KR20030093404A

KR20030093404A - 자려발진 하프-브릿지 드라이버 집적소자를 이용한유도가열 조리기

Info

Publication number: KR20030093404A
Application number: KR1020020030952A
Authority: KR
Inventors: 이종학
Original assignee: 강선어플라이언스(주)
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2003-12-11
Also published as: KR100518167B1

Abstract

본 발명은 상용교류전원을 공급받아 직류로 변환하는 정류및평활부와, 상기 정류및평활부로부터 직류전원을 공급받아 고주파전력신호로 변환하는 인버터부와, 상기 인버터부에 접속되어 유도자계를 발생시켜 조리용기를 가열하는 유도가열코일을 구비한 유도가열 조리기에 관한 것이다.

본 유도가열 조리기는, 전류감지 기능과 입력전압 변동에따른 전압보상 기능이 혼합된 전류감지및전압보상부와; 과전류로부터 인버터 소자를 보호하기위한 과전류감지부; 과전류 또는 과도공진상태 발생시 브레이크 신호를 발생하는 이상상태 홀드부; 자체적으로 발진하며, 인버터전력소자(IGBT)를 구동하기위한 드라이브 출력기능을 구비한 자려발진HALF-BRIDGE드라이버; 상기 자려발진HALF-BRIDGE드라이버의 발진주파수를 가변하여 출력을 제어하기위한 출력제어부; 상기 출력제어부를 활성/비활성화 하여 인버터 작동을 단속하기위한 온.오프및홀드해제부; 마이크로컴퓨터부로부터 공급받은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 출력제어부의 제어소스로 제공하기위한 아날로그변환부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 자려발진HALF-BRIDGE드라이버 집적소자를 구비한 본 발명의 효과는, 회로 구성이 매우 단순해, 종래의 구성방식에 비해 원가가 크게 절감되고, 과전류 감지기능과 이상상태홀드부를 구비 함으로서 시스템의 안전성이 더욱 향상된다.

Description

자려발진 하프-브릿지 드라이버 집적소자를 이용한 유도가열 조리기 {An induction heating type cooking apparatus using a self-oscilating type half-bridge driver IC}

본 발명은 가정용 조리기기의 일종인 유도가열 조리기의 구성과 그 작용에 관한 것으로서, 유도가열 조기기의 일반적 구성은 상용 교류전원을 입력받아 정류 및 평활부를 거쳐 직류로 변환한 다음 인버터부에서의 반도체 고속 스위칭 동작에 의해 유도가열 코일에 고주파 전류가 흐르도록 되어있다.

유도가열코일에 고주파 전류가 흐르면 코일을 중심으로 강한 고주파 자계가 형성되어, 유도가열코일에 근접해있는 자성체 조리용기의 표면이 가열되어 목적하는 바 열이 얻어진다.

도 5는 종래 발명에 따른 유도가열 조리기의 개략적인 블록도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 종래의 유도가열 조리기는 발진및HALF-BRIDGE드라이버(80)부가 여러개의 수동소자 군으로 이루어져있고, 또한 인버터 PCB(Printed Circuit Board)의 약 1/2 이상되는 면적을 차지함으로서 구성원가가 많이 드는 문제가 있다.

종래의 유도가열 조리기는 전원전압이 상승했을 때 소비전력을 낮춰주고, 반대로 하강했을 때는 소비전력을 높여줘서 일정한 출력을 유지하게 하는 정출력 제어에 대한 고려가 되어있지 않아, 전원전압 변동에 따라 조리시간이 달라지거나, 조리한 음식의 맛이 균일하지 않는 문제점이 있다.

종래의 유도가열 조리기는 낙뢰와 같은 전원전압 교란상태 유발시, 이에 대한 보호대책이 미비 되어 인버터부의 전력소자(IGBT)가 파손되는 문제점이 있다.

다음은 도 5를 참조하여 종래의 유도가열 조리기의 구성에 관해 살펴보기로 하며, 도 5에 도시 안된 참조는 도 1, 또는 도 2를 참조하기로 한다.

상용교류전원(71)은 브리지다이오드(74)를 통해 직류로 변환된 후 인버터부(90)에 공급된다. 인버터부(90)는 한쌍의 전력소자(IGBT)(82,84)와 공진부(6)를 포함하여 구성된다.

우선 발진및HALF-BRIDGE드라이버(80)의 내부 블록별 기능을 살펴보기로 한다. 마이크로컴퓨터(88)가 디지털 형태의 제어신호를 아날로그변환부(87)에 보내면 아날로그변환부(87)는 이를 아날로그신호로 바꾸어서 전압/주파수변환부(801)에 비교신호로 공급한다. 전류감지부(1)는 유도가열 조리기의 입력전류를 감지하여 전압/주파수변환부(801)에 모니터 값으로 되돌린다. 전압/주파수변환부(801)는 이들 두 신호간의 차가 최소화 되도록 발진주파수를 제어한다. 보다 상세하게는, 일단 아날로그변환부(87)의 출력값이 인버터 출력의 목표치이며, 이때의 전류감지부(1) 출력은 인버터 출력이 목표치에 와 닿았나 여부를 판단하는 참조신호에 해당한다.

전압/주파수변환부(801)는 전류감지부(1)출력 < 아날로그변환부(87)출력인 경우 발진주파수를 낮추고, 그 반대인 경우 발진주파수를 높인다. 이와 같이 전압/주파수변환부(801)를 구비하고, 두 신호간의 차에 따라 발진주파수가 변경되도록 한 이유는, 유도가열 조리기의 출력을 조절하기 위함인데, 유도가열 조리기의 공진부 특성상 인가 주파수를 높이면 유도자계 강도가 약해져 소비전류가 줄어들고, 인가 주파수를 낮추면 공진부 전류가 증가하고 따라서 유도자계가 강해져 소비전류가 증가한다.

