KR20190014844A - 유도가열조리기 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저전력으로 조리 용기의 존재 여부를 판단하기 위한 것으로, 교류전압을 공급하는 전원공급부, 공급된 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부, 정류부로부터의 직류전압이 워킹코일에 교번적으로 인가되도록 스위칭제어되는 제1 및 제2 스위칭부, 워킹코일에 흐르는 전류를 감지하고, 감지된 전류를 소정 기준과 비교하여 펄스를 출력하는 비교부 및 출력되는 펄스에 기초하여 워킹코일 상에 조리용기가 존재하는지 판단하는 제어부를 포함하는 유도가열조리기에 관한 것이다.

Description

유도가열조리기 및 그의 동작 방법{INDUCTION HEAT COOKING APPARATUS AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 유도가열조리기 및 그의 동작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유도가열조리기 상에 조리용기가 위치하는지 존재 여부를 감지하는 유도가열조리기 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 전기레인지의 시장 규모가 점차 확대되는 추세이다. 이는, 전기레인지의 경우 연소 과정에서 일산화탄소를 발생시키지 않고, 가스 누출이나 화재 등 안전사고의 위험이 낮기 때문이다.
한편, 전기레인지는 전기저항이 큰 니크롬선을 이용하여 전기를 열로 전환하는 하이라이트 방식과, 자기장을 발생시켜 전자유도가열방식을 통해 열을 가하는 인덕션 방식이 있다.
유도가열조리기는 인덕션 방식에 따라 동작하는 전기레인지를 의미할 수 있다. 유도가열조리기의 구체적인 작동 원리를 설명하면 아래와 같다.
일반적으로, 유도가열조리기는 내부에 구비된 워킹 코일(Working Coil) 또는 가열코일에 고주파의 전류를 흐르게 한다. 워킹 코일 또는 가열코일에 고주파의 전류가 흐르면 강력한 자력선이 발생하게 된다. 워킹 코일 또는 가열코일에서 발생한 자력선은 조리용기를 통과할 때 와류전류(Eddy Current)를 형성하게 된다. 따라서, 조리용기에 와류전류가 흐름에 따라 열이 생성되어 조리용기 자체를 가열시키고, 조리용기가 가열됨에 따라 용기 안의 내용물을 가열시킨다.
위와 같이, 유도가열조리기는 조리용기 자체에 열을 유도시켜 내용물을 가열하는 전기조리 장치이다. 유도가열조리기를 이용하면 산소를 소모하지 않고, 폐가스를 배출하지 않아 실내공기 오염을 줄일 수 있다. 또한, 유도가열조리기는 에너지 효율과 안정성이 높으며, 용기 자체를 가열시키기 때문에 화상의 위험이 낮다.
한편, 유도가열조리기에 화구가 여러 개 존재하는 경우 각 화구를 조절하는 버튼이 무엇인지 사용자가 직관적으로 알기 어려운 문제가 있다. 또는, 유도가열조리기 상에 조리용기가 위치하지 않음에도 불구하고 가열을 위한 에너지를 소모하는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 유도가열조리기가 자동으로 조리용기의 존재 여부를 판단하는 방법이 요구될 수 있다.
본 발명은 유도가열조리기 상에 조리용기가 위치하는지 자동으로 판단하는 유도가열조리기 및 그의 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유도가열조리기는 교류전압을 공급하는 전원공급부, 공급된 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부, 정류부로부터의 직류전압이 워킹코일에 교번적으로 인가되도록 스위칭제어되는 제1 및 제2 스위칭부, 워킹코일에 흐르는 전류를 감지하고, 감지된 전류를 기 설정된 기준값과 비교하여 펄스를 출력하는 비교부 및 출력되는 펄스에 기초하여 워킹코일 상에 조리용기가 존재하는지 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
비교부는 감지된 전류가 기 설정된 기준값 보다 크면 하이(high)를 나타내고, 감지된 전류가 기 설정된 기준값 보다 작으면 로우(low)를 나타내는 펄스를 출력할 수 있다.
제어부는 출력되는 펄스가 하이(high)로 지속되는 시간인 온 타임 폭에 기초하여 조리용기가 존재하는지 판단할 수 있다.
제어부는 출력되는 펄스 중 가장 처음으로 출력된 펄스의 온 타임 폭에 기초하여 조리용기가 존재하는지 판단할 수 있다.
