KR102395922B1 - 유도가열 장치의 전력제어 구동방식 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상용 교류전원을 사용하는 전압공진 방식의 유도가열 장치의 제어에 관한 것으로 유도가열 장치의 근본 원리상 조리용기에 맴돌이 전류를 유기하기 위해 조리용기 재질에 맞는 주파수의 높은 교류전류를 워킹코일에 흘려야 하므로 워킹코일에 공급된 상용전원이 정류된 직류전압을 전력제어 반도체 소자로 고속 스위칭 시키는 구조를 갖는다.
상용 교류전원이 정류된 직류전압이 워킹코일에 공급된 상태로 스위칭 소자가 턴오프 된 대기모드에서 MCU 제어부의 PWM 출력에 의해 유도가열 장치가 스위칭 동작을 개시하면, 초기의 높은 직류전압이 갑자기 투입되고 워킹코일 공진부와 반도체 스위칭 소자에 흐르는 높은 전류에 의해 소음이 발생하고 워킹코일 공진부에 유기된 공진전압 과도현상(Overshoot)에 의해 스위칭 소자가 소손 될 수 있다.
본 발명은 귀에 거슬리는 소음 발생과 초기 과도한 공진전압 의한 스위칭 소자의 파괴를 방지하기 위해 대기상태의 유도가열 장치가 안전하게 정상동작으로 이행되기 위한 초기동작의 소프트 스타트 제어 방식이다
상용 교류전원이 정류된 직류전압이 워킹코일에 공급된 상태로 스위칭 소자가 턴오프 된 대기모드에서 MCU 제어부의 PWM 출력에 의해 유도가열 장치가 스위칭 동작을 개시하면, 초기의 높은 직류전압이 갑자기 투입되고 워킹코일 공진부와 반도체 스위칭 소자에 흐르는 높은 전류에 의해 소음이 발생하고 워킹코일 공진부에 유기된 공진전압 과도현상(Overshoot)에 의해 스위칭 소자가 소손 될 수 있다.
본 발명은 귀에 거슬리는 소음 발생과 초기 과도한 공진전압 의한 스위칭 소자의 파괴를 방지하기 위해 대기상태의 유도가열 장치가 안전하게 정상동작으로 이행되기 위한 초기동작의 소프트 스타트 제어 방식이다
Description
본 발명은 MCU를 사용하여 IGBT를 비롯한 Power MOSFET, SiC 전력소자를 고속 스위칭하여 워킹코일에 높은 주파수의 전류를 흘러서 조리용기에 와전류를 유도하여 열을 발생시키는 유도가열 인버터 장치에서 발생될 수 있는 초기 시작의 과도현상을 최소화하여 유도가열 장치의 안전한 초기동작을 위한 MCU(Micro-Controller Unit)에 내장된 PWM 기능의 Duty비를 제어하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식에 관한 것이다.
직류전압을 사용하는 전력제어 시스템에서 전력제어 방법은 여러 가지 있지만 그 중에 흔히 사용되는 방법 중 하나는 부하에 흐르는 전류의 량의 시간적 비율을 조정하는 방법이 있으며, 이것은 일정한 주기로 부하전류가 흐르는 시간과 흐르지 않는 시간의 비율로 평균 전류를 제어하는 방법이다.
유도가열 장치에서 사용하는 제어부의 PWM 기능의 ON/OFF 비율을 이용하여 부하인 워킹코일에 흐르는 평균전류를 미세하게 조정할 수 있으므로 워킹코일 공진부에 흐르는 과도한 전류에 의해 발생하는 문제를 PWM의 duty 비인 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 낮추어 시작하여 점진적으로 증가시켜 나가면 안정된 초기동작을 구현할 수 있다.
유도가열 장치에서 사용하는 제어부의 PWM 기능의 ON/OFF 비율을 이용하여 부하인 워킹코일에 흐르는 평균전류를 미세하게 조정할 수 있으므로 워킹코일 공진부에 흐르는 과도한 전류에 의해 발생하는 문제를 PWM의 duty 비인 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 낮추어 시작하여 점진적으로 증가시켜 나가면 안정된 초기동작을 구현할 수 있다.
유도가열 장치는 교류전압을 전파 정류하여 생긴 맥류전압이 L-C평활회로를 거쳐 직류전압으로 만들어지고 유도가열 장치가 동작하지 않는 대기모드에서는 스위칭 소자가 OFF 상태이므로 상기 직류전압은 워킹코일에 최고 높은 값으로 걸려 있는 상태가 된다.
따라서 교류전압이 높은 시점의 대기상태에서 펄스 폭이 넓은 스위칭 제어신호가 스위칭 소자에 갑자기 인가되면 워킹코일 공진부에 큰 전류가 흐르게 되고 워킹코일과 병렬콘덴서로 구성된 워킹코일 공진부에 발생되는 과도한 전압.전류로 스위칭 소자가 파괴(소손) 되거나 유도되는 전류에 의해 소음이 발생될 수 있다. 본 발명은 이러한 초기동작에서 생기는 종래의 과도현상 문제를 해결하는 유도가열 제어방식이다.
따라서 교류전압이 높은 시점의 대기상태에서 펄스 폭이 넓은 스위칭 제어신호가 스위칭 소자에 갑자기 인가되면 워킹코일 공진부에 큰 전류가 흐르게 되고 워킹코일과 병렬콘덴서로 구성된 워킹코일 공진부에 발생되는 과도한 전압.전류로 스위칭 소자가 파괴(소손) 되거나 유도되는 전류에 의해 소음이 발생될 수 있다. 본 발명은 이러한 초기동작에서 생기는 종래의 과도현상 문제를 해결하는 유도가열 제어방식이다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배경기술에서 언급했듯 문제의 원인은 대기모드에서 정상 가열제어 모드로 이행되는 초기동작에서 발생될 수 있는 과도현상이므로 대기모드와 정상 가열제어 모드 사이에 소프트 스타트 개념의 제어구간을 넣어 과도현상을 최소화 하는 것이다.
본 발명은 직류전압이 워킹코일에 공급된 상태로 스위칭 소자가 턴오프(Turn-off) 된 대기모드에서 스위칭 제어부의 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 제어신호가 인가되면 스위칭 소자가 턴온(Turn-on) 되면서 스위칭 제어동작을 개시할 때, 초기의 직류(맥류)전압이 갑자기 워킹코일 공진부에 투입되어 흐르는 전류에 의해 발생될 수 있는 소음과 과도한 공진전압에 의한 스위칭 소자의 소손을 방지하기 위해 상용 교류전원을 직류로 정류한 후 교류 주파수로 변환하는 인버터 원리를 사용하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식으로서,
상기 대기모드에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 상기 스위칭 소자에 인가되면서 시작되고, 두 번째 제로-크로스 시점에 동기화 되어 끝나는 동시에 정상 가열제어 단계로 이행하는 소프트 스타트 제어 구간을 포함하여 이루어지는 구성으로써 달성할 수 있다.
대기모드에서 스위칭 소자에 인가되는 최초의 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 워킹코일 공진부 양단에 발생하는 공진전압이 발생되지 않는 짧은 값에서 시작하여 주기적으로 스위칭 제어신호인 펄스 폭을 점진적으로 미세한 값을 증가시켜 나가면 과도현상이 생기지 않을 것이다.
또한 최초의 스위칭 제어신호를 교류전압의 제로-크로스 시점에 동기화 하여 스위칭 소자에 인가하면 전압 에너지 자체가 낮은 시점이기에 '전력 = 전압(제로) x 전류(펄스 폭)'으로 계산되는 전력이 가장 낮은 시점이라 과도현상이 생길 가능성이 가장 낮다고 볼 수 있다.
본 발명은 직류전압이 워킹코일에 공급된 상태로 스위칭 소자가 턴오프(Turn-off) 된 대기모드에서 스위칭 제어부의 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 제어신호가 인가되면 스위칭 소자가 턴온(Turn-on) 되면서 스위칭 제어동작을 개시할 때, 초기의 직류(맥류)전압이 갑자기 워킹코일 공진부에 투입되어 흐르는 전류에 의해 발생될 수 있는 소음과 과도한 공진전압에 의한 스위칭 소자의 소손을 방지하기 위해 상용 교류전원을 직류로 정류한 후 교류 주파수로 변환하는 인버터 원리를 사용하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식으로서,
상기 대기모드에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 상기 스위칭 소자에 인가되면서 시작되고, 두 번째 제로-크로스 시점에 동기화 되어 끝나는 동시에 정상 가열제어 단계로 이행하는 소프트 스타트 제어 구간을 포함하여 이루어지는 구성으로써 달성할 수 있다.