한편, 타이밍분배부(802)는 전압/주파수변환부(801)에서 전달된 하나의 연속된 발진신호를 상측IGBT(82)와 하측IGBT(84)의 동작에 필요한 2개의 독립된 교번펄스열로 바꿔 각각 상측펄스구동부(806)와 하측펄스구동부(803)로 인가하며, 이 신호는 상측펄스구동부(806)와 하측펄스구동부(803)에서 충분한 전력으로 증폭되어 각각의 상측펄스트랜스포머(807)와 하측펄스트랜스포머(804)를 통해 상측IGBT구동부(808)와 하측IGBT구동부(805)에 인가된다.

이상 살펴본 바와같이 종래의 유도가열 조리기는 발진 및 HALF-BRIDGE 드라이브 방법이 매우 복잡하여 신뢰성이 저하되고 구성 원가가 많이드는 단점이 있다.

종래의 유도가열 조리기는 전원전압이 상승 또는 하강했을 때 소비전력이 변동되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 유도가열 조리기는 낙뢰와 같은 전원전압 교란상태 유발시, 인버터부의 전력소자(IGBT)가 파손되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 유도가열 조리기의 각 기능별 요소 중 IGBT 구동부분의 회로구성을 단순화하기 위해, 자려발진HALF-BRIDGE드라이버 집적소자를 적용하여 원가절감을 실현하고자함에 있다.

본 발명의 목적은 전원전압이 상승 또는 하강했을 때, 소비전력이 변동되지 않도록 전압보상 대책을 구비하여 일정출력을 유지시키고자함에 있다.

또한 본 발명의 목적은 전원전압 교란시 나타나기 쉬운 이상상태(과공진 또는 과전류 현상) 발생시, 신속하게 회로동작을 정지시키는 안전장치를 구비하여, 제품의 신뢰성과 수명을 향상 시키고자함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 개략적인 제어블록도이며,

도 2 는 도 1 의 제어블록도에 따른 상세 회로도이며,

도 3 은 이상상태 발생시 안전모드 진입과정을 도시한 그래프이며,

도 4 는 입력전압 변동에 따른 출력보상위한 신호합성 과정을 도시한 그래프이며,

도 5 는 종래 발명에 따른 유도가열 조리기의 개략적인 제어블록도이며,

도 6 은 본 발명에 적용한 유도가열 조리기의 자려발진HALF-BRIDGE드라이버 집적소자의 내부 구성도이며,

도 7 은 자려발진HALF-BRIDGE드라이버 집적소자를 이용한 형광램프용 전자식 안정기의 종단부 상세 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

71 : 전원부 74 : 정류및평활부

90 : 인버터부 85 : 조리용기

86 : 유도가열코일 1 : 전류감지및전압보상부

80 : 자려발진HALF-BRIDGE드라이버2 : 과전류감지부

87 : 아날로그변환부 4 : 출력제어부

3 : 이상상태홀드부 5 : 온.오프및홀드해제부

88 : 마이크로컴퓨터100 : 유도가열제어부

본 발명에 따라, 상기 목적은, 유도자계를 발생시키는 유도가열코일과, 공진부를 구비한 유도가열 조리기에 있어서, 상용 교류전원을 정류 및 평활하는 정류및평활부와; 상기 정류및평활부로부터 직류전원을 공급받아 고주파 전력신호로 변환하는 인버터부와; 상기 인버터부를 구동시키기 위한 인버터제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열 조리기에 의해서 달성된다.

여기에서, 상기 인버터제어부는 전류감지 기능과 입력전압 변동에따른 전압보상 기능이 혼합된 전류감지및전압보상부와; 과전류로부터 인버터 소자를 보호하기위한 과전류감지부와; 과전류 또는 과도공진상태 발생시 브레이크 신호를 발생하여 인버터를 정지시키는 이상상태홀드부를 갖는 것이 바람직하다.

상기 인버터제어부는 자체적으로 발진하며, 인버터전력소자(IGBT)를 구동하기위한 드라이브 출력기능을 구비한 자려발진HALF-BRIDGE드라이버와; 상기 자려발진HALF-BRIDGE드라이버의 발진주파수를 가변하여 출력을 제어하기위한 출력제어부와; 상기 출력제어부를 활성/비활성화 하여 인버터 작동을 단속하기위한 온.오프및홀드해제부를 갖는 것이 바람직하다.

상기 출력제어부는, 발진주파수 변경을 위해 전계효과 트랜지스터의 드레인-소스간 저항변화 특성을 이용하는 것이 더욱 효과적이며, 발진주파수는 식 Fo = 1/[1.4*{(저항(42)+Rds)//저항(43)+75)}*CT)]로 주어진다.

상기 온.오프및홀드해제부는, 푸쉬풀 트랜지스터를 포함하여 구성하고, 상기 푸쉬풀 트랜지스터의 출력 중점에 다이오드를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 인버터가 동작중인 경우에만 이상상태 보호기능이 작동하는 논리구조로 구성하는 것이 더욱 효과적이다.

