KR20020010194A

KR20020010194A - 전자렌지

Info

Publication number: KR20020010194A
Application number: KR1020000043477A
Authority: KR
Inventors: 조영원; 이성호; 김태수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2002-02-04
Also published as: GB0031547D0; DE10124217B4; JP3828384B2; GB2366100B; KR100399134B1; CN1336514A; GB2366100A; CN1172117C; US6335519B1; JP2002056966A; DE10124217A1

Abstract

본 발명은, 상용교류전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 상용교류전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활부와; 상기 정류 및 평활부로부터의 직류전원에 의해 고전압을 발생시키는 고압트랜스포머와, 상기 고압트랜스포머로부터 고전압을 공급받아 전자파를 발생시키는 마그네트론을 갖는 전자렌지에 관한 것이다. 본 전자렌지는 제어신호를 발생하는 신호발생부와; 상기 정류 및 평활부로부터의 직류전원을 상기 제어신호에 기초하여 고주파의 교류전원으로 전환하는 인버터부와; 상기 고압트랜스포머에 의해 변환되어 상기 마그네트론으로 제공되는 상기 제어신호가 소정의 적정범위내에 있는 지를 판단하여 상기 제어신호가 소정의 적정범위를 벗어난 경우 상기 인버터부로 인가되는 것을 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 이상 제어신호를 제어할 수 있어 시스템을 더욱 안전하게 보호할 수 있다.

Description

전자렌지{Microwave Oven}

본원 발명은 전자렌지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인버터부로 인가되는 제어신호를 제어하는 전자렌지에 관한 것이다.

일반적으로 전자렌지는 철심형 고압트랜스포머(고압트랜스포머)의 1차측에 상용교류전원(AC)을 직접 인가하여 2차 고전압을 얻는다. 이러한 전자렌지의 동작 원리는 마그네트론에 마련되어 있는 음극 필라멘트를 가열하고, 약 4천 볼트의 고전압을 인가하면 마그네트론이 발진하여 초단파 에너지가 방사된다. 초단파 에너지는 폐쇄된 일정 공간 내에서 수분 또는 수분을 함유한 대상물(즉, 음식 재료 등)을 만나면 열에너지로 변환되며, 이러한 전자렌지의 특성에 의하여 요리를 수행할 수 있다.

도 9는 종래 발명에 따른 개략적인 제어블럭도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 전자렌지는 전원공급장치(51)와, 전원공급장치를 통해 공급된 전원에 의해 고전압을 발생시키는 고압트랜스포머(53)와, 고압트랜스포머(53)에서 발생된 고전압에 의해 전자파를 발생시켜 도시 않은 조리실내에 수용된 음식물을 가열하는 마그네트론(55)과, 전압 및 주파수 등의 공급을 온오프 조절할 수 있는릴레이(Realy)(57)와, 전원공급장치(51)로부터 전원이 공급되면 고압트랜스포머(53), 마그네트론(55), 릴레이(57)를 제어하는 제어부(59)를 갖는다.

이와 같은 구성에 의하여, 전원공급장치(51)로부터 전원이 공급되고 제어부(59)의 제어에 의해 릴레이(57)가 통전되면 고압트랜스포머(53) 1차측에 전류가 흐르게 되며, 이에 의해 고압트랜스포머(55) 2차측에 전압이 유기된다. 이때 고압트랜스포머(55)의 2차측 권선에는 마그네트론(55)의 필라멘트를 가열하기 위한 수 볼트의 전압과 마그네트론의 발진을 위한 수천 볼트의 전압이 제공된다. 한편, 마그네트론(55)의 음극에는 직류를 걸어 주어야 하기 때문에, 정류작용과 평활작용을 수행하는 정류 및 평활수단이 마련되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 전자렌지에 있어서는, 철심형 고압트랜스포머(53)는 코어의 재질이 일반 트랜스포머에서 사용하는 규소강판 이기 때문에, 무게가 매우 무겁고 부피가 커서 취급이 불편하고 제조비용이 상승한다. 또한, 고압트랜스포머(53)의 고출력을 위해서는 고압트랜스포머(53)의 2차측 권선의 턴수를 증가시켜야 하기 때문에 고압트랜스포머(53)의 크기는 더욱 커지게 된다는 문제점을 가지고 있다.

또한, 종래의 전자렌지는 출력을 조절함에 있어, 낮은 출력부터 높은 출력까지 연속적으로 이어서 제어하는 아날로그 제어를 수행하는 것이 불가능하여 전원공급장치(51)에서 공급되는 최대정격출력의 파워를 온시간과 오프시간 비로 제어하는 듀티사이클 제어방법을 사용한다. 이 듀티사이클 제어방법은 온시간을 짧게 주고오프시간을 길게 주면 저출력이 되고, 반대로 온 시간을 길게 주고 오프 시간을 짧게 주면 고출력이 되도록 하는 이치를 이용한 것이다.

