KR102238454B1 - 온도 예측 제어를 수행하는 조리 기기 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

온도 예측 제어를 수행하는 조리 기기 및 그 동작방법이 개시된다. 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 조리 기기는, 유도 가열(Induction Heating)을 위한 교류 전원을 제공하며, 스위치 구동 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 상기 교류 전원을 생성하는 스위칭 회로와, 상기 조리 기기 내부의 온도를 측정하여 온도 정보를 생성하는 온도 검출부와, 상기 온도 정보를 이용한 연산을 통해, 상기 온도 검출부에 의해 검출되는 온도가 조리 구간 동안 일정 범위를 유지하는지를 예측한 예측 결과를 생성하는 온도 유지 예측 모듈 및 상기 예측 결과에 응답하여 상기 스위치 구동 신호의 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 조절하여 출력하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

온도 예측 제어를 수행하는 조리 기기 및 그 동작방법{Cooker performing temperature predictive control and Operating method thereof}

본 개시의 기술적 사상은 조리 기기에 관한 것으로서, 자세하게는 온도 예측 제어를 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 전원을 생성할 수 있으며, 이 때 교류 전원에 의한 스위칭 소자의 발열로 인하여 스위칭 소자에 손상이 발생될 수 있다. 스위칭 소자의 손상을 방지하기 위하여 가열부의 구동을 중단하는 등이 제어가 필요로 되나, 이 경우 가열부를 충분한 시간 동안 구동하지 못함으로써 조리 성능에 제약이 발생될 수 있다.

본 개시의 기술적 사상은 온도 변화를 미리 예측함에 의해 가열부의 구동을 예측 제어함으로써 충분한 시간 동안 가열부를 구동함과 함께, 스위칭 소자의 손상을 방지할 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 제공하며, 스위치 구동 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 상기 교류 전원을 생성하는 스위칭 회로와, 상기 조리 기기 내부의 온도를 측정하여 온도 정보를 생성하는 온도 검출부와, 상기 온도 정보를 이용한 연산을 통해, 상기 온도 검출부에 의해 검출되는 온도가 조리 구간 동안 일정 범위를 유지하는지를 예측한 예측 결과를 생성하는 온도 유지 예측 모듈 및 상기 예측 결과에 응답하여 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, 가열부의 구동을 예측 제어함으로써 가열부의 충분한 구동 시간을 확보함으로써 조리 성능을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 상대적으로 고가의 반도체 장치로 구현되는 스위칭 소자의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 조리 기기를 나타내는 블록도이다.
도 2a,b는 도 1의 온도 유지 예측 모듈의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 3a,b는 본 발명의 실시예에 따른 조리 기기의 다양한 구현 예들을 나타내는 블록도이다.
도 4는 하나의 조리 구간 내에 포함되는 다수의 가열 구간들에 본 발명의 실시예가 적용된 예를 나타내는 그래프이다.
도 5a,b는 온도 변화 기울기에 따른 가열 출력 제어의 일 예를 나타내는 표이다.
도 6은 스위치 구동 신호의 주파수를 조절함에 의해 가열 출력을 제어하는 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 변형 가능한 실시예에 따른 조리 기기의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 조리 기기의 동작 방법을 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), 제어 회로(140), 온도 검출부(150) 및 온도 유지 예측 모듈(160)을 포함할 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 놓여진 피가열체를 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 피가열체를 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 피가열체를 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.

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 비가열체에 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 인버터 회로를 포함할 수 있으며, 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 피가열체와 전류 공진하게 되고, 이에 의해 피가열체가 발열되어 조리 기능이 수행될 수 있다.

제어 회로(140)는 스위칭 회로(120)의 고주파 스위칭 동작을 위한 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)를 생성할 수 있다. 제어 회로(140)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(140)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.

본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 온도 검출부(150)는 조리 기기(100) 내부의 온도 또는 조리 기기(100) 내의 장치의 온도를 검출하고 온도 정보(Temp)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 온도 검출부(150)는 스위칭 회로(120)에 구비되는 스위칭 소자의 온도를 검출하고, 검출 결과에 따른 온도 정보(Temp)를 출력할 수 있다. 온도 검출부(150)는 다양한 종류의 검출 장치를 포함할 수 있으며, 일 예로서 온도 검출부(150)는 온도의 변화에 따라 전기 저항값이 변동되는 반도체 소자로서 서미스터(thermistor)를 포함할 수 있다.

