KR20160056993A - 하프브릿지 fet 스위칭을 이용한 인덕션 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하프브릿지 FET 스위칭부가 구비됨으로써 주파수 가변에 의한 다단계 출력 제어가 가능하고, 고주파 스위칭이 가능하므로 전자파의 발생을 억제할 수 있는 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션에 관한 것으로서, 전압 정류부, 하프브릿지 FET 스위칭부, 공진 필터부, 유도 가열 코일, FET 드라이브부, PWM 조절부, 주파수 조절부, 메인 제어부를 구비하고, 상기 전압 정류부는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 상기 하프브릿지 FET 스위칭부에 공급하고, 상기 메인 제어부는 상기 주파수 조절부를 제어하여 상기 PWM 조절부의 PWM 듀티 제어를 수행하며, 상기 PWM 조절부는 PWM 스위칭 주파수를 생성하여 상기 FET 드라이브부에 제공하고, 상기 하프브릿지 FET 스위칭부는 상기 전압 정류부로부터 제공된 직류 전원을 상기 FET 드라이브부로부터 입력된 신호에 따라 스위칭하여 상기 공진 필터부에 제공하며, 상기 공진 필터부는 상기 유도 가열 코일에 자계를 발생시켜 발열토록 한다.

Description

하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션{Induction range using a half bridge FET switching}

본 발명은, 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하프브릿지 FET 스위칭부가 구비됨으로써 주파수 가변에 의한 다단계 출력 제어가 가능하고, 고주파 스위칭이 가능하므로 전자파의 발생을 억제할 수 있는 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션에 관한 것이다.

일반적으로 음식을 조리하는데 있어서 가열을 하고 양념을 하며 다지고 끓이는 등의 다수 과정을 거쳐 음식을 조리하게 된다. 이러한 조리용 장치 중에 특히 가열 장치는 전자렌지, 가스렌지, 오븐, 찜기, 전기밥솥, 기타 차를 끓이기 위한 포트 등 다양한 가열도구가 있다.

이러한 가열도구들은 오래전 나무를 연소시키거나 석유를 연소시키는 방식보다 훨씬 편리할 뿐만 아니라 청결하기 때문에 근래 들어 주로 이용하게 된 것이다.

특히 소득수준이 점점 더 높아지고, 연소를 하는 방식보다는 전기와 같이 연소과정이 없는 조리용구가 더 각광을 받고 있는 것이다. 이에 전기오븐, 전자렌지, 근래 들어 핫플레이트렌지, 하이라이트렌지 등이 많이 이용되고 있다.

그리고 현재 많이 보급되어 있는 가스렌지의 경우 대부분 싱크대와 같이 설치되어 조리가 편리한 점은 있으나, 자동 온도조절이라던가 조리의 선택이 불가능할 뿐만 아니라, 직접 불꽃이 있기 때문에 자칫 부주의 상황에서는 화재의 염려도 있어 사용이 불편한 점이 있다.

따라서 점차로 싱크대와 같이 설치되어 가스렌지처럼 편리하게 사용할 수 있으면서, 전기오븐, 전자렌지, 전기밥솥 등과 같이 조리시 화재의 염려도 적으면서 편리하고 안전하게 사용할 수 있는 장치가 요구되고, 이러한 요구로 점차 핫플레이트렌지, 하이라이트렌지 등이 사용되고 있는 것이다.

하지만 핫플레이트렌지, 하이라이트렌지 등은 전기를 이용하기 때문에 좀더 편리하게 되었지만, 장치 내부의 가열코일로 조리용기를 놓는 부분의 판이 가열되도록 하는 방식이기 때문에, 한번 가열하는데 시간이 오래 걸릴 수도 있을 뿐만 아니라 가열된 판은 쉽게 식지 않는 등 조리할 때 음식의 온도를 원하는 데로 조절하기가 곤란한 문제점이 있는 것이다.