상기 이상상태홀드부는, 과공진 신호와 과전류 신호를 논리OR로 취합하고, 정궤환 다이오드를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 과전류감지부는, 인버터의 직류부 패턴상의 전위차를 증폭하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 전류감지및전압보상부는, 독취된 입력소비전류량에 입력전원 전압분을 중첩하는 것이 더욱 효과적이고, 조리용기 감지를 위해 중첩된 입력전압분을 제거할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

우선 도 6에 도시된 자려발진HALF-BRIDGE드라이버 집적소자의 내부 구성도를 중심으로 상기 집적소자의 기능에 대해 간략히 살펴보기로 한다. 상기 집적소자는 원래 형광램프용 전자식 안정기 용도로 디자인 된 것이다. 상기 집적소자의 내부구성은 발진부와 HALF-BRIDGE드라이버부로 구분되어 있으며, 상기 발진부는 외부에 저항(RT)과 캐패시터(CT)를 붙이면 스스로 발진하는데, 이런 발진방식을 '자려발진'이라 한다. 상기 HALF-BRIDGE드라이버부는 상기 발진부에서 만들어진 상보출력신호(Q,/Q)가, 'DEAD TIME' 블록과 하나의 'PULSE GEN' 블록 및 'DELAY' 블록을 거치면서, 사구간(DEAD TIME)이 포함된 상보신호로 다듬어져 상기 집적소자의 종단부 상.하 푸쉬풀 드라이브에 각각 전달된다. 도면에 도시된 바와 같이 상기 푸쉬풀 드라이브는 상측부와 하측부가 각각 독립적으로 구성되어 있고, 단자(LO)에서는 하측 전력소자(IGBT) 구동용 펄스신호를, 단자(HO)에서는 상측 전력소자(IGBT) 구동용 펄스신호를 출력 한다.

도 7은 자려발진HALF-BRIDGE드라이버 집적소자가 사용된 형광램프용 전자식 안정기의 종단 출력부에 대한 일반적인 구성도이다. 도면을 중심으로 동작원리를 간략히 살펴보기로 한다. 형광램프(92)는 점등하기 전에는 부도체이므로, 캐패시터(90)와 인덕터(91) 및 캐패시터(93)는 등가적으로 직렬공진 상태가 된다.캐패시터(93)는 캐패시터(90)보다 작은 용량으로 설계되어있기 때문에, 직렬공진 상태하에서는 캐패시터(90)보다 캐패시터(93)양단 전압이 더 높게되고, 이로써 형광램프(92)가 점등(방전)된다. 형광램프(92)가 일단 점등되면 방전전류가 흘러, 형광램프(92)양단의 극간 임피던스가 뚝 떨어진다. 이로써, 캐피시터(93)는 등가적으로 쇼트상태나 다름없어 직렬공진 요소로부터 배제되고, 따라서 캐패시터(90)와 인덕터(91) 두 요소에 의해 공진작용과 점등이 지속된다.

상기와 같은 형광램프용 전자식 안정기 용도의 자려발진HALF-BRIDGE드라이브(80) 집적소자를 유도가열 조리기에 적용하면, 발진부와 HALF-BRIDGE 드라이브부가 집접화 됨으로서 회로 구성이 지극히 단순해지고, 결과적으로 원가절감 목적이 달성된다. 참고로, 발진 및 HALF-BRIDGE 드라이브를 구성하는데 소요되는 부품수는, 종래의 유도가열 조리기의 경우 약47점인데 비해, 본 발명에 따른 상기 집적소자를 적용하는 경우 겨우 4점에 불과하며, 차지하는 면적도 1/10 이하로 줄어든다.

본 발명은 상기 형광램프용 전자식 안정기 용도의 자려발진HALF-BRIDGE드라이브 집적소자를 유도가열 조리기에 적용한 것으로 다음과 같은 구성을 갖는다.

즉, 외부로부터 인가되는 상용 교류전원을 정류 및 평활하는 정류및평활부와, 상기 정류및평활부로부터 직류전원을 공급받아 입력된 제어신호에 따라 고주파 전력신호로 변환하는 인버터부와, 상기 인버터부에 상기 제어신호를 제공하여 고주파 전력신호를 조절하는 인버터제어부와, 상기 정류및평활부/인버터부/인버터제어부를 제어하기 위한 마이크로 컴퓨터와, 유도자계를 발생시켜 조리용기를 가열하기위한 유도가열코일을 포함하여 이루어지는 유도가열 조리기에 있어서,

상기 인버터제어부는,

상기 마이크로컴퓨터로부터 입력되는 디지털 형태의 출력제어신호를 아날로그신호로 변환하는 아날로그변환부와,

상기 아날로그변환부로부터의 입력 제어신호에 따른 전계효과 트랜지스터의 드레인-소스간의 저항변화 특성을 이용하여 발진주파수를 변경함으로서 출력을 제어하는 출력제어부와,

외부 저항 및 캐패시터에 연결되면 자체 발진을 하도록 구성된 발진회로부와, 상기 발진회로부로부터 출력되는 상보출력 신호를 입력받아 상 하 두개의 전력소자(IGBT)를 구동하기 위한 펄스신호를 출력하는 HALF-BRIDGE드라이버부로 이루어지되, 상기 HALF-BRIDGE드라이버부는 상기 발진회로부에서 만들어진 상보출력신호가 'DEAD TIME 블록부'와 'DEAD TIME 블록부'를 거쳐 사구간(DEAD TIME)이 포함된 상보신호로 바뀌고, 이를 입력받아 서로 독립된 상 하 전력소자(IGBT)를 각기 구동하기 위한 펄스신호를 출력하는 상 하 두 개의 푸쉬풀 드라이버를 포함하여 이루어지고, 상기 출력제어부로 부터 출력된 값을 입력값으로 하여 상기 인버터를 구동시키기 위한 자려발진식 HALF-BRIDGE 드라이버 집적회로(IC)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 유도가열 조리기는 전원전압 이상상태(과전류 또는, 과공진) 발생시 상기 인버터를 보호하기 위해

