KR20170029800A - 고주파 인버터 유도코일 구동회로 - Google Patents

고주파 인버터 유도코일 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 관한 것으로, 정류부(BD1)와, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공진전압을 공통 공진콘덴서(Co)와 유도코일(L1,L2,...Lk)에 제공하는 스위칭소자(Qa,Qb,...,Qka,Qkb)와, 정류부(BD1)로부터 직류전원을 제공받으며, 상기 스위칭소자(Qa,Qb,...,Qka,Qkb)의 스위칭 동작에 따른 공진전압이 입력되고, 입력되는 공진전압에 의해 유도코일(L1,...,Lk)과 공진작용을 하는 공통 공진콘덴서(Co)와, 스위칭소자(Qa,Qb,...,Qka,Qkb)에 의한 직류전압의 스위칭 동작에 의해 생성된 공진전압을 공급받아 피가열체를 가열하는 유도코일(L1,L2,...,Lk)을 포함하여 구성되고, 유도코일(L1,...,Lk) 중에서 유도가열을 하고자 하는 복수의 유도코일에 공진전압을 인가하는 복수의 스위칭소자가 시분할에 의해서 순차 반복적으로 스위칭 온오프 동작함으로써, 상기 유도코일(L1,...,Lk) 중에서 공진전압이 인가되어서 유도가열되는 복수의 유도코일은 시분할에 의해서 순차 반복적으로 동작하는 것을 특징으로 하고, 이에 의하면 유도코일을 동시에 이용하는 경우에도 주파수 간섭에 의한 소음 및 자계 커플에 의한 동작 불안정을 차단할 수 있다.

Description

고주파 인버터 유도코일 구동회로{A INDUCTION COIL DRIVING CIRCUIT FOR HIGH FREQUENCY INVERTER}
본 발명은 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 관한 것으로, 특히 동작하고자 하는 복수의 유도코일에 대하여 고속 스위칭 전압을 인가하는 스위칭소자를 시분할 동작 제어함으로써 인버터 간 주파수 차이에 의한 간섭 소음과 자계 커플링에 의한 출력 불안정을 근본적으로 차단할 수 있도록 하고, 회로 구성을 간소화하여 원가를 절감할 수 있으며, 하나의 유도코일의 부스터 파워를 고출력으로 할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 관한 것이다.
일반적으로, 유도가열이란 먼저 가열을 원하는 금속 주위에 1차 코일을 감아 자기장을 변화시키면 금속에 2차전류(유도전류)가 흐르는 현상을 이용하는 가열방식으로, 유도전류가 금속에 흐르면 금속의 자체 저항 때문에 열이 발생해 금속이 뜨거워지게 된다.
이러한 유도가열 현상을 응용한 것으로 예컨대 유도가열 조리기가 있다.
상기 유도가열 조리기는 상용전원을 정류하여 그 정류된 전원을 스위칭함으로써 발생되는 전압을 유도코일에 인가하여 유도코일에 강력한 자계를 발생시키고 이 자계를 통해 피가열물인 금속을 가열하여 음식물을 조리하도록 한 장치이다.
상기 유도가열 조리기 중 하나인 인덕션 호브(또는 인덕션 쿡탑)는 일반적으로 2 개의 인덕션 모듈을 갖추고 있고, 각각의 인덕션 모듈에는 2개의 조리구가 마련되어 있으며, 이들 각각의 조리구를 동작시키기 위해 하나의 유도코일과 하나의 인버터 회로를 필요로 한다. 즉, 하나의 인덕션 모듈은 2개의 유도코일과 2개의 인버터 회로로 이루어진다.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 유도가열 조리기(예컨대 인덕션 쿡탑)에 구현된 유도코일 구동 회로의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 유도코일 구동 회로는, 4 구 인덕션 쿡탑의 예를 도시하고 있는 것으로서 정류부(11,12)와 초크코일(13,14)과 4 개의 인버터부(21,22,23,24)와 제어부(미도시)로 구성된다.
상기 정류부(11,12)는 상용전원(AC)으로부터을 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환한다.
상기 초크코일(13,14)은 스위칭소자(21a,21b)(22a,22b)(23a,23b)(24a,24b)가 온오프할 때 발생하는 큰 전류 변화를 감소시켜서 EMI 노이즈를 필터링한다.
상기 4 개의 인버터부(21,22,23,24)는 기본적으로 동일한 구조로 되어 있는데, 각각의 인버터부(21,22,23,24)에는 교번적으로 스위칭 동작하는 한 쌍의 스위칭소자(21a,21b)(22a,22b)(23a,23b)(24a,24b)와, 공진콘덴서(C11,C12)(C21,C22) (C31,C32)(C41,C42)와 상기 유도코일(L1,L2,L3,L4)이 구비되어 있다.
엄밀하게는, 인버터부(21,22,23,24)에 있는 유도코일(L1,L2,L3,L4)은 발열원으로서 인버터부(21,22,23,24)와는 구별되는 개념이고 인버터부(21,22,23,24)는 유도코일(L1,L2,L3,L4)을 제외하고 유도코일에 고속 스위칭에 의한 공진전압을 인가하기 위한 구성으로서 양자는 구별되는 개념이지만, 본 명세서에서는 도식과 설명의 편의를 위해서 유도코일(L1,L2,L3,L4)은 인버터부(21,22,23,24)에 포함되는 것으로서 설명하기로 한다.
상기 스위칭소자(21a,21b)(22a,22b)(23a,23b)(24a,24b)는 정류부(11,12) 및 초크코일(13,14)로부터 제공되는 직류전압을 제어부(미도시)로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 교번적으로 온오프 스위칭 동작하여 유도코일(L1,L2,L3,L4)과 공진콘덴서(C11,C12)(C21,C22)(C31,C32)(C41,C42)에 전원을 공급하여 공진 전류를 흐르게 한다.
유도가열 조리기에서는 정류된 전원을 스위칭할 때 큰 공진전압과 공진전류가 발생하므로, 스위칭소자(21a,21b)(22a,22b)(23a,23b)(24a,24b)로는 고속의 스위칭이 가능한 반도체소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용한다.
상기 공진콘덴서(C11,C12)(C21,C22)(C31,C32)(C41,C42)는 초크코일(13,14)로부터 직류 전원을 인가받고, 입력되는 전압에 의해 유도코일(L1,L2,L3,L4)과 연속적으로 공진하는 구성이다.
상기 각 유도코일(L1,L2,L3,L4)은 각각의 대응되는 스위칭소자(21a,21b) (22a,22b)(23a,23b)(24a,24b) 사이에 연결되어 정류부(11,12) 및 초크코일(13,14)로부터 직류 전원을 인가받고, 스위칭소자(21a,21b)(22a,22b)(23a,23b)(24a,24b)에 의한 직류전압의 스위칭 동작에 의해 생성된 공진전압을 공급받아 피가열체에 와전류를 유도시켜 피가열체를 가열한다.
