KR20080093318A - Induction heating circuit - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 함께 하나의 트랜스포머(transformer)를 구성하는 금속 용기(metal bowl)과 가열 코일(heating coil)을 갖는 인덕션 가열 조리 기구를 예시한 것이다.FIG. 1 illustrates an induction heating cooker having a metal bowl and a heating coil which together form a transformer.
도 2는 하나의 트랜스포머로서의 상기 가열 조리 기구 및 금속 용기에 대한 간단한 등가 회로를 예시한 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a simple equivalent circuit for the heating cooker and the metal container as one transformer.
도 3은 가열 회로로 이용될 수 있는 하프 브리지 타입(half-bridge type)의 회로를 예시한 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a half-bridge type circuit that can be used as a heating circuit.
도 4는 인덕션 가열 회로로서의 클래스-이 컨버터 타입(Class-E converter type)의 회로를 예시한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a circuit of a Class-E converter type as an induction heating circuit.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 인덕션 가열 회로를 예시한 회로도들이다.5A through 5C are circuit diagrams illustrating an induction heating circuit according to embodiments of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 금속 용기의 하부에 제공되는 제1 가열 코일과 금속 용기의 옆면 주위에 제공된 제2 가열 코일을 가지는 밥솥을 예시한 부분도이다.FIG. 6 is a partial view illustrating a rice cooker having a first heating coil provided at the bottom of the metal container and a second heating coil provided around the side of the metal container, according to an embodiment of the present invention.
도 7a 내지 7c는 도 6의 밥솥과 관련된 등가 회로들을 예시한 회로도들이다.7A-7C are circuit diagrams illustrating equivalent circuits associated with the cooker of FIG. 6.
도 8은 도 6의 가열 코일 및 금속 용기에 대한 등가 회로를 예시한 회로도이다.FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit for the heating coil and metal container of FIG. 6.
도 9는 가열 코일 및 금속 용기를 나타내는 회로도이다.9 is a circuit diagram showing a heating coil and a metal container.
도 10은 종래 기술에 따른 가열 회로를 예시한 회로도이다.10 is a circuit diagram illustrating a heating circuit according to the prior art.
도 11은 도 10의 회로의 동작 파형을 예시한 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating an operating waveform of the circuit of FIG. 10.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열 회로를 예시한 회로도이다.12 is a circuit diagram illustrating a heating circuit according to another embodiment of the present invention.
도 13은 종래 기술에 따른 밥솥에 사용되는 회로들을 예시한 회로도이다.13 is a circuit diagram illustrating circuits used in a rice cooker according to the prior art.
도 14는 도 13의 회로들을 가지고 한 시뮬레이션의 파형도들이다.14 is a waveform diagram of a simulation with the circuits of FIG. 13.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 밥솥을 가열하는데 사용될 수 있는 회로들을 예시한 회로도이다.15 is a circuit diagram illustrating circuits that may be used to heat a cooker in accordance with one embodiment of the present invention.
도 16은 도 15의 회로들을 가지고 한 시뮬레이션의 파형도들이다.16 is a waveform diagram of a simulation with the circuits of FIG. 15.
본 발명은 인덕션 가열 회로에 관한 것이다. The present invention relates to an induction heating circuit.
인덕션 가열 회로(induction heating circuit)는 많은 전기 장치들에서 사용될 수 있다. 이러한 용도 중의 하나는 인덕션 가열 조리 기구, 예를 들어 밥솥같은 곳에 사용되는 것이다. 밥솥은 금속 용기를 둘러싸는 하우징과, 가열 코일, 그리고 상기 가열 코일과 금속 용기 사이에 제공되는 법랑(ceramic)을 갖는다.Induction heating circuits can be used in many electrical devices. One such use is in induction heated cooking utensils, such as rice cookers. The cooker has a housing surrounding the metal container, a heating coil, and a ceramic provided between the heating coil and the metal container.