인버터의 과전류 상태를 감지하기 위해 인버터의 직류부 패턴상의 전위차를 증폭시킨 후 출력 하도록 구성된 과전류감지부와,

이상상태 발생시 이를 감지 및 홀드(HOLD)하기 위해 과공진 신호와 과전류 신호를 취합하기 위한 논리 OR 회로와, 정궤환 다이오드를 포함하여 구성되는 회로로서, 상기 과전류감지부로 부터 신호를 입력받아 출력 하도록 구성된 이상상태홀드부와,

인버터를 온/오프(ON/OFF) 시키기 위한 푸쉬풀 트랜지스터와, 상기 푸쉬풀 트랜지스터의 출력단에 연결된 다이오드를 포함하여 구성되는 회로로서, 상기 이상상태홀드부 및 마이크로컴퓨터로 부터 신호를 입력받아 상기 출력제어부로 출력하는 온.오프및홀드해제부와,

상용 교류전원과 정류및 평활부 사이에서 분기된 전류 및 전압신호를 인력받아 마이크로컴퓨터에 제공하고, 마이크로컴퓨터로부터 제어신호를 다시 입력받는 회로로서, 인버터의 입력전류량 감지와 전압보상을 위해 상기 분기되어 입력된 입력소비전류량에 입력전원 전압분을 중첩하도록 구성되는 회로부와, 조리용기 감지를 위해 상기 중첩된 입력전압분을 제거할 수 있도록 구성되는 전류감지및전압보상부를 포함하여 구성되는 보호회로를 추가로 포함하는 것이 가능하다.

상기 각 회로부는 다음과 같은 구성 및 기능을 갖는다.

먼저, 상기 아날로그 변환부는 마이크로컴퓨터의 출력단자로부터 수 비트 바이너리(BINARY) 또는 1비트 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 받아 적분과정을 통해 아날로그 신호로 변환한 후 출력제어부로 공급하며,

상기 출력제어부는

아날로그변환부로 부터 출력된 아날로그 신호를 제1 저항을 통해 게이트로 전달받는 전계효과트랜지스터와,

일측은 자려발진HALF-BRIDGE드라이버의 RT단자에 연결되고 타측은 상기 전계효과트랜지스터의 드레인에 연결되는 제2 저항과,

일측은 자려발진HALF-BRIDGE드라이버의 RT단자 및 제2 저항에 연결되고 타측은 전계효과트랜지스터의 소스와 자려발진HALF-BRIDGE드라이버의 발진단자(CT)에 연결되는 제3 저항으로 구성된다.

또한 상기 이상상태 홀드부는

과전류 감지부로부터 출력되는 과전류 신호를 제1 다이오드를 통해 입력받고, 과공진 상태 발생신호를 제2 다이오드를 통해 입력받은 후 기준전압과 비교하여 그보다 높으면 하이(HIGH)상태를 출력하는 컴페레이터와,

순간적으로 나타났다가 사라지는 이상신호에 대하여도 지속적인 하이(HIGH)출력을 유지하기 위해 상기 컴페레이터의 출력을 다시 컴페레이터의 비반전입력단에 되돌려 입력해주기 위한 정궤환 다이오드와,

컴페레이터 출력단에 위치한 풀업(PULL UP)용 제1 저항과,

상기 다이오드들의 전류통로용 제2 저항으로 구성되며,

상기 온.오프및 홀드해제부는

마이크로컴퓨터의 출력단자중 로우 액티브(LOW ACTIVE)상태로서 유도가열 조리기를 온.오프 시키기위한 명령을 출력하는 단자(P1)에 연결되는 제1 트랜지스터와,

상기 이상상태 홀드부내 컴페레이터의 출력값을 제1 트랜지스터의 콜렉터로 연결해주는 제1 다이오드와,

이상상태 홀드부내 컴페레이터의 출력단과 베이스가 연결된 제2 트랜지스터와,

상기 제1 및 제2 트랜지스터의 콜렉터간을 연결해주는 제2 다이오드와,

제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 저항과,

제2 트랜지스터의 콜렉터에 베이스가 서로 병렬 연결된 두 개의 푸쉬풀 트랜지스터와,

일측은 상기 두 개의 푸쉬풀 트랜지스터의 에미터(중점)에 연결되며, 다른 일측은 출력제어부의 상기 제3 저항에 연결되는 제3 다이오드로 구성되며,

상기 과전류감지부는

출력값이 상기 이상상태홀드부내 제1 다이오드로 전달되는 OP앰프와,

인버터 직류부 패턴상의 전위차를 OP앰프의 (+)단에 입력해주는 비반전입력단 저항 및 반전입력단 저항과,

OP앰프의 출력단으로부터의 출력신호를 다시 OP앰프의 (-)단에 입력해, 이득을 결정짓는 부궤환저항으로 구성되며,

상기 전류감지및전압보상부는

상기 상용교류전원 및 상기 정류 및 평활부 사이에 직렬로 연결되어 조리가열기의 소비전류를 감지하기 위한 커렌트트랜스포머와,

서로 두 개씩 직렬 연결된 다이오드의 중간 지점에 상기 커렌트트랜스포머의 한쪽 끝단이 각각 연결되어 이루어지며, 출력단이 마이크로컴퓨터의 단자에 연결되는 브리지형 다이오드와,

상기 브리지형 다이오드를 통해 변환된 맥류를 직류로 변환하기 충전캐패시터와,

상기 브리지형 다이오드의 한쪽 입력단 및 상기 정류 다이오드에 연결된 분압저항과,

상기 분압저항에 연결된 충전캐패시터와,

마이크로컴퓨터가 조리용기 유.무를 판별할 때 턴.온 시키는 트랜지스터로 구성된다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 유도가열 조리기의 구성 및 동작원리에 관해 설명한다.

