KR200442900Y1 - 유도 가열 기기의 보호 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유도가열기기의 보호장치에 관한 것으로서, 특히 온도 감지 소자의 절연을 단순한 구조를 통하여 제공하는 유도가열기기의 보호장치에 관한 것이다.

본 고안인 유도 가열 기기의 보호 장치는 유도가열을 수행하는 공진부와, 구동 신호에 따라 공진부로의 구동전압을 공급 및 차단하는 스위칭 소자와, 스위칭 소자로 구동 신호를 인가하여 제어하는 제어부가 형성된 제어기판과, 스위칭 소자의 냉각을 위해 공기유로를 형성하는 냉각부와, 공기유로 상에 장착되되, 스위칭 소자와 일정 간격으로 이격되어 제어기판에 장착된 온도 감지 소자로 이루어진다.

Description

유도 가열 기기의 보호 장치{PROTECTING APPARATUS FOR INDUCTION HEATING APPARATUS}

도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 기기의 구성도이다.

도 2는 본 고안에 따른 유도 가열 기기의 개략 단면도이다.

도 3은 본 고안에 따른 보호 장치가 구비된 유도 가열 기기의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 인버터 제어부 12: 인버터 구동부

30; 인버터 동작 제어부

본 고안은 유도가열기기의 보호장치에 관한 것으로서, 특히 온도 감지 소자의 절연을 단순한 구조를 통하여 제공하는 유도가열기기의 보호장치에 관한 것이다.

일반적으로 인버터 회로로 구동되는 제품에 있어서, 종래에는 팬을 사용하여 파워소자인 IGBT를 보호하고 열적 파괴를 제어하였다.

도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 기기의 구성도이다. 유도가열조리기는 코일에 흐르는 유도전류의 표피효과(skin effect)를 이용하여 에너지 효율을 극대화시킨 조리기로서, 교류(AC)입력을 맥동 직류전압으로 정류하는 정류부(1)와, 정류부(1)의 맥동 직류전압을 평활하여 일정한 직류전압으로 만드는 평활부(2)와, 평활부(2)에서 출력되는 전압을 공진시키고 그 공진전압에 의해 발생되는 자장에 의한 전기 유도효과로 가열되어진 조리 용기(7)에 와전류를 유도시켜 그 용기(7) 내의 음식물을 가열하도록 하는 워킹코일(6)과, 정류부(1)에서 공급되는 직류전압을 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하여 워킹코일(6)에 공진전압을 제공하는 스위칭부(3)와, 각 구성부를 총괄 제어하기 위한 마이크로컴퓨터(4)와, 마이크로컴퓨터(4)의 제어출력에 따라 스위칭부(3)의 스위칭소자를 제어함과 아울러 가열된 워킹코일(6)을 식혀주는 냉각팬(8)을 구동하기 위한 구동제어부(5)로 구성되는 것으로, 이와 같은 종래의 유도가열조리기에 대해 좀 더 상세히 설명하고자 한다.

입력되는 교류전원(AC)을 정류부(1)에서 맥동 직류전압을 정류하여 출력하면, 이를 평활부(2)에서 제공받아 일정한 직류전압으로 평활하여 출력하여 스위칭부(3)에 공급한다.

이때, 사용자가 행하고자 하는 요리의 음식물을 용기(7)에 넣고 미도시된 해당키를 선택하게 되면 요리가 시작된다.

한편, 스위칭부(3)의 스위칭소자로 흐르는 전류는 구동제어부(5)로부터 발생하는 스위칭 제어신호에 대응하여 구동되므로, 워킹코일(6)이 상기 스위칭부(3)에 서 입력된 직류전압에 의해 연속적인 공진상태로 되어진다. 따라서, 워킹코일(6)에는 큰 공진전류가 흐르게 된다.

공진전류에 의해 워킹코일(6)에서는 자장이 발생하고 그 자장에 의한 전자기 유도효과로 인해 가열되어질 용기(7)에 와전류가 유도되어, 상기 용기(7)가 가열되어지고 용기(7)내의 음식물이 가열온도로 가열되어 요리가 완료된다.

이와 같은 종래의 유도가열조리기는 스위칭부(3)의 IGBT를 보호하기 위하여, IGBT가 부착되어 있는 히트싱크(heat sink)에 온도조절장치(thermostat)를 장착한다.