도 1은 함께 하나의 트랜스포머(transformer)를 구성하는 금속 용기(metal bowl) 및 가열 코일(heating coil)을 갖는 인덕션 가열 조리 기구를 예시한 것이다. 권선비(turns ratio)는 n:1이다(n은 코일 권선 수). 도 2는 하나의 트랜스포머 로서의 상기 가열 조리 기구 및 금속 용기에 대한 간단한 등가 회로를 예시한 회로도이다. 이때, R'는 금속 용기의 저항값이다. 가열 코일은 상기 트랜스포머의 1차코일 쪽에 해당하고, 상기 금속 용기는 상기 트랜스포머의 2차 코일 쪽에 해당한다. 전원 회로로부터 교류(AC) 전압이 상기 가열 코일에 인가된다. 상기 교류 전압은 2차 코일, 즉 상기 금속 용기로 전달된다. 2차 코일 측에 전달되는 교류 전압의 크기는 1/n으로 줄어든다. 상기 금속 용기는 낮은 저항값을 갖기 때문에 상기 금속 용기에는 큰 전류가 흐른다. 이 전류는 1차 코일, 즉 가열 코일에서는 1/n의 크기로 줄어든다.FIG. 1 illustrates an induction heating cooker having a metal bowl and a heating coil which together form a transformer. The turns ratio is n: 1 (n is the number of coil turns). 2 is a circuit diagram illustrating a simple equivalent circuit for the heating cooker and metal container as one transformer. At this time, R 'is a resistance value of the metal container. The heating coil corresponds to the primary coil side of the transformer, and the metal container corresponds to the secondary coil side of the transformer. An alternating current (AC) voltage is applied from the power supply circuit to the heating coil. The alternating voltage is transferred to a secondary coil, ie the metal container. The magnitude of the alternating voltage delivered to the secondary coil side is reduced to 1 / n. Since the metal container has a low resistance value, a large current flows through the metal container. This current is reduced to 1 / n in the primary coil, ie the heating coil.
트랜스포머의 1차 코일, 즉 가열 코일에 교류를 인가하는 방법에는 몇 가지 방법들이 있다. 이러한 회로는 일반적으로 스위칭 반도체 소자들(트랜지스터 또는 스위치)이나, 커패시터 및 인덕터들을 포함한다. 반도체 소자들은 선형 모드가 아닌, 스위치 모드에서 동작한다.There are several methods of applying alternating current to the primary coil of the transformer, ie the heating coil. Such circuits generally include switching semiconductor elements (transistors or switches), or capacitors and inductors. Semiconductor devices operate in switch mode, not in linear mode.
도 3은 가열 회로로 이용될 수 있는 하프 브리지 타입(half-bridge type)의 회로(150)를 예시한 회로도이다. 상기 회로(150)는 전압원(152), 하프 브리지 구성으로 연결된 트랜지스터들(150), 그리고 직류 전류를 차단하기 위한 차단 커패시터(158)를 포함한다. 저항(R')은 트랜스포머(156)의 2차 코일 측, 즉 금속 용기의 저항을 나타낸다. 상기 스위칭 소자에 인가되는 전압이 직류 연결 전압(DC link voltage)을 크게 초과하지는 않기 때문에, 낮은 항복 전압(breakdown voltage)을 갖는 소자도 사용될 수 있다. 출력 전압은 전압의 극성 측면에서 대칭적이다. 이러한 하프 브리지 타입의 회로의 한 가지 단점은 이 회로가 스위칭 소자를 제어할 수 있도록, 두 개의 트랜지스터와 복잡한 구동 회로를 필요로 한다는 점이다. 출력 전압은 낮기 때문에, 코일의 필요 권선 수는 작으며 1차 코일의 전류는 크다.3 is a circuit diagram illustrating a half-
도 4는 인덕션 가열 회로로서의 클래스-이 컨버터 타입(Class-E converter type)의 회로(180)를 예시한 회로도이다. 상기 회로(180)는 전압원(182), 트랜스포머(184), 트랜지스터(186), 그리고 상기 트랜지스터(186)에 대해 병렬로 연결된 커패시터(188)를 포함한다. 상기 회로(180)는 하나의 트랜지스터만 사용하므로 제조 비용이 낮다. 출력 전압은 실질적으로 고정되고 하프 브리지 타입 회로의 출력 전압보다는 크다. 트랜지스터(186)는 직류 연결 전압보다 훨씬 높은 전압을 보게 되므로, 높은 항복 전압을 가질 필요가 있다.4 is a circuit diagram illustrating a
본 발명의 목적은 인덕션 가열 회로를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an induction heating circuit.
