KR20040072162A - 출력 안정화 인버터 전자레인지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조리실 내의 음식물(가열 부하)의 위치 변동 및 입력 전원의 전류 변동량에 따라 마그네트론의 가열 출력값이 변동하지 않도록 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어하여 안정적인 출력값을 가지며 마그네트론이 구동되도록 하는 출력 안정화 인버터 전자레인지에 관한 것으로서, 다수개의 스위칭 소자를 스위칭함에 따라 마그네트론 구동을 위한 고출력 교류전원을 생성하는 인버터부와, 상기 인버터부로 인가되는 상용 교류전원의 전류 변동분을 센싱하는 전류 센싱부와, 상기 전류 센싱부에서 센싱된 전류 변동분을 따라 변동되는 상기 마그네트론의 출력값을 보상하여 상기 마그네트론이 정출력되도록 하는 출력보상 회로부를 포함하여 구성됨에 따라, 마그네트론의 출력값이 안정적으로 제어되어 음식물 가열의 신뢰도 및 안정도를 증가시켜 사용자 편의성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

출력 안정화 인버터 전자레인지{Power maintenance inverter microwave oven }

본 발명은 마그네트론의 고주파 에너지를 이용하여 음식물을 가열하는 인버터 전자레인지에서 조리실 내의 음식물(가열 부하)의 위치 변동 또는 입력 전원의 전류 변동량에 따른 임피던스 매칭 변화로 가열 출력이 변동하는 문제점을 개선하기 위하여 출력보상 회로부를 부가한 출력 안정화 인버터 전자레인지에 관한 것이다.

도 1 은 통상의 전자레인지(M)의 외관을 도시한 도면이고, 도 2 는 종래 발명의 인버터 전자레인지의 구성도를 도시한 도면으로서, 이를 참조로 하여 종래 발명의 인버터 전자레인지의 구조 및 구동원리를 살펴보면 다음과 같다.

전자레인지(M)는 유전가열 방식을 이용한 조리기로서 고주파를 이용하는 기기중 하나이다. 상기 유전가열 방식이란, 음식물을 식품을 오븐에 넣고 마이크로파를 방사함에 따라 상기 음식물에 포함된 수분의 물분자를 진동시켜 가열하는 방식으로서, 음식물의 표면에서부터 가열되는 보통의 가열 조리기구와는 달리 음식물의 내부가 먼저 가열된다. 이를 위해 통상의 전자레인지는 TV전파보다 1/10정도 파장이 짧은 마이크로파를 이용한다.

상기 마이크로파를 생성하는 가열원은 마그네트론(magnetron, 50)이라는 특수한 2극 진공관으로 되어 있으며, 이는 출력안테나를 통해 상기 마이크로파를 음식물에 집중하여 가열시킨다. 또한 상기 마이크로파가 공진하는 내부 공간을 캐비티(6)라 하며, 상기 캐비티에는 음식물이 골고루 가열되도록 회전하는 턴테이블을 포함한다.

이외에도, 상기 전자레인지(M)는 사용자가 조리 명령을 입력할 수 있도록 외관에 형성된 조리명령 입력부(1)와, 상기 조리명령 입력부에서 입력된 조리명령에 따라 남은 시간 또는 진행 시간을 표시하는 디스플레이부(2)와, 상기 캐비티(6)의 전면을 개폐하는 도어(3)를 더 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 마그네트론(50)을 동작시키기 위하여 일반 가정으로 공급되는 220V-60Hz의 상용 교류전압이 인버터 회로장치(7)를 통해 약 3500V이상의 고출력 직류전압으로 변환되어 상기 마그네트론(50)으로 공급된다.

여기서, 도 3을 참조로 하여 종래 발명의 인버터 전자레인지의 상세 구성을 살펴보면, 상기 상용 교류전원부(10)를 통해 입력된 교류전원은 브릿지 다이오드로 구성되는 직류전압부(20)를 거쳐 스위칭부(30)로 입력된다.

상기 스위칭부(30)는 가열 부하(음식물) 또는 입력된 상용 교류전원의 전류레벨 변동분에 따라 적절한 동작 주파수를 발생하는 스위칭주파수 발생부(90)에 의해 복수개의 스위치를 온/오프함으로써 고출력의 교류전원을 생성하고, 이를 상기 마그네트론 구동부(40)로 인가한다.