또한 한번 가열된 가열판은 쉽게 식지 않고 최소 수 십분이 경과되어야 하기 때문에, 조리가 끝난 가열판에 행주나, 옷깃, 음식물, 음식물 포장지가 떨어지는 경우에는 화재의 위험도 있고, 사용이 부자연스러운 사람들은 화상의 위험도 있어 불편한 점이 상당한 것이다.

이를 극복하기 위하여 자기장을 이용하여 유도전류 발생으로 가열되도록 하는 방식의 인덕션이 이용되고 있으나, 자기장의 권장 수준으로 유지하기가 곤란하며, 전자파가 많이 발생되어 허용 규격을 맞추기가 곤란한 문제가 있었다.

KR10-2012-0107059(공개번호) 2012.09.28

본 발명은, 하프브릿지 FET 스위칭부가 구비됨으로써 주파수 가변에 의한 다단계 출력 제어가 가능하고, 고주파 스위칭이 가능하므로 전자파의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은, 전압 정류부, 하프브릿지 FET 스위칭부, 공진 필터부, 유도 가열 코일, FET 드라이브부, PWM 조절부, 주파수 조절부, 메인 제어부를 구비하고, 상기 전압 정류부는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 상기 하프브릿지 FET 스위칭부에 공급하고, 상기 메인 제어부는 상기 주파수 조절부를 제어하여 상기 PWM 조절부의 PWM 듀티 제어를 수행하며, 상기 PWM 조절부는 PWM 스위칭 주파수를 생성하여 상기 FET 드라이브부에 제공하고, 상기 하프브릿지 FET 스위칭부는 상기 전압 정류부로부터 제공된 직류 전원을 상기 FET 드라이브부로부터 입력된 신호에 따라 스위칭하여 상기 공진 필터부에 제공하며, 상기 공진 필터부는 상기 유도 가열 코일에 자계를 발생시켜 대상 발열체를 발열토록 한다.

또한, 본 발명의 상기 메인 제어부는, 상기 대상 발열체의 온도를 측정한 값을 제공받아 측정된 온도값이 기설정된 수치 이상일 경우 상기 PWM 조절부의 전원을 차단한다.

또한, 본 발명의 상기 전압 정류부의 전단(前段)에는 상기 하프브릿지 FET 스위칭부에 제공되는 전류를 측정하는 전류 측정부가 더 구비된다.

또한, 본 발명의 상기 메인 제어부는 상기 전류 측정부에서 측정된 전류가 기설정된 수치 이상일 경우 상기 PWM 조절부의 전원을 차단한다.

또한, 본 발명은, 상기 전류 측정부에서 측정된 전류가 기설정된 수치 이상일 경우 상기 PWM 조절부의 전원을 차단하는 최대 전력 조절부가 더 구비된다.

또한, 본 발명의 상기 PWM 스위칭 주파수는 12단계로 조절된다.

또한, 본 발명은, 상기 전압 정류부, 상기 하프브릿지 FET 스위칭부, 상기 공진 필터부, 상기 유도 가열 코일, 상기 FET 드라이브부, 상기 PWM 조절부, 상기 주파수 조절부, 상기 메인 제어부, 상기 전류 측정부, 또는 상기 최대 전력 조절부가 과열되지 않도록 하는 냉각팬이 더 구비된다.

또한, 본 발명은, 상기 냉각팬을 구동하기 위한 팬 조절부가 더 구비되어서 상기 메인 제어부에 연결된다.

또한, 본 발명은, 상기 대상 발열체의 온도값 또는 상기 기설정된 온도값이 표시되는 표시부가 더 구비된다.

본 발명은, 하프브릿지 FET 스위칭부(60)가 구비됨으로써 고속 스위칭이 가능하여 무효전력이나 역률 개선에 큰 장점을 지닐 뿐 아니라, 노이즈가 상대적으로 적게 발생하기 때문에 정밀하고 안정적인 제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 하프브릿지 FET 스위칭부(60)가 구비됨으로써 주파수 가변에 의한 다단계 출력 제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 고주파 스위칭이 가능하므로 전자파의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션의 회로도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션의 전파시험성적을 비교한 비교표.