상기 제어부(미도시)는 스위칭소자(21a,21b)(22a,22b)(23a,23b)(24a,24b)의 온오프 스위칭 동작을 제어하는 구동펄스신호를 생성하여 인가한다.
다음은 상기와 같은 종래기술에 의한 유도코일 구동회로의 동작을 설명한다.
상기 4 개의 각각의 인버터부(21,22,23,24)는 동작이 동일하므로 하나의 인버터부(21)를 예를 들어서 설명한다.
예컨대 사용자입력부(미도시)를 통해서 조리명령이 입력되면, 제어부(미도시)에서는 인버터부(21)에 있는 한 쌍의 스위칭소자(21a,21b)를 교번적으로 동작시키기 위한 구동펄스신호를 발생시킨다.
예를 들어 스위칭소자(21a)를 도통하고 스위칭소자(21b)를 차단하면, 도 1에서 스위칭소자(21a) -> 유도코일(L1) -> 공진콘덴서(C12)로 이루어지는 회로가 구성되어 유도코일(L1)에 공진전압이 제공된다.
그리고, 스위칭소자(21b)를 도통하고 스위칭소자(21a)를 차단하면 공진콘덴서(C11) -> 유도코일(L1) -> 스위칭소자(21b)로 이루어지는 회로가 구성되어 유도코일(L1)에 공진전압이 제공된다.
이때, 유도코일(L1)과 공진콘덴서(C11,C12)가 연속적으로 공진상태가 되기 때문에 유도코일(L1)에는 큰 공진전류가 흐르게 된다.
이 공진전류에 의해 유도코일(L1)에는 고주파 자계가 발생하고 이 고주파 자계에 의한 전자기 유도로 인해 피가열체가 가열된다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 유도코일의 구동회로는 다음과 같은 문제점이 있었다.
먼저, 종래의 경우 복수의 인버터부(21,22,23)를 동시에 사용하는 경우, 예컨대 총 네 개의 인버터부(21,22,23,24) 중에서 세 개의 인버터부(21,22,23)를 사용하는 경우, 종래에는 해당 사용되는 인버터부(21,22,23)의 각 스위칭소자(21a,21b)(22a,22b)(23a,23b)로 동시에 제어부가 구동펄스신호를 출력하여 해당 인버터부(21,22,23)의 모든 스위칭소자(21a,21b)(22a,22b)(23a,23b)가 동시에 스위칭 동작을 했다.
따라서 이 경우에는 각각의 인버터부(21,22,23)가 서로 다른 출력을 내는 경우[예컨대 인버터부(21)는 20 kW, 인버터부(22)는 30 kW, 인버터부(23)는 25 kW], 인버터부(21,22,23) 간에 간섭이 발생하여 귀에 거슬리는 소음이 발생하였고, 또한 자계 커플링(magnetic coupling)에 의해서 인버터의 동작이 불안정하다는 문제점이 있었다.
다음으로 종래 기술은 유도코일(L1,L2,L3,L4)마다 일대일로 대응되어서 인버터부(21,22,23,24)를 구성하여야 했으므로, 인버터 구조를 풀 브릿지(full brideg) 구조로 확장하는 경우에는 스위칭소자(예컨대, IGBT)의 개수가 많아져서 제품의 제조 원가가 높아지는 문제가 있었기에 종래에는 인버터의 구조가 도 1과 같이 하프 브릿지(half brideg) 방식으로 사용할 수밖에 없었고, 그 결과 기본적인 출력값을 고출력으로 하는 것에 한계가 있었다.
또한 종래의 경우에는 풀 브릿지 구조로 구현하더라도 하나의 인버터부에서 출력을 낼 수 있는 최대 출력값은 정해져 있기 때문에[상기 예에서와 같이 인버터부(21)는 20 kW, 인버터부(22)는 30 kW, 인버터부(23)는 25 kW 등으로 정해져 있음] 부스터 기능을 사용하는 경우에 큰 출력을 내는 것이 어려웠다.
예컨대 4 개의 유도코일을 사용하는 4 구 버너(buner)의 경우 전체 출력이 4 kW이고, 각각의 버너의 최대출력이 0.5 kW, 1.0 kW, 1.5 kW, 2 kW인 경우 각각의 버너는 해당 최대출력값 이상을 내는 것이 어려워서 하나의 버너에서는 고출력을 내는 것에 한계가 있었다.
또한, 종래에는 각 유도코일(L1,L2,L3,L4)과 공진 상호 작용을 하기 위한 공진콘덴서(C11,C12)(C21,C22)(C31,C32)(C41,C42)는 각 유도코일(L1,L2,L3,L4)마다 별도로 채택하여야만 했으므로, 회로 구조가 복잡해지고 제조 원가가 상승하는 문제가 있었다.
