제어부(250)는 단일 펄스를 미리 설정된 시간 내의 공진 전류가 0이 되는 시점에 제1 인버터부(IV1)로 제공할 수 있다.
여기에서, 제4 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 제1 인버터부(IV1)에 제공된 스위칭 신호에 대한 신호 처리 작업 및 대상체 검출 작업에 일정 시간이 필요하기 때문이다.
전술한 이유와 동일한 이유로, 제어부(250)는 단일 펄스를 미리 설정된 시간(P5~P7) 내에 제1 인버터부(IV1)에 제공시, 제공하는 시점 전후로 P5~P5', P5''~P6의 시간 동안 딜레이를 가질 수 있다.
물론, 제어부(250)는 이후 다른 대상체를 검출하기 위해 전술한 방법과 동일한 방법으로 미리 설정된 주기에 맞추어 세번째 및 네번째 반도체 스위치(AS3, AS4)를 순차적으로 턴오프 또는 턴온할 수 있다.
또한 제어부(250)는 미리 설정된 시간(P5~P7)이 종료되기 전까지 세번째 워킹 코일(AWC3) 또는 네번째 워킹 코일(AWC4)의 상부에서 다른 대상체가 검출되지 않는 경우, 미리 설정된 시간의 종료와 동시에(즉, 제7 시점(P7)) 네번째 반도체 스위치(AS4)를 턴오프하고, 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온할 수 있다. 이 후 제어부(250)는 전술한 스위칭 신호를 제1 인버터부(IV1)에 다시 제공할 수 있다.
참고로, 도 6에 도시된 바와 같이, 세번째 반도체 스위치(AS3)는 이미 제6 시점(P6)에 턴오프된 상태이고, 제6 시점(P6)에서 네번째 반도체 스위치(AS4)를 턴온한 후 미리 설정된 시간(P5~P7; 여기에서는 제6 시점(P6) 이후이므로 P6~P7) 내의 공진 전류가 0이 되는 시점에 단일 펄스를 제1 인버터부(IV1)에 제공함으로써 네번째 워킹 코일(AWC4)의 상부에서 다른 대상체가 검출되는지 여부를 확인할 수 있다. 또한 제7 시점(P7) 이후 제1 인버터부(IV1)에 제공된 스위칭 신호는 사용자로부터 입력받은 파워 레벨에 대응되도록 주파수 및 위상이 조절된 스위칭 신호이다.
이와 같이, 제어부(250)는 대상체가 검출된 이후에도 구동되지 않는 워킹 코일의 상부에 다른 대상체가 위치하는지를 지속적으로 검출할 수 있다.
물론, 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
또한 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
나아가, 제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 동작을 각각 제어하여 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)에 의해 각각 변환된 공진 전류를 동기화하고, 동기화된 공진 전류가 0이 되는 시점에 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출할 수도 있다.
이와 같은 방식으로 제어부(250)는 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC)에 대한 대상체 검출 작업을 공진 전류가 0이 되는 시점마다 동시에 수행할 수 있고, 도 3에 도시된 전체 영역(존프리 영역)의 절반에 해당하는 워킹 코일 뿐만 아니라 나머지 절반에 해당하는 워킹 코일에 대해서도 동시에 대상체 검출 작업을 수행할 수 있다.
마지막으로, 도 3 및 도 10을 참조하여, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 대상체 검출 방법의 또 다른 예에 대해 설명하도록 한다.
참고로, 도 10은 도 8과 일부 방법을 제외하고는 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 도 8과 달리, 제어부(250)는 스위칭 신호의 제공을 중단한 후 일정 시간(P8''~P9) 동안의 제5 딜레이가 경과되면 미리 설정된 시간(P9~P10; 예를 들어, 단일 펄스를 위해 미리 설정된 주기에 해당하는 시간)의 시작과 동시에 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴오프하고, 세번째 반도체 스위치(AS3)를 턴온할 수 있다. 이후 제어부(250)는 단일 펄스를 미리 설정된 시간(P9~P10) 내의 공진 전류가 0이 되는 시점에 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다.