본 발명은 참조자료로서 본 발명에 통합되는 2006년 4월 14일에 제출된 미합중국 가출원 번호 제 60/792,154호의 모든 권리를 주장한다.The present invention claims all rights of US Provisional Application No. 60 / 792,154, filed April 14, 2006, which is incorporated herein by reference.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열 회로는, 가열되는 물체 주변에 제공되는 제1 가열 코일을 포함한다. 제1 커패시터가 상기 제1 가열 코일과 병렬로 제공되는데, 상기 제1 커패시터는 공진성 소자이다. 인덕터는 상기 제1 가열 코일 및 제1 커패시터에 결합된다.The heating circuit according to an embodiment of the present invention includes a first heating coil provided around an object to be heated. A first capacitor is provided in parallel with the first heating coil, wherein the first capacitor is a resonant element. An inductor is coupled to the first heating coil and the first capacitor.
실시예에 따라, 제2 가열 코일이 상기 제1 가열 코일에 결합되고, 상기 제2 가열 코일은 상기 도전성 용기 둘레에 제공되는 가열 코일을 포함한다. 스위치가 상기 인덕터에 결합되고, 제2 커패시터가 상기 스위치에 대해 병렬로 제공된다. 상기 가열 회로는 전류의 기울기가 음의 값을 갖는지를 검출하는 센서와, 상기 스위치를 통전 또는 단전시키는 제어 신호를 출력하도록 구성된 게이트 드라이버를 포함한다.According to an embodiment, a second heating coil is coupled to said first heating coil, said second heating coil comprising a heating coil provided around said conductive container. A switch is coupled to the inductor and a second capacitor is provided in parallel to the switch. The heating circuit includes a sensor for detecting whether the slope of the current has a negative value, and a gate driver configured to output a control signal for energizing or disconnecting the switch.
본 발명의 일 실시예에 따른 인덕션 가열 회로는, 도전성 용기의 하부에 제공되어 상기 도전성 용기를 가열하기 위한 제1 가열 코일, 상기 도전성 용기의 몸체 주변에 제공되는 제2 가열 코일, 그리고, 상기 제1 가열 코일, 상기 제2 가열 코일 또는 이들 모두와 함께 공진 루프를 정의하는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.Induction heating circuit according to an embodiment of the present invention, the first heating coil provided in the lower portion of the conductive container for heating the conductive container, the second heating coil provided around the body of the conductive container, and the first At least one capacitor defining a resonant loop with one heating coil, the second heating coil, or both.
실시예에 따라, 상기 인덕션 가열 회로는 제1, 제2 및 제3 노드들을 더 포함하며, 이때 상기 제1 커패시터 및 제1 가열 코일은 상기 제1 및 제2 노드 사이에 제공되고, 상기 제2 가열 코일은 상기 제2 및 제3 노드 사이에 제공된다. 상기 가열 회로는, 그 일단이 상기 제1 노드에 연결되고, 타단은 상기 제3 노드에 연결되는 제2 커패시터를 포함한다.According to an embodiment, the induction heating circuit further comprises first, second and third nodes, wherein the first capacitor and the first heating coil are provided between the first and second nodes, and the second A heating coil is provided between the second and third nodes. The heating circuit includes a second capacitor, one end of which is connected to the first node and the other end of which is connected to the third node.