문헌1. 공개특허공보 제10-2013-0107090호(공개일: 2013. 10. 01.) 문헌2. 공개특허공보 제10-2011-0026192호(공개일: 2011. 03. 15.)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로의 목적은,
첫째, 유도가열을 하고자 하는 복수의 유도코일에 대하여 시분할 동작 제어하는 구성 즉, 풀 브릿지 인버터 구조에서의 동작주파수에서의 한 주기[또는 설정된 복수의 주기]에서는 하나의 유도코일이 동작하도록 스위칭소자를 스위칭 제어함으로써 복수의 유도코일(따라서 인버터)을 사용해야 하는 경우의 인버터 간 주파수 차이에 의한 간섭 소음과 자계 커플링(coupling)에 의한 출력이 불안정되는 현상을 근본적으로 차단할 수 있도록 하고,
둘째, 풀 브릿지 인버터의 구성을 종래의 하나의 유도코일에 각 4 개의 스위칭소자를 구비하는 구조가 아니고, 한 쌍의 스위칭소자를 공통 스위칭소자로 공유하고 각 유도코일에는 일대일로 한 쌍의 개별 스위칭소자만을 연결하는 구성을 채택함으로써, 스위칭소자의 개수를 반으로 줄여서 회로 구성을 간소화할 수 있도록 하고 그리하여 유도코일 구동회로의 제조 원가를 절감할 수 있도록 하며,
셋째, 유도코일과 공진 작용하기 위한 공진콘덴서를 유도코일마다 일대일로 대응하여 채택하지 않고 본원발명 특유의 회로 구조에 의해서 하나의 공진콘덴서를 모든 유도코일에 공용으로 이용할 수 있도록 함으로써 회로 구성을 간략화하여 제품의 원가를 절감할 수 있도록 하며,
넷째, 별도의 초크코일이나 공진콘덴서를 채택하지 않고 전체적인 회로 구조를 변경하지 않더라도 간단하게 유도코일과 스위칭소자를 병렬적으로 결합하기만 하면 유도코일의 확장이 가능하도록 하고, 그리하여 회로의 확장 설계를 용이하게 할 수 있도록 하며,
다섯째, 어느 하나의 유도코일에만 집중적으로 고출력을 내는 것이 가능하도록 함으로써 고화력의 경쟁력을 가질 수 있도록 하기에 적당하도록 한 고주파 인버터 유도코일 구동회로를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 고주파 인버터 유도코일 구동회로는, 상용전원으로부터을 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부와, 상기 정류부에 연결되어서 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공진전압을 공통 공진콘덴서와 유도코일에 제공하는 스위칭소자와, 상기 정류부로부터 직류전원을 제공받으며, 상기 스위칭소자의 스위칭 동작에 따른 공진전류가 입력되고, 입력되는 공진전류에 의해 유도코일과 공진작용을 하는 공통 공진콘덴서와, 상기 정류부로부터 직류 전원을 인가받으며 상기 스위칭소자에 의한 직류전원의 스위칭 동작에 의해 생성된 공진전류를 공급받아서 피가열체를 가열하는 유도코일을 포함하여 구성되고,
상기 유도코일 중에서 유도가열을 하고자 하는 복수의 유도코일에 공진전류를 공급하는 복수의 스위칭소자가 시분할에 의해서 순차 반복적으로 스위칭 온오프 동작함으로써, 상기 유도코일 중에서 공진전류가 공급되어서 유도가열되는 복수의 유도코일은 시분할에 의해서 순차 반복적으로 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 고주파 인버터 유도코일 구동회로는, 상기 스위칭소자는, 상기 정류부에 연결되어서 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서 및 유도코일에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 한 쌍의 공통 스위칭소자와, 상기 한 쌍의 공통 스위칭소자와 병렬연결되어서 상기 정류부로부터 직류전원을 인가받고 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서 및 유도코일에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 개별 스위칭소자로 구성되고,
상기 공통 공진콘덴서는, 그 일단이 상기 한 쌍의 공통 스위칭소자 간의 노드에 연결되고, 상기 공통 스위칭소자와 개별 스위칭소자의 스위칭 동작에 따른 공진전압이 입력되어서 공진전압에 의해 유도코일과 공진작용을 하며,
상기 유도코일은, 일단이 상기 공통 공진콘덴서의 타단에 접속되고, 타단이 상기 개별 스위칭소자에 일대일로 연결되어서 상기 정류부로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 공통 스위칭소자와 개별 스위칭소자에 의한 직류전원의 스위칭 동작에 의해 입력되는 공진전류를 공급받아서 피가열체를 가열하며,
상기 공통 스위칭소자는 상측 공통 스위칭소자와, 상기 상측 공통 스위칭소자에 직렬 연결되어서 상기 상측 공통 스위칭소자와 교번적으로 스위칭 온오프하는 하측 공통 스위칭소자로 구성되고, 상기 개별 스위칭소자는 상측 개별 스위칭소자와, 상기 상측 개별 스위칭소자에 직렬 연결되어서 상기 상측 개별 스위칭소자와 교번적으로 스위칭 온오프하는 하측 개별 스위칭소자로 구성되며,
상기 하측 개별 스위칭소자는 상기 상측 공통 스위칭소자와 동일한 온오프 상태로 스위칭 동작을 수행하되, 상기 상측 공통 스위칭소자가 온오프 스위칭동작을 할 때 복수의 상기 하측 개별 스위칭소자 중에서 하나의 하측 개별 스위칭소자만이 스위칭 동작을 하며, 상기 상측 개별 스위칭소자는 상기 하측 공통 스위칭소자와 동일한 온오프 상태로 스위칭 동작을 수행하되, 상기 하측 공통 스위칭소자가 온오프 스위칭동작을 할 때 복수의 상기 상측 개별 스위칭소자 중에서 하나의 상측 개별 스위칭소자만이 스위칭 동작을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 고주파 인버터 유도코일 구동회로는, 상기 공통 공진콘덴서는 그 일단이 상기 상측 공통 스위칭소자와 하측 공유 스위칭 소자의 노드에서 접속되고, 상기 개별 스위칭소자는, 상기 한 쌍의 상하측 공통 스위칭소자와 병렬연결되어서 상기 정류부로부터 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서와 제1 유도코일에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 한 쌍의 제1 개별 스위칭소자와, 상기 한 쌍의 상하측 공통 스위칭소자 및 한 쌍의 제1 상하측 스위칭소자와 병렬연결되어서 상기 정류부로부터 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서와 유도코일에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 적어도 한 쌍의 제2,3,...,k 개별 스위칭소자로 구성되며,
상기 유도코일은, 일단이 상기 공통 공진콘덴서의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제1 상측 개별 스위칭소자와 제1 하측 개별 스위칭소자의 노드에 연결되어서 상기 정류부로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 상하측 공통 스위칭소자와 제1 상하측 스위칭소자에 의한 직류전원의 스위칭 동작에 의해 입력되는 공진전류를 공급받아서 피가열체를 가열하는 제1 유도코일과, 일단이 상기 공통 공진콘덴서와 제1 유도코일의 노드에 연결되고, 타단이 상측 개별 스위칭소자와 하측 개별 스위칭소자의 노드에 연결되며 상기 정류부로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 공통 스위칭소자와 제2,3,...,k 개별 스위칭소자에 의한 직류전원의 스위칭 동작에 의해 입력되는 공진전류를 공급받아서 피가열체를 가열하는 제2,...,k 유도코일로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 고주파 인버터 유도코일 구동회로는, 상기 상측 공통 스위칭소자가 스위칭온오프되는 경우에는 상기 제1,2,3,...,k 하측 개별 스위칭소자 중에서 어느 하나의 하측 개별 스위칭소자만이 상기 상측 공통 스위칭소자와 동시에 동일한 상태로 스위칭온오프되고, 상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자에 연결된 유도코일과 공통 공진콘덴서가 동작하며,
상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자에 연결된 상측 개별 스위칭소자는 상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자와 교번적으로 스위칭 온오프 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 고주파 인버터 유도코일 구동회로는, 상기 스위칭소자는 IGBT로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 고주파 인버터 유도코일 구동회로는, 상기 전체 유도코일 중에서 스위칭 온되는 유도코일의 제어동작주기는 1 ms 미만인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 고주파 인버터 유도코일 구동회로는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 유도가열을 하고자 하는 복수의 유도코일에 대하여 시분할 동작 제어하는 구성 즉, 풀 브릿지 인버터 구조에서의 동작주파수에서의 한 주기 또는 설정된 복수의 주기에서는 하나의 유도코일이 동작하도록 스위칭소자를 스위칭 제어함으로써 복수의 유도코일(따라서, 인버터)을 사용해야 하는 경우의 인버터 간 주파수 차이에 의한 간섭 소음의 발생을 원천적으로 차단할 수 있고, 또한 자계 커플링을 차단하여서 안정된 출력을 담보할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 풀 브릿지 인버터의 구성을 종래의 하나의 유도코일에 각 4 개의 스위칭소자를 구비하는 구조가 아니고, 한 쌍의 스위칭소자를 공통 스위칭소자로 공유하고 각 유도코일에는 일대일로 한 쌍의 개별 스위칭소자를 연결하는 구조에 의해서 풀 브릿지 인버터를 구현함으로써 스위칭소자의 개수를 반으로 줄일 수 있어서 회로 구성을 간소화할 수 있고, 그 결과 구동회로의 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 유도코일과 공진 작용하기 위한 공진콘덴서를 유도코일마다 일대일로 대응하여 채택하지 않고 본원발명 특유의 회로 구조에 의해서 하나의 공진콘덴서를 모든 유도코일에 공용으로 이용할 수 있도록 함으로써 회로 구성을 간략화하여 제품의 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 별도의 초크코일이나 공진콘덴서를 채택하지 않고 전체적인 회로 구조를 변경하지 않더라도 간단하게 유도코일과 스위칭소자를 병렬적으로 결합하기만 하면 유도코일의 확장이 가능하므로, 회로의 확장 설계를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 어느 하나의 유도코일에만 집중적으로 고출력을 낼 수 있으므로 고화력의 경쟁력을 가질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 유도가열 조리기(예컨대 인덕션 쿡탑)에 구현된 유도코일의 구동 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서 복수의 유도코일에 대하여 시분할 동작 제어하기 위한 개념을 설명하기 위한 신호의 파형도이다.
