KR102653030B1

KR102653030B1 - 삼상 전원이 적용되는 유도 가열 장치의 용기 감지 방법

Info

Publication number: KR102653030B1
Application number: KR1020180143013A
Authority: KR
Inventors: 곽영환; 손승호; 양재경; 이용수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2024-03-28
Also published as: KR20200058242A; EP3654733A1; EP3654733B1; US20200158905A1; US11175429B2

Abstract

본 발명은 삼상 전원이 적용되는 유도 가열 장치의 컨트롤러에서 수행되는 용기 감지 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 용기 감지 방법은 삼상 전원에 의해 발생된 서로 다른 위상의 제1 및 제2 입력 전압에 관한 정보를 수신하는 단계, 수신된 정보를 토대로 제1 및 제2 입력 전압 중 기준 전압을 선정하는 단계, 선정된 기준 전압을 토대로 용기 감지 시점을 결정하는 단계 및 결정된 용기 감지 시점에 워킹 코일에 대한 용기 감지 작업을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

삼상 전원이 적용되는 유도 가열 장치의 용기 감지 방법{A METHOD FOR DETECTING VESSEL OF INDUCTION HEATING DEVICE TO WHICH THREE-PHASE POWER IS APPLIED}

본 발명은 삼상 전원이 적용되는 유도 가열 장치의 용기 감지 방법에 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 피가열체(대상체라고도 함), 예컨대 냄비와 같은 용기(또는 조리 용기)를 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 피가열체에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.

이러한 유도 가열 장치는 워킹 코일 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 감지하기 위한 용기 감지 기능을 구비한다.

여기에서, 도 1을 참조하면, 용기 감지 기능이 구비된 종래의 유도 가열 장치가 도시되어 있는바, 이를 참조하여, 종래의 유도 가열 장치를 살펴보도록 한다.

도 1은 종래의 유도 가열 장치를 설명하는 개략도로, 대한민국 공개특허공보(제10-2015-0074065호)에 도시된 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 유도 가열 장치는 전원부(61), 스위칭부(62), 워킹코일(63), 영점검출부(64), 제어부(65), 및 전류변환부(66)를 포함한다.

구체적으로, 전원부(61)는 스위칭부(62)에 직류전류를 제공하고, 스위칭부(62)는 스위칭 동작을 통해 공진전류를 워킹코일(63)에 제공한다. 영점검출부(64)는 상용전원의 영점을 검출하여 영점신호를 제어부(65)에 전달하고, 전류변환부(66)는 워킹코일(63)에 흐르는 공진전류를 측정하여 전압변동파형을 제어부(65)에 전달한다. 제어부(65)는 영점검출부(64)와 전류변환부(66)로부터 각각 제공받은 영점신호 및 전압변동파형을 토대로 스위칭부(62)의 동작을 제어한다.

이때, 제어부(65)는 제공받은 영점신호 및 전압변동파형을 토대로 전압값을 계산한다. 이어서, 계산된 전압값이 소정의 변동범위를 벗어나는 경우, 제어부(65)는 워킹코일(63) 상에 용기(70)가 없는 것으로 판단한다.

다만, 종래에는, 삼상 전원이 인가되는 상황에서 인접한 워킹코일이 동작하는 경우, 감지 대상 워킹코일로 인가되는 입력전압에 노이즈가 발생한다는 문제점이 있었다. 나아가, 노이즈로 인해 용기 감지 정확도도 낮아진다는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은 인접 워킹 코일의 동작에 의한 노이즈를 최소화할 수 있는 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 용기 감지 정확도를 개선할 수 있는 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 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 발명의 유도 가열 장치의 용기 감지 방법은 기준 전압이 최대 전압 지점에 도달한 후 제1 및 제2 입력 전압 각각의 파형이 교차하는 지점 중 전압 레벨이 낮은 지점에 도달하는 시점을 용기 감지 시점으로 결정하는 단계를 포함하는바, 인접 워킹 코일의 동작에 의한 노이즈를 최소화할 수 있다.

또한 본 발명의 유도 가열 장치의 용기 감지 방법은 스위치 구동부에서 인버터부를 제어하여 워킹 코일에 일정한 크기의 에너지를 충전하는 단계를 포함하는바, 용기 감지 정확도를 개선할 수 있다.

본 발명에 따른 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 통해 인접 워킹 코일의 동작에 의한 노이즈를 최소화할 수 있는바, 용기 감지 작업의 정확도가 개선될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 통해 용기 감지 정확도를 개선할 수 있는바, 용기 감지 작업의 신뢰도가 개선될 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 종래의 유도 가열 장치를 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하는 개략도이다.
도 3은 도 2의 셧다운 비교부와 카운트 비교부를 설명하는 개략도이다.
도 4는 도 2의 유도 가열 장치의 용기 감지 작업시 발생하는 파형을 설명하는 그래프이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 유도 가열 장치의 용기 감지 작업 과정을 설명하는 도면들이다.
도 7은 도 2의 유도 가열 장치에서 피가열체 존재 여부 판단 시 이용되는 파형을 설명하는 그래프이다.
도 8은 도 2의 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 도 8의 S200을 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 10 내지 도 12는 도 8의 용기 감지 방법을 부연 설명하는 그래프들이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하는 개략도이다. 도 3은 도 2의 셧다운 비교부와 카운트 비교부를 설명하는 개략도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 워킹 코일(WC)을 구동시키는 유도 가열 회로(110), 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류를 측정하는 센서(120) 및 센서(120)에서 측정된 전류를 토대로 유도 가열 회로(110)를 제어하는 컨트롤러(180)를 포함한다.

먼저, 유도 가열 회로(110)는 전원부(111), 정류부(112), 직류 링크 커패시터(113) 및 유도 가열부(115)를 포함할 수 있다.

전원부(111)는 삼상 전원을 토대로 교류 전력을 출력할 수 있다.

구체적으로, 전원부(111)는 교류 전력을 출력하여 정류부(112)에 제공할 수 있고, 예를 들어, 전원부(111)에는 삼상 전원이 적용될 수 있다.

정류부(112)는 전원부(111)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 인버터부(117)에 공급할 수 있다.

구체적으로, 정류부(112)는 전원부(111)로부터 공급받은 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환할 수 있다. 또한 정류부(112)는 변환된 직류 전력을 직류 링크 커패시터(113)에 제공할 수 있다.

참고로, 정류부(112)는 하나 이상의 다이오드로 구성된 브릿지 회로를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

직류 링크 커패시터(113)는 정류부(112)로부터 직류 전력을 제공받고, 제공받은 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감할 수 있다. 또한 직류 링크 커패시터(113)는 예를 들어, 평활 커패시터를 포함할 수 있다.