대기모드에서 스위칭 소자에 인가되는 최초의 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 워킹코일 공진부 양단에 발생하는 공진전압이 발생되지 않는 짧은 값에서 시작하여 주기적으로 스위칭 제어신호인 펄스 폭을 점진적으로 미세한 값을 증가시켜 나가면 과도현상이 생기지 않을 것이다.
또한 최초의 스위칭 제어신호를 교류전압의 제로-크로스 시점에 동기화 하여 스위칭 소자에 인가하면 전압 에너지 자체가 낮은 시점이기에 '전력 = 전압(제로) x 전류(펄스 폭)'으로 계산되는 전력이 가장 낮은 시점이라 과도현상이 생길 가능성이 가장 낮다고 볼 수 있다.
본 발명으로 추가되는 하드웨어 부품 없이 종래에 사용되고 있는 제어부 MCU의 PWM 기능을 이용하여 유도가열 장치의 초기동작에 발생될 수 있는 과도현상에 의한 스위칭 소자가 소손(Burnt) 되거나 높은 전류에 의해 발생될 수 있는 소음 문제를 해결할 수 있다.
도면 1에서 도면 4는 본 발명을 실현하는 실시 예를 도시하는 도면으로,
도면 1은 본 발명의 전체를 표현하는 종합적인 기능 블록도 이다.
도면 2는 상용전원 교류전압 파형, 맥류파형, 대기모드, 소프트 스타트 제어구간의 제1 구간/제2 구간, 교류전압 제로-크로스 검출 펄스파형을 나타낸다.
도면 3은 대기모드, 소프트 스타트 제어구간, 가열모드 각각의 스위칭 펄스 폭 변화, 공진전압의 생성, 공진전압 저점-크로스 검출파형을 나타낸다.
도면 4은 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 변화시키는 MCU의 PWM 블록도
도면 1은 본 발명의 전체를 표현하는 종합적인 기능 블록도 이다.
도면 2는 상용전원 교류전압 파형, 맥류파형, 대기모드, 소프트 스타트 제어구간의 제1 구간/제2 구간, 교류전압 제로-크로스 검출 펄스파형을 나타낸다.
도면 3은 대기모드, 소프트 스타트 제어구간, 가열모드 각각의 스위칭 펄스 폭 변화, 공진전압의 생성, 공진전압 저점-크로스 검출파형을 나타낸다.
도면 4은 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 변화시키는 MCU의 PWM 블록도
첨부한 도면 1에서 도면 4를 참고하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면 1에서 도면 4은 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기 위해 도시하며 발명은 각자 실시 또는 결합하여 실시될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 유도가열 장치의 전력제어 구동방식은, 직류전압이 워킹코일에 공급된 상태로 스위칭 소자가 턴오프(Turn-off) 된 대기모드에서 스위칭 제어부의 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 제어신호가 인가되면 스위칭 소자가 턴온(Turn-on) 되면서 스위칭 제어동작을 개시할 때, 초기의 직류(맥류)전압이 갑자기 워킹코일 공진부에 투입되어 흐르는 전류에 의해 발생될 수 있는 소음과 과도한 공진전압에 의한 스위칭 소자의 소손을 방지하기 위해 상용 교류전원을 직류로 정류한 후 교류 주파수로 변환하는 인버터 원리를 사용하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식에 있어서,
상기 대기모드에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 상기 스위칭 소자에 인가되면서 시작되고, 두 번째 제로-크로스 시점에 동기화 되어 끝나는 동시에 정상 가열제어 단계로 이행하는 소프트 스타트 제어 구간을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도면 1을 참조하여 본 발명에 의한 유도가열 장치의 전력제어 구동방식을 설명하기로 한다. 유도가열 장치는 Line필터부(10), 정류부(20), L-C평활부(30), 워킹코일 공진부(40), 공진전압 저점-크로스 검출부(50), 스위칭 소자(60), 전류 검출부(70), 스위칭 소자 구동부(80), MCU 제어부(90), 교류전압 제로-크로스 검출부(100)로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간은 상기 교류전압의 제로-크로스 시점에서 다음 제로-크로스 시점까지의 교류전압의 반 주기(맥류전압의 1주기)로 한정하는 것을 특징으로 한다.
상기 Line필터(10)은 전원선으로 방출되는 전도성 EMI를 감쇄하기 위한 것으로 60Hz(또는 50Hz)의 상용전원 AC220V (또는 AC110V)가 Line필터(10)와 브리지 다이오드(Bridge Diode; BD)의 정류부(20)를 거치면 맥류파형으로 변화되는데, 맥류파형은 교류파형의 부(Negative)의 부분이 정(Positive)의 영역으로 올라온 형태이기 때문에 상용 교류전원이 60Hz의 경우 맥류파형은 도면 2와 같이 주기가 120Hz로 된다.
상기 맥류파형은 상기 L-C평활부(30)에 의해 직류전압으로 만들어져 워킹코일(LR)과 콘덴서(CR)가 병렬로 구성된 상기 워킹코일 공진부(40)에 공급되는 형태이다. 대기모드에서는 상기 스위칭 소자(60)가 Turn-Off 되어 있는 상태이기 때문에 상기 L-C평활부(30)을 구성하는 인덕터(Lf3)와 캐패시터(C3)에 의해 평활된 직류전압이 유지되고 있다. 그러나 스위칭 소자(60)이 고속 Turn-On/Turn-Off 되면서 스위칭 동작을 시작하면 브리지 다이오드(BD)의 애노드(Anode)에서 시작하여 L-C평활부(30), 워킹코일 공진부(40), 스위칭 소자(60), 브리지 다이오드(BD)의 캐소드(Cathode)로 연결되어 구성되는 폐회로(Closed Loop)에 흐르는 전류는 수십 암페어로 크기 때문에 평활 캐패시터(C3)에 충전된 전하량으로 감당되지 않아 직류전압이 유지되지 않고 맥류파형에 가까운 형태가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간은 상기 교류전압의 제로-크로스 시점에서 다음 제로-크로스 시점까지의 교류전압의 반 주기(맥류전압의 1주기)로 한정하는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 소프트 스타트 제어 구간에서는 스위칭 소자에 인가되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 한다.
상기 워킹코일 공진부(40)는 워킹코일(LR)과 콘덴서(CR)로 병렬공진 회로를 구성되며 스위칭 소자(60)가 턴온(Turn-On) 되면 상기 워킹코일 공진부(40)에 걸려있는 직류전압에 의해 전류가 흐르기 시작하고;
MCU 제어부(90)의 PWM 블럭에서 출력되는 스위칭 제어신호의 펄스 폭에 따라 스위칭 소자(60)이 턴온 시간 동안 계속 증가된다. 스위칭 소자(60)가 턴오프(Turn-off) 되는 순간 폐회로는 개방(Open Loop) 되므로 워킹코일(LR)과 콘덴서(CR)는 턴온 시간 동안 축적된 전기 에너지가 상호 충방전을 거듭하는 병렬공진이 시작될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간은 임의의 설정된 주기를 갖는 상기 스위칭 제어신호가 상기 스위칭 소자에 인가되는 제1 구간과; 검출신호가 안정된 공진전압의 저점-크로스 시점에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 발생되며 발생 주기가 결정되는 제2 구간으로 구분되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스위칭 소자에 인가되는 제1 구간의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 워킹코일 공진부 양단에 발생하는 공진전압의 저점-크로스가 검출되지 않는 범위의 펄스 폭으로 시작되는 것을 특징으로 한다.
스위칭 소자(60)은 상기 워킹코일 공진부(40)를 고속으로 스위칭 시키는 전력제어 반도체 소자가 사용되며 기능상 고속응답과 고 내압, 대 전류 특성이 요구된다. IGBT, 전력MOSFET, SiC가 사용될 수 있는데 가전용 유도가열 장치에는 가격이 비교적 낮은 IGBT가 주로 사용될 수 있다.
