KR20160092402A - 전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기 - Google Patents

전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 직류 전원을 이용하여 스위칭을 수행하여 교류 전원을 출력하는 스위칭부와, 교류 전원에 기초하여 마그네트론에 고주파 전압을 출력하는 구동부와, 마그네트론 양단의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부와, 검출되는 출력 전압에 기초하여, 주파수 지령치를 연산하며, 연산된 주파수 지령치가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 안정적인 발진을 수행할 수 있게 된다.

Description

전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기{Power converter and cooking apparatus including the same}
본 발명은 전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 안정적인 발진을 수행할 수 있는 전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기에 관한 것이다.
일반적으로, 마이크로웨이브를 이용한 조리기기는 음식물을 수납하여 밀폐한 후, 동작 버튼을 누르게 되면 고압발생기에 전압이 인가되고 고압발생기에 인가된 상용전압은 승압되어 마이크로웨이브를 발생시키는 마그네트론에 전원이 인가되고 마그네트론에 의해 발생된 마이크로웨이브는 도파관 등을 통해 캐비티로 전달된다.
이때, 마이크로웨이브를 이용한 조리기기는 마그네트론에서 발생되는 마이크로웨이브를 음식물에 조사하여 음식물을 구성하고 있는 분자들을 1초에 24억 5천만번 진동시킴으로써 발생되는 마찰열로 음식물을 가열하는 것이다.
한편, 마그네트론을 구동하기 위해 교류 입력 전압을 이용하여, 고주파 발진을 수행하여야 한다. 한편, 조리기기를 안정적으로 구동하기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 안정적인 발진을 수행할 수 있는 전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 직류 전원을 이용하여 스위칭을 수행하여 교류 전원을 출력하는 스위칭부와, 교류 전원에 기초하여 마그네트론에 고주파 전압을 출력하는 구동부와, 마그네트론 양단의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부와, 검출되는 출력 전압에 기초하여, 주파수 지령치를 연산하며, 연산된 주파수 지령치가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 조리기기는, 캐비티 내부의 대상을 가열하기 위한 마이크로웨이브를 생성하는 마이크로오웨이브를 생성하는 마이크로웨이브 생성부와, 마이크로웨이브 생성부에 변환된 전력을 공급하는 전력변환부와, 생성된 마이크로웨이브를 캐비티 내부로 전송하는 마이크로웨이브 전송부를 포함하며, 전력변환부는, 직류 전원을 이용하여 스위칭을 수행하여 교류 전원을 출력하는 스위칭부와, 교류 전원에 기초하여 마그네트론에 고주파 전압을 출력하는 구동부와, 마그네트론 양단의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부와, 검출되는 출력 전압에 기초하여, 주파수 지령치를 연산하며, 연산된 주파수 지령치가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기는, 력변환장치는, 직류 전원을 이용하여 스위칭을 수행하여 교류 전원을 출력하는 스위칭부와, 교류 전원에 기초하여 마그네트론에 고주파 전압을 출력하는 구동부와, 마그네트론 양단의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부와, 검출되는 출력 전압에 기초하여, 주파수 지령치를 연산하며, 연산된 주파수 지령치가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 제어부를 포함함으로써, 안정적인 발진을 수행할 수 있게 된다.
특히, 공진 주파수를 회피하면서 마그네트론을 구동할 수 있게 되어, 서지성 전압에 의한 회로 소자의 소손을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제어부는, 발진 전에, 주파수 지령치를 가변함으로써, 마그네트론의 필라멘트를 가열할 수 있게 있게 된다.
한편, 제어부는, 가열 기간 동안, 주파수 지령치의 가변에 의해, 주파수 지령치의 레벨이 제1 시간 이후에, 제1 레벨에 도달한 경우, 주파수 지령치를 가변하여, 발진 주파수가 되도록 제어함으로써, 발진 시간을 단축할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조리기기의 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 조리기기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 블록도의 일예이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 회로도의 일예이다.
도 5는 도 3 또는 도 4의 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 6은 도 5의 제어부의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 7a 내지 도 8은 도 3 또는 도 4의 전력변환장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조리기기의 부분 사시도이고, 도 2는 도 1의 조리기기의 단면도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 조리기기(100)는, 본체(102)의 전면부에 조리창(104)이 부착된 도어(106)가 개폐 가능하게 결합되고, 본체(102)의 전면 일측부에는 조작패널(108)이 결합된다.,
도어(106)는, 캐비티(134)를 개폐하며, 도면에서는 도시하지 않았지만, 도어(106) 내부에는, 마이크로웨이브의 차폐를 위한 도어 쵸크(미도시)가 배치될 될 수 있다.