상용교류전원(71)은 브리지다이오드(74)를 통해 직류로 변환된후 리액터(76)를 거쳐 평활캐패시터(77)에 축적된다. 리액터(76)와 평활캐패시터(77)의 역할은 시스템 내부에서 발생된 노이즈가 외부로 방출되는 것을 억제한다.

먼저 본 발명에 의한 유도가열 조리장치에 있어서, 온.오프 동작과 출력조절부분에 대하여 상세히 살펴보기로 한다. 마이크로컴퓨터(88)의 단자(P1)는 유도가열 조리기를 온.오프 시키기위한 명령을 출력하는 곳으로서 로우 액티브(LOW ACTIVE)상태를 갖는다. 단자(P1)가 일단 하이(HIGH)로 되면 온.오프및홀드해제부(5)의 트랜지스터(51)가 턴.온 되고, 푸쉬풀(PUSH-PULL)트랜지스터(55,56)의 중점이 로우(LOW)가되어 결국 자려발진HALF-BRIDGE드라이버(80)의 발진단자(CT)가 다이오드(57)를 통해 로우(LOW)로 되어 자려발진HALF-BRIDGE드라이버(80)의 동작이 정지된다. 또한 단자(P1)가 로우(LOW)로 되면 상기 논리스테이트의 반대 작용에 의해 자려발진HALF-BRIDGE드라이버(80)의 동작이 개시된다.

마이크로컴퓨터(88)의 단자(P1)는 온.오프및홀드해제부(5)를 통해 인버터 작동을 온.오프 시키는 역할 외에도 이상상태홀드부(3)의 홀드기능을 해제하는 역할도 수행한다. 이상상태홀드부(3)의 출력은 하이(HIGH) 액티브(ACTIVE)상태를 갖는다. 이상상태홀드부(3)는 컴페레이터(34)가 과전류 상태 발생시 다이오드(31)을 통해, 과공진 상태 발생시 다이오드(33)를 통해 이상신호를 받아서 기준전압(36)과 비교하여 그보다 높으면 하이(HIGH)상태를 출력한다. 그러나, 순간적으로 나타났다가 사라지는 이상신호에 대하여도 지속적인 하이(HIGH)출력을 유지하기 위해 출력을 정궤환 다이오드(32)를 통해 컴페레이터(34)의 비반전입력단에 되돌려 준다. 저항(37)은 컴페레이터(34) 출력의 풀업(PULL UP)용으로, 저항(35)은 다이오드(31,32,33)의 전류통로로 작용한다.

도 3은 이상상태 발생시 이상상태홀드부(3)를 포함한 관련 블록들의 상태도를 도시한것으로서, 여기서는 과전류 현상 발생시를 예로 들었으나, 과공진 현상발생시도 동일한 상태를 갖는다. 예로서, 이상 현상이 발생하여 이상상태홀드부(3)출력이 하이(HIGH)가 되는 경우 온.오프및홀드해제부(5)는 2가지상태중 하나를 택하게 되는데, 우선 단자(P1)가 하이(HIGH)인 경우(인버터 동작정지)는 트랜지스터(51)가 턴.온 되어있기 때문에 다이오드(52)에 의해 무시되고 말며, 반대로 단자(P1)가 로우(LOW)인 경우(인버터 동작중)는 트랜지스터(53)의 턴.온에 의해 푸쉬풀 트랜지스터(55,56)의 중점이 로우(LOW)가 되어 인버터 동작이 즉시 정지되어, 인버터부(90)의 전력소자(IGBT)가 보호된다. 또한, 이와 같이 이상상태 발생에 의해 인버터가 정지한 경우의 해제는, 단자(P1)를 잠깐 하이(HIGH)로 했다가 다시 로우(LOW)로 하면 되는데, 이는 단자(P1)가 하이(HIGH)일 때 트랜지스터(51)가 턴.온되어 다이오드(52)를 통해 컴페레이터(34)의 출력이 로우(LOW)가되고, 컴페레이터(34)의 비반전입력단 전압이 반전입력단의 기준전압(36) 보다 내려가기 때문이다.

아날로그 변환부(87)는 마이크로컴퓨터(88)의 단자(P2)로부터 수비트 바이너리(BINARY) 또는 1비트 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 받아 적분과정을 통해 아날로그 신호로 변환하여 출력제어부(4)로 공급한다.

상기 아날로그변환부(87)에서 만들어진 아날로그 신호는 출력제어부(4)의 저항(41)을 통해 전계효과트랜지스터(44)의 게이트에 전달되어 전계효과트랜지스터(44)의 드레인-소스간 저항값을 변화시켜, 결국 자려발진HALF-BRIDGE드라이버(80)의 발진 주파수를 변경시킨다. 상기와 같은 과정을 통해 자려발진HALF-BRIDGE드라이버(80)의 발진 주파수를 변경하고자 하는 이유는, 전술한 바와같이 유도가열 조리기의 출력을 조절하기 위함이다.

자려발진HALF-BRIDGE드라이버(80)의 발진 주파수는 식

Fo = 1/{1.4*(RT+75)*CT)}로 주어지며, 여기에서 CT는 캐패시터(45) 용량이고, 드레인-소스간(44) 저항을 Rds라 할 때 RT={(저항(42)+Rds)//저항(43)}이다. 따라서 발진주파수 Fo = 1/[1.4*{(저항(42)+Rds)//저항(43)+75)}*CT)] 이다.

