KR102261568B1 - 피가열체를 감지하는 가열 장치 - Google Patents

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김영국
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(주)쿠첸
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Abstract

본 개시는 가열 장치를 개시한다. 본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치는, 가열부 및 스위치 구동 신호에 응답하여 가열부로 전원을 제공하는 스위칭 회로를 포함하는 화구, 상용 전원을 수신하여 가열부로 제공하기 위한 정류 전압을 생성하는 정류부, 및 정류 전압의 레벨이 제1 기준 전압의 레벨 이상인 경우에 정류 전압을 이용하여 가열부 상에 배치되는 피가열체를 감지하는 동작을 수행하는 제어 회로를 포함한다.

Description

피가열체를 감지하는 가열 장치{HEATING DEVICE SENSING OBJECT TO BE HEATED}
본 발명은 가열 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피가열체를 감지하는 가열 장치에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 조리 또는 살균을 포함한 다양한 목적을 위해 다양한 방식의 가열 장치들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 온 반면, 최근에는 전기를 이용하여 냄비, 프라이팬, 찜솥 또는 주전자와 같은 피가열체를 가열하는 가열 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용한 가열 방식은 크게 저항 가열 방식 및 유도 가열(induction heating) 방식을 포함한다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열체에 직접적으로 전달함으로써 물체를 가열하는 방식이다. 한편, 유도 가열 방식은 고주파 전력을 워킹 코일에 인가할 때 워킹 코일 주변에 발생하는 자기장의 변화를 이용하여 피가열체에 유도 전류를 발생시켜 피가열체가 가열되도록 하는 방식이다.
유도 가열 방식을 이용하는 가열 장치의 경우, 피가열체가 워킹 코일 상부에 위치하지 않은 상태이거나, 유도가열될 수 없는 재질의 피가열체가 워킹 코일 상부에 위치하고 있는 경우에는, 이를 감지하여 가열 장치의 출력을 차단함으로써 불필요한 전력 소모를 감소시키기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 피가열체를 감지할 수 있는 가열 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치는, 가열부 및 스위치 구동 신호에 응답하여 가열부로 전원을 제공하는 스위칭 회로를 포함하는 화구, 상용 전원을 수신하여 가열부로 제공하기 위한 정류 전압을 생성하는 정류부, 및 정류 전압의 레벨이 제1 기준 전압의 레벨 이상인 경우에 정류 전압을 이용하여 가열부 상에 배치되는 피가열체를 감지하는 동작을 수행하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 정류 전압의 레벨 및 제1 기준 전압의 레벨을 비교한 결과를 비교 신호로서 제어 회로에 제공하는 전압 비교기를 더 포함하고, 제어 회로는 비교 신호에 응답하여 피가열체를 감지하는 동작을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어 회로는 정류 전압의 레벨이 제1 기준 전압의 레벨 이상인 경우에 스위칭 회로로 싱글 펄스의 스위치 구동 신호를 제공하고, 가열부의 일단의 노드 전압의 주파수 변화에 기초하여 피가열체를 감지할 수 있다.
일 실시 예에서, 노드 전압의 레벨 및 제2 기준 전압의 레벨을 비교한 결과를 레벨 정보로서 제어 회로에 제공하는 노드 전압 측정부를 더 포함하고, 제어 회로는 레벨 정보의 주파수 변화에 기초하여, 피가열체를 감지할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어 회로는 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압 중 적어도 하나의 레벨이 변경되도록 기준 전압 제어 신호를 기준 전압 생성기로 출력할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어 회로는 정류 전압의 최대 레벨에 기초하여, 기준 전압 제어 신호를 출력할 수 있다.
일 실시 예에서, 사용자의 입력을 감지하는 조작부를 더 포함하고, 제어 회로는 조작부로부터 사용자의 입력이 감지되면, 정류 전압의 레벨이 제1 기준 전압의 레벨 이상인지 판단하고, 피가열체를 감지하는 동작을 수행할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치에 의하면, 특정 레벨 이상의 정류 전압을 가열부로 제공함으로써, 가열부의 워킹 코일 상에 피가열체가 배치되는지 여부를 정확하게 감지할 수 있다. 따라서, 피가열체가 워킹 코일 상부에 위치하지 않은 상태이거나, 유도가열될 수 없는 재질의 피가열체가 워킹 코일 상부에 위치하고 있는 경우에는, 이를 감지하여 가열 장치의 출력을 차단함으로써 불필요한 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치의 평면도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 정류 전압 및 비교 신호의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 가열 장치의 일 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 개시의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치의 평면도이다.