이후 제어부(250)는 미리 설정된 시간(예를 들어, P9~P10)이 종료되기 전까지 세번째 워킹 코일(AWC3)의 상부에서 다른 대상체가 검출되지 않는 경우, 미리 설정된 시간의 종료와 동시에(즉, 제10 시점(P10)) 세번째 반도체 스위치(AS3)를 턴오프하고, 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온할 수 있다. 이 후 제어부(250)는 전술한 스위칭 신호를 제1 인버터부(IV1)에 다시 제공할 수 있다.
즉, 도 8과 달리, 제어부(250)는 세번째 워킹 코일(AWC3)의 상부에 다른 대상체가 위치하는지 여부를 검출한 후 다시 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)을 구동시킬 수 있다.
이 후 제8' 시점(P8')에서 제8'' 시점(P8'')까지의 시간과 동일한 시간(즉, 제10' 시점(P10')에서 제10'' 시점(P10'')까지의 시간)이 경과되면, 제어부(250)는 스위칭 신호의 제공을 중단할 수 있다.
이 후 일정 시간(P10''~P11) 동안의 제6 딜레이가 경과되면 미리 설정된 시간(P11~P12; 즉, 전술한 P9~P10과 동일한 시간)의 시작과 동시에 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 다시 턴오프하고, 네번째 반도체 스위치(AS4)를 턴온할 수 있다. 이후 제어부(250)는 단일 펄스를 미리 설정된 시간(P11~P12) 내의 공진 전류가 0이 되는 시점에 제1 인버터부(IV1)에 제공함으로써 네번째 워킹 코일(AWC4)의 상부에 다른 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있다.
이와 같이, 제어부(250)는 대상체가 검출된 이후에도 구동되지 않는 워킹 코일의 상부에 다른 대상체가 위치하는지를 도 8과 다른 방법으로 지속적으로 검출할 수 있다.
물론, 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6) 및 제어부(250)를 통해 복수개의 워킹 코일(AWC1~AWC6, BWC1~BWC4, CWC1~CWC6)을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 대상체 검출 속도 및 알고리즘을 개선할 수 있다. 또한 공진 전류가 0이 되는 시점에 대상체 검출 작업을 수행함으로써 대상체 검출 작업이 장치 출력에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 나아가 인버터부에 의해 워킹 코일이 구동되기 전 뿐만 아니라 워킹 코일이 구동되는 중에도 지속적으로 대상체 검출 작업을 수행하는바, 대상체 검출 신뢰도를 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치 및 제어부를 이용하여 대상체 검출 작업을 수행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다. 또한 사용자가 소음 문제에 민감한 시간대(예를 들어, 새벽 또는 늦은 밤)에도 조용하게 사용할 수 있는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다. 그 뿐만 아니라 회로에서 부피를 많이 차지하는 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 회로 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피도 줄일 수 있다. 나아가, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 개선할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 전원부 150: 정류부
200: 직류 링크 커패시터 250: 제어부
300: 보조 전원 350: 입력 인터페이스

Claims (11)

  1. 병렬 연결된 제1 및 제2 워킹 코일을 포함하는 제1 워킹 코일부;
    전원부로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터 상기 정류된 직류 전력을 제공받고, 스위칭 동작을 수행하여 상기 직류 전력을 공진 전류로 변환하며, 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 상기 공진 전류를 인가하는 제1 인버터부;
    상기 제1 워킹 코일을 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)하기 위해 상기 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치;
    상기 제2 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제2 워킹 코일에 연결된 제2 반도체 스위치; 및
    상기 제1 인버터부와 상기 제1 및 제2 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하여 상기 공진 전류가 0이 되는 시점에 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 공진 전류가 0이 되는 시점마다 상기 제1 인버터부에 N개의 펄스(N은 1, 2, 3 중 어느 하나)를 제공하고,
    상기 대상체의 위치가 검출되기 전까지 상기 N개의 펄스에 맞추어 상기 제1 및 제2 반도체 스위치를 순차적으로 반복해서 턴온 또는 턴오프하며,
    상기 제어부는 상기 제1 워킹 코일의 상부에서 상기 대상체가 검출된 경우, 상기 제1 인버터부에 사용자로부터 입력받은 파워 레벨에 대응되도록 주파수 및 위상이 조절된 스위칭 신호를 제공하고, 상기 스위칭 신호에 맞추어 상기 제1 반도체 스위치를 턴온 또는 턴오프하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 시점에서 상기 제1 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 공진 전류가 0이 되는 시점에 상기 N개의 펄스를 상기 제1 인버터부에 제공하고,