따라서, 본 발명에 따른 유도가열 조리기에서의 발진주파수 변경은 상기 식에서 알 수 있듯이 전계효과트랜지스터의 드레인-소스간 저항값을 변화시킴으로서 결국 RT값이 바뀌어 이뤄지도록 하고있다.

한 쌍의 IGBT 즉, 상측IGBT(82)와 하측IGBT(84)는 자려발진HALF-BRIDGE드라이버(80)로부터 게이트 구동신호를 입력받아, 부하인 유도가열코일(86)에 고주파 스위칭 전류를 공급한다. 유도가열코일(86)은 공진부(6)의 공진캐패시터(61,62)와 등가적으로 직렬 공진상태로 동작한다. 유도가열코일(86)에 고주파 공진전류가 흐르면, 코일 위에 위치한 자성체 조리용기(85)의 바닥 표면에 와전류가 유기되며, 와전류는 다시 조리용기(85) 자체의 금속저항과 작용하여 우리가 얻고자하는 열로 변환된다. 자려발진HALF-BRIDGE드라이버(80)에 접속되어있는 캐패시터(83)는 상측IGBT(82)의 게이드 구동신호를 생성하기위한 내부구동전원 축적용으로 작용한다. 공진부에 접속되어있는 저항(79)과 저항(78)은 공진전압을 감압하여 이상상태홀드부(3)의 판단 입력으로 전달하는 역할을 한다.

과전류감지부(2)는 유도가열 조리장치의 직류부 패턴상의 미세한 전위차를 OP앰프(23)를 통해 일정한 크기로 증폭하여, 이상상태 홀드부(3)로 전달한다. 어떤이상상태에 따라 기기의 전류흐름이 정상보다 높아지면 과전류감지부(2)의 OP앰프(23) 출력(Y2)이 이상상태홀드부(3)의 기준전압(36)보다 높아져, 결국 이상상태홀드부(3)의 출력이 하이(HIGH)가 되어 인버터의 동작을 정지시킨다. 반전입력단 저항(21)과 부궤환저항(24)은 OP앰프(23)의 증폭도를 결정하는 용도이고, 비반전입력단 저항(22)은 OP앰프의 인풋 드리프트를 감소시킨다. 종래의 과전류 감지 수단은 커렌트 트랜스포머를 사용하여 목적하는 개소의 전류를 전압으로 환산하는 것이 통례이나, 커렌트 트랜스포머를 사용하는 경우 OP앰프와 같은 반도체에 비해 가격이 비싸고 공간을 많이 차지하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 단점을 개선하기 위한 목적으로 OP앰프를 통한 과전류 검출법을 적용하였으며, 이는 매우 독특한 수단이기도 하다.

전류감지및전압보상부(1)는 한 블록 내에서 두 가지 역할을 담당하는데, 하나는 유도가열 조리기기의 소비전류를 감지하고, 또 하나는 입력전압을 감지하는 일이다. 여기에서, 기기의 소비전류는 커렌트트랜스포머(18)를 통해 독취되어, 브리지형 다이오드(13,14,15,16)를 통해 맥류로 변환된 후 충전캐패시터(17)를 거쳐 직류로 변환된다. 상용교류전원(71)은 정류다이오드(72,73)를 통해 맥류로 변환된 후 분압저항(75,12)에 의해 낮춰져서 충전캐패시터(11)를 통해 직류로 변환되며, 전압(V10)으로 표현된다. 따라서, 마이크로컴퓨터(88)의 전류모니터 단자(P3)에는 결국 기기의 소비 전류량에 전원전압(V10)분이 중첩되어 인가됨으로서, 마이크로컴퓨터(88)는 전원전압이 상승하여 커진 전압(V12)도 마치 소비전류가 증가한 것과 같이 인식하게 함으로서, 출력을 내리는 동작을 수행케 하여 전원전압의 상승 또는하강과 무관하게 정출력을 유지할 수 있도록 한다. 트랜지스터(19)는 마이크로컴퓨터(88)가 조리용기 유.무를 판별할 때 턴.온되도록 하여 입력전압 중첩분을 없애도록 작용한다. 마이크로컴퓨터(88)는 조리용기 유.무를 식별할 때, 인버터의 소비전류만을 필요로 하며, 여기에 입력 전압분이 중첩되어 있으면 조리용기 식별에 지장을 받는다. 따라서 마이크로컴퓨터(88)는 조리용기 식별동작을 수행할 때 단자(P4)를 하이(HIGH)로 하여 트랜지스터(19)를 턴.온 시켜주는 것이 바람직하다.

도 4는 전원전압 변동에 따른 마이크로컴퓨터(88)의 모니터전압(V12) 추종 모습을 보여준다.

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

본 발명은, 유도가열 조리기에 자려발진HALF-BRIDGE드라이버 집적소자를 적용함으로서, 종래의 발진 및 HALF-BRIDGE 드라이브 회로 구성방식에 비해 원가절감 효과가 있다.

본 발명은, 과전류 검출방법으로 OP앰프를 통해 유도가열 조리장치의 직류부 패턴상의 전위차를 증폭하여 얻어냄으로서, 커렌트 트랜스포머를 사용하는 종래의 회로 구성방식에 비해 원가절감 효과가 있다.

본 발명은 전원전압이 상승 또는 하강했을 때, 소비전력이 변동되지 않도록 전압보상 대책을 구비함으로서, 일정출력이 유지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 과전류 감지기능과 이상상태홀드 작용에 의해 시스템의 안전성이 더욱 향상되는 효과가 있다.

