KR200175715Y1 - 유도가열장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유도가열장치에 관한 것으로서, 고속으로 스위칭됨으로써 발생된 자계로 인하여 자계성 가열대상에 와류손에 의한 열이 발생되도록 하는 유도가열 코일과, 유도가열 코일과 병렬로 접속된 공진 캐패시터를 사용하여 유도가열 코일을 고속으로 스위칭시킴으로써 유도가열 코일에 자계를 발생시키는 공진회로, 유도가열 코일의 출력을 제어하는 마이크로 프로세서 수단, 마이크로 프로세서 수단의 제어에 의하여 고주파의 스위칭 펄스신호를 발생시키는 단안정 발진수단, 단안정 발진수단을 통해 입수된 펄스파형에 따라 공진회로의 공진 캐패시터에 고주파 전류가 흐르도록 하는 스위칭 전력소자, 공진회로 양단으로부터 위상차 신호를 입수하여 자극신호로 변환한 다음, 단안정 발진수단에 지속적으로 공급하는 위상 검출수단, 유도가열 코일의 출력을 제어하기 위하여 마이크로 프로세서 수단으로부터 제공된 디지털 제어값을 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환수단, 아날로그 신호에 따라 스위칭 펄스신호의 펄스크기를 제어하는 출력 제어수단 및 출력 제어수단과 스위칭 전력소자간을 연결하여 공진회로로부터 발생된 이상 과전압으로부터 스위칭 전력소자를 보호하는 과전압 검출수단을 포함하여 구성된다.

따라서 본 고안은 유도가열장치의 출력을 연속적으로 가변되게 함으로써, 가열대상인 조리용기의 열이 섬세하게 조절되어 맛좋은 음식을 요리하는 것이 가능하도록 하고, 과도한 공진 펄스전압에 의해 스위칭 전력소자가 손상되는 것을 방지함으로써 보다 내구성이 향상된 장치를 구성할 수 있도록 한다.

Description

유도가열장치{INDUCTION HEATING APPARATUS}

본 고안은 유도가열장치에 관한 것으로서, 특히 유도가열장치의 출력을 아날로그로 제어하고, 공진회로의 이상 과전압으로부터 스위칭 전력소자를 보호할 수 있는, 고주파 유도가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 유도가열장치는, 유도가열 코일을 고속으로 스위칭할 때 발생하는 강력한 자계가 유도가열 코일에 인접한 자계성 가열대상의 표면에 와전류(Eddy Current)를 흐르게 함으로써, 와류손(Eddy Current Loss)에 의한 열을 발생하도록 한 장치이다.

유도가열장치의 출력을 제어하는 방법은 일반적으로 듀티 싸이클(Duty Cycle) 제어법과 아날로그(Analog) 제어법 2가지가 이용되는데, 통상적인 유도가열장치는 듀티 싸이클 제어법을 적용하고 있다.

듀티 싸이클 제어법은 정격 최대출력의 파워를 온(ON) 시간과 오프(OFF) 시간의 비를 사용하여 제어하는 방법이다. 즉, 온 시간을 짧게 주고 오프시간을 길게 주면 저출력이 되고, 반대로 온 시간을 길게 주고 오프 시간을 짧게 주면 고출력이 되도록 하는 이치를 이용한 것이다.

그러나 이 경우 가열대상인 조리용기의 온도변이가 매우 크기 때문에 조리 음식의 맛이 뒤떨어지게 된다는 근본적인 문제가 발생하였다.

도 1 은 종래의 유도가열장치의 구성을 나타낸 블럭도로서, 도시된 바와 같이, 유도가열장치의 가열 원리는, 유도가열 코일(5)을 고속(약 20Khz)으로 스위칭할 때 발생하는 강력한 자계를 이용한다.

상기 자계를 발생시키는 원천 에너지는 공진 캐패시터(6)와 유도가열 코일(5)이 서로 병렬로 접속된 병렬 공진회로(7)에서 생성된 고주파(약 20Khz) 공진 펄스전압이다. 이 공진 펄스전압의 크기는 장치의 사용 전원전압 또는, 조리용기의 재질과 형상(크기)에 따라 크게 달라지기 때문에, 경우에 따라 안전 범위를 넘는 매우 큰 값이 되기도 한다.