    상기 제1 시점 이후 미리 설정된 주기가 경과된 제2 시점 이전까지 상기 대상체가 검출되지 않은 경우, 상기 제2 시점에서 상기 제1 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제2 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 공진 전류가 다시 0이 되는 시점에 상기 N개의 펄스를 상기 제1 인버터부에 제공하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 시점 이후 상기 미리 설정된 주기가 경과된 제3 시점 이전까지 상기 대상체가 검출되지 않는 경우,
    상기 제3 시점에서 상기 제2 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제1 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 공진 전류가 다시 0이 되는 시점에 상기 N개의 펄스를 상기 제1 인버터부에 제공하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공진 전류가 0이 되는 시점에 상기 제1 인버터부에 대한 상기 스위칭 신호의 제공을 중단하고,
    상기 스위칭 신호의 제공 중단 후 미리 설정된 시간의 시작 전까지 상기 제1 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 잔존하는지 여부를 확인하고,
    상기 제2 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 아닌 다른 대상체가 위치하는지를 검출하기 위해 상기 미리 설정된 시간의 시작과 동시에 상기 제1 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제2 반도체 스위치를 턴온하며,
    상기 제2 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 N개의 펄스(N은 1, 2, 3 중 어느 하나)를 상기 미리 설정된 시간 내의 상기 공진 전류가 0이 되는 시점에 상기 제1 인버터부에 제공하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 미리 설정된 시간이 종료되기 전까지 상기 제2 워킹 코일의 상부에서 상기 다른 대상체가 검출되지 않는 경우,
    상기 미리 설정된 시간의 종료와 동시에 상기 제2 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제1 반도체 스위치를 턴온하며,
    상기 제1 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 스위칭 신호를 상기 제1 인버터부에 다시 제공하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도를 검출하고, 상기 검출 값을 토대로 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    병렬 연결된 제3 및 제4 워킹 코일을 포함하는 제2 워킹 코일부;
    상기 정류부로부터 상기 정류된 직류 전력을 제공받고, 스위칭 동작을 수행하여 상기 직류 전력을 공진 전류로 변환하며, 상기 제3 및 제4 워킹 코일 중 적어도 하나에 상기 공진 전류를 인가하는 제2 인버터부;
    상기 제3 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제3 워킹 코일에 연결된 제3 반도체 스위치; 및
    상기 제4 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제4 워킹 코일에 연결된 제4 반도체 스위치를 더 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 인버터부와 상기 제1 내지 제4 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하여 상기 제1 인버터부에 의해 변환된 공진 전류와 상기 제2 인버터부에 의해 변환된 공진 전류를 동기화하고,
    상기 동기화된 공진 전류가 0이 되는 시점에 상기 제1 내지 제4 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 위치하는지를 검출하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 시점에서 상기 제1 및 제3 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 동기화된 공진 전류가 0이 되는 시점에 상기 N개의 펄스를 상기 제1 및 제2 인버터부에 제공하고,
    상기 제1 시점 이후 미리 설정된 주기가 경과된 제2 시점 이전까지 상기 제1 또는 제3 워킹 코일의 상부에서 상기 대상체가 검출되지 않은 경우, 상기 제2 시점에서 상기 제1 및 제3 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제2 및 제4 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 동기화된 공진 전류가 다시 0이 되는 시점에 상기 N개의 펄스를 상기 제1 및 제2 인버터부에 제공하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 시점 이후 상기 미리 설정된 주기가 경과된 제3 시점 이전까지 상기 제2 또는 제4 워킹 코일의 상부에서 상기 대상체가 검출되지 않는 경우,
    상기 제3 시점에서 상기 제2 및 제4 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제1 및 제3 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 동기화된 공진 전류가 다시 0이 되는 시점에 상기 N개의 펄스를 상기 제1 및 제2 인버터부에 제공하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.



