KR19990032341A - 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기 - Google Patents

다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 한 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 입력전압을 분기시키고 역률을 향상시키는 제 1, 제 2 필터 캐패시터(Cf1)(Cf2)로 이루어진 전압분기수단과, 복수의 공진 캐패시터(Cr1∼Crn) 및 복수의 유도 가열코일(Lr1∼Lrn)이 공진회로로 이루어져 상기 전압분기수단을 통하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열판(도시 생략됨)을 선택적으로 가열하는 복수의 가열부(200a∼200n)로 이루어진 가열수단과, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 스위칭되는 복수의 스위치(S1∼S2n)에 복수의 댐핑 다이오드(D1∼D2n)가 각각 역 병렬되어 스위칭 작용에 따라 상기 가열수단을 선택적으로 가열하는 스위칭수단으로 구성된다.

Description

다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기
본 발명은 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기에 관한 것으로, 특히 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 한 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기에 관한 것이다.
종래의 다출력형 전자 유도 가열 조리기는 일반적으로 1200W이하로 제한되기 때문에 보다 큰 출력을 얻기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류 전원(AC Source)을 직류 전원으로 정류하는 제 1 내지 제 n 정류부(1a∼1n)로 이루어진 정류부(1)와, 상기 정류부(1)를 통해 정류된 직류 전원을 제 1 내지 제 n 필터 인덕터(Lf1∼Lfn) 및 제 1 ∼ 제 n 캐패시터(Cf1 ∼ Cfn)로 일정하게 평활시키는 제 1 내지 제 2 평활부(2a ∼ 2n)로 이루어진 평활부(2)와, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 스위칭되어 상기 평활부(2)에서 출력되는 전압을 공진시키고 그 공진 전압에 의해 발생된 자장에 기인한 전자기 유도 효과로 원하는 가열온도로 가열하는 제 1 내지 제 n 워킹코일(Lf1 ∼ Lf2)과 그 제 1 내지 제 n 워킹코일(Lf1 ∼ Lf2)과 일련의 공진회로를 이루는 제 1 내지 제 n 공진 캐패시터(Cr1 ∼ Crn)와 제 1 내지 제 n 댐핑다이오드(D1 ∼ Dn) 및 제 1 내지 n 스위칭소자(S1 ∼ Sn)로 이루어진 제 1 내지 제 n 인버터부(3a ∼ 3n)로 구성된 인버터(3)로 구성되어져 있다.
이와 같이 구성된 종래 다출력형 전자 유도 가열 조리기의 동작을 첨부한 도면 도 1를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
그의 인버터의 동작을 설명하기 위해서 하나의 인버터 회로만을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상용 교류전원(AC)이 제 1 정류부(1a)를 통해 맥동 직류전압으로 정류된 다음 제 1 평활부(2a)의 제 1 필터 인덕터(Lf1) 및 제 1 캐패시터(Cf1)를 통해 평활되어 제 1 인버터부(3a)에 입력된다.
이때, 제 1 인버터부(3a)의 제 2 스위치(S2)를 온(ON)시키면 공진탱크회로내에 입력전압이 가해지고 제 1 워킹코일(Lr1)의 전류가 공진에 의해서 증가하고 제 1 공진 캐패시터(Cr1)에는 이 전류에 의해서 충전된다.
한편, 일정 시간 후에 제 2 스위치(S2)를 오프(Off)하고 제 1 스위치(S1)를 온하면 제 1 공진 캐패시터(Cr1)의 충전 에너지의 방전에 의해서 제 1 워킹코일(Lr1)의 전류를 위의 경우와는 반대 방향으로 흐르게 된다.
이와같은 동작을 가청주파수 이상의 높은 주파수로 반복시켜 주면 그 결과 제 1 워킹코일(Lr1)로부터 발생된 자장에 기인한 전자기 유도효과로 인하여 가열되어질 용기(도면상의 미도시)에 적절한 출력을 전달할 수가 있다.
그러나 이러한 종래의 다출력형 유도 가열 조리기는 주파수 제어를 통해서 출력을 제어하므로 각 가열용기의 크기와 재질에 따라 인접한 가열판 사이에서 동작 주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생될 뿐만 아니라, 각각 별개의 제어회로를 갖는 인버터로 각각 하나의 유도 가열 코일에 전력을 공급하기 때문에 전체 시스템의 부피가 커지고, 또한 제조 원가도 상승되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 한 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 입력전압을 분기시키고 역률을 향상시키는 전압분기수단과, 복수의 공진회로가 상기 전압분기수단에 의하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열판을 가열하는 가열수단과, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 상기 가열수단을 선택적으로 가열되도록 하는 스위칭수단으로 이루어진다.
도 1은 종래의 다출력형 전자 유도 가열 조리기의 회로 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기의 회로 구성도.
도 3은 도 2에 적용되는 유도 가열코일(Lr1)의 구동시 스위칭 상태 및 전류 전압 파형도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
101 : 전압분기부 102 : 가열부
103 : 스위칭부