온도 유지 예측 모듈(160)은 온도 정보(Temp)에 기반하여 소정의 조리 구간동안 스위칭 소자의 온도가 일정 범위를 유지하는 지(또는, 정상 온도를 유지하는 지)를 예측하며, 그 예측 결과(Res_pred)를 제어 회로(140)로 제공할 수 있다. 제어 회로(140)는 예측 결과(Res_pred)에 기반하여 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)를 제어할 수 있으며, 일 예로서 가열부(130)의 유도 가열의 출력이 감소 또는 증가되도록 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)의 주파수 및/또는 듀티를 조절할 수 있다. 또한, 스위칭 회로(120)는 조절된 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)에 응답하여 그 주파수 및/또는 듀티(duty)가 조절된 교류 전원을 생성하여 가열부(130)로 제공할 수 있다.

스위칭 회로(120)는 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)에 응답하여 스위칭이 제어되는 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 일 예로 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.

도 2a,b는 도 1의 온도 유지 예측 모듈(160)의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.

도 1 및 도 2a를 참조하면, 온도 유지 예측 모듈(160)은 기울기 판단부(161) 및 예측부(162)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 기울기 판단부(161)는 온도 검출부(150)로부터 온도 정보(Temp)를 수신하고, 수신된 온도 정보(Temp)에 대한 연산 처리를 통해 온도 변화의 기울기를 산출할 수 있다. 예컨대, 기울기 판단부(161)는 온도 정보(Temp)를 이용한 미분 처리에 기반하여 온도 변화 기울기를 산출할 수 있으며, 산출된 기울기 값을 예측부(162)로 제공할 수 있다.

예측부(162)는 스위칭 소자의 온도 검출 결과를 수신하고, 이에 기반하여 스위칭 소자의 온도가 일정 범위를 유지하는 지를 예측한 예측 결과(Res_pred)를 발생할 수 있다. 또한, 제어 회로(140)는 예측 결과(Res_pred)에 응답하여 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)의 파형을 조절함으로써 유도 가열의 출력을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어 회로(140)는 예측 결과(Res_pred)에 응답하여 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)의 주파수를 증가시키거나 감소시킴으로써 유도 가열의 출력을 조절할 수 있다.

이하, 도 1 및 도 2a를 참조하여 본원발명의 일 동작 예를 설명하면 다음과 같다.

조리 기기(100)의 동작의 특성 상 화구에 놓여진 피가열체의 종류나 위치 등 다양한 요인들로 인해 공진 전류가 달라질 수 있으며, 이로 인하여 IGBT 등의 스위칭 소자의 발열이 다르게 발생될 수 있다. 즉, 다양한 원인에 의하여 스위칭 소자의 발열 정도가 달라지게 되고, 특히 큰 출력 전력이 필요한 고출력 모드에서는 스위칭 소자의 발열이 더욱 심해질 수 있다. 조리 기능을 위해서는 조리 구간 내에서 일정 시간 이상 동안 출력을 정상적으로 발생시킬 수 있을 필요가 있으나, 상대적으로 고가의 제품인 스위칭 소자를 보호하기 위해 출력이 중단되는 경우에는 조리 기능이 제대로 수행될 수 없거나 또는 조리 성능이 저하될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 온도 검출부(150)는 소정의 주기마다 또는 실시간으로 스위칭 소자의 온도를 검출하여 온도 정보(Temp)를 생성할 수 있다. 또한, 예측부(162)는 온도 정보(Temp)에 기반하여 스위칭 소자가 조리 구간 동안 일정 범위 내의 온도를 유지할 수 있는 지(또는, 조리 구간 동안 출력 발생이 정상적으로 유지될 수 있는지)를 예측하여 예측 결과(Res_pred)를 생성할 수 있다.

한편, 도 2b를 참조하면, 예측부(162)는 산출된 기울기 값과 함께 하나 이상의 정보들을 이용하여 예측 결과(Res_pred)를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따라, 온도 유지 예측 모듈(160)은 하나 이상의 기준값(Ref)을 저장하는 기준 정보 저장부(163)를 더 포함할 수 있다. 기준 정보 저장부(163)는 정보를 휘발성 또는 불휘발성하게 저장하는 다양한 종류의 메모리를 포함할 수 있을 것이다.

