KR102201065B1 - 공진 주파수 추종을 수행하는 조리 기기 및 그 동작방법 - Google Patents

공진 주파수 추종을 수행하는 조리 기기 및 그 동작방법 Download PDF

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Abstract

공진 주파수 추종을 수행하는 조리 기기 및 그 동작방법이 개시된다. 것을 특징으로 한다. 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 조리 기기는, 유도 가열(Induction Heating)을 위한 교류 전원을 가열부로 제공하며, 스위치 구동 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 상기 교류 전원을 생성하는 스위칭 회로와, 상기 가열부로 제공되는 공진 전류를 측정한 측정 결과를 생성하는 공진 전류 측정부 및 상기 스위치 구동 신호의 파형을 정의하기 위한 제1 정보를 생성하고, 상기 측정 결과를 이용한 상기 공진 전류의 파형과 상기 제1 정보에 의해 정의되는 파형을 통해 공진점 추종을 수행하며, 상기 공진점 추종 결과에 따라 상기 스위치 구동 신호의 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 조절하여 출력하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

공진 주파수 추종을 수행하는 조리 기기 및 그 동작방법{Cooker performing resonance frequency tracking and Operating method thereof}
본 개시의 기술적 사상은 조리 기기에 관한 것으로서, 자세하게는 공진 주파수 추종을 수행하는 조리 기기 및 그 동작방법에 관한 것이다.
조리 기기로서 전기 레인지(Electric Range)는 전기를 에너지원으로 하여 화구의 가열부를 구동함으로써 화구에 놓여진 피가열체를 가열하는 기기이다. 전기 레인지는 피가열체를 가열함으로써 용기에 담긴 음식을 조리하는 용도로 사용되기도 하며, 용기에 담긴 다양한 액체를 가열하는 용도로 사용되기도 한다.
전기 레인지는 직류 전원에 대한 스위칭 제어를 통해 생성되는 교류 전원을 이용하여 가열부를 구동할 수 있다. 일 예로서, 전기 레인지에 구비되는 스위칭 소자(예컨대, 인버터 회로)가 구동 신호에 응답하여 직류 전원을 스위칭함으로써 교류 전원(또는, 공진 전류)을 생성하고, 생성된 교류 전원을 가열부에 포함되는 워킹 코일로 제공할 수 있다.
전기 레인지 동작의 특성 상, 피가열체의 종류나 피가열체가 가열부 위에 놓여진 위치 등 다양한 원인들에 의하여 공진 특성이 변동하게 되고 이에 따라 가열 출력이 달라질 수 있다. 전력 손실을 감소하고 가열 출력의 효율을 향상하기 위해서는 공진 특성의 변동을 정확하고 빠르게 검출할 필요가 있다.
본 개시의 기술적 사상은 주기적 또는 실시간으로 빠르게 공진 주파수를 추종함으로써 높은 출력과 고효율로서 조리 기능을 수행할 수 있는 조리 기기 및 그 동작방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 조리 기기는, 유도 가열(Induction Heating)을 위한 교류 전원을 가열부로 제공하며, 스위치 구동 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 상기 교류 전원을 생성하는 스위칭 회로와, 상기 가열부로 제공되는 공진 전류를 측정한 측정 결과를 생성하는 공진 전류 측정부 및 상기 스위치 구동 신호의 파형을 정의하기 위한 제1 정보를 생성하고, 상기 측정 결과를 이용한 상기 공진 전류의 파형과 상기 제1 정보에 의해 정의되는 파형을 통해 공진점 추종을 수행하며, 상기 공진점 추종 결과에 따라 상기 스위치 구동 신호의 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 조절하여 출력하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 예시적 실시예에 따른 조리 기기 및 그 동작방법에 의하면, 주기적 또는 실시간으로 검출된 공진 전류의 검출 정보와 스위치 구동 신호 생성에 이용되는 카운팅 정보의 조합에 의해 빠르게 공진 주파수가 추종됨으로써, 높은 출력과 고효율로서 조리 기능을 수행함과 함께 조리 동작 중 용기의 위치 변동 등 실시간 발생되는 공진 주파수 변동을 빠르게 추종할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조리 기기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 제어 회로의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 카운팅 값과 공진 전류의 측정 결과에 기반하여 공진점을 추종하는 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조리 기기의 동작방법을 나타내는 플로우차트이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조리 기기를 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 조리 기기(100)는 직류 전원 생성부(110), 스위칭 회로(120), 가열부(130), 상용 전원 측정부(140), 공진 전류 측정부(150) 및 제어 회로(160)를 포함할 수 있다. 