그러나 종래의 유도가열장치는 이에 대한 대책이 전혀 없거나 또는 미비하여, 스위칭 전력소자(8)가 매우 빈번히 손상되는 문제가 있었다.

또한, 어떤 외부 요인에 의해 전원선을 타고 흘러 들어온 강한 서지(Surge)전압이, 정상전원과 다름없이 정류 과정을 거쳐 공진회로(7)에 인가되면 스위칭 전력소자(8)의 컬렉터(Collector)에는 매우 큰 역기전압(공진 펄스전압)이 발생한다. 이 역기전압이 스위칭 전력소자(8)의 절대정격 내전압보다 높게되면 스위칭 전력소자(8)는 곧바로 손상되어 더 이상 기능을 발휘할 수 없게 된다.

스위칭 전력소자(8)가 손상되는 다른 원인은, 조리용기의 재질이 적합치 않 거나, 크기가 현저히 작거나, 놓임새가 너무 높거나 하는 경우이다. 이런 경우도 공진 펄스전압이 상승하여 스위칭 전력소자(8)의 내전압을 위협하는 요인이 된다.

따라서, 이와 같은 과도한 공진 펄스전압에 의해 스위칭 전력소자(8)가 손상되지 않도록 하기 위해서는 공진 펄스전압이 스위칭 전력소자(8)의 내전압보다 높아지지 않도록 하는 제도적 보완이 구비되어야 한다.

그러나 공진 펄스전압은 유도가열장치의 출력이 클수록 증가하기 때문에, 공진 펄스전압이 허용 임계수준(스위칭 전력소자의 내전압)에 근접하거나 넘을 징후가 보일 경우, 자동적으로 출력을 낮춰주면 공진 펄스전압의 과도한 상승이 방지된다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 유도가열장치의 출력을 연속적으로 가변되게 함으로써, 가열대상인 조리용기의 열이 섬세하게 조절되어 맛좋은 음식을 요리하는 것이 가능해지도록 하는, 유도가열장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은, 과도한 공진 펄스전압에 의해 스위칭 전력소자가 손상되는 것을 방지함으로써 보다 내구성이 향상된, 유도가열장치를 제공하는 것이다.

도 1 은 종래기술에 의한 유도가열장치의 구성을 나타낸 블럭도.

도 2 는 본 고안에 의한 유도가열장치의 블럭도.

도 3 은 본 고안에 의한 유도가열장치의 상세 회로도.

도 4 는 스타트 신호에 의한 도 3 의 각부분 파형도.

도 5 는 PWM 변화에 의한 전계효과 트랜지스터의 드레인-소스간 저항특성을 나타낸 그래프.