전류 검출부(70)은 션트(Shunt) 저항이나 전류 트랜스(Current Transformer)가 주로 사용되며 스위칭 소자(60)에 흐르는 전류가 전압(전압 = 저항 x 전류)으로 변환되고;
변환된 미세한 전압은 MCU 제어부(90)에 내장된 OP-Amp로 증폭하여 내장된 A-D Converter에 의해 디지털 값으로 변환되어 전류(Is) 값을 계산하고 워킹코일 공진부(40)의 전단에 걸린 맥류전압(Va)과 연산(전력: P = Va X Is )하여 유도가열 장치의 현재 전력을 계산하는 데 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 구간의 스위칭 제어신호의 상기 펄스 폭의 반복 주기는 40us에서 128us 범위의 임의의 값으로 설정되고 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점까지 스위칭 제어신호의 펄스 폭이 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점의 판단 기준은 공진전압의 저점-크로스 검출신호가 3회 이상 발생된 다음에 검출되는 공진전압 저점-크로스 시점으로 판단하는 히스테리시스 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
스위칭 소자 구동부(80)는 MCU 제어부(90)에 내장된 PWM 출력이 스위칭 소자(60)을 직접 구동하기에는 약한 신호이기 때문에 스위칭 소자(60)을 충분히 구동시킬 수 있는 스위칭 제어신호를 만들기 위한 구동회로가 구성될 수 있다
공진전압 저점-크로스 검출부(50)는 워킹코일 공진부(40) 양단에 걸리는 공진전압(VR)이 최고값(Peak치)에서 감소하여 기준전압이 되는 맥류전압의 전위(공진전압의 저점) 아래로 크로스(교차) 하는 시점을 검출하는 회로이다. 스위칭 소자(60)가 턴오프 되면 Ground 전위에서 볼 때 워킹코일 공진부(40)의 왼편에 걸린 맥류전압은 기준전압이 되고 오른쪽에는 '맥류전압 + 공진전압(VR)'이 걸린 상태가 된다. 양단의 두 전압은 적당한 저항 비율로 배분되어 MCU 제어부(90)에 내장된 전압비교기(Voltage Comparator)에 인가되는데, 전압비교기의 '+' 입력에는 기준전압인 맥류전압 측이 연결되고 '-' 입력에는 '맥류전압 + 공진전압' 측이 연결된다. 따라서 공진전압이 Peak치에서 감소하여 맥류전압 전위로 크로스 할 때 전압비교기의 출력은 Low에서 High로 변하므로 공진전압의 저점-크로스 시점을 검출할 수 있다.
교류전압 제로-크로스 검출부(100)는 교류전압이 '+' 에서 '-' 로, 또는 '-' 에서 '+' 로 변화할 때 제로(0) 전위를 크로스(교차) 하는 시점(Zero-Crossing point)에 펄스 신호가 만들어지는 회로이다. MCU 제어부(90)에 교류전압의 가장 낮은 시점을 알려주기 위해 필요하다. (도면 2 참조)
MCU 제어부(90)은 상기 공진전압 저점-크로스 검출부(50), 전류 검출부(70), 교류전압 제로-크로스 검출부(100)에서 나오는 검출 신호와 정보를 받아 유도가열 장치의 출력을 목표 값에 수렴시키기 위해 측정된 출력(전력) 값과 목표 값의 차이를 보정하는; 연산된 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 내장된 PWM 기능을 사용하여 스위칭 소자 구동부(80)을 통해 스위칭 소자(60)에 인가하는 부궤환 제어를 한다. 그 외 유도가열 장치의 부수적인 기능; 예를 들면 고전압 검출 및 차단, 조리용기 유무판단, 사용자 인터페이스 등 전반적인 제어를 하지만 본 발명과 직접적인 관계가 없기 때문에 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 구간은 상기 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점에서 시작하여 처음 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점까지 인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 구간에서 상기 스위칭 소자에 인가되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스는 상기 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기화 되어 발생되며, 펄스 폭은 0.1us에서 0.15us 범위의 어느 시간 간격으로 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 한다.
한편, MCU 제어부(90)가 제어하는 스위칭 제어신호의 펄스 폭에 의해 스위칭 소자(60)에 흐르는 전류가 제어되므로 대기모드에서 곧 바로 정상 가열모드로 이행하여 발생되는 과도현상 문제를 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 미세하게 조절하여 대기모드에서 소프트 하게 스타트(시작)하여 정상 가열제어 모드로 이행하면 해결할 수 있다. 즉, 유도가열 장치가 대기상태에서 고속 스위칭 동작상태로 이행되는 중간에 '소프트 스타트 제어' 구간을 실행하여 해결하는 것이다.
도면 2을 참조하여, 상기 소프트 스타트 제어 구간(T2)은 상기 대기모드(T1)에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP1)에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 스위칭 소자(60)에 인가되면서 시작되고 두 번째 교류전압 제로-크로스 시점(ZP2)에 동기화 되어 끝나는 동시에 정상 가열제어 모드(T3)로 이행할 수 있다.
소프트 스타트 제어 구간(T2)이 대기모드(T1)에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP1)에 동기화 시키는 이유는 맥류전압의 제일 낮은 전위가 교류전압의 제로-크로스 시점이고 스위칭 소자(60)가 턴온 될 때 낮은 전압일수록 과도현상이 생기지 않기 때문이다.
또한 소프트 스타트 제어 구간(T2)이 두 번째 교류전압 제로-크로스 시점(ZP2)에 동기화 되어 끝나고 동시에 정상 가열제어 모드(T3) 단계로 이행할 수 있는 것은, 소프트 스타트 제어구간(T2)에서 스위칭 소자(60)에 인가되는 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 첫 펄스 이후부터 점진적으로 증가되는데 교류전압의 반주기(60Hz의 경우 8.333ms) 시간 동안에 펄스 폭이 충분하게 증가되어 정상 가열제어 모드(T3) 단계로 이행이 가능하기 때문이다.
따라서 상기 소프트 스타트 제어 적용구간은 대기모드에서 첫 번째 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP1)에서 다음 제로-크로스 시점(ZP2)까지의 교류전압의 반 주기(맥류전압의 1주기)로 한정되므로 고정된 시간을 갖는 소프트 스타트 구간(T2)에서의 스위칭 제어신호 펄스 폭의 변화폭과 실행시간 및 펄스 수량을 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 구간에서 상기 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기화 되어 발생되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스 폭이 정상 가열제어 모드의 목표전력에 해당되는 펄스 폭 크기에 도달하면 펄스 폭 증가를 멈추고 제2 구간이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점까지 펄스 폭이 유지되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 목표전력은 상기 소프트 스타트 제어 구간이 끝나고 이어지는 상기 정상 가열제어 모드에서 제어할 유도가열 장치의 보온 또는 취사가열 동작기능에 따라 결정되며, 목표전력에 대응되는 펄스 폭은 실험적으로 연산하여 적용하는 것을 특징으로 한다.
도면 3은 대기모드(T1)와 정상 가열제어 모드(T3) 사이에 추가된 소프트 스타트 제어구간(T2)을 도시한 그림으로 소프트 스타트 제어구간(T2)에 포함되는 제1 구간(A) 및 제2 구간(B)의 스위칭 펄스 주기와 펄스 폭 변화에 따른 공진전압 발생, 그리고 공진전압 저점-크로스 검출신호 관계를 표현한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 구간이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점에서 상기 정상 가열제어 모드가 시작되며, 상기 정상 가열제어 모드의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 상기 목표전력에 대응되는 펄스 폭으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
도면 3을 참조하면 상기 소프트 스타트 제어 구간(T2)은 40us~128us 범위에서 임의로 설정된 주기로 스위칭 제어신호의 펄스가 스위칭 소자(60)에 인가되는 제1 구간(A) 과 제1 구간(A)에 바로 이어 시작되는 상기 공진전압의 저점-크로스 시점에 동기화 되어 스위칭 제어신호의 펄스가 발생되는 즉, 공진전압에 의해 펄스 주기가 결정되는 제2 구간(B)으로 구분되며, 제1 구간(A)과 제2 구간(B)의 스위칭 제어신호의 펄스 발생 주기가 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정상 가열제어 모드는 종래의 자동제어 방식에 준하며 상기 목표전력과 현재 측정된 전력의 차이를 보정하는 부궤환 제어(Negative Feedback Control)를 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 설명하는 유도가열 장치는 스위칭 소자(60)의 턴온/턴오프에 의해 워킹코일 공진부(40)에 발생하는 전압공진 파형이 최저 전위(공진전압의 저점-크로스 검출시점)에서 다시 스위칭 소자(60)를 턴온 시키는 소프트 스위칭 방식을 사용하기 때문에 공진전압의 저점-크로스가 검출되지 않으면 스위칭 소자 제어신호의 펄스가 자동적으로 생성되지 않는다.