또한 직류 링크 커패시터(113)의 경우, 정류부(112)로부터 직류 전력을 제공받는바, 직류 링크 커패시터(113)의 양단에는 직류 전압(Vdc; 이하에서는, 입력전압이라고 칭한다)이 인가될 수 있다.

참고로, 전원부(111)에는 삼상 전원이 적용되는바, 직류 링크 커패시터(113)에 인가되는 입력전압(Vdc)은 서로 다른 위상의 제1 및 제2 입력전압을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

이와 같이, 정류부(112)에 의해 정류되고 직류 링크 커패시터(113)에 의해 리플이 감소된 직류 전력(또는 직류 전압)은 인버터부(117)에 공급될 수 있다.

유도 가열부(115)는 워킹 코일(WC)을 구동시킬 수 있다.

구체적으로, 유도 가열부(115)는 인버터부(117)와 공진 커패시터부(즉, C1, C2)를 포함할 수 있다.

먼저, 인버터부(117)는 2개의 스위칭 소자(S1, S2)를 포함하고, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 스위치 구동부(150)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의해 교대로 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)되어 직류 전력을 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)로 변환할 수 있다. 이에 따라, 변환된 고주파의 교류 전류는 워킹 코일(WC)에 제공될 수 있다.

참고로, 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 예를 들어, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

공진 커패시터부는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)에 각각 병렬 연결된 제1 및 제2 공진 커패시터(C1, C2)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 공진 커패시터부(C1, C2)의 경우, 인버터부(117)의 스위칭 동작에 의해 전압이 인가되면, 공진을 시작하게 된다. 또한 공진 커패시터부(C1, C2)가 공진하게 되면, 공진 커패시터부(C1, C2)와 연결된 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐, 공진 커패시터부(C1, C2)에 연결된 워킹 코일(WC) 상측에 배치된 피가열체(예를 들어, 조리용기)로 와전류가 유도되는 것이다.

참고로, 워킹 코일(WC)은 예를 들어, 단일 코일로 구성된 싱글 코일 구조, 내부 코일과 외부 코일로 분리된 듀얼 코일 구조, 복수개의 코일로 구성된 멀티 코일 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

한편, 센서(120)는 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류의 전류값(Ir)을 측정할 수 있다.

구체적으로, 센서(120)는 워킹 코일(WC)과 직렬 연결될 수 있고, 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류의 전류값(Ir)을 측정할 수 있다.

참고로, 센서(120)는 예를 들어, 전류의 전류값을 직접 측정하는 전류 측정 센서를 포함할 수도 있고, 변류기(Current Transformer)를 포함할 수도 있다.

센서(120)가 전류 측정 센서를 포함하는 경우, 센서(120)는 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류의 전류값(Ir)을 직접 측정하여 측정된 전류값(Ir)을 후술할 공진 전류 변환부(131)로 제공할 수 있다. 물론, 센서(120)가 변류기를 포함하는 경우, 센서(120)는 변류기를 통해 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류의 크기를 변환하여 크기가 변환된 전류를 공진 전류 변환부(131)로 제공할 수도 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 센서(120)가 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류의 전류값(Ir)을 직접 측정하는 전류 측정 센서를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

참고로, 센서(120)는 상황에 따라 독립적인 구성요소가 아닌 유도 가열 회로(110) 또는 컨트롤러(180)에 포함된 구성요소일 수도 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 센서(120)가 독립적인 구성요소인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

컨트롤러(180)는 용기 감지부(130), 제어부(140), 스위치 구동부(150)를 포함할 수 있다.

먼저, 용기 감지부(130)는 센서(120)에서 측정된 전류의 전류값을 토대로 스위치 구동부(150)에 제공하는 제2 펄스 신호(PWM2; 특히, 도 4의 PWM2-HIN)의 상태를 결정할 수 있다.

또한 용기 감지부(130)는 공진 전류 변환부(131), 래치 회로부(133), 셧다운 비교부(135), 카운트 비교부(137) 및 셧다운 회로부(139)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 공진 전류 변환부(131)는 센서(120)에서 측정된 전류의 전류값(Ir)을 전압값(Vr)으로 변환할 수 있다. 또한 공진 전류 변환부(131)는 변환된 전압값(Vr)을 셧다운 비교부(135), 카운트 비교부(137) 및 제어부(140)에 각각 전달할 수 있다.

즉, 공진 전류 변환부(131)는 센서(120)로부터 제공받은 전류의 전류값(Ir)을 전압값(Vr)으로 변환하고, 변환된 전압값(Vr)을 셧다운 비교부(135), 카운트 비교부(137) 및 제어부(140)에 각각 전달할 수 있다.

여기에서, 공진 전류 변환부(131)가 셧다운 비교부(135)로 제공하는 전압값과 카운트 비교부(137)로 제공하는 전압값은 서로 다른바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

참고로, 본 발명의 실시예에서 공진 전류 변환부(131)는 필수적인 구성요소가 아닌바, 생략될 수 있고, 이 경우, 센서(120)에서 측정된 전류의 전류값(Ir)은 셧다운 비교부(135), 카운트 비교부(137) 및 제어부(140)에 전달될 수 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 유도 가열 장치(100)에 공진 전류 변환부(131)가 포함되는 것을 예로 들어 설명하도록 한다.

셧다운 비교부(135)는 공진 전류 변환부(131)로부터 제공받은 전압값(Vr)이 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)보다 큰지 여부를 비교한다.

구체적으로, 셧다운 비교부(135)는 공진 전류 변환부(131)로부터 제공받은 전압값(Vr)과 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)을 비교할 수 있다

즉, 셧다운 비교부(135)는 공진 전류 변환부(131)로부터 제공받은 전압값(Vr)이 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)보다 큰 경우, 출력 신호(OS)를 활성화시킨다. 반면에, 셧다운 비교부(135)는 공진 전류 변환부(131)로부터 제공받은 전압값(Vr)이 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)보다 작은 경우, 출력 신호(OS)를 비활성화시킨다.

여기에서, 출력 신호(OS)를 활성화시킨다는 의미는 출력 신호(OS)를 하이 레벨(예를 들어, '1')로 출력한다는 의미를 포함할 수 있고, 출력 신호(OS)를 비활성화시킨다는 의미는 출력 신호(OS)를 로우 레벨(예를 들어, '0')로 출력한다는 의미를 포함할 수 있다.