그러나 이러한 듀티사이클 제어방법을 이용하는 경우에 있어서는, 조리 대상에 제공되는 온도변이가 매우 크기 때문에 조리효율을 떨어뜨릴 수 있으며 이로 인하여 음식의 맛이 저하시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 2차 고전압의 조절 즉, 고전압의 출력을 아날로그적으로 연속 가변하게 할 수 있어 고출력을 생성할 수 있으며, 이로 인해 조리효율을 향상시키고 조리물의 맛을 향상시킬 수 있도록 하는 전자렌지에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고전압 발생장치를 소형화 경량화 함으로써, 취급 및 설치를 용이하게 할 수 있으며, 제조비용을 절감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 인버터부로 인가되는 신호를 가변제어하여 인버터부에서 원하는 출력을 조절할 수 있도록 하는 전자렌지에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자렌지의 제어블럭도,

도 2는 도 1의 제어블럭도의 상세회로도,

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전자렌지의 제어블럭도,

도 4는 도 3의 제어블럭도의 상세회로도,

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 상세회로도,

도 6은 도 2에 따른 각 부분의 전위 및 파형을 도시한 그래프,

도 7은 역률개선 소스신호에 직류를 중첩한 파형을 도시한 그래프,

도 8은 검출부의 동작 특성을 도시한 그래프,

도 9는 종래 발명에 따른 개략적인 제어블럭도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 저전압오프부 2 : D/A변환부

3 : 온오프 및 소프트스타트부 4 : 출력제어부

5 : 검출부 6 : 공진부

7 : 전원공급부 8 : 정류 및 평활부

21 : 발진부 24 : 고압트랜스포머

25 : 마그네트론 26 : 신호발생부

27 : 스위칭부 28 : 비교기

29 : 트랜지스터 30 : 인버터부

31 : 신호입력부 40 : 제어부

본 발명에 따라, 상기 목적은, 상용교류전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 상용교류전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활부와; 상기 정류 및 평활부로부터의 직류전원에 의해 고전압을 발생시키는 고압트랜스포머와, 상기 고압트랜스포머로부터 고전압을 공급받아 전자파를 발생시키는 마그네트론을 갖는 전자렌지에 있어서, 제어신호를 발생하는 신호발생부와; 상기 정류 및 평활부로부터의 직류전원을 상기 제어신호에 기초하여 고주파의 교류전원으로 전환하는 인버터부와; 상기 고압트랜스포머에 의해 변환되어 상기 마그네트론으로 제공되는 상기 제어신호가 소정의 적정범위내에 있는 지를 판단하여 상기 제어신호가 소정의 적정범위를 벗어난 경우 상기 인버터부로 인가되는 것을 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

기준전압신호를 입력하는 기준전압 신호입력부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 마그네트론으로 제공되는 상기 제어신호와 상기 신호입력부로부터의 상기 기준전압신호를 비교하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 신호발생부에서 입력된 제어신호를 변환하는 D/A변환부와; 상기 D/A변환부에서 변환되어 입력된 상기 제어신호를 제어하여 출력하는 출력제어부와; 상기 출력제어부에서 출력된 신호의 주기를 가변하여 상기 인버터부로 입력하는 발진부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 제어신호에 따라 상기 발진부의 발진온오프 및 소프트스타트를 제어하는 온오프 및 소프트스타트부를 포함하는 것이 더욱 효과적이다.

상기 제어부는, 상기 전원공급부를 통해 이상전원이 입력되면 상기 온오프 및 소프트스타트부와 상기 D/A변환부로 정지신호를 출력하는 저전압오프부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 제어신호가 상기 소정의 적정범위를 벗어나지 않는 경우 상기 출력제어부의 입력단으로 상기 제어신호를 인가하는 것이 효과적이다.

상기 출력제어부는 상기 외부저항값 변경을 위해 전계효과 트랜지스터의 드레인-소스간 저항 특성을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 발진부는 상기 직류전원을 스위칭하여 교류전원으로 바꿔주는 스위칭부를 갖는 것이 바람직하며, 상기 스위칭부는 한 쌍의 스위칭전력소자인 것이 효과적이다.

상기 제어부는 상기 소정의 적정범위를 벗어나지 않는 경우 상기 스위칭부의 입력단으로 상기 제어신호를 인가하는 것이 바람직하다.