제어부는 펄스의 온 타임 폭이 기 설정된 기준 폭 이하이면 워킹 코일 상에 조리 용기가 존재하는 것으로 판단하고, 펄스의 온 타임 폭이 기 설정된 기준 폭을 초과하면 워킹 코일 상에 조리 용기가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
제어부는 출력되는 펄스를 카운트하고, 카운트된 펄스의 횟수에 기초하여 조리 용기가 존재하는지 판단할 수 있다.
제어부는 제1 및 제2 스위칭부 중 어느 하나가 온 상태를 유지하는 동안 출력되는 펄스를 카운트 하여 조리 용기가 존재하는지 판단할 수 있다.
제어부는 출력되는 펄스의 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하이면 워킹 코일 상에 조리 용기가 존재하는 것으로 판단하고, 펄스의 횟수가 기 설정된 기준 횟수를 초과하면 워킹 코일 상에 조리 용기가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
제어부는 워킹 코일 상에 조리 용기가 존재하지 않은 것으로 판단되면 워킹 코일에 전류가 흐르지 않도록 차단 신호를 출력할 수 있다.
제어부는 제1 및 제2 스위칭부가 소정 횟수 이상으로 직류전압을 워킹 코일에 교번적으로 인가한 다음 출력되는 펄스에 기초하여 워킹코일 상에 조리 용기가 존재하는지 판단할 수 있다.
기준값은 제1 및 제2 스위칭부에 의해 직류전압이 워킹 코일에 복수 횟수 인가됨에 따라 전압의 형태로 출력되는 워킹 코일을 흐르는 전류의 평균일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기 충전된 전원을 이용하여 조리 용기의 존재 여부를 판단함으로써, 조리 용기의 존재 여부를 판단하는데 소비되는 전력을 절약할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 조리 용기가 존재하지 않거나 유도가열조리기에 의해 가열되면 문제가 발생할 수 있는 소재가 존재하면 워킹 코일에 전류가 흐르지 않도록 차단 신호를 출력하여 유도가열조리기가 손상되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 조리 용기가 존재하는 것으로 판단되면 조리 용기가 존재하는 화구에 대응하는 스위치를 활성화하여 사용자의 사용 편의를 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 유도가열조리기의 작동 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 유도가열조리기의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비교부를 자세히 도시한 유도가열조리기의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유도가열조리기가 조리용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비교부에서 출력되는 펄스를 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 비교부에서 출력되는 펄스의 예시 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 비교부에서 출력되는 펄스의 예시 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다.
먼저, 도 1은 유도가열조리기의 작동 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 유도가열조리기(10) 상에 조리용기(1)가 위치할 수 있다. 유도가열조리기(10)는 상부에 위치하고 있는 조리용기(1)를 가열시킬 수 있다.
구체적으로, 유도가열조리기(10)가 조리용기(1)를 가열시키는 방법을 설명한다. 유도가열조리기(10)는 워킹코일에 전류를 흘려줌으로써 자기장(20)을 발생시킬 수 있다. 유도가열조리기(10)에서 발생한 자기장(20) 중 적어도 일부는 조리용기(1)를 통과할 수 있다.
이 때, 조리용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함된 경우 자기장(20)은 조리용기(1)에 와류 전류(30)를 발생시킬 수 있다. 와류 전류(30)는 조리용기(1) 자체를 발열시키고, 이 열은 전도되어 조리용기(1)의 내부까지 전달된다. 이에 따라, 조리용기(1)의 내용물이 조리될 수 있고, 이와 같은 방식으로 유도가열조리기(10)는 동작할 수 있다.
한편, 조리용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되지 않은 경우에는 와류 전류(30)가 원활하게 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 유도가열조리기(10)가 조리용기(1)를 가열시키는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서, 유도가열조리기(10)에 의해 가열되기 위해 조리용기(1)는 스테인리스 계열 혹은 법랑이나 주철 용기 같은 금속 재질일 수 있다.
다음으로, 도 2는 본 발명의 실시 예에 유도가열조리기의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 유도가열조리기는 전원공급부(110), 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 인버터(140), 워킹 코일(150), 공진 커패시터(160), 비교부(170) 및 제어부(180)를 포함한다.
전원공급부(110)는 유도가열조리기로 교류 전압을 공급할 수 있다. 보다 구체적으로, 전원공급부(110)는 유도가열조리기의 정류부(120)로 교류 전압을 공급할 수 있다.
정류부(120, Rectifier)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전기적 장치이다. 정류부(120)는 전원공급부(110)를 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다.