일 실시예에 따라, 예측부(162)는 온도 변화 기울기와 기준값(Ref)을 이용한 연산 또는 비교 처리를 통해 스위칭 소자가 일정 범위 내의 온도를 유지할 수 있는 지를 예측할 수 있다. 일 실시예에 따라, 예측부(162)는 온도 변화 기울기가 기준값(Ref) 보다 큰 경우에는 스위칭 소자의 온도가 급격하게 상승하고 있음을 판단하고, 이로 인해 스위칭 소자의 온도가 소정의 조리 구간 동안 일정 범위로 유지되지 못함을 판단할 수 있다. 반면에, 예측부(162)는 온도 변화 기울기가 기준값(Ref) 이하인 경우에는 스위칭 소자의 온도 상승이 완만함을 판단하고, 스위칭 소자의 온도가 조리 구간 동안 일정 범위 이내를 유지함을 판단할 수 있다. 예측부(162)는 비교 결과에 따라 제1 로직값(L) 또는 제2 로직값(H)을 갖는 예측 결과(Res_pred)를 생성할 수 있다. 상기와 같은 비교 동작에 기반하여 생성된 예측 결과(Res_pred)에 따라 유도 가열의 출력이 조절될 수 있으며, 이에 따라 스위칭 소자가 급격한 온도 상승으로 인해 손상되는 것을 방지하고 충분한 시간 동안 가열 출력을 발생시킬 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 조리 구간 내에서 긴 시간동안 유도 가열의 출력을 중단할 필요가 없이 안정적으로 조리 기능을 수행할 수 있다. 즉, 용기의 종류 및 놓여진 위치 등 다양한 요인들로 인해 공진 특성이 변동되고 이로 인해 매우 큰 공진 전류로 인해 스위칭 소자가 손상될 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따르면 주기적 또는 실시간으로 스위칭 소자의 온도 변화에 기반하여 유도 가열의 출력을 조절할 수 있으며, 이에 따라 소정의 시간을 갖는 조리 구간 동안 스위칭 소자의 온도가 일정 범위 이내를 유지할 수 있다. 즉, 조리 구간 내에서 유도 가열의 출력을 발생하는 구간이 충분히 길게 확보될 수 있으며 또한, 스위칭 소자의 손상 가능성을 감소할 수 있다.

도 1 및 도 2a,b에 도시된 본원발명의 구성 요소들은 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다. 일 실시예에 따라, 도 1 및 도 2a,b에 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 2a,b에 도시된 구성 요소들은 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수도 있을 것이다.

도 3a,b는 본 발명의 실시예에 따른 조리 기기의 다양한 구현 예들을 나타내는 블록도이다. 본 발명의 실시예들에 따른 조리 기기는 도 1 내지 도 3a,b에 도시된 구성에 한정될 필요 없이, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 한에서 다양하게 변형이 가능할 것이다.

도 3a를 참조하면, 제어 회로(211)는 조리 기기(210) 내의 전반적인 동작을 제어하는 구성 요소에 해당할 수 있으며, 프로세서 또는 마이컴 등의 장치에 해당할 수 있다. 일 실시예에 따라, 온도 유지 예측 모듈(211_1)은 제어 회로(210) 내에 구현될 수도 있을 것이다. 온도 유지 예측 모듈(211_1)이 소프트웨어로 구현되는 경우에는, 온도 유지 예측 모듈(211_1)은 전술한 기능을 수행하기 위해 메모리에 저장되는 프로그램들을 포함하고, 제어 회로(211) 내의 프로세서(미도시)에 의해 상기 프로그램들이 실행될 수 있을 것이다.

또는, 변형 가능한 예로서, 도 3b에 도시된 바와 같이 제어 회로(221)는 조리 기기(220) 내에서 스위치 구동 신호를 생성하기 위한 구성에 해당하고, 별개의 마이컴(223)이 조리 기기(220) 내에 구비되는 형태로 구현될 수도 있을 것이다. 이 때, 온도 검출부(222)는 온도 정보(Temp)를 마이컴(223)으로 제공하고, 마이컴(223)은 온도 유지 예측 모듈(223_1)을 포함할 수 있을 것이다.