도 6 은 과다 펄스 전압에 의한 과전압 검출수단의 응답특성

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 상용 교류전원 2 : 정류회로

3 : 필터(FILTER) 4 : 조리용기

5 : 유도가열 코일 6 : 공진 캐패시터

7 : 공진회로 8 : 스위칭 전력소자

9 : 버퍼수단 10 : 과전압 검출수단

11 : 위상 검출수단 12 : 단안정 발진수단

13 : 출력 제어수단

14 : 스타트 신호 발생수단 및 온/오프 제어수단

15 : 디지털/아날로그 변환수단 16 : 마이크로 프로세서 수단

17 : 전류 검출수단

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 고안에 따른 유도가열장치의 실시예는, 고속으로 스위칭됨으로써 발생된 자계로 인하여 자계성 가열대상에 와류손(Eddy Current Loss)에 의한 열이 발생되도록 하는 유도가열 코일, 상기 유도가열 코일과 병렬로 접속된 공진 캐패시터를 사용하여 상기 유도가열 코일을 고속으로 스위칭시킴으로써, 상기 유도가열 코일에 자계를 발생시키는 공진회로, 유도가열 코일의 출력을 제어하는 마이크로 프로세서 수단, 상기 마이크로 프로세서 수단의 제어에 의하여 고주파의 스위칭 펄스신호를 발생시키는 단안정 발진수단, 상기 단안정 발진수단을 통해 입수된 펄스파형에 따라 상기 공진회로의 공진 캐패시터에 고주파 전류가 흐르도록 하는 스위칭 전력소자, 상기 공진회로 양단으로부터 위상차 신호를 입수하여 자극신호로 변환한 다음, 상기 단안정 발진수단에 지속적으로 공급하는 위상 검출수단, 유도가열 코일의 출력을 제어하기 위하여 상기 마이크로 프로세서 수단으로부터 제공된 디지털 제어값을 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환수단, 상기 아날로그 신호에 따라 상기 스위칭 펄스신호의 펄스크기를 제어하는 출력 제어수단 및 상기 출력 제어수단과 상기 스위칭 전력소자간을 연결하여, 상기 공진회로로부터 발생된 이상 과전압으로부터 상기 스위칭 전력소자를 보호하는 과전압 검출수단을 포함하여 구성된다.

도 2 는 본 고안에 의한 유도가열장치의 구성을 나타낸 블럭도로서, 도시된 바와 같이, 도 1 의 종래 기술에 전류검출수단(17)과 디지털/아날로그 변환수단(15)과 출력 제어수단(13)과 과전압 검출수단(10)이 추가되었다.

이는 종래의 유도가열장치에 있어서, 듀티 싸이클(Duty Cycle) 제어법으로 출력을 조절하는데 따른 문제점과, 과도한 공진 펄스전압에 의해 스위칭 전력소자가 자주 파손되는 문제점을 개선하기 위한 것이다.

과도한 공진 펄스전압에 의해 스위칭 전력소자(8)가 손상되지 않도록 하기 위해서는 공진 펄스전압이 스위칭 전력소자(8)의 내전압보다 높아지지 않도록 하는 제도적 보완이 구비되어야 한다.

그러나 공진 펄스전압은 유도가열장치의 출력이 클수록 증가하기 때문에, 공진 펄스전압이 허용 임계수준(스위칭 전력소자의 내전압)에 근접하거나 넘을 징후가 보일 경우, 자동적으로 출력을 낮춰주면 공진 펄스전압의 과도한 상승이 방지된다.

이하, 본 고안에 의한 유도가열장치의 바람직한 실시예에 대하여, 도 3 의 본 고안에 의한 유도가열장치를 나타낸 상세 회로도를 참조하여 상세히 설명한다.

상용 교류전원(1)은 유도가열장치의 전원 소스(SOURCE)이고, 정류회로(2)는 상기 교류전원(1)을 직류로 변환하며, 필터(3)는 유도가열장치에서 발생하는 전원 노이즈의 외부방출을 저지한다. 가열대상인 조리용기(4)는 자계성 피가열체이며, 공진회로(7)는 고주파 전기에너지를 자기에너지로 변환하여 조리용기(4)를 가열한다.

스위칭 전력소자(8)는 버퍼수단(9)을 통해 입수한 펄스파형에 따라 컬렉터(COLLECTOR)와 에미터(EMITTER)간을 단속함으로서, 공진회로(7)에 고주파 전류가 흐르게 하여 상기의 에너지 변환이 이뤄지도록 한다.

전류 검출수단(17)은 유도가열장치에 흐르는 전류가 마이크로 프로세서 수단(16)의 제어하에 들어가도록 하기 위하여, 상기 교류전원(1)으로부터 감지된 전류값을 마이크로프로세서 수단(16)에 제공한다.

먼저, 본 고안에 의한 유도가열장치의 초기상태에 대하여 설명하면 다음과 같다.

초기에 유도가열장치에 전원을 투입하거나, 또는 사용 대기중인 경우, 마이크로 프로세서 수단(16)은 단안정 발진수단(12)의 발진작용을 정지시키기 위해 P1 단자에 로직 하이(LOGIC HIGH)를 출력하고, 동작 개시를 부드럽게 하기 위해(SOFT START) 듀티 로우(DUTY LOW)비가 최대인 PWM(Pulse Width Modulation) 펄스를 P6 단자를 통해 출력한다.(도 5 의 P6 참조)

상기와 같은 절차를 통해 초기화가 수행된 이후, 동작 개시를 위해 마이크로 프로세서 수단(16)이 P1 단자를 로직 로우(LOGIC LOW)로 바꾸면, 온/오프 제어수단(14)내 트랜지스터(141)의 컬렉터(COLLECTOR)가 로직 하이가 되어 단안정 발진수단(12)을 활성화한다.