이러한 셧다운 비교부(135)의 출력 신호(OS)는 셧다운 회로부(139)로 제공될 수 있다.

또한 출력 신호(OS)의 활성화 여부에 따라 셧다운 회로부(139)에서 출력되는 제2 펄스 신호(PWM2; 특히, 도 4의 PWM2-HIN)의 상태가 결정되는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

래치 회로부(133)는 셧다운 비교부(135)에서 출력되는 출력 신호(OS)의 활성화 상태를 미리 정해진 시간 동안 유지시킬 수 있다.

구체적으로, 셧다운 비교부(135)의 출력 신호(OS)가 활성화된 경우, 래치 회로부(133)는 셧다운 비교부(135)에서 출력된 출력 신호(OS)의 활성화 상태를 미리 정해진 시간 동안 유지시킬 수 있다.

카운트 비교부(137)는 공진 전류 변환부(131)로부터 제공받은 전압값(Vr)이 미리 정해진 카운트 기준값(Vcnt_ref)보다 큰지 여부를 비교하고, 비교 결과를 토대로 출력 펄스(OP)를 출력할 수 있다.

구체적으로, 카운트 비교부(137)는 공진 전류 변환부(131)로부터 제공받은 전압값(Vr)이 미리 정해진 카운트 기준값(Vcnt_ref)보다 큰 경우, 온-상태(On-state)의 출력 펄스(OP)를 출력한다.

반면에, 카운트 비교부(137)는 공진 전류 변환부(131)로부터 제공받은 전압값(Vr)이 미리 정해진 카운트 기준값(Vcnt_ref)보다 작은 경우, 오프-상태(Off-state)의 출력 펄스(OP)를 출력한다.

여기에서, 온-상태(On-state)의 출력 펄스(OP)는 '1'의 논리값을 가지고, 오프-상태(Off-state)의 출력 펄스(OP)는 '0'의 논리값을 가질 수 있다.

이에 따라, 카운트 비교부(137)에서 출력되는 출력 펄스(OP)는 온-상태(On-state)와 오프-상태(Off-state)가 반복되어 나타나는 구형파 형태가 될 수 있다.

참고로, 카운트 비교부(137)에서 출력되는 출력 펄스(OP)는 제어부(140)로 제공될 수 있다.

이에 따라, 제어부(140)는 카운트 비교부(137)로부터 제공받은 출력 펄스(OP)의 카운트(Count) 또는 온-듀티 시간(On-duty time)을 토대로 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.

셧다운 회로부(139)는 용기 감지 작업을 위한 제2 펄스 신호(PWM2)를 스위치 구동부(150)에 제공할 수 있다.

구체적으로, 셧다운 회로부(139)는 스위치 구동부(150)로 제2 펄스 신호(PWM2)를 제공할 수 있고, 스위치 구동부(150)는 제2 펄스 신호(PWM2)를 토대로 인버터부(117)에 포함된 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 상보적으로 턴온 또는 턴오프시킬 수 있다.

여기에서, 제2 펄스 신호(PWM2)는 제1 스위칭 소자(S1)의 턴온 또는 턴오프를 제어하는 신호(도 4의 PWM2-HIN)와 제2 스위칭 소자(S2)의 턴온 또는 턴오프를 제어하는 신호(도 4의 PWM2-LIN)로 구성될 수 있다.

참고로, 셧다운 회로부(139)의 제2 펄스 신호(PWM2; 특히, 도 4의 PWM2-HIN)의 상태는 셧다운 비교부(135)로부터 제공받은 출력 신호(OS)의 활성화 여부에 따라 결정될 수 있다.

구체적으로, 출력 신호(OS)가 활성화된 경우, 셧다운 회로부(139)는 스위치 구동부(150)로 오프-상태의 제2 펄스 신호(즉, 로우 레벨('0'의 논리값)의 PWM2-HIN)를 제공할 수 있다.

즉, 셧다운 회로부(139)가 스위치 구동부(150)로 오프-상태의 제2 펄스 신호(즉, 도 4의 PWM2-HIN)를 제공함으로써 제1 스위칭 소자(S1)를 턴오프시킬 수 있다.

반면에, 출력 신호(OS)가 비활성화된 경우, 셧다운 회로부(139)는 스위치 구동부(150)에 온-상태의 제2 펄스 신호(즉, 하이 레벨('1'의 논리값)의 PWM2-HIN)를 제공할 수 있다.

즉, 셧다운 회로부(139)가 스위치 구동부(150)로 온-상태의 제2 펄스 신호(즉, 도 4의 PWM2-HIN)를 제공함으로써 제1 스위칭 소자(S1)를 턴온시킬 수 있다.

제어부(140)는 셧다운 회로부(139)와 스위치 구동부(150)를 제어한다.

구체적으로, 제어부(140)는 제1 펄스 신호(PWM1)를 셧다운 회로부(139)에 제공함으로써 스위치 구동부(150)를 제어할 수 있다.

또한 제어부(140)는 카운트 비교부(137)로부터 출력 펄스(OP)를 제공받을 수 있다.

구체적으로, 제어부(140)는 카운트 비교부(137)로부터 제공받은 출력 펄스(OP)의 카운트 또는 온-듀티 시간을 토대로 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.

그리고 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어부(140)는 스위치 구동부(150)를 제어하여 해당 워킹 코일(WC)을 활성화(즉, 구동)시킨다.

여기에서, 카운트는 출력 펄스(OP)가 오프-상태에서 온-상태로 변하는 횟수를 의미하고, 온-듀티 시간은 워킹 코일(WC) 및 제2 스위칭 소자(S2)를 포함하는 전류 흐름 구간에서 공진 전류의 자유 공진이 일어나는 시간(즉, 도 4의 D3) 동안 출력 펄스(OP)의 온-상태에 대한 누적 시간을 의미한다.

또한 제어부(140)는 디스플레이부(미도시) 또는 입력 인터페이스부(미도시)를 통해 피가열체의 감지 여부를 표시하거나 알림음을 통해 피가열체의 감지 여부를 사용자에게 알릴 수 있다.

참고로, 제어부(140)는 일정한 크기의 제1 펄스 신호(PWM1; 즉, 단일 펄스(도 4의 1-Pulse))를 출력하는 마이크로컨트롤러(Micro Controller)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 제어부(140)는 인버터부(117)에 인가되는 전압(즉, 삼상 전원에 의해 발생된 서로 다른 위상의 제1 및 제2 입력전압)에 관한 정보를 감지 또는 수신(예를 들어, 센서(120)로부터 해당 정보를 수신)할 수 있고, 수신된 정보를 토대로 용기 감지 작업을 위한 용기 감지 시점을 결정하는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

스위치 구동부(150)는 외부 전원(미도시)으로부터 공급받은 드라이버 구동 전압을 토대로 구동되고, 인버터부(117)의 스위칭 동작을 제어하기 위해 인버터부(117)에 연결될 수 있다.