상기 스위칭부의 입력단에는 외부저항값변경을 위한 트랜지스터를 마련하는 것이 바람직하다.

상기 온오프 및 소프트스타트부는 소프트스타트를 위해 전계효과 트랜지스터의 드레인-소스간 저항 특성을 이용하는 것이 효과적이다.

상기 저전압오프부는 트랜지스터가 포토커플러와 직렬로 접속되어 논리곱(AND) 로직 형태로 구성되는 것이 효과적이다.

상기 제어부는 상기 제어신호를 분기시켜 상기 D/A변환부와 상기 온오프 및 소프트스타트부로 입력시키는 것이 바람직하다.

상기 HVT는 고주파 손실이 적은 페리이트코어로 구성된 것이 효과적이다.

상기 제어부는, 상기 신호발생부로부터의 상기 제어신호를 수령하여 소정의 적정범위내에 있는지를 판단하여, 상기 제어신호가 상기 적정범위를 벗어나는 경우 상기 제어신호가 상기 인버터부로 인가되는 것을 차단하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 제어신호가 적정범위내에 있는 것으로 판단되면 상기 제어신호를 상기 인버터부로 제공하며, 상기 인버터부를 거친 상기 제어신호를 수령하여 상기 소정의 적정범위내에 있는 지를 판단하여 상기 제어신호가 상기 적정범위를 벗어나는 경우 상기 제어신호가 상기 인버터부로 인가되는 것을 차단하는것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전자렌지의 제어블럭도이고, 도 2는 도 1의 제어블럭도의 상세회로도이며, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전자렌지의 제어블럭도이고, 도 4는 도 3의 제어블럭도의 상세회로도이며, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 상세회로도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 전자렌지는, 상용교류전원을 공급하는 전원공급부(7)와, 전원공급부(7)로부터 공급된 전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활부(8)와, 공급된 상용교류전원에 의해 고전압을 발생하는 고압트랜스포머(24)와, 고압트랜스포머(24)에서 발생된 고전압에 의해 전자파를 발생하는 마그네트론(25)을 갖는다.

상용교류전원(7)은 본 전자렌지로 전원을 공급하는 전원소스(SOURCE)이고, 정류 및 평활부(8)에는 도시 않은 리액터와 평활캐패시터가 연결되어 인버터 노이즈의 외부 방출을 막아준다. 또한, 정류 및 평활부(8)와 연결되어 있는 저항(19)과 평활캐패시터(20)는, 정류소자(8)에서 정류된 대략 310V 수준의 높은 직류전압을 약15V수준으로 낮추어 반도체 구동 전원으로 이용되도록 한다.

본 발명에 따른 전자렌지는, 제어신호를 입력하는 신호발생부(26)와, 고압트랜스포머(24)의 1차측 코일과 연결되어 정류 및 평활부(8)로부터 정류 및 평활된 직류전원과 신호발생부(26)에서 입력된 제어신호에 기초하여 고압트랜스포머(24)의 2차측 코일로 입력하여 고주파의 교류전원으로 전환하는 인버터부(30)를 가지며, 고압트랜스포머(24)에 의해 변환되어 마그네트론(25)으로 제공되는 제어신호가 소정의 적정범위내에 있는 지를 판단하여 제어신호가 소정의 적정범위를 벗어난 경우 인버터부(30)로 제어신호가 인가되는 것을 차단하는 제어부(40)를 갖는다.

전자렌지에는 인버터부(30)와 고압트랜스포머(24)를 거쳐 마그네트론(25)으로 인가되는 제어신호가 소정의 적정범위내에 있는 지를 판단하기 위하여 기준전압신호를 입력하는 신호입력부(31)가 더 마련되어 있다. 인버터부(30)에는 고압트랜스포머(24)의 1차 코일과 직렬로 접속되어 공진작용을 수행하는 공진부(6)가 마련되어 있다.

한편, 제어부(40)는 신호발생부(26)로부터의 제어신호를 아날로그신호로 변환하는 D/A변환부(2)와, D/A변환부(2)에서 변환된 제어신호를 검출하는 검출부(5)와, 검출부(5)에서 검출된 제어신호를 제어하여 출력하는 출력제어부(4)와, 출력제어부(4)에서 출력된 제어신호의 주기를 가변하여 인버터부(30)로 인가하는 발진부(21)를 갖는다. 발진부(21)는 직류전원을 스위칭하여 교류전원으로 바꿔주는 스위칭부(27)를 가지며, 스위칭부(27)에는 한 쌍의 스위칭전력소자(22,23)가 마련되어 있다.