도 4는 제1 유도코일(L1)에 공진전류가 공급되어서 제1 유도코일(L1)을 동작하는 경우의 동작도이다.
도 5는 제2 유도코일(L2)에 공진전류가 공급되어서 제2 유도코일(L2)을 동작하는 경우의 동작도이다.
도 6은 제k 유도코일(Lk)에 공진전압을 인가하여 제k 유도코일(Lk)을 동작하는 경우의 동작도이다.
다음은 본 발명인 고주파 인버터 유도코일 구동회로의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로는 유도가열 조리기에 구현되어서 피가열체가 조리기가 될 수도 있고, 여기에 한정되지 않고 예컨대 유도가열 금형[이 경우 피가열체는 금형임]이나 오버코팅기[이 경우 피가열체는 오버코팅기 롤러]와 같은 산업용 인버터 장치에도 구현 가능함은 물론이며, 여기서는 하나의 실시예로서 유도가열 조리기에 실시되는 것을 예를 들어서 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로는, 정류부(BD1)와 공통 공진콘덴서(Co)와 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a, Q1b,...,Qka,Qkb)와 유도코일(L1,L2,...,Lk)[k: 2보다 큰 자연수]과 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 정류부(BD1)는 상용전원(AC)으로부터을 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환한다.
상기 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)는 정류부(BD1)에 연결되고, 정류부(BD1)로부터 제공되는 직류전압을 제어부(미도시)로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 교번적으로 온오프 스위칭 동작하여 유도코일(L1,L2,...,Lk)과 공통 공진콘덴서(Co)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 한다.
상기 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)는 예컨대 IGBT로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 공통 공진콘덴서(Co)는 정류부(BD1)로부터 직류전원을 제공받으며, 상기 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)의 스위칭 동작에 따른 공진전류가 입력되고, 입력되는 공진전류에 의해 유도코일(L1,L2,...,Lk)과 전자계에너지의 충방전에 의한 공진작용을 한다.
상기 유도코일(L1,L2,...,Lk)은 정류부(BD1)로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)에 의한 직류전원의 스위칭 동작에 의해 입력되는 공진전류를 공급받아서 피가열체를 가열하는 발열원이다.
상기 제어부(미도시)는 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)의 온오프 스위칭 동작을 제어하는 구동펄스신호를 생성하여 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)로 인가하고, 유도코일(L1,L2,..., Lk)의 전압을 감지하여 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)의 온(ON) 시점을 결정한다.
실시예에 따라서는 초크코일(Lc)이 더 포함될 수 있는데, 초크코일(Lc)은 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)가 온오프할 때 발생하는 큰 전류 변화를 감소시켜서 EMI 노이즈를 필터링한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서, 전체 인버터에 구비된 전체 유도코일(L1,L2,...,Lk) 중에서 유도가열을 하고자 하는 복수의 유도코일(예컨대 L1, L2, L3)에 공진전류를 공급하는 복수의 스위칭소자(예컨대, Qa,Qb,Q1a,Q1b,Q2a,Q2b,Q3a,Q3b)가 시분할에 의해서 순차 반복적으로 스위칭 온오프 동작함으로써, 전체 유도코일(L1,L2,...,Lk) 중에서 공진전류가 입력되어서 유도가열되는 복수의 유도코일(예컨대 L1, L2, L3)은 시분할에 의해서 순차 반복적으로 동작하는 것을 특징으로 한다.
즉, 유도가열 조리기에 구비된 전체 k 개의 유도코일 중에서 유도가열을 하고자 하는 복수의 유도코일(예컨대 L1, L2, L3의 세 개의 코일)에 대하여 시분할 동작 제어하는 구성 즉, 풀 브릿지 인버터 구조에서의 동작주파수에서의 하나 또는 복수의 주기에서는 하나의 유도코일이 동작하도록 스위칭소자를 스위칭 제어하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어서 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 60 Hz의 상용교류전원이 입력되는 경우, 풀 브릿지 인버터에서는 120 Hz의 주파수로 동작하므로, 3 개의 유도코일(L1,L2,L3)을 가열하는 경우 제1 주기(T1)[약 8.33 ms]에서는 제1 유도코일(L1)에 대하여 공진전류가 공급되도록 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b)[도면의 예에서는 공통 스위칭 소자(Qa,Qb)와 제1 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)]가 스위칭 동작하여 제1 주기(T1)에서는 제1 유도코일(L1)만이 동작하여서 가열된다.
이어서, 제2 주기(T2)[주기값은 어느 경우에나 동일한 값(약 8.33 ms)임은 물론이다.]에서는 제2 유도코일(L2)에 대하여 공진전류가 공급되도록 스위칭소자(Qa,Qb,Q2a,Q2b)[도면의 예에서는 공통 스위칭 소자(Qa,Qb)와 제1 개별 스위칭소자(Q2a,Q2b)]가 스위칭 동작하여 제2 주기(T2)에서는 제2 유도코일(L2)만이 동작하여서 가열된다.
