KR200251446Y1 - 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전자 유도가열장치로서, 더욱 상세하게는 조리기에 사용되는 용기를 식별하여 전자기 유도 가열장치의 작동을 제어함으로써 유도가열의 효율성을 높이는 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 고안은 전자기 유도 가열 장치에 있어서, 교류전원 입력단으로부터의 전압을 직류전압으로 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터 일정한 직류전압을 입력받음과 동시에 용기에 와전류를 발생하는 인덕션부; 상기 정류부로부터 출력되는 일정한 직류전압을 받아서 용기의 유무를 감지한 다음, 용기의 전자기 유도가열 적합성을 판별하는 용기가열 판별부; 상기 용기가열 판별부로부터 출력된 용기판별신호를 받아서 전체적인 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리부; 및 상기 중앙처리부로부터 제어신호를 받아서 인덕션부를 구동하기 위한 스위칭신호를 출력하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치{A HEATER SENSING THE FITNESS FOR ELECTROMAGNETIC INDUCTION}

본 고안은 전자 유도가열장치로서, 더욱 상세하게는 조리기에 사용되는 용기를 식별하여 전자기 유도 가열장치의 작동을 제어함으로써 유도가열의 효율성을 높이는 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전자기 유도 가열장치는 도체에 전류의 변화가 발생하면 자장이 발생하고, 도체에 변화하는 자장을 가하면 전류가 흐르게 되는 원리를 이용한 것으로, 코일에 고주파 전류를 공급하여 자장을 발생시키고, 이 자장을 코일에 대응되는 냄비 등의 용기에 가하여 와전류를 유도하면, 냄비의 전기적 고유 저항에 의해 이 와전류가 유도되어 냄비의 전기적 고유 저항에 의해 이 와전류가 열로 변환된다.

상기 전자기 유도 가열장치는 전자기 유도 가열이 가능한 용기를 사용해야만 발열이 가능하고 구리나 알루미늄 등의 재질은 전자기 유도 효율이 매우 저조하여 전자기 유도 가열로는 효율적인 발열을 기대할 수 없다. 특히, 스테인리스 재질의 경우 철의 함유율이 낮을 경우 마찬가지로 전자기 유도 가열로는 적절한 발열이 불가능하다.

또한, 용기의 재질에 따른 전자기 유도 가열의 적합 여부는 육안으로는 구분하기가 쉽지 않으며 전자기 유도 가열에 적합지 않은 재질의 용기를 무리하게 사용할 경우 전력의 낭비와 장치의 손상이 발생하게 된다.

그리고, 종래의 전자기 유도가열장치의 경우, 용기의 재질에 따른 공진 주파수의 결정을 아날로그 회로에 의해 결정하도록 되어 있어 회로 구성 소자의 특성에 따라 사용 가능한 용기의 구별에 대한 오차가 크고, 용기의 재질에 따른 공진 주파수의 조정이 용이하지 않으며, 이상 동작의 확률이 높아지게 되어 용기의 발열 이상, 전자기 유도 가열장치의 물리적 손상 등이 유발되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안은 전자 유도가열장치로서, 더욱 상세하게는 조리기에 사용되는 용기를 식별하여 전자기 유도 가열장치의 작동을 제어함으로써 유도가열의 효율성을 높이는 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일 측면에 따른 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치는, 전자기 유도 가열 장치에 있어서, 교류전원 입력단으로부터의 전압을 직류전압으로 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터 일정한 직류전압을 입력받음과 동시에 용기에 와전류를 발생하는 인덕션부; 상기 정류부로부터 출력되는 일정한 직류전압을 받아서 용기의 유무를 감지한 다음, 용기의 전자기 유도가열 적합성을 판별하는 용기가열 판별부; 상기 용기가열 판별부로부터 출력된 용기판별신호를 받아서 전체적인 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리부; 및 상기 중앙처리부로부터 제어신호를 받아서 인덕션부를 구동하기 위한 스위칭신호를 출력하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치의 구성을 나타내는 회로도,

도 2는 도 1의 전자기 유도가열 적합성을 판별하는 상세흐름도,

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 정류부 20 : 인덕션부

30 : 용기가열 판별부 40 : 중앙처리부

46 : 불량용기 표시부 50 : 스위칭부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

이하에서의 본 고안은 전자 유도가열장치로서, 더욱 상세하게는 조리기에 사용되는 용기를 식별하여 전자기 유도 가열장치의 작동을 제어함으로써 유도가열의 효율성을 높이는 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치를 바람직한 실시예로써 설명할 것이나, 본 고안의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 고안에 따른 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치의구성을 나타내는 회로도이고, 도 2는 도 1의 전자기 유도가열 적합성을 판별하는 회로도이다.