제어부(40)는, 신호발생부(26)로부터 입력된 제어신호에 따라 발진부(21)의 온오프 및 소프트스타트를 제어하는 온오프 및 소프트스타트부(3)와, 전원공급부(7)를 통해 입력된 상용교류전원이 이상임이 판단되면 온오프 및 소프트스타트부(3)와 D/A변환부(2)로 정지신호를 출력하는 저전압오프부(21)를 갖는다. 제어부(40)에는 고압트랜스포머(24)로부터 변환되어 마그네트론(25)으로 공급되는 제어신호와 기준신호입력부(31)로부터의 기준전압신호를 비교하는 별도의비교기(28)가 더 마련되어 있다.

제어부(40)는 비교기(28)에서 마그네트론(25)으로 공급되는 제어신호와 신호입력부(31)로부터의 기준전압신호를 비교하여 보다 높은 것으로 판단된 경우, 제어신호가 인버터부(30)로 인가되는 것을 차단한다. 한편, 제어부(40)는, 도 2 및 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 마그네트론(25)으로 인가되는 제어신호가 신호입력부(31)로부터의 기준전압신호를 벗어나지 않는 것으로 판단된 경우에는, 출력제어부(4) 또는 발진부(21)의 입력단 또는 출력단으로 제어신호를 피드백(Feed Back)입력할 수 있다.

피드백신호가 기준전압신호보다 높은 경우, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 출력제어부(4)를 단속하여 동작을 중단할 수 있다. 또한, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 발진부(21)의 입력단측 또는 스위칭부(27)의 입력단측에는 외부저항값변경을 위한 트랜지스터(29)를 마련하여, 피드백신호가 기준전압신호보다 높을 때, 트랜지스터(29)를 이용하여 스위칭부(27)로 인가되는 신호를 차단할 수 있다.

도 2에서 제어신호를 출력제어부(4)로 입력하는 것은 신호발생부(26)에서 인가되는 제어신호와 함께 신호를 반복적으로 인가할 수 있어 구동시간을 짧게 하여 출력을 조절할 수 있으며, 도 4에서 제어신호를 발진부(21)의 스위칭부(27)측으로 인가하는 것은 마그네트론(25)으로 인가된 제어신호의 이상상태를 검출하여 회로를 보호하는 역할을 할 수 있다.

본 발명에 적용된 고압트랜스포머(24)는, 반도체 발진을 통한 높은 주파수(약 20Khz)로 구동되기 때문에, 고주파 손실이 매우 적은 페라이트코어를 사용하였다. 페라이트코어를 사용한 고압트랜스포머(24)는 종래의 철심형 고압트랜스포머에 비해, 부피는 약 1/4, 무게는 약 1/20 이하이다. 또한, 본 발명에서의 고압트랜스포머(24)는 반도체발진을 통해 고주파로 구동하는 것이기 때문에 2차측 코일의 턴수를 증가시키지 않아도 된다.

이와 같은 구성에 의하여, 제어부(40)는 신호발생부(26)로부터 입력된 제어신호를 분기하여 D/A변환부(2)와 온오프 및 소프트스타트부(3)로 각각 입력시킨다. 이하에서는 D/A변환부(2)로 입력된 제어신호의 흐름을 설명하기로 한다.

D/A변환부(2)로 입력된 제어신호는 아날로그신호로 변환되어 검출부(5)로 인가되며, 검출부(5)로 인가된 제어신호가 소정의 적정범위내에 있는 것으로 판단되는 경우 출력제어부(4)의 입력단으로 제공된다. 출력제어부(4)로 제공된 제어신호는 발진부(21)에서 가변되어 인버터부(30)로 입력되어 고주파의 교류전원으로 변환되어 고압트랜스포머(24)의 1차측 및 2차측 코일을 거쳐 마그네트론(25)의 전자파 발생을 일으킨다.

이때, 인버터부(30)로부터 고압트랜스포머(24)측으로 공급되는 제어신호는 검출부(5)에 의해 검출된다. 검출부(5)에서 검출된 제어신호가 소정의 적정범위내에 있는지를 재판단하여 적정범위 내에 있는 것으로 판단된 경우 출력제어부(4) 입력단측으로의 제어신호 인가를 허용한다. 만약, 제어신호가 적정범위내에 있는 것으로 판단되지 않는 경우에 있어서는, 출력제어부(4)의 입력단측으로 제어신호가 인가되는 것을 차단함으로써, 회로를 안정화시킬 수 있다.