이하, 본원발명의 예시적인 실시예들에 따른 다양한 동작 예들을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 하나의 조리 구간 내에 포함되는 다수의 가열 구간들에 본 발명의 실시예가 적용된 예를 나타내는 그래프이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 하나의 조리 구간은 초기 가열을 수행하는 제1 구간, 정상 가열을 수행하는 제2 구간, 출력 상승을 정지시키는 제3 구간 및 출력을 정지 또는 중단시키는 제4 구간을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 온도 검출 및 출력 제어는 하나의 조리 구간 내의 적어도 하나의 가열 구간에서 수행될 수 있으며, 도 4에서는 제1 구간 및 제2 구간에서 본 발명의 실시예가 적용되는 예가 도시된다.

일 실시예에 따라, 각 구간에서 온도 변화 기울기와 비교되는 기준값은 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 구간은 초기 가열 구간으로서 온도 상승률이 큰 구간에 해당하고, 이에 따라 제1 구간에서의 기준값은 제1 기준값(Ref1)을 가질 수 있다. 반면에, 제2 구간은 정상 가열 구간으로서 온도 값은 높으나 온도의 상승률은 상대적으로 작은 구간에 해당하고, 이에 따라 제2 구간에서의 기준값은 제2 기준값(Ref2)을 가질 수 있다. 상기 제2 기준값(Ref2)은 제1 기준값(Ref1) 보다 작은 값을 가질 수 있다.

온도 유지 예측 모듈(160)은 제1 구간 및 제2 구간에서 전술한 실시예에 따른 예측 결과(Res_pred)를 생성하고 이를 제어 회로(140)로 제공할 수 있다. 온도 유지 예측 모듈(160)은 제1 구간에서 산출된 온도 변화 기울기(dtemp/dt)가 제1 기준값(Ref1)보다 큰 경우에는 유도 가열의 출력을 감소하기 위한 예측 결과(Res_pred)를 제어 회로(140)로 제공할 수 있다. 반면에, 온도 유지 예측 모듈(160)은 제1 구간에서 산출된 온도 변화 기울기(dtemp/dt)가 제1 기준값(Ref1)보다 작은 경우에는 유도 가열의 출력을 유지하거나 증가시키기 위한 예측 결과(Res_pred)를 제어 회로(140)로 제공할 수 있다.

제1 구간 이후 온도 상승률이 상대적으로 작은 제2 구간이 수행되고, 온도 유지 예측 모듈(160)은 제2 구간에서 산출된 온도 변화 기울기(dtemp/dt)를 제2 기준값(Ref2)과 비교할 수 있다. 비교 결과에 따라, 온도 유지 예측 모듈(160)은 유도 가열의 출력을 조절하기 위한 예측 결과(Res_pred)를 제어 회로(140)로 제공할 수 있다.

이후, 제3 구간에서는 출력 상승이 정지됨에 따라 온도가 대략적으로 일정하게 유지될 수 있으며, 소정의 시간 구간이 경과한 후에 유도 가열의 출력을 정지시키는 제4 구간으로 진입될 수 있다. 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따라, 온도 유지 예측 모듈(160)은 제3 구간에서도 다른 가열 구간에서와 다른 기준값을 이용한 비교 동작을 통해 예측 결과(Res_pred)를 생성할 수도 있을 것이다. 또한, 제3 구간은 일정한 시간 구간이 아니라, 만약 제3 구간에서 검출된 온도가 기 설정되는 임계치 이상인 것으로 판단되면, 제3 구간에서 유도 가열의 출력을 정지시키는 제4 구간으로 진입될 수도 있을 것이다.

전술한 실시예들에 따르면, 어느 하나의 조리 구간에서의 다수의 가열 구간들은 각각 고유한 가열 출력 특성을 가지며, 가열 구간들마다 서로 다른 기준값이 설정될 수 있다. 또한, 실질적으로 가열 출력을 상승시키는 일부의 가열 구간에 대해 본원발명의 실시예가 선택적으로 적용될 수 있다. 이를 통해, 하나의 조리 구간 내에서 스위칭 소자의 온도가 급격하게 상승하는 것을 주기적 또는 실시간으로 모니터링하고 이를 통해 가열 출력을 미세하게 조절함으로써, 스위칭 소자의 손상을 방지함과 함께 하나의 조리 구간 내에서 가열 출력을 발생시키는 구간을 충분히 길게 확보할 수 있다.