이어서, 제3 주기(T1)[약 8.33 ms]에서는 제3 유도코일(L3)에 대하여 공진전류가 인가되도록 스위칭소자(Qa,Qb,Q3a,Q3b)[도면의 예에서는 공통 스위칭 소자(Qa,Qb)와 제3 개별 스위칭소자(Q3a,Q3b)]가 스위칭 동작하여 제3 주기(T3)에서는 제3 유도코일(L3)만이 동작하여서 가열된다.
그리고, 상기 제1 주기(T1)와 제2 주기(T2)와 제3 주기(T3)에서의 스위칭 제어 동작이 순차적으로 반복된다.
이와 같이 시분할하여 제1,2,3 유도코일(L1,L2,L3)이 순차적으로 반복 동작함에 따라서 사용자(이용자)의 입장에서는 제1,2,3 유도코일(L1,L2,L3)이 동시에 동작되고 있는 것처럼 인식되지만, 실제로는 제1,2,3 유도코일(L1,L2,L3)은 동시에 동작하고 있는 것이 아니라 매우 짧은 주기로 시분할되어서 동작하는 것이 되고, 따라서 종래와 같은 주파수 간섭 및 자계 커플의 문제가 발생하지 않는 것이다.
한편, 상기 예에서와 같이 제1,2,3 유도코일(L1,L2,L3)을 시분할 동작하기 위한 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b)(Qa,Qb,Q2a,Q2b)(Qa,Qb,Q3a,Q3b)를 시분할하여 스위칭 제어하기 위해서는 제어부는 각 주기에 대응하는 스위칭소자로 구동펄스신호를 생성하여 출력하여야 함은 물론이다.
즉, 제1 주기(T1)에서는 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b)로 구동펄스신호를 출력하고, 제2 주기(T2)에서는 스위칭소자(Qa,Qb,Q2a,Q2b)로 구동펄스신호를 출력하며, 제3 주기(T3)에서는 스위칭소자(Qa,Qb,Q3a,Q3b)로 구동펄스신호를 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서,
상기 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)는, 상기 정류부(BD1)에 연결되어서 직류전원을 인가받고, 제어부(미도시)로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 교번적으로 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서(Co)와 모든 유도코일(L1,L2,...Lk)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 한 쌍의 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와, 상기 한 쌍의 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 병렬연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 교번적으로 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서(Co)와 유도코일(L1,L2,,...,Lk)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)(Q2a,Q2b)...(Qka,Qkb)로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서, 상기 공통 공진콘덴서(Co)는, 그 일단이 상기 한 쌍의 공통 스위칭소자(Qa,Qb) 간의 노드(No)에 연결되고, 상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)의 스위칭 동작에 따른 공진전류가 입력 즉, 공진전압이 인가되고, 인가된 공진전압에 의해 유도코일(L1,L2,...,Lk)과 전자계에너지의 충방전에 의한 공진작용을 하며,
상기 유도코일(L1,L2,...,Lk)은, 일단이 상기 공통 공진콘덴서(Co)의 타단에 접속되고, 타단이 상기 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)...(Qka,Qkb)에 일대일로 연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)...(Qka,Qkb)에 의한 직류전압의 스위칭 동작에 의해 입력되는 공진전류를 공급받아서 피가열체를 가열한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서, 상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)는 상측 공통 스위칭소자(Qa)와, 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)에 직렬 연결되어서 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 교번적으로 스위칭 온오프하는 하측 공통 스위칭소자(Qb)로 구성되고, 상기 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)는 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a...,Qka)와, 상기 하측 공통 스위칭소자(Qb)에 직렬 연결되어서 상기 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 교번적으로 스위칭 온오프하는 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서, 상기 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b...,Qkb)는 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 동일한 온오프 상태로 스위칭 동작을 수행하되, 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)가 온오프 스위칭동작을 할 때 복수의 상기 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb) 중에서 하나의 하측 개별 스위칭소자(Q1b,...,Qkb)만이 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 동일한 온오프 상태로 스위칭 동작을 한다.
그리고, 상기 하측 공통 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka)는 상기 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 동일한 온오프 상태로 스위칭 동작을 수행하되, 상기 하측 공통 스위칭소자(Qb)가 온오프 스위칭동작을 할 때 복수의 상기 하측 공통 스위칭소자(Q1a,...,Qka) 중에서 어느 하나의 하측 공통 스위칭소자(Q1a,...,Qka 중에서 어느하나)만이 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 동일한 온오프 상태로 스위칭 동작을 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서, 상기 공통 공진콘덴서(Co)는 그 일단이 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 하측 공통 스위칭소자(Qb)의 노드(No)에서 접속되고, 상기 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)...(Qka,Qkb)는, 상기 한 쌍의 상하측 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 병렬연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서(Co)와 제1 유도코일(L1)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 한 쌍의 제1 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)와, 상기 한 쌍의 상하측 공통 스위칭소자(Qa,Qb) 및 한 쌍의 제1 상하측 스위칭소자(Q1a,Q1b)와 병렬연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서(Co)와 유도코일(L2,L3,...,Lk)[k=2보다 큰 자연수]에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 쌍으로 구성되는 적어도 하나 이상의 제2,3,...,k 개별 스위칭소자(Q2a,Q2b)...(Qka,Qkb)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서, 상기 유도코일(L1,...,Lk)은, 일단이 상기 공통 공진콘덴서(Co)의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제1 상측 개별 스위칭소자(Q1a)와 제1 하측 개별 스위칭소자(Q1b)의 노드(N1)에 연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 상하측 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 제1 상하측 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)에 의한 직류전압의 스위칭 동작에 의해 생성된 공진전압을 공급받아 피가열체를 가열하는 제1 유도코일(L1)과, 일단이 상기 공통 공진콘덴서(Co)와 제1 유도코일(L1)의 노드(Nc)에 연결되고 타단이 상측 개별 스위칭소자(Q2a,...,Qka) 및 하측 개별 스위칭소자(Q2b,...,Qkb)의 노드(N2,N3,...,Nk)에 연결되며 상기 정류부(BD1)로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 제2,3,...,k 개별 스위칭소자(Q2a,Q2b)(Q3a,Q3b)...(Qka,Qkb)에 의한 직류전압의 스위칭 동작에 의해 생성된 공진전압을 공급받아 피가열체를 가열하는 제2,...,k 유도코일(L2,L3,...,Lk)[k: 2보다 큰 자연수]로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 고주파 인버터 유도코일 구동회로에 있어서, 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)가 스위칭온오프되는 경우에는 상기 제1,2,3,...,k 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb) 중에서 어느 하나의 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)만이 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 동시에 동일한 상태로 스위칭온오프되고, 상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자(Q1b,...,Qkb)에 연결된 유도코일과 공통 공진콘덴서(Co)가 동작하며, 상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자(Q1b,...,Qkb)에 연결된 상측 개별 스위칭소자(Q1a,...,Qkb)는 상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자(Q1b,...,Qkb)와 교번적으로 스위칭 온오프 동작하는 것을 특징으로 한다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도가열조리기의 유도코일 구동회로의 동작에 대하여 기술한다.