한편, 제어부(40)는 인버터부(30)와 고압트랜스포머(24)를 거쳐 마그네트론(25)으로 인가되는 제어신호가 적정범위내에 있는 지를 판단하여, 제어신호가 적정범위를 벗어나는 경우 인버터부(30)로 제어신호가 인가되는 것을 차단하며, 그렇지 않은 경우에는 발진부(21) 또는 출력제어부(4) 측으로 제어신호를 입력한다.

이하에서는 제어부(40)를 이루는 D/A변환부(2), 온오프 및 소프트스타부(3), 발진부(21), 출력제어부(4) 등 각 구성부를 보다 상세하게 도시한 도 2 및 도 3, 도 4에 의해 본 발명의 구체적인 제어흐름을 설명하기로 한다.

본 발명에서는 초기에 전자레인지에 전원을 투입하거나, 또는 사용 대기중인 경우, 포토커플러(18)의 입력단에 아무런 신호도 주지 않기 때문에 인버터부(30)의 동작이 정지된다. 인버터부(30)의 동작이 정지된다는 것은 인버터부(30)의 발진이 멈추었다는 것을 의미하는 것으로, 인버터부(30)가 발진을 개시하기 위해서는 포토커플러(18)의 입력단(P1)에 연속적인 PWM파형을 인가한다.

본 발명의 포토커플러(18)에 인가하는 PWM 파형은 인버터부(30)를 온(발진 개시)시키는 작용과, PWM파형의 펄스폭 변화에 따라 발진부(21)의 발진 주파수가 가변되어 결국 인버터부(30)의 출력을 조절하는 역할을 수행한다.

우선 본 발명에 의한 인버터 장치에 있어서, 온오프 동작과 출력 조절부분에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

온오프 및 소프트스타트부(3)에 포토커플러(18)를 통해 PWM파형이 인가되지 않을 때, 트랜지스터(306)는 풀업(PULL UP)저항(302)과 평활 캐패시터(303)에 의해베이스(BASE) 바이어스(BIAS)가 걸려 도통(TURN ON)된 상태가 된다. 이에 의해 전계효과 트랜지스터(310)의 게이트(GATE) 전위는 최저가 되어 전계효과 트랜지스터(310)의 드레인-소스(DRAIN-SOURCE)간 저항이 무한대가 된다. 따라서, 캐패시터(311)가 발진부(21)로부터 분리된 것과 같은 결과가 되어 발진부(21)의 발진이 정지된다. 즉, 인버터오프(OFF)상태가 유지된다.

포토커플러(18)를 통해 온오프 및 소프트스타트부(3)에 PWM 파형이 인가되는 경우 방향다이오드(301)를 통해 트랜지스터의 베이스 바이어스가 빠져나가, 트랜지스터(306)가 오프(OFF)상태가 된다. 이때 제너 다이오드(304)는 트랜지스터(306)의 베이스 잔류 바이어스를 차단하여 트랜지스터(306)가 완전한 오프 상태가 되도록 한다. 트랜지스터(306)가 오프되면 풀업저항(305)과 게이트저항(307)을 통해 VCC전압이 서서히 평활캐패시터(308)에 충전된다. 따라서, 전계효과트랜지스터(310)의 드레인-소스간 저항은 서서히 감소하면서, 발진 캐패시터(311)와 발진부(21)가 결합된다. 발진부(21)와 발진캐패시터(311)가 결합되면 드디어 발진이 개시되는데, 이들 두 소자를 결합하고 분리하는 매체는 전술한 바와 같이 전계효과트랜지스터(310)의 드레인-소스간 저항이다. 전계효과트랜지스터(310)가 초기 온 할 때와 같이, 드레인-소스간 저항이 높은 경우, 등가적으로 캐패시터(311)의 용량이 적은 것과 같은 상태가 되어 발진 주파수가 높게되고, 반대로 전계효과트랜지스터(310)가 온 된 경우, 드레인-소스간 저항은 무시할 수 있을 정도의 낮은 값이 되어, 캐패시터(311)가 가지고 있는 용량 전체에 대한 발진이 이뤄진다.

발진주파수가 높으면 인버터 출력이 줄어드는 것은 전술한 바와 같으며, 인버터가 발진 개시할 때는 가능한 한 높은 주파수에서 시작하여, 출력이 최소가 되게 한 후 주파수를 서서히 낮춰 원하는 출력상태가 되도록 해야만 각종 전력소자들에 무리가 가지 않는데, 이러한 고려를 소프트 스타트(SOFT START)라 한다. 소프트스타트의 특성은 인버터부의 수명과 직결된 매우 중요한 요소로서, 본 발명에서는 전계효과트랜지스터의 드레인-소스간 저항 특성을 이용하여 이를 실현하였다.

