KR200443587Y1

KR200443587Y1 - 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기

Info

Publication number: KR200443587Y1
Application number: KR2020070003506U
Authority: KR
Inventors: 구본학
Original assignee: 쿠쿠전자주식회사; 구본학
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2009-02-26
Also published as: KR20080003733U

Abstract

본 고안은 고주파유도가열조리기에 관한 것으로서, 특히 LC 직렬공진부의 공진주파수를 추종하도록 하여 전력 효율을 향상시키는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기에 관한 것이다.

본 고안인 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기는 공진부와, 외부 교류전원을 정류 및 평활하여 인버터부에 인가하는 전원 공급부와, 외부 교류전원을 감지하여, 제어부로부터의 펄스폭변조신호에 대응하는 제1출력전압을 생성하는 출력제어부와, 전원 공급부로부터 직류 전원을 인가받고, 게이트 구동부로부터의 게이트 제어신호에 따라 공진부에 교류전원을 인가하는 인버터부와, 공진부에 연결되어, 공진부의 공진주파수를 추종하는 위상검출신호를 생성하는 위상검출부와, 위상검출신호에 대응하는 주파수를 지닌 제2출력전압을 생성하는 위상고정루프회로부와, 제1출력전압과 제2출력전압을 인가받아, 이에 따른 게이트 제어신호를 생성하여 인버터부에 인가하는 게이트 구동부 및, 취사 과정을 제어하되, 이에 따른 출력지령에 대응하는 펄스폭변조신호를 출력제어부에 인가하는 제어부로 이루어진다.

Description

위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기{HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING APPLIANCE FOR COOKING WITH INVERTER TYPE BY PHASE LOCKED LOOP METHOD}

도 1은 종래 기술에 따른 유도가열 조리기기의 구성도이다.

도 2는 본 고안에 따른 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기의 구성도이다.

도 3a 내지 3c는 도 2의 고주파유도가열조리기의 실시예이다.

도 4는 위상고정루프회로부의 동작에 따른 전압 파형 그래프들이다.

도 5 및 6은 게이트 구동부의 동작에 따른 전압 및 전류 파형 그래프들이다.

도 7은 인버터소자의 동작에 따른 전압 및 전류 파형 그래프들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 전원부 200: 인버터부

300: 직렬 LC 공진부 400: 게이트 구동부

600: 위상고정루프회로부 700: 보호회로부

일반적인 유도가열 조리기기는 본체와, 상기 본체 내측에 안착되어 조리물이 담기는 조리용기와, 상기 조리용기에 담긴 조리물이 조리되도록 상기 조리용기의 하부 또는 본체의 내측에 장착되는 취사히터로 구성되어 있다.

이러한 조리기기는 내부에 담긴 조리물을 담아 상기 조리물을 일정 수준 이상의 온도로 가열하여 조리하는 가전제품으로서, 본 명세서에서는 상기 조리용기가 안착되는 본체 부분에 일정 간격으로 코일이 형성되어 상기 코일에 전류가 흐르게 됨에 따라 발생되는 자기장으로 인해, 자성체로 구성된 조리용기에 와전류가 발생되도록 하여 조리용기를 가열하는 방식의 유도가열 조리기기에 대해 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 유도가열 조리기기의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유도가열 조리기기는 상용교류전원을 인가받아 공급하는 전원부(11)와, 상용교류전원을 직류전압으로 정류 및 평활하는 정류부(12)와, 스위칭소자(30)에 의한 직류전압의 스위칭 동작에 의해 생성된 공진전압을 공급받아 가열을 수행하는 공진부(20)와, 스위칭소자(30)에 의한 공진전압이 과공진전압인지를 검출하는 과공진전압 검출부(13)와, 스위칭소자(30)의 스위칭 동작(온/오프)을 제어하는 구동펄스를 생성하여 인가하는 IGBT 구동부 및 발진부(14)와, IGBT 구동부 및 발진부(14) 로부터의 구동펄스에 따라 온/오프하여 직류전압의 스위칭 동작을 수행하는 스위칭소자(30)와, IGBT 구동부 및 발진부(14)로 유도가열명령을 전송하여, 유도가열이 이루어지도록 하는 MICOM부(40)로 이루어진다.

전원부(11)는 상용교류전원인 외부로부터 인가받아 정류부(12)에 인가한다. 또한, 정류부(12)는 상용교류전원을 직류전압으로 정류 및 평활하는 소자로서, 다이오드 브리지 형태의 정류회로, 콘덴서 등의 평활회로로 이루어질 수 있다.

또한, 과공진전압 검출부(13)는 스위칭 소자(30)의 공진전압이, 즉 스위칭 소자(30)의 컬렉터단자의 전압이 스위칭 소자(30)의 허용내전압(예를 들면, 1,200V) 이상이 되면, IGBT 구동부 및 발진부(14)로 과공진전압이 인가됨을, 즉 현재의 공진전압이 과공진전압임을 알린다. 이 과공진전압 검출부(13)는 통상 OP AMP 형태의 회로로 이루어진다.

또한, IGBT 구동부 및 발진부(14)는 MICOM부(40)로부터의 유도가열명령에 따라 기저장된 형태(즉, 기저장된 듀티비를 지닌 파형)의 구동펄스를 스위칭소자(30)에 인가한다. 또한, IGBT 구동부 및 발진부(14)는 과공진전압 검출부(13)로부터의 결과에 따라 구동펄스의 듀티비를 유지하거나 가변하고, 이에 따른 구동펄스를 스위칭소자(30)에 인가한다. 스위칭 소자(30)는 게이트단자를 통하여 인가되는 신호(예를 들면, 구동펄스)에 의해 온/오프되는 IGBT 소자가 사용되며, 게이트단자와 이미터단자 사이에 저항(R1)이 연결되며, 저항(R1)과 이미터단자는 접지(GND)에 연결된다.

종래 기술에 따른 유도가열 조리기기의 구동 과정에 대하여 설명한다.

먼저, MICOM부(40)로부터의 유도가열명령에 따라 IGBT 구동부 및 발진부(14)는 구동펄스를 스위칭소자(30)의 게이트단자에 공급하게 되고, 스위칭 소자(30)는 구동펄스의 HIGH 신호 구간 동안 온 상태가 되어, 스위칭 소자(30)의 컬렉터 단자와 이미터 단자 사이에 전류가 도통하게 된다. 이 HIGH 신호 구간 동안에, 공진부(20)의 코일(21)을 통하여 전류가 흐르게 되므로, 코일(21)에 전자기에너지가 축적되고, 이 축적된 전자기에너지의 일부가 조리기구(미도시)를 유도가열하는데 사용된다.