실시예에 따라, 상기 인덕션 가열 회로는 제1, 제2, 제3 및 제4 노드들을 더 포함하며, 이때 상기 제1 가열 코일이 상기 제1 및 제2 노드 사이에 제공되고, 상기 제2 가열 코일이 상기 제2 노드 및 제3 노드 사이에 제공된다. 제1 커패시터는 그 일측은 상기 제1 노드에 연결되고 타측은 상기 제3 노드에 연결된다. 제2 커패시터는, 그 일측은 상기 제2 노드에 연결되고 타측은 상기 제4 노드에 연결된다. 스위치는 상기 제3 노드 및 제4 노드 사이에 제공되는데, 이때 상기 제3 노드는 상 기 제2 가열 코일 및 상기 스위치 사이에 위치한다.According to an embodiment, said induction heating circuit further comprises first, second, third and fourth nodes, wherein said first heating coil is provided between said first and second nodes, and said second heating A coil is provided between the second node and the third node. One side of the first capacitor is connected to the first node and the other side is connected to the third node. The second capacitor has one side connected to the second node and the other side connected to the fourth node. A switch is provided between the third node and the fourth node, wherein the third node is located between the second heating coil and the switch.
실시예에 따라, 상기 인덕션 가열 회로는 제1, 제2, 제3 및 제4 노드를 포함한다. 제1 커패시터는 그 일측이 상기 제1 및 제2 가열 코일들 사이에 위치하는 상기 제2 노드에 연결되고 타측은 상기 제4 노드에 연결된다. 제2 커패시터는 그 일측은 상기 제3 노드에 연결되고 타측은 상기 제4 노드에 연결된다. 스위치는 상기 제3 및 제4 노드들 사이에 제공된다.According to an embodiment, said induction heating circuit comprises first, second, third and fourth nodes. A first capacitor is connected to the second node, one side of which is located between the first and second heating coils, and the other side of the first capacitor, to the fourth node. The second capacitor is connected at one end thereof to the third node and at the other end thereof to the fourth node. A switch is provided between the third and fourth nodes.
본 발명은 인덕션 가열 회로에 관한 것이다. 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕션 가열 회로(200)를 예시한 회로도이다. 상기 가열 회로(200)는 하나 또는 그 이상의 공진성 소자(resonant components), 즉 커패시터와 인덕터를 갖는 클래스-이 컨버터 타입의 회로와 관련이 있다. 이러한 공진성 소자들은 전력의 출력을 높이고, 더 작은 전류를 이용하여 회로가 동작하도록 할 수 있다.The present invention relates to an induction heating circuit. 5A is a circuit diagram illustrating an
상기 가열 회로(200)는 전압원(202), 트랜스포머(또는 가열 코일)(204), 상기 트랜스포머(또는 가열 코일)(204)에 병렬로 결합된 제1 커패시터(206), 인덕터(208), 제2 커패시터(210) 및 트랜지스터(211)를 포함한다. 상기 제2 커패시터(210)는 상기 트랜지스터(211)에 병렬로 연결된다. 상기 제1 커패시터(206)는 공진성 소자이다. 상기 트랜스포머(또는 가열 코일)(204)는 1차 코일로서 제1 가열 코일(212)을 갖고, 2차 코일로서 금속 용기(213)를 갖는다. 상기 인덕터(208)는 추가적인 가열 코일이 될 수 있다. 여기서, 본 실시예에서 가열 코일은 트랜스포머의 1차 코일 측에서 바라본 것을 설명하고자 하는 것으로, '가열 코일'이라는 용어는 '트랜스포머'라는 용어를 대신할 수 있는 부분에서 사용될 수도 있다.The