상기 마그네트론 구동부(40)는 상기 스위칭부(30)에서 인가한 교류전원을 상기 마그네트론(50)의 구동에 적합한 고출력의 직류전압으로 변환하여 이를 이용하여 상기 마그네트론(50)을 구동함으로써, 상기 마그네트론(50)이 적정 출력값을 가지며 음식물을 가열 조리하도록 한다.

이렇게 상기 스위칭부(30)의 스위칭 동작의 주파수를 결정하는 스위칭주파수 발생부(90)는 제어부(70)에 의해 제어되는데, 상기 제어부(70)는 사용자가 입력한 조리 명령(가열시간, 음식물 종류 등)에 의한 가열 부하 및 상기 상용 교류전원부(10)에서 입력되는 교류전원의 전류레벨 변동분에 대응하는 제어신호를 출력하여 상기 스위칭주파수 발생부(90)를 제어한다.

이를 위해 종래의 전류 센싱부(60)는 1차측과 2차측에 각각 코일이 권선된 전류 트랜스(변류기)를 이용하는데, 1차측은 상기 상용 교류전원부(10)에서 공급되는 교류의 변동분을 감지하고, 2차측의 코일은 상기 1차측의 코일의 변동에 의한 유도 전류를 형성함으로써 이를 상기 제어부(70)로 전달한다. 정류부(다이오드, 61)는 상기 2차측 코일과 연결되어 상기 교류의 변동분을 정류한다.

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이에 따라, 상기 전류검출 트랜스(60)로부터 전류 변동분을 입력받은 제어부(70)는 상기 상용 교류전원부(10)에서 입력되는 전원의 전류 변동분이 급증 또는 급감하여 상기 스위칭부(30)의 스위치 소자 및 상기 마그네트론(50)이 견딜 수 있는 임계 범위를 초과하는 경우 소자의 보호를 위해 오프 신호를 출력하여 상기 스위칭부(30)의 스위칭 동작을 강제 제동할 수 있다.

그러나 상기와 같이 구성되는 인버터 전자레인지의 구성에 있어서는 입력되는 교류전원의 전류 변동분 또는 음식물(가열부하)의 위치 변동에 따라 상기 마그네트론(50)의 출력값이 변동하므로, 상기 마그네트론(50)에 의해 가열되는 음식물의 가열 정도가 일정하지 않다. 따라서 사용자가 원하는 가열정도에 비해 음식물이 과 가열되거나, 부족 가열되어 제품 만족도 및 신뢰성을 저하시킬 우려가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 가열 부하의 변동 및 인버터 회로로 입력되는 교류전원의 전류 변동분에 따라 마그네트론의 출력값이 변동되지 않도록 상기 전류 변동분을 센싱하고, 상기 변동분에 따른 출력값 변동분을 보상하는 출력보상 회로부가 부가되어 상기 인버터 회로의 스위칭 동작을 제어함에 따라 안정적인 출력으로 음식물 가열도의 항상성을 유지하는 출력 안정화 인버터 전자레인지를 제공하는데 있다.

도 1 은 일반적인 전자레인지의 외관이 도시된 사시도,

도 2 는 종래 발명의 인버터 전자레인지의 개략 구성도,

도 3 은 종래 발명의 인터터 전자레인지의 상세 구성도,

도 4 는 본 발명의 출력 안정화 인버터 전자레인지의 구성도,

도 5 는 본 발명의 출력 안정화 인버터 전자레인지의 회로도,

도 6 은 본 발명의 출력 안정화 인버터 전자레인지의 동작에 따른 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100: 상용 교류전원부 200: 직류전압부

300: 스위칭부 400: 마그네트론 구동부

500: 마그네트론 600: 전류 센싱부

700: 출력보상 회로부 800: 스위칭주파수 발생부

900: 목표전압 생성부

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 출력 안정화 인버터 전자레인지의 특징에 따르면, 다수개의 스위칭 소자를 스위칭함에 따라 마그네트론 구동을 위한 고출력 교류전원을 생성하는 인버터부와, 상기 인버터부로 인가되는 상용 교류전원의 전류 변동분을 센싱하는 전류 센싱부와, 상기 전류 센싱부에서 센싱된 전류 변동분을 따라 변동되는 상기 마그네트론의 출력값을 보상하여 상기 마그네트론이 정출력되도록 하는 출력보상 회로부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 4 는 본 발명의 출력 안정화 인버터 전자레인지의 구성도이며, 도 5 는 본 발명의 출력보상 회로부의 상세 회로도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 4를 참조하여 본 발명의 구성을 살펴보면, 상용 교류전원부(100)는 가정 내로 공급되는 220V-60Hz의 교류전원을 인버터 전자레인지로 인가하고, 직류전압부(200)는 상기 교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원을 생성한다. 상기 직류전원은 후술하는 인버터부(250)의 스위칭부(300)로 입력되어 스위치 소자의 온/오프를 구동하는 전원으로 이용된다.