또한 스위치 구동부(150)는 셧다운 회로부(139)로부터 제공받은 제2 펄스 신호(PWM2)를 토대로 인버터부(117)를 제어할 수 있다. 즉, 스위치 구동부(150)는 제2 펄스 신호(PWM2)를 토대로 인버터부(117)에 포함된 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 턴온 또는 턴오프시킬 수 있다.

참고로, 스위치 구동부(150)는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)를 각각 턴온 또는 턴오프하는 제1 및 제2 서브 스위치 구동부(미도시)를 포함하는바, 이에 대한 구체적인 내용은 생략하도록 한다.

이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 도 2의 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 설명하도록 한다.

도 4는 도 2의 유도 가열 장치의 용기 감지 작업시 발생하는 파형을 설명하는 그래프이다. 도 5 및 도 6은 도 2의 유도 가열 장치의 용기 감지 작업 과정을 설명하는 도면들이다.

참고로, 도 5 및 도 6에서는, 설명의 편의를 위해 전술한 컨트롤러(180)를 생략하였다.

도 2, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 제어부(140)는 제1 펄스 신호(PWM1)를 셧다운 회로부(139)에 제공한다. 이때, 제어부(140)는 단일 펄스(1-Pulse)를 셧다운 회로부(139)에 제공할 수 있다.

이어서, 셧다운 회로부(139)는 제어부(140)로부터 제공받은 단일 펄스(1-Pulse)를 토대로 제2 펄스 신호(PWM2)를 스위치 구동부(150)로 전달한다.

여기에서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 스위치 구동부(150)는 셧다운 회로부(139)로부터 제2 펄스 신호(PWM2; 즉, PWM2-HIN)가 입력되는 동안, 제1 스위칭 소자(S1)를 턴온시키고, 제2 스위칭 소자(S2)를 턴오프시킨다.

이 과정에서 입력전압(Vdc)이 인가된 직류 링크 커패시터(113)와 워킹 코일(WC)은 전류 흐름 구간을 형성하고, 입력전압(Vdc)의 에너지는 워킹 코일(WC)로 전달된다. 이에 따라, 워킹 코일(WC)을 통과하는 전류가 상기 전류 흐름 구간을 따라 흐르게 된다.

센서(120)는 워킹 코일(WC)을 통과하는 전류의 전류값(Ir)을 측정하고, 측정된 전류값(Ir)을 공진 전류 변환부(131)로 전달한다. 공진 전류 변환부(131)는 측정된 전류값(Ir; 자유 공진 전의 전류값)을 전압값(Vr; 즉, 제1 전압값)으로 변환하고, 변환된 전압값(Vr)을 셧다운 비교부(135)에 제공한다.

셧다운 비교부(135)는 공진 전류 변환부(131)로부터 제공받은 전압값(Vr)과 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)을 비교한다.

이어서, 제공받은 전압값(Vr)이 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)보다 큰 경우, 셧다운 비교부(135)는 활성화된 출력 신호(OS)를 셧다운 회로부(139)로 제공한다. 셧다운 회로부(139)가 셧다운 비교부(135)로부터 활성화된 출력 신호(OS)를 제공받는 시점은 셧다운 동작 시점(SD)에 해당한다.

즉, D1 시간 동안 워킹 코일(WC)은 입력전압(Vdc)에 의해 에너지가 충전된다. 이어서, 워킹 코일(WC)에 에너지가 충분히 충전되어 일정 임계치(즉, 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref))를 넘어서는 경우, 워킹 코일(WC)이 더 이상 충전되지 않도록 셧다운 회로부(139)는 오프-상태의 제2 펄스 신호(PWM2; 즉, PWM2-HIN)를 스위치 구동부(150)에 제공한다.

이에 따라, 셧다운 회로부(139)는 워킹 코일(WC)에 일정한 크기의 에너지가 저장되도록 스위치 구동부(150)를 제어할 수 있는 것이다. 또한 이를 통해, 추후 워킹 코일(WC) 및 제2 스위칭 소자(S2)를 포함하는 전류 흐름 구간에서 공진 전류의 자유 공진이 일어날 때 자유 공진이 일정하게 발생되는바, 용기 감지 기능의 정확성과 신뢰성이 개선될 수 있다.

추가적으로, 셧다운 동작 시점(SD) 이후에, 래치 회로부(133)는 셧다운 비교부(135)의 출력 신호(OS)의 활성화 상태를 미리 정해진 시간(D2; 즉, 래치 시간(Latch time)) 동안 유지시킨다. 이는, 셧다운 회로부(139)에 제1 펄스 신호(PWM1)가 입력되는 중에 활성화된 출력 신호(OS)가 비활성화되는 것을 방지하기 위함이다.

이를 통해, 셧다운 비교부(135)의 출력 신호(OS)가 한번 활성화되는 경우, 셧다운 비교부(135)의 출력 신호(OS)는 일정시간 동안 활성화된 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 셧다운 회로부(139)는 출력 신호(OS)가 활성화되어 있는 동안 제1 스위칭 소자(S1)와 관련된 제2 펄스 신호(PWM2-HIN)를 오프-상태로 유지할 수 있다.

참고로, 출력 신호(OS)가 활성화되어 셧다운 회로부(139)에서 스위치 구동부(150)로 오프-상태의 제2 펄스 신호(PWM2; 즉, PWM2-HIN)가 제공되는 경우, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴오프되는바, 워킹 코일(WC)에 더 이상의 전압(즉, 에너지)이 충전되지 않을 수 있다. 그러나, 설령 제1 스위칭 소자(S1)가 셧다운 동작 시점(SD)에 턴오프되더라도 워킹 코일(WC)에 제공되는 전압은 셧다운 동작 시점(SD) 이후에 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref) 이상으로 일부 증가한 후 다시 감소하게 된다. 이때, 워킹 코일(WC)에 제공되는 전압이 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref) 이하로 떨어지게 되면, 셧다운 비교부(135)는 공진 전류 변환부(131)로부터 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)보다 작은 전압값(Vr)을 제공받는바, 출력 신호(OS)를 비활성화시킬 수 있다. 이 경우, 셧다운 회로부(139)가 온-상태의 제2 펄스 신호(PWM2; 즉, PWM2-HIN)를 스위치 구동부(150)로 제공하게 되면서 제1 스위칭 소자(S1)가 다시 턴온될 수 있고, 이로 인해, 이미 충전이 완료된 워킹 코일(WC)에 불필요한 에너지가 더 충전될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 래치 회로부(133)가 셧다운 동작 시점(SD) 이후에 셧다운 비교부(135)의 출력 신호(OS)의 활성화 상태를 미리 정해진 시간(D2; 즉, 래치 시간(Latch time)) 동안 유지시키는 것이다.