유도가열 장치의 초기동작의 과도현상 문제(소음 및 스위칭 소자의 소손)가 발생하지 않을 수 있는 충분히 작은 스위칭 제어 신호의 펄스 폭으로 대기모드(T1)에서 시작해야 하므로, 대기모드(T1)에서 소프트 스타트(T2)가 시작되는 제1 구간(A)의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 공진전압의 저점-크로스 신호가 검출되지 않는 작은 값으로 설정될 수 있다 (본 발명의 바람직한 실시 예는 1us의 펄스 폭으로 시작).
따라서 제1 구간(A)에서는 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기되어 자동으로 트리거 되는 MCU 제어부(90)의 PWM 출력인 스위칭 제어신호가 발생되지 않기 때문에 첫 번째 펄스를 MCU 제어부(90)가 출력하고 내부 타이머 기능을 이용하여 주기적으로 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 점진적으로 증가시켜 출력하여 공진전압이 검출될 때까지 부드럽게 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예는 별도의 타이머를 사용하지 않고 스위칭 제어신호 펄스 폭을 설정하는 MCU 제어부(90)에 내장된 10-bit PWM 카운터의 Over-flow (OVF) 인터럽트 주기를 이용하여 128us 주기마다 발생되는 OVF인터럽트 처리루틴에서 PWM duty 값을 0.125us씩 증가시켜 제1 구간(A)을 수행할 수 있다. 10-bit PWM의 경우 8Mhz (주기:0.125us) Clock이 PWM Up-Counter에 입력되어 1024개 카운트 되면 Over-flow가 생겨 OVF인터럽트가 발생한다. 즉, 0.125 x 1024 = 128us 시간마다 발생하는 OVF인터럽트 처리루틴에서 PWM duty값을 증가하여 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 점진적으로 변경할 수 있다.
한편, 제1 구간(A)에서 일정한 주기로 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 점진적으로 증가시키면 증가된 펄스 폭에 의해 어느 시점에 공진전압이 발생하게 될 것이고 공진전압 저점-크로스 신호가 검출될 것이다. 공진전압 저점-크로스 검출부(50)의 검출기준 비교전압이 되는 맥류전압이 노이즈에 의해 변동하여 발생할 수 있는 불안정한 검출신호를 피하기 위해 첫 번째 검출신호에서 바로 이어 제2 구간(B)로 이행하지 않고, 3회 이상 검출신호가 발생한 이후를 안정된 시점으로 판단하여 제2 구간(B)으로 이행한다.
즉, 안정된 공진전압의 저점-크로스 신호가 검출되는 시점까지가 제1 구간(A)이 되며, 제1 구간(A)에서는 공진전압의 저점-크로스 검출신호가 생겨도 안정된 회수(3회 이상)에 도달되지 않으면 검출신호에 동기화 하여 스위칭 제어신호의 펄스를 발생하지 않고 제1 구간(A)의 주기(128us)로 발생한다. 이것은 MCU 제어부(90)에 내장된 PWM블록의 OUTPUT 출력여부를 설정하여 선택이 가능하다.
제2 구간(B)은, 제1 구간(A)에 바로 연결되어 안정된 공진전압 저점-크로스 검출이 판정된 시점부터 시작되며 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기화 되어 MCU 제어부(90)에 내장된 PWM 블록의 동작이 트리거 되어 자동 출력되므로 스위칭 제어신호의 펄스 주기는 공진전압의 시간폭과 스위칭 제어신호의 펄스 폭의 합으로 결정될 수 있다.
소프트 스타트 제어 구간(T2)에 포함되는 제1 구간(A)과 제2 구간(B)의 차이는, 스위칭 제어신호 펄스가 출력되는 시점과 주기만 다를 뿐이며, 스위칭 소자(40)에 인가되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 제1 구간(A)의 첫 펄스 이후부터 제2 구간(B)이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)까지 점진적으로 증가될 수 있다.
단, 제2 구간에서 펄스 폭의 점진적 증가는 증가된 펄스 폭이 정상 가열제어 모드(T3)의 목표전력에 해당하는 펄스 폭 값에 도달하면 증가를 멈추고 제2 구간(B)이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)까지 동일한 펄스 폭으로 유지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예는, AC220V, 60Hz를 사용하는 경우 제1 구간(A)의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 1us 이며 반복 주기마다 0.125us 간격으로 점진적으로 펄스 폭이 증가하여 목표하는 소프트 스타트 효과를 구현할 수 있었다.
소프트 스타트 제어구간(T2)에 포함되는 제2 구간(B)은 이어지는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)에 동기화 되어 종료되고 정상 가열제어 모드(T3)로 이행된다.
정상 가열제어 모드(T3) 단계는, 유도가열 장치가 제어하고자 설정된 목표전력에 대응된 펄스 폭을 가진 첫 번째 스위칭 제어신호를 교류전압의 제로-크로스 검출(ZP2)에 동기화 하여 스위칭 소자(60)에 인가하면서 시작된다. 제2 구간(B)이 포함된 소프트 스타트 제어구간(T2)이 끝나는 시점의 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 정상 가열제어 모드(T3) 단계가 시작되는 첫 번째 인가되는 스위칭 제어신호의 펄스 폭에 근접되기에 정상 가열제어 모드(T3)로 부드럽게 이행이 될 수 있다.
혹시 제2 구간(B)의 끝나는 시점의 마지막 펄스 폭과 정상 가열제어 모드(T3)의 목표전력에 대응된 펄스 폭의 차이가 있더라도 맥류전압이 가장 낮은 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)에 동기화 되어 변경된 펄스 폭이 인가되므로 과도현상 문제(소음과 스위칭 소자의 소손)가 생기지 않을 수 있다.
예를 들면, 유도가열 응용제품 중 하나인 전기밥솥에서 정상 가열제어 모드(T3)가 '보온' 일 경우 제어될 목표전력이 낮으므로 보온기능의 목표전력에 해당하는 펄스 폭 값 또한 매우 작을 수 있다. 이 경우 제2 구간(B)에서 점진적으로 증가되는 펄스 폭이 제2 구간(B)의 끝 시점이 아닌 훨씬 이전에 목표전력(보온)의 펄스 폭에 도달할 수 있다. 따라서 제2 구간(B)의 최종 펄스 폭은 상기 보온기능의 목표전력에 대응되는 펄스 폭으로 제한되어 정상 가열제어 모드(T3)의 첫 번째 펄스 폭과 동일하므로 소프트 스타트 제어구간(T2) 에서 정상 가열제어 모드(T3)로 부드럽게 이행될 수 있다.
상기 정상 가열제어 모드(T3)에서는 종래의 자동제어 방식에 준하는 목표전력과 현재 측정된 전력의 차이를 보정하는 부궤환 제어(Negative Feedback Control)를 하며, 전력차이를 보정하기 위해 변경된 펄스 폭의 스위칭 제어신호는 항상 교류전압의 제로-크로스 검출신호들 중 어느 하나에 동기화 되어 스위칭 소자(60)에 인가하므로 안정된 스위칭 제어를 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정상 가열제어 모드에서 전력차이를 보정하기 위해 변경된 펄스 폭의 스위칭 제어신호는 항상 교류전압의 제로-크로스 검출신호들 중 어느 하나에 동기화 되어 스위칭 소자에 인가하는 것을 특징으로 한다.
도면 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 사용된 MCU 제어부(90)에 내장된 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 변화시키는 PWM기능의 블록도 이다. 도면 4의 PWM 기능을 가진 MCU 제어부(90)를 기준으로 상기 소프트 스타트 제어구간(T2)이 시작되는 첫 번째 펄스 폭 결정과 그에 따르는, 제1 구간(A)의 펄스 주기 및 실행시간, 제2 구간(B)의 펄스 주기 및 실행시간, 그리고 제2 구간(B)의 마지막 펄스 폭을 계산해 볼 수 있다.
도면 4의 PWM 블록은 10-bit Resolution 이며 10-bit Counter에 인가되는 Clock은 4종류가 있으나 주파수가 제일 높은 Clock인 8MHz를 선택했다. PWM 블록의 10-bit Counter는 8MHz의 Clock마다 증가되어 Overflow가 생기면 CPU에 인터럽트를 발생한다. 또 공진전압 저점-크로스 신호가 검출되면 자동으로 PWM 10-bit Counter는 '0'으로 Clear되고 CPU에 인터럽트를 발생시킨다.