이하에서는 본원발명의 다양한 실시예들에 따른 온도 유지 예측 동작 및 이에 따른 가열 출력 제어 특징들이 개시된다.

도 5a,b는 온도 변화 기울기에 따른 가열 출력 제어의 일 예를 나타내는 표이다. 도 5a,b에서는 가열 출력 제어가 스위칭 소자를 제어하기 위한 구동 신호의 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 조절함에 의해 수행되는 예가 도시된다.

도 5a를 참조하면, 조리 기기의 유도 가열을 위해 구비되는 스위칭 소자의 온도가 검출되고, 온도 변화 기울기가 산출되며, 산출된 기울기 값이 하나 이상의 기준값들과 비교될 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서와 같이 하나의 조리 구간은 다수의 가열 구간들을 포함하고, 가열 구간들마다 서로 다른 기준값이 설정될 수 있다.

일 실시예에 따라, 스위칭 소자의 온도가 상대적으로 크게 상승하는 제1 구간에서 기울기 값은 제1 기준값(Ref1)과 비교될 수 있다. 만약, 기울기 값이 제1 기준값(Ref1) 보다 큰 경우에는 스위칭 소자의 온도가 급격히 상승하고 있음을 나타내고, 이에 따라 스위치 구동 신호의 주파수 및/또는 듀티를 제어함으로써 가열 출력이 감소되도록 제어될 수 있다. 반면에, 제1 구간에서 기울기 값이 제1 기준값(Ref1) 보다 작은 경우에는 가열 출력이 감소됨이 없이 일정하게 유지될 수 있다.

한편, 스위칭 소자의 온도가 제1 구간에 비해 상대적으로 작게 상승하는 제2 구간에서 기울기 값은 제1 기준값(Ref1)보다 작은 제2 기준값(Ref2)과 비교될 수 있다. 제1 구간에서와 유사하게, 제2 구간에서 산출된 기울기 값이 제2 기준값(Ref2) 보다 큰 경우에는 가열 출력이 감소되도록 제어될 수 있으며, 산출된 기울기 값이 제2 기준값(Ref2) 보다 작은 경우에는 가열 출력이 일정하게 유지될 수 있다.

한편, 도 5b는 본 발명의 변형 가능한 실시예에 따른 가열 출력 제어를 나타낸다. 도 5b에서는 제1 구간에서의 가열 출력 제어가 예시되어 있으나, 다른 구간에서도 도 5b에 도시된 바와 동일 또는 유사하게 제어될 수 있을 것이다.

각각의 구간에서 기울기 값은 두 개 이상의 기준값들과 비교될 수 있으며, 일 예로 제1 구간에서 기울기 값은 제1 기준값(Ref1) 및 제3 기준값(Ref3)과 비교될 수 있다. 이 때, 제1 기준값(Ref1)은 제3 기준값(Ref3) 보다 큰 값을 가질 수 있다.

전술한 실시예에서와 같이, 기울기 값이 제1 기준값(Ref1) 보다 큰 경우에는 스위칭 소자의 온도가 급격히 상승하고 있음을 나타내고, 이에 따라 가열 출력이 감소되도록 제어될 수 있다. 또한, 기울기 값이 제1 기준값(Ref1) 보다 작고 제3 기준값(Ref3) 보다 큰 경우에는 스위칭 소자의 온도가 적절하게 상승하고 있음을 나타내며, 이에 따라 가열 출력이 유지되도록 제어될 수 있다. 반면에, 기울기 값이 제3 기준값(Ref3) 보다 작은 경우에는 가열 출력이 늦게 상승되고 이로 인해 스위칭 소자의 온도가 정상적인 속도보다 늦게 상승하고 있음을 나타낼 수 있으며, 이 경우 가열 출력이 증가되도록 제어될 수 있다.

도 6은 스위치 구동 신호의 주파수를 조절함에 의해 가열 출력을 제어하는 예를 나타내는 그래프이다.