조작패널(108)은, 조리기기의 운전을 조작하는 조작부(107)와, 조리기기의 동작 등을 표시하는 표시부(105)를 포함한다.
본체(102)의 내부에는 가열 대상(140), 예를 들어 음식물이 수용되어 마이크로웨이브(microwave)에 의해 조리가 이루어질 수 있도록 소정 크기의 수용공간을 가지는 캐비티(134)가 구비된다.
그리고, 캐비티(134)의 외측면에는 마이크로웨이브를 발생시키기 위한 마이크로웨이브 생성부(110)가 설치되고, 마이크로웨이브 생성부(110)의 출력부측에는 마이크로웨이브 생성부(110)에서 발생되는 마이크로웨이브를 캐비티(134)의 내측으로 안내하기 위한 마이크로웨이브 전송부(112)가 배치된다.
마이크로웨이브 생성부(110)는, 마그네트론(magnetron)을 구비할 수 있다. 마그네트론은, 2450MHz의 고주파를 생성하여 출력할 수 있다.
마이크로웨이브 전송부(112)는, 마이크로웨이브 생성부(110)에서 생성되어 출력된 마이크로웨이브를 캐비티(134)로 전송한다. 이러한 마이크로웨이브 전송부(112)는, 도파관(waveguide), 또는 동축 선로를 구비할 수 있다. 생성된 마이크로웨이브를 마이크로웨이브 전송부(112)로 송출하기 위해, 도면과 같이, 피더(142)가 연결될 수 있다.
한편, 마이크로웨이브 전송부(112)는, 도면과 같이 캐비티(134) 내로 개구부(145)를 가지고 개구된 형태로 구현이 가능하나, 이에 한정되지 않고, 단부에 안테나(antenna)가 결합되는 것도 가능하다. 개구부(145)는 슬롯 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 개구부(145) 또는 안테나를 통해, 마이크로웨이브는 캐비티(134)로 방출되게 된다.
한편, 도면에서는 개구부(145)가 캐비티(134) 상측에 하나 배치되는 것으로 도시하나, 개구부(145)가 캐비티(134)의 하측, 또는 측부에 배치되는 것도 가능하며, 또한 복수의 개구부가 배치되는 것도 가능하다. 개구부(145) 대신에 안테나를 통해 결합되는 경우도 마찬가지이다.
마이크로웨이브 생성부(110)의 하측에는, 마이크로웨이브 생성부(110)에 전원을 공급하는 전력 변환부(200)가 구비된다.
전력 변환부(200)는, 조리기기(100)에 입력되는 전원을 고압으로 승압하여 마이크로웨이브 생성부(110)에 공급할 수 있다. 이를 위해, 전력 변환부(200)는, 고압 트랜스를 구비하거나, 또는 하나 이상의 스위치 소자가 스위칭 동작을 수행하여 생성한 약 3500V이상의 고출력 전압을 마이크로웨이브 생성부(110)에 공급하는 인버터를 구비할 수 있다.
한편, 마이크로웨이브 생성부(110)의 주변에는 마이크로웨이브 생성부(110)를 냉각하기 위한 냉각팬(미도시)이 설치될 수 있다.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 캐비티(134) 내의 공진 모드 변환을 위한 공진 모드 변환부(미도시)가 배치될 수 있다. 공진 모드 변환부(미도시)의 예로는, 스터러(stirrer), 회전 테이블, 슬라이딩 테이블 중 적어도 하나일 수 있다. 이 중 회전 테이블과 슬라이딩 테이블은, 캐비티(134)의 하부에 배치되는 것이 가능하며, 스터러는, 캐비티의 하부, 측면, 상부 등 다양한 위치에 배치되는 것이 가능하다.
상술한 마이크로웨이브를 이용한 조리기기(100)는, 사용자가, 도어(106)를 열고, 가열 대상(140)을 캐비티(134) 내에 넣은 후, 도어(106)를 닫은 상태에서, 조작패널(108), 특히 조작부(107)를 조작하여 조리 선택 버튼(미도시)과 시작 버튼(미도시)을 누르면, 동작하게 된다.