전체 k 개의 유도코일 중에서 3 개의 유도코일(L1,L2,Lk)을 가열하여 사용하는 경우를 설명한다.
순자척으로, 제1 주기(T1) 동안에는 제1 인덕켠코일(L1)이 동작되어서 가열되고, 제2 주기(T2) 동안에는 제2 인덕켠코일(L2)이 동작되어서 가열되며, 제3 주기(T3) 동안에는 제3 인덕켠코일(L3)이 동작되어서 가열되며, 이 동작들이 순차 반복되는데, 이하 구체적으로 설명한다.
공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 공통 공진콘덴서(Co)는 모든 풀 브릿지 인버터에서 공통으로 사용된다.
도 4에는 제1 유도코일(L1)이 동작하는 경우의 동작도가 도시되어 있다.
제1 유도코일(L1)을 동작시키는 제1 주기(T1)에서는 제어부로부터 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 제1 개별 스위칭소자(Q1a, Q1b)로 구동펄스신호가 인가된다.
제1 주기(T1)에서 제1 유도코일(L1)을 동작시킬 경우, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제1 상측 개별 스위칭소자(Q1a)가 스위칭 오프된 상태에서 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제1 하측 개별 스위칭소자(Q1b)가 스위칭 온되고, 곧바로 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제1 하측 개별 스위칭소자(Q1b)가 스위칭 오프되면서 동시에 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제1 상측 개별 스위칭소자(Q1a)가 스위칭 온되며, 이러한 스위칭 동작이 제1 주기(T1) 동안 반복된다.
제어부에서는 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제1 하측 개별 스위칭소자(Q1b)가 동일한 스위칭상태(온 또는 오프 상태)가 되도록 하고, 이와 교번적으로 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제1 상측 개별 스위칭소자(Q1a)가 동일한 스위칭상태(온 또는 오프 상태)가 되도록 공통 스위칭소자(Qa,Qb) 및 제1 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)로 구동펄스신호를 출력하는 것이다.
구체적으로, 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제1 하측 개별 스위칭소자(Q1b)를 스위칭 온하고, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제1 상측 개별 스위칭소자(Q1a)를 스위칭 오프하면 도 4에서 점선으로 표시한 경로와 같이 상측 공통 스위칭소자(Qa) -> 공통 공진콘덴서(Co) -> 제1 유도코일(L1) -> 제1 하측 개별 스위칭소자(Q1b)로 이루어지는 회로가 구성되어서 제1 유도코일(L1)에 공진전류가 입력된다.
반대로, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제1 상측 개별 스위칭소자(Q1a)를 스위칭 온하고, 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제1 하측 개별 스위칭소자(Q1b)를 스위칭 오프하면 도 4에서 일점쇄선으로 표시한 경로와 같이 제1 상측 개별 스위칭소자(Q1a) -> 제1 유도코일(L1) -> 공통 공진콘덴서(Co) -> 하측 공통 스위칭소자(Qb)로 이루어지는 회로가 구성되어서 제1 유도코일(L1)에 공진전류가 공급된다.
제1 주기(T1)가 종료되고 제2 주기(T2)에서는 제2 유도코일(L2)이 동작하도록 시분할 제어되는데, 도 5에는 제2 유도코일(L2)이 동작하는 경우의 동작도가 도시되어 있다.
제2 유도코일(L2)을 동작시키는 제2 주기(T2)에서는 제어부로부터 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 제2 개별 스위칭소자(Q2a, Q2b)로 구동펄스신호가 인가된다.
제2 주기(T2)에서 제2 유도코일(L2)을 동작시킬 경우, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제2 상측 개별 스위칭소자(Q2a)가 스위칭 오프된 상태에서 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제2 하측 개별 스위칭소자(Q2b)가 스위칭 온되고, 곧바로 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제2 하측 개별 스위칭소자(Q2b)가 스위칭 오프되면서 동시에 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제2 상측 개별 스위칭소자(Q2a)가 스위칭 온되며, 이러한 교번적 스위칭 동작이 제2 주기(T2) 동안 반복된다.
제어부에서는 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제2 하측 개별 스위칭소자(Q2b)가 동일한 스위칭상태(온 또는 오프 상태)가 되도록 하고, 이와 교번적으로 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제2 상측 개별 스위칭소자(Q2a)가 동일한 스위칭상태(온 또는 오프 상태)가 되도록 공통 스위칭소자(Qa,Qb) 및 제2 개별 스위칭소자(Q2a,Q2b)로 구동펄스신호를 출력하는 것이다.
구체적으로, 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제2 하측 개별 스위칭소자(Q2b)를 스위칭 온하고, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제2 상측 개별 스위칭소자(Q2a)를 스위칭 오프하면 도 5에서 점선으로 표시한 경로와 같이 상측 공통 스위칭소자(Qa) -> 공통 공진콘덴서(Co) -> 제2 유도코일(L2) -> 제2 하측 개별 스위칭소자(Q2b)로 이루어지는 회로가 구성되어서 제2 유도코일(L1)에 공진전류가 입력된다.
반대로, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제2 상측 개별 스위칭소자(Q2a)를 스위칭 온하고, 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제2 하측 개별 스위칭소자(Q2b)를 스위칭 오프하면 도 5에서 일점쇄선으로 표시한 경로와 같이 제2 상측 개별 스위칭소자(Q2a) -> 제2 유도코일(L2) -> 공통 공진콘덴서(Co) -> 하측 공통 스위칭소자(Qb)로 이루어지는 회로가 구성되어서 제2 유도코일(L2)에 공진전류가 입력된다.
제2 주기(T1)가 종료되고 제3 주기(T3)에서는 제k 유도코일(Lk)이 동작하도록 시분할 제어되는데, 도 6에는 제k 유도코일(Lk)이 동작하는 경우의 동작도가 도시되어 있다.
제k 유도코일(L2)을 동작시키는 제3 주기(T3)에서는 제어부로부터 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 제k 개별 스위칭소자(Qka, Qkb)로 구동펄스신호가 인가된다.
제3 주기(T3)에서 제k 유도코일(Lk)을 동작시킬 경우, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제k 상측 개별 스위칭소자(Qka)가 스위칭 오프된 상태에서 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제k 하측 개별 스위칭소자(Qkb)가 스위칭 온되고, 곧바로 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제k 하측 개별 스위칭소자(Qkb)가 스위칭 오프되면서 동시에 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제k 상측 개별 스위칭소자(Qka)가 스위칭 온되며, 이러한 교번적 스위칭 동작이 제3 주기(T3) 동안 반복된다.