DC 링크 커패시터(130)는 전원공급부(110)와 인버터(140) 사이의 버퍼 역할을 수행한다. 구체적으로, DC 링크 커패시터(130)는 정류부(120)에 의해 변환된 직류 전압을 유지시켜 인버터(140)까지 공급할 수 있다.
인버터(140)는 워킹 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르도록 워킹 코일(150)에 인가되는 전압을 스위칭할 수 있다. 구체적으로, 인버터(140)는 제1 스위칭부(141)와 제2 스위칭부(142)를 포함할 수 있고, 제1 스위칭부(141)와 제2 스위칭부(142)는 교대로 온/오프를 반복하여 워킹코일(150)을 구동시킬 수 있다. 즉, 제1 상태에서 제1 스위칭부(141)는 온되고, 제2 스위칭부(142)는 오프되며, 제2 상태에서 제1 스위칭부(141)는 오프되고, 제2 스위칭부(142)는 온될 수 있으며, 인버터(140)는 소정 주기로 제1 상태와 제2 상태를 반복하도록 제어될 수 있다. 제1 스위칭부(141)와 제2 스위칭부(142)는 교대로 온 되도록 스위칭제어되면 워킹 코일(150)에 정류부(120)로부터의 직류전압을 교번적으로 인가할 수 있다. 워킹 코일(150)은 직류전압이 교번적으로 인가됨에 따라 구동될 수 있다.
제1 스위칭부(141)와 제2 스위칭부(142)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 이루어진 스위칭 소자일 수 있다. 제1 스위칭부(141)와 제2 스위칭부(142)가 교대로 온 됨에 따라 워킹 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 워킹 코일(150)에는 고주파 자계가 형성될 수 있다.
워킹 코일(150)은 인버터(140)에 의해 직류전압이 교번적으로 인가될 수 있다. 워킹 코일(150)에는 직류전압이 교번적으로 인가됨에 따라 전류가 흐를 수 있고, 워킹 코일(150)은 전류에 의해 자기장을 발생시켜 조리기기를 가열시킬 수 있다.
워킹 코일(150)의 일측은 제1 및 제2 스위칭부(141)(142) 사이의 노드(140a) 에 연결되고, 다른 일측은 제1 및 제2 공진 커패시터(161)(162) 사이의 노드(161)에 연결될 수 있다.
인버터(140)의 구동은 인버터 구동부(145)에 의해서 이루어질 수 있다.
인버터 구동부(145)는 인버터(140)를 구성하는 제1 및 제2 스위칭부(141)(142)의 스위칭을 제어할 수 있다. 인버터 구동부(145)는 제1 및 제2 스위칭부(141)(142)가 서로 교호로 동작하도록 제어할 수 있다. 즉, 인버터 구동부(145)는 제1 스위칭부(141)가 온되고, 제2 스위칭부(142)가 오프되도록 제어하고, 소정 시간이 경과하면 제1 스위칭부(141)가 오프되고, 제2 스위칭부(142)가 온되도록 제어하고, 다시 소정 시간이 경과하면 제1 스위칭부(141)가 온되고, 제2 스위칭부(142)가 오프되도록 제어하는 동작을 반복할 수 있다. 인버터 구동부(145)는 이와 같이 제1 및 제2 스위칭부(141)(142)르 제어하여 워킹 코일(150)에 고주파의 전압을 인가할 수 있다.
공진 커패시터(160)는 완충기 역할을 할 수 있다. 공진 커패시터(160)는 제1 및 제2 스위칭부(141)(142)의 턴오프 동안 포화 전압 상승 비율을 조절할 수 있다. 이를 통해, 공진 커패시터(160)는 턴오프 시간 동안 에너지 손실을 최소화할 수 있다.
공진 커패시터(160)는 DC 링크 커패시터(130)와 워킹 코일(150) 사이에 직렬 연결된 복수의 공진 커패시터(161)(162)를 포함할 수 있다.
공진 커패시터(160)는 제1 공진 커패시터(161)와 제2 공진 커패시터(162)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1 공진 커패시터(161)는 일단이 정류부(120)로부터 전압이 출력되는 일단(121a)과 연결되고, 타단이 제2 공진 커패시터(162)와 워킹 코일(150)의 접속점(160a)에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 공진 커패시터(162)는 일단이 정류부(120)로부터 전압이 출력되는 타단(121b)과 연결되고, 타단이 제1 공진 커패시터(161)와 워킹 코일(150)의 접속점(160a)에 연결될 수 있다.