또한 이와 동시에, 스타트 신호 발생수단(14)내 풀업(PULL UP) 저항(143)과 캐패시터(144)를 통해 생성된 미분 펄스가 P2단자로 트리거 출력됨으로서 단안정 발진수단(12)을 발진개시 시킨다.

온/오프 제어수단(14)내의 다이오드(145)와 스타트 신호 발생수단(14)내의 다이오드(142)는, 스타트 신호의 발생과 온/오프의 제어가 트랜지스터(141)에 의해 각기 독립적으로 작용하도록 한다.

상기 단안정 발진수단(14)은 외부(즉, 스타트 신호 발생수단)로부터 자극신 호(트리거; TRIGGER)를 받아야만 발진을 하며, 자극신호의 공급을 중단하면 즉시 발진을 멈추는 특징이 있다. 따라서, 이러한 특성의 단안정 발진기로 끊임없이 연속된 발진 신호를 얻어내기 위해서는, 매 발진 주기마다 자극신호를 넣어주어야 한다.

본 고안에 의한 유도가열장치에서는, 공진회로(7) 양단으로부터 입수한 위상차 신호를 위상 검출수단(11)을 사용하여 자극신호로 변환한 뒤, 단안정 발진수단(12)에 지속적으로 공급한다.

본 고안은, 상시 스스로 발진하는 자려식 발진수단을 사용하지 않고, 외부 자극이 가해져야만 그때그때 한발씩 펄스를 출력하는 다소 불편한 단안정 발진수단을 적용하는데, 그 이유는 공진회로(7)의 공진 시정수와 발진수단(12)의 발진 타이밍을 동기시키기 위해서이다.

공진회로(7)에 흐르는 고주파 전류는, 피가열체인 조리용기(4)를 용해시킬 수 있을 정도의 큰 값이기 때문에, 자칫 구동 타이밍이 조금이라도 흐트러지면 스위칭 전력소자(8)가 사정없이 파손된다.

공진회로(7)의 공진 시정수는 장치의 구조공차와 가열대상인 조리용기의 형상, 재질, 주위 온도변화에 따라 차이가 많이 나는데, 발진 타이밍이 이러한 요인들에 선형적이고 능동적으로 적응하지 못하면, 전술한 바와 같이 전력소자(8)의 빈번한 파손을 피할 수 없게 된다. 때문에 공진회로(7)와 발진회로 간에는 반드시 타이밍적 동기가 이뤄져야 하며, 이는 유도가열장치에 있어서 매우 중요한 과제이다.

따라서 본 고안에서는 공진회로(7)와 발진회로를 가장 손쉽게 동기시키기 위 하여 단안정 발진수단(12)을 도입하였다.

단안정 발진수단(12)에 있어서, V12b는 컴페레이터(127)의 반전 입력단(-) 기준전압이고, V12a는 컴페레이터(127)의 비 반전 입력단(+) 기준전압이다. 상기 V12b와 V12a는 서로가 교류적으로 임피던스 0 이고, 직류적으로 항시 V12b > V12a 의 관계를 유지하기 때문에, 컴페레이터(127)의 출력은 통상 로직 로우((LOGIC LOW) 상태를 유지한다.

또한 단안정 발진수단(12)내의 저항(121)과 저항(122)은 미분회로의 방전통로와 비 반전 입력단(+)의 바이어스 공급을 겸하며, 저항(125)과 저항(126)은 정궤환 미분펄스의 펄스크기 제어용으로서 이들 값을 변화시킴으로써 출력을 제어할 수 있다.

도 4 는 스타트 신호에 의한 도 3 의 각 부분 파형을 나타낸 것으로, 이를 참조하여 본 고안에 의한 유도가열장치의 동작 사이클에 대하여 설명한다.