발전소로부터 상기 상용 교류전원부(100)로 인가되는 교류전원은 지역 또는 시간대에 따라 그 전압/전류레벨이 변동하는데, 이렇게 교류전원의 급증 또는 급감으로 인해 회로 내 소자가 파손될 수 있고, 아울러 상기 변동분에 대응하여 음식물을 가열하는 가열원인 마그네트론(500)의 출력값도 변동하므로 이를 방지하기 위해 전류 센싱부(600)가 부가된다.

상기 전류 센싱부(600)는 상기 상용 교류전원부(100)와 연결되어, 상기 마그네트론(500) 출력값의 변동 원인이 되는 전류 변동분을 센싱하고, 이를 출력보상 회로부(700)로 출력한다. 상기 전류 센싱부(600)는 전류 트랜스(변류기)를 이용할 수 있다.

전류 변동분을 입력받은 출력보상 회로부(700)는 상기 전류 변동분에 따라 상기 마그네트론(500)의 출력값이 연동되지 않도록 상기 스위칭부(300)의 스위칭 동작을 제어하여 상기 마그네트론(500)의 출력값을 보상하는데, 이를 위해 상기 스위칭부(300)의 스위칭 주파수를 발생시키는 스위칭주파수 발생부(800)로 출력값 보상을 위한 전압 신호를 인가한다. 상기 전압 신호를 수신한 상기 스위칭주파수 발생부(800)는 상기 전압 신호에 대응하는 스위칭 주파수를 생성하여, 이를 상기 스위칭부(300)로 전달한다.

상기 스위칭부(300)는 상기 스위칭주파수 발생부(800)에서 생성된 주파수를 가지며 다수개의 스위치 소자를 온/오프 스위칭하여 마그네트론 구동을 위한 고출력의 교류전원을 생성하고, 마그네트론 구동부(300)는 상기 고출력의 교류전원을 고배압 트랜스(변압기)에 통과시킨 후 이를 정류 및 평활하여 고출력의 직류전원을 생성한다. 이러한 고출력의 직류전원은 상기 마그네트론(500)을 활성화시키는 구동전원이 되며, 상기 마그네트론(500)의 구동에 따라 조리실 내부의 음식물이 가열된다.

본 발명의 인버터 전자레인지는 사용자가 입력한 조리 명령에 따라 상기 마그네트론(500)의 목표 출력값을 산정하고, 상기 목표 출력값을 가지며 마그네트론이 구동되기 위하여 요구되는 목표전압을 산출하는 목표전압 생성부(900)를 더 포함하여 구성된다.

여기서, 도 5를 참조로 하여 상기 출력보상 회로부(700)에 대하여 상세하게 살펴보면, 상기 전류 센싱부(600)에서 센싱된 전류 변동분과 목표전압 생성부(900)에서 생성된 목표전압을 비교하는 제 1 비교부(710)와, 상기 제 1 비교부의 출력단과 병렬 연결되고, 상기 전류 변동분이 상기 목표전압 이하인 경우에 상기 전류 변동분이 충전되는 커패시터(C1)와, 상기 제 1 비교부(710)와 병렬 연결되어 상기 전류 센싱부(600)에서 센싱된 전류 변동분과 상기 마그네트론(500)의 안정적 구동을 위해 최소 요구되는 기준전압을 비교하는 제 2 비교부(730)와, 상기 커패시터(C1)와 병렬 연결되고, 상기 전류 변동분이 상기 기준전압 미만인 경우 상기 커패시터(C1)에 충전된 전압이 방전되도록 하는 다이오드(D1)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 다이오드(D1)는 애노드가 상기 제 1 비교부(710)의 출력단과 연결되고, 캐소드가 상기 제 2 비교부(730)의 출력단으로 연결되어 회로 구성됨에 따라, 상기 제 2 비교부의 비교 결과에 따라 상기 다이오드(D1)의 캐소드 측이 로우일 때 온(ON)되어 상기 캐패시터(C1)에 충전된 전압을 방전시킨다.