또한, 제어 회로(160)는 공진점 추종 모듈(161)을 포함할 수 있으며, 공진점 추종 모듈(161)은 가열부(130) 상에 피가열체의 종류, 크기, 재질, 모양 및 화구 상에 놓여진 위치 등 다양한 요인들로 인해 변동되는 공진점(또는, 공진 주파수)을 추종하고, 그 추종 결과를 생성할 수 있다. 이외에도, 도 1에는 도시되지 않았으나, 조리 기기(100)에서 수행될 수 있는 다른 다양한 동작들을 위해 추가의 구성 요소가 조리 기기(100)에 더 구비될 수 있으며, 일 예로서 화구에 피가열체(101)가 놓여졌는지를 감지하기 위한 장치나 사용자 인터페이스부 및 통신부 등 다양한 기능들을 수행하는 구성 요소가 더 구비될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따라, 조리 기기(100)는 하나 이상의 화구를 포함하고, 전기적 원리를 이용해 화구에 놓여진 피가열체(101)를 가열하는 전기 레인지일 수 있다. 상기 화구라는 용어는 다양하게 정의가 가능하며, 본 발명의 실시예들에서 상기 화구는 용기 등의 피가열체가 놓여지는 위치에 대응하여 배치되는 가열부(130)를 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 조리 기기(100)가 다수 개의 화구들을 포함할 때, 일부의 화구는 워킹 코일을 포함하여 전자기 유도 작용을 통해 피가열체(101)를 가열하는 인덕션에 해당할 수 있으며, 다른 일부의 화구는 열선이 포함된 금속판을 가열하여 열을 발생하는 핫플레이트, 열선이 분포되어 세라믹 판을 가열하여 열을 발생하는 하이라이트 등 다른 종류의 화구일 수도 있다.
피가열체(101)는 가열 장치(100)에 의해 가열되는 물체를 나타낼 수 있다. 피가열체(101)는 냄비, 프라이팬, 찜솥, 주전자 및 티포트 등과 같은 피가열 용기들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의 상 피가열체(101)는 용기로 지칭될 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 조리 기기(100)는 전기 레인지 이외의 다른 다양한 종류의 기기에 해당할 수도 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 조리 기기(100)는 스위칭 소자를 이용하여 교류 전원(예컨대, 교류 전압 또는 교류 전류)을 생성하여 가열부를 구동하는 다양한 종류의 가열 기기일 수도 있다. 이하, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 조리 기기(100)는 전기 레인지에 해당하고, 워킹 코일에 의해 생성되는 자기장이 용기(101)에 전류를 유도함으로써 조리가 수행되는 것으로 가정할 것이다.
직류 전원 생성부(110)는 외부로부터 공급되는 상용 전원을 수신하고, 교류 전원에 대한 평활화 동작을 통해 직류 전압을 생성하여 출력할 수 있다. 상용 전원은 사용하는 국가 및/또는 지역에 따라 110V 교류 전원, 220V 교류 전원, 380V 교류 전원 또는 그 외의 임의의 전압 레벨을 갖는 교류 전원에 해당할 수 있다.
스위칭 회로(120)는 수신된 직류 전압에 대한 고주파 스위칭 동작을 통해 고주파 교류 전원(예컨대, 교류 전압 또는 교류 전류)을 생성하고 이를 가열부(130)로 제공할 수 있다. 가열부(130)는 스위칭 회로(120)로부터 교류 전원을 수신하는 워킹 코일을 포함할 수 있으며, 워킹 코일은 교류 전원에 의하여 화구 상에 놓여진 용기(101)와 전류 공진하게 되고, 이에 의해 용기(101)가 발열되어 조리 기능이 수행될 수 있다.
한편, 스위칭 회로(120)는 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)에 응답하여 스위칭이 제어될 수 있다. 일 예로서, 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT))를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과한 것으로서, 스위칭 회로(120)는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), MOS-FET 또는 IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor) 등 다양한 종류의 스위칭 소자를 포함하여도 무방할 것이다.