출력조절부분의 고찰에 있어서, 발진부(21)는 구조적으로 외부저항(RT)과 캐패시터(CT)를 접속하면 스스로 발진하여 스위칭소자(22,23)의 게이트 펄스를 만들어 내는데, 여기에서 RT = 저항(404)/{저항(403)+드레인-소스간 저항(402)} 이고, CT = 캐패시터(311)이다.

또한, 발진부(21)의 발진 주파수를 결정하는 식 Fo = 1/(1.4*(RT+75)*CT)에서 알 수 있듯이, 발진주파수를 가변하기 위해서는 외부저항값을 변경하면 되는데, 본 발명에 의한 인버터부에서는 외부저항값 변경을 위해 역시 전계효과트랜지스터(402)의 드레인-소스간 저항특성을 이용한다.

발진주파수의 변경은 전술한 바와 같이 인버터 출력을 제어한다는 목적 외에도, 역률(POWER FACTOR)을 개선 하고자 하는 중요한 목적이 있다. 역률 개선에 대한 고려가 없는 경우 인버터의 출력 즉, 고압트랜스포머(24)의 2차 고전압은 공급전압에 비례하여 그 크기가 정해진다. 이 공급 전압은 상용 교류전원을 정류한 맥류 파형이기 때문에 2차 고전압 역시 맥류 파형과 굴곡이 같은 파형이 되어, 결국 마그네트론 발진관은 2차 고전압의 상사점(상용 교류신호의 90°와 270°) 부근에서만 작동을 한다. 그리고, 그 이외의 제로크로싱(상용 교류전원의 0°와 180°) 부근에서는 2차 고전압이 낮은 관계로 동작이 정지된다.

이는 전기 에너지의 효율을 매우 악화시키는 결과가 될 뿐만 아니라, 마그네트론 발진관의 수명에도 심각한 지장을 초래한다. 따라서, 마그네트론 발진관의 동작은 상용 교류전원 파형 전 구간에 걸쳐 가능한 저항과 유사한 부하특성을 갖도록 하는 것이 가장 이상적이다. 이와 같은 역률에 대한 상세한 동작 설명은 후술하기로 한다.

포토 커플러(18)의 입력단에 PWM파형이 인가되면, D/A변환부(2)의 아날로그 전압값(P2)은 PWM파형의 하이,로(HI,LO) 비율에 따라 높낮이가 결정된다. PWM파형의 하이(HI) 비가 많은 경우(P2)에는 전압이 낮아져서, 결국 전계효과트랜지스터(402)의 드레인 소스간 저항값이 증가하여 발진 주파수가 낮아지고, 따라서 인버터의 출력이 증가한다. 풀업 저항(201)은 전계효과 트랜지스터(402)의 게이트(GATE) 바이어스 전압용이고, 저항(203)과 캐패시터(204) 그리고 저항(205)은 π형 휠터로서, 디지탈량으로 주어진 PWM파형을 아날로그 전압으로 변환하여 게이트저항(401)을 통해 전계효과 트랜지스터(310)에 가해진다.

도 6은 도 2에 따른 각 부분의 전위 및 파형을 도시한 그래프이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 역률을 개선하는 동작은 전술한 바와 같이 마그네트론(25)가 어느 특정 위상각 부근에서만 작동되는 것이 아니고, 교류신호 전 구간에 걸쳐 고른 부하특성을 갖도록 하는 것이다. 이는 순수 저항 부하에서만 가능할 뿐 마그네트론(25)와 같은 비선형 부하 구조에서는 이를 기대하기가 어렵다. 따라서, 비선형 부하구조의 마그네트론(25)를 선형 부하와 같이 동작시키기 위해서는 인위적으로 동작 전압을 역 보정해 주는 방법을 사용해야 한다.

동작 전압의 역 보정은 쉽게 표현하여, 마그네트론(25)이 가장 활발하게 작동하는 위상 90°와 270°부근에서는 마그네트론(25)에 인가되는 고전압을 낮춰주고, 반대로 활동이 침체되는 위상 0°와 180°부근에서는 고전압을 높여주는 것이다. 이와 같이 마그네트론(25)에 인가하는 고전압을, 부하특성과 정 반대되는 크기로 보정하여 공급함으로써, 결과적으로 저항 부하에 가까운 전류 소비가 이뤄지도록 한 것이 본 발명에서 이룩한 또 하나의 기술적 과제이다.