MCU 제어부(90)에는 내장된 Interval Timer 블록이 충분하지 않아 별도의 Interval Timer를 사용할 수 없기에 제 1구간(A)의 펄스 출력의 주기는 PWM 블록의 10-bit Counter Overflow(OVF) 인터럽트를 이용하기로 했다. PWM 10-bit Counter OVF 인터럽트 주기는 0.125us(8MHz Clock 주기) x 1024(10-bit Counter) = 128us로 계산될 수 있다.
제1 구간(A)의 첫 번째 시작 펄스가 워킹코일 공진부(40)에 의해 공진전압이 생기지 않을 정도의 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 실험적으로 1us로 구해질 수 있다. PWM 블록의 10-bit Counter OVF 인터럽트가 발생하는 128us 주기마다 OVF 인터럽트 처리루틴에서 PWM duty값을 최소 값인 '1' (1/8MHz=0.125us)씩 증가시키고 총 20회 증가된 펄스 폭의 스위칭 제어신호가 스위칭 소자(40)에 인가될 때 안정된 공진전압 저점-크로스 신호가 3회 이상 검출된다고 가정하면,
제 1구간(A)의 수행시간은 128[us] x 20 [회] = 2.56[ms] 가 되고, 제1 구간(A))가 끝나는 시점의 펄스 폭은 1us + (0.125[us] x 20[회]) = 3.5 [us] 가 될 수 있다.
제 2구간(B)에는 공진전압의 저점-크로스 시점에 동기 되어 자동적으로 스위칭 제어신호의 펄스가 출력되게끔 PWM 블록을 설정하면, 공진전압 저점-크로스 검출부(50)의 검출신호에 트리거 되어 PWM 출력신호(스위칭 제어신호 펄스)가 스위칭 소자(60)에 인가되고 동시에 CPU 인터럽트가 발생한다. 인터럽트 처리루틴에서 PWM duty값을 '1' (1/8MHz=0.125us)씩 증가시켜 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 점진적으로 증가시킨다.
가정용 유도가열 장치의 경우, 조리용기에 알맞은 약 25KHz의 평균 스위칭 주파수를 사용하므로 평균 스위칭 주기는 약 40us가 되며 제2 구간(B)은 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)에 끝나므로 60Hz의 상용 교류전원을 사용할 경우 소프트 스타트 제어 구간(T2)는 약 8.333ms 된다. 따라서 제2 구간(B)이 수행되는 시간은 8.333[ms] - 2.56[ms] = 5.773[ms]로 계산될 수 있다.
또 제2 구간(B)이 끝나는 시점의 펄스 폭은 3.5[us] + {0.125[us] x (5.773[ms] / 40[us])} = 21.54[us]로 증가될 수 있다. 즉, 정상 가열제어 모드(T3)의 평균전력 단계(펄스 폭과 공진전압 시간 폭의 합이 평균 스위칭 주기 40us가 되는 단계로, 펄스 폭은 20us 해당)의 펄스 폭까지 증가될 수 있으므로 소프트 스타트 제어모드(T2)의 최종 펄스 폭을 정상 가열제어 모드(T3)의 첫 번째 펄스 폭과 일치시켜 제어모드가 부드럽게 변경될 수 있다.
만약 제2 구간(B)이 끝나는 시점의 최종 펄스 폭을 늘리고 싶다면, 제1 구간(A)의 최초 시작 펄스 폭을 1us 이하로 줄이거나, 펄스 발생주기를 128us 이하로 줄여서 제1 구간(A)의 실행시간을 줄이는 대신 제2 구간(B)의 실행시간이 늘리면 가능할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 유도가열 장치의 전력제어 구동방식은, 직류전압이 워킹코일에 공급된 상태로 스위칭 소자가 턴오프(Turn-off) 된 대기모드에서 스위칭 제어부의 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 제어신호가 인가되면 스위칭 소자가 턴온(Turn-on) 되면서 스위칭 제어동작을 개시할 때, 초기의 직류(맥류)전압이 갑자기 워킹코일 공진부에 투입되어 흐르는 전류에 의해 발생될 수 있는 소음과 과도한 공진전압에 의한 스위칭 소자의 소손을 방지하기 위해 상용 교류전원을 직류로 정류한 후 교류 주파수로 변환하는 인버터 원리를 사용하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식에 있어서,
상기 대기모드에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 상기 스위칭 소자에 인가되면서 시작되고, 두 번째 제로-크로스 시점에 동기화 되어 끝나는 동시에 정상 가열제어 단계로 이행하는 소프트 스타트 제어 구간을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도면 1을 참조하여 본 발명에 의한 유도가열 장치의 전력제어 구동방식을 설명하기로 한다. 유도가열 장치는 Line필터부(10), 정류부(20), L-C평활부(30), 워킹코일 공진부(40), 공진전압 저점-크로스 검출부(50), 스위칭 소자(60), 전류 검출부(70), 스위칭 소자 구동부(80), MCU 제어부(90), 교류전압 제로-크로스 검출부(100)로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간은 상기 교류전압의 제로-크로스 시점에서 다음 제로-크로스 시점까지의 교류전압의 반 주기(맥류전압의 1주기)로 한정하는 것을 특징으로 한다.
상기 Line필터(10)은 전원선으로 방출되는 전도성 EMI를 감쇄하기 위한 것으로 60Hz(또는 50Hz)의 상용전원 AC220V (또는 AC110V)가 Line필터(10)와 브리지 다이오드(Bridge Diode; BD)의 정류부(20)를 거치면 맥류파형으로 변화되는데, 맥류파형은 교류파형의 부(Negative)의 부분이 정(Positive)의 영역으로 올라온 형태이기 때문에 상용 교류전원이 60Hz의 경우 맥류파형은 도면 2와 같이 주기가 120Hz로 된다.
상기 맥류파형은 상기 L-C평활부(30)에 의해 직류전압으로 만들어져 워킹코일(LR)과 콘덴서(CR)가 병렬로 구성된 상기 워킹코일 공진부(40)에 공급되는 형태이다. 대기모드에서는 상기 스위칭 소자(60)가 Turn-Off 되어 있는 상태이기 때문에 상기 L-C평활부(30)을 구성하는 인덕터(Lf3)와 캐패시터(C3)에 의해 평활된 직류전압이 유지되고 있다. 그러나 스위칭 소자(60)이 고속 Turn-On/Turn-Off 되면서 스위칭 동작을 시작하면 브리지 다이오드(BD)의 애노드(Anode)에서 시작하여 L-C평활부(30), 워킹코일 공진부(40), 스위칭 소자(60), 브리지 다이오드(BD)의 캐소드(Cathode)로 연결되어 구성되는 폐회로(Closed Loop)에 흐르는 전류는 수십 암페어로 크기 때문에 평활 캐패시터(C3)에 충전된 전하량으로 감당되지 않아 직류전압이 유지되지 않고 맥류파형에 가까운 형태가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간은 상기 교류전압의 제로-크로스 시점에서 다음 제로-크로스 시점까지의 교류전압의 반 주기(맥류전압의 1주기)로 한정하는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 소프트 스타트 제어 구간에서는 스위칭 소자에 인가되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 한다.
상기 워킹코일 공진부(40)는 워킹코일(LR)과 콘덴서(CR)로 병렬공진 회로를 구성되며 스위칭 소자(60)가 턴온(Turn-On) 되면 상기 워킹코일 공진부(40)에 걸려있는 직류전압에 의해 전류가 흐르기 시작하고;
MCU 제어부(90)의 PWM 블럭에서 출력되는 스위칭 제어신호의 펄스 폭에 따라 스위칭 소자(60)이 턴온 시간 동안 계속 증가된다. 스위칭 소자(60)가 턴오프(Turn-off) 되는 순간 폐회로는 개방(Open Loop) 되므로 워킹코일(LR)과 콘덴서(CR)는 턴온 시간 동안 축적된 전기 에너지가 상호 충방전을 거듭하는 병렬공진이 시작될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간은 임의의 설정된 주기를 갖는 상기 스위칭 제어신호가 상기 스위칭 소자에 인가되는 제1 구간과; 검출신호가 안정된 공진전압의 저점-크로스 시점에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 발생되며 발생 주기가 결정되는 제2 구간으로 구분되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스위칭 소자에 인가되는 제1 구간의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 워킹코일 공진부 양단에 발생하는 공진전압의 저점-크로스가 검출되지 않는 범위의 펄스 폭으로 시작되는 것을 특징으로 한다.
스위칭 소자(60)은 상기 워킹코일 공진부(40)를 고속으로 스위칭 시키는 전력제어 반도체 소자가 사용되며 기능상 고속응답과 고 내압, 대 전류 특성이 요구된다. IGBT, 전력MOSFET, SiC가 사용될 수 있는데 가전용 유도가열 장치에는 가격이 비교적 낮은 IGBT가 주로 사용될 수 있다.