본 개시의 가열 장치(100)는 유도가열 방식의 가열 장치일 수 있다. 가열 장치(100)는 용기가 놓이는 화구, 예를 들어, 복수의 화구(111~113)의 워킹 코일에 고주파 전류가 흘러 고주파 자계를 발생시키고, 이 자계가 워킹 코일과 자기적으로 결합된 용기에 와전류를 발생시켜 용기가 가열되는 원리로 동작할 수 있다. 본 개시에서, 화구라는 용어는, 워킹 코일이 배치되어 가열할 용기가 놓인 위치뿐만 아니라 워킹 코일 및 워킹 코일을 동작시키기 위한 회로들을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치(100)는 수용공간이 형성된 본체(110), 복수의 화구들로서 제1 내지 제3 화구(111~113) 및 조작부(120)를 포함할 수 있다.
조작부(120)는 본체(110)의 상면 또는 측면에 형성될 수 있으며 입력부(121) 및 디스플레이(122)를 포함할 수 있다. 입력부(121)는 가열 장치(100)가 제공하는 고유의 기능 및 부가 기능을 선택하기 위한 입력 수단, 예를 들어, 사용자가 조작 가능한 기능 버튼들, 다이얼, 또는 사용자 음성을 수신하는 스피커 등을 포함할 수 있으며, 입력 수단을 통하여 사용자 입력을 감지할 수 있다.
디스플레이(122)는 가열 장치(100)의 상태 정보, 설정 정보, 또는 사용자 입력에 대한 정보 등 가열 장치(100)와 관련된 다양한 정보를 표시할 수 있다. 실시예에 있어서, 조작부(120)는 음성 출력부를 더 포함할 수 있으며, 음성 출력부가 가열 장치(100)와 관련된 정보를 음성 신호(예를 들어, 기계음, 미리 설정된 음성 등)로 출력할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 제1 내지 제3 화구(111~113) 중 동작 중인 화구 상에 피가열체가 감지되지 않는 경우에는, 디스플레이(122)는 피가열체가 배치되지 않았다는 정보를 표시할 수 있다. 또는 예시적인 실시 예에서, 피가열체가 배치되지 않았음에도, 제1 내지 제3 화구(111~113) 중 적어도 하나의 화구를 출력시키기 위한 사용자의 입력이 입력부(121)를 통해 감지되는 경우에는, 디스플레이(122)는 피가열체가 배치되지 않았다는 정보를 표시할 수 있고, 대응하는 화구에 전력이 차단된다는 정보를 표시할 수 있다.
제1 내지 제3 화구(111~113)는 본체(110)의 수용 공간에 장착되어 용기의 하측에서 유도 전류를 형성할 수 있다. 제1 내지 제3 화구(111~113) 각각은 적어도 하나의 워킹 코일을 포함할 수 있다. 도 1에서는 세 개의 화구로서 제1 화구(111), 제2 화구(112) 및 제3 화구(113)가 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 가열 장치(100)는 적어도 두 개 이상의 화구를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 화구(111~113) 각각은 워킹 코일을 포함함과 함께, 워킹 코일을 구동하기 위한 각종 회로들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 제1 내지 제3 화구(111~113) 각각은 전술한 워킹 코일과 커패시터를 포함하는 LC 공진 회로와, 워킹 코일에 고주파 전류가 흐르도록 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 화구(111~113)에 포함되는 스위칭 회로는 서로 다른 스위치 구동 신호에 기초하여 독립적으로 동작할 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 화구(111~113)는 서로 다른 스위치 구동 신호에 기초하여 독립적으로 동작하며, 제1 내지 제3 화구(111~113) 중 어느 하나가 동작하거나, 두 개 이상의 화구가 동시에 독립적으로 동작할 수 있다.
제1 내지 제3 화구(111~113) 각각은 다양한 방식에 의해 구동될 수 있으며, 예시적인 실시예에 따라 제1 내지 제3 화구(111~113) 각각의 스위칭 회로는 적어도 하나의 인버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 화구(111~113) 각각은 하나의 인버터를 포함함에 따라 싱글 엔디드(single ended) 방식으로 구동될 수 있다. 또는 예시적인 실시 예에서, 제1 내지 제3 화구(111~113) 각각이 두 개 이상의 인버터들을 포함함에 따라 하프 브릿지 방식, 또는 풀 브릿지 방식에 의해 구동될 수도 있다.
가열 장치(100)는 제1 내지 제3 화구(111~113)의 유도 가열 동작을 제어하기 위한 제어 회로(130)를 더 포함할 수 있다. 제어 회로(130)는 조작부(120)의 동작을 제어할 수 있으며, 이외의 가열 장치(100)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어 회로(130)는 제1 내지 제3 화구(111~113) 상에 배치되는 피가열체를 감지하는 동작을 수행할 수 있고, 피가열체가 감지되면, 피가열체를 가열하기 위한 가열 동작을 수행할 수 있다.