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕션 가열 회로(230)의 회로도를 예시한 회로도이다. 상기 가열 회로(230)는 가열 코일(234)에 병렬로 연결된 제1 커패시터(232)와, 상기 가열 코일(234) 및 인덕터(238)가 결합한 것에 병렬로 연결된 제2 커패시터(236)를 포함한다. 상기 가열 코일(234)은 어떤 트랜스포머의 일 부분이다. 스위치(240)는 상기 제2 커패시터(236)와 상기 인덕터(238) 사이의 노드에 연결된다. 상기 스위칭(240)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)이거나, 또는 바이폴라 정션 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT)일 수 있다. 다이오드(242)는 상기 스위치(240)에 대해 역병렬(anti-parallel)로 연결된다. 상기 제1 및 제2 커패시터(232, 236)는 공진성 커패시터들(resonant capacitors)이다. 상기 구성은 낮은 전압 등급을 갖는 커패시터들을 상기 제1 및 제2 커패시터(232, 236)로서 이용할 수 있도록 한다.5B is a circuit diagram illustrating a circuit diagram of an
도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕션 가열 회로(250)의 회로도를 예시한 회로도이다. 상기 가열 회로(250)는 가열 코일(254)에 병렬로 연결된 제1 커패시터(252)와, 상기 가열 코일(254) 및 인덕터(258)가 결합한 것에 병렬로 연결된 제2 커패시터(256)를 포함한다. 상기 인덕터(258)는 본 실시예에서는 상기 가열 코일(254)의 상부에, 즉 트랜스포머의 양의 단자(positive rail) 쪽에 더 가깝게 제공된다. 스위치(260)는 상기 제1 커패시터(252), 제2 커패시터(256) 및 가열 코일(254)에 공통된 노드에 연결된다. 상기 스위칭(260)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터이거나, 또는 바이폴라 정션 트랜지스터일 수 있다. 다이오드(262)는 상기 스위치(260)에 대해 역병렬로 연결된다. 상기 제1 및 제2 커패시터(252, 256)는 공 진성 커패시터들(resonant capacitors)이다.5C is a circuit diagram illustrating a circuit diagram of an
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 금속 용기(304)의 하부에 제공되는 제1 가열 코일(302)과 금속 용기(304)의 옆면 주위에 제공된 제2 가열 코일(306)을 가지는 밥솥(300)을 예시한 부분도이다.6 is a rice cooker having a
도 7a는 도 6의 밥솥(300)에 관련된 등가 회로(301)를 예시한 회로도이다. 상기 회로(301)는 전압원(312), 제1 트랜스포머(즉, 제1 가열 코일)(314), 상기 제1 가열 코일(314)에 병렬로 결합된 제1 커패시터(316), 제2 트랜스포머(즉, 제2 가열 코일)(318), 제2 커패시터(320) 및 트랜지스터(321)를 포함한다. 상기 커패시터들(316, 320)은 공진성 소자들이다. FIG. 7A is a circuit diagram illustrating an
상기 제2 가열 코일(318)은 상기 금속 용기(304)를 휘감고 있어, 상기 가열 코일에서 소비되는 에너지, 즉 가열 코일의 기생 저항 성분에 의해 발생하는 열을 더 효율적으로 이용할 수 있다. 상기 커패시터(320)는 상기 트랜지스터(321)에 대해 병렬이 되도록 제공된다. 이와 달리, 상기 제1 가열 코일(314)이 상기 금속 용기 주변을 둘러싸는 가열 코일이 될 수도 있고, 상기 제2 가열 코일(318)이 상기 금속 용기의 하부에 제공되는 가열 코일이 될 수도 있다.The
도 7b는 도 6의 밥솥(300)에 관련된 다른 등가 회로(330)를 예시한 회로도이다. 상기 회로(330)는 제1 가열 코일(334)에 병렬로 결합된 제1 커패시터(332), 그리고 상기 제1 및 제2 가열 코일(334, 338)들을 결합한 것에 대해 병렬로 연결된 제2 커패시터(336)를 포함한다. 상기 커패시터들과 가열 코일들은 공진성 소자들이다. 스위치(340)는 상기 제2 커패시터(336) 및 제2 가열 코일(338) 사이의 노드에 연결된다. 다이오드(342)는 상기 스위치(340)에 대해 역병렬로 연결된다. 상기 커패시터들 및 가열 코일들은 공진 루프를 구성하는 공진 소자들이다.FIG. 7B is a circuit diagram illustrating another