이 온도조절장치의 동작온도 IGBT가 파괴되기 전에 일정온도로 설정하는데, 냉각팬(8)의 구동시 히트싱크와 IGBT의 온도가 상승되어 미리 일정온도에 도달하면 온도조절장치가 주전원 및 마이크로컴퓨터(4)의 전원을 오프시켜 출력을 중단시킴으로써 IGBT의 온도상승을 방지하도록 되어 있다.

그러나, 이러한 온도조절장치를 히트싱크에 장착할 경우, 스위칭부(3)가 고압으로 제어되므로, 히트싱크에도 고압이 걸리게 된다. 따라서, 온도조절장치와 히트싱크 간에 절연 부재가 장착되어야 한다. 이에 따라, 온도조절장치의 히터싱크로의 장착시에 작업성이 좋지 않고 가격이 비싸며 EMI나 EMC와 같은 노이즈 성분에 악조건으로 작용하는 문제를 가진다.

본 고안은 스위칭 소자를 온도로부터 보호하되, 작업성이 좋도록 개선된 구 조를 지닌 유도가열기기의 보호장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 온도 감지 소자의 배치를 통하여 별도의 절연없이도 온도 감지가 가능하도록 하는 유도가열기기의 보호장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 온도 감지 소자에 의해 감지된 온도 이상의 경우, 스위칭 소자를 보호할 수 있는 유도가열기기의 보호장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안인 유도 가열 기기의 보호 장치는 유도가열을 수행하는 공진부와, 구동 신호에 따라 공진부로의 구동전압을 공급 및 차단하는 스위칭 소자와, 스위칭 소자로 구동 신호를 인가하여 제어하는 제어부가 형성된 제어기판과, 스위칭 소자의 냉각을 위해 공기유로를 형성하는 냉각부와, 공기유로 상에 장착되되, 스위칭 소자와 일정 간격으로 이격되어 제어기판에 장착된 온도 감지 소자로 이루어진다.

또한, 스위칭 소자에 히트싱크가 장착되고, 온도 감지 소자는 히트싱크에 일정 간격 이격되어 장착된 것이 바람직하다.

또한, 온도 감지 소자와 히트싱크 간에 공기유로가 형성된 것이 바람직하다.

또한, 제어부는 기준전위를 기준으로 하여, 온도 감지 소자의 출력에 대응하는 전위를 비교하여, 스위칭 소자의 온도 이상 여부를 판단하는 판단부를 구비하고, 판단부의 판단 결과에 따라 스위칭 소자의 온/오프에 대응하는 구동신호를 스위칭 소자로 인가하는 것이 바람직하다.

또한, 제어부는 판단부의 판단 결과에 따라 스위칭 소자의 오프에 대응하는 구동신호를 일정 시간 동안 유지시키는 상태지연부를 구비하는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 고안은 본 고안의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명하였다.

도 2는 본 고안에 따른 유도 가열 기기의 개략 단면도이다. 유도 가열 기기(100)는 내부에 수용홈이 형성되는 본체(200)와, 본체(200)에 회전가능하도록 개폐되어 수용홈이 개방 및 폐쇄되도록 하는 뚜껑(300)으로 이루어진다.

본체(200)는 수용홈 내에 내솥(22)이 형성되고, 내솥(22) 주위에 코일(54)이 삽입 장착된다. 본체(200)의 저면에는 코일(54)로의 전원을 인가하는 제어회로기판(P)이 장착되며, 제어회로기판(P)에 구비된 스위칭 소자(50)(예를 들면, IGBT)에 접하여 히트싱크(52)가 장착된다.

히트싱크(52)는 스위칭 소자(50)와 스크류(53)에 의해 연결되며, 이때, 스위칭 소자(50) 이외에도 복수의 다이오드로 구성된 정류부에도 접하여, 정류부의 열을 발산하도록 할 수도 있다.

스위칭 소자(50)의 냉각을 위한 냉각부는, 히트싱크(52) 이외에도, 본체(200)의 저면부에 형성된 공기흡입구(23)와, 공기의 흐름을 인도하는 가이드부(24)와, 스위칭 소자(50) 및 히트싱크(52)를 냉각한 공기를 토출시키는 공기토출구(25)로 이루어진다. 여기서, 공기흡입구(23)로부터 공기토출구(25) 사이에 공기 유로가 형성되며, 가이드부(24)는 공기 유로 내의 공기의 흐름을 인도한다.