상용 전원 측정부(140) 및 공진 전류 측정부(150) 각각은 전압 및 전류를 검출할 수 있는 다양한 종류의 측정 장치를 포함할 수 있다. 상용 전원 측정부(140)는 외부로부터 공급되는 상용 전원의 레벨을 검출하여 제어 회로(160)로 제공될 수 있으며, 제어 회로(160)는 상용 전원의 레벨의 이상 여부를 판단하고 이에 기반하여 조리 기기(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
공진 전류 측정부(150)는 워킹 코일로 제공되는 교류 전원으로부터 공진 전류를 측정하고 측정 결과(Det_I)를 제어 회로(160)로 제공할 수 있다. 일 예로서, 측정 결과(Det_I)는 공진 전류의 레벨을 검출한 결과에 따른 아날로그 신호에 해당할 수 있다.
제어 회로(160)는 프로세서 또는 마이컴 등의 구성 요소를 포함함에 의해 조리 기기(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어 회로(160)는 스위칭 회로(120)의 고주파 스위칭 동작을 제어하기 위한 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)를 생성하는 회로를 더 포함할 수 있다. 제어 회로(160)는 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)를 제공함으로써 스위칭 회로(120)로부터 출력되는 교류 전원의 주파수 및/또는 듀티(duty)를 조절할 수 있다. 또한, 제어 회로(160)의 제어에 기반하여 교류 전원의 주파수 및/또는 듀티(duty)가 조절됨에 따라 가열부(130)의 유도 가열 출력이 조절될 수 있다. 일 예로서, 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)에 응답하여 스위칭 회로(120)로부터 출력되는 교류 전원의 주파수가 증가 또는 감소되거나 듀티가 증가 또는 감소됨으로써 유도 가열 출력이 조절될 수 있다.
변형 가능한 실시예로서, 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)를 생성하기 위한 별도의 구동 신호 생성 회로(미도시)가 제어 회로(160)의 외부에 배치되고, 구동 신호 생성 회로는 제어 회로(160) 내에서의 공진점 추종 결과에 따라 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)의 주파수 및/또는 듀티를 조절하여 출력하는 형태로 조리 기기(100)가 구현될 수도 있을 것이다.
공진점 추종 모듈(161)은 측정 결과(Det_I)를 이용하여 공진점 추종 동작을 수행할 수 있다. 용기(101)의 특성 및 화구 상에 놓여진 위치 등 다양한 요인들에 의해 전자기적 결합 특성(예컨대, 공진 특성)이 변동될 수 있으며, 이로 인해 워킹 코일로 제공되는 공진 전류의 파형이 변동될 수 있다. 예컨대, 용기(101)는 가열부(130)의 워킹 코일과 전자기적으로 결합(coupling)된 부하 인덕터(L_load)와 부하 저항(R_load)이 연결된 형태의 등가 회로로서 표현될 수 있다. 용기(101)의 특성이나 놓여진 위치에 따라 부하 인덕터(L_load)와 부하 저항(R_load)의 값이 변동하게 되고, 이에 따라 전자기적으로 결합된 워킹 코일과 용기(101) 사이의 공진 특성이 변동될 수 있다.
공진 전류 측정부(150)로부터의 측정 결과(Det_I)는 공진 전류의 레벨에 상응하는 아날로그 신호에 해당할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 아날로그 신호는 그 레벨이 쉬프트되어 공진점 추종 모듈(161)로 제공될 수 있으며, 또는 상기 아날로그 신호는 공진점 추종 모듈(161) 내에서 그 레벨이 쉬프트될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 공진점 추종 모듈(161)은 측정 결과(Det_I)에 대한 아날로그-디지털 변환 동작을 수행하고, 디지털 변환된 측정 결과를 이용하여 공진점 추종 동작을 수행할 수 있다.
이하, 본원발명의 구체적인 일 동작 예를 설명하면 다음과 같다.