다이오드(11,12)는 역률 개선과 저전압오프부(1)의 동작에 필요한 교류신호파형을 얻기 위한 전파정류 회로이고, 여기에서 얻어진 맥류신호는 감쇄저항(13,14)에 의해 저 전압으로 바뀌어 직류오프셋(OFFSET)캐패시터(17)를 통해 출력제어부(4)의 게이트에 전달된다. 직류오프셋캐패시터(17)는 출력제어부(4)의 게이트 바이어스 전압(P4)을 무너뜨리지 않고 교류신호만을 전달해 줌으로서, 전계효과트랜지스터(402)가 항상 활동영역에 있도록 해준다.

(P4)전압의 크기는 기본 바이어스전압(P2)값 위에 위상각 90°와 270°일 때를 상사점으로 하는 사인파가 중첩되어 인가되며, 이에 반비례하여 전계효과트랜지스터(402)의 드레인-소스간 저항값이 변화하여 인버터부의 출력이 가변 된다. 즉, 위상각 90°와 270°일 때는 전계효과트랜지스터(402)의 드레인-소스간 저항이 최소가 되어 발진장치(21)의 발진 주파수는 최고가 되고, 인버터 출력은 낮아진다.

도 7은 역률개선 소스신호에 직류를 중첩한 파형을 도시한 그래프이다. 본발명에서는 이와 같이 역률 개선을 위한 기본 소스(SOURCE)를 상용교류전원으로부터 얻고, 역률개선 동작은 전계효과트랜지스터의 드레인-소스간 저항변화를 이용하고 있다.

저전압오프부(1)는 전원 선로의 이상 또는 낙뢰 등으로 인해 교류 입력전압이 극도로 낮아지는 경우, 인버터부의 동작을 멈추게 하여, 각종 전력소자를 보호하기 위한 목적으로 적용되었으며, 감쇄저항(15,16)에 의해 저 전압으로 바뀐 교류신호가 다이오드(101)를 통해 평활캐패시터(103)에 충전되고, 이 전압이 제너 다이오드(102)의 제너값 이하가 되면, 트랜지스터(104)가 오프(OFF)되어 포토커플러(18)에 가해지는 PWM파형을 무효화시킴으로서, 인버터 장치의 발진(동작)을 정지시킨다. 포토커플러(18)와 트랜지스터(104)는 서로 직렬로 접속되어 있으므로 이들 2 소자는 서로 논리곱(AND) 로직(LOGIC)이 되어, 어느 하나가 오프되더라도 결과는 오프가 된다.

검출부(5)는 공진부(6)에서 발생한 공진전압이 일정값 이상이 되면, 분압저항(601,505)을 통해 트랜지스터(504)의 베이스(BASE)에 인가되어, 에미터 저항(503)과 충전 캐패시터(502)에 충전된 후 다이오드(501)를 통해 출력제어부(4)의 입력단에 인가된다. 공진부(6)의 공진전압이 이상 상승하는 이유는 전원선을 타고 들어오는 서지 잡음의 영향을 받기 때문인데, 이에 대한 보호책을 고려하지 않으면 각종 전력소자들이 파손될 우려가 있다.

본 발명에서는 이러한 이상 공진 전압을 에미터 폴로워 구동 방식의 트랜지스터를 통해 임피던스 변환하여, 출력 제어장치의 입력단에 피드백 시킴으로서, 폐루프 동작이 이뤄지도록 하고 있다.

도 8은 검출부의 동작 특성을 도시한 그래프이다. 도면에 개시된 바와 같이, 인버터 동작 개시전 즉, 인버터 동작 정지중의 공진장치(6) 중점전압(P6)은 V/2 일 때 가장 부드럽게 발진을 개시한다. 즉, 가장 알맞은 소프트 스타트를 실현한다. 여기에서 V는 리액터(9)를 통해 스위칭 전력소자(22)의 컬렉터와 공진 캐패시터(602)에 인가되는 직류 전압을 의미하며, 상용 교류입력이 220V인 경우 V는 약 310V 이므로, V/2 는 약 155V가 된다.

(P6)전압을 V/2 수준으로 맞추기 위해서는 풀업저항(602)의 값을 저항(601)과 저항(505)을 합한 값과 같게 해줘야 하지만, 저항(505)은 저항(601)에 비해 매우 적은 값이므로 무시되어, 저항(601)과 같은 값을 취하여, 공진장치(6)의 중점(P6)에 V/2 수준의 직류 바이어스가 걸리도록 하였다.

본 발명에 의한 전자렌지용 인버터부의 가장 큰 특징은 반도체 발진을 통해 고전압을 생성하는 것이며, 여기서 얻어지는 고전압의 크기는 발진주파수를 가변함으로써 자유롭게 높이거나 낮출 수가 있다. 발진주파수를 낮추면 공진 전류가 증가하여 2차 고전압이 상승하며, 발진주파수를 높이면 이와 반대로 2차 고전압이 낮아진다.