제1 공진 커패시터(161)의 커패시턴스와 제2 공진 커패시터(162)의 커패시턴스는 동일할 수 있다.
한편, 공진 커패시터(160)의 커패시턴스는 유도가열조리기의 공진 주파수(resonance frequency)를 결정할 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같은 회로도로 구성되는 유도가열조리기의 공진 주파수는 워킹 코일(150)의 인덕턴스(inductance)와 공진 커패시터(160)의 커패시턴스(capacitance)에 의해 결정된다.
또한, 워킹 코일(150)의 인덕턴스와 공진 커패시터(160)의 커패시턴스에 의해 결정된 공진 주파수를 중심으로 공진 곡선이 형성될 수 있다. 공진 곡선은 주파수에 따른 출력 전력을 나타낼 수 있다.
비교부(170)는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 기 설정된 기준값과 비교할 수 있다. 구체적으로, 비교부(170)는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지하여, 감지된 전류를 전압의 형태로 출력할 수 있다. 비교부(170)는 출력된 전압을 기 설정된 기준값과 비교하여 펄스를 출력할 수 있다.
여기서, 기준값은 기준 전압을 포함할 수 있다. 기준 전압은 유도가열조리기의 설치시 설정될 수 있다. 기준 전압은 다음과 같은 방식으로 산출될 수 있다. 먼저, 워킹 코일(150)에 직류전압이 복수 횟수 이상 인가될 수 있다. 제1 및 제2 스위칭부(141)(142)가 교번적으로 온/오프 됨에 따라 직류전압이 워킹 코일(150)에 인가될 수 있다. 직류전압이 워킹 코일(150)에 인가될 때 워킹 코일(150)에 전류가 흐를 수 있고, 제어부(180)는 직류전압이 복수 횟수 인가될 때마다 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지하여 전압의 형태로 출력할 수 있다. 제어부(180)는 이와 같이 출력되는 복수의 전압의 평균을 기준 전압으로 결정할 수 있다. 또는, 제어부(180)는 출력되는 복수의 전압의 평균 보다 소정 전압만큼 크거나 작은 값을 기준 전압으로 결정할 수 있고, 평균과의 차이인 소정 전압의 크기는 분별하고자 하는 조리용기의 종류에 따라 달라질 수 있다. 이와 같이, 기준값은 워킹 코일(150)에 직류전압이 복수 횟수 이상 인가됨에 따라 출력되는 값의 평균 또는 평균과 인접한 값으로 산출될 수 있다.
비교부(170)는 먼저 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 비교부(170)는 제1 및 제2 스위칭부(141)(142) 사이의 노드(140a)와 워킹 코일(150) 사이에 연결되어 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지하거나, 제1 및 제2 공진 커패시터(161)(162) 사이의 노드(160a)와 워킹 코일(150) 사이에 연결되어 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 비교부(170)는 감지된 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 전압의 형태로 출력할 수 있다.
한편, 비교부(170)에는 기준 전압이 미리 설정되어 있을 수 있다. 비교부(170)는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지함에 따라 출력된 전압과 기준 전압을 비교할 수 있다. 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지함에 따라 출력된 전압과 기준 전압을 비교하는 방법은 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비교부를 자세히 도시한 유도가열조리기의 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비교부(170)는 다이오드와, 적어도 하나 이상의 저항, 적어도 하나 이상의 캐패시터 및 비교기(171)를 포함할 수 있다. 비교기(171)는 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)를 포함할 수 있다. 비교기(171)의 비반전 단자(+)에는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류가 입력될 수 있다. 즉, 비교기(171)의 비반전 단자(+)에는 전압의 형태로 출력된 워킹 코일(150)을 ㅎ르는 전류가 입력될 수 있다. 비교기(171)의 반전 단자(-)에는 기 설정된 기준 전압이 입력될 수 있다. 비교기(171)는 비반전 단자(+)로 입력된 워킹 코일(150)을 흐르는 전류와 반전 단자(-)로 입력된 기준 전압을 비교하여 펄스를 출력할 수 있다. 비교기(171)에서 출력되는 펄스는 제어부(180)로 전달될 수 있다.
제어부(180)는 비교부(170)로부터 전달되는 출력 펄스에 기초하여 유도가열조리기 상에 조리용기가 존재하는지 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(180)는 비교부(170)를 통해 출력되는 펄스에 기초하여 워킹 코일(150) 상에 조리용기가 존재하는지 판단할 수 있다. 제어부(180)가 워킹 코일(150) 상에 조리용기가 존재하는지 판단하는 방법은 뒤에서 더 자세히 설명하기로 한다.