먼저, 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도가열장치는 교류전원 입력단으로부터의 전압을 직류전압으로 정류하는 정류부(10)와, 상기 정류부(10)로부터 일정한 직류전압을 입력받음과 동시에 용기에 와전류를 발생하는 인덕션부(20)와, 상기 정류부(10)로부터 출력되는 일정한 직류전압을 받아서 용기의 유무를 감지한 다음, 용기의 전자기 유도가열 적합성을 판별하는 용기가열 판별부(30)와, 상기 용기가열 판별부(30)로부터 출력된 용기판별신호를 받아서 전체적인 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리부(40)와, 상기 중앙처리부(40)로부터 제어신호를 받아서 인덕션부(20)를 구동하기 위한 스위칭신호를 출력하는 스위칭부(50)로 구성된다.

상기 정류부(10)는 교류전원 입력단(11)으로부터 출력되는 상용교류 입력전압을 받아 노이즈 필터(Noise Filter)(15)를 통해 잡음이 필터링되고, 필터링된 상용교류 입력전압을 전원 정류기(17)로 출력하는 한편, 상기 교류전원 입력단(11)으로부터 출력된 상용교류 입력전압을 제 1 변류기(CT1)의 권선수에 비례한 전압으로 검출된 일정한 직류전압을 기준전압 정류기(18)를 통해 출력한다.

또한, 상기 정류부(10)는 정류효율을 높여주도록 일측이 상기 전원정류기(17)에 접속된 초오크 코일(L1)과, 상기 전원정류기(17)의 직류전압에 포함되어 있는 맥류 성분을 필터링하도록 일측이 상기 초오크 코일(L1)에 병렬 접속되며 타측이 상기 전원정류기(17)에 접속된 평활용 캐피시터(C1)로 구성되어 있다.

미설명 부호 18은 휴즈(Fuse)이고, 미설명부호 33은 SUM이다.

한편, 전원전압 검출기(19)는 입력 교류신호의 노이즈(Noise)를 제거한 전류를 제 2 변류기(CT2)의 권선수에 비례한 전압으로 검출한다. 상기 검출된 전압은 인덕션부(20)의 공진 검출기(22)의 출력과 용기 검출을 위한 제 1 비교기(COM1)의 비반전 단자(+)로 입력된다.

상기 노이즈필터(15) 전단의 기준전압 정류기(18)의 출력은 상기 교류전원 입력단(11)으로부터 출력된 과전압을 감시하기 위한 제 2 비교기(COM2)로 입력되는 바, 기기 내부의 발열을 냉각시키기 위한 팬(fan)의 전원으로 공급되며, 용기 검출 및 불량용기 검출을 위한 제 2 비교기(COM2)의 1차 기준 전압이 된다.

상기 전원정류기(17)는 노이즈필터(Noise Filter)(15)를 통과한 상용교류 입력전압을 직류전원으로 변환시켜 자장을 발생시키는 코일(L1)에 공급한다.

상기 공진 검출기(22)는 상기 정류부(10)의 전원 정류기(17)로부터 출력된 신호를 제 3 변류기(CT3)를 통해 정류한 후, 정류된 신호의 전류성분을 입력받는다.

상기 인덕션부(20)는 상기 정류부(10)로부터의 일정한 직류전압을 입력받음과 동시에 용기에 와전류를 발생하는 가열코일(L2)과, 상기 인덕션부(20)를 구동하기 위한 전압원을 형성하도록 상기 가열코일(L2)에 병렬 접속된 공진용 캐패시터(C2)로 구성되어 있다.

상기 인덕션부(20)는 용기의 유무와 재질에 따라 공진회로(23)내의 코일에전류의 변화가 발생하게 된다. 상기 전류의 변화는 용기의 재질에 따라 소비되는 전류의 크기가 다르다.

그러면, 상기 공진검출기(22)는 인덕션부(20)의 공진회로로부터 검출된 전류의 크기를 제 3 변류기(CT3)를 통해 전압으로 변환한 후, 용기검출과 불량용기 검출을 위한 제 1, 제 2 비교기(COM1, COM2)로 출력한다.

이 후, 상기 용기가열 판별부(30)는 전원전압 검출기(19)의 출력과 인덕션부(20)의 공진 검출기(22)의 출력을 차동 증폭하여

그 출력값을 약 3V의 기준 전압과 비교하는 제 1 비교기(COM1)의 비반전단자(+)로 입력된다.