조리 기기(100)의 가열부(130) 내의 워킹 코일과 공진 커패시터에 의하여 기본 공진 주파수가 설정될 수 있으며, 용기의 종류, 크기, 놓여진 위치 등 다양한 요인들에 의해 변동되는 공진점(또는, 공진 주파수)이 추종되며, 추종된 공진 주파수에서 높은 효율 및 출력을 통해 조리 기능이 수행될 수 있다. 일 예로서, 공진 전류의 파형을 분석하고 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS) 제어를 통해 공진점이 추종되며, 추종 결과에 따라 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)가 조절될 수 있다. 즉, ZVS 제어를 통한 공진점 추종은, 공진 전압과 공진 전류가 제로 크로싱(zero crossing)되도록 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)를 조절함에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따라, 스위칭 회로(120)의 스위칭 소자는 ZVS 방식에 따라 스위칭이 제어되고, ZVS 방식에 따라 스위칭이 수행되는 타이밍과 공진 전류의 레벨이 0 이 되는 타이밍이 검출될 수 있다. 예컨대, 스위칭이 수행되는 타이밍을 조절함에 의해 공진 전류의 파형과 공진 전압이 제로 크로싱되도록 조절될 수 있으며, 제로 크로싱이 이루어지는 주파수가 공진 주파수에 해당하는 것으로 판단될 수 있다. 일 예로서, 공진 전류의 레벨은 주기적인 파형을 가지며, 공진 주파수가 변동됨에 따라 공진 전류의 파형이 변경될 수 있으며, 공진 전류의 레벨이 점차 증가하여 0 이 되는 시점과 레벨이 점차 감소하여 0 이 되는 시점에서 ZVS가 발생되도록 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)가 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예의 조리 기기(100)에 따르면, 공진 전류가 주기적 또는 실시간으로 검출되고, 고속 아날로그-디지털 변환에 의해 생성되는 디지털 공진 전류 검출 결과를 이용함으로써 주기적 또는 실시간으로 빠른 속도로 공진점 추종이 가능하다. 예컨대, 기존 방식에 따라 가열 출력을 분석하여 공진점을 추종하는 경우에는, 소정의 주기 동안 출력 크기를 모니터링하고 이에 대한 평균 산출 등의 연산 처리를 수행할 필요가 있으므로, 용기 위치 변경 등 다양한 요인들로 인해 실시간으로 변동될 수 있는 공진점을 빠르게 추적하기 어렵다. 그러나, 전술한 본 발명의 실시예에 따르면 실시간으로 공진점을 추종하고 이를 통해 가열 출력의 효율을 향상할 수 있다.
도 2는 도 1의 제어 회로의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제어 회로(160)는 아날로그-디지털 변환기(161_1), 공진점 판단기(161_2), 카운터(162) 및 구동 신호 생성기(163)를 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(161_1)는 고속 ADC를 포함할 수 있으며, 일 예로 대략 1 MH의 주파수로서 변환 동작을 수행하는 고속 ADC가 적용될 수 있다. 또한, 카운터(162)는 업 카운팅 및 다운 카운팅을 수행하는 카운터를 포함할 수 있으며, 소정의 타이밍 정보(Ctrl_T)를 생성하여 구동 신호 생성기(163)로 제공할 수 있다. 도 2에 도시된 아날로그-디지털 변환기(161_1) 및 공진점 판단기(161_2)는 전술한 공진점 추종 모듈(161)에 구비되는 구성일 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 실시예는 하나의 일 구현 예에 불과한 것으로서, 본 발명의 제어 회로(160)는 전술한 실시예에서와 동일 또는 유사한 동작을 수행하도록 하는 범위 내에서 다양하게 변형이 가능할 것이다.
고속 ADC(161_1)는 공진 전류 측정 결과(Det_I)를 수신하고 이를 디지털 신호로 고속 변환할 수 있다. 예컨대, 공진 전류 측정부(150)로부터의 공진 전류 측정 결과(Det_I)는 아날로그-디지털 변환이 수행될 수 있도록 그 레벨이 쉬프팅되어 고속 ADC(161_1)로 제공될 수 있다. 디지털 변환된 측정 결과(Data_I)는 공진점 추종을 위한 공진점 판단기(161_2)로 제공될 수 있다.
카운터(162)는 소정의 값으로 설정되는 최대값(max)과 최소값(min) 사이에서 업 카운팅 및 다운 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 일 예로서, 카운터(162)는 카운팅 결과를 공진점 판단기(161_2)로 제공하고, 공진점 판단기(161_2)는 카운팅 결과와 디지털 변환된 측정 결과(Data_I)를 이용하여 공진점 추종 동작을 수행할 수 있다. 또는, 최대값(max)과 최소값(min) 사이의 값으로 설정되는 기준값(Ref)이 카운터(162)로 제공되고, 카운터(162)는 카운팅 결과가 기준값(Ref)에 해당하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보(Ctrl_T)를 공진점 판단기(161_2)로 제공하고, 공진점 판단기(161_2)는 타이밍 정보(Ctrl_T)와 디지털 변환된 측정 결과(Data_I)를 이용하여 공진점 추종 동작을 수행할 수 있다. 이외에도, 하기에서 설명되는 공진점 추종 방식과 동일 또는 유사한 범위 내에서, 공진점 추종은 다른 다양한 방식에 따라 제어 회로(160) 내에서 수행될 수도 있을 것이다.