제어 회로(130)는 적어도 하나의 마이컴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 화구(111~113) 각각에 대응하여 마이컴이 가열 장치(100)에 구비되거나, 또는 제1 내지 제3 화구(111~113)를 함께 제어하는 하나의 마이컴이 가열 장치(100)에 구비될 수도 있다.
제어 회로(130)는 제1 내지 제3 화구(111~113) 각각 상에 유도가열이 가능한 피가열체가 배치되는지 감지할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 제어 회로(130)는 가열 장치가 오프 상태에서 온 상태가 되면, 피가열체 감지 동작을 수행할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 제어 회로(130)는 조작부(120)로부터 제1 내지 제3 화구(111~113) 중 적어도 하나를 출력시키기 위한 신호를 수신하더라도, 대응하는 화구 상에 피가열체가 배치되지 않거나 배치된 피가열체가 유도가열에 적합하지 않다고 판단되는 경우에는, 대응하는 화구에 제공되는 전력을 차단할 수 있다.
제어 회로(130)는 정류 전압이 기준 전압 레벨이상이 되면, 정류 전압을 이용하여 피가열체 감지 동작을 수행할 수 있다. 제어 회로(130)는 피가열체 감지 동작을 수행하기 위해 정류 전압의 크기를 갖는 싱글 펄스를 제1 내지 제3 화구(111~113) 중 적어도 하나의 워킹 코일로 제공할 수 있다. 제어 회로(130)는 싱글 펄스에 따른 워킹 코일의 일단의 전압의 주파수 변화에 기초하여, 피가열체를 감지할 수 있다.
제어 회로(130)는, 유도가열이 가능한 피가열체가 배치되는지 감지하기 위한 제어 동작을 수행하는 피가열체 감지 모듈(131)할 수 있다. 피가열체 감지 모듈(131)은 전술한 방식에 따라 피가열체를 감지하기 위한 각종 구성 요소들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 정류 전압의 레벨 정보에 기초하여 가열부에 전력을 제공하는 스위칭 회로를 제어하기 위한 구성, 및 워킹 코일의 일단의 전압의 주파수 정보에 기초하여 주파수 변화를 감지하고 피가열체를 감지하는 구성을 포함할 수 있다.
피가열체 감지 모듈(131)은 하드웨어적 회로로 구현되거나, 소프트웨어 방식에 의해 구현되거나, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다. 피가열체 감지 모듈(131)이 하드웨어적 회로로 구현되는 경우에는, 전술한 각종 동작이 하드웨어적 회로를 통해 구현될 수 있을 것이다. 또는, 피가열체 감지 모듈(131)의 적어도 일부의 기능은 제어 회로(130) 내의 프로세서가 프로그램들을 실행함으로써 소프트웨어적으로 구현될 수 있으며, 소프트웨어적인 방식으로 피가열체를 감지할 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치를 나타내는 블록도이다. 도 3은 정류 전압 및 비교 신호의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 가열 장치(200)는 정류부(210), 스위칭 회로(220), 가열부(230), 노드 전압 측정부(240), 제어 회로(250) 및 제1 전압 비교기(260)를 포함할 수 있다. 이 때, 피가열체(201)는 하나의 화구(202)에 놓인 피가열체에 해당할 수 있으며, 스위칭 회로(220), 가열부(230), 노드 전압 측정부(240)는 화구(202)에 포함되는 구성일 수 있으며, 정류부(210)는 다수의 화구들에 대응하여 배치될 수 있다. 그러나, 이는 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 정류부(210)는 화구들 각각에 대응하여 배치될 수도 있으며, 또는 화구에 포함되는 구성 요소들은 다양하게 정의될 수 있을 것이다.
이외에도, 도 2에는 도시되지 않았으나, 가열 장치(200)에서 수행될 수 있는 다른 다양한 동작들을 위해 추가의 구성 요소가 가열 장치(200)에 더 구비될 수 있으며, 일 예로서 통신부 등 다양한 기능들을 수행하는 구성 요소가 더 구비될 수 있을 것이다. 또한, 도 2에 도시된 구성 요소들은 도 1에 도시된 실시 예에서 어느 하나의 화구에 구비되는 구성일 수 있으며, 이에 따라 가열 장치(200)는 도 2에 도시된 구성 요소들을 다수의 화구들 각각에 대응하여 다수 개 포함할 수 있을 것이다.