상기 제 1 비교기(COM1)는 제 1 기준전압(Vref1)보다 비반전 입력 전압이 크면 제 1 비교기(COM1)의 외부 공급전원의 크기만한 Vmax(=High level)가 발생하고, 작으면 -Vmax(=Low level)가 발생한다.

그러므로, 용기가 검출되면 'high level'의 출력이 발생하게 된다.

이 후, 상기 용기가열 판별부(30)의 출력은 중앙처리부(40)로 입력된다.

상기 불량용기검출은 정류부(10)의 기준전압정류기(18)를 통한 출력이 정전압 발생기(31)를 통과한 후 불량용기검출을 위한 제 2 비교기(COM2)의 제 2 기준전압(Vref2)을 결정하여 제 2 비교기(COM2)의 비반전 단자(+)로 입력되고, 반전단자(-)의 입력은 전원 전압정류기(19)를 거친 출력전압과 공진 검출기(22) 출력전압과의 전압 차가 입력된다.

그러면, 상기 제 2 비교기(COM2)는 반전단자(-)의 입력과 비반전 단자(+)의입력을 비교하여(예를 들면, 반전단자(-)의 입력이 비반전단자(+)의 입력보다 크면 'Low', 반전단자(-)의 입력이 비반전단자(+)의 입력보다 작으면 'High' 와 같은) 비교된 결과를 중앙처리부(40)로 출력한다.

상기 중앙처리부(40)는 용기가열 판별부(30)의 용기검출신호(예를 들면, 'Low', 'High'와 같은)를 입력받아 용기가 검출된 경우 스위칭부(50)를 제어하여 코일에 공진을 발생시키는 고주파 전력을 공급한다.

또한, 중앙처리부(40)는 불량용기 검출신호를 입력받아 불량용기가 검출되면 상기 스위칭부(50)를 제어하여 공진을 발생시키는 고주파 전력을 차단하고 용기 부적합에 대한 표시를 불량용기 표시부(46)(도 2 참조)로 출력한 후 작동을 멈춘다.

상기 스위칭부(50)는 IGBT소자를 스위칭하기 위한 구형파를 공급하기 위해 발진기(51)와 듀티 변조기(53)와 PWM출력부(55)로 구성된다.

상기 스위칭부(50)는 상기 중앙처리부(40)의 출력이 PWM출력부(55)를 통해 디지털로 수행된다.

상기 듀티 변조기(53)는 상기 발진기(51)로부터 출력된 듀티사이클을 조절하여 IGBT 드라이버(54)로 구형파를 공급한다.

상기 IGBT 드라이버(54)는 발진기(51)에서 공급되는 구형파를 증폭하여 IGBT의 게이트(Gate)에 공급하며 상기 중앙처리부(40)에 의해 출력이 제어된다.

또한, 상기 IGBT 드라이버(54)는 게이트 단자에 공급되는 구형파에 따른 스위칭 작동에 의해 코일에 수십 kHz의 주파수를 갖는 구형파의 전류를 흘리게 된다. 이 변화하는 전류에 의해 코일에는 자장이 발생한다.

상기 듀티 변조기(53)를 통해 펄스 파형의 충격계수(Duty Cycle)는 상기 발진기(51)를 통해 결정된 공진주파수에 대한 전력 효율을 검출하여 최적의 효율이 발생되는 주파수를 결정한다. 상기 결정된 공진주파수 범위내에 정해진 전력효율이 발생하지 않으면, 전자기 유도 가열에 적합하지 않은 용기로 판단된다.

또한, 상기 기준전압 정류기(18)의 출력이 정전압 발생기(31)로 입력되면, 상기 정전압 발생기(31)는 상기 입력된 신호에 대해 일정전압을 발생시켜 제 2 비교기(COM2)의 반전단자(-)로 입력하고, 상기 제 2 비교기(COM2)의 비반전단자(+)는 상기 공진검출기(22)와 상기 기준전압정류기(18)로부터 출력된 신호를 합성하여 합성된 신호가 입력된다.

그러면, 상기 중앙처리부(40)는 상기 제1, 제 2 비교기(COM1, COM2)로부터 출력된 신호를 비교하여 용기가열 적합성을 판별한다.

도 2를 참조하여 용기가열 판별부(30) 및 관련회로를 좀 더 구체적으로 설명하면 상기 기준전압 정류기(18)의 출력이 정전압 발생기(31)로 입력되는 바, 상기 정전압 발생기(31)의 출력 전압을 분압저항(R3, R4)으로 분압하여 제 2 비교기(COM2)의 비반전 단자(+)에 입력되고, 상기 제 2 비교기(COM2)의 반전단자(-) 입력은 기준 전압정류기(18)와 공진검출기(22)의 출력전압차가 된다. 상기 기준전압정류기(18) 및 공진검출기(22)는 각각 저항(R1, R2)을 통해 제 2 비교기(COM2)의 반전단자(-)에 접속된다.