스위치 구동 신호의 주파수에 따른 가열 출력은 도 6에 도시된 그래프 특성을 가질 수 있으며, 스위치 구동 신호의 동작 주파수(또는, 스위칭 주파수)가 공진 주파수(Freso)에 해당하는 값을 가질 때 가열 출력은 최대값을 가질 수 있다. 또한, 가열 출력의 그래프 특성은 두 개의 영역들로 구분될 수 있으며, 예컨대 공진 주파수(Freso) 보다 작은 주파수 영역은 제1 영역(커패시턴스 영역)에 해당하고 공진 주파수(Freso) 보다 큰 주파수 영역은 제2 영역(인덕턴스 영역)에 해당할 수 있다.

조리 기기 내의 제어 회로는 전술한 실시예들에 따른 스위칭 소자의 온도 측정을 통해 현재 동작 중인 주파수 영역을 판단할 수 있다. 조리 기기 내의 제어 회로는 다양한 방식에 의해 상기 주파수 영역을 판단할 수 있으며, 일 예로서 피가열체를 가열함에 의해 소모되는 전력 값을 산출한 결과를 더 이용하여 상기 주파수 영역을 판단할 수 있다. 만약, 동작 주파수가 제1 영역 내의 주파수 값을 갖는 경우, 워킹 코일에 의해 형성되는 자기장과 피가열체의 전자기적 결합 정도가 낮아지게 되고, 이로 인해 스위칭 소자의 온도가 크게 상승하는 반면에 피가열체의 가열에 실제 소모되는 전력 값은 작을 수 있다. 반면에, 동작 주파수가 제2 영역 내의 주파수 값을 갖는 경우, 워킹 코일에 의해 형성되는 자기장과 피가열체의 전자기적 결합 정도가 커지게 되고, 이로 인해 동작 주파수의 값에 따른 출력 변동에 따라 피가열체가 가열될 수 있다.

일 실시예에 따라, 스위칭 소자의 온도 변화 기울기가 산출되고, 산출된 기울기 값에 기반하여 현재 동작 주파수가 제1 영역 내의 주파수 값(A)을 갖는 것으로 판단된 경우에는, 제어 회로는 스위치 구동 신호의 동작 주파수가 제2 영역의 주파수 값(B)을 갖도록 조절할 수 있다. 또한, 스위칭 소자의 온도 변화 기울기를 산출한 결과에 기반하여 동작 주파수가 주기적 또는 실시간으로 조절될 수 있으며, 일 예로서 스위칭 소자의 온도를 제어하기 위해 동작 주파수의 주파수 값이 제2 영역 내에서 다양한 주파수 값들(C, D, E)로 조절될 수 있다.

도 7은 변형 가능한 실시예에 따른 조리 기기의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다. 도 7에는, 조리 기기에 포함되는 온도 유지 예측 모듈(300)이 도시된다. 이외에도, 조리 기기는 스위칭 회로, 가열부, 제어 회로 등을 더 구비할 수 있으며, 온도 검출부(310)는 온도 유지 예측 모듈(300)의 외부에 배치되는 것으로 정의되어도 무방할 것이다.

기울기 판단부(320)는 온도 정보(Temp)를 이용하여 온도 변화 기울기를 산출하고, 예측부(330)는 기울기 값과 가열 구간 정보(Info_T)를 이용하여 예측 결과(Res_pred)를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따라, 온도 유지 예측 모듈(300)은 메모리(340)를 더 포함하고, 메모리(340)는 각 가열 구간 내에서의 출력 조절에 관련된 테이블 정보를 저장할 수 있다.

예측부(330)는 가열 구간 정보(Info_T)에 기반하여 제1 구간 또는 제2 구간을 판단하고, 이에 기반한 예측 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 테이블 정보는 다수의 구간들 각각에 대한 출력 정보를 포함할 수 있으며, 또한 각각의 구간에서 다수의 단계로 분류되는 기울기 값들에 대응하는 출력 정보를 포함할 수 있다. 예측부(330)는 수신된 기울기 값에 대응하는 출력 정보에 따른 예측 결과(Res_pred)를 생성할 수 있다.