Claims

외부로부터 인가되는 상용 교류전원을 정류 및 평활하는 정류및평활부와, 상기 정류및평활부로부터 직류전원을 공급받아 입력된 제어신호에 따라 고주파 전력신호로 변환하는 인버터부와, 상기 인버터부에 상기 제어신호를 제공하여 고주파 전력신호를 조절하는 인버터제어부와, 상기 정류및평활부/인버터부/인버터제어부를 제어하기 위한 마이크로 컴퓨터와, 유도자계를 발생시켜 조리용기를 가열하기위한 유도가열코일을 포함하여 이루어지는 유도가열 조리기에 있어서,

상기 인버터제어부는,

상기 마이크로컴퓨터로부터 입력되는 디지털 형태의 출력제어신호를 아날로그신호로 변환하는 아날로그변환부와;

상기 아날로그변환부로부터의 입력 제어신호에 따른 전계효과 트랜지스터의 드레인-소스간의 저항변화 특성을 이용하여 발진주파수를 변경함으로서 출력을 제어하는 출력제어부와;

외부 저항 및 캐패시터에 연결되면 자체 발진을 하도록 구성된 발진회로부와, 상기 발진회로부로부터 출력되는 상보출력 신호를 입력받아 상 하 두개의 전력소자(IGBT)를 구동하기 위한 펄스신호를 출력하는 HALF-BRIDGE드라이버부로 이루어지되, 상기 HALF-BRIDGE드라이버부는 상기 발진회로부에서 만들어진 상보출력신호가 'DEAD TIME 블록부'와 'DEAD TIME 블록부'를 거쳐 사구간(DEAD TIME)이 포함된 상보신호로 바뀌고, 이를 입력받아 서로 독립된 상 하 전력소자(IGBT)를 각기 구동하기 위한 펄스신호를 출력하는 상 하 두 개의 푸쉬풀 드라이버를 포함하여 이루어지고, 상기 출력제어부로 부터 출력된 값을 입력값으로 하여 상기 인버터를 구동시키기 위한 자려발진식 HALF-BRIDGE 드라이버 집적회로(IC);를

포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 유도가열 조리기.
제 1 항에 있어서, 상기 유도가열 조리기는, 전원전압 이상상태(과전류 또는, 과공진) 발생시 인버터를 보호하기 위해

인버터의 과전류 상태를 감지하기 위해 인버터의 직류부 패턴상의 전위차를 증폭시킨 후 출력 하도록 구성된 과전류감지부와;

이상상태 발생시 이를 감지 및 홀드(HOLD)하기 위해 과공진 신호와 과전류 신호를 취합하기 위한 논리 OR 회로와, 정궤환 다이오드를 포함하여 구성되는 회로로서, 상기 과전류감지부로 부터 신호를 입력받아 출력 하도록 구성된 이상상태홀드부와;

인버터를 온/오프(ON/OFF) 시키기 위한 푸쉬풀 트랜지스터와, 상기 푸쉬풀 트랜지스터의 출력단에 연결된 다이오드를 포함하여 구성되는 회로로서, 상기 이상상태홀드부 및 마이크로컴퓨터로 부터 신호를 입력받아 상기 출력제어부로 출력하는 온.오프및홀드해제부와;

상용 교류전원과 정류및 평활부 사이에서 분기된 전류 및 전압신호를 인력받아 마이크로컴퓨터에 제공하고, 마이크로컴퓨터로부터 제어신호를 다시 입력받는 회로로서, 인버터의 입력전류량 감지와 전압보상을 위해 상기 분기되어 입력된 입력소비전류량에 입력전원 전압분을 중첩하도록 구성되는 회로부와, 조리용기 감지를 위해 상기 중첩된 입력전압분을 제거할 수 있도록 구성되는 전류감지및전압보상부를 포함하여 구성되는 보호회로;를

추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유도가열 조리기.
제 1 항 또는 제 2 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 아날로그 변환부는 마이크로컴퓨터의 출력단자로부터 수 비트 바이너리(BINARY) 또는 1비트 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 받아 적분과정을 통해 아날로그 신호로 변환한 후 출력제어부로 공급하며,

상기 출력제어부는

아날로그변환부로 부터 출력된 아날로그 신호를 제1 저항을 통해 게이트로 전달받는 전계효과트랜지스터;

일측은 자려발진HALF-BRIDGE드라이버의 RT단자에 연결되고 타측은 상기 전계효과트랜지스터의 드레인에 연결되는 제2 저항;

일측은 자려발진HALF-BRIDGE드라이버의 RT단자 및 제2 저항에 연결되고 타측은 전계효과트랜지스터의 소스와 자려발진HALF-BRIDGE드라이버의 발진단자(CT)에 연결되는 제3 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유도가열 조리기.
제 2 항에 있어서,

상기 이상상태 홀드부는

과전류 감지부로부터 출력되는 과전류 신호를 제1 다이오드를 통해 입력받고, 과공진 상태 발생신호를 제2 다이오드를 통해 입력받은 후 기준전압과 비교하여 그보다 높으면 하이(HIGH)상태를 출력하는 컴페레이터;와

순간적으로 나타났다가 사라지는 이상신호에 대하여도 지속적인 하이(HIGH)출력을 유지하기 위해 상기 컴페레이터의 출력을 다시 컴페레이터의 비반전입력단에 되돌려 입력해주기 위한 정궤환 다이오드;와

컴페레이터 출력단에 위치한 풀업(PULL UP)용 제1 저항;과

상기 다이오드들의 전류통로용 제2 저항으로 구성되며,

상기 온.오프및 홀드해제부는

마이크로컴퓨터의 출력단자중 로우 액티브(LOW ACTIVE)상태로서 유도가열 조리기를 온.오프 시키기위한 명령을 출력하는 단자(P1)에 연결되는 제1 트랜지스터;와