피가열체(201)는 가열 장치(200)에 의해 가열되는 물체를 나타낼 수 있다. 피가열체(201)는 냄비, 프라이팬, 찜솥, 주전자 및 티포트 등과 같은 피가열 피가열체들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 피가열체(201)에 가열부(230) 상에 배치됨에 따라, 피가열체(201) 및 가열부(230) 사이의 결합 특성이 달라지게 되고, 이에 따라 가열부(230) 일단의 노드 전압 주파수가 달라질 수 있다.
정류부(210)는 다양한 형태로 구현될 수 있고, 예를 들어, 다이오드 브릿지 또는 브릿지 정류기를 포함할 수 있다. 정류부(210)는 외부로부터 공급되는 상용 전원을 수신하고, 이에 대한 정류 동작을 통해 직류 전압(또는, 정류 전압(Vrec))을 생성하여 출력할 수 있다. 상용 전원은 사용하는 국가 및/또는 지역에 따라 소정의 주파수(예를 들어, 60 Hz 등)를 갖는 110V 교류 전원, 220V 교류 전원, 380V 교류 전원 또는 그 외의 임의의 전압 레벨을 갖는 교류 전원에 해당할 수 있다.
스위칭 회로(220)는 정류 전압(Vrec)을 수신할 수 있고, 피가열체 감지 동작 시에 감지 제어 신호(SC)에 응답하여 가열부(230)로 전원을 제공할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 스위칭 회로(220)는 피가열체 감지 동작 시에 싱글 펄스의 전원을 가열부(230)로 제공할 수 있다.
스위칭 회로(220)는 피가열체를 가열하기 위한 가열 동작 시에는 정류 전압(Vrec)에 대한 고주파 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 스위칭 회로(220)는 가열 동작 시 고주파 스위칭 동작을 통해 가열부(230)의 워킹코일로 고주파 교류 전원(예를 들어, 고주파 교류 전류)을 제공할 수 있다. 워킹코일에 교류 전류가 인가됨에 따라 워킹코일은 화구 상에 놓인 피가열체(201)와 전류 공진하게 되고, 이에 의해 피가열체(201)가 발열되어 조리 기능이 수행될 수 있다.
스위칭 회로(220)는 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)에 응답하여 스위칭이 제어되는 하나 이상의 인버터를 포함할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 스위칭 회로(220)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT))를 포함할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 스위칭 회로(220)는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), MOS-FET 또는 IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor) 등 다양한 종류의 스위칭 소자를 포함할 수도 있다. 도 2에는 스위칭 회로(220)가 하나의 IGBT를 포함하는 싱글 엔디드 방식이 예시되나, 본 개시에 따른 실시예는 이에 한정되지 않는다. 스위칭 회로(220)가 두 개 이상의 IGBT들을 포함함에 따라 하프 브릿지 방식 또는 풀 브릿지 방식에 의해 스위칭 회로(220)가 구동될 수도 있다.
노드 전압 측정부(240)는 피가열체 감지 동작 시에 가열부(230) 일단의 전압을 감지할 수 있다. 예를 들어, 노드 전압 측정부(240)는 제2 노드(N2)의 노드 전압(VN)을 수신하고, 노드 전압(VN)의 레벨에 대한 레벨 정보(L1)를 제어 회로(250)로 출력할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 노드 전압 측정부(240)는 노드 전압(VN) 및 제2 기준 전압을 비교한 결과 신호를 레벨 정보(L1)로서 제어 회로(250)로 출력할 수 있다.
화구(202)의 공진 특성에 따라 노드 전압(VN)은 소정의 주기적인 파형을 가질 수 있으며, 레벨 정보(L1) 또한 소정의 주기를 가질 수 있다. 가열부(230) 상에 피가열체(201)가 배치되면, 피가열체(201)의 임피던스 특성(예를 들어, 피가열체(201)의 인덕턴스 및 저항 등)에 의해 가열부(230) 및 피가열체(201)를 포함하는 등가 임피던스가 달라질 수 있다. 따라서, 노드 전압(VN)은 피가열체(201)가 가열부(230) 상에 배치되는지 여부에 따라 주기가 달라질 수 있다.
제어 회로(250)는 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)의 주파수 및/또는 듀티(duty)를 제어함으로써 피가열체 감지 동작을 수행하거나, 가열 동작에서의 가열 출력을 조절할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 제어 회로(250)는 비교 신호(COMP)에 응답하여, 피가열체 감지 동작을 수행하기 위한 감지 제어 신호(SC)를 스위치 구동 신호(Ctrl_SW)로서 스위칭 회로(220)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(250)는 제1 레벨(예를 들어, 하이 레벨)의 비교 신호(COMP)가 수신되면, 피가열체 감지 동작을 수행하기 위한 감지 제어 신호(SC)를 스위칭 회로(220)로 출력할 수 있다. 다만, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 제어 회로(250)는 제2 레벨(예를 들어, 로우 레벨)의 비교 신호(COMP)가 수신되면, 피가열체 감지 동작을 수행하기 위한 감지 제어 신호(SC)를 스위칭 회로(220)로 출력할 수도 있다.