도 7에 도시된 실시예에 따르면, 온도 변화 기울기가 다수의 단계들로 정의되고, 산출된 온도 변화 기울기에 대응하는 출력 정보에 따라 스위치 구동 신호의 주파수 및/또는 듀티를 조절할 수 있다. 즉, 가열 출력이 하나의 단계씩 순차적으로 조절되는 것이 아니라, 현재 측정된 온도 변화 기울기에 최적화된 가열 출력의 조절이 가능할 것이다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 조리 기기의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다.

도 8을 참조하면, 하나의 조리 구간 내에서 다수의 가열 구간들이 존재하고, 조기 기기가 제1 가열 구간으로 진입함에 따라(S11), 스위칭 소자의 온도 변화가 제1 기준값과 비교될 수 있다(S12). 스위칭 소자의 온도는 실시간 또는 주기적으로 검출될 수 있으며, 검출된 온도에 대한 미분 처리 등의 연산을 통해 온도 변화의 기울기가 산출되어 상기 제1 기준값과 비교될 수 있다.

온도 변화가 소정의 제1 기준값보다 큰 지가 판단될 수 있으며, 온도 변화가 제1 기준값보다 크지 않은 경우에는 가열 출력을 조절 또는 변경함이 없이 온도 변화 모니터링이 지속된다. 반면에, 온도 변화가 제1 기준값보다 큰 경우에는 조리 기기의 가열 출력이 감소되도록 조절되고(S14), 이에 따라 스위칭 소자에 흐르는 교류 전원의 크기가 감소됨으로써 스위칭 소자의 온도 증가율을 감소시킬 수 있다.

이후, 조기 기기가 제2 가열 구간으로 진입함에 따라(S15), 스위칭 소자의 온도 변화는 상기 제1 기준값과 다른 값을 갖는 제2 기준값과 비교될 수 있다(S16). 전술한 단계들에서와 유사하게 스위칭 소자의 온도 변화가 소정의 제2 기준값보다 큰 지가 판단되고(S17), 판단 결과에 따라 조리 기기의 가열 출력이 감소되거나 유지되도록 조절될 수 있다(S18).

도 9는 본 발명의 실시예들이 적용된 조리 기기의 전반적인 동작의 일 예를 나타낸다. 도 9에서는 하나의 조리 구간이 4 개의 가열 구간들(제1 구간 내지 제4 구간)을 포함하는 경우가 예시된다.

도 9를 참조하면, 조리 기기의 구동이 시작되고(S21), 조리 기기 내의 스위칭 소자로서 IGBT 의 손상을 방지하고 가열 출력 발생을 유지하기 위한 제어 동작이 수행될 수 있다. 일 예로, 하나의 조리 구간은 다수의 가열 구간들을 포함하고, 현재의 가열 구간에 대한 체크 동작이 수행될 수 있다(S22). 하나의 조리 구간이 4 개의 가열 구간들을 포함하고, 제1 및 제2 구간들에서 전술한 온도 변화 기울기를 산출하는 예가 설명된다.

현재 가열 구간이 제1 구간 또는 제2 구간에 해당하는 경우, IGBT의 온도를 검출하여 IGBT의 온도가 상승되는 지를 판단할 수 있다(S23). 만약, IGBT의 온도가 상승하지 않는 경우에는 가열 출력이 정상 보다 낮은 경우에 해당할 수 있으며, 이 때 가열 출력이 증가되도록 제어될 수 있다. 일 예로, 스위치 구동 신호의 동작 주파수(또는, 스위칭 주파수)를 감소시킴에 의해 가열 출력을 증가시킬 수 있다(S24).

한편, IGBT의 온도가 상승하는 경우, 검출된 IGBT의 온도 정보에 대한 미분 처리를 기반으로 하여 IGBT의 온도 변화율(또는, 온도 변화 기울기)을 산출할 수 있다(S25). 또한, 산출된 온도 변화 기울기를 소정의 기준값(예컨대, 제1 구간에 대해 설정되는 제1 기준값)과 비교하고, 온도 변화 기울기가 기준값보다 작은 경우에는 스위칭 주파수를 감소시킴에 의해 가열 출력을 증가시키거나 또는 가열 출력을 유지할 수 있다(S27). 반면에, 온도 변화 기울기가 기준값보다 큰 경우에는 스위칭 주파수를 상승시킴에 의해 가열 출력을 감소시킬 수 있다(S28).