다음으로, 구동펄스의 LOW 신호 구간 동안에, 스위칭 소자(30)가 오프되어, 컬렉터 단자와 이미터 단자 사이에 전류가 흐르지 않는다. 반면에, 코일(21)에 축적된 전자기 에너지가 콘덴서(C)를 충전하게 되어, 스위칭 소자(30)의 컬렉터 단자의 전압을 상승시키게 된다. 이어서, 코일(21)에 축적된 전자기 에너지가 소진되면, 코일(21)에서 콘덴서(C)로의 전류 흐름이 종료되며, 이 시점에서 콘덴서(C)에 충전된 전압(예를 들면, 최대 1,100V)이 최대가 된다. 특히, 이 충전 전압은 정류부(12)로부터의 직류전압의 크기와, 구동펄스의 HIGH 신호 구간의 폭 등에 비례하여 증가하게 된다. 이 시점에서, 콘덴서(C)에 충전된 전기 에너지가 방전하면서, 역방향으로 코일(21)을 걸쳐 전류가 흐르게 되어, 코일(21)에 전자기 에너지가 축적되고, 이 축적된 전자기 에너지의 일부가 조리기구를 유도가열하게 된다. 이러한 콘덴서(C)의 방전은 스위칭 소자(30)의 컬렉터 단자의 전압을 낮추게 된다. 이러한 코일(21)과 콘덴서(C)의 공진이 이루어지다가, 스위칭 소자(30)의 컬렉터 단자의 전압이 0V로 떨어지면, IGBT 구동부 및 발진부(14)가 다시 구동펄스를 스위칭소자(30)로 인가하여, 유도가열이 지속적으로 이루어지도록 한다.

이러한 종래의 1석식 또는 2석식 IGBT 소자에 의한 인버터 방식에 따른 유도가열 조리기기는 공진부(특히, 코일)과 조리기가 가열에 따른 상태 변화 등으로 인한 부하 변동에 따른 부하변동(즉, 인덕턴스의 변동)과, 제조 공정에서의 오차가 있음에도 불구하고, 강제적인 주파수로서, 즉 고정 주파수로서 전력을 가변하도록 하여 부하의 전력효율이 낮게 되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 유도가열 조리기기는 부하전력의 조정범위가 좁고, 부하전력의 전범위에서 인버터의 스위칭 on/off 전력 손실이 상당히 크게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 고안은 공진부의 공진주파수에 대응하는 주파수를 지니는 전원이 공진부에 인가되도록 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 부하전력의 전범위 즉 전 위상에 대하여 제어를 수행하여 인버터의 스위칭 on/off 전력 손실을 방지하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 공진부의 공진주파수에 대응하되, 공진부가 저항성을 적게 지니도록 공급 전원의 주파수를 설정하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 채트현상에 의해서 발생한 스위칭 잡음을 감소시키는 위상 고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이하의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안의 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기는 전원부(100), 인버터부(200), 인버터부(200)의 직렬LC 공진부(Serial LC Resornant Load) (300), 인버터부(200)의 게이트 구동부(400), 위상검출부(500), 위상고정루프회로부(600), 보호회로부(700), 출력제어부(800) 및 마이컴부(900)로 이루어져 있다.

먼저, 전원부(100)에서 상용교류전원(110)으로부터 유입되는 전자파 잡음을 EMI여파기(120)에 의해 여파하고, 전원전류트랜스(130)로부터 검출된 전원전류는 출력제어부(800) 내에 있는 전원전류검출기(810)에 궤환되고, 정류기(140)와 LC여파기(150)에 의해 공급되는 직류전원을 인버터부(200)의 입력전원으로 사용한다. 4개의 IGBT가 브리지 형태로 구성된 인버터부(200)는 게이트 구동회로, 단락회로 검출, 그리고 과온도 검출을 위한 서미스터가 내장되어 있고, 단일전원으로 동작하는 모듈형일 수 있다. 이 인버터부(200)의 기능은 하기의 도 3a 내지 3c에서 상세하게 기재된다. 인버터부(200)의 부하인 직렬 LC공진부(300)는 가열코일(L3)에 조리기를 둔다.

인버터부(200)의 게이트 구동부(400)는 NAND 게이트1 내지 4(410)와, NOT 게이트 1 및2(420)와, 데드타임의 결정과 부하가열코일의 역방향에너지를 Freewheeling Diode를 통해 환류하는 시간을 결정하는 지연회로부 1 및2(430)와, PWM발생용비교기 2 및3(440)와, NOT 게이트 3(450), PWM발생용비교기 2 및 3(440)의 출력전압파형에서 발생할 수 있는 채트(Chatter)현상을 제거하는 지연회로부 3 및 4(460)로 구성되며, NAND 게이트 1 내지 4(410)의 4개 출력은 인버터부(200)의 게이트 입력단자인 IN(wl), IN(vl), IN(wh), IN(vh)에 각각 인가된다.

이 지연회로부3 및 4(460)는 PWM발생용비교기 2 및 3(440)의 출력전압(V13) 및 (V14)의 폴링에지(Falling edge)시 적당한 지연을 주어 PWM발생용비교기 2 및 3(440)의 출력파형에서 발생할 수 있는 채트현상을 제거하고, NAND 게이트 3 및 4(410)의 입력에 가한다.

NOT게이트3(450)의 출력전압(V10)은 지연회로부1(430)의 입력에 가하고, 지연회로부1 및 2(430)의 출력전압(V11) 및 (V12)은 NOT 게이트 1 및 2(420)의 입력에 가하고, NOT 게이트 1 및 2(420)의 출력전압(V16) 및 (V17)은 NAND 게이트 1 및 2(410)의 입력에 가한다.

NAND 게이트 1 내지 4(410)에서 공통으로 접속된 전압(V2)은 보호회로부(700)내에 있는 홀딩회로(740)로부터 인가된다. 상술된 NAND 게이트 1 내지 4(410)는 보호회로부(700)가 구비되지 않을 경우, 구비되지 않을 수도 있다.

위상검출기(500)는 인버터부(200)의 부하인 직렬 LC공진부(300)의 공진콘덴서(C)의 전압을 분압한 전압(V15)으로부터 변환시킨 위상검출신호(V4)를 위상고정루프회로부(600) 내에 있는 위상비교기(630)의 입력으로 궤환시킨다.

위상고정루프회로부(600)는 전압제어발진부(610)와, 저대역 필터부2(620)와 위상비교부(630)와, 위상지연회로(640)로 구성된다. 위상검출부(500)의 출력(V4)과 위상지연회로(640)의 출력(V3)은 위상비교부(630)의 입력으로 인가되고, 위상비교부(630)의 출력(V5)은 저대역 필터부2(620)의 입력으로 인가된다. 저대역 필터부2(620)의 출력(V6)은 전압제어발진부(610)의 입력으로 인가되고, 전압제어발진부(610)에 연결된 콘덴서(C1)의 양단에서 발생하는 톱니파(또는 삼각파) 전압(V8), (V9)은 PWM발생용비교기2 및 3(440)의 입력으로 인가되고, 전압제어발진부(610)의 출력전압(V7)은 NOT 게이트3(450)의 입력과, 지연회로부2(430)의 입력과 위상지연회로부(640)의 입력으로 인가된다.

보호회로부(700)는 인버터부(200)의 과온도보호(온도검출신호)(V_Rth)를 위한 비교회로부1(710)와, 인버터부(200)의 고장신호(Vfo)를 인가받는 단락회로 검출부(720), OR게이트(730), 이상현상의 발생시에 출력을 차단하고 재동작시에 출력의 차단을 해제하는 홀딩 회로(740)로 구성된다.

출력제어부(800)는 PI제어기(820)와, 저대역 필터부1(830)와, 전원전류검출기(810)로 구성되며, 마이컴부(900)는 전체적인 취사 과정을 제어하며, 이에 따른 취사 알고리즘에 따른 부하출력의 지령에 따른 펄스폭변조신호인 설정치(Vpwm)를 출력제어부(800)로 인가한다.