한편, 제어부(180)는 유도가열조리기의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(180)는 전원공급부(110), 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 인버터(140), 인버터 구동부(145), 워킹 코일(150), 공진 커패시터(160) 및 비교부(170) 중 적어도 하나 이상을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(180)는 인버터 구동부(145)가 제1 스위칭부(141)와 제2 스위칭부(142)를 구동시키는 스위칭 타이밍을 제어할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 제어부(180)는 조리용기의 존재 여부를 판단하거나 조리용기의 존재 여부에 따른 유도가열조리기의 동작 등을 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 유도가열조리기가 조리용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유도가열조리기가 조리용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 나타내는 순서도이다.
제어부(180)는 소정 횟수 이상으로 인버터(140)를 구성하는 스위칭부를 온/오프하여 워킹 코일(150)에 전원을 공급할 수 있다(S11).
본 발명의 실시 예에 따른 유도가열조리기는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 소정 기준과 비교하여 출력되는 펄스를 이용하여 조리 용기의 존재 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 워킹 코일(150)에 충분한 전원이 공급되지 않으면 펄스가 안정적으로 출력되지 않을 수 있고, 이는 신뢰성의 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 제어부(180)는 워킹 코일(150)에 충분한 전원을 공급하기 위하여 인버터(140)를 구성하는 제1 및 제2 스위칭부(141)(142)가 소정 횟수 이상으로 교대로 온/오프를 반복하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 제1 스위칭부(141)가 소정 주기마다 온/오프를 11회 반복하고, 제2 스위칭부(142)가 소정 주기마다 오프/온을 11회 반복하도록 제어할 수 있다. 그러나, 스위칭을 반복하는 횟수는 예시적인 것에 불과하며, 워킹 코일(150)의 종류, 워킹 코일(150)의 인덕턴스 등에 따라 달라질 수 있다.
제1 및 제2 스위칭부(141)(142)는 Pulse Transformer가 안정화 되기 위한 최소한의 횟수로 온/오프를 반복할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 스위칭부(141)(142)가 소정 횟수 이상 온/오프를 반복하여 Pulse Transformer 가 안정화되면, 기 충전된 전원을 이용하여 조리 용기의 존재 여부를 판단하기 때문에 매우 낮은 전력 소비만으로 조리 용기의 존재 여부를 감지할 수 있는 이점이 있다.
제어부(180)는 제1 스위칭부(141)를 오프시키고, 제2 스위칭부(142)를 온시킬 수 있다(S13).
반대로, 제어부(180)는 제1 스위칭부(141)를 온시키고, 제2 스위칭부(142)를 오프시킬 수 있다. 즉, 스위칭부의 위치에 관계없이, 제어부(180)는 제1 및 제2 스위칭부(141)(142) 중 언 하나를 온 시키고, 다른 하나를 오프시킬 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 제어부(180)는 제1 스위칭부(141)를 오프시키고, 제2 스위칭부(142)를 온 시킨 경우를 예시로 설명한다.
제어부(180)는 제2 스위칭부(142)만 온된 상태에서 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지할 수 있다(S15).
제어부(180)는 제1 스위칭부(141)가 오프되고, 제2 스위칭부(142)가 온된 상태에서 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지하도록 비교부(170)를 제어할 수 있다. 비교부(170)는 제2 스위칭부(142)만 온된 상태에서 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 감지할 수 있다.
제어부(180)는 감지된 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 기 설정된 기준값과 비교하여 펄스를 출력할 수 있다(S17).
제어부(180)는 전압의 형태로 출력되는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 비교기(171)의 비반전 단자(+)에 입력하고, 기 설정된 기준 값을 비교기(171)의 반전 단자(-)에 입력할 수 있다. 여기서, 기준 값은 기준 전압일 수 있다. 제어부(180)는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류와 기준 전압의 차를 나타내는 펄스를 출력할 수 있다.
제어부(180)는 출력되는 펄스에 기초하여 워킹 코일(150) 상에 조리 용기가 존재하는지 판단할 수 있다(S19).