그러면, 상기 용기가열 판별부(30)는 도 1의 정류부(10)의 기준전압정류기(18)를 통한 출력이 정전압 발생기(31)를 통과한 후 불량용기검출을위한 제 2 비교기(COM2)의 제 2 기준전압(Vref2)을 제공하게 되며, 제 2 비교기(COM2)의 비반전 단자(+)로 입력되고, 반전단자(-)의 입력단에는 전원 전압정류기(19)를 거친 출력전압과 공진 검출기(22) 출력전압과의 전압 차가 입력되어, 상기 비반전 단자(+)의 입력과 반전단자(-)의 입력을 제 2 비교기(COM2)를 통해 비교하여 용기 가열의 적합성을 판별한다.

상기 제 2 비교기(COM2)는 히스테리시스(hysteresis)에 의한 잡음의 영향을 줄이기 위해 비반전(+)입력을 출력 전압의 일부가 저항(R5)을 통해 입력으로 귀환(feedback)되어 전압 분배기에 연결된다.

상기 중앙처리부(40)는 상기 제 2 비교기(COM2)로부터 반전단자(-)의 입력과 비반전 단자(+) 입력을 비교하여 반전단자(-)의 입력이 비반전단자(+)의 입력보다 크면 Low를 입력받고, 반전단자(-)의 입력이 비반전단자(+)의 입력보다 작으면 High를 입력받은 후 용기가열 적합성을 판별한다.

상기 공진검출기(22)의 출력이 제 2 기준전압(Vref2)보다 작으면 상기 제 2 비교기(COM2)의 출력은 하이(high)로 되며, 반면 상기 출력값이 제 2 기준전압(Vref2)보다 크면 제 2 비교기(COM2)의 출력은 로우(Low)가 되는바, 상기 제 2 비교기(COM2)의 출력이 'Low'일 때 불량용기라고 판단한다.

그러면, 상기 중앙처리부(40)는 불량용기 검출신호를 입력받아 불량용기가 검출되면 상기 스위칭부(50)를 제어하여 공진을 발생시키는 고주파 전력을 차단하고 용기 부적합에 대한 표시를 불량용기 표시부(46)로 출력한 후 작동을 멈춘다.

이렇게 함으로써, 조리기에 사용되는 용기가 부적합한 비자화, 비철금속일때 자동으로 조리기의 동작을 중단할 수 있다.

이상의 본 고안은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 금속재질의 용기중 전자기 유도 가열에 의한 발열이 적합하지 않은 용기를 식별하여 불필요한 전력의 낭비를 없애고, 무리한 작동으로 인한 장치의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 전자기 유도 가열 장치에 있어서,

   교류전원 입력단으로부터의 전압을 직류전압으로 정류하는 정류부(10);

   상기 정류부로부터 일정한 직류전압을 입력받음과 동시에 용기에 와전류를 발생하는 인덕션부(20);

   상기 정류부로부터 출력되는 일정한 직류전압을 받아서 용기의 유무를 감지한 다음, 용기의 전자기 유도가열 적합성을 판별하는 용기가열 판별부(30);

   상기 용기가열 판별부로부터 출력된 용기판별신호를 받아서 전체적인 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리부(40); 및

   상기 중앙처리부로부터 제어신호를 받아서 인덕션부를 구동하기 위한 스위칭신호를 출력하는 스위칭부(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열 적합성을판별하는 전자 유도 가열장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 용기가열 판별부는, 용기의 유무를 감지하는 제 1 비교기(COM1)와 용기 부적합에 대한 판별을 행하는 제 2 비교기(COM2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 용기가열 판별부는,

   상기 정류부의 기준전압정류기를 통한 출력이 정전압 발생기를 통과한 후 불량용기검출을 위한 제 2 비교기(COM2)의 제 2 기준전압(Vref2)을 결정하여 제 2 비교기(COM2)의 비반전 단자(+)로 입력되고, 전원 전압정류기를 거친 출력전압과 공진 검출기 출력전압과의 전압차가 반전단자(-)로 입력된 다음, 상기 비반전 단자(+)의 입력과 반전단자(-)의 입력을 제 2 비교기(COM2)를 통해 비교하여 용기 가열의 적합성을 판별하는 것을 특징으로 하는 유도가열 적합성을 판별하는 전자 유도 가열장치.