즉, 조리기기(100) 내의 전력 변환부(200)는, 입력된 교류 전원을 고압의 직류 전원으로 승압하여 마이크로웨이브 생성부(110)에 공급하고, 마이크로웨이브 생성부(110)는 해당하는 마이크로웨이브를 생성하여 출력하며, 마이크로웨이브 전송부(112)는 생성된 마이크로웨이브를 전송하여 캐비티(134)로 방출하게 된다. 이에 따라, 캐비티(134) 내부에 있는 가열 대상(140), 예를 들어, 조리물을 가열하게 된다.
한편, 도 1의 전력 변환부(200)는, 이하에서 전력변환장치라 명명할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치(200)는, 입력 교류 전원을 전력 변환할 수 있다. 특히, 전력변환장치(200)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 승압하여 고전압으로 출력할 수 있다.
이를 위해, 전력변환장치(200)는, 정류부(405), dc단 커패시터(C), 스위칭부(420), 구동부(425), 및 제어부(415)를 구비할 수 있다.
정류부(405)는, 입력 교류 전압(Vin)(201)을 정류하여 정류된 전압을 출력한다. 이를 위해, 정류부(405)는, 다이오드 소자를 구비할 수 있다. 구체적으로, 브릿지 다이오드 소자를 구비할 수 있다.
한편, 정류된 전압은, dc단 커패시터(C)에 저장되며 또한 평활될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 스위칭 소자를 구비하는 컨버터가 정류부 대신에 사용되는 것도 가능하다.
입력 전압 검출부(A)는, 정류부(405) 이전에 입력되는 입력 전압(Vin)을 검출할 수 있다. 이를 위해, 입력 전압 검출부(A)는, 저항 소자, 증폭기, 또는 Voltage transformer 등을 구비할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vin)은, 제어부(415)에 입력될 수 있다.
입력 전류 검출부(D)는, 입력 전류(Iin)를 검출할 수 있다. 도면에서는, 정류부(405)와 dc 단 사이에 흐르는 입력 전류(Iin)를 검출하는 것으로 예시하나, 이와 달리, 정류부(405) 이전에 흐르는 입력 전류(Iin)를 검출하는 것도 가능하다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, dc단 전압 검출부(미도시)가 더 구비될 수 있다. dc단 전압 검출부(미도시)는, dc단 양단의 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위해, dc단 전압 검출부(미도시)는, 저항 소자, 증폭기, 또는 Voltage transformer 등을 구비할 수 있다. 검출된 dc단 양단의 전압(Vdc)은, 제어부(415)에 입력될 수 있다.
스위칭부(420)는, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 직류 전원을 이용하여 스위칭을 수행하여 교류 전원을 출력할 수 있다.
특히, 스위칭부(420)는, dc단 커패시터(C) 양단의 직류 전원(Vdc)을 이용하여 스위칭을 수행하여 교류 전원을 출력할 수 있다.
이를 위해 스위칭부(420)는, 상암 스위칭 소자(Sa)와 하암 스위칭 소자(S'a)를 구비할 수 있다. 이때, 상암 스위칭 소자(Sa)와 하암 스위칭 소자(S'a)는, 서로 상보적으로 동작할 수 있다.
상암 스위칭 소자(Sa)와 하암 스위칭 소자(S'a)에는, 제어부(415)로부터의 펄스 신호(Scc)가 입력될 수 있다. 이때의 펄스 신호(Scc)는, 제어부(415)에서 생성되는 주파수 지령치(Fref)에 기초하여 생성될 수 있다.
구동부(425)는, 스위칭부(420)의 스위칭 동작에 의해 출력되는 교류 전원을 이용하여, 마그네트론(250)에 고주파 전압을 출력할 수 있다.
마그네트론(250)은, 자기장 속에서 극초단파를 발진하는 2극 진공관일 수 있다. 이를 위해, 마그네트론(250)은, 양극, 음극, 및 그리드를 구비할 수 있다. 한편, 필라멘트(도 4의 FM)는 마그네트론(250)을 가열하기 위해 음극에 연결될 수 있다.
출력 전압 검출부(E)는, 마그네트론(250) 양단의 출력 전압(Vout)을 검출할 수 있다. 즉, 마그네트론(250)에 공급되는 출력 전압(Vout)을 검출할 수 있다. 이를 위해, 출력 전압 검출부(E)는, 저항 소자, 증폭기, 또는 Voltage transformer 등을 구비할 수 있다. 검출된 출력 전압(Vout)은, 제어부(415)에 입력될 수 있다.