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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023140525A1 (ko) * 2022-01-18 2023-07-27 삼성전자 주식회사 인덕션 장치 및 인덕션 장치에서 외부 장치 감지 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102413857B1 (ko) * 2017-08-31 2022-06-28 엘지전자 주식회사 회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치
JP7152709B2 (ja) * 2018-05-23 2022-10-13 株式会社リコー 電源装置及び磁界発生システム
KR20210109916A (ko) * 2020-02-28 2021-09-07 삼성전자주식회사 무선 충전 장치 및 방법
CN115244821B (zh) 2020-03-03 2024-04-09 微芯片技术股份有限公司 多线圈无线充电系统中的低功率对象检测
CN112072902A (zh) * 2020-08-28 2020-12-11 宋喂 一种高频感应加热装置
KR20220077966A (ko) * 2020-12-02 2022-06-10 삼성전자주식회사 무선 전력을 전송하는 전자 장치와 이의 동작 방법
CN114680632A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 半桥驱动加热检锅电路、加热设备、检锅方法、存储介质
US11715979B2 (en) * 2021-07-23 2023-08-01 Renesas Electronics America, Inc. Multi-element driver topology for element selection

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100204886B1 (ko) * 1996-02-07 1999-06-15 이종학 고주파 유도가열 조리장치

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5250777A (en) * 1990-04-02 1993-10-05 Inductotherm Corp. Method and apparatus for variable phase induction heating and stirring
ES2352772B1 (es) * 2008-12-19 2012-01-26 Bsh Electrodomésticos España, S.A. Campo de cocción con varios elementos de calentamiento y al menos un grupo constructivo de la electrónica de potencia.
EP2209350B1 (en) * 2009-01-16 2018-11-28 Whirlpool Corporation Method for the synchronization of induction coils supplied by power converters of an induction cooking hob and induction heating system carrying out such method
WO2011089900A1 (ja) * 2010-01-20 2011-07-28 パナソニック株式会社 誘導加熱装置
KR20110092891A (ko) * 2010-02-10 2011-08-18 삼성전자주식회사 유도가열조리기
KR20110136226A (ko) * 2010-06-14 2011-12-21 삼성전자주식회사 유도가열조리기 및 그 제어방법
US20120305546A1 (en) * 2011-06-06 2012-12-06 Mariano Pablo Filippa Induction cooktop pan sensing
US9554425B2 (en) * 2011-12-06 2017-01-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Induction heating device
KR102009354B1 (ko) * 2012-11-26 2019-08-09 엘지전자 주식회사 전자 유도 가열 조리기 및 이의 구동 방법
KR101696360B1 (ko) * 2015-05-27 2017-01-13 (주)쿠첸 공진 전류를 이용한 용기 감지 기능을 구비한 유도가열 조리기
KR102326999B1 (ko) * 2015-06-22 2021-11-16 엘지전자 주식회사 전자 유도 가열 조리기 및 이의 구동 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100204886B1 (ko) * 1996-02-07 1999-06-15 이종학 고주파 유도가열 조리장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023140525A1 (ko) * 2022-01-18 2023-07-27 삼성전자 주식회사 인덕션 장치 및 인덕션 장치에서 외부 장치 감지 방법

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