이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 의한 인덕션은 교류 전원부(10), 퓨즈(20), 노이즈 필터부(30), 전류 측정부(40), 전압 정류부(50), 하프브릿지 FET 스위칭부(60), 공진 필터부(70), 유도 가열 코일(80), FET 드라이브부(90), PWM 조절부(100), 최대 전력 조절부(110), 주파수 조절부(120), 메인 제어부(130) 및 팬 조절부(140)를 포함한다.

전압 정류부(50)는 교류 전원부(10)로부터 입력된 교류 전원을 정류하여 직류 전원을 각 구성에 공급하는 역할을 하며, 그 전단에 퓨즈(20) 및 노이즈 필터부(30)가 구비된다.

이러한 전압 정류부(50)는 각 구성들에 각각 독립적으로 구비될 수 있으며, 요구되는 전압의 범위에 따라 노이즈 필터부(30)와의 사이에 변압 부재가 더 포함될 수 있다.

하프브릿지 FET 스위칭부(60)는 PWM 드라이브부로부터 입력된 신호에 따라 후단의 공진 필터부(70)에 정류된 전원을 스위칭하여 인가한다.

이러한 하프브릿지 FET 스위칭부(60)는 스위칭 소자로서 FET(전계 효과 트랜지스터: Field effect transistor)가 사용되며, FET을 이용한 하프브릿지 스위칭 회로는 고속 스위칭이 가능하여 PWM 방식의 제어에 매우 용이하며, 무효전력이나 역률 개선에 큰 장점을 지닐 뿐 아니라, 노이즈가 상대적으로 적게 발생하기 때문에 정밀하고 안정적인 제어가 가능한 장점이 있다.

공진 필터부(70)는 하프브릿지 FET 스위칭부(60)의 후단에 구비되며, 인덕터와 콘덴서를 포함하는 LC 공진 회로로 구성된다. 이러한 공진 필터부(70)의 후단에는 유도 가열 코일(80)이 구비되는데, 유도 가열 코일(80)은 고주파 전류가 흐를 경우 자계를 발생시키게 되고, 발생된 자계는 대상 발열체 표면에 와전류를 유도하여 발열이 이루어지도록 한다.

메인 제어부(130)는 설정된 출력 조절 단계값에 근거하여 PWM 조절부(100)에서 발생시키는 PWM 신호의 듀티비 제어를 시행하는 역할을 하며, PWM 조절부(100)와의 사이에 주파수 조절부(120)가 구비된다.

이러한 메인 제어부(130)는 설정된 최대 전력 이상의 전류 검출시 PWM 조절부(100)의 전원을 오프하기 위하여 전류 측정부(40)로부터 입력 전류 측정값을 제공받으며, 설정된 온도 이상의 온도 검출시 PWM 조절부(100)의 전원을 오프하기 위하여 대상 발열체 표면의 온도 측정값을 제공받는다.

한편, 메인 제어부(130)에는 표시부가 연결될 수 있으며, 표시부를 통해 현재 상판의 온도, 설정 온도 등의 정보를 확인할 수 있도록 한다.

PWM 조절부(100)는 메인 제어부(130)의 제어에 따라 PWM 스위칭 주파수를 생성하여 FET 드라이브부(90)에 제공한다. 이때 제공되는 스위칭 주파수는 고주파 주파수가 적용되고, 주파수 가변 방식에 의하여 발열체의 발열 온도가 제어될 수 있도록 하며, 바람직하게는 12단계의 출력 제어가 가능하다. 이러한 고주파 스위칭 설계로 인하여 전자파가 기존 제품에 비해 약 10배 이하로 방출되며, 이러한 전자파를 측정한 비교 분석표가 도 2 에 도시되어 있다.

FET 드라이브부(90)는 PWM 조절부(100)로부터 제공된 PWM 스위칭 주파수를 변압하여 하프브릿지 FET 스위칭부(60)에 제공한다.