출력 전류 검출부(F)는, 마그네트론(250)에 흐르는 출력 전류(Iout)를 검출할 수 있다. 도면에서는, 마그네트론(250)의 출력단에 흐르는 출력 전류(Iout)를 검출하는 것으로 예시한다.
한편, 제어부(415)는, 검출되는 출력 전압(Vout)에 기초하여, 주파수 지령치(Fref)를 연산하며, 연산된 주파수 지령치(Fref)가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치(Fref)를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 검출되는 출력 전압(Vout)에 기초하여, 마그네트론(250)의 소비 전력(P)을 연산할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 검출되는 출력 전압(Vout), 및 출력 전류(Iout)에 기초하여, 마그네트론(250)의 소비 전력을 연산할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 연산된 출력 전력(P)에 기초하여, 전류 지령치(Iref)를 생성하고, 전류 지령치(Iref)에 기초하여, 주파수 지령치(Fref)를 생성할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 연산된 출력 전력(P)이 전력 지령치(pref)에 추종하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 검출되는 입력 전류(Iin)가, 전류 지령치 생성부(411)에서 생성되는 전류 지령치(Iref)에 추종하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 마그네트론(250)의 발진 전의 마그네트론(250)의 필라멘트 가열 기간 동안, 검출되는 출력 전류(Iout)와, 출력 전압(Vout)에 기초하여, 출력 전력(P)을 연산하며, 연산된 출력 전력(P)에 기초하여, 주파수 지령치(Fref)를 가변하며, 가변되는 주파수 지령치(Fref)가, 공진 주파수에 해당하는 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치(Fref)를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 주파수 지령치(Fref)의 가변에 의해, 주파수 지령치(Fref)의 레벨이 제1 시간 이내에, 제1 레벨에 도달한 경우, 주파수 지령치(Fref)가 제1 레벨 보다 큰 제2 레벨이 되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 주파수 지령치(Fref)의 가변에 의해, 주파수 지령치(Fref)의 레벨이 제1 시간 이후에, 제1 레벨에 도달한 경우, 주파수 지령치(Fref)를 가변하여, 발진 주파수가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 마그네트론(250)에 인가되는 출력 전압(Vout)의 상승을 위해, 검출된 입력 전류와, 전류 지령치(Iref)에 기초하여, 맥동하는 주파수 지령치(Fref)를 생성하고, 스위칭부(420)는, 맥동하는 주파수 지령치(Fref)에 대응하는 펄스 신호에 기초하여, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제어부(415)의 동작에 대해서는, 도 4 내지 도 5 등을 참조하여 추후 보다 상세히 기술한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 회로도의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 4의 전력변환장치(200)의 회로도는, 도 3과 유사하나, 도 3의 스위칭부(420)와, 구동부(425)를 구체적으로 도시한 도면이다.
이에 따라, 스위칭부(420)와 구동부(425)를 중심으로 기술한다.
스위칭부(420)는, 상,하암 스위칭 소자(Sa,S'a)와, LLC 필터를 구비할 수 있다. 그리고, 구동부(425)는, 트랜스포머를 구비할 수 있다. 특히, 구동부(425)는, 고전압용 트랜스포머(High Voltage Transformer; HVT)를 구비할 수 있다.
구체적으로, dc단 양단에, 상,하암 스위칭 소자(Sa,S'a)가 서로 직렬로 접속된다. 그리고, 하암 스위칭 소자(S'a)에 병렬로, 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 및 커패시터(C1)가 접속될 수 있다.
상,하암 스위칭 소자(Sa,S'a) 사이에, 제1 인덕터(L1)의 일단이 접속되며, 제1 인덕터(L1)의 타단과 제2 인덕터(L2)의 일단의 사이는, 트랜스포머(HVT)의 일차측 입력에 접속되며, 제2 인덕터(L2)의 타단과 커패시터(C1)의 사이는, 트랜스포머(HVT)의 일차측 출력에 접속될 수 있다.
한편, 트랜스포머(HVT)의 이차측의 양단에 마그네트론(250)이 접속될 수 있다.
한편, 전력변환장치(200)를 이용하여, 마그네트론(250)을 구동하는 경우, 마그네트론을 가열하기 위해, 주파수 지령치를 가변할 필요가 있게 된다.