마이컴부(900)는 취사 과정을 제어 하는 마이컴(910)과, 취사의 선택 및 진행 상황 등을 표시하는 정보표시기(920)로 구성된다.

도 3a 내지 3c는 도 2의 고주파유도가열조리기의 실시예이다.

전원부(100)의 EMI 여파기(120)는 상용교류전원(110)의 교류입력전원단자(T1-AC, T2-AC)와 병렬 연결된 콘덴서(C1')와 저항(R3') 및 초크코일(L1)로 이루어진다. 콘덴서(C7')와 바리스터(Z1)가 초크코일(L1)의 출력 양단에 병렬로 연결된다.

전원전류트랜스(130)는 교류입력전원을 검출하는 전류트랜스(CT1)를 구비한다.

정류기(140)는 다이오드 브리지(BD1)로 이루어지고, 정류기(BD1)(140)의 1번 단자는 LC여파기(150)의 초크코일(L2)를 통해서 인버터부(200)의 P단자에 연결되고, P단자에서 저항(R5')를 통해 접지되고, P단자에서 콘덴서(C3')를 통해 접지된다. 정류기(BD1)(140)의 4번 단자는 접지된다. 인버터부(200)의 Nw단자와 Nv단자는 N단자에 연결되어 접지되고, W단자는 가열코일(L3)에 연결되고, V단자는 공진콘덴서(C10')을 통해서 가열코일(L3)에 연결된다. 서지파괴의 보호를 위해 스너버 콘덴서(C2')는 P단자와 N단자에 가능한 짧게 연결한다.

인버터부(200)는 단일전원으로 동작하는 모듈형으로 된 FAIRCHILD사의 SMART MODULE인 3상용 FSAM20SM60A를 선택하여 내장된 6개의 IGBT 중에서 도 3c에 도시된 바와 같이, 4개의 IGBT만을 사용하여 브리지 형태로 구성된다. 단상용 브리지 형식으로 사용한 인버터소자(U1)의 기본구성도는 도3c에 나타 낸 바와 같이 4개의 IGBT(A 내지 D)와, IGBT (A 내지 D)에 대응하는4개의 IGBT 구동회로 (DCa, DCb, DCc, DCd), IGBT (A 내지 D)에 대응하는 4개의 Freewheeling Diode(Da, Db, Dc, Dd)로 구성된다.

인버터소자(U1)의 전원입력(P, N)단자에는 전원부(100)로부터 정류 및 평활 하여 얻어진 직류전원(Vdc)이 공급되고, 인버터소자(U1)의 출력 단자 (W, V)에는 직렬 LC공진부(300)인 직렬 LC공진회로가 연결된다. 여기서, 직렬 LC공진부(300)는 코일(L3)과, 코일(C)(C10'와 C11' 및 C12'의 합)로 이루어진다.

인버터소자(U1)의 입력단자(IN(vh), IN(wh), IN(wl), IN(vl))는 NAND게이트1내지 4(410a 내지 410d)의 출력인 OUT(vh), OUT(wh), OUT(wl), OUT(vl)을 저항(R4'), (R8'), (R14'), (R15')를 통해서 각각 연결된다. 인버터소자(U1)의 IN(wh)단자는 저항(R2')을 통해 +5V에 연결되고, 콘덴서(C6')를 통해 접지에 연결된다. 인버터소자(U1)의 IN(vh)단자는 저항(R7')을 통해 +5V에 연결되고, 콘덴서(C13')를 통해 접지에 연결된다. 인버터소자(U1)의 IN(wl)단자는 저항(R13')을 통해 +5V에 연결되고, 콘덴서(C18')을 통해 접지에 연결된다. 인버터소자(U1)의 IN(vl)단자는 저항(R12')를 통해 +5V에 연결되고, 콘덴서(C17')를 통해 접지에 연결된다. 인버터소자(U1)의 V(bw)단자는 다이오드(D1')와 저항(R1')을 통해 +15V에 연결되고, 병렬로 접속된 콘덴서(C4'), 와 (C5')를 통해 인버터소자(U1)의 Vs(w)단자에 연결된다. 인버터소자(U1)의 Vb(v)단자는 다이오드(D2')와 저항(R6')을 통해 +15V에 연결되고, 병렬로 접속된 콘덴서(C8')와 (C9')를 통해 인버터소자(U1)의 Vs(v)단자에 연결된다. 인버터소자(U1)의 COM(h)단자는 접지에 연결된다.

인버터소자(U1)의 Rsc단자는 저항(R9')을 통해 접지에 연결되고, 저항(R10')과 콘덴서(C15')를 통해 접지에 연결된다. 인버터소자(U1)의 Csc단자는 저항(R11')을 통해 콘덴서(C15')와 저항(R10')의 접속점에 연결되고, 인버터소자(U1)의 Cfod단자는 콘덴서(C16')를 통해 접지에 연결된다. 인버터소자(U1)의 Vcc(l)단자와 Vcc(wh)단자와 Vcc(vh)단자는 +15V에 연결되고, 병렬로 접속된 콘덴서(C19')와 (C20')를 통해 접지에 연결된다.

인버터소자(U1)의 고장신호인 전압(Vfo)는 정상상태에서는 HIGH상태(+5V)이나, 인버터소자(U1)의 단락회로로 인한 과전류 시에는 약 수 ms동안 LOW상태(0V)가 된다.

인버터소자(U1)의 Rth단자인 온도검출전압(VRth)은 저항(R28')을 통해 과온도보호를 위한 비교회로부(CP4)(710)의 반전단자에 인가된다.

도3c에서 인버터소자(U1)의 게이트입력IN(wh)와 IN(vl)이 동시에 'Low'(ON)이면, IGBT(A와 B)가 도통되어 직렬 LC공진부(300)에 전류가 흐르고, 인버터소자(U1)의 게이트입력IN(vh)와 IN(wl)이 동시에 'Low'(ON)이면, IGBT(C와 D)가 도통되어 전류가 반대방향으로 흐르게 된다. 여기서 A, D가 동시에 도통되거나 혹은 B, C가 동시에 도통되면 단락회로가 되어 IGBT가 파손될 수가 있으므로, 단락회로 또는 과온도와 같은 이상 현상이 발생한 경우 보호회로부(700)의 작동에 의해 IGBT(A 내지 D)의 파손을 보호할 수 있다.

게이트 구동부(400)는 하기에서 개시한다.

위상검출부(500)는 직렬 LC공진부(300)의 위상을 검출하기 위해, 콘덴서(C11') 및 (C12')를 직렬로 연결한 후 콘덴서(C10)'과 병렬로 연결된 위상검출트랜스(T1)은 콘덴서(C10')의 고전압을 적절한 저전압으로 분압된 콘덴서(C12')의 양단 전압을 얻는다. 위상검출트랜스(T1)의 출력 단자는 다이오드(D3')를 통해 +5V에 연결되고, 다이오드(D4')를 통해 접지에 연결되고, 콘덴서(C14')를 통해 접 지된다. 따라서, 위상검출트랜스(T1)의 출력전압(V15)의 범위를 다이오드(D3'과 D4')에 의해 -0.6V에서 5.6V로 제한되고, 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가된다. 출력전압(V15)는 +5V에 연결된 저항(R1)과 트랜지스터(Q1)에 의해 0V 또는 5V의 구형파 신호인 위상검출신호(V4)로 변환되어, NOT게이트(N1 및 N2)를 통하여 위상고정루프회로부(600)에 인가된다.