한편, 전압 정류부(50)와 노이즈 필터부(30)의 사이에는 전류 측정부(40)가 구비되며, 전류 측정부(40)는 하프브릿지 FET 스위칭부(60)에 제공되는 전류를 측정하여 최대 전력 조절부(110) 및 메인 제어부(130)에 제공함으로써, 측정된 전류가 설정된 수치 이상일 경우 PWM 조절부(100)의 전원이 차단되도록 함으로써 기기의 과열이 방지될 수 있도록 한다.

또한, 메인 제어부(130)에는 팬 조절부(140)가 구비되며, 팬 조절부(140)는 메인 제어부(130) 및 기타 구성들이 과열되지 않고 안정되게 작동될 수 있도록 냉각팬을 구동시키는 역할을 한다. 이를 위하여 팬 조절부(140)에는 별도의 온도 센서가 더 구비되어서 기기 내부의 온도를 측정할 수 있도록 한다.

상술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 하프브릿지 FET 스위칭부(60)가 구비됨으로써 고속 스위칭이 가능하여 무효전력이나 역률 개선에 큰 장점을 지닐 뿐 아니라, 노이즈가 상대적으로 적게 발생하기 때문에 정밀하고 안정적인 제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 하프브릿지 FET 스위칭부(60)가 구비됨으로써 주파수 가변에 의한 다단계 출력 제어가 가능한 효과가 있다.

10 : 교류 전원부 20 : 퓨즈
30 : 노이즈 필터부 40 : 전류 측정부
50 : 전압 정류부 60 : 하프브릿지 FET 스위칭부
70 : 공진 필터부 80 : 유도 가열 코일
90 : FET 드라이브부 100 : PWM 조절부
110 : 최대 전력 조절부 120 : 주파수 조절부
130 : 메인 제어부 140 : 팬 조절부

Claims (9)

1. 전압 정류부, 하프브릿지 FET 스위칭부, 공진 필터부, 유도 가열 코일, FET 드라이브부, PWM 조절부, 주파수 조절부, 메인 제어부를 구비하고,
   상기 전압 정류부는 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 상기 하프브릿지 FET 스위칭부에 공급하고,
   상기 메인 제어부는 상기 주파수 조절부를 제어하여 상기 PWM 조절부의 PWM 듀티 제어를 수행하며,
   상기 PWM 조절부는 PWM 스위칭 주파수를 생성하여 상기 FET 드라이브부에 제공하고,
   상기 하프브릿지 FET 스위칭부는 상기 전압 정류부로부터 제공된 직류 전원을 상기 FET 드라이브부로부터 입력된 신호에 따라 스위칭하여 상기 공진 필터부에 제공하며,
   상기 공진 필터부는 상기 유도 가열 코일에 자계를 발생시켜 대상 발열체를 발열토록 하는 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 메인 제어부는, 상기 발열체의 온도를 측정한 값을 제공받아 측정된 온도값이 기설정된 수치 이상일 경우 상기 PWM 조절부의 전원을 차단하는 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전압 정류부의 전단(前段)에는 상기 하프브릿지 FET 스위칭부에 제공되는 전류를 측정하는 전류 측정부가 더 구비되는 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 메인 제어부는 상기 전류 측정부에서 측정된 전류가 기설정된 수치 이상일 경우 상기 PWM 조절부의 전원을 차단하는 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 전류 측정부에서 측정된 전류가 기설정된 수치 이상일 경우 상기 PWM 조절부의 전원을 차단하는 최대 전력 조절부가 더 구비된 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 PWM 스위칭 주파수는 12단계로 조절되는 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전압 정류부, 상기 하프브릿지 FET 스위칭부, 상기 공진 필터부, 상기 유도 가열 코일, 상기 FET 드라이브부, 상기 PWM 조절부, 상기 주파수 조절부, 상기 메인 제어부, 상기 전류 측정부, 또는 상기 최대 전력 조절부가 과열되지 않도록 하는 냉각팬이 더 구비된 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 냉각팬을 구동하기 위한 팬 조절부가 더 구비되어서 상기 메인 제어부에 연결되는 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 대상 발열체의 온도값 또는 상기 기설정된 온도값이 표시되는 표시부가 더 구비된 하프브릿지 FET 스위칭을 이용한 인덕션.
   
   

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