예시적인 실시 예에서, 감지 제어 신호(SC)는 싱글 펄스일 수 있다. 감지 제어 신호(SC)에 의해 연속된 일정 시간 동안 스위칭 회로(220)가 턴-온되어, 가열부(230)로 싱글 펄스인 정류 전압(Vrec)이 제공될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 전압 비교기(260)는 정류부(210)와 연결된 제1 노드(N1)로부터 정류 전압(Vrec)을 수신할 수 있다. 제1 전압 비교기(260)는 정류 전압(Vrec)과 제1 기준 전압(Vref1)을 비교한 결과를 비교 신호(COMP)로서 출력할 수 있다.
정류 전압(Vrec)은 소정의 주파수(예를 들어, 120 Hz 등)를 가질 수 있다. 따라서, 정류 전압(Vrec)은 주기적으로 증가와 감소가 반복될 수 있다. 예를 들어, 정류 전압(Vrec)은 그라운드 전압과 정류 전압(Vrec)의 최대 레벨(Vrec_max) 사이에서 주기적으로 변할 수 있다.
제1 전압 비교기(260)는 정류 전압(Vrec)의 레벨이 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨 이상일 때, 제1 레벨(예를 들어, 하이 레벨)의 비교 신호(COMP)를 출력할 수 있다. 반면, 제1 전압 비교기(260)는 정류 전압(Vrec)의 레벨이 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨 미만일 때, 제2 레벨(예를 들어, 로우 레벨)의 비교 신호(COMP)를 출력할 수 있다. 다만, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 반대로 구현될 수도 있다.
본 개시에 따른 가열 장치(200)의 제어 회로(250)는 정류 전압(Vrec)의 레벨이 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨 이상일 때, 피가열체 감지 동작을 수행할 수 있다. 정류 전압(Vrec)은 주기적으로 레벨이 변화하므로, 정류 전압(Vrec)의 레벨이 상대적으로 낮을 때 및 상대적으로 높을 때 피가열체의 배치 유무에 따른 노드 전압(VN)의 변화를 검출한 결과가 각각 달라질 수 있다. 특히, 정류 전압(Vrec)의 레벨이 과도하게 낮은 경우에는, 피가열체의 배치 유무에 따른 노드 전압(VN)의 변화가 감지되지 않을 수 있고, 감지 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 피가열체 감지 동작 시에 정류 전압(Vrec)의 레벨이 상대적으로 낮을 때 가열부(230)에 정류 전압(Vrec)을 제공하는 것을 방지함으로써, 피가열체(201)의 유무에 따른 노드 전압(VN)의 주파수 변화의 검출 에러를 방지할 수 있다. 가열 장치(200)는 피가열체 감지 동작의 정확성이 향상될 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 가열 장치는 S10 단계에서, 정류 전압(Vrec)의 레벨을 감지할 수 있다. 가열 장치는 S20 단계에서, 정류 전압(Vrec)의 레벨이 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨 이상인지 판단할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨은 미리 지정된 값일 수 있다. 또는 예시적인 실시 예에서, 가열 장치는 정류 전압(Vrec)의 최대 레벨(Vrec_max)을 감지하고, 최대 레벨(Vrec_max)에 기초하여 제1 기준 전압(Vref1)을 설정할 수도 있다.
정류 전압(Vrec)의 레벨이 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨 이상인 경우(B 지점), 가열 장치는 S30 단계에서, 정류 전압(Vrec)을 이용하여 피가열체를 감지할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 가열 장치는 S30 단계의 피가열체 감지 동작 시에 도 6의 S30 단계를 수행할 수 있다. 가열 장치는 정류 전압(Vrec)의 레벨이 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨 미만인 경우(A지점)에는 피가열체 감지 동작을 수행하지 않을 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 가열 장치가 오프 상태에서 온 상태가 되면, 별도의 추가 입력 없이도 S10 내지 S30 단계가 수행될 수 있다. 또는 예시적인 실시 예에서, 화구를 오프 상태에서 온 상태로 변경하는 사용자의 입력이 조작부를 통해 수신되면, 대응하는 화구에 대해 S10 단계 내지 S30 단계가 수행될 수도 있다.