전자렌지의 출력 즉, 마그네트론의 출력은 2차 고전압의 크기에 비례하기 때문에, 2차 고전압을 제어하는 것은 곧 전자렌지의 출력을 제어하는 것이며, 이는 본 발명에 의한 인버터부가 아닌 종래의 철심형 전자레인지로는 불가하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제어신호를 피드백하여 제공하여 정밀제어 및 출력조절을 가능하게 할 수 있다. 제어신호의 이상상태를 검출하여 회로를 보호하며, 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 전자렌지가 제공된다.

Claims

상용교류전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 상용교류전원을 정류 및 평활하는 정류 및 평활부와; 상기 정류 및 평활부로부터의 직류전원에 의해 고전압을 발생시키는 고압트랜스포머와, 상기 고압트랜스포머로부터 고전압을 공급받아 전자파를 발생시키는 마그네트론을 갖는 전자렌지에 있어서,

제어신호를 발생하는 신호발생부와;

상기 정류 및 평활부로부터의 직류전원을 상기 제어신호에 기초하여 고주파의 교류전원으로 전환하는 인버터부와;

상기 고압트랜스포머에 의해 변환되어 상기 마그네트론으로 제공되는 상기 제어신호가 소정의 적정범위내에 있는 지를 판단하여 상기 제어신호가 소정의 적정범위를 벗어난 경우 상기 제어신호가 상기 인버터부로 인가되는 것을 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제1항에 있어서,

기준전압신호를 입력하는 기준전압 신호입력부를 더 포함하며,

상기 제어부는 상기 마그네트론으로 제공되는 상기 제어신호와 상기 기준신호입력부로부터의 상기 기준전압신호를 비교하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 신호발생부에서 입력된 제어신호를 변환하는 D/A변환부와;

상기 D/A변환부에서 변환되어 입력된 상기 제어신호를 제어하여 출력하는 출력제어부와;

상기 출력제어부에서 출력된 신호의 주기를 가변하여 상기 인버터부로 입력하는 발진부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제3항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 제어신호에 따라 상기 발진부의 발진온오프 및 소프트스타트를 제어하는 온오프 및 소프트스타트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제4항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 전원공급부를 통해 이상전원이 입력되면 상기 온오프 및 소프트스타트부와 상기 D/A변환부로 정지신호를 출력하는 저전압오프부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제3항에 있어서,

상기 제어부는 상기 제어신호가 상기 소정의 적정범위를 벗어나지 않는 경우 상기 출력제어부의 입력단으로 상기 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제6항에 있어서,

상기 출력제어부는 상기 외부저항값 변경을 위해 전계효과 트랜지스터의 드레인-소스간 저항 특성을 이용하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제3항에 있어서,

상기 발진부는 상기 직류전원을 스위칭하여 교류전원으로 바꿔주는 스위칭부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제8항에 있어서,

상기 스위칭부는 한 쌍의 스위칭전력소자인 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제9항에 있어서,

상기 제어부는 상기 소정의 적정범위를 벗어나지 않는 경우 상기 스위칭부의 입력단으로 상기 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제10항에 있어서,

상기 스위칭부의 입력단에는 외부저항값변경을 위한 트랜지스터를 마련하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제4항에 있어서,

상기 온오프 및 소프트스타트부는 소프트스타트를 위해 전계효과 트랜지스터의 드레인-소스간 저항 특성을 이용하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제5항에 있어서,

상기 저전압오프부는 트랜지스터가 포토커플러와 직렬로 접속되어 논리곱(AND) 로직 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 제어신호를 분기시켜 상기 D/A변환부와 상기 온오프 및 소프트스타트부로 입력시키는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제1항에 있어서,

상기 HVT는 고주파 손실이 적은 페리이트코어로 구성된 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제1항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 신호발생부로부터의 상기 제어신호를 수령하여 소정의 적정범위내에 있는지를 판단하여, 상기 제어신호가 상기 적정범위를 벗어나는 경우 상기 제어신호가 상기 인버터부로 인가되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.
제1항 또는 제15항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 신호발생부로부터의 제어신호가 적정범위내에 있는 것으로 판단되면 상기 제어신호를 상기 인버터부로 제공하며,

상기 인버터부를 거친 상기 제어신호를 수령하여 상기 소정의 적정범위내에 있는지를 판단하여 상기 제어신호가 상기 적정범위를 벗어나는 경우 상기 제어신호가 상기 인버터부로 인가되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 전자렌지.