동작 개시를 위해 도 4 의 P1에 나타낸 바와 같이, 마이크로 프로세서 수단(16)의 P1 단자가 로직 하이(LOGIC HIGH)에서 로직 로우(LOGIC LOW)로 바뀌면, 온/오프 제어수단(14)의 트랜지스터(141)의 컬렉터가 반전되어 로직 하이(LOGIC HIGH)가 되므로, 단안정 발진수단(12)의 컴페레이터(127)가 활성화된다.

동시에 도 4 의 P2에 나타낸 바와 같이, P2 단자로 입력된 미분 펄스는 아주 짧은 동안 다이오드(124)를 통해 컴페레이터(127)의 비반전 입력단(+)에 인가되어, 컴페레이터(127)의 출력이 로우(LOW)에서 하이(HIGH)로 바뀌게 한 후 바로 소멸된다.

이를 그대로 두면 출력 펄스폭이 매우 짧아(수 마이크로 초), 결국 스위칭 전력소자(8)를 구동시킬 수 없다. 스위칭 전력소자(8)가 정상적으로 도통되도록 하기 위해서는 컴페레이터(127)의 출력을 적어도 수십 마이크로 초 정도동안 하이(HIGH)로 유지시켜 주어야 한다.

따라서 본 고안에서는 컴페레이터(127)의 출력을 일정기간(수십 마이크로초) 동안 하이(HIGH)로 묶어두기 위하여, 미분 펄스를 정궤환 시키는 펄스 궤환법을 적용하였다.

도 4 의 P2에 나타낸 바와 같은 P2 트리거에 의해 컴페레이터(127) 출력이 일단 하이(HIGH)가 되면, 이와 동시에 궤환 캐패시터(129)가 충전된다. 캐패시터(129)의 충전 전압은 분압저항(125)과 전계효과 트랜지스터(132)의 드레인(DRAIN)-소스(SOURCE)간 저항(Rds)에 의해 일부 감쇄된 후, 또 하나의 분압저항(126)을 통해 컴페레이터(127)의 비 반전 입력단(+)에 인가된다.

비반전 입력단(+)에 인가된 궤환 캐패시터(129)의 충전 전압은 인가 초기에는 V12b보다 높지만, 분압저항(125)과 Rds를 통해 서서히 방전되면서 V12b 이하로 낮아지는데, 컴페레이터(127)의 출력 P4가 하이(HIGH) 상태를 유지하는 것은 상기 궤환 캐패시터(129)의 충전전압이 V12b보다 높은 동안이다.

유도가열장치의 출력, 즉 유도가열 코일(5)의 출력은 공진회로(7)에 흘려주는 펄스 전류량에 의해 좌우되는데, 이는 결국 버퍼수단(9)을 통해 스위칭 전력소자(8)에 인가되는 구동펄스 P4'의 하이(HIGH) 폭에 따라 결정된다. 즉, 구동펄스의 하이(HIGH)폭을 늘려주면 출력이 증가하고, 반대로 하이(HIGH)폭을 줄여주면 출력 이 감소한다.

따라서, 컴페레이터(127)의 출력 P4는 버퍼수단(9)을 통해 결국 스위칭 전력소자(8)의 구동신호 P4'가 되므로, 분압저항(125)과 Rds의 변화에 의한 하이(HIGH) 폭 변경은 출력 제어의 기본 메커니즘으로 작용한다.

상기 디지털/아날로그 변환수단(15)은 정전압 발생부(152)를 구비하여 안정화된 기준 전압을 생성하고, 상기 생성된 기준 전압을 저항(154)을 통해 파이(π)형 필터(153,155,156,157)에 공급한다.

이와같이 디지털/아날로그 변환수단(15) 내에 정전압 발생부(152)를 구비한 이유는, 이곳에서 출력되는 아날로그 신호가 결국 유도가열장치의 출력을 결정하는 기본 요소가 되므로, 매우 정확한 기준 전압원을 필요로 하기 때문이다.