제어부(180)는 비교부(170)에서 출력되는 펄스를 분석하여, 워킹 코일(150) 상에 조리 용기가 존재하는지 판단할 수 있다. 이는, 워킹 코일(150) 상에 조리 용기가 위치하는 경우 워킹 코일(150)을 흐르는 전류의 크기와 조리 용기가 위치하지 않는 경우 워킹 코일(150)을 흐르는 전류의 크기가 상이하기 때문에 조리 용기의 존재 여부에 따라 비교부(170)에서 출력되는 펄스가 달라지기 대문이다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 비교부(170)에서 출력되는 펄스와, 출력되는 펄스에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비교부에서 출력되는 펄스를 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 파형(501)은 제2 스위칭부(142)의 게이트 전압을 나타내고, 제2 파형(502)은 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 나타내고, 제3 파형(503)은 비교부(170)에서 출력되는 펄스를 나타낼 수 있다.
먼저, 제1 파형(501)을 참조하면, 제2 스위칭부(142)의 게이트 전압을 나타내는 파형은 일정 크기로 증가와 감소가 반복되는 제1 구간(T1)을 포함할 수 있다. 제1 구간(T1)은 제2 스위칭부(142)는 온/오프를 반복하는 동안 측정되는 게이트 전압일 수 있고, 전압의 증가와 감소가 반복되는 횟수는 제2 스위칭부(142)의 온/오프 반복 횟수와 동일할 수 있다. 제2 스위칭부(142)는 소정 횟수 이상 온/오프를 반복함에 따라 충분한 전원을 공급받을 수 있다.
제2 스위칭부(142)는 소정 횟수 이상 온/오프를 반복한 이후 기 설정된 시간 동안 온될 수 있다. 제2 구간(T2)은 제2 스위칭부(142)가 충분한 전원을 공급받은 후 온 상태가 유지되는 구간을 나타낼 수 있다. 만약, 제2 스위칭부(142)가 충분한 전원을 공급하지 못한 경우에는 제2 스위칭부(142)가 온 상태를 유지할 수 있는 시간이 짧아질 수 있다. 즉, 제2 구간(T2)의 길이가 짧아질 수 있고, 제2 구간(T2)의 길이가 짧으면 용기의 존재 여부를 판별 가능한 정도의 비교부(170)에서 출력 펄스를 얻기 어려운 문제가 있다.
한편, 제2 파형(502)은 워킹 코일(150)을 흐르는 전류가 전압의 형태로 출력되는 파형을 나타낼 수 있다. 제3 파형(503)은 비교부(170)에서 출력되는 펄스를 나타낼 수 있고, 이는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류가 기 설정된 기준값 보다 크면 하이(high)를 나타내고, 워킹 코일(150)을 흐르는 전류가 기 설정된 기준값 보다 작으면 로우(low)를 나타내는 펄스일 수 있다.
제어부(180)는 제3 파형(503) 중 제2 스위칭부(142)가 온 상태인 동안의 제3 파형(503)을 분석하여 조리 용기의 존재 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 제어부(180)는 제2 스위칭부(142)가 온 인 동안 제3 파형(503)의 온 타임(on-time) 폭(T3)을 측정하여 조리 용기의 존재 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 제어부(180)는 제2 스위칭부(142)가 온 인 동안 제3 파형(503)의 펄스 반복 횟수를 카운트하여 조리 용기의 존재 여부를 판단할 수 있다.
먼저, 도 6 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 비교부에서 출력되는 펄스의 예시 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따라, 도 4에 도시된 조리 용기의 판단 단계(S19)에서 제어부(180)가 비교부(170)에서 출력되는 펄스에 기초하여 워킹 코일(150) 상에 조리 용기가 존재하는지 판단하는 방법을 구체적으로 나타내는 순서도이다.
제어부(180)는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 기 설정된 기준 값과 비교하여 펄스를 출력할 수 있다(S101).
제어부(180)는 출력된 펄스의 온 타임(on-time) 폭을 측정할 수 있다(S103).
여기서, 온 타임은 제1 스위칭부(141)가 오프되고, 제2 스위칭부(142)가 온된 상태에서 비교부(170)를 통해 출력되는 펄스가 하이(high)인 시간을 나타낼 수 있다. 따라서, 온 타임 폭은 제1 스위칭부(141)가 오프되고, 제2 스위칭부(142)가 온된 상태에서 워킹 코일(150)을 흐르는 전류가 기 설정된 기준값 보다 큰 상태가 지속되는 시간을 의미할 수 있다.