위상고정루프회로부(600)는 위상고정루프소자(U4)를 사용하며, 위상고정루프소자(U4)는 MOTOROLA의 MC14046 계열이 사용된다. 위상고정루프소자(U4)에 있는 위상비교부(630)의 입력단자(SIN)에 NOT게이트(N2)의 출력인 위상검출전압(V4)과, 위상고정루프소자(U4)에 있는 위상지연회로(640)의 출력전압(V3)이 인가된다.

위상비교부(630)의 출력단자(P2)는 저대역 필터부2(620)의 입력에 해당하는 저항(R4)에 연결하여 저항(R5)와 콘덴서(C5)를 통해 접지에 연결되고, 저대역 필터부2(620)의 출력에 해당하는 저항(R4) 및 (R5)의 접속점인 저대역 필터부2(620)의 출력전압(V6)은 전압제어발진부(VCO)(610)의 입력단자인 위상고정루프소자(U4)의 VCOIN 단자에 인가된다.

위상고정루프소자(U4)의 VCOUT 단자인 전압제어발진부(VCO)(610)의 출력전압(V7)의 주파수는 저항(R1)단자에 연결한 가변저항(VR3)과 저항(R2)단자에 연결한 가변저항(VR4)과, 위상고정루프소자(U4)의 C1A와 C1B단자에 연결한 C1에 의해 결정된다. 단안정멀티바이브레터(U5A와 U5B)는 위상지연회로(640)로 사용된다. 단안정멀티바이브레터(U5A)의 Q단자는 단안정멀티바이브레터(U5B)의 B단자에 연결된다. 단안정멀티바이브레터(U5A)의 RC단자는 가변저항(VR7)을 통해 5V에 연결되고, 콘덴서(C9)를 통해 접지에 연결된다.

단안정멀티바이브레터(U5B)의 RC단자는 저항(R7)을 통해 5V에 연결되고, 콘덴서(C10)을 통해 접지에 연결된다. 단안정멀티바이브레터(U5A)의 A단자에 가해지는 입력전압(V7)과 단안정멀티바이브레터(U5B)의 Q단자에서 얻어지는 출력전압(V3)의 위상차인 위상지연각은 단안정멀티바이브레터(U5A)의 RC단자에 연결된 가변저항(VR7)에 의해 조정된다.

위상고정루프소자(U4)의 C1A단자에서 출력되는 톱니파 전압(V9)는 PWM발생용비교기3(CP2)(440)의 비반전단자에 연결되고, 위상고정루프소자(U4)의 C1B단자에서 출력되는 톱니파 전압(V8)은 PWM발생용비교부2(CP1)(440)의 비반전단자에 인가된다. PWM발생용비교기2 및 3(CP1및 CP2)(440)의 반전입력단자는 출력제어부(800)의 저대역 필터부1(830)의 출력측인 저항(R13 및 R15)의 접속점의 전압(V1)을 인가받는다.

다음으로, 보호회로부(700)에 대한 설명이 개시된다. 단락회로검출부(720)는 인버터소자(U1)의 Vfo단자인 Vfo전압을 저항(R19')와 (R18')을 통해 트랜지스터(Q1')의 베이스에 인가받고, 저항(R16')을 통해 +5V에 연결되고, 콘덴서(C23')을 통해 접지에 연결된다. 저항(R19')와 (R18')의 접속점은 콘덴서(C22')를 통해 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q1')의 에미터는 5V에 연결되고, 트랜지스터(Q1')의 콜렉터전압(Vsc)은 다이오드(D7)의 에노드에 연결되고, 저항(R22')를 통해 접지한다. 인버터소자(U1)의 고장신호인 전압(Vfo)는 정상상태에서는 HIGH상태(+5V)이나 인버터소자(U1)의 단락회로로 인한 과전류시에는 약 수 ms동안 LOW상태(0V)이고, 트랜지스터(Q1')의 전압(Vsc)는 HIGH상태(+5V)가 되어 부하출력전력이 차단되는 인버터소자(U1)의 단락회로에 대한 보호회로의 검출신호로 이용된다. 전압(Vsc)은 다이오드(D7)의 에노드에 인가되고, 다이오드(D7)의 캐소드는 병렬로 접속된 저항(R6)과 콘덴서(C8)을 통해 접지에 연결된다. 인버터부(200)의 단락시에 다이오드(D7)의 에노드단자의 전압(Vsc)은 HIGH상태로 되어, 인버터부(200)의 구동을 차단한다.

비교회로부1(710)에 대한 설명을 개시한다. 저항(R25')은 +5V에 연결되고 콘덴서(C27')를 통해 접지에 연결된다. 비교회로소자(CP4)는 저항(R29')와 (R32')을 통해 접지에 연결되고 동시에 저항(R31')을 통해 비교회로소자(CP4)의 출력단자에 연결된다. 저항(R29')와 (R32')의 접속점인 과온도 설정전압(Vthr)은 저항(R24')을 통해 +5V에 연결된다. 비교회로소자(CP4)의 출력단자는 저항(R23')을 통해 +5V에 연결된다. 인버터소자(U1)의 과열로 인해 내장된 서미스터의 저항감소를 이용하여 설정온도 이상이 되면 비교회로소자(CP4)의 출력전압(Vthf)은 HIGH상태(5V)가 되므로 부하출력전력이 차단되는 과온도에 대한 보호회로의 검출신호로 이용한다. 인버터부(200)의 과온도시에 다이오드(D8)의 에노드인 Vthf전압은 HIGH상태로 되어 FBI의 구동을 차단하고, 마이컴(910)에게 이상신호 Vprt를 보내어 부하의 출력을 차단시켜 전체 시스템을 보호한다. 전압(Vthf)은 다이오드(D8)의 에노드에 연결되고, 다이오드(D8)의 캐소드는 저항(R6)과 콘덴서(C8)의 접속점에 연결된다. 저항(R6)과 (C8)의 접속점은 OR 게이트(730)의 출력이 된다.

홀딩회로(740)는 다음과 같다. OR 게이트(730)의 출력은 다이오드(D11)의 에 노드와 트랜지스터(Q4)의 베이스와, 다이오드(D12)의 캐소드와 마이컴(910)의 Vprt단자에 공통적으로 연결되고, 다이오드(D11)의 캐소드는 트랜지스터(Q2)의 콜렉터와 에미터를 통해 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q2)의 베이스는 저항(R11)을 통해 5V에 연결되고, 동시에 마이컴(910)의 Von/off전압의 단자에 연결된다. 마이컴(910)에서 출력되는 Von/off전압은 전체 시스템의 작동을 ON 또는 OFF하거나 이상상태시에 출력이 차단상태인 홀딩상태를 해제한다. 다이오드(D11)의 캐소드와 트랜지스터(Q2)의 콜렉터의 접속점은 저항(R8)을 통해 5V에 연결되고, 동시에 다이오드(D9)의 캐소드에 연결된다. 다이오드(D9)의 에노드는 다이오드(D10)의 에노드와 NAND 게이트1내지4(410a 내지 410d) 및, 발광다이오드(LD1)의 캐소드에 공통으로 연결된다. 발광다이오드(LD1)의 에노드는 저항(R12)을 통해 5V에 연결된다. 다이오드(D10)의 캐소드는 트랜지스터(Q4)의 콜렉터와 에미터를 통해 접지에 연결되고, 동시에 저항(R9)을 통해 5V에 연결된다. 트랜지스터(Q4)의 콜렉터는 트랜지스터(Q3)의 베이스에 연결되고, 트랜지스터(Q4)의 에미터는 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 다이오드(D12)의 에노드에 연결되고, 동시에 저항(R10)을 통해 5V에 연결되고, 트랜지스터(Q3)의 에미터는 접지에 연결된다.