또한, 공기의 강제 유입 및 토출을 위해, 팬(42)을 회전시키는 모터(40)가 구비된다. 즉, 모터(40)의 구동에 의해 팬(42)의 회전됨으로써, 외부 공기가 가이드부(24)를 통하여 강제 유입되어, 히트싱크(52)와 스위칭소자(50)를 냉각시키고, 외부로 토출된다.

또한, 스위칭소자(50)의 온도를 감지하기 위한 온도감지소자(60)가 히트싱크(52)에 직접 장착되는 것이 아니라, 제어회로기판(P) 상의 분리된 위치에 장착된다. 온도감지소자(60)는 히트싱크(52)를 향하여 형성되되, 그 중간에 공기유로가 형성되어, 직접적인 접촉은 발생하지 않는다. 이에 따라, 온도감지소자(60)는 히트싱크(52)에 직접적으로 연결되지 않게 됨으로써, 히트싱크(52)로부터의 절연이 불필요하게 된다.

또한, 온도감지소자(60)는 공기유로 내에 형성되어, 히트싱크(52)의 열이 간접적으로 전달되도록 하여, 히트싱크(52) 및 스위칭소자(50)의 온도를 감지한다. 또한, 모터(40)의 고장으로 팬(42)이 구동되지 않거나, 공기흡입구(23) 또는 공기토출구(25)가 막혀서 공기유로의 흐름이 원활하지 않는 경우에도, 히트싱크(50)에 의한 열의 발산이 원활하지 않으므로, 온도감지소자(60)가 공기유로의 온도를 감지하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 고안에 따른 보호 장치가 구비된 유도 가열 기기의 구성도이다.

유도가열 기기는 상용교류전원을 직류전압으로 정류하는 정류부와, 정류된 직류전압을 평활하는 평활 캐패시터와, 평활 캐패시터에 연결된 LC여파기와, 평활된 직류전압을 공급받는 공진부(코일(54)과, 공진용 캐패시터로 구성됨)와, 평활된 직류전압이 공진부에 공급 및 차단되도록 하는 스위칭 소자(50)로 이루어지는 공진 인버터회로부를 구비하여, 취사 중에서 가열 공정 등의 고열이 용기(K)에 이르도록 한다.

유도 가열 기기는 인버터 구동 제어부(30)로부터의 출력에 대응하여, 스위칭 소자(50)의 구동 신호로 변환 생성하는 인버터 구동부(12)를 구비하고, 스위칭 소자(50)는 이 구동 신호에 따라 온/오프됨으로써, 평활된 직류전압이 공진부로 공급 및 차단되도록 한다.

보호 장치는 IGBT인 스위칭 소자(50)를 보호하기 위해 스위칭 소자(50)의 온도 이상 여부 및 공기 유로의 온도 이상여부를 판단하기 하는 비교기(CP1)를 구비한다.

보호 장치는 비교기(CP1)의 출력을 수신하여, 인버터 구동부(12)를 제어하는 인버터 동작 제어부(30)가 구비된다. 인버터 동작 제어부(30)는 비교기(CP1)의 판단 신호를 비반전단자로 입력받고, 기준 전위를 반전단자로 입력받는 비교기(CP2)를 구비하는 래치부(32)와, 기준 전위를 생성하여 비교기(CP2)에 인가하면서 비교기(CP2)의 상태를 일정 시간 유지하는 지연부(34)로 이루어진 상태 지연부를 구비한다. 상태 지연부는 비교기(CP1)의 판단 결과에 따른 인버터 구동 신호를 생성한다. 예를 들면, 온도 이상인 있는 것인 경우, 상태 지연부는 인버터 정지 신호를 생성하여, 일정 시간 동안 유지한다.

또한, 인버터 동작 제어부(30)는 상태 지연부로부터의 인버터 구동 신호(인버터 정지 신호, 인버터 동작 신호)에 따라 온/오프되는 스위치부(Q1, Q2)를 구비하고, 스위치부(Q1, Q2)의 온/오프 동작에 따른 출력을 수행하는 인버터 제어 부(10)를 구비한다.