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기의 회로 구성도를 나타낸 것으로서, 입력전압을 분기시키고 역률을 향상시키는 제 1, 제 2 필터 캐패시터(Cf1)(Cf2)로 이루어진 전압분기부(100)와, 복수의 공진 캐패시터(Cr1∼Crn) 및 복수의 유도 가열코일(Lr1∼Lrn)이 공진회로로 이루어져 상기 전압분기부(100)을 통하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열판(도시 생략됨)을 선택적으로 가열하는 복수의 가열부(200a∼200n)로 이루어진 가열부(200)와, 외부로부터 입력되는 제어신호에 따라 스위칭되는 복수의 스위치(S1∼S2n)에 복수의 댐핑 다이오드(D1∼D2n)가 각각 역 병렬되어 스위칭 작용에 따라 상기 가열부(200)을 선택적으로 가열하는 스위칭부(300)로 구성되어져 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 교류 전원(AC Source)을 정류하여 역률 개선용 LC 필터를 거치는 부분은 생략하고 단지 필터 캐패시터 이후의 회로만 도시하여 설명한다.
여기서, 가열부(200)내의 제 1 가열부(200a)가 동작할 경우를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스위칭부(300)내의 제 3, 제 4 스위치(S3)(S4)를 오프(Off)시킨 상태에서 제 2 스위치(S2)를 오프하고 제 1 스위치(S1)를 온하면 가열부(200)내의 제 1 가열부(200a)에는 입력전압의 반(Vd/2)이 인가되어 유도 가열코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 상승된다.
이때, 전류의 크기가 설정된 값에 이르면 제 1 스위치(S1)를 영전압의 조건으로 오프시킨다.
그러면, 제 1 가열부(200a)의 공진 캐패시터(Cr1) 및 유도 가열코일(Lr1)이 공진을 해서 상기 공진 캐패시터(Cr1)의 전압이 +Vd/2에서 -Vd/2로 공진을 통해서 하강하게 된다.
한편, 공진 캐패시터(Cr1)의 전압이 -Vd/2가 되면 제 2 스위치(S2)의 댐핑 다이오드(D2)가 온되고 제 1 가열부(200a)의 유도 가열코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 감소한다.
이때, 제 2 스위치(S2)를 영전압의 조건으로 온시킨다.
그러면, 제 1 가열부(200a)의 유도 가열코일(Lr1)의 전류는 영까지 하강하다가 다음에는 반대 방향으로 증가한다.
이전류가 설정치에 이르면 제 2 스위치(S2)를 영전압의 조건으로 오프시킨다.
그러면, 다시 제 1 가열부(200a)의 공진 캐패시터(Cr1) 및 유도 가열코일(Lr1)이 공진을 해서 상기 공진 캐패시터(Cr1)의 전압이 -Vd/2에서 +Vd/2로 공진을 통해서 증가한다.
이후, 상기 공진 캐패시터(Cr1)의 전압이 +Vd/2가 되면 제 1 스위치(S1)의 댐핑다이오드(D1)가 온되고 유도 가열코일(Lr1)의 전류는 선형적으로 증가한다.
이 전류가 영이되면 한 주기의 동작이 종료되고 같은 동작이 반복된다.
즉, 도 3 에 도시된 바와 같이 유도 가열코일(Lr1)의 구동시 스위칭상태 및 전류 전압 파형을 보여주고 있다.
이렇게 유기된 전류에 의해서 자속이 발생하고 이 자속이 부하용기와 쇄교해서 용기의 바닥에는 "맴돌이 전류"라고 하는 와전류(Eddy Current)가 발생한다.
이 와전류에 의한 주울(Joule)열이 발생하게 되고 이 열이 부하용기를 직접 가열하게 된다.
한편, 제 2 가열부(200b)를 동작시키려면 상기의 제 1 가열(200a)의 상태와는 반대로 스위칭부(300)내의 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)를 오프시키고 제 3, 제 4 스위치(S3)(S4)를 위에서 언급한 것과 같이 번갈아 온/오프시키면 부하에 원하는 출력을 공급할 수 있다.
이를 시분할방식을 통해서 스위칭부(300)의 복수의 스위치(S1∼S2n)를 번갈아서 스위칭 해주면 다수의 버너를 동시에 가열할 수가 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 기존 다출력형 유도 가열 조리기에서의 문제점인 간섭음을 제거할 수 있고 하나의 인버터로 여러개의 부하를 구동하므로 전체 시스템의 구성을 간소화할 수가 있다.
또한, 소프트 스위칭방식을 사용하여 부하의 손실을 최소화함으로 별도의 보조 공진 캐패시터가 필요 없으며, 공진 캐패시터는 입력 전압으로 클램핑이 되므로 낮은 정격의 캐패시터를 사용할 수 있고, 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 입력전압을 분기시키고 역률을 향상시키는 전압분기수단과,
    복수의 공진회로가 상기 전압분기수단에 의하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열판을 가열하는 가열수단과,
    외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 상기 가열수단을 선택적으로 가열되도록 하는 스위칭수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 분기수단은 평활된 입력전압을 분기시키고 역률을 향상시키는 제 1, 제 2 필터 캐패시터로 구성된 것을 특징으로 하는 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열수단은 공진회로를 이루는 공진 캐패시터와, 상기 공진 캐패시터와 병렬 연결된 복수의 유도가열 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭수단은 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되는 제 1, 제 2 스위치에 제 1, 제 2 댐핑 다이오드가 각각 역 병렬 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 다부하를 갖는 병렬 공진형 소프트 스위칭 유도 가열 조리기.
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