출력제어부(800)는 마이컴(910)에서 지령한 부하출력의 설정치 전압(Vpwm)을 정출력으로 제어하기 위해 PI제어기(820)는 비교회로소자(CP3)를 사용한다. 마이컴(910)으로부터 지령한 설정치 전압(Vpwm)은 저항(R17)을 통해 5V에 연결되고, 동시에 트랜지스터(Q5)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(Q5)의 에미터는 접지에 연결되고, 트랜지스터(Q5)의 콜렉터는 저항(R18)과 (R19)을 통해 접지에 연결되고, 저항(R18)과 (R19)의 접속점은 저항(R16)을 통해 5V에 연결되고 동시에 비교회로소자(CP3)의 반전입력단자에 연결된다. 비교회로소자(CP3)의 반전입력단자는 콘덴서(C12)를 통해 비교회로소자(CP3)의 출력단자에 연결된다. 비교회로소자(CP3)의 비반전입력은 감지전압(Vif)이다. 비교회로소자(CP3)의 출력단자인 PI제어기(820)의 출력전압(Vu)은 저대역 필터부(830)인 저항(R14)과 콘덴서(C11)을 통해 접지에 연결된다. 저항(R14)과 콘덴서(C11)의 접속점인 저대역 필터부(830)의 출력전압(V1)은 저항(R13)을 통해 5V에 연결되고, 저항(R15)을 통해 접지에 연결되고, 동시에 PWM발생용비교기2 및 3(CP1), (CP2)(440)의 반전입력단자에 공통으로 연결된다.

전류 검출부(810)는 다음과 같다. 전류트랜스(CT1)의 2차단자는 저항(R17')을 통해 다이오드(D5')의 에노드와 다이오드(D6')의 캐소드의 접속점에 연결되고, 저항(R21')을 통해 전류트랜스(CT1)의 2차단자에 연결된다. 다이오드(D5')의 에노드과 다이오드(D6')의 캐소드의 접속점은 콘덴서(C21')를 통해 접지에 연결되고, 다이오드(D7')의 에노드과 다이오드(D8')의 캐소드의 접속점은 콘덴서(C26')를 통해 접지에 연결되고, 동시에 저항(R30')을 통해 전류트랜스(CT1)의 2차단자에 연결된다. 다이오드(D5')의 캐소드와 다이오드(D7')의 캐소드의 접속점은 저항(R20')을 통해 감지전압(Vif)을 PI 제어기((820)의 비교회로소자(CP4)의 비반전입력으로 인가하고, 동시에 저항(R27')과 콘덴서(C25')를 통해 접지되고, 콘덴서(C24')를 통해 다이오드(D6')의 에노드와 다이오드(D8')의 에노드에 연결되고, 저항(R27')과 콘덴서(C25')의 접속점은 콘덴서(C24')에 연결된다. 감지전압(Vif)의 단자는 저 항(R26')을 통해 접지된다. PI제어기(820)의 비교회로소자(CP3)의 비반전입력단자에 궤환하는 감지전압(Vif)은 전원부(100)에 흐르는 전류를 전류트랜스(130)(CT1)에 의해 검출 및 정류하여 마이컴(910)에서 지령한 부하출력의 설정치 전압(Vpwm)에 대응하는 전압으로 변환하여 이용된다.

마이컴(910)은 설정되거나 사용자에 의해 선택된 취사를 수행하되, 이 취사에 대응하는 취사 알고리즘에 따른 출력 제어를 수행한다. 이러한 출력 제어를 위해, 출력 지령치에 대응하는 설정치 전압(Vpwm)이 출력제어부(800)에 인가된다. 또한, 마이컴(910)은 전체 시스템의 작동을 ON 또는 OFF하거나, 이상상태시의 출력이 차단상태인 홀딩상태를 해제하기 위해, 전압(Von/off)을 보호회로부(700)에 인가한다. 정보표시기(920)는 마이컴(910)으로부터 신호를 수신하는 디스플레이 장치로서, LED 디스플레이나 LCD 디스플레이 장치등이 사용될 수 있다.

다음으로, 게이트 구동부(400)에 대하여 개시한다.

전압제어발진부(610)의 전압(V7)은 NOT 게이트3(450)의 입력단자와 지연회로부2(430)의 입력(다이오드(D5)의 캐소드)단자에 인가된다. NOT 게이트3(450)의 출력전압(V10)은 지연회로부1(430)의 입력(다이오드(D2)의 캐소드)단자에 인가된다. 지연회로부1(430)의 구성은 다이오드(D2)와 가변저항(VR1)을 병렬로 접속하고, 다이오드(D2)의 캐소드측은 NOT 게이트3(450)의 출력단자에 연결되고, 다이오드(D3)와 가변저항(VR2)를 병렬로 접속하며, 다이오드(D3)의 에노드측은 다이오드(D2)의 에노드측에 연결되고, 다이오드(D2)의 에노드와 다이오드(D3)의 에노드의 접속점에서 콘덴서(C3)을 통해 접지에 연결되고, 다이오드(D3)의 캐소드와 NOT 게이트1(420a)의 입력단자의 접속점인 지연회로부1(430)의 출력전압 (V11)은 콘덴서(C4)를 통해 접지에 연결된다. NOT 게이트1(420a)의 출력전압(V16)은 NAND 게이트1(410a)의 입력에 연결된다. 지연회로부2(430)의 구성은 다이오드(D5)와 가변저항(VR6)을 병렬로 접속하여 다이오드(D5)의 캐소드측은 NOT 게이트3(450)의 입력단자에 연결되고, 다이오드(D6)와 가변저항(VR5)을 병렬로 접속하여 다이오드(D6)의 에노드측은 다이오드(D5)의 에노드측에 연결되고, 다이오드(D5)의 에노드와 다이오드(D6)의 에노드의 접속점에서 콘덴서(C6)를 통해 접지에 연결되고, 다이오드(D6)의 캐소드와 NOT 게이트2(420b)의 입력단자의 접속점인 지연회로부2(430)의 출력전압 (V12)은 콘덴서(C7)를 통해 접지에 연결된다. NOT 게이트2(420b)의 출력전압(V17)은 NAND 게이트2(410b)의 입력에 연결된다.

PWM발생용비교기2(CP1)(440)의 출력(V13)은 저항(R2)을 통해 +5V에 연결되고, 지연회로부3(460)은 출력(V13)을 인가받는 다이오드(D13)와, 다이오드(D13)와 병렬로 연결된 저항(R20)과, 다이오드(D13)의 캐소드에 연결된 콘덴서(C13)를 구비하고, 콘덴서(C13)를 통해 접지에 연결된다. 지연회로부3(460)의 출력(V18)은 NAND 게이트3(410c)의 입력으로 인가된다.