도 5 는 PWM 변화에 의한 전계효과 트랜지스터(132)의 Rds 특성을 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 마이크로 프로세서 수단(16)의 P6 단자로부터 출력된 펄스폭 변조(PWM) 신호 P6는 저항(153)과 캐패시터(155), 저항(156)과 캐패시터(157)로 구성된 파이(π)형 필터를 통해, 아날로그 신호로 변환된 후 출력 제어수단(13)으로 공급된다.

디지털/아날로그 변환수단(15)으로부터 출력 제어수단(13)으로 입력된 상기 아날로그 신호는 저항(131)을 통해 전계효과 트랜지스터(132)의 게이트(GATE)에 인가되어, 전계효과 트랜지스터(132)의 Rds 특성을 변화시킨다.

즉, 아날로그 신호전압이 높으면 Rds값이 낮아져 궤환 커패시터(129)에 충전된 펄스전압의 방전이 촉진되므로 결과적으로 출력이 감소되고, 역으로 아날로그 신호전압이 낮아지면 Rds값이 높아지므로 반대로 출력이 증가한다.

도 5 는 마이크로 프로세서 수단(16)이 출력하는 PWM 파형 P6의 형상에 따라, 전계효과 트랜지스터(132)의 Rds 특성이 변화하는 모습을 보여준다.

유도가열장치에서 두 번째로 중요한 것은 공진회로의 과전압으로부터 스위칭 전력소자(8)를 보호하는 일이다. 여기에서 언급하는 과전압이라 함은 스위칭 전력소자(8)의 컬렉터에 걸리는 공진전압이 컬렉터와 에미터간 절대정격 내전압에 근접하거나 이를 넘는 과도한 전압을 의미한다.

본 고안은 전술한 바와 같은 여러 가지 원인에 의해 발생할 수 있는 과전압으로부터 스위칭 전력소자(8)를 보호하기 위해, 출력 제어수단(13)과 스위칭 전력소자(8)간을 연결하는 과전압 검출수단(10)을 구비한다.

도 6 은 과다 펄스전압에 의한 과전압 검출수단(10)의 응답특성을 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 과전압 검출수단(10)내의 저항(101)과 저항(102)은 P5에 발생한 과전압을 제너전압보다 약간 높은 수준으로 낮춰서 제너효과 다이오드(103)에 역방향으로 인가한다.

제너효과 다이오드(103)에 역방향으로 인가된 전압이 제너전압보다 높으면, 제너효과 다이오드(103)는 바이패스 저항(104)을 통해 통전된다. 이때 바이패스 저항(104) 양단에는 일정 수준의 전압강하가 발생하는데, 이는 임피던스가 매우 높기 때문에 에미터 폴로워 구동방식을 통해 임피던스를 낮춰서 출력 제어수단(13)에 인가해 주어야 한다. 따라서 트랜지스터(106)는 컬렉터가 VCC에 접속되고 베이스에 신호를 가한 후 에미터에서 출력을 얻는, 전형적인 에미터 폴로워 구동 방식을 사 용한다.

저항(105)은 트랜지스터(106)의 베이스로 인가되는 전류를 제한하고, 캐패시터(108)는 에미터에 흐르는 펄스 전류를 충전하여 연속된 직류신호로 만들며, 다이오드(107)는 캐패시터(108)에 모인 과전압 검출 신호를 출력 제어수단(13)으로 인가한다.

전술한 바와 같이 출력 제어수단(13)내 전계효과 트랜지스터(132) 게이트에 높은 전압을 인가하면 전계효과 트랜지스터(132)의 Rds가 낮아져서 출력이 감소되므로, 결과적으로 스위칭 전력소자(8)의 파손이 예방된다.

상기와 같이 구성되는 본 고안에 의한 유도가열장치는, 고주파 유도가열 조리장치뿐만이 아니라 유도가열이 필요한 모든 종류의 장치, 즉 유도가열 용접기 또는 유도가열 용해로 등에 사용이 가능한 것은 자명한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 고안에 있어서, 개시되는 고안중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은, 아날로그 제어법을 사용하여 유도가열장치의 출력을 저출력에서 고출력까지 연속적으로 매끄럽게 이어서 제어함으로서, 가열대상인 조리용기의 온도가 매우 섬세하게 조절되어, 듀티 싸이클 제어법을 적용한 종래의 유도가열장치에 비하여 조리할 수 있는 음식의 종류가 매우 다양하고 음식의 맛도 아주 우수한 장점이 있다.