자세하게, 비교기(CP1)는 반전단자로 인가전원(VCC)이 전압분배부(R1, R2)에 의해 감압 분배된 기준전위를 인가받고, 비반전단자로 인가전원(VCC)에 대한 저항(R7)과 온도 감지 소자(60)인 서미스터(TH1)의 분배 전압을 인가받는다. 예를 들면, 서미스터(TH1)로 부온도 계수(NCT)형이 사용될 경우, 스위치(Q1)의 온도 또는 공기유로의 온도가 정상 범위 이내인 경우, 서미스터(TH1)의 저항값이 증가하게 되어, 분배 전압이 증가하게 되어, 비교기(CP1)의 판단 출력은 HIGH 상태(즉, OPEN 상태)가 된다. 또한, 스위치(Q1)의 온도 또는 공기유로의 온도가 정상 규격 이상인 경우, 서미스터(TH1)의 저항값이 감소하게 되어, 분배전압이 감소하게 되어, 비교기(CP1)의 판단 출력은 LOW 상태가 된다.

다음으로, 래치부(32)에 대한 것으로서, 비교기(CP1)로부터의 판단 신호가 HIGH 상태(즉, OPEN 상태)인 경우, 비교기(CP2)의 비반전단자로 인가전원(VCC)에 대한 전압분배부(R11, R12)에 의한 분배 전압이 인가된다. 또한, 비교기(CP2)의 반전단자는 인가전원(VCC)에 대한 전압분배부(R13, R14)에 의한 분배 전압이 인가된다. 이때, 전압분배부(R11, R12)에 의한 분배 전압이 전압분배부(R13, R14)에 의한 분배 전압보다 크도록 저항값들을 조절하여, 비교기(CP2)의 출력이 HIGH 상태(인버터 동작 신호)가 되도록 한다.

또한, 비교기(CP1)의 판단 신호가 LOW 상태(인버터 정지 신호)인 경우, 비교기(CP2)로 LOW 상태가 인가되어 비교기(CP2)의 출력은 LOW 상태로 래치된다. 이때, 비교기(CP2)의 반전단자는 인가전원(VCC)에 대한 전압분배부(R13, R14)에 의한 분배 전압이 LOW 상태의 신호보다 높은 전위를 나타낸다.

또한, 비교기(CP2)의 출력은 저항(R15)에 의해 귀환되어 비반전단자에 연결되고, 저항(R16)을 통하여 전압분배부(R13, R14)의 중간에 연결되며, 캐패시터(C2)가 저항(R14)에 병렬로 연결된다. 저항(R12)에 병렬로 캐패시터(C1)가 연결된다.

또한, 비교기(CP2)의 출력과, 인가전원(VCC)에 연결된 저항(R17)이 위치되고, 캐소드가 비교기(CP2)의 출력에 연결되고, 애노드가 입력전류 검출단자에 연결된 다이오드(D1)와, 캐소드가 비교기(CP2)의 출력에 연결되고, 애노드가 스위치(Q1)의 베이스 단자에 연결된 다이오드(D2)을 구비한다. 입력 전류 검출단자는 마이컴(미도시)에 연결되어, 비교기(CP2)의 출력이 LOW 상태인 경우, 입력전류 검출단자로 LOW 상태가 인가된다. 그 반대의 경우에, 입력전류 검출단자로 HIGH 상태가 인가된다. 이러한, 입력전류 검출단자의 상태에 따라, 마이컴은 입력전류가 흐르지 않거나 내솥이 없는 것으로 판단하여 일정 시간 간격을 두고, 동작 신호를 생성하여, 인버터 제어부(10) 등이 새로운 구동(재구동 또는 초기 동작 상태)을 수행하도록 할 수 있다.

또한, 스위치부(Q1, Q2)에서, 스위치(Q1)의 베이스는 다이오드(D2)에 연결되고, 이미터 단자는 인가전원(VCC)에 연결되고, 컬렉터 단자는 스위치(Q2)의 베이스 단자에 연결된다. 또한, 스위치(Q2)의 컬렉터 단자는 인버터 제어부(10)에 연결되고, 이미터 단자는 접지된다.