PWM발생용비교기3(CP2)(440)의 출력(V14)은 저항(R3)을 통해 +5V에 연결되고, 지연회로부4(460)는 출력(V14)을 인가받는 다이오드(D14)와, 다이오드(D14)와 병렬로 연결된 저항(R21)과, 다이오드(D14)의 캐소드에 연결된 콘덴서(C14)를 구비하고, 콘덴서(C14)를 통해 접지에 연결된다. 지연회로부4(460)의 출력(V19)은 NAND 게이트4(410d)의 입력으로 인가된다.

NAND 게이트1(410a)의 출력 OUT(wl)은 저항(R14')에 연결되고, NAND 게이트2(410b)의 출력 OUT(vl)은 저항(R15')에 연결되다. NAND 게이트3(410c)의 출력 OUT(vh)은 저항(R8')에 연결되고, NAND 게이트4(410d)의 출력 OUT(wh)은 저항(R4')에 연결된다. 공통으로 접속된 NAND게이트 1 내지 4(410)의 입력단자는 보호회로부(700)에 있는 홀딩회로(740)의 출력전압(V2)인 다이오드(D9)의 에노드와 (D10)의 에노드의 접속점에 연결되고 동시에 발광다이오드(LD1)와 저항(R12)을 통해 5V에 연결된다. 인버터부(200)의 단락회로시 또는 과온도시에는 홀딩회로부(740)의 출력전압(V2)가 LOW(0V)상태가 되어 부하의 출력이 차단되고 발광다이오드(LD1)가 켜진다.

먼저, 전압제어발진부(610)의 출력전압(V7)의 주파수 산정과정은 하기의 수학식1 및 수학식 2와 같습니다.

최소주파수(Fmin )

Fmin = 1 / {VR4 (C1 + 32pF)}

단, 위상고정루프소자(U4)에 내장된 VCO의 입력단자(VCOIN)은 접지된다.

최대주파수(Fmax)

Fmax = 1 / {VR3 (C1 + 32pF)} + Fmin

단, 위상고정루프소자(U4)에 내장된 전압제어발진부(610)의 입력단자(VCOIN)은 5V에 접속된다.

여기서, 10K≤VR4≤1M,

10K≤VR3≤1M,

100pF≤C1≤0.01uF.

전압제어발진부(610)의 출력전압(V7)의 최소주파수(Fmin)는 VCOIN의 전압V6을 0V로 한 상태에서, 가변저항(VR4)을 가변함으로써 설정된다. (이 때 C1은 적절한 값으로 우선 선정한다.)

전압제어발진부(610)의 출력전압(V7)의 최대주파수(Fmax)는 VCOIN의 전압(V6)을 5V로 한 상태에서, 가변저항(VR3)을 가변함으로써 설정된다.

이때 실제 직렬 LC공진부(300)의 변화하는 LC직렬공진주파수는 Fmin에서 Fmax이내에서 있도록 Fmin와Fmax가 설정되어야 한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 위상고정루프회로소자(U4)에 내장된 전압제어발진부(610)의 입력단자(VCOIN)는 외부에서 부가된 저대역 필터부2(620)의 출력전압(V6)을 인가받아, 출력전압(V7)의 주파수는 출력전압(V6)의 전압에 비례하는 주파수가 지닌다.

도 4는 위상검출부(500)의 출력전압(V4)과, 위상지연회로(640)의 출력전압(V3)과, 위상비교부(630)의 출력전압(V5), 및 저대역 필터부2(620)의 출력 전압(V6)의 전압 파형 그래프들을 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전압(V5)은 전압(V4)과, 전압(V3) 간의 위상차이에 의존하는 펄스를 포함하되, 전압(V4)과, 전압(V3) 간의 위상차이에 따라 펄스폭이 달라지고 동시에 어긋나는 순서에 따라 부호가 바뀌게 된다. 저대역 필터부2(620)의 전압(V6)은 전압(V5)의 펄스폭을 적분한 위상차이의 크기에 비례하는 아날로그전압이다. 전압제어발진부(610)의 출력전압(V7)의 주파수는 전압(V6)에 비례한다. 결과적으로 전압(V7)의 주파수는 감지신호인 전압(V4)의 주파수를 추종한다.

이 원리를 이용해서, 직렬 LC공진부(300)에 전원을 공급하는 인버터부(200)의 스위칭주파수(전압(V7)의 주파수와 일치함)를 코일(L3)의 값이 시간적으로 변화하므로 가변되어지는 LC직렬공진주파수(전압(V4)의 주파수와 일치함)에 추종시켜서, 직렬 LC공진부(300)를 항상 공진상태로 하여 효율을 최대로 한다.

특히, 전압(V3)은 게이트 구동부(400)와 직렬 LC공진부(300)의 지연을 고려하여 전압제어발진부(610)의 출력전압(V7)의 위상을 가변저항(VR7)을 가변하여 적절하게 지연시킨 신호이다.

여기서, 가변저항(VR7)의 가변에 의해 전압(V3)의 상승에지점(Rising Edge Point)을 전압(V4)의 상승에지점(Rising Edge Point)에 일치시켜 직렬 LC공진부(300)를 공진상태가 되도록 한다. 실제는 시스템의 안정도를 고려하여 가변저항(VR7)을 조정하여 전압(V3)의 상승에지점을 전압(V4)의 상승에지점보다 약간 어긋나게 위치시켜서 전압(V7)의 주파수가 실제 직렬 LC공진부(300)의 공진주파수보 다 약1%정도 높게 설정하여 직렬 LC공진부(300)의 부하임피던스가 약간의 유도성이 되도록 한다(전압(V7)의 주파수가 실제 직렬LC공진부(300)의 공진주파수와 일치하면 직렬LC 공진부(300)의 부하임피던스는 저항성이 되고, 전압(V7)의 주파수가 실제 직렬LC공진부(300)의 공진주파수보다 낮게 되면 직렬 LC 공진부(300)의 부하임피던스는 용량성으로 된다.)

이렇게 전압(V7)의 주파수가 높도록 가변저항(VR7)을 조절하여 전압(V3)의 상승에지점을 소정폭 조절한다. 부하임피던스가 저항성 또는 용량성을 지니게 되는 경우, 직렬 LC 공진부(300)에 급격한 전류의 흐름이 야기되어 회로의 안정적인 동작이 어렵게 된다. 따라서, 부하임피던스가 유도성을 지니게 하여, 직렬 LC 공진부(300)에 서서히 전류가 흐르도록 하여, 회로의 안정적인 구동이 이루어지도록 한다.

먼저, 도 5에서, 전압(V7)은 NOT 게이트3(450)와, 지연회로부1 및 2(430)과, NOT 게이트1 및 2(420) 및 NAND 게이트1 및 2(410)를 거쳐서 인버터부(200)의 게이트 구동신호(또는 제어신호) IN(wl)와 IN(vl)를 발생한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전압(V7)은 NOT 게이트3(450)을 거쳐 전압(V10)을 발생하고, 전압(V10)은 지연회로부1(430)을 거쳐 전압(V11)을 발생한다. 전압(V11)은 NOT 게이트1(420)를 거쳐 전압(V16)을 발생하고, 전압(V16)은 NAND 게이트1(410)을 거쳐 인버터부(200)의 게이트 구동신호 IN(wl)를 발생한다. 단, 전 압(V2)는 High상태(5V)인 것을 가정된다.