한편, 전술한 가열 구간을 판단하는 단계에서, 현재 가열 구간이 제3 구간에 해당하는 지가 판단되고(S31), 제3 구간인 것으로 판단된 경우에는 온도 변화 기울기에 대한 산출 동작을 스킵하고 현재의 스위칭 주파수를 유지시킬수 있다(S32). 또한, 현재 가열 구간이 제1 내지 제3 구간들에 해당하지 않은 경우에는 제4 구간에 해당하는 지가 판단되고(S41), 제4 구간인 것으로 판단된 경우에는 가열 출력을 오프시킬 수 있다(S42). 가열 출력을 오프시킴에 따라 조리 기기 내부의 온도(또는, IGBT의 온도)가 소정의 임계치 이하로 낮아지는 지 판단될 수 있다(S43). 만약, 가열 출력을 오프시킴에 따라 조리 기기 내부의 온도(또는, IGBT의 온도)가 임계치 이하로 낮아진 경우에는 다시 가열 출력을 온 시킴으로써 조리 기기 내부의 온도(또는, IGBT의 온도)가 상승될 수 있다(S44).

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. 조리 기기에 있어서,
   유도 가열(Induction Heating)을 위한 교류 전원을 제공하며, 스위치 구동 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 상기 교류 전원을 생성하는 스위칭 회로;
   상기 조리 기기 내부의 온도를 측정하여 온도 정보를 생성하는 온도 검출부;
   상기 온도 정보를 이용한 연산을 통해 온도 변화 기울기를 산출하고, 상기 온도 검출부에 의해 검출되는 온도가 조리 구간 동안 일정 범위를 유지하는지를 예측한 예측 결과를 생성하는 온도 유지 예측 모듈; 및
   상기 예측 결과에 응답하여 상기 스위치 구동 신호의 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 조절하여 출력하는 제어 회로를 구비하고,
   상기 조리 구간은 서로 다른 고유한 가열 출력 특성을 갖는 다수의 가열 구간들을 포함하고, 상기 다수의 가열 구간들 중 일부의 구간들에서 상기 예측 결과에 따라 상기 스위치 구동 신호를 제어하는 동작이 선택적으로 수행되며,
   상기 다수의 가열 구간들에 대해 서로 다른 기준값이 설정되고, 각각의 가열 구간에서 산출된 온도 변화 기울기가 각 구간에서 대응하는 기준값과 비교되며, 비교 결과에 따라 온도가 각각의 가열 구간에 대해 설정된 일정 범위를 유지하는지가 예측되는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭 회로는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT))를 포함하며,
   상기 온도 검출부는 상기 IGBT의 온도를 측정하여 상기 온도 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 온도 유지 예측 모듈은, 상기 온도 정보를 이용한 미분 연산을 통해 상기 온도 변화 기울기를 산출하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로는,
   상기 예측 결과에 응답하여 상기 스위치 구동 신호의 주파수를 조절함으로써 가열 출력을 조절하며,
   각각의 가열 구간에서, 상기 산출된 온도 변화 기울기가 상기 기준값보다 클 때 상기 가열 출력을 감소시키고, 상기 산출된 온도 변화 기울기가 상기 기준값보다 작을 때 상기 가열 출력을 유지 또는 증가시키는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 가열 구간들은 초기 가열을 수행하는 제1 구간과, 상기 제1 구간 이후에 정상 가열을 수행하는 제2 구간을 포함하고, 상기 제1 구간에 대해 제1 기준값이 설정되고 상기 제2 구간에 대해 제2 기준값이 설정되며, 상기 제1 기준값과 상기 제2 기준값은 서로 상이하고,
   상기 온도 유지 예측 모듈은, 상기 제1 구간에서 상기 온도 정보를 이용하여 산출된 온도 변화 기울기를 상기 제1 기준값과 비교하여 상기 예측 결과를 생성하고, 상기 제2 구간에서 상기 온도 정보를 이용하여 산출된 온도 변화 기울기를 상기 제2 기준값과 비교하여 상기 예측 결과를 생성하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 온도 유지 예측 모듈은 상기 예측 결과를 생성하는 기능을 수행하기 위해 메모리에 저장된 프로그램들을 포함하고,
   상기 제어 회로는 상기 프로그램들을 실행하기 위한 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 조리 기기.
8. 삭제

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