한편, 스위칭부(420) 등은, L(인덕터) 성분과 C (커패시터) 성분을 구비하며, 이에 따라, 공진 주파수가 결정된다.
한편, 주파수 지령치의 가변시, 공진 주파수에 도달하게 되면, 공진에 의해, 마그네트론(250) 등에, 서지(surge)성 고전압이 인가되게 된다. 예를 들어, 대략 8KV의 서지성 고전압이 순간적으로 인가되게 된다.
이에 따라, 마그네트론(250)은, 물론, 전력변환장치(200) 내의 각종 회로 소자들의 소손 가능성이 높아지게 된다.
본 발명에서는, 제어부(415)가, 검출되는 출력 전압에 기초하여, 주파수 지령치를 연산하며, 연산된 주파수 지령치가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력함으로써, 안정적인 발진을 수행할 수 있게 된다. 특히, 공진 주파수를 회피하면서 마그네트론(250)을 구동할 수 있게 되어, 서지성 전압에 의한 회로 소자의 소손을 방지할 수 있게 된다.
이러한, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(200)의 동작은, 도 5를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 5는 도 3 또는 도 4의 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 제어부(415)는, 전력 연산부(409), 전류 지령치 생성부(411)와, 주파수 지령치 생성부(412)를 포함할 수 있다.
전력 연산부(409)는, 출력 전압(Vout)에 기초하여, 출력 전력(P)을 연산할 수 있다. 특히, 출력 전압(Vout), 및 출력 전류(Iout)에 기초하여, 출력 전력(P)을 연산할 수 있다.
전류 지령치 생성부(411)는, 연산된 출력 전력(P)에 기초하여, 전류 지령치(Iref)를 생성할 수 있다. 특히, 전류 지령치 생성부(411)는, 연산된 출력 전력(P), 및 전력 지령치(Pref)에 기초하여, 전류 지령치(Iref)를 생성할 수 있다.
이를 위해, 전류 지령치 생성부(411)는, 전력 지령치(Pref)와 연산된 출력 전력(P)와의 차이를 연산하는 연산기(419)와, 그 차이에 기초하여, 연산된 출력 전력(P)가 전력 지령치(Pref)에 추종하도록 제어하는 비레 적분(PI) 제어기(419)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전력 지령치(Pref)와 연산된 출력 전력(P)와의 차이가 클수록, 전류 지령치(Iref)의 크기가 클 수 있으며, 전력 지령치(Pref)와 연산된 출력 전력(P)와의 차이가 작을수록, 전류 지령치(Iref)의 크기가 작을 수 있다.
결국, 전류 지령치 생성부(411)는, 전류 지령치(Iref)를 생성하여 출력할 수 있다.
다음, 주파수 지령치 생성부(412)는, 입력 전류 검출부(D)에서 검출된 입력 전류(Iin)와, 전류 지령치 생성부(411)에서 생성된 전류 지령치(Iref)에 기초하여, 주파수 지령치(Fref)를 생성할 수 있다. 그리고, 제어부(415)는, 주파수 지령치(Fref)에 기초한 펄스 신호(Scc)를 스위칭부(420)로 출력할 수 있다.
이를 위해, 주파수 지령치 생성부(412)는, 전류 지령치(Iref)와 검출된 입력 전류(Iin)와의 차이를 연산하는 연산기(413)와, 그 차이에 기초하여, 검출된 입력 전류(Iin)가 전류 지령치(Iref)에 추종하도록 제어하는 비레 적분(PI) 제어기(414)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 주파수 지령치 생성부(412)는, 주파수 지령치(Fref)를 출력할 수 있다.
예를 들어, 전류 지령치(Iref)와 검출된 입력 전류(Iin)와의 차이가 클수록, 주파수 지령치(Fref)의 크기가 클 수 있으며, 전류 지령치(Iref)와 검출된 입력 전류(Iin)와의 차이가 작을수록, 주파수 지령치(Fref)의 크기가 작을 수 있다.
한편, 주파수 지령치 생성부(412)는, 생성된 주파수 지령치(Fref)가, 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 제한하는 리미터(417)를 더 구비할 수 있다.
따라서, 주파수 지령치 생성부(412)는, 주파수 지령치(Fref)를 연산하며, 연산된 주파수 지령치(Fref)가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치(Fref)를 출력할 수 있게 된다.