공진점 판단기(161_2)는 디지털 변환된 측정 결과(Data_I)를 분석하여 공진 전류의 레벨이 0 이 되는 시점을 판단할 수 있으며, 또한 ZVS가 수행되는 시점과 공진 전류의 레벨이 0 이 되는 시점이 동일한 지를 판단할 수 있다. 예컨대, 구동 신호 생성기(163)는 카운팅 결과가 기준값(Ref)에 해당하는 타이밍에 스위칭 회로(120)를 ZVS 방식에 따라 턴 온 시키거나 턴 오프 시키기 위한 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)를 생성할 수 있으며, 공진 주파수가 변동되는 경우 공진 전류의 레벨이 0 이 되는 시점과 ZVS가 수행되는 시점이 달라질 수 있다. 공진점 판단기(161_2)는 공진 전류의 파형과 공진 전압이 제로 크로싱 되도록 하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 일 동작 예로서 공진점 판단기(161_2)는 전술한 기준값(Ref)을 변경하기 위한 제어 신호(Ctrl_Ref)를 카운터(162)로 제공할 수 있다.
카운터(162)는 변경된 기준값(Ref)에 기반하여 카운팅 동작을 수행하고, 이에 따라 스위칭 회로(120)의 턴 온 및 턴 오프 타이밍을 변동하기 위한 타이밍 정보(Ctrl_T)를 구동 신호 생성기(163)로 제공할 수 있다. 구동 신호 생성기(163)는 변동된 타이밍 정보(Ctrl_T)에 따라 그 주파수 및/또는 듀티가 조절된 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)를 생성할 수 있다. 예컨대, 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)는 PWM(Pulse-width modulation) 방식에 의해 스위칭 회로(120)를 제어하는 PWM 신호일 수 있고, PWM은 타이밍 정보(Ctrl_T)에 응답하여 수행될 수 있다.
전술한 실시예에서는 공진점 판단기(161_2)가 제어 신호(Ctrl_Ref)를 카운터(162)로 제공하여 기준값(Ref)을 변경하는 예가 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 공진점 판단기(161_2)는 공진점 추종 결과에 따라 카운터(162)의 동작을 제어하기 위한 다양한 제어 정보를 제공할 수 있으며, 일 예로서 카운팅이 수행되는 최대값(max) 및 최소값(min) 중 적어도 하나를 조절하기 위한 제어 정보를 더 제공할 수도 있을 것이다.
전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 공진점 추종을 위한 별도의 센서를 사용할 필요가 없이 다양한 요인들에 기인한 공진 주파수의 변동을 실시간으로 추종할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 본원발명의 구성 요소들은 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다. 일 실시예에 따라, 도 1 및 도 2에 도시된 구성 요소들 각각은 하드웨어로 구현될 수 있으며, 또는 프로세서가 프로그램을 실행함에 의해 그 기능이 달성되는 소프트웨어로 구현될 수도 있을 것이다. 또는, 도 1 및 도 2에 도시된 구성 요소들은 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수도 있을 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 조리 기기의 동작의 일 구체적인 예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 카운팅 값과 공진 전류의 측정 결과에 기반하여 공진점을 추종하는 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 3을 참조하면, 전술한 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)는 카운팅 동작에 기반하여 그 파형이 정의될 수 있다. 일 예로, 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)는 카운팅 결과(CMPA)가 제1 기준값(Ref1)을 갖는 시점에서 스위칭 소자를 턴 온 및 턴 오프시키기 위한 파형을 가질 수 있다. 예컨대, 카운터가 업 카운트를 하는 과정에서 카운팅 결과(CMPA)가 제1 기준값(Ref1)을 갖는 시점(m)과 카운터가 다운 카운트를 하는 과정에서 카운팅 결과(CMPA)가 제1 기준값(Ref1)을 갖는 시점(n) 사이의 구간 동안 스위칭 소자가 턴 온될 수 있다. 이 때, 기준값을 조절함으로써 시점(m)과 시점(n) 사이의 구간이 조절될 수 있으며, 일 예로서 공진 전압(Vce)과 공진 전류가 제로 크로싱되도록 기준값이 조절될 수 있다. 도 3에 도시된 제1 기준값(Ref1)은 공진점 추종이 수행된 후의 값을 나타내고, 제2 기준값(Ref2)은 공진점 추종이 완료되기 이전의 값을 나타낼 수 있다.