그리고, 상기 제 1 비교부(710) 및 제 2 비교부(730)의 비교 결과에 따라 충전/방전되는 상기 커패시터(C1)의 전압 신호가 상기 스위칭주파수 발생부(800)로 출력되도록 상기 제 1 비교부(710)의 출력단이 상기 스위칭주파수 발생부(800)와 연결되어 회로 구성된다.

즉, 제 1 비교부(710)는 상기 전류 센싱부(200)에서 센싱된 전류 변동분과, 목표전압 생성부(600)에서 산정된 목표 전압을 위해 요구되는 전압 요구분을 입력받아 이를 비교한다. 상기 전류 변동분이 상기 전압 요구분 이하인 경우 상기 제 1 비교부(710)의 출력단을 따라 배치된 저항(R3,R4)을 거쳐 상기 전류 변동분만큼의 전류가 상기 커패시터(C1)에 충전된다.

반면, 상기 전류 센싱부(200)에서 센싱된 전류 변동분을 입력받은 제 2 비교부(730)는 상기 전류 변동분과 상기 마그네트론의 안정적 구동을 위해 요구되는 기준전압(본 실시예에서는 5.1V로 한다)을 비교한다. 상기 전류 변동분이 상기 기준전압 이상인 경우에는 상기 제 2 비교부(730)의 출력단과 역방향으로 배치된 다이오드(D1)가 오프되어 상기 커패시터(C1)에 충전된 전압이 그대로 상기 스위칭주파수 발생부(800)로 인가되고, 상기 전류 변동분이 상기 기준전압 미만인 경우에는 상기 다이오드(D1)가 온 되어, 상기 커패시터(C1)에 충전된 전압이 저항(R5)를 거쳐 상기 다이오드(D1)를 통해 방전됨에 따라 상기 스위칭주파수 발생부(800)로 전압 신호가 인가되지 않는다.

결과적으로, 상기 출력보상 회로부(700)는 상기 전류 변동분이 상기 기준전압 이상이고, 상기 목표 전압에 도달되기 위해 필요한 전압 요구분 이하인 경우에만 상기 커패시터(C1)에 충전된 전류 변동분만큼의 전압 신호를 상기 스위칭주파수 발생부(800)에 인가하여, 상기 전압 신호에 따라 스위칭 주파수가 결정되도록 하여 마그네트론(500)의 출력값 변동분을 보상하는 것이다.

이러한 출력보상 회로부(700)가 적용된 본 발명의 출력 안정화 인버터 전자레인지의 그래프를 살펴보면 다음과 같다. 도 6a는 시간 대비 목표 전압의 그래프이고, 도 6b는 출력 제어전압 대비 마그네트론의 가열 출력값의 그래프이다.

먼저, 도 6a를 살펴보면, 시간에 따라 가열부하 또는 입력되는 교류전원의 전류레벨이 변동함에 따라 출력 안정화를 위해 목표전압 생성부(600)는 목표 전압을 산정하고, 상기 출력보상 회로부(700)는 상기 목표 전압에 도달하기 위하여 전류 변동분을 충전하여 이를 스위칭주파수 발생부(800)로 인가하는데, 상기 출력보상 회로부(700)에서 상기 스위칭주파수 발생부(800)로 인가되는 목표 전압이 Y축이 된다. 여기서 기준전압은 V0이고, 목표 전압은 V3을 의미한다.

그러나 제 2 비교부(730)의 방전 동작에 따라 0V 내지 V0 미만인 경우에는 상기 스위칭주파수 발생부(800)로 전압 신호를 인가하지 않으며, 기준전압(V0) 이상인 경우 상기 목표 전압(V3)에 도달될 때까지 전류 변동분을 커패시터에 충전시키고, 이를 출력한다. 상기 목표 전압(V3)에 도달되면 제 1 비교부(710)에서 더 이상 상기 커패시터(C1)에 충전을 하지 않으므로 출력되는 전압 수준(V3)을 유지한다.