지연회로부1(430)에 구비된 가변저항(VR1)의 가변은 전압(V11)의 High 상태의 위치를 이동시키므로 게이트 구동신호 IN(wl)의 상승에지점(Rising Edge Point)을 이동시킨다. 지연회로부1(430)에 구비된 가변저항(VR2)의 가변은 전압(V11)의 Low 상태의 위치를 이동시키므로, 게이트 구동신호 IN(wl)의 하강에지점(Falling Edge Point)을 이동시킨다. 따라서, 지연회로부1(430) 내의 가변저항(VR1, VR2)의 조절에 의해, 게이트 구동신호 IN(wl)가 조절될 수 있다.

또한, 구형파 전압(V7)은 지연회로부2(430)를 거쳐 전압(V12)을 발생하고, 전압(V12)은 NOT 게이트2(420)를 거쳐 전압(V17)을 발생하고, 전압(V17)은 NAND 게이트2(410)를 거쳐 인버터부(200)의 게이트 구동신호 IN(vl)을 발생한다.

지연회로부2(430)에 구비된 가변저항(VR6)의 가변은 전압(V12)의 High 상태의 위치를 이동시키므로, 게이트 구동신호 IN(vl)의 상승에지점(Rising Edge Point)가 이동된다. 지연회로부2(430)에 구비된 가변저항(VR5)의 가변은 전압(V12)의 Low 상태의 위치를 이동시키므로, 게이트 구동신호 IN(vl)의 하강에지점(Falling Edge Point)이 이동된다. 따라서, 지연회로부2(430) 내의 가변저항(VR6, VR5)의 조절에 의해, 게이트 구동신호 IN(vl)가 조절될 수 있다.

상기한 가변저항(VR1, VR2, VR6, VR5)의 가변에 의해 하기에서 설명되는 데드타임모드와 환류모드의 구간을 가변설정할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 전압제어발진부(610)의 톱니파 전압(V8)은 PWM발생용비교기2 (440)의 비반전입력단자에 가해져서 PWM파형인 전압(V13)을 발생하고, 전압(V13)은 지연회로부3(460)를 거쳐 전압(V18)을 발생하고, 전압(V18)은 NAND 게이트 3(410)를 거쳐 인버터부(200)의 게이트 구동신호 IN(vh)를 발생한다. 여기서, 지연회로부3(460)는 PWM발생용비교기2(440)의 채트현상에 의해 발생한 스위칭 잡음을 감소시키는 역할을 한다.

다음으로, 전압제어발진부(610)의 톱니파 전압(V9)은 PWM발생용비교기3(440)의 비반전입력단자에 가해져서 PWM파형인 전압(V14)을 발생하고, 전압(V14)은 지연회로부4(460)를 거쳐 전압(V19)을 발생하고, 전압(V19)은 NAND 게이트4(410)를 거쳐 인버터부(200)의 게이트 구동신호 IN(wh)를 발생한다. 여기서, 지연회로부4(460)는 PWM발생용비교기4(440) 채트현상에 의해 발생한 스위칭 잡음을 감소시키는 역할을 한다.

상술된 지연회로부3 및 4(460)는 전압(V13)과 (V14)에 포함된 스위칭 잡음이 전체 시스템의 동작에 영향을 주지 않을 정도로 적을 경우에는 구비되지 않을 수도 있다.

출력제어부(800)의 출력전압(V1)은 PWM발생용비교기2 및 3(460)의 반전입력단자에 공통으로 가해져서 전압(V1)의 변화에 의해 전압(V13)과 (V14)의 PWM의 폭(High상태의 구간)이 제어되고, 동시에 인버터부(200)의 게이트 구동신호인 IN(vh)와 IN(wh)의 PWM의 폭(Low상태의 구간)이 제어됨으로써, 부하의 출력이 제어된다.

전압(V2)은 High상태가 되면, 인버터부(200)의 게이트 구동신호 IN(wh), IN(vh), IN(wl), IN(vh)가 정상적으로 작동하여 직렬 LC공진부(300)에 출력이 공급 되지만, 전압(V2)은 Low상태가 되면, 인버터부(200)의 게이트 구동신호 IN(wh), IN(vh), IN(wl), IN(vh)는 모두 High상태가 되어, 인버터부(200)를 구동하지 못하고 직렬 LC공진부(300)에 출력이 공급되지 않는다. 즉, 전압(V2)는 직렬 LC공진부(300)에 출력을 공급 또는 중단하는 스위치 역할을 하는 것이다.

또한, 인버터소자(U1)에 내장된 서미스터에 의해 설정온도보다 인버터소자(U1)의 온도가 초과되거나 또는 인버터소자(U1)의 Short Circuit에 의해 과전류가 흐르면 보호회로부(700)에 의해 부하출력의 공급을 중단한다.

도 7은 인버터소자의 동작에 따른 전압 및 전류 파형 그래프들이다. 도 7은 게이트 구동신호 IN(wh), IN(vh), IN(wl), IN(vh)에 따른 스윗칭전력소자인 IGBT D의 콜렉터-에미터간의 전압Vce(D)과, 스윗칭전력소자인 IGBT B의 콜렉터-에미터간의 전압 Vce(B)과, 스윗칭전력소자인 IGBT D의 콜렉터전류(Id)와, 스윗칭전력소자인 IGBT B의 콜렉터전류(Ib) 및, 정현파형인 공진부(300)에 흐르는 전류(Io)의 파형이 도시된다.

본 고안에 따른 인버터부(200)의 동작 모드는 공급모드1, 공급모드2, 환류모드1, 환류모드2, 데드타임모드1, 데드타임모드2, 역환류모드1, 역환류모드2로 이루어진다.

먼저 공급모드1은 구간(T1-1)이다. 공급모드1의 구간은 IN(wh)의 Low 구간과 IN(vl)의 Low 구간이 겹치는 구간으로서, IGBT A와 IGBT B가 도통(ON상태)되어, 전원의 에너지가 직렬 LC공진부(300)에 공급되는 상태이다.

공급모드2는 구간(T3-1)이다. 공급모드2의 구간은 IN(wl)의 Low 구간과 IN(vh)의 Low 구간이 겹치는 구간으로서, IGBT C와 IGBT D가 도통(ON상태)되어, 전원의 에너지가 직렬 LC공진부(300)에 공급되는 상태이다.

데드타임모드1는 구간(T1-2)이다. 데드타임모드1의 구간은 부하의 출력이 최대일 경우(IN(wh)의 Low 구간과 IN(vl)의 Low 구간이 겹치는 구간이 최대일 경우), 도시된 바와 같이 IGBT A가 충분히 턴오프(Turn Off)하여 IGBT A와 IGBT D가 동시에 도통되지 않도록 (Short Circuit이 되지 않도록) 설정한 구간으로서, 이 구간에서는 IGBT A가 턴오프(Turn Off)되므로서 전원에서 부하로 공급하는 에너지는 차단되어 감소하는 방향이다.