이어서, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 셧다운 회로부(139)는 셧다운 동작 시점(SD) 이후, 제1 스위칭 소자(S1)를 턴오프시키고, 제2 스위칭 소자(S2)를 턴온시킨다. 이를 통해, 워킹 코일(WC), 제2 커패시터(C2), 제2 스위칭 소자(S2)는 전류 흐름 구간을 형성한다.

전류 흐름 구간이 형성된 이후, 워킹 코일(WC)은 커패시터(C2)와 에너지를 주고받게 되고, 전류 흐름 구간에는 공진 전류가 자유 공진하며 흐르게 된다.

여기에서, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하지 않는 경우, 공진 전류의 진폭은 워킹 코일(WC)의 저항에 의해 감쇄될 수 있다.

반면에, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는 경우, 공진 전류의 진폭은 워킹 코일(WC)의 저항 및 피가열체의 저항에 의해 감쇄(즉, 피가열체가 존재하지 않는 경우보다 더 많이 감쇄)될 수 있다.

이어서, 센서(120)는 전류 흐름 구간에서 자유 공진하는 전류의 전류값(Ir)을 측정하고, 측정된 전류값(Ir)을 공진 전류 변환부(131)에 제공한다. 공진 전류 변환부(131)는 전류값(Ir; 즉, 자유 공진 후의 전류값)을 전압값(Vr; 즉, 제2 전압값)으로 변환하고, 변환된 전압값(Vr)을 카운트 비교부(137) 및 제어부(140)로 제공한다.

참고로, 워킹 코일(WC)의 저항값은 일정하므로, 전압은 전류와 실질적으로 동일한 파형을 갖는다.

이어서, 카운트 비교부(137)는 전압값(Vr)과 미리 정해진 카운트 기준값(Vcnt_ref)을 비교하고, 비교 결과를 토대로 출력 펄스(OP)를 생성한다. 또한 카운트 비교부(137)는 출력 펄스(OP)를 제어부(140)에 제공한다.

여기에서, 출력 펄스(OP)는 전압값(Vr)이 미리 정해진 카운트 기준값(Vcnt_ref)보다 큰 경우 온-상태를 갖고, 전압값(Vr)이 미리 정해진 카운트 기준값(Vcnt_ref)보다 작은 경우 오프-상태를 갖는다.

제어부(140)는 카운트 비교부(137)로부터 제공받은 출력 펄스(OP)를 토대로 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단한다.

예를 들어, 출력 펄스(OP)의 카운트가 미리 정해진 기준 카운트보다 작은 경우, 제어부(140)는 피가열체가 워킹 코일(WC) 상에 존재한다고 판단할 수 있다. 반면에, 출력 펄스(OP)의 카운트가 미리 정해진 기준 카운트보다 큰 경우, 제어부(140)는 피가열체가 워킹 코일(WC) 상에 존재하지 않는다고 판단할 수 있다. 여기에서 카운트는 출력 펄스(OP)가 오프-상태에서 온-상태로 변화된 횟수를 의미할 수 있다.

다른 예로, 출력 펄스(OP)의 온-듀티 시간이 미리 정해진 기준 시간보다 작은 경우, 제어부(140)는 피가열체가 워킹 코일(WC) 상에 존재한다고 판단할 수 있다. 반면에, 출력 펄스(OP)의 온-듀티 시간이 미리 정해진 기준 시간보다 큰 경우, 제어부(140)는 피가열체가 워킹 코일(WC) 상에 존재하지 않는다고 판단할 수 있다. 여기에서, 온-듀티 시간은 셧다운 동작 시점(SD) 이후의 시간(즉, 도 4의 D3)동안 출력 펄스(OP)의 온-상태에 대한 누적 시간을 의미할 수 있다.

즉, 제어부(140)는 출력 펄스(OP)의 카운트 또는 온-듀티 시간을 이용하여 피가열체의 존재 여부를 정확하게 판단할 수 있다.

이어서, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재한다고 판단되는 경우, 제어부(140)는 해당 워킹 코일(WC)을 활성화시킨다. 또한, 제어부(140)는 디스플레이부(미도시) 또는 인터페이스부(미도시)를 통해 피가열체의 감지 여부를 표시하거나 알림음을 발생시켜 피가열체의 감지 여부를 사용자에게 알릴 수 있다.

도 7은 도 2의 유도 가열 장치에서 피가열체 존재 여부 판단 시 이용되는 파형을 설명하는 그래프이다.

참고로, 도 7에서, (a)는 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 배치된 경우에 나타나는 파형이고, (b)는 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 배치되지 않은 경우에 나타나는 파형이다. 다만, 도 7의 (a)와 (b)는 하나의 실험예에 불과하고, 본 발명의 실시예가 도 7의 실험예에 한정되는 것은 아니다.

여기에서, (a)는 워킹 코일(도 2의 WC)에 흐르는 제1 공진 전류(Ir1)와, 제1 공진 전류(Ir1)에 대한 제1 출력 펄스(OP1)를 나타낸다. 또한, (b)는 워킹 코일(도 2의 WC)에 흐르는 제2 공진 전류(Ir2)와, 제2 공진 전류(Ir2)에 대한 제2 출력 펄스(OP2)를 나타낸다.

도 2 및 도 7을 참조하면, (a)에서 제1 출력 펄스(OP1)의 카운트는 2회이고, (b)에서 제2 출력 펄스(OP2)의 카운트는 11회이다. 즉, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 배치된 경우 카운트는 상대적으로 적게 나타나고, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 배치되지 않은 경우 카운트는 상대적으로 많게 나타난다.

따라서, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단하는 기준 카운트는 (a)의 카운트와 (b)의 카운트 사이의 값으로 결정될 수 있다. 나아가, 제어부(140)는 미리 정해진 기준 카운트를 이용하여 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.

또한, (a)에서 제1 출력 펄스(OP1)의 온-듀티 시간은, (b)에서 제2 출력 펄스(OP2)의 온-듀티 시간보다 짧을 수 있다. 즉, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 배치된 경우 온-듀티 시간이 상대적으로 짧게 나타나고, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 배치되지 않은 경우 온-듀티 시간이 상대적으로 길게 나타난다.