전류 검출부(70)은 션트(Shunt) 저항이나 전류 트랜스(Current Transformer)가 주로 사용되며 스위칭 소자(60)에 흐르는 전류가 전압(전압 = 저항 x 전류)으로 변환되고;
변환된 미세한 전압은 MCU 제어부(90)에 내장된 OP-Amp로 증폭하여 내장된 A-D Converter에 의해 디지털 값으로 변환되어 전류(Is) 값을 계산하고 워킹코일 공진부(40)의 전단에 걸린 맥류전압(Va)과 연산(전력: P = Va X Is )하여 유도가열 장치의 현재 전력을 계산하는 데 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 구간의 스위칭 제어신호의 상기 펄스 폭의 반복 주기는 40us에서 128us 범위의 임의의 값으로 설정되고 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점까지 스위칭 제어신호의 펄스 폭이 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점의 판단 기준은 공진전압의 저점-크로스 검출신호가 3회 이상 발생된 다음에 검출되는 공진전압 저점-크로스 시점으로 판단하는 히스테리시스 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
스위칭 소자 구동부(80)는 MCU 제어부(90)에 내장된 PWM 출력이 스위칭 소자(60)을 직접 구동하기에는 약한 신호이기 때문에 스위칭 소자(60)을 충분히 구동시킬 수 있는 스위칭 제어신호를 만들기 위한 구동회로가 구성될 수 있다
공진전압 저점-크로스 검출부(50)는 워킹코일 공진부(40) 양단에 걸리는 공진전압(VR)이 최고값(Peak치)에서 감소하여 기준전압이 되는 맥류전압의 전위(공진전압의 저점) 아래로 크로스(교차) 하는 시점을 검출하는 회로이다. 스위칭 소자(60)가 턴오프 되면 Ground 전위에서 볼 때 워킹코일 공진부(40)의 왼편에 걸린 맥류전압은 기준전압이 되고 오른쪽에는 '맥류전압 + 공진전압(VR)'이 걸린 상태가 된다. 양단의 두 전압은 적당한 저항 비율로 배분되어 MCU 제어부(90)에 내장된 전압비교기(Voltage Comparator)에 인가되는데, 전압비교기의 '+' 입력에는 기준전압인 맥류전압 측이 연결되고 '-' 입력에는 '맥류전압 + 공진전압' 측이 연결된다. 따라서 공진전압이 Peak치에서 감소하여 맥류전압 전위로 크로스 할 때 전압비교기의 출력은 Low에서 High로 변하므로 공진전압의 저점-크로스 시점을 검출할 수 있다.
교류전압 제로-크로스 검출부(100)는 교류전압이 '+' 에서 '-' 로, 또는 '-' 에서 '+' 로 변화할 때 제로(0) 전위를 크로스(교차) 하는 시점(Zero-Crossing point)에 펄스 신호가 만들어지는 회로이다. MCU 제어부(90)에 교류전압의 가장 낮은 시점을 알려주기 위해 필요하다. (도면 2 참조)
MCU 제어부(90)은 상기 공진전압 저점-크로스 검출부(50), 전류 검출부(70), 교류전압 제로-크로스 검출부(100)에서 나오는 검출 신호와 정보를 받아 유도가열 장치의 출력을 목표 값에 수렴시키기 위해 측정된 출력(전력) 값과 목표 값의 차이를 보정하는; 연산된 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 내장된 PWM 기능을 사용하여 스위칭 소자 구동부(80)을 통해 스위칭 소자(60)에 인가하는 부궤환 제어를 한다. 그 외 유도가열 장치의 부수적인 기능; 예를 들면 고전압 검출 및 차단, 조리용기 유무판단, 사용자 인터페이스 등 전반적인 제어를 하지만 본 발명과 직접적인 관계가 없기 때문에 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 구간은 상기 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점에서 시작하여 처음 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점까지 인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 구간에서 상기 스위칭 소자에 인가되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스는 상기 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기화 되어 발생되며, 펄스 폭은 0.1us에서 0.15us 범위의 어느 시간 간격으로 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 한다.
한편, MCU 제어부(90)가 제어하는 스위칭 제어신호의 펄스 폭에 의해 스위칭 소자(60)에 흐르는 전류가 제어되므로 대기모드에서 곧 바로 정상 가열모드로 이행하여 발생되는 과도현상 문제를 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 미세하게 조절하여 대기모드에서 소프트 하게 스타트(시작)하여 정상 가열제어 모드로 이행하면 해결할 수 있다. 즉, 유도가열 장치가 대기상태에서 고속 스위칭 동작상태로 이행되는 중간에 '소프트 스타트 제어' 구간을 실행하여 해결하는 것이다.
도면 2을 참조하여, 상기 소프트 스타트 제어 구간(T2)은 상기 대기모드(T1)에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP1)에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 스위칭 소자(60)에 인가되면서 시작되고 두 번째 교류전압 제로-크로스 시점(ZP2)에 동기화 되어 끝나는 동시에 정상 가열제어 모드(T3)로 이행할 수 있다.
소프트 스타트 제어 구간(T2)이 대기모드(T1)에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP1)에 동기화 시키는 이유는 맥류전압의 제일 낮은 전위가 교류전압의 제로-크로스 시점이고 스위칭 소자(60)가 턴온 될 때 낮은 전압일수록 과도현상이 생기지 않기 때문이다.
또한 소프트 스타트 제어 구간(T2)이 두 번째 교류전압 제로-크로스 시점(ZP2)에 동기화 되어 끝나고 동시에 정상 가열제어 모드(T3) 단계로 이행할 수 있는 것은, 소프트 스타트 제어구간(T2)에서 스위칭 소자(60)에 인가되는 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 첫 펄스 이후부터 점진적으로 증가되는데 교류전압의 반주기(60Hz의 경우 8.333ms) 시간 동안에 펄스 폭이 충분하게 증가되어 정상 가열제어 모드(T3) 단계로 이행이 가능하기 때문이다.
따라서 상기 소프트 스타트 제어 적용구간은 대기모드에서 첫 번째 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP1)에서 다음 제로-크로스 시점(ZP2)까지의 교류전압의 반 주기(맥류전압의 1주기)로 한정되므로 고정된 시간을 갖는 소프트 스타트 구간(T2)에서의 스위칭 제어신호 펄스 폭의 변화폭과 실행시간 및 펄스 수량을 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 구간에서 상기 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기화 되어 발생되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스 폭이 정상 가열제어 모드의 목표전력에 해당되는 펄스 폭 크기에 도달하면 펄스 폭 증가를 멈추고 제2 구간이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점까지 펄스 폭이 유지되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 목표전력은 상기 소프트 스타트 제어 구간이 끝나고 이어지는 상기 정상 가열제어 모드에서 제어할 유도가열 장치의 보온 또는 취사가열 동작기능에 따라 결정되며, 목표전력에 대응되는 펄스 폭은 실험적으로 연산하여 적용하는 것을 특징으로 한다.
도면 3은 대기모드(T1)와 정상 가열제어 모드(T3) 사이에 추가된 소프트 스타트 제어구간(T2)을 도시한 그림으로 소프트 스타트 제어구간(T2)에 포함되는 제1 구간(A) 및 제2 구간(B)의 스위칭 펄스 주기와 펄스 폭 변화에 따른 공진전압 발생, 그리고 공진전압 저점-크로스 검출신호 관계를 표현한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 구간이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점에서 상기 정상 가열제어 모드가 시작되며, 상기 정상 가열제어 모드의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 상기 목표전력에 대응되는 펄스 폭으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
도면 3을 참조하면 상기 소프트 스타트 제어 구간(T2)은 40us~128us 범위에서 임의로 설정된 주기로 스위칭 제어신호의 펄스가 스위칭 소자(60)에 인가되는 제1 구간(A) 과 제1 구간(A)에 바로 이어 시작되는 상기 공진전압의 저점-크로스 시점에 동기화 되어 스위칭 제어신호의 펄스가 발생되는 즉, 공진전압에 의해 펄스 주기가 결정되는 제2 구간(B)으로 구분되며, 제1 구간(A)과 제2 구간(B)의 스위칭 제어신호의 펄스 발생 주기가 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정상 가열제어 모드는 종래의 자동제어 방식에 준하며 상기 목표전력과 현재 측정된 전력의 차이를 보정하는 부궤환 제어(Negative Feedback Control)를 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 설명하는 유도가열 장치는 스위칭 소자(60)의 턴온/턴오프에 의해 워킹코일 공진부(40)에 발생하는 전압공진 파형이 최저 전위(공진전압의 저점-크로스 검출시점)에서 다시 스위칭 소자(60)를 턴온 시키는 소프트 스위칭 방식을 사용하기 때문에 공진전압의 저점-크로스가 검출되지 않으면 스위칭 소자 제어신호의 펄스가 자동적으로 생성되지 않는다.