일 예로서, 카운터가 업 카운트를 하는 과정에서 카운팅 결과(CMPA)가 기준값을 가질 때, 공진 전류의 파형을 분석함에 의해 공진 전류가 증가하고 있는 중인지 또는 감소하고 있는 중인지를 판단할 수 있으며, 이에 기반하여 공진 전압(Vce)과 공진 전류가 제로 크로싱되는 지가 판단될 수 있다. 만약, 제로 크로싱되지 않는 경우에는 기준값을 조절함에 의해 상기 판단 동작이 반복되고, 이로 인해 공진 전압(Vce)과 공진 전류가 제로 크로싱되는 제1 기준값(Ref1)이 산출될 수 있다.
일 예로, 공진점 추적 이전에는 스위칭 소자가 시점(a)와 시점 (c) 사이에서 턴 온되고, 이에 따라 공진 전압(Vce)과 공진 전류가 제로 크로싱되지 않음에 의해 가열 효율이 저하될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따라 공진 전류의 측정 결과를 이용하여 공진 전압(Vce)과 공진 전류가 제로 크로싱되도록 ZVS 동작이 제어되고, 이에 따라 스위칭 소자가 시점(b)와 시점 (d) 사이에서 턴 온되도록 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)가 조절될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조리 기기의 동작방법을 나타내는 플로우차트이다. 공진점 추종 결과에 따라 스위치 구동 신호가 다양한 방식에 따라 조절될 수 있으며, 이하에서는 그 일 예로서 스위치 구동 신호가 PWM 방식에 의해 조절되는 예가 설명된다.
도 4를 참조하면, 피가열체(예컨대, 용기)가 조리 기기의 가열부 상에 놓여지고, 스위칭 소자로부터의 교류 전원에 의해 용기에 대한 유도 가열이 시작될 수 있다. 유도 가열이 시작됨에 따라 전술한 실시예들에 따라 공진 전류 레벨을 검출하는 동작이 수행되고(S11), 아날로그 신호에 해당하는 검출 정보를 아날로그-디지털 변환함으로써 디지털 신호에 해당하는 검출 정보가 생성될 수 있다(S12).
상기 교류 전원을 생성하기 위해 검출 정보에 기반하여 스위칭 회로로 제공되는 스위치 구동 신호를 조절하기 위한 동작이 수행되며, 일 예로서 스위치 구동 신호의 PWM 조절을 위한 카운팅 정보가 생성될 수 있다(S13). 상기 카운팅 정보에 따라 스위칭 회로가 턴 온되는 시점 및 구간이 조절될 수 있으며, 상기 디지털 신호로 변환된 검출 정보와 카운팅 정보를 이용하여 공진점 추종 동작이 수행될 수 있다. 상기 공진점 추종 동작은 공진 전류와 공진 전압이 제로 크로싱되는 타이밍을 판단하고 이에 기반하여 스위치 구동 신호의 PWM 조절을 수행하는 동작을 포함하고, 상기 추종 결과에 따라 스위치 구동 신호가 조절될 수 있다(S15).
도 5는 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 조리 기기의 동작 방법을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 스위치 구동 신호의 PWM 조절 동작이 시작되고(S21), 상기 PWM 조절 동작은 용기에 대한 가열을 시작하는 시점에서 실시간으로 또는 주기적으로 수행될 수 있으며, 또는 하나의 가열 구간 내에서 특정 시점에 수행될 수도 있을 것이다. 예컨대, 용기의 종류에 의한 공진 특성 변동을 추종하는 경우에는, 용기의 초기 가열 구간에서 상기 추종 동작이 수행될 수 있을 것이다. 또는, 용기의 놓여진 위치나 가열 상태 등 다양한 요인들에 의한 공진 특성 변동을 추종하기 위해서는, 상기 조리 구간 내에서 주기적 또는 실시간으로 수행될 수도 있을 것이다.