따라서, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단하는 기준 시간은 (a)의 온-듀티 시간과 (b)의 온-듀티 시간 사이의 값으로 결정될 수 있다. 나아가, 제어부(140)는 미리 정해진 기준 시간을 이용하여 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.

즉, 제어부(140)는 출력 펄스(OP)의 카운트 또는 온-듀티 시간 중 적어도 하나를 이용함으로써, 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부에 대한 판단의 정확도를 개선할 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 삼상 전원에 의해 발생된 서로 다른 위상의 제1 및 제2 입력 전압으로 인해 용기 감지 시점을 결정하는 별도의 기술적 특징을 갖추는바, 이하에서는, 도 8 내지 도 12를 참조하여, 유도 가열 장치(100)의 컨트롤러(180)에서 수행되는 용기 감지 방법을 설명하도록 한다.

도 8은 도 2의 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 설명하는 순서도이다. 도 9는 도 8의 S200을 구체적으로 설명하는 순서도이다. 도 10 내지 도 12는 도 8의 용기 감지 방법을 부연 설명하는 그래프들이다.

참고로, 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 센서(도 2의 120)가 컨트롤러(도 2의 180)에 포함되는 것을 전제로 설명하도록 한다.

도 2 및 도 8을 참조하면, 먼저, 삼상 전원에 의해 발생된 서로 다른 위상의 제1 및 제2 입력 전압에 관한 정보를 수신한다(S100).

구체적으로, 제어부(140)는 인버터부(117) 또는 직류 링크 커패시터(113)에 인가되는 입력전압(예를 들어, 도 11에 도시된 삼상 전원에 의해 발생된 서로 다른 위상의 제1 및 제2 입력 전압(Vdc1, Vdc2))에 관한 정보를 직접 감지하거나 센서(도 2의 120) 등으로부터 해당 정보를 수신할 수 있다.

여기에서, 제1 및 제2 입력 전압(예를 들어, 도 11의 Vdc1, Vdc2)은 전원부(111)에서 출력되어 정류부(112)에서 반파 정류 형태로 정류될 수 있고, 정류부(112)에서 정류된 제1 및 제2 입력 전압(예를 들어, 도 11의 Vdc1, Vdc2)은 워킹 코일(WC)을 구동시키는 인버터부(117)로 인가될 수 있다. 또한 제1 및 제2 입력 전압(예를 들어, 도 11의 Vdc1, Vdc2)은 삼상 전원에 의해 발생되는바, 서로 다른 위상(예를 들어, 30°의 위상 차이)을 가지되, 진폭(즉, 전압 크기)과 주파수(즉, 주기)는 동일할 수 있다.

참고로, 제1 및 제2 입력 전압(예를 들어, 도 11의 Vdc1, Vdc2)에 관한 정보는 제1 및 제2 입력 전압 각각의 파형 및 제1 및 제2 입력 전압 각각의 파형이 교차하는 지점에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 입력 전압에 관한 정보가 수신되면(S100), 수신된 정보를 토대로 제1 및 제2 입력 전압 중 기준 전압을 선정한다(S200).

여기에서, 도 2 및 도 9 내지 도 11을 참조하면, S200은 먼저, 제1 입력 전압의 영전압 시점을 기준으로 제1 입력 전압의 최대 전압 지점을 정의하는 단계(S210)로 시작한다.

참고로, 최대 전압 지점을 정의하기에 앞서, 제어부(140)는 기준 전압 선정 작업을 진행하기 위해 제1 입력 전압(Vdc1) 또는 제2 입력 전압(Vdc2)을 예비 기준 전압으로 선정할 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 제어부(140)가 제1 입력 전압(Vdc1)을 예비 기준 전압으로 선정하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

구체적으로, 제어부(140)는 예비 기준 전압으로 선정된 제1 입력 전압(Vdc1)의 영전압 시점(ZC)을 기준으로 제1 입력 전압(Vdc1)의 최대 전압 지점(Pk1)을 정의할 수 있다.

즉, 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 입력 전압(Vdc1)의 최대 전압 지점(Pk1)은 제1 입력 전압(Vdc1)의 파형이 '1'이 되는 지점으로 정의될 수 있다.

이와 같이, 제1 입력 전압(Vdc1)의 최대 전압 지점이 정의되면(S210), 제1 입력 전압(Vdc1)이 최대 전압 지점(Pk1)에 도달하는 제1 시점(T1)을 확인한다(S220).

구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 제1 입력 전압(Vdc1)이 최대 전압 지점(Pk1)에 도달하는 시점이 제1 시점(예를 들어, T1)이라는 것을 확인할 수 있다.

물론, 제1 입력 전압(Vdc1)이 주기적으로 최대 전압 지점에 도달하지만, 여기에서는, 최대 전압 지점에 도달하는 시점이 제1 시점(T1)인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

제1 시점(T1)이 확인되면(S220), 제2 입력 전압(Vdc2)이 최대 전압 지점(Pk2)에 도달하는 제2 시점(T2)을 확인한다(S230).

구체적으로, 제어부(140)는 제1 시점(T1) 이후 제2 입력 전압(Vdc2)이 최대 전압 지점(Pk2)에 도달하는 시점이 제2 시점(예를 들어, T2)이라는 것을 확인할 수 있다.

여기에서, 제2 입력 전압(Vdc2)은 제1 입력 전압(Vdc1)과 위상이 다를뿐 진폭(즉, 전압 크기)은 동일한바, 제2 입력 전압(Vdc2)의 최대 전압 지점(Pk2)에 해당하는 진폭('1')은 제1 입력 전압(Vdc1)의 최대 전압 지점(Pk1)에 해당하는 진폭('1')과 동일할 수 있다.

제2 시점(T)이 확인되면(S230), 제1 및 제2 시점(T1, T2) 간 시간 차이를 계산한다(S240).

구체적으로, 제어부(140)는 제1 시점(T1)과 제2 시점(T2) 간 시간 차이를 계산할 수 있다.

참고로, 시간 차이에 해당하는 값은 절대값(즉, |T1-T2|)으로 표현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

시간 차이가 계산되면(S240), 계산된 시간 차이를 미리 설정된 기준 값과 비교한다(S250).

구체적으로, 제어부(140)는 시간 차이에 해당하는 값을 절대값으로 변환 후, 해당 절대값을 미리 설정된 기준 값과 비교할 수 있다.