유도가열 장치의 초기동작의 과도현상 문제(소음 및 스위칭 소자의 소손)가 발생하지 않을 수 있는 충분히 작은 스위칭 제어 신호의 펄스 폭으로 대기모드(T1)에서 시작해야 하므로, 대기모드(T1)에서 소프트 스타트(T2)가 시작되는 제1 구간(A)의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 공진전압의 저점-크로스 신호가 검출되지 않는 작은 값으로 설정될 수 있다 (본 발명의 바람직한 실시 예는 1us의 펄스 폭으로 시작).
따라서 제1 구간(A)에서는 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기되어 자동으로 트리거 되는 MCU 제어부(90)의 PWM 출력인 스위칭 제어신호가 발생되지 않기 때문에 첫 번째 펄스를 MCU 제어부(90)가 출력하고 내부 타이머 기능을 이용하여 주기적으로 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 점진적으로 증가시켜 출력하여 공진전압이 검출될 때까지 부드럽게 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예는 별도의 타이머를 사용하지 않고 스위칭 제어신호 펄스 폭을 설정하는 MCU 제어부(90)에 내장된 10-bit PWM 카운터의 Over-flow (OVF) 인터럽트 주기를 이용하여 128us 주기마다 발생되는 OVF인터럽트 처리루틴에서 PWM duty 값을 0.125us씩 증가시켜 제1 구간(A)을 수행할 수 있다. 10-bit PWM의 경우 8Mhz (주기:0.125us) Clock이 PWM Up-Counter에 입력되어 1024개 카운트 되면 Over-flow가 생겨 OVF인터럽트가 발생한다. 즉, 0.125 x 1024 = 128us 시간마다 발생하는 OVF인터럽트 처리루틴에서 PWM duty값을 증가하여 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 점진적으로 변경할 수 있다.
한편, 제1 구간(A)에서 일정한 주기로 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 점진적으로 증가시키면 증가된 펄스 폭에 의해 어느 시점에 공진전압이 발생하게 될 것이고 공진전압 저점-크로스 신호가 검출될 것이다. 공진전압 저점-크로스 검출부(50)의 검출기준 비교전압이 되는 맥류전압이 노이즈에 의해 변동하여 발생할 수 있는 불안정한 검출신호를 피하기 위해 첫 번째 검출신호에서 바로 이어 제2 구간(B)로 이행하지 않고, 3회 이상 검출신호가 발생한 이후를 안정된 시점으로 판단하여 제2 구간(B)으로 이행한다.
즉, 안정된 공진전압의 저점-크로스 신호가 검출되는 시점까지가 제1 구간(A)이 되며, 제1 구간(A)에서는 공진전압의 저점-크로스 검출신호가 생겨도 안정된 회수(3회 이상)에 도달되지 않으면 검출신호에 동기화 하여 스위칭 제어신호의 펄스를 발생하지 않고 제1 구간(A)의 주기(128us)로 발생한다. 이것은 MCU 제어부(90)에 내장된 PWM블록의 OUTPUT 출력여부를 설정하여 선택이 가능하다.
제2 구간(B)은, 제1 구간(A)에 바로 연결되어 안정된 공진전압 저점-크로스 검출이 판정된 시점부터 시작되며 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기화 되어 MCU 제어부(90)에 내장된 PWM 블록의 동작이 트리거 되어 자동 출력되므로 스위칭 제어신호의 펄스 주기는 공진전압의 시간폭과 스위칭 제어신호의 펄스 폭의 합으로 결정될 수 있다.
소프트 스타트 제어 구간(T2)에 포함되는 제1 구간(A)과 제2 구간(B)의 차이는, 스위칭 제어신호 펄스가 출력되는 시점과 주기만 다를 뿐이며, 스위칭 소자(40)에 인가되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 제1 구간(A)의 첫 펄스 이후부터 제2 구간(B)이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)까지 점진적으로 증가될 수 있다.
단, 제2 구간에서 펄스 폭의 점진적 증가는 증가된 펄스 폭이 정상 가열제어 모드(T3)의 목표전력에 해당하는 펄스 폭 값에 도달하면 증가를 멈추고 제2 구간(B)이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)까지 동일한 펄스 폭으로 유지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예는, AC220V, 60Hz를 사용하는 경우 제1 구간(A)의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 1us 이며 반복 주기마다 0.125us 간격으로 점진적으로 펄스 폭이 증가하여 목표하는 소프트 스타트 효과를 구현할 수 있었다.
소프트 스타트 제어구간(T2)에 포함되는 제2 구간(B)은 이어지는 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)에 동기화 되어 종료되고 정상 가열제어 모드(T3)로 이행된다.
정상 가열제어 모드(T3) 단계는, 유도가열 장치가 제어하고자 설정된 목표전력에 대응된 펄스 폭을 가진 첫 번째 스위칭 제어신호를 교류전압의 제로-크로스 검출(ZP2)에 동기화 하여 스위칭 소자(60)에 인가하면서 시작된다. 제2 구간(B)이 포함된 소프트 스타트 제어구간(T2)이 끝나는 시점의 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 정상 가열제어 모드(T3) 단계가 시작되는 첫 번째 인가되는 스위칭 제어신호의 펄스 폭에 근접되기에 정상 가열제어 모드(T3)로 부드럽게 이행이 될 수 있다.
혹시 제2 구간(B)의 끝나는 시점의 마지막 펄스 폭과 정상 가열제어 모드(T3)의 목표전력에 대응된 펄스 폭의 차이가 있더라도 맥류전압이 가장 낮은 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)에 동기화 되어 변경된 펄스 폭이 인가되므로 과도현상 문제(소음과 스위칭 소자의 소손)가 생기지 않을 수 있다.
예를 들면, 유도가열 응용제품 중 하나인 전기밥솥에서 정상 가열제어 모드(T3)가 '보온' 일 경우 제어될 목표전력이 낮으므로 보온기능의 목표전력에 해당하는 펄스 폭 값 또한 매우 작을 수 있다. 이 경우 제2 구간(B)에서 점진적으로 증가되는 펄스 폭이 제2 구간(B)의 끝 시점이 아닌 훨씬 이전에 목표전력(보온)의 펄스 폭에 도달할 수 있다. 따라서 제2 구간(B)의 최종 펄스 폭은 상기 보온기능의 목표전력에 대응되는 펄스 폭으로 제한되어 정상 가열제어 모드(T3)의 첫 번째 펄스 폭과 동일하므로 소프트 스타트 제어구간(T2) 에서 정상 가열제어 모드(T3)로 부드럽게 이행될 수 있다.
상기 정상 가열제어 모드(T3)에서는 종래의 자동제어 방식에 준하는 목표전력과 현재 측정된 전력의 차이를 보정하는 부궤환 제어(Negative Feedback Control)를 하며, 전력차이를 보정하기 위해 변경된 펄스 폭의 스위칭 제어신호는 항상 교류전압의 제로-크로스 검출신호들 중 어느 하나에 동기화 되어 스위칭 소자(60)에 인가하므로 안정된 스위칭 제어를 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정상 가열제어 모드에서 전력차이를 보정하기 위해 변경된 펄스 폭의 스위칭 제어신호는 항상 교류전압의 제로-크로스 검출신호들 중 어느 하나에 동기화 되어 스위칭 소자에 인가하는 것을 특징으로 한다.
도면 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 사용된 MCU 제어부(90)에 내장된 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 변화시키는 PWM기능의 블록도 이다. 도면 4의 PWM 기능을 가진 MCU 제어부(90)를 기준으로 상기 소프트 스타트 제어구간(T2)이 시작되는 첫 번째 펄스 폭 결정과 그에 따르는, 제1 구간(A)의 펄스 주기 및 실행시간, 제2 구간(B)의 펄스 주기 및 실행시간, 그리고 제2 구간(B)의 마지막 펄스 폭을 계산해 볼 수 있다.