데드타임모드2는 구간(T3-2)이다. 데드타임모드2의 구간은 부하의 출력이 최대일 경우(IN(vl)의 Low 구간과 IN(vh)의 Low 구간이 겹치는 구간이 최대일 경우), 도시된 바와 같이 IGBT C가 충분히 턴오프(Turn Off)하여 IGBT C와 IGBT B가 동시에 도통되지 않도록 (Short Circuit이 되지 않도록) 설정한 구간으로서 이 구간에서는 IGBT C가 턴오프(Turn Off)되므로서 전원에서 부하로 공급하는 에너지는 차단되어 감소하는 방향이다.

환류모드1은 구간(T2-1)이다. 환류모드1의 구간은 구간(T1-2) 다음에 있는 IN(vl)의 Low 구간과 IN(wl)의 Low 구간이 겹치는 구간으로서, 도시된 바와 같이 IGBT B와 Freewheeling Diode Dd가 도통(ON상태)되어 부하인 가열코일(L3)에 남아 있는 에너지가 공진콘덴서(C)에 전달되는 구간이다.

환류모드2는 구간(T4-1)이다. 환류모드2의 구간은 구간(T3-2) 다음에 있는 IN(vl)의 Low 구간과 IN(wl)의 Low 구간이 겹치는 구간으로서, 도시된 바와 같이 IGBT D와 Freewheeling Diode Db가 도통(ON상태)되어 부하인 가열코일(L3)에 남아 있는 에너지가 공진콘덴서(C)에 전달되는 구간이다.

역환류모드1은 구간(T2-2)이다. 역환류모드1의 구간은 구간(T2-1)과 (T3-1) 사이에 있는 구간으로서, 환류모드1에 의해 공진콘덴서(C)에 충전한 에너지가 IGBT D와 Freewheeling Diode Db가 도통(ON상태)되어 부하인 가열코일(L3)에 재전달되는 구간이다.

역환류모드2는 구간(T4-2)이다. 역환류모드2의 구간은 구간(T4-1)과 (T1-1) 사이에 있는 구간으로서, 환류모드2에 의해 공진콘덴서(C)에 충전한 에너지가 IGBT B와 Freewheeling Diode Dd가 도통(ON상태)되어 부하인 가열코일(L3)에 재전달되는 구간이다.

이러한 구성의 본 고안은 직렬 LC 공진부의 공진주파수에 대응하는 주파수를 지니는 전원이 공진부에 인가되도록 하여 부하출력의 효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 부하전력의 전범위 즉 전 위상에 대하여 제어를 수행하여 인버터의 스위칭 on/off 전력 손실을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 공진부의 공진주파수에 대응하되, 공진부가 저항성을 적게 지니고 유도성을 지니도록 하는 공급 전원의 주파수를 설정하여, 안정한 동작을 수행하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 채트현상에 의해서 발생한 스위칭 잡음을 감소시킴으로써, 전체 시스템이 안정되게 동작하도록 하는 효과가 있다.

Claims

공진부와;

외부 교류전원을 정류 및 평활하여 인버터부에 인가하는 전원부와;

외부 교류전원을 감지하여, 제어부로부터의 펄스폭변조신호에 대응하는 출력전압을 생성하는 출력제어부와;

전원부로부터 직류 전원을 인가받고, 게이트 구동부로부터의 게이트 제어신호에 따라 공진부에 교류전원을 인가하는 인버터부와;

공진부에 연결되어, 공진부의 공진주파수를 추종하는 위상검출신호를 생성하는 위상검출부와;

위상검출신호에 대응하는 주파수를 지닌 출력전압을 생성하는 위상고정루프회로부와;

출력제어부로부터의 출력전압과 위상고정루프회로부로부터의 출력전압을 인가받아, 이에 따른 게이트 제어신호를 생성하여 인버터부에 인가하는 게이트 구동부 및;

취사 과정을 제어하되, 이에 따른 출력지령에 대응하는 펄스폭변조신호를 출력제어부에 인가하는 마이컴부로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제1항에 있어서,

위상고정루프회로부는 구형파 전압(V7)을 인가받는 위상 지연 회로부와, 위상 지연된 구형파 전압과 위상검출신호를 인가받는 위상 비교부와, 위상비교부의 출력을 인가받는 저대역 필터부와, 저대역 필터부의 출력에 따라 위상검출신호에 대응하는 주파수를 지닌 구형파 전압(V7)과, 2개의 톱니파 전압들(V8, V9)을 포함하는 출력전압을 생성하는 전압제어발진부와, 톱니파 전압들(V8, V9)을 양단으로 인가받는 콘덴서로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제2항에 있어서,

위상 지연회로부는 구형파 전압(V7)의 위상을 조절하여, 게이트 구동부의 게이트 제어 신호에 따른 주파수가 공진부의 공진주파수보다 일정비율 높도록 하는 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제3항에 있어서,

게이트 구동부는 구형파 전압(V7)을 인가받는 NOT 게이트 3과, NOT 게이트 3으로부터 반전된 구형파 전압을 인가받는 지연회로부 1과, 구형파 전압(V7)을 인가받는 지연회로부 2와, 지연회로부 1과 지연회로부 2에 각각 연결된 NOT 게이트 1 및 2와, 출력 제어부로부터의 출력전압과 톱니파 전압(V8)을 인가받는 비교기 2와, 출력제어부로부터의 출력전압과 톱니파 전압(V9)을 인가받는 비교기 3으로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제4항에 있어서,

게이트 구동부는 비교기 2의 출력을 인가받는 지연 회로부 3과, 비교기 3의 출력을 인가받는 지연회로부 4를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제4항에 있어서,

지연회로부 1과 지연회로부 2는 게이트 제어신호의 상승에지점과 하강에지점을 각각 가변하기 위한 복수의 가변저항부를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제4항에 있어서,

고주파유도가열조리기는 인버터부로부터 온도검출신호 또는 고장신호를 수신하여, 그에 대응하는 전압(V2)을 생성하여 게이트 구동부로 인가하는 보호회로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제7항에 있어서,

게이트 구동부는 전압(V2)과 NOT 게이트 1의 출력신호를 인가받는 NAND 게이트 1과, 전압(V2)과 NOT 게이트 2의 출력신호를 인가받는 NAND 게이트 2와, 전압(V2)과 비교기 2의 출력을 인가받는 NAND 게이트 3과, 전압(V2)과 비교기 3의 출력을 인가받는 NAND 게이트 4를 구비하고, NAND 게이트 1 내지 4의 출력으로 이루어진 게이트 제어신호를 인버터부에 인가하는 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제8항에 있어서,

인버터부는 NAND 게이트 1의 출력에 연결되는 IGBT D와, NAND 게이트 2의 출력에 연결되는 IGBT B와, NAND 게이트 3의 출력에 연결되는 IGBT C와, NAND 게이트 4의 출력에 연결되는 IGBT A로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.
제9항에 있어서,

IGBT A와 IGBT D가 직렬로 연결되고, IGBT C와 IGBT B가 직렬로 연결된 브리지 구조이고, 공진부의 일단은 IGBT A와 IGBT D 사이에 연결되고, 공진부의 타단은 IGBT C와 IGBT B 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 위상고정루프방식에 의한 인버터형 고주파유도가열조리기.