이어서, 제어부(140)는 계산된 시간 차이를 미리 설정된 기준 값과 비교(S250)한 후, 비교 결과를 토대로 기준 전압을 선정한다(S260, S270).

구체적으로, 계산된 시간 차이가 미리 설정된 기준 값 이상인 경우, 제어부(140)는 제1 입력 전압(Vdc1)을 기준 전압으로 선정할 수 있다(S260).

반면에, 계산된 시간 차이가 미리 설정된 기준 값 미만인 경우, 제어부(140)는 제2 입력 전압(Vdc2)을 기준 전압으로 선정할 수 있다(S270).

즉, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 입력 전압(Vdc1, Vdc2)의 파형이 전개되는 경우, 제1 입력 전압(Vdc1)이 기준 전압으로 선정될 수 있다.

참고로, 도 11에서 제1 입력 전압(Vdc1)의 파형은 |sin(x)|일 수 있고, 제2 입력 전압(Vdc2)의 파형은 |cos(π/6 - x)|일 수 있다.

반면에, 도 12를 참조하면, 도 11과 반대 케이스가 도시되어 있는바, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 입력 전압(Vdc1, Vdc2)의 파형이 전개되는 경우, 제2 입력 전압(Vdc2)이 기준 전압으로 선정될 수 있다.

참고로, 도 12에서 제1 입력 전압(Vdc1)의 파형은 |sin(x)|일 수 있고, 제2 입력 전압(Vdc2)의 파형은 |cos(x + π/6)|일 수 있다.

다시, 도 2 및 도 8을 참조하면, 기준 전압 선정 작업 완료(S200) 후, 선정된 기준 전압을 토대로 용기 감지 시점을 결정한다(S300).

구체적으로, 제어부(140)는 선정된 기준 전압이 최대 전압 지점에 도달한 후 제1 및 제2 입력 전압(Vdc1, Vdc2) 각각의 파형이 교차하는 지점 중 전압 레벨이 낮은 지점에 도달하는 시점을 용기 감지 시점으로 결정할 수 있다.

이는 인접 워킹 코일의 동작에 의한 노이즈를 최소화하기 위해서는 입력전압 레벨이 낮을수록 유리하기 때문이다.

이러한 이유로, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 입력 전압(Vdc1)이 기준 전압으로 선정된 경우, 제어부(140)는 제1 입력 전압(Vdc1)이 최대 전압 지점(예를 들어, Pk1)에 도달한 후 제1 및 제2 입력 전압(Vdc1, Vdc2) 각각의 파형이 교차하는 지점(LLP, HLP; 예를 들어, LLP는 진폭('1')의 약 0.5배가 되는 지점, HLP는 진폭('1')의 약 0.87배가 되는 지점) 중 전압 레벨이 낮은 지점(LLP)에 도달하는 시점(VDT)을 용기 감지 시점으로 결정할 수 있다.

물론, 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 입력 전압(Vdc2)이 기준 전압으로 선정된 경우, 제어부(140)는 제2 입력 전압(Vdc2)이 최대 전압 지점(예를 들어, Pk2)에 도달한 후 제1 및 제2 입력 전압(Vdc1, Vdc2) 각각의 파형이 교차하는 지점(LLP, HLP) 중 전압 레벨이 낮은 지점(LLP)에 도달하는 시점(VDT)을 용기 감지 시점으로 결정할 수 있다.

용기 감지 시점이 결정되면(S300), 결정된 용기 감지 시점에 워킹 코일(WC)에 대한 용기 감지 작업을 수행한다(S400).

구체적으로, 컨트롤러(180)의 각 구성요소들은 도 4 내지 도 6에서 전술한 과정 및 방법을 토대로 용기 감지 작업을 수행할 수 있다.

참고로, 용기 감지 작업을 간략하게 다시 설명하자면, 용기 감지 작업을 수행하는 단계(S400)는 스위치 구동부(150)에서 인버터부(117)를 제어하여, 워킹 코일(WC)에 에너지를 충전하는 단계, 센서(120)에서 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류를 측정하는 단계, 공진 전류 변환부(131)에서 센서(120)에서 측정된 전류의 전류값을 제1 전압값으로 변환하는 단계, 셧다운 비교부(135)에서 제1 전압값과 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)을 비교하는 단계, 제1 전압값이 미리 정해진 공진 기준값(Vr_ref)보다 큰 경우, 셧다운 회로부(139)에서 스위치 구동부(150)를 제어하여 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류를 자유 공진시키는 단계, 센서(120)에서 자유 공진하는 전류를 측정하는 단계, 공진 전류 변환부(131)에서 센서(120)에서 측정된 자유 공진하는 전류의 전류값을 제2 전압값으로 변환하는 단계, 카운트 비교부(137)에서 제2 전압값과 미리 정해진 카운트 기준값(Vcnt_ref)을 비교하여 출력 펄스(OP)를 생성하는 단계, 제어부(140)에서 출력 펄스(OP)의 카운트를 미리 정해진 기준 카운트와 비교하거나 온-듀티 시간을 미리 정해진 기준 시간과 비교하여 워킹 코일(WC) 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

즉, 제1 및 제2 입력 전압(Vdc1, Vdc2) 각각의 파형이 교차하는 지점(LLP, HLP) 중 전압 레벨이 낮은 지점(LLP)에 도달하는 시점(VDT)에 전술한 용기 감지 작업이 항상 수행되는바, 인접 워킹 코일의 동작에 의한 노이즈를 최소화할 수 있다.

그뿐만 아니라 항상 일정한 전압 레벨에서 용기 감지 작업이 수행되는바, 용기 감지 작업의 정확도 및 신뢰도가 개선될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 통해 인접 워킹 코일의 동작에 의한 노이즈를 최소화할 수 있는바, 용기 감지 작업의 정확도가 개선될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치의 용기 감지 방법을 통해 용기 감지 정확도를 개선할 수 있는바, 용기 감지 작업의 신뢰도가 개선될 수 있다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 유도 가열 회로 120: 센서
130: 용기 감지부 131: 공진 전류 변환부
133: 래치 회로부 135: 셧다운 비교부
137: 카운트 비교부 139: 셧다운 회로부
140: 제어부 150: 스위치 구동부
180: 컨트롤러