도면 4의 PWM 블록은 10-bit Resolution 이며 10-bit Counter에 인가되는 Clock은 4종류가 있으나 주파수가 제일 높은 Clock인 8MHz를 선택했다. PWM 블록의 10-bit Counter는 8MHz의 Clock마다 증가되어 Overflow가 생기면 CPU에 인터럽트를 발생한다. 또 공진전압 저점-크로스 신호가 검출되면 자동으로 PWM 10-bit Counter는 '0'으로 Clear되고 CPU에 인터럽트를 발생시킨다.
MCU 제어부(90)에는 내장된 Interval Timer 블록이 충분하지 않아 별도의 Interval Timer를 사용할 수 없기에 제 1구간(A)의 펄스 출력의 주기는 PWM 블록의 10-bit Counter Overflow(OVF) 인터럽트를 이용하기로 했다. PWM 10-bit Counter OVF 인터럽트 주기는 0.125us(8MHz Clock 주기) x 1024(10-bit Counter) = 128us로 계산될 수 있다.
제1 구간(A)의 첫 번째 시작 펄스가 워킹코일 공진부(40)에 의해 공진전압이 생기지 않을 정도의 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 실험적으로 1us로 구해질 수 있다. PWM 블록의 10-bit Counter OVF 인터럽트가 발생하는 128us 주기마다 OVF 인터럽트 처리루틴에서 PWM duty값을 최소 값인 '1' (1/8MHz=0.125us)씩 증가시키고 총 20회 증가된 펄스 폭의 스위칭 제어신호가 스위칭 소자(40)에 인가될 때 안정된 공진전압 저점-크로스 신호가 3회 이상 검출된다고 가정하면,
제 1구간(A)의 수행시간은 128[us] x 20 [회] = 2.56[ms] 가 되고, 제1 구간(A))가 끝나는 시점의 펄스 폭은 1us + (0.125[us] x 20[회]) = 3.5 [us] 가 될 수 있다.
제 2구간(B)에는 공진전압의 저점-크로스 시점에 동기 되어 자동적으로 스위칭 제어신호의 펄스가 출력되게끔 PWM 블록을 설정하면, 공진전압 저점-크로스 검출부(50)의 검출신호에 트리거 되어 PWM 출력신호(스위칭 제어신호 펄스)가 스위칭 소자(60)에 인가되고 동시에 CPU 인터럽트가 발생한다. 인터럽트 처리루틴에서 PWM duty값을 '1' (1/8MHz=0.125us)씩 증가시켜 스위칭 제어신호의 펄스 폭을 점진적으로 증가시킨다.
가정용 유도가열 장치의 경우, 조리용기에 알맞은 약 25KHz의 평균 스위칭 주파수를 사용하므로 평균 스위칭 주기는 약 40us가 되며 제2 구간(B)은 교류전압의 제로-크로스 시점(ZP2)에 끝나므로 60Hz의 상용 교류전원을 사용할 경우 소프트 스타트 제어 구간(T2)는 약 8.333ms 된다. 따라서 제2 구간(B)이 수행되는 시간은 8.333[ms] - 2.56[ms] = 5.773[ms]로 계산될 수 있다.
또 제2 구간(B)이 끝나는 시점의 펄스 폭은 3.5[us] + {0.125[us] x (5.773[ms] / 40[us])} = 21.54[us]로 증가될 수 있다. 즉, 정상 가열제어 모드(T3)의 평균전력 단계(펄스 폭과 공진전압 시간 폭의 합이 평균 스위칭 주기 40us가 되는 단계로, 펄스 폭은 20us 해당)의 펄스 폭까지 증가될 수 있으므로 소프트 스타트 제어모드(T2)의 최종 펄스 폭을 정상 가열제어 모드(T3)의 첫 번째 펄스 폭과 일치시켜 제어모드가 부드럽게 변경될 수 있다.
만약 제2 구간(B)이 끝나는 시점의 최종 펄스 폭을 늘리고 싶다면, 제1 구간(A)의 최초 시작 펄스 폭을 1us 이하로 줄이거나, 펄스 발생주기를 128us 이하로 줄여서 제1 구간(A)의 실행시간을 줄이는 대신 제2 구간(B)의 실행시간이 늘리면 가능할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
10: Line필터부
20: 정류부
30: L-C평활부
40: 워킹코일 공진부
50: 공진전압 저점-크로스 검출부
60: 스위칭 소자
70: 전류 검출부
80: 스위칭 소자 구동부
90: MCU 제어부
100: 교류전압 제로-크로스 검출부
20: 정류부
30: L-C평활부
40: 워킹코일 공진부
50: 공진전압 저점-크로스 검출부
60: 스위칭 소자
70: 전류 검출부
80: 스위칭 소자 구동부
90: MCU 제어부
100: 교류전압 제로-크로스 검출부
Claims (16)
- 삭제
- 직류전압이 워킹코일에 공급된 상태로 스위칭 소자가 턴오프(Turn-off) 된 대기모드에서 스위칭 제어부의 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 제어신호가 인가되면 스위칭 소자가 턴온(Turn-on) 되면서 스위칭 제어동작을 개시할 때, 초기의 직류(맥류)전압이 갑자기 워킹코일 공진부에 투입되어 흐르는 전류에 의해 발생될 수 있는 소음과 과도한 공진전압에 의한 스위칭 소자의 소손을 방지하기 위해 상용 교류전원을 직류로 정류한 후 교류 주파수로 변환하는 인버터 원리를 사용하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식에 있어서,
상기 대기모드에서 첫 번째 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 상기 스위칭 소자에 인가되면서 시작되고, 두 번째 제로-크로스 시점에 동기화 되어 끝나는 동시에 정상 가열제어 단계로 이행하는 소프트 스타트 제어 구간을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 2에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간은 상기 교류전압의 제로-크로스 시점에서 다음 제로-크로스 시점까지의 교류전압의 반 주기(맥류전압의 1주기)로 한정하는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 2에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간에서는 스위칭 소자에 인가되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 2에 있어서, 상기 소프트 스타트 제어 구간은 임의의 설정된 주기를 갖는 상기 스위칭 제어신호가 상기 스위칭 소자에 인가되는 제1 구간과;
검출신호가 안정된 공진전압의 저점-크로스 시점에 동기화 되어 상기 스위칭 제어신호가 발생되며 발생 주기가 결정되는 제2 구간으로 구분되는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식. - 청구항 5에 있어서, 상기 스위칭 소자에 인가되는 제1 구간의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 워킹코일 공진부 양단에 발생하는 공진전압의 저점-크로스가 검출되지 않는 범위의 펄스 폭으로 시작되는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 6에 있어서, AC220V 60Hz를 사용하는 경우 제1 구간의 첫 번째 스위칭 제어신호의 펄스 폭은 1us 이며 반복 주기마다 0.1us에서 0.15us 범위의 어느 시간 간격으로 점진적으로 펄스 폭이 증가되는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 7에 있어서, 제1 구간의 스위칭 제어신호의 상기 펄스 폭의 반복 주기는 40us에서 128us 범위의 임의의 값으로 설정되고 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점까지 스위칭 제어신호의 펄스 폭이 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 8에 있어서, 상기 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점의 판단 기준은 공진전압의 저점-크로스 검출신호가 3회 이상 발생된 다음에 검출되는 공진전압 저점-크로스 시점으로 판단하는 히스테리시스 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 5에 있어서, 상기 제2 구간은 상기 공진전압의 저점-크로스 신호가 안정적으로 검출되는 시점에서 시작하여 처음 만나는 교류전압의 제로-크로스 시점까지 인 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 10에 있어서, 제2 구간에서 상기 스위칭 소자에 인가되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스는 상기 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기화 되어 발생되며, 펄스 폭은 0.1us에서 0.15us 범위의 어느 시간 간격으로 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 11에 있어서, 제2 구간에서 상기 공진전압의 저점-크로스 검출신호에 동기화 되어 발생되는 상기 스위칭 제어신호의 펄스 폭이 정상 가열제어 모드의 목표전력에 해당되는 펄스 폭 크기에 도달하면 펄스 폭 증가를 멈추고 제2 구간이 끝나는 교류전압의 제로-크로스 시점까지 펄스 폭이 유지되는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
- 청구항 12에 있어서, 상기 목표전력은 상기 소프트 스타트 제어 구간이 끝나고 이어지는 상기 정상 가열제어 모드에서 제어할 유도가열 장치의 보온 또는 취사가열 동작기능에 따라 결정되며, 목표전력에 대응되는 펄스 폭은 실험적으로 연산하여 적용하는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치의 전력제어 구동방식.
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