도 7c는 도 6의 밥솥(300)에 관련된 다른 등가 회로(350)를 예시한 회로도이다. 상기 회로(350)는 제1 가열 코일(354)에 병렬로 결합된 제1 커패시터(352), 그리고 상기 제1 및 제2 가열 코일(354, 358)들을 결합한 것에 대해 병렬로 연결된 제2 커패시터(356)를 포함한다. 상기 제2 가열 코일은 본 실시예에서는 상기 제1 가열 코일의 윗부분, 즉 상기 제1 가열 코일(354)보다는 양의 단자 쪽에 더 가깝게 제공된다. 스위치(360)는 상기 제1 커패시터(352), 제2 커패시터(356) 및 제1 가열 코일(354)의 공통되는 노드에 연결된다. 다이오드(362)는 상기 스위치(360)에 대해 역병렬로 연결된다. FIG. 7C is a circuit diagram illustrating another
상기 회로(301)의 몇 가지 이점은 다음과 같다. 상기 회로(301)는 상대적으로 높은 출력 전력에서도 낮은 최대 전류(peak current) 및 실효 전류(RMS current)를 보인다. 이러한 회로는 더 저렴한 트랜지스터를 사용할 수 있다. 트랜지스터의 도통 손실(conduction loss) 및 스위칭 손실(switching loss)은 감소된다.Some advantages of the
도 8은 도 6의 가열 코일 및 금속 용기에 대한 등가 회로를 예시한 회로도이다. Lm은 1차 코일 측의 자화 인덕턴스(magnetizing inductance)를 나타낸다. 트랜스포머(352)는 무한한 자화 인덕턴스를 갖는 이상적인 n:1 트랜스포머로 볼 수 있다. R'는 금속 용기의 저항 성분을 나타낸다. 상기 저항 R'는 1차 코일 측에서 바 라보면 마치 R = n*n*R'인 것처럼 보인다. 따라서, 가열 코일 및 금속 용기는 도 9에서 나타내었듯이, 인덕터(Lm)와 저항(R)이 병렬로 연결된 회로(360)와 같이 취급될 수 있다.FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit for the heating coil and metal container of FIG. 6. L m represents the magnetizing inductance on the primary coil side.
도 10은 종래 기술에 따른 가열 회로(400)를 예시한 회로도이다. 상기 가열 회로(400)는 클래스-이 타입 회로이며, 전압원(402), 인덕터(Lm), 저항(R), 트랜지스터(404), 다이오드(406) 및 커패시터(408)를 포함한다. 상기 인덕터(Lm) 및 저항(R)은 상기 전압원(402) 및 노드(410) 사이에 병렬로 연결된다. 상기 트랜지스터(404) 및 커패시터(408)는 상기 노드(410) 및 그라운드 사이에 병렬로 연결된다. 상기 커패시터(408)는 공진성 소자이다. 상기 다이오드(406)는 상기 트랜지스터(404)의 바디 다이오드(body diode)일 수도 있고, 개별적인 다이오드일 수도 있다.10 is a circuit diagram illustrating a
동작을 살펴보면, 스위치 전압(Vsw)은 큰 음의 값(deep negative)이 아니다. 상기 다이오드(410)는 상기 스위치 전압(Vsw)이 큰 음의 값을 갖게 되는 것을 방지한다. 도 11은 도 10의 회로(400)의 동작 파형을 예시한 그래프이다. 상기 회로는 클래스-이 컨버터(Class-E converter) 타입의 인덕션 가열 회로이다. 상기 인덕터(Lm)에 걸리는 평균 전압은 반복 동작의 정상 상태(steady state)에서는 0이어야 하므로, 스위치 전압(Vsw)의 평균 전압값은 직류 전압(VDC)과 같다. 만약에 저항(R)이 너무 작지 않으면, 상기 다이오드가 전류를 도통하는 동안에 상기 스위치가 턴 온될 수 있다.Looking at the operation, the switch voltage V sw is not deep negative. The
시점 t0에서, 인덕터 전류(ILM)는 0이 되고, 상기 다이오드는 도통이 중단된다. 시간 t0부터 t1 사이에서, 인덕터 전류(ILM)는 Vdc/Lm의 기울기를 갖고 선형적으로 증가한다. 시점 t1에서, 상기 스위치(Sw)가 턴오프된다. 시간 t1부터 t2까지, 인덕터 전류(ILM)는 증가하다가 t2 시점에서 최대치에 이른다. 시간 t2부터 t3까지, 인덕터 전류(ILM)는 감소하다가 t3 시점에서 0에 도달한다. 시간 t3와 t4사이에서, 인덕터 전류(ILM)는 감소하다가 t4 시점에서 음의 피크값에 이른다. 시간 t4부터 t5 사이에서 인덕터 전류(ILM)는 증가한다. 시점 t5에서, 스위치 전압(VSW)은 0이 되고, 상기 다이오드는 인덕터 전류를 도통하기 시작한다. 