Claims

삼상 전원이 적용되는 유도 가열 장치의 컨트롤러에서 수행되는 용기 감지 방법에 있어서,
상기 삼상 전원에 의해 발생된 서로 다른 위상의 제1 및 제2 입력 전압에 관한 정보를 수신하는 단계;
상기 수신된 정보를 토대로 상기 제1 및 제2 입력 전압 중 기준 전압을 선정하는 단계;
상기 선정된 기준 전압을 토대로 용기 감지 시점을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 용기 감지 시점에 워킹 코일에 대한 용기 감지 작업을 수행하는 단계를 포함하는
용기 감지 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 입력 전압 중 기준 전압을 선정하는 단계는,
상기 제1 입력 전압의 영전압 시점을 기준으로 상기 제1 입력 전압의 최대 전압 지점을 정의하는 단계와,
상기 제1 입력 전압이 상기 최대 전압 지점에 도달하는 제1 시점을 확인하는 단계와,
상기 제2 입력 전압이 상기 최대 전압 지점에 도달하는 제2 시점을 확인하는 단계와,
상기 제1 및 제2 시점 간 시간 차이를 계산하는 단계와,
상기 계산된 시간 차이를 미리 설정된 기준 값과 비교하는 단계와,
상기 비교 결과를 토대로 상기 기준 전압을 선정하는 단계를 포함하는
용기 감지 방법.
제2항에 있어서,
상기 비교 결과를 토대로 상기 기준 전압을 선정하는 단계에서,
상기 계산된 시간 차이가 상기 미리 설정된 기준 값 이상인 경우, 제어부는 상기 제1 입력 전압을 상기 기준 전압으로 선정하고,
상기 계산된 시간 차이가 상기 미리 설정된 기준 값 미만인 경우, 상기 제어부는 상기 제2 입력 전압을 상기 기준 전압으로 선정하는
용기 감지 방법.
제3항에 있어서,
상기 선정된 기준 전압을 토대로 용기 감지 시점을 결정하는 단계에서,
상기 제어부는,
상기 선정된 기준 전압이 최대 전압 지점에 도달한 후 상기 제1 및 제2 입력 전압 각각의 파형이 교차하는 지점 중 전압 레벨이 낮은 지점에 도달하는 시점을 상기 용기 감지 시점으로 결정하는
용기 감지 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 입력 전압은 전원부에서 출력되어 정류부에서 반파 정류 형태로 정류되고,
상기 정류부에서 정류된 상기 제1 및 제2 입력 전압은 상기 워킹 코일을 구동시키는 인버터부로 인가되는
용기 감지 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 입력 전압에 관한 정보는,
상기 제1 및 제2 입력 전압 각각의 파형 및 상기 제1 및 제2 입력 전압 각각의 파형이 교차하는 지점에 관한 정보를 포함하는
용기 감지 방법.
제1항에 있어서,
상기 결정된 용기 감지 시점에 워킹 코일에 대한 용기 감지 작업을 수행하는 단계는,
스위치 구동부에서 인버터부를 제어하여, 상기 워킹 코일에 에너지를 충전하는 단계와,
센서에서 상기 워킹 코일에 흐르는 전류를 측정하는 단계와,
공진 전류 변환부에서 상기 센서에서 측정된 상기 전류의 전류값을 제1 전압값으로 변환하는 단계와,
셧다운 비교부에서 상기 제1 전압값과 미리 정해진 공진 기준값을 비교하는 단계와,
상기 제1 전압값이 상기 미리 정해진 공진 기준값보다 큰 경우, 셧다운 회로부에서 상기 스위치 구동부를 제어하여 상기 워킹 코일에 흐르는 상기 전류를 자유 공진시키는 단계와,
상기 센서에서 상기 자유 공진하는 전류를 측정하는 단계와,
상기 공진 전류 변환부에서 상기 센서에서 측정된 상기 자유 공진하는 전류의 전류값을 제2 전압값으로 변환하는 단계와,
카운트 비교부에서 상기 제2 전압값과 미리 정해진 카운트 기준값을 비교하여 출력 펄스를 생성하는 단계와,
제어부에서 상기 출력 펄스의 카운트(Count)를 미리 정해진 기준 카운트와 비교하거나 온-듀티 시간(On-duty time)을 미리 정해진 기준 시간과 비교하여 상기 워킹 코일 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는
용기 감지 방법.
제7항에 있어서,
상기 인버터부는, 상기 스위치 구동부로부터 제공받은 스위칭 신호에 의해 상보적으로 턴온 또는 턴오프되는 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하는
용기 감지 방법.
제8항에 있어서,
상기 워킹 코일에 에너지를 충전하는 단계에서,
상기 제1 스위칭 소자는 턴온되고, 상기 제2 스위칭 소자는 턴오프되는
용기 감지 방법.
제8항에 있어서,
상기 워킹 코일에 흐르는 상기 전류를 자유 공진시키는 단계에서,
상기 제1 스위칭 소자는 턴오프되고, 상기 제2 스위칭 소자는 턴온되는
용기 감지 방법.
제8항에 있어서,
상기 워킹 코일에 흐르는 상기 전류를 자유 공진시키는 단계에서,
상기 셧다운 비교부의 출력 신호는 미리 정해진 시간동안 활성화된 상태로 유지되는
용기 감지 방법.
제7항에 있어서,
상기 카운트 비교부에서 생성되는 상기 출력 펄스는,
상기 제2 전압값이 상기 미리 정해진 카운트 기준값보다 큰 경우 온-상태를 가지고,
상기 제2 전압값이 상기 미리 정해진 카운트 기준값보다 작은 경우 오프-상태를 가지는
용기 감지 방법.
제12항에 있어서,
상기 카운트는, 상기 출력 펄스가 상기 오프-상태에서 상기 온-상태로 전환되는 횟수를 포함하고,
상기 워킹 코일 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단하는 단계는,
상기 카운트가 상기 미리 정해진 기준 카운트보다 작은 경우, 상기 피가열체가 상기 워킹 코일 상에 존재한다고 판단하고,
상기 카운트가 상기 미리 정해진 기준 카운트보다 큰 경우, 상기 피가열체가 상기 워킹 코일 상에 부존재한다고 판단하는 것을 포함하는
용기 감지 방법.
제12항에 있어서,
상기 온-듀티 시간은, 상기 출력 펄스의 상기 온-상태에 대한 누적 시간을 포함하고,
상기 워킹 코일 상에 피가열체가 존재하는지 여부를 판단하는 단계는,
상기 온-듀티 시간이 상기 미리 정해진 기준 시간보다 작은 경우, 상기 피가열체가 상기 워킹 코일 상에 존재한다고 판단하고,
상기 온-듀티 시간이 상기 미리 정해진 기준 시간보다 큰 경우, 상기 피가열체가 상기 워킹 코일 상에 부존재한다고 판단하는 것을 포함하는
용기 감지 방법.