상기 이상상태 홀드부내 컴페레이터의 출력값을 제1 트랜지스터의 콜렉터로 연결해주는 제1 다이오드;와

이상상태 홀드부내 컴페레이터의 출력단과 베이스가 연결된 제2 트랜지스터;

상기 제1 및 제2 트랜지스터의 콜렉터간을 연결해주는 제2 다이오드;

제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 저항;

제2 트랜지스터의 콜렉터에 베이스가 서로 병렬 연결된 두 개의 푸쉬풀 트랜지스터;

일측은 상기 두 개의 푸쉬풀 트랜지스터의 에미터(중점)에 연결되며, 다른일측은 출력제어부의 상기 제3 저항에 연결되는 제3 다이오드로 구성되며,

상기 과전류감지부는

출력값이 상기 이상상태홀드부내 제1 다이오드로 전달되는 OP앰프;

인버터 직류부 패턴상의 전위차를 OP앰프의 (+)단에 입력해주는 비반전입력단 저항 및 반전입력단 저항;

OP앰프의 출력단으로부터의 출력신호를 다시 OP앰프의 (-)단에 입력해, 이득을 결정짓는 부궤환저항으로 구성되며,

상기 전류감지및전압보상부는

상기 상용교류전원 및 상기 정류 및 평활부 사이에 직렬로 연결되어 조리가열기의 소비전류를 감지하기 위한 커렌트트랜스포머;와

서로 두 개씩 직렬 연결된 다이오드의 중간 지점에 상기 커렌트트랜스포머의 한쪽 끝단이 각각 연결되어 이루어지며, 출력단이 마이크로컴퓨터의 단자에 연결되는 브리지형 다이오드;와

상기 브리지형 다이오드를 통해 변환된 맥류를 직류로 변환하기 충전캐패시터;와

상기 브리지형 다이오드의 한쪽 입력단 및 상기 정류 다이오드에 연결된 분압저항;과

상기 분압저항에 연결된 충전캐패시터;와

마이크로컴퓨터가 조리용기 유.무를 판별할 때 턴.온 시키는 트랜지스터;로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유도가열 조리기.
제 3 항에 있어서,

상기 이상상태 홀드부는

하이(HIGH) 액티브(ACTIVE)상태의 출력값을 가지며,

과전류 감지부로부터 출력되는 과전류 신호를 제1 다이오드를 통해 입력받고, 과공진 상태 발생신호를 제2 다이오드를 통해 입력받은 후 기준전압과 비교하여 그보다 높으면 하이(HIGH)상태를 출력하는 컴페레이터;와

순간적으로 나타났다가 사라지는 이상신호에 대하여도 지속적인 하이(HIGH)출력을 유지하기 위해 상기 컴페레이터의 출력을 다시 컴페레이터의 비반전입력단에 되돌려 입력해주기 위한 정궤환 다이오드;와

컴페레이터 출력단에 위치한 풀업(PULL UP)용 제1 저항;과

상기 다이오드들의 전류통로용 제2 저항으로 구성되며,

상기 온.오프및 홀드해제부는

마이크로컴퓨터의 출력단자중 로우 액티브(LOW ACTIVE)상태로서 유도가열 조리기를 온.오프 시키기위한 명령을 출력하는 단자(P1)에 연결되는 제1 트랜지스터;와

상기 이상상태 홀드부내 컴페레이터의 출력값을 제1 트랜지스터의 콜렉터로 연결해주는 제1 다이오드;와

이상상태 홀드부내 컴페레이터의 출력단과 베이스가 연결된 제2 트랜지스터;

상기 제1 및 제2 트랜지스터의 콜렉터간을 연결해주는 제2 다이오드;

제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 저항;

제2 트랜지스터의 콜렉터에 베이스가 서로 병렬 연결된 두 개의 푸쉬풀 트랜지스터;

일측은 상기 두 개의 푸쉬풀 트랜지스터의 에미터(중점)에 연결되며, 다른 일측은 출력제어부의 상기 제3 저항에 연결되는 제3 다이오드로 구성되며,

상기 과전류감지부는

출력값이 상기 이상상태홀드부내 제1 다이오드로 전달되는 OP앰프;

인버터 직류부 패턴상의 전위차를 OP앰프의 (+)단에 입력해주는 비반전입력단 저항 및 반전입력단 저항;

OP앰프의 출력단으로부터의 출력신호를 다시 OP앰프의 (-)단에 입력해, 이득을 결정짓는 부궤환저항으로 구성되며,

상기 전류감지및전압보상부는

상기 상용교류전원 및 상기 정류 및 평활부 사이에 직렬로 연결되어 조리가열기의 소비전류를 감지하기 위한 커렌트트랜스포머;와

서로 두 개씩 직렬 연결된 다이오드의 중간 지점에 상기 커렌트트랜스포머의 한쪽 끝단이 각각 연결되어 이루어지며, 출력단이 마이크로컴퓨터의 단자에 연결되는 브리지형 다이오드;와

상기 브리지형 다이오드를 통해 변환된 맥류를 직류로 변환하기 충전캐패시터;와

상기 브리지형 다이오드의 한쪽 입력단 및 상기 정류 다이오드에 연결된 분압저항;과

상기 분압저항에 연결된 충전캐패시터;와

마이크로컴퓨터가 조리용기 유.무를 판별할 때 턴.온 시키는 트랜지스터;로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유도가열 조리기.