도 7을 참조하여 온 타임 폭을 설명하면, 도 7(a)는 워킹 코일(150)을 흐르는 제1 내지 제2 전류(701)(702)를 나타낼 수 있다. 도 7(b)의 제1 펄스(703)는 제1 전류(701)가 비교부(170)를 통과하여 출력되는 펄스로, 제1 전류(701)가 기준값 보다 크면 하이(high)를 나타내고, 제1 전류(701)가 기준값 보다 작으면 로우(low)을 나타낼 수 있다. 마찬가지로, 도 7(c)의 제2 펄스(704)는 제2 전류(702)가 비교부(170)를 통과하여 출력되는 펄스로, 제2 전류(702)가 기준값 보다 크면 하이(high)를 나타내고, 제1 전류(702)가 기준 전압 보다 작으면 로우(low)를 나타낼 수 있다.
이 때, 도 7(b)의 온 타임 폭(w1)은 제1 전류(701)의 온 타임 폭을 나타내고, 도 7(c)의 온 타임 폭(w2)은 제2 전류(702)의 온 타임 폭을 나타낼 수 있다.
워킹 코일(150) 상에 부하가 존재하지 않는 경우 온 타임 폭은 가장 길 수 있다. 이는, 워킹 코일(150) 상에 부하가 존재하지 않는 경우 워킹 코일(150)을 흐르는 전류의 피크가 가장 높기 때문이다.
한편, 워킹 코일(150) 상에 존재하는 부하가 존재하면 주파수가 낮아서 피크가 낮아지게 된다. 따라서, 워킹 코일(150) 상에 존재하는 부하가 존재하면 온 타임 폭은 짧아질 수 있다. 워킹 코일(150) 상에 존재하는 부하가 클수록 온 타임 폭은 짧질 수 있다.
다시, 도 6을 설명한다.
제어부(180)는 측정된 온 타임 폭이 기 설정된 기준 시간 이하인지 판단할 수 있다(S105).
제어부(180)는 측정된 온 타임 폭 중 제일 먼저 측정되는 온 타임 폭을 기 설정된 기준 시간과 비교할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 비교부(170)에서 출력되는 펄스 중 가장 처음으로 출력되는 펄스의 온 타임 폭을 기 설정된 기준 시간과 비교하여 조리 용기의 존재 여부를 판단할 수 있다.
제어부(180)는 기준 시간을 미리 설정하고 있을 수 있다. 제어부(180)는 존재 여부를 판별하고자 하는 적어도 하나 이상의 조리 용기의 특성에 따라 기준 시간을 설정할 수 있다.
제어부(180)는 측정된 온 타임 폭이 기 설정된 기준 시간 이하이면, 조리 용기가 존재하는 것으로 판단할 수 있다(S107).
이 경우, 제어부(180)는 유도가열조리기가 정상적으로 동작하도록 제어할 수 있다. 즉, 사용자의 제어에 따라 조리 용기를 가열시킬 수 있다.
제어부(180)는 측정된 온 타임 폭이 기 설정된 기준 시간을 초과하면, 조리 용기가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다(S109).
이 경우, 제어부(180)는 차단 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 사용자의 제어와 관계없이 가열시키는 동작을 수행하지 않도록 워킹 코일(150)에 전류가 흐르지 않도록 차단시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(180)는 기준 시간을 17us로 설정할 수 있다. 제어부(180)는 온 타임 폭이 17us 이하로 측정되면 워킹 코일(150) 상에 조리 용기가 존재하는 것으로 판단하고, 온 타임 폭이 17us 를 초과하면 워킹 코일(150) 상에 조리 용기가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
이에 따르면, 워킹 코일(150) 상에 조리 용기가 실제로 존재하지 않는 경우뿐만 아니라 워킹 코일(150)로 가열되면 안 되는 소자(예를 들어, 알루미늄 등)가 존재하는 경우까지, 조리 용기가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있어, 유도가열조리기가 오동작하는 경우를 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, Pulse Transformer 절연 방식으로 구동되는 스위칭부를 포함하는 유도가열조리기에서 보다 정확하게 조리 용기의 존재 여부를 판별할 수 있는 이점이 있다. 구체적으로, Pulse Transformer 절연 방식으로 구동되는 스위칭부는 온 상태를 유지할 수 있는 시간이 비교적 짧다. 그러나, 스위칭부의 온 상태 유지 가능 시간보다 온 타임 폭이 짧기 때문에 본 발명의 제1 실시 예와 같이 온 타임 폭을 이용하면 조리 용기의 존재 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면 제어부(180)는 조리 용기의 재질 별로 온 타임 폭을 설정하고 있을 수 있다. 이 경우, 제어부(180)는 측정되는 온 타임 폭에 따라 조리 용기의 재질까지 판단할 수 있는 이점이 있다. 제어부(180)는 조리 용기의 재질을 판단하면, 각 조리 용기의 재질에 적절한 조리 시간, 조리 방법 및 화구의 세기 등을 사용자에게 추천할 수 있다.