전술한 실시예들에 따라 공진 전류가 검출되고 이에 대한 고속 아날로그-디지털 샘플링 동작이 수행되며(S22), ZVS 제어를 위해 카운팅 정보의 업/다운 타이밍이 판단될 수 있다(S23). 예컨대, 전술한 실시예에서와 같이 업 카운팅이 기준값에 도달하는 시점과 다운 카운팅이 기준값에 도달하는 시점 사이의 구간이 스위칭 회로가 턴 온되는 구간에 해당할 수 있으며, 상기 업 카운팅 및 다운 카운팅이 기준값에 도달하는 시점이 판단될 수 있다. 또한, 디지털 변환된 검출 정보와 상기 판단된 타이밍을 이용하여 ZVS 체크가 수행될 수 있으며(S24), ZVS 체크를 통해 공진 전압과 공진 전류가 제로 크로싱된 것으로 판단된 경우에는 PWM 조절 이외의 다른 쓰레드가 처리될 수 있다. 반면에, 제로 크로싱이 이루어지지 않은 것으로 판단되면 실시간으로 ZVS를 체크해가면서 스위치 구동 신호의 주파수가 이동될 수 있다(S25).
상기와 같은 ZVS 체크 및 주파수 이동에 의해 제로 크로싱이 이루어지면, 조리 기기의 안정적인 동작을 위하여 다른 각종 판단 및 제어 동작이 수행될 수 있다. 예컨대, 공진 전류가 소정의 임계값과 비교되고(S26), 공진 전류가 임계값 이상인 경우 공진 전류가 허용치를 벗어난 것으로 판단하고, 가열 출력 감소(또는, 공진 전류 감소)를 위해 주파수가 이동될 수 있다. 예컨대, 스위칭 구동 신호의 주파수를 증가시키는 방향(H)으로 주파수가 이동되어 가열 출력이 감소될 수 있다.
반면에, 공진 전류가 임계값 미만인 것으로 판단되면 IGBT 등의 스위칭 소자의 온도가 측정될 수 있다(S27). 하나의 조리 구간은 다수의 가열 구간들을 포함할 수 있으며, 상기 하나의 조리 구간에서 하나 이상의 설정값들이 저장되고, IGBT 등의 스위칭 소자를 보호하기 위해 스위칭 소자의 온도가 상기 설정값 미만인지가 판단될 수 있다. 만약, 스위칭 소자의 온도가 상기 설정값 이상인 것으로 판단되면 가열 출력 감소(또는, 공진 전류 감소)를 위해 주파수가 이동될 수 있다. 반면에, 스위칭 소자의 온도가 상기 설정값 미만인 것으로 판단되면 조리 구간에서 가열 출력이 증가되도록 제어될 수 있으며(S28), 일 예로 스위칭 구동 신호의 주파수를 감소시키는 방향(L)으로 주파수가 이동되어 가열 출력이 증가될 수 있다.
이후, 가열 동작이 종료되었는지가 판단되고, 가열 동작이 진행되는 동안에는 전술한 단계들이 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 가열 동작을 종료하기 위한 입력이 제공되면 조리 기기의 파워가 오프될 수 있다(S30).
도 6은 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 조리 기기의 동작 방법을 나타내며, 일 예로 스위칭 구동 신호의 PWM 조절을 위한 제1 기준 정보가 설정되고(S31), 상기 설정된 제1 기준 정보와 카운팅 동작에 따른 카운팅 값에 기반하여 구동 신호가 생성될 수 있다(S32). 상기 제1 기준 정보는 스위칭 구동 신호의 조절에 관련된 각종 정보를 포함할 수 있으며, 일 예로서 카운팅 값의 최대값, 최소값, 그리고 전술한 실시예들에 따른 기준값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전술한 공진 전류의 검출 및 ADC 변환을 이용한 공진점 추종이 수행될 수 있으며, 이를 통해 가열 효율이 향상될 수 있다. 또한, 공진점 추종이 완료되면 상기 공진점 추종에 관련된 각종 동작들로서 ADC 동작 및 제로 크로싱 판단 동작 등이 중단될 수 있다.
이후, 용기 위치가 변경되었는지가 판단될 수 있다(S33). 용기 위치의 변경 여부는 다양한 방식에 의해 수행될 수 있으며, 일 예로 가열에 의해 소모되는 전력을 검출하는 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다. 또는, 본 발명의 실시예에 따라 수행된 공진 전류 검출 결과에 기반하여 용기의 위치 변경 여부가 판단될 수 있으며, 일 예로서 공진 전류의 파형의 변동 여부를 검출함으로써 용기의 위치 변경 여부가 판단될 수 있다.