S30 단계에서 가열부(230) 상에 배치된 피가열체(201)가 감지되면, 가열 장치(200)는 피가열체(201)에 대한 가열 동작을 수행할 수 있다. 가열 장치(200)는 사용자 입력에 대응되는 출력으로 가열부(230)를 동작시킬 수 있다. 반면, S30 단계에서 가열부(230) 상에 배치된 피가열체(201)가 감지되지 않는 경우에는, 가열부(230)를 동작시키기 위한 사용자 입력이 감지되더라도 피가열체(201)가 가열부(230) 상에 배치되지 않았음을 표시하고, 가열부(230)로 전달되는 전력을 차단할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5의 S30 단계는 S31 단계, S33 단계, 및 S35 단계를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 가열 장치는 S31 단계에서, 가열부에 전원을 제공할 수 있다. 예를 들어, 가열부에 제공되는 전원은 싱글 펄스일 수 있고, 제공되는 싱글 펄스의 레벨은 정류부로부터 출력되는 정류 전압의 레벨에 대응될 수 있다.
가열 장치는 S33 단계에서, 노드 전압의 주파수 변화를 감지할 수 있다. 가열부 상에 피가열체가 배치되는지 또는, 가열부 상에 배치된 피가열체가 유도가열이 적합한지 여부에 따라 가열부 일단의 노드 전압의 파형이 변동될 수 있고, 주파수가 변할 수 있다.
가열 장치는 S35 단계에서, 노드 전압의 주파수 변화에 기초하여 피가열체 유무를 판단할 수 있다. 가열 장치는 피가열체가 배치되지 않은 상태와 비교하여 노드 전압의 주파수가 변경된 경우에는 가열부 상에 적합한 피가열체가 배치되었다고 판단할 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 가열 장치의 일 구현 예를 나타내는 회로도이다. 도 6은 정류 전압의 레벨이 제1 기준 전압 레벨 이상이 됨에 따라, 피가열체 감지 동작을 수행하는 가열 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 가열 장치(300)는 정류부(310), 스위칭 회로(320), 가열부(330), 노드 전압 측정부(340) 및 제어 회로(350)를 포함할 수 있다. 또한, 가열 장치(300)는 정류부(310)로부터 출력되는 정류 전압(예를 들어, 도 2의 Vrec)을 평활화하기 위한 LC 필터(360)를 더 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 구성 요소들 중 적어도 일부는 어느 하나의 화구에 포함되는 구성일 수 있다. 가열 장치(300)는 정류 전압(Vrec)의 레벨을 검출하기 위한 제1 전압 비교기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
정류부(310)는 소정의 주파수를 갖는 상용 전원에 대한 정류 동작을 수행하고, 정류된 정류 전압(Vrec)을 LC 필터(360)를 통해 가열부(330)로 제공할 수 있다. 가열부(330)는 워킹 코일(L_coil) 및 공진 커패시터(Cr)를 포함할 수 있으며, 상기 워킹 코일(L_coil)과 공진 커패시터(Cr)는 LC 공진 회로를 구성할 수 있다.
피가열체(301)가 가열부(330) 상에 배치되었는지 판단하기 위하여 노드 전압 측정부(340)가 배치될 수 있으며, 노드 전압 측정부(340)는 피가열체 감지 동작 시에 가열부(330) 일단인 제2 노드(N2)의 노드 전압(VN)을 감지할 수 있다. 노드 전압 측정부(340)는 노드 전압(VN)의 레벨에 대한 레벨 정보(L1)를 제어 회로(350)로 출력할 수 있다.
피가열체(301)의 특성 및 가열부(330) 상에 놓여진 위치 등 다양한 요인들에 의해 전자기적 결합 특성(예를 들어, 공진 특성)이 변동될 수 있다. 이로 인해 워킹 코일(L_coil)에 전원이 제공될 때, 워킹 코일(L_coil)과 연결되는 제2 노드(N2)의 노드 전압(VN)의 파형이 변동될 수 있다. 예를 들어, 피가열체(301)는 가열부(330)의 워킹 코일(L_coil)과 전자기적으로 결합(coupling)된 부하 인덕터(L_load)와 부하 저항(R_load)이 연결된 형태의 등가 회로로서 표현될 수 있다. 피가열체(301)의 특성이나 놓여진 위치에 따라 부하 인덕터(L_load)와 부하 저항(R_load)의 값이 변동하게 되고, 이에 따라 제2 노드(N2)의 노드 전압(VN)의 파형이 변동될 수 있다.
노드 전압(VN)의 파형에 따라, 레벨 정보(L1)도 달라질 수 있다. 예를 들어, 레벨 정보(L1)는 노드 전압(VN)의 레벨과 제2 기준 신호의 레벨을 비교하여 주기적으로 하이 레벨과 로우 레벨이 나타나는 파형을 갖는 디지털 신호일 수 있다.