시간 t5부터 t6 사이에, 인덕터 전류(ILM)는 VDC/Lm의 기울기를 갖고 선형적으로 증가한다. 시점 t6에서, 초기 상태(t0)로 되돌아간다.At time t0, the inductor current I LM becomes zero and the diode stops conducting. From time t0 to t1, the inductor current I LM increases linearly with a slope of V dc / L m . At time t1, the switch Sw is turned off. From time t1 to t2, the inductor current I LM increases and reaches a maximum at time t2. From time t2 to t3, the inductor current I LM decreases and reaches zero at time t3. Between times t3 and t4, the inductor current I LM decreases and reaches a negative peak at time t4. Between time t4 and t5 the inductor current I LM increases. At time t5, the switch voltage V SW becomes zero and the diode starts to conduct inductor current. Between times t5 and t6, the inductor current I LM increases linearly with a slope of V DC / L m . At time point t6, the initial state t0 is returned.
전압(VDC)이 0V인 경우에 전압(VDC-VSW)이 출력 전압이다. 출력 전압은 1/n으로 줄어든다. 큰 전류가 트랜스포머(즉, 가열 코일)의 2차 코일, 즉 금속 용기를 통해 흐른다. 만약에 그러한 전류가 너무 크면, 공진 회로는 상당 부분의 에너지를 잃게 되고, 스위치 전압(VSW)은 시점 t5에서 0으로 돌아가지 못한다. 이 경우, 스위치는 0 볼트에서 턴온 되지 못하고 상당한 스위칭 손실을 초래할 것이다.When the voltage V DC is 0V, the voltage V DC -V SW is the output voltage. The output voltage is reduced to 1 / n. A large current flows through the secondary coil of the transformer (ie the heating coil), ie the metal container. If such a current is too large, the resonant circuit loses much of its energy, and the switch voltage VSW does not return to zero at time t5. In this case, the switch will not turn on at zero volts and will result in significant switching losses.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열 회로를 예시한 회로도이다. 커 패시터(Cr1)와 인덕턴스(Lm1)를 포함하는 공진 회로는 상기 스위치(Sw)의 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 진동한다. 상기 스위치(Sw)는 스위치에 걸린 전압(VO2)이 0이 될 때에 턴온된다. 상기 스위치는 상기 스위치에 흐르는 전류가 줄어들기 시작할 때에 턴오프된다. 이러한 스위칭 방법은 많은 가능한 방법들 중의 하나이다.12 is a circuit diagram illustrating a heating circuit according to another embodiment of the present invention. The resonant circuit including the capacitor C r1 and the inductance L m1 vibrates at the same frequency as the switching frequency of the switch Sw. The switch Sw is turned on when the voltage V O2 applied to the switch becomes zero. The switch is turned off when the current flowing in the switch begins to decrease. This switching method is one of many possible methods.