한편, 제어부(415)는, 마그네트론(250)의 발진 전의 마그네트론(250)의 필라멘트 가열 기간 동안, 검출되는 출력 전류(Iout)와, 출력 전압(Vout)에 기초하여, 출력 전력(P)을 연산하며, 연산된 출력 전력(P)에 기초하여, 주파수 지령치(Fref)를 가변하며, 가변되는 주파수 지령치(Fref)가, 공진 주파수에 해당하는 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치(Fref)를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 주파수 지령치(Fref)의 가변에 의해, 주파수 지령치(Fref)의 레벨이 제1 시간 이내에, 제1 레벨에 도달한 경우, 주파수 지령치(Fref)가 제1 레벨 보다 큰 제2 레벨이 되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 주파수 지령치(Fref)의 가변에 의해, 주파수 지령치(Fref)의 레벨이 제1 시간 이후에, 제1 레벨에 도달한 경우, 주파수 지령치(Fref)를 가변하여, 발진 주파수가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 마그네트론(250)에 인가되는 출력 전압(Vout)의 상승을 위해, 검출된 입력 전류와, 전류 지령치(Iref)에 기초하여, 맥동하는 주파수 지령치(Fref)를 생성하고, 스위칭부(420)는, 맥동하는 주파수 지령치(Fref)에 대응하는 펄스 신호에 기초하여, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
도 6은 도 5의 제어부의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
제어부(415)는, 마그네트론(250)에 인가되는 전력이 순차적으로 증가되도록, 스위칭부(420)를 제어할 수 있다.
도면을 참조하면, 스위칭부(420)가 소프트 스위칭하는 제1 기간(T1), 마그네트론(250)을 가열하는 가열 기간(T2), 발진 안정화 기간(T3), 출력 가속 기간(T4), 및 정상 동작 기간(T5)으로 구분될 수 있다. 이 중 제1 기간 및 제2 기간은 발진 전 구간에 대응하며, 제3 기간 내지 제5 기간은 발진 후 구간에 대응한다.
제1 기간(T1) 동안, 마그네트론(250)에 인가되는 출력 전력은, P1까지 순차적으로 상승한다. 이를 위해, 주파수 지령치 생성부(412) 내의 소프트 스타팅부(416)는, 주파수 지령치를 순차적으로 증가시킬 수 있다.
제2 기간(T2) 동안, 마그네트론(250)에 인가되는 출력 전력은, P1을 그대로 유지할 수 있다. 이를 위해, 주파수 지령치 생성부(412)는, 일정한 주파수 지령치를 출력할 수 있다. 또는, 주파수 지령치 생성부(412)는, 맥동하는 주파수 지령치를 출력할 수 있다.
한편, Tgs 시점에 발진이 수행되도록, 마그네트론(250)에 인가되는 소비 전력은 P2로 증가될 수 있다.
제3 기간(T3) 동안, 마그네트론(250)에 인가되는 출력 전력은, 증가된 P2을 그대로 유지할 수 있다. 이를 위해, 주파수 지령치 생성부(412)는, PFM(pulse frequency modulation) 기반의 맥동하는 주파수 지령치를 출력할 수 있다.
제4 기간(T4) 동안, 마그네트론(250)에 인가되는 출력 전력은, P3까지 순차적으로 상승한다. 이를 위해, 주파수 지령치 생성부(412)는 주파수 지령치를 순차적으로 증가시킬 수 있다.
제5 기간(T5) 동안, 마그네트론(250)에 인가되는 출력 전력은, P3을 그대로 유지할 수 있다.
도 6의 (b)는 마그네트론에 인가되는 출력 전압(Vout)을 예시하며, 제2 기간(T2)에서는 제1 전압 레벨(Vout1)을 가지다가, 제3 기간(T3)에서는, 제2 전압 레벨(Vout2) 이상을 가지는 것을 예시한다.
도 7a 내지 도 8은 도 3 또는 도 4의 전력변환장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 7a는, 제어부(415)의 주파수 지령 생성부(412)에서 생성된 주파수 지령치(Fm)의 일예를 예시한다. 특히, 제1 기간(T1) 내지 제3 기간(T3) 동안의 주파수 지령치(Fm)을 나타낸다.
도면에서의 주파수 지령치(Fm)은, 도 5의 주파수 지령치(Fref)에 대응할 수 있다.