상기 도 6a의 Y 축은 설명했던 바와 같이 상기 스위칭주파수 발생부(800)로 인가되는 전압 신호이며, 상기 전압 신호는 스위칭주파수 발생부(800), 스위칭부(300) 및 마그네트론 구동부(400)를 순차적으로 제어하여 최종적으로 마그네트론(500)의 가열 출력값을 제어한다. 도 6b의 X축은 상기 출력보상 회로부(700)에서 출력된 전압을 의미하고, Y축은 마그네트론의 가열 출력값을 의미한다.

상기 출력보상 회로부(700)에서 출력된 V0이상의 전압이 인가됨에 따라 마그네트론(500)의 출력값이 점차 상승하고, 상기 전압이 V3(목표 전압)에 도달하여 전압레벨을 유지함에 따라 상기 마그네트론의 가열 출력값도 1300W로 유지되어 음식물이 동일하게 가열 조리된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 출력 안정화 인버터 전자레인지는 마그네트론의 출력값 변동분을 보상하는 출력보상 회로부를 부가하여, 가열 부하 또는 입력되는 교류전원의 전류레벨이 변동하는 경우에도 항시 안정된 출력을 가지며 음식물을 가열 조리함에 따라 제품의 신뢰도 및 안정도를 향상시키고, 전류 변동분에 의한 회로 내 소자 및 마그네트론이 파손될 경우를 방지할 수 있어 제품의 내구성도 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 다수개의 스위칭 소자를 스위칭함에 따라 마그네트론 구동을 위한 고출력 교류전원을 생성하는 인버터부와; 상기 인버터부로 인가되는 상용 교류전원의 전류 변동분을 센싱하는 전류 센싱부와; 상기 전류 센싱부에서 센싱된 전류 변동분을 따라 변동되는 상기 마그네트론의 출력값을 보상하여 상기 마그네트론이 정출력되도록 하는 출력보상 회로부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 출력 안정화 인버터 전자레인지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 인버터부는 공급된 상용 교류전원을 정류 및 평활하여 마그네트론 구동을 위한 직류전원을 생성하는 직류전압부와; 상기 직류전압부에서 공급된 직류전원을 이용하여 다수개의 스위치 소자를 스위칭함에 따라 고출력의 교류전원을 생성하는 스위칭부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 출력 안정화 인버터 전자레인지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 인버터 전자레인지는 상기 마그네트론의 출력 보상을 위해 상기 출력보상 회로부가 출력한 신호에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 주파수를 발생시키는 스위칭주파수 발생부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 출력 안정화 인버터 전자레인지.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 인버터 전자레인지는 조리명령에 따라 상기 마그네트론의 목표 출력값을 산정하고, 상기 목표 출력값을 가지며 마그네트론이 구동되기 위하여 요구되는 목표전압을 생성하는 목표전압 생성부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 출력 안정화 인버터 전자레인지.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 출력보상 회로부는 상기 전류 센싱부에서 센싱된 전류 변동분과 목표전압 생성부에서 생성된 목표전압을 비교하는 제 1 비교부와; 상기 제 1 비교부의 출력단과 병렬 연결되고, 상기 전류 변동분이 상기 목표전압 이하인 경우에 상기 전류 변동분이 충전되는 커패시터와; 상기 제 1 비교부와 병렬 연결되어 상기 전류 센싱부에서 센싱된 전류 변동분과 상기 마그네트론의 안정적 구동을 위해 최소 요구되는 기준전압을 비교하는 제 2 비교부와; 상기 커패시터와 병렬 연결되고, 상기 전류 변동분이 상기 기준전압 미만인 경우 상기 커패시터에 충전된 전압이 방전되도록 하는 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 출력 안정화 인버터 전자레인지.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 다이오드는 애노드가 상기 제 1 비교부의 출력단과 연결되고, 캐소드가 상기 제 2 비교부의 출력단으로 연결되어 회로 구성되는 것을 특징으로 하는 출력 안정화 인버터 전자레인지.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 출력보상 회로부는 상기 제 1 비교부 및 제 2 비교부의 비교 결과에 따라 충전/방전되는 상기 커패시터의 전압 신호가 상기 스위칭주파수 발생부로 출력되도록 상기 제 1 비교부의 출력단이 상기 스위칭주파수 발생부와 연결되어 회로 구성되는 것을 특징으로 하는 출력 안정화 인버터 전자레인지.