용기의 위치가 변경된 것으로 판단되면, 전술한 실시예들에 따라 공진점 추종을 위한 동작들이 수행될 수 있다(S34). 예컨대, 공진점 추종을 위해 공진 전류의 검출 결과가 아날로그-디지털 변환되고, 카운팅 동작에 따른 카운팅 값을 이용하여 제로 크로싱 여부가 판단될 수 있다. 또한, 제로 크로싱이 이루어지도록 상기 제1 기준 정보가 다른 값을 갖는 제2 기준 정보로 변경될 수 있다(S35). 또한, 변경된 결과로서 제2 기준 정보에 기반하여 스위치 구동 신호의 파형이 조절될 수 있으며(S36), 공진점 추종 결과가 반영된 스위치 구동 신호에 의해 생성된 교류 전원에 의해 가열 동작이 수행될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 유도 가열(Induction Heating)을 위한 교류 전원을 가열부로 제공하며, 스위치 구동 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 상기 교류 전원을 생성하는 스위칭 회로;
    상기 가열부로 제공되는 공진 전류를 측정하고 그 레벨을 쉬프팅함으로써 측정 결과를 생성하는 공진 전류 측정부; 및
    상기 스위치 구동 신호의 파형을 정의하기 위한 제1 정보를 생성하고, 상기 측정 결과를 아날로그-디지털 컨버팅한 디지털 신호를 기초로 판단된 상기 공진 전류의 파형과 상기 제1 정보에 의해 정의되는 파형을 통해 공진점 추종을 수행하며, 상기 공진점 추종 결과에 따라 상기 스위치 구동 신호의 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 조절하여 출력하는 제어 회로를 구비하고,
    상기 스위칭 회로는 상기 스위치 구동 신호에 응답하여 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS) 방식에 따라 제어되고,
    상기 제1 정보는, 카운팅 동작을 수행한 결과를 제1 기준값과 비교함에 기반하여 상기 스위칭 회로의 턴 온 구간을 나타내는 정보를 포함하고,
    상기 제어 회로는, 상기 공진점 추종 결과에 기반하여 상기 제1 기준값을 변경시킴으로써 상기 스위치 구동 신호의 파형을 조절하고, 상기 제1 기준값의 변경을 통해 상기 공진 전류의 레벨이 점차 증가하여 0 이 되는 시점과 상기 공진 전류의 레벨이 점차 감소하여 0 이 되는 시점에서 상기 영 전압 스위칭이 발생되도록 제어 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    기 설정되는 최대값 및 최소값 사이에서 업 카운팅 및 다운 카운팅을 수행하고, 카운팅 결과가 상기 제1 기준값에 해당하는 타이밍을 나타내는 상기 제1 정보를 생성하는 카운터;
    상기 제1 정보에 대응하는 파형을 갖는 상기 스위치 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성기; 및
    상기 측정 결과에 상응하는 디지털 신호와 상기 카운터로부터의 상기 제1 정보를 이용하여 상기 공진점 추종을 수행하는 공진점 추종 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공진점 추종 모듈은,
    상기 측정 결과를 상기 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 및
    상기 측정 결과에 상응하는 디지털 신호와 상기 제1 정보를 이용하여 상기 공진점을 추종하여 추종 결과를 생성하는 공진점 판단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공진점 판단기는, 상기 제1 기준값을 변경하기 위한 제어 정보를 상기 추종 결과로서 상기 카운터로 제공하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변경된 제1 기준값에 기반하여 상기 스위치 구동 신호에 대한 펄스 폭 변조(Pulse-width modulation)가 수행되는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 공진점 추종 모듈은 공진 전압과 상기 공진 전류가 제로 크로싱되도록 상기 스위치 구동 신호를 조절하기 위한 추종 결과를 생성하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 공진점 추종 동작이 완료된 이후 상기 공진점 추종 동작을 중단하고, 이후 용기의 위치 변동을 감지한 결과에 따라 상기 공진점 추종 동작을 재개하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공진점 추종 결과에 기반하여 상기 제1 기준값이 제2 기준값으로 변경되고,
    상기 제어 회로는, 상기 용기의 위치 변동을 감지한 결과에 따라, 업 카운팅 및 다운 카운팅을 수행한 결과를 상기 제2 기준값과 비교함에 기반하여 생성된 정보와 상기 용기의 위치가 변동된 후 측정된 공진 전류의 파형을 이용하여 상기 공진점 추종을 수행하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
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