제어부(415)는, 발진 전 구간인, 제1 기간(T1) 동안, 소프트 스타팅이 수행되도록, 주파수 지령치를 증가시킬 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 발진 전 구간인, 제2 기간(T2) 동안, 마그네트론 가열을 위해, 주파수 지령치가 일정하도록 제어할 수 있다. 한편, 도면과 달리, 순차적으로 증가시키는 것도 가능하다.
한편, 제어부(415)는, 발진 구간 중 발진 안정화 기간(T3) 동안, 주파수 지령치가 맥동하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(415)는, 제2 기간(T2) 동안 또는 발진 안정화 기간(T3) 동안, 연산된 주파수 지령치(Fref)가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치(Fref)를 출력하도록 제어할 수 있다.
도 7b는, 마그네트론 양단에 인가되는 출력 전압(Vout)의 일예를 예시한다.
출력 전압(Vout)의 지령치(Vout_ref)는 일정한 값을 가지는 것이나, 실제 동작시, 출력 전압(Vout)은, 일정하지 않게 된다.
특히, 제2 기간(T2) 동안 또는 발진 안정화 기간(T3) 동안, 출력 전압(Vout)은, 일정하지 않게 된다.
한편, 제2 기간(T2) 동안 또는 발진 안정화 기간(T3) 동안, 생성되는 주파수 지령치(Vref)가, 공진 주파수에 해당하는 경우, 도면과 같이, 제1 지점(Po1), 제2 지점(Po2), 제3 지점(Po3)에서 각각 서지성 전압을 가지게 된다.
이러한 점을 방지하기 위해, 상술한 바와 같이, 제어부(415)는, 연산된 주파수 지령치(Fref)가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치(Fref)를 출력할 수 있다.
특히, 제1 지점(Po1), 제2 지점(Po2), 제3 지점(Po3)에 대응하는 공진 주파수를 회피하여, 주파수 지령치를 생성할 수 있다.
이를 위해, 제어부(415) 내의 주파수 지령치 생성부(412)는, 공진 주파수를 제한하는 리미터(417)를 구비할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 실시예에 따라 공진 주파수를 제외한 주파수 지령치(S)를 예시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 주파수 지령치(S)는, 제1 구간(Poa)과 제2 구간(Pob)에서, 특정 주파수가 제외되게 된다.
한편, 도면의 주파수 지령치(S)는, 도 5의 주파수 지령치(Fref)에 대응할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 전력변환장치(200)의 제어부(415)는, 마그네트론(250)의 필라멘트 가열시, 출력 전압(Vout)에 기초하여 출력 전력(P)을 연산한다(S810).
다음, 전력변환장치(200)의 제어부(415)는, 출력 전력(P)에 기초하여, 주파수 지령치를 연산한다(S815).
다음, 전력변환장치(200)의 제어부(415)는, 연산된 주파수 지령치가, 회로 구성에 따른 공진 주파수인지 여부를 판단한다(S820). 그리고 해당하는 경우, 전력변환장치(200)의 제어부(415)는, 공진 주파수를 회피하여, 생성된 주파수 지령치(Fref)를 출력한다(S825).
다음, 전력변환장치(200)의 제어부(415)는, 주파수 지령치(Fref)에 기초하여, 마그네트론(250)을 구동한다(S830).
한편, 상술한 바와 같이, 연산된 주파수 지령치가 공진 주파수인 경우, 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 제어부를 포함함으로써, 안정적인 발진을 수행할 수 있게 된다.
특히, 공진 주파수를 회피하면서 마그네트론을 구동할 수 있게 되어, 서지성 전압에 의한 회로 소자의 소손을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제어부는, 발진 전에, 주파수 지령치를 가변함으로써, 마그네트론의 필라멘트를 가열할 수 있게 있게 된다.
한편, 제어부는, 가열 기간 동안, 주파수 지령치의 가변에 의해, 주파수 지령치의 레벨이 제1 시간 이후에, 제1 레벨에 도달한 경우, 주파수 지령치를 가변하여, 발진 주파수가 되도록 제어함으로써, 발진 시간을 단축할 수 있게 된다.