제어부에서는 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제k 하측 개별 스위칭소자(Qkb)가 동일한 스위칭상태(온 또는 오프 상태)가 되도록 하고, 이와 교번적으로 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제k 상측 개별 스위칭소자(Qka)가 동일한 스위칭상태(온 또는 오프 상태)가 되도록 공통 스위칭소자(Qa,Qb) 및 제k 개별 스위칭소자(Qka,Qkb)로 구동펄스신호를 출력하는 것이다.
구체적으로, 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제k 하측 개별 스위칭소자(Qkb)를 스위칭 온하고, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제k 상측 개별 스위칭소자(Qka)를 스위칭 오프하면 도 6에서 점선으로 표시한 경로와 같이 상측 공통 스위칭소자(Qa) -> 공통 공진콘덴서(Co) -> 제k 유도코일(Lk) -> 제k 하측 개별 스위칭소자(Qkb)로 이루어지는 회로가 구성되어서 제k 유도코일(Lk)에 공진전류가 입력된다.
반대로, 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 제k 상측 개별 스위칭소자(Qka)를 스위칭 온하고, 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 제k 하측 개별 스위칭소자(Qkb)를 스위칭 오프하면 도 6에서 일점쇄선으로 표시한 경로와 같이 제k 상측 개별 스위칭소자(Qka) -> 제k 유도코일(Lk) -> 공통 공진콘덴서(Co) -> 하측 공통 스위칭소자(Qb)로 이루어지는 회로가 구성되어서 제k 유도코일(Lk)에 공진전류가 공급된다.
그리고, 상기와 같은 제1,2,k 유도코일(L1,L2,Lk)을 시분할 동작이 반복된다.
이제 4 개의 유도코일이 있는 경우[따라서 4 개의 버너]의 예를 들어서 구체적으로 설명한다.
인버터 전체에서 4 kW의 출력을 내고 있고, 각 유도코일(L1,L2,L3,L4)[따라서 각 버너] 별로는 1/4 시분할[time duty 1/4]로 제어한다고 설정하면, 하나의 유도코일(하나의 버너) 당 4 kW/4 = 1 kW의 출력을 낼 수 있다.
그리고, 입력되는 상용교류전원의 주파수가 60 Hz의 경우 한 주기는 1/120 Hz = 8.33 ms임은 전술한 바와 같은데, 이때 64 개의 주기(T1 ~ T64)를 동작제어주기로 설정하는 경우 64 * 8.33 ms = 0.533 초를 동작제어주기로 하여 4 개의 유도코일을 제어하기로 하고, 1 kW를 파워레벨(Power Level, P/L) 10으로 설정한다.
이때 스위칭소자의 스위칭 주기는 하나의 주기가 아니고 4 개의 주기를 묶어서 하나의 스위칭 주기로 하며, 이들을 모두 표로 나타내면 [표 1]과 같다.
Figure pat00001
[표 1]에서 "1"은 해당 유도코일이 스위칭 온 상태를 의미하고, 각 주기(T1, T2, ..., T64)는 8.33 ms이다.
전체 동작주기(T1 ~ T64)에서 보면, T1,T2,T3,T4 시구간에서는 제1 유도코일(L1)만 스위칭온되고, T5,T6,T7,T8 시구간에서는 제2 유도코일(L2)만 스위칭온되며, T9,T10,T11,T12 시구간에서는 제3 유도코일(L3)만 스위칭온되며, T13,T14,T15,T16 시구간에서는 제4 유도코일(L4)만 스위칭온되며, 이렇게 순차적으로 각 유도코일이 스위칭되며, T61,T62,T63,T64 시구간이 완료되면, 다시 T1 ~ T64 시분할 스위칭 동작이 반복된다.
그리고, 한 동작제어주기(T1 ~ T64)가 완료된 경우 각 유도코일(L1,L2,L3,L4)의 파워레벨은 16이고, 따라서 실제파워는 (16/10) * 1 kW = 1.6 kW가 된다.
한편, 상기 표 1에 개시된 예에서는 전체 유도코일의 동작제어주기가 64 주기 * 8.33 ms = 0.533 s 이었는데, 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전체 유도코일의 동작주기는 1 ms 이하로 하는 것이 바람직하다. 1 ms 보다 크게 동작제어주기를 설정하는 경우 각 유도코일 간의 시분할 동작을 이용자가 감각에 의해서 확인을 할 수 있으므로 이는 사용자 이용 환경에 좋지 않기 때문에, 1 ms 이하로 전체 유도코일의 동작제어주기를 설정하게 되면 이용자가 감각으로 느낄 수 없어서 이용자 환경이 좋아지게 되기 때문이다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 유도코일 구동회로에 의하면, 각 유도코일의 출력을 조절할 수 있는 효과가 있는데, 하기 [표 2]에서 확인할 수 있다.
Figure pat00002
[표 2]에는 어느 하나의 유도코일에서의 파워레벨을 조절한 것이 개시되어있는데, "1"은 해당 주기에서 해당 유도코일이 스위칭 온 상태를 표시하는 것이다.
예컨대 "P/L 4"의 경우 T1, T17, T33, T49 주기에서만 스위칭 온되도록 시분할 제어함으로써 출력은 (4/10)*1 kW = 0.4 kW가 된다.
이처럼 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 시분할 동작 주기를 설정함으로써 다양한 파워값을 출력할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 유도코일 구동회로에 있어서, 부스터기능을 구현하는 경우 하나의 유도코일에서 전체 유도코일의 출력값을 낼 수 있어서 고출력을 구현할 수 있는 효과가 있는데, 하기 [표 3]을 통해서 설명한다.
Figure pat00003
상기 [표 3]에서 버너는 유도코일을 의미하고, 4 개의 유도코일(L1,L2,L3,L4)을 사용하는 경우의 예를 들고 있다.
4 개의 유도코일 중에서 2 개의 유도코일(L1,L3)을 사용하는 경우, 주기 T1 ~ T8 시구간에서는 제1 유도코일(L1)만 스위칭 온되도록 제어하고, 주기 T9 ~ T16 시구간에서는 제1 유도코일(L1)만 스위칭 온되도록 제어하면, 2 개의 유도코일(L1,L3)은 각각 2 kW의 파워를 출력할 수 있다.
그리고, 예컨대 어느 하나의 유도코일(L1)만을 동작시켜서 부스터 기능을 실행하는 경우, 모든 시구간(T1 ~ T16)에서 제1 유도코일(L1)만이 동작하도록 스위칭 온 제어신호를 출력하면 제1 유도코일(L1)만이 동작되어서 전체 4 개의 유도코일이 낼 수 있는 출력값인 4 kW의 출력을 낼 수 있게 되고, 그 결과 고출력을 구현할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 어느 하나의 유도코일에만 집중적으로 고출력을 낼 수 있으므로 고화력의 경쟁력을 가질 수 있는 이점을 구현할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.