또한, 스위치(Q2)의 베이스 단자에는 인가전원(VCC)가 저항(R18, R19)를 통 하여 인가되되, 저항(R18)과 (R19) 사이에 스타팅 회로(또는 초기 스타팅 회로)(36)가 연결된다. 스타팅 회로(36)는 마이컴에 연결되어, 유도 가열 기기의 초기 동작 상태에서 마이컴의 신호(스타팅 신호)에 따라 출력을 인가한다. 예를 들면, 스타팅 회로(36)의 출력이 HIGH(또는 OPEN) 상태인 경우, 인가전원(VCC)이 저항(R18, R19)을 통해 스위치(Q2)의 베이스 단자에 인가되어, 스위치(Q2)가 온되어, 인버터 제어부(10)의 동작을 정지시키고, 이에 따라 스위치(Q1)의 정지된다. 반면에, 스타팅 회로(36)의 출력이 LOW 상태인 경우, 스위치(Q2)가 오프되어, 인버터 제어부(10)가 동작하여, 스위치(Q1)의 온/오프 동작이 이루어진다.

이하에서, 유도 가열 기기의 보호 동작이 개시된다.

스위칭 소자(50) 또는 공기 유로의 온도에 이상이 있는 경우, 비교기(CP2)의 출력은 LOW 상태가 되고, 저항(R15)에 의해 LOW 상태로 래치된다. 저항(R13, R14)에 의해 분배된 전압이 반전단자에 입력되고, 비교기(CP2)의 출력이 LOW 상태로 래치 되는 동안, 캐패시터(C2)와 저항(R16)의 시정수를 가지고 방전하게 된다. 비교기(CP2)의 반전단자(-)로의 인가 전압이 비반전단자(+)의 전압보다 낮아지는 동안, 비교기(CP2)의 출력은 LOW 상태를 유지하게 된다.

비교기(CP2)의 출력이 LOW 상태인 경우, 입력전류 검출단자가 LOW 상태가 되며, 스위치(Q1) 및 (Q2)가 온되어, 인버터 제어부(10)의 동작이 정지(inhibit)되어, 스위칭 소자(50)의 동작이 정지된다.

또한, 입력전류 검출단자가 마이컴에 연결되어, 마이컴에서 입력전류 상태 또는 내솥의 여부를 감지하게 되며, 마이컴에서 입력전류가 흐르지 않거나 내솥이 없다고 판단되면 일정 시간의 간격을 가지고 동작 신호가 나와 재 가동하게 된다. 일정 시간 이후에, 마이컴은 인버터 제어부(10) 등에 신규의 구동을, 즉 초기 동작 상태를 수행할 수 있는 신호를 인가한다.

그러나, 이하의 실시예들 및 도면에 의해 본 고안의 범위가 제한되지는 않으며, 본 고안의 범위는 후술한 실용신안청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

본 고안은 스위칭 소자를 온도로부터 보호하되, 작업성이 좋도록 개선된 구조를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 온도 감지 소자의 배치를 통하여 별도의 절연없이도 온도 감지가 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 스위칭 소자의 과열 또는 모터 등의 고장으로 인한 온도 상승의 경우에도, 스위칭 소자를 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 유도가열을 수행하는 공진부와;

   구동 신호에 따라 공진부로의 구동전압을 공급 및 차단하는 스위칭 소자와, 스위칭 소자로 구동 신호를 인가하여 제어하는 제어부가 형성된 제어회로기판과;

   스위칭 소자의 냉각을 위해 공기유로를 형성하는 냉각부와;

   공기유로 상에 장착되되, 스위칭 소자와 일정 간격으로 이격되어 제어회로기판에 장착된 온도 감지 소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도가열기기의 보호장치.
2. 제1항에 있어서,

   스위칭 소자에 히트싱크가 장착되고, 온도 감지 소자는 히트싱크에 일정 간격 이격되어 장착된 것을 특징으로 하는 유도가열기기의 보호장치.
3. 제2항에 있어서,

   온도 감지 소자와 히트싱크 간에 공기유로가 형성된 것을 특징으로 하는 유도가열기기의 보호장치.
4. 제1항에 있어서,

   제어부는 기준전위를 기준으로 하여, 온도 감지 소자의 출력에 대응하는 전위를 비교하여, 스위칭 소자의 온도 이상 여부를 판단하는 비교기를 구비하고, 비교기의 판단 결과에 따라 스위칭 소자의 온/오프에 대응하는 구동신호를 스위칭 소자로 인가하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 기기의 보호장치.
5. 제4항에 있어서,

   제어부는 비교기의 판단 결과에 따라 스위칭 소자의 오프에 대응하는 구동신호를 일정 시간 동안 유지시키는 상태지연부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 기기의 보호장치.

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