피가열체 감지 동작 시에 제어 회로(350)는, 스위칭 구동 신호로서 감지 제어 신호(SC)를 스위칭 회로(320)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 감지 제어 신호(SC)는 싱글 펄스일 수 있다. 제어 회로(350)는 레벨 정보(L1)가 하이 레벨과 로우 레벨로 변하는 주기를 판단함으로써, 가열부(330) 상에 피가열체(301)가 배치되었는지를 판단할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 제어 회로(350)에는 가열부(330) 상에 피가열체(301)가 배치되지 않을 때에, 레벨 정보(L1)의 하이 레벨과 로우 레벨의 패턴이 미리 저장될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(350)에는 가열부(330) 상에 피가열체(301)가 배치되지 않을 때에, 레벨 정보(L1)가 하이 레벨과 로우 레벨로 변하는 주기가 미리 저장될 수 있다. 따라서, 제어 회로(350)는 레벨 정보(L1)가 하이 레벨과 로우 레벨로 변하는 주기가 미리 설정된 값과 상이한지 판단하여 가열부(330) 상에 피가열체(301)가 배치되었는지를 판단할 수 있다.
스위칭 회로(320)는 감지 제어 신호(SC)에 응답하여, 가열부(330)로 전원을 제공할 수 있다. 감지 제어 신호(SC)가 싱글 펄스인 경우, 가열부(330)로 제공되는 전원은 싱글 펄스일 수 있다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 가열 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 가열 장치(400)는 기준 전압 생성기(470), 제1 전압 비교기(460), 제2 전압 비교기(440) 및 제어 회로(450)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 노드 전압 측정부(240) 및 도 6의 노드 전압 측정부(340) 중 적어도 하나는 제2 전압 비교기(440)로서 구현될 수 있다.
기준 전압 생성기(470)는 제1 기준 전압(Vref1) 및 제2 기준 전압(Vref2)을 생성할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 기준 전압 생성기(470)는 일정한 크기의 전원 전압을 수신하여 제1 기준 전압(Vref1) 및 제2 기준 전압(Vref2)을 생성할 수 있고, 또는, 정류 전압(Vrec)으로부터 제1 기준 전압(Vref1) 및 제2 기준 전압(Vref2)을 생성할 수도 있으나, 본 개시는 이에 한정되지 않으며 다양한 방식으로 제1 기준 전압(Vref1) 및 제2 기준 전압(Vref2)을 생성할 수 있다. 제1 기준 전압(Vref1) 및 제2 기준 전압(Vref2)은 서로 다른 레벨을 가질 수 있으나, 본 개시는 이에 한정되지 않으며 동일한 레벨을 가질 수도 있다.
예시적인 실시 예에서, 기준 전압 생성기(470)는 제어 회로(450)로부터 출력된 기준 전압 제어 신호(CRV)에 기초하여, 제1 기준 전압(Vref1) 및 제2 기준 전압(Vref2) 중 적어도 하나의 전압 레벨을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(450)는 정류 전압(Vrec)의 최고 레벨에 따라 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨을 조절하도록 기준 전압 제어 신호(CRV)를 제공할 수 있고, 기준 전압 생성기(470)는 기준 전압 제어 신호(CRV)에 응답하여 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨을 조절할 수 있다. 또는, 예를 들어, 제어 회로(450)는 정류 전압(Vrec)의 최고 레벨에 따라 제2 기준 전압(Vref2)의 레벨을 조절하도록 기준 전압 제어 신호(CRV)를 제공할 수 있고, 기준 전압 생성기(470)는 기준 전압 제어 신호(CRV)에 응답하여 제2 기준 전압(Vref2)의 레벨을 조절할 수도 있다.
예시적인 실시 예에서, 기준 전압 생성기(470)는 정류 전압(Vrec)의 최고 레벨이 감소할수록 제1 기준 전압(Vref1)이 감소되도록 제1 기준 전압(Vref1)을 생성할 수 있고, 정류 전압(Vrec)의 최고 레벨이 감소할수록 제2 기준 전압(Vref2)이 감소되도록 제2 기준 전압(Vref2)을 생성할 수 있다. 또는, 기준 전압 생성기(470)는 정류 전압(Vrec)의 최고 레벨이 증가할수록 제1 기준 전압(Vref1)이 증가되도록 제1 기준 전압(Vref1)을 생성할 수 있고, 정류 전압(Vrec)의 최고 레벨이 증가할수록 제2 기준 전압(Vref2)이 증가되도록 제2 기준 전압(Vref2)을 생성할 수 있다. 다만, 본 개시에 따른 가열 장치(400)는 이에 한정되지 않으며, 제1 기준 전압(Vref1) 및 제2 기준 전압(Vref2) 중 적어도 하나의 전압 레벨이 미리 지정될 수도 있고, 즉, 가변하지 않을 수 있다.