또한 본 고안은 과전압 검출수단을 구비하여, 과도한 공진 펄스전압에 의해 스위칭 전력소자가 손상되는 것을 방지함으로서, 보다 내구성이 향상된 장치를 구성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 고속으로 스위칭됨으로써 발생된 자계로 인하여 자계성 가열대상에 와류손(Eddy Current Loss)에 의한 열이 발생되도록 하는 유도가열 코일과;

   상기 유도가열 코일과 병렬로 접속된 공진 캐패시터를 사용하여 상기 유도가열 코일을 고속으로 스위칭시킴으로써, 상기 유도가열 코일에 자계를 발생시키는 공진회로;

   유도가열 코일의 출력을 제어하는 마이크로 프로세서 수단;

   상기 마이크로 프로세서 수단의 제어에 의하여 고주파의 스위칭 펄스신호를 발생시키는 단안정 발진수단;

   상기 단안정 발진수단을 통해 입수된 펄스파형에 따라 상기 공진회로의 공진 캐패시터에 고주파 전류가 흐르도록 하는 스위칭 전력소자;

   상기 공진회로 양단으로부터 위상차 신호를 입수하여 자극신호로 변환한 다음, 상기 단안정 발진수단에 지속적으로 공급하는 위상 검출수단;

   유도가열 코일의 출력을 제어하기 위하여 상기 마이크로 프로세서 수단으로부터 제공된 디지털 제어값을 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환수단;

   상기 아날로그 신호에 따라 상기 스위칭 펄스신호의 펄스크기를 제어하는 출력 제어수단; 및

   상기 출력 제어수단과 상기 스위칭 전력소자간을 연결하여, 상기 공진회로로부터 발생된 이상 과전압으로부터 상기 스위칭 전력소자를 보호하는 과전압 검출수단을 포함하여 구성되는, 유도가열장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 검출수단은,

   상기 공진회로의 공진 시정수와 상기 발진기의 발진 타이밍을 동기시키기 위하여, 매 발진주기마다 상기 단안정 발진수단으로 상기 자극신호를 지속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 유도가열장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 디지털/아날로그 변환수단은, 안정화된 기준전압을 생성하기 위하여 정전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 유도가열장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 단안정 발진수단은,

   상기 스위칭 전력소자가 정상적으로 도통되도록 하기 위하여, 미분펄스를 정궤환시킴으로써 로직 하이(LOGIC HIGH) 출력을 유지하는 펄스 궤환 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유도가열장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 단안정 발진수단 은,

   상기 마이크로 프로세서 수단으로부터 제공된 PWM(Pulse Width Modulation) 형태의 디지털 제어값으로부터 변환된 아날로그 신호에 의하여, 상기 단안정 발진수단으로부터 발생되는 스위칭 펄스신호의 펄스크기를 제어함으로써 유도가열 코일의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 유도가열장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 디지털/아날로그 변환수단은, 상기 마이크로 프로세서 수단으로부터 제공된 PWM 형태의 디지털 제어값을, 상기 디지털 제어값에 해당하는 크기의 아날로그 신호로 변환하는 파이(π)형 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 유도가열장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 출력 제어수단은, 상기 디지털/아날로그 변환수단으로부터 제공된 아날로그 신호의 크기에 의하여 드레인-소스간 저항(Rds)의 값이 변화되는 전계효과 트랜지스터(FET)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 유도가열장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 과전압 검출수단은, 상기 스위칭 전력소자에서 발생된 과전압을 입력받는 제너효과 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 유도가열장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 과전압 검출수단은, 상기 제너효과 다이오드를 통해 제공된 신호의 임피던스를 낮춰서 상기 출력 제어수단으로 인가하는 에미터 폴로워로 구성된 출력단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 유도가열장치.