본 발명의 실시에에 따른 전력변환장치, 및 이를 구비하는 조리기기는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 직류 전원을 이용하여 스위칭을 수행하여 교류 전원을 출력하는 스위칭부;
    상기 교류 전원에 기초하여 마그네트론에 고주파 전압을 출력하는 구동부;
    상기 마그네트론 양단의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부; 및
    상기 검출되는 출력 전압에 기초하여, 주파수 지령치를 연산하며, 상기 연산된 주파수 지령치가 공진 주파수인 경우, 상기 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 출력 전압에 기초하여, 출력 전력을 연산하는 전력 연산부;
    상기 연산된 출력 전력에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령치 생성부; 및
    상기 전류 지령치에 기초하여, 주파수 지령치를 생성하는 주파수 지령치 생성부;를 구비하고,
    상기 주파수 지령치 생성부는,
    상기 생성된 주파수 지령치가, 상기 공진 주파수인 경우, 상기 공진 주파수를 제한하는 리미터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류 지령치 생성부는,
    상기 연산된 출력 전력이 전력 지령치에 추종하도록 제어하는 비레 적분 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  4. 제2항에 있어서,
    입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 주파수 지령치 생성부는,
    상기 검출되는 입력 전류가, 상기 전류 지령치 생성부에서 생성되는 전류 지령치에 추종하도록 제어하는 비레 적분 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트론에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 마그네트론의 발진 전의 상기 마그네트론의 필라멘트 가열 기간 동안, 상기 검출되는 출력 전류와, 출력 전압에 기초하여, 출력 전력을 연산하며, 상기 연산된 출력 전력에 기초하여, 상기 주파수 지령치를 가변하며, 상기 가변되는 주파수 지령치가, 상기 공진 주파수에 해당하는 경우, 상기 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 주파수 지령치의 가변에 의해, 상기 주파수 지령치의 레벨이 제1 시간 이내에, 제1 레벨에 도달한 경우, 상기 주파수 지령치가 상기 제1 레벨 보다 큰 제2 레벨이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 주파수 지령치의 가변에 의해, 상기 주파수 지령치의 레벨이 제1 시간 이후에, 제1 레벨에 도달한 경우, 상기 주파수 지령치를 가변하여, 발진 주파수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 마그네트론에 인가되는 출력 전압의 상승을 위해,
    상기 검출된 입력 전류와, 전류 지령치에 기초하여, 맥동하는 주파수 지령치를 생성하고,
    상기 스위칭부는,
    상기 맥동하는 주파수 지령치에 대응하는 펄스 신호에 기초하여, 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  9. 캐비티 내부의 대상을 가열하기 위한 마이크로웨이브를 생성하는 마이크로오웨이브를 생성하는 마이크로웨이브 생성부;
    상기 마이크로웨이브 생성부에 변환된 전력을 공급하는 전력변환부;
    상기 생성된 마이크로웨이브를 상기 캐비티 내부로 전송하는 마이크로웨이브 전송부;를 포함하며,
    상기 전력변환부는,
    직류 전원을 이용하여 스위칭을 수행하여 교류 전원을 출력하는 스위칭부;
    상기 교류 전원에 기초하여 마그네트론에 고주파 전압을 출력하는 구동부;
    상기 마그네트론 양단의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출부; 및
    상기 검출되는 출력 전압에 기초하여, 주파수 지령치를 연산하며, 상기 연산된 주파수 지령치가 공진 주파수인 경우, 상기 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조리기기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 출력 전압에 기초하여, 출력 전력을 연산하는 전력 연산부;
    상기 연산된 출력 전력에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령치 생성부; 및
    상기 전류 지령치에 기초하여, 주파수 지령치를 생성하는 주파수 지령치 생성부;를 구비하고,
    상기 주파수 지령치 생성부는,
    상기 생성된 주파수 지령치가, 상기 공진 주파수인 경우, 상기 공진 주파수를 제한하는 리미터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 조리기기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전력 변환부는,
    상기 마그네트론에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 마그네트론의 발진 전의 상기 마그네트론의 필라멘트 가열 기간 동안, 상기 검출되는 출력 전류와, 출력 전압에 기초하여, 출력 전력을 연산하며, 상기 연산된 출력 전력에 기초하여, 상기 주파수 지령치를 가변하며, 상기 가변되는 주파수 지령치가, 상기 공진 주파수에 해당하는 경우, 상기 공진 주파수를 회피하여 생성된 주파수 지령치를 출력하는 것을 특징으로 하는 조리기기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 마그네트론에 인가되는 출력 전압의 상승을 위해,
    상기 검출된 입력 전류와, 전류 지령치에 기초하여, 맥동하는 주파수 지령치를 생성하고,
    상기 스위칭부는,
    상기 맥동하는 주파수 지령치에 대응하는 펄스 신호에 기초하여, 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 조리기기.
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