제1 전압 비교기(460)는 정류 전압(Vrec) 및 제1 기준 전압(Vref1)을 비교한 결과로서 비교 신호(COMP)를 제어 회로(450)로 제공할 수 있다. 정류 전압(Vrec)은 도 2의 정류 전압(Vrec) 및 도 6의 정류 전압 중 적어도 하나에 대응될 수 있다. 제어 회로(450)는 비교 신호(COMP)를 기초로 하여, 피가열체 감지 동작 수행 여부를 결정할 수 있다.
제2 전압 비교기(440)는 노드 전압(VN) 및 제2 기준 전압(Vref2)을 비교한 결과로서 레벨 정보(L1)를 제어 회로(450)로 제공할 수 있다. 노드 전압(VN)은 도 2의 노드 전압(VN) 및 도 6의 노드 전압(VN) 중 적어도 하나에 대응될 수 있다. 제어 회로(450)는 레벨 정보(L1)에 기초하여, 피가열체 유무를 판단할 수 있다. 예를 들어, 노드 전압(VN)의 주파수가 변경되는 경우, 노드 전압(VN)과 제2 기준 전압(Vref2)을 비교한 결과인 레벨 정보(L1)의 주파수도 변경될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(450)는 레벨 정보(L1)의 하이 레벨 또는 로우 레벨을 카운팅하고 카운팅한 결과가 변경되면 피가열체가 배치된 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 본 개시에 따른 가열 장치(400)는 정류 전압(Vrec)의 레벨이 제1 기준 전압(Vref1)의 레벨 이상일 때 피가열체 감지 동작을 수행함으로써, 피가열체의 유무에 따른 노드 전압(VN)의 주파수 변화의 검출 에러를 방지할 수 있다. 가열 장치(400)는 피가열체 감지 동작의 정확성이 향상될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
100, 200, 300: 가열 장치
111~113: 제1 내지 제3 화구
120: 조작부
130, 250, 350, 450: 제어 회로
230, 330: 가열부
240, 340: 노드 전압 측정부
260, 460: 제1 전압 비교부
440: 제2 전압 비교부
470: 기준 전압 생성기
201, 301: 피가열체

Claims (8)

  1. 가열부 및 스위치 구동 신호에 응답하여 상기 가열부로 전원을 제공하는 스위칭 회로를 포함하는 화구;
    상용 전원을 수신하여 상기 가열부로 제공하기 위한 정류 전압을 생성하는 정류부;
    상기 정류 전압의 레벨 및 제1 기준 전압의 레벨을 비교한 결과를 비교 신호로서 생성하는 전압 비교기;
    상기 가열부의 일단의 노드 전압을 측정하는 노드 전압 측정부; 및
    상기 비교 신호에 따라, 상기 정류 전압의 레벨이 상기 제1 기준 전압의 레벨 이상인 경우에 상기 정류 전압을 이용하여 상기 스위칭 회로로 싱글 펄스의 스위치 구동 신호를 제공함으로써 상기 가열부 상에 배치되는 피가열체를 감지하는 동작을 수행하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로는 상기 노드 전압의 주파수 변화에 기초하여 상기 피가열체를 감지하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노드 전압 측정부는, 상기 노드 전압의 레벨 및 제2 기준 전압의 레벨을 비교한 결과를 레벨 정보로서 상기 제어 회로에 제공하고,
    상기 제어 회로는 상기 레벨 정보의 주파수 변화에 기초하여, 상기 피가열체를 감지하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 기준 전압 및 상기 제2 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 제1 기준 전압 및 상기 제2 기준 전압 중 적어도 하나의 레벨이 변경되도록 기준 전압 제어 신호를 상기 기준 전압 생성기로 출력하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 정류 전압의 최대 레벨에 기초하여, 상기 기준 전압 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    사용자의 입력을 감지하는 조작부를 더 포함하고,
    상기 제어 회로는, 상기 조작부로부터 상기 사용자의 입력이 감지되면, 상기 정류 전압의 레벨이 제1 기준 전압의 레벨 이상인지 판단하고, 상기 피가열체를 감지하는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR0146146B1 (ko) * 1994-12-31 1998-10-01 구자홍 복합조리기의 가열탐색 보상장치
KR19990002751A (ko) * 1997-06-23 1999-01-15 구자홍 복합조리기의 구동 제어장치 및 방법
KR20190014844A (ko) * 2017-08-04 2019-02-13 엘지전자 주식회사 유도가열조리기 및 그의 동작 방법

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