도 13은 종래 기술에 따른 밥솥에 사용되는 회로들을 예시한 회로도이다. 가열 회로(500)가 상기 밥솥의 금속 용기를 가열하는데 사용되며, 스위치(Z1)를 포함한다. 상기 스위치는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)이다. 센서(502)는 출력 전압이 음의 값을 갖게 될 때에 신호(G_ON)를 보내는 데에 이용된다. 게이트 드라이버(504)는 상기 신호(G_ON)에 따라 상기 스위치(Z1)를 턴온시키는 데에 이용되는 제어 신호(G)를 출력한다. 상기 게이트 드라이버(504)는 상기 센서(502)로부터 아무런 입력 없이 주기적으로 턴온되거나 턴오프되도록 구성될 수도 있다. 도 14는 도 13의 회로들(500, 502, 504)을 가지고 한 시뮬레이션의 파형도들이다.13 is a circuit diagram illustrating circuits used in a rice cooker according to the prior art. A
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 밥솥을 가열하는데 사용될 수 있는 회로들을 예시한 회로도이다. 가열 회로(600)는 상기 밥솥의 금속 용기를 가열하는 데에 사용된다. 상기 회로(600)은 스위치(Z1) 및 인덕터(LS1)를 포함한다. 상기 스위치(Z1)은 입력 신호(G)에 의해 제어된다. 상기 인덕터(LS1)는 전체 전류의 도함수(derivative)를 검출하는데 이용된다. 센서(602)는 신호(D1)를 수신하고, 상기 스위치 전류의 도함수가 음의 기울기를 갖는지 여부를 판정한다. 게이트 드라이 버(604)는 상기 센서(602)로부터 수신된 신호들에 따라 상기 회로(600)의 스위치(Z1)를 턴온하는 데에 사용되는 제어 신호를 출력한다. 상기 게이트 드라이버(604)는 상기 센서(602)로부터 아무런 입력 신호 없이 주기적으로 턴온되거나 턴오프되도록 구성될 수도 있다. 도 16은 도 15의 회로들(600, 602, 604)을 가지고 한 시뮬레이션의 파형도들이다.15 is a circuit diagram illustrating circuits that may be used to heat a cooker in accordance with one embodiment of the present invention.
다음의 표 1은 상기 회로(500, 600)에 대해 시뮬레이션한 결과들이다. 회로들의 파라미터들은 출력 전력과 동작 주파수가 서로 비슷하도록 선택되었다.Table 1 below shows simulation results of the
스위칭 전력 손실은 최대 전류치와 거의 비례한다. 단극성 소자(unipolar device)의 도통 손실은 (실효치 전류)2과 통전 시의 저항(on-resistance)의 곱과 같다. 양극성 소자(bipolar device)의 도통 손실은 평균 전류와 통전 시의 전압(on-voltage)의 곱이다. 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 경우 및 역병렬 다이오드(anti-parallel diode)의 경우 모두에서, 도통 손실은 이러한 두 도통 손실 공식 사이의 어떤 값이 될 것이다. 다음의 표 2는 전력 손실들을 비교한 것이다.Switching power loss is almost proportional to the maximum current value. The conduction loss of a unipolar device is equal to the product of the (effective current) 2 and the on-resistance. The conduction loss of a bipolar device is the product of the average current and the on-voltage during energization. For both insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and for anti-parallel diodes, the conduction loss will be some value between these two conduction loss formulas. Table 2 below compares the power losses.
위의 표 2에서 Pz는 상기 스위치의 최대 전류 당 스위칭 손실(switching loss per peak current)이고, Pd는 상기 다이오드의 최대 전류 당 스위칭 손실이며, Ronz는 상기 스위치의 통전 시 저항이고, Rond는 상기 다이오드의 통전 시 저항이며, Vonz는 상기 스위치의 통전 시 전압이고, Vond는 상기 다이오드의 통전 시 전압이다.In Table 2 above, Pz is a switching loss per peak current of the switch, Pd is a switching loss per maximum current of the diode, Ronz is a resistance when the switch is energized, and Rond is the diode. Is the resistance when energizing, Vonz is the voltage when the switch is energized, and Vond is the voltage when the diode is energized.
본 발명의 일 실시예에 따른 인덕션 가열 회로는 높은 효율을 가지며, 낮은 항복 전압을 갖는 소자를 사용할 수 있다.Induction heating circuit according to an embodiment of the present invention has a high efficiency, it is possible to use a device having a low breakdown voltage.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020070037112A KR20080093318A (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Induction heating circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020070037112A KR20080093318A (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Induction heating circuit |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020070037112A KR20080093318A (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Induction heating circuit |
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-
2007
- 2007-04-16 KR KR1020070037112A patent/KR20080093318A/en not_active Application Discontinuation
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