BD1 : 정류부 Lc : 초크코일
Co : 공통 공진콘덴서 L1,L2,...Lk : 유도코일
Qa,Qb : 공통 스위칭소자 Qa : 상측 공통 스위칭소자
Qb : 하측 공통 스위칭소자
Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb : 개별 스위칭소자
상측 개별 스위칭소자 : Q1a,Q2a,...,Qka
하측 개별 스위칭소자 : Q1b,Q2b,...,Qkb

Claims (4)

  1. 상용전원(AC)으로부터을 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부(BD1)와,
    상기 정류부(BD1)에 연결되고, 정류부(BD1)로부터 제공되는 직류전압을 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 교번적으로 온오프 스위칭 동작하여 유도코일(L1,L2,...,Lk)[k: 2보다 큰 자연수]과 공통 공진콘덴서(Co)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)와,
    상기 정류부(BD1)로부터 직류전원을 제공받으며, 상기 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)의 스위칭 동작에 따른 공진전류가 입력되고, 입력되는 공진전류에 의해 유도코일(L1,L2,...,Lk)과 공진작용을 하는 공통 공진콘덴서(Co)와,
    상기 정류부(BD1)로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)에 의한 직류전원의 스위칭 동작에 의해 입력되는 공진전류를 공급받아서 피가열체를 가열하는 유도코일(L1,L2,...,Lk)을 포함하여 구성되고,
    상기 유도코일(L1,L2,...,Lk) 중에서 유도가열을 하고자 하는 복수의 유도코일에 공진전류를 공급하는 복수의 스위칭소자가 시분할에 의해서 순차 반복적으로 스위칭 온오프 동작함으로써, 상기 유도코일(L1,L2,...,Lk) 중에서 공진전류가 입력되어서 유도가열되는 복수의 유도코일은 시분할에 의해서 순차 반복적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 고주파 인버터 유도코일 구동회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭소자(Qa,Qb,Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)는,
    상기 정류부(BD1)에 연결되어서 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서(Co)와 유도코일(L1,L2,...Lk)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 한 쌍의 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와,
    상기 한 쌍의 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 병렬연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서(Co)와 유도코일(L1,L2,,...,Lk)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)(Q2a,Q2b)...(Qka,Qkb)로 구성되고,
    상기 공통 공진콘덴서(Co)는, 그 일단이 상기 한 쌍의 공통 스위칭소자(Qa,Qb) 간의 노드(No)에 연결되고, 상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)의 스위칭 동작에 따른 공진전압이 입력되어서 공진전압에 의해 유도코일(L1,L2,...,Lk)과 공진작용을 하며,
    상기 유도코일(L1,L2,L3,...,Lk)은, 일단이 상기 공통 공진콘덴서(Co)의 타단에 접속되고, 타단이 상기 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)에 일대일로 연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)에 의한 직류전원의 스위칭 동작에 의해 입력되는 공진전류를 공급받아서 피가열체를 가열하며,
    상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)는 상측 공통 스위칭소자(Qa)와, 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)에 직렬 연결되어서 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 교번적으로 스위칭 온오프하는 하측 공통 스위칭소자(Qb)로 구성되고,
    상기 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b,...,Qka,Qkb)는 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka)와, 상기 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka)에 직렬 연결되어서 상기 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka)와 교번적으로 스위칭 온오프하는 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)로 구성되며,
    상기 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)는 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 동일한 온오프 상태로 스위칭 동작을 수행하되, 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)가 온오프 스위칭동작을 할 때 복수의 상기 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb) 중에서 하나의 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)만이 스위칭 동작을 하며,
    상기 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka)는 상기 하측 공통 스위칭소자(Qb)와 동일한 온오프 상태로 스위칭 동작을 수행하되, 상기 하측 공통 스위칭소자(Qb)가 온오프 스위칭동작을 할 때 복수의 상기 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka) 중에서 하나의 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka)만이 스위칭 동작을 하는 것을 특징으로 하는 고주파 인버터 유도코일 구동회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공통 공진콘덴서(Co)는 그 일단이 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 하측 공통 스위칭소자(Qb)의 노드(No)에서 접속되고,
    상기 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)(Q2a,Q2b)...(Qka,Qkb)는,
    상기 한 쌍의 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 병렬연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서(Co)와 제1 유도코일(L1)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 한 쌍의 제1 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)와,
    상기 한 쌍의 공통 스위칭소자(Qa,Qb) 및 한 쌍의 제1 상하측 스위칭소자(Q1a,Q1b)와 병렬연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류전원을 인가받고, 제어부로부터 입력되는 구동펄스신호에 따라 온오프 스위칭 동작함으로써 공통 공진콘덴서(Co)와 유도코일(L2,L3,...,Lk)에 전원을 공급하여 공진 전류가 흐르게 하는 쌍으로 이루어진 제2,3,...,k 개별 스위칭소자(Q2a,Q2b)(Q3a,Q3b)...(Qka,Qkb)로 구성되고,
    상기 유도코일(L1,L2,...,Lk)은,
    일단이 상기 공통 공진콘덴서(Co)의 타단에 연결되고, 타단이 상기 제1 상측 개별 스위칭소자(Q1a)와 제1 하측 개별 스위칭소자(Q1b)의 노드(N1)에 연결되어서 상기 정류부(BD1)로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 제1 상하측 개별 스위칭소자(Q1a,Q1b)에 의한 직류전압의 스위칭 동작에 의해 생성된 공진전압을 공급받아 피가열체를 가열하는 제1 유도코일(L1)과,
    일단이 상기 공통 공진콘덴서(Co)와 제1 유도코일(L1)의 노드(Nc)에 연결되고, 타단이 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka)와 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)의 노드(N2,N3,...,Nk)에 연결되며 상기 정류부(BD1)로부터 직류 전원을 인가받으며, 상기 공통 스위칭소자(Qa,Qb)와 제2,3,...,k 개별 스위칭소자(Q2a,Q2b)(Q3a,Q3b)...(Qka,Qkb)에 의한 직류전압의 스위칭 동작에 의해 생성된 공진전압을 공급받아 피가열체를 가열하는 제2,...,k 유도코일(L2,L3,...,Lk)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 인버터 유도코일 구동회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)가 스위칭 온오프되는 경우에는 상기 제1,2,3,...,k 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb) 중에서 어느 하나의 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)만이 상기 상측 공통 스위칭소자(Qa)와 동시에 동일한 상태로 스위칭온오프되고, 상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)에 연결된 유도코일과 공통 공진콘덴서가 동작하며,
    상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)에 연결된 상측 개별 스위칭소자(Q1a,Q2a,...,Qka)는 상기 스위칭 동작하는 해당 하측 개별 스위칭소자(Q1b,Q2b,...,Qkb)와 교번적으로 스위칭 온오프 동작하는 것을 특징으로 하는 고주파 인버터 유도코일 구동회로.
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