다음으로, 도 8 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조리 용기의 존재 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 비교부에서 출력되는 펄스의 예시 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따라, 도 4에 도시된 조리 용기의 판단 단계(S19)에서 제어부(180)가 비교부(170)에서 출력되는 펄스에 기초하여 워킹 코일(150) 상에 조리 용기가 존재하는지 판단하는 방법을 구체적으로 나타내는 순서도이다.
제어부(180)는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 기 설정된 기준값과 비교하여 펄스를 출력할 수 있다(S201).
제어부(180)는 제2 스위칭부(142)가 온 상태인 동안 펄스를 카운트할 수 있다(S203).
도 9를 참조하여 펄스를 카운트하는 방법을 설명하면, 도 9(a)는 제2 스위칭부(142)의 게이트 전압을 나타내고, 도 9(a)의 제2 구간(T2)은 제2 스위칭부(142)가 온 상태를 유지하는 시간을 의미한다.
도 9(b)는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 나타내는 것으로, 도 9(c)는 워킹 코일(150)을 흐르는 전류를 기 설정된 기준값과 비교하여, 워킹 코일(150)을 흐르는 전류가 기 설정된 기준값 보다 크면 하이(high)를 출력하고, 워킹 코일(150)을 흐르는 전류가 기 설정된 기준값 보다 작으면 로우(low)를 출력할 수 있다.
제어부(180)는 제2 스위칭부(142)가 온 상태를 유지하는 시간 동안 출력되는 펄스를 카운트할 수 있다. 여기서, 출력되는 펄스를 카운트한다는 것은 로우(low)에서 하이(high)로 출력되다가 다시 로우(low)로 출력되는 것을 1회 펄스로 카운트하는 것을 의미할 수 있다. 도 9(c)에 도시된 예시에 따르면, 제어부(180)는 펄스를 3회 카운트할 수 있다.
다시, 도 8을 설명한다.
제어부(180)는 카운트된 펄스의 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하인지 판단할 수 있다(S205).
제어부(180)는 카운트된 펄스의 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하이면 조리 용기가 존재하는 것으로 판단할 수 있다(S207).
이 경우, 제어부(180)는 유도가열조리기가 정상적으로 동작하도록 제어할 수 있다. 즉, 사용자의 제어에 따라 조리 용기를 가열시킬 수 있다.
반면에, 제어부(180)는 카운트된 펄스의 횟수가 기 설정된 기준 횟수를 초과하면 조리 용기가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다(S209).
이 경우, 제어부(180)는 차단 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 사용자의 제어와 관계없이 가열시키는 동작을 수행하지 않도록 워킹 코일(150)에 전류가 흐르지 않도록 차단시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 조리 용기를 감지하기 위한 별도의 전원을 계속해서 공급하지 않아도 되므로 저전력으로 조리 용기를 감지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 조리 용기가 감지되지 않으면 차단 신호를 출력함으로써 무부하 상태로 가열하는 것을 방지하여 스위칭부가 손상되는 경우를 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 조리 용기가 감지되는 화구에 대응하는 스위치를 활성화함으로써 사용자가 화구와 그에 대응하는 스위치를 용이하게 알 수 있어 사용자의 편의를 증대시키는 이점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
140: 인버터 141: 제1 스위칭부
142: 제2 스위칭부 145: 인버터 구동부
150: 워킹 코일 170: 비교부
180: 제어부

Claims (11)

  1. 교류전압을 공급하는 전원공급부;
    상기 공급된 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터의 상기 직류전압이 워킹코일에 교번적으로 인가되도록 스위칭제어되는 제1 및 제2 스위칭부;
    상기 워킹코일에 흐르는 전류를 감지하고, 상기 감지된 전류를 기 설정된 기준값과 비교하여 펄스를 출력하는 비교부; 및
    상기 출력되는 펄스에 기초하여 상기 워킹코일 상에 조리용기가 존재하는지 판단하는 제어부를 포함하는 유도가열조리기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비교부는
    상기 감지된 전류가 상기 기준값 보다 클 때 하이(high) 나타내고, 상기 감지된 전류가 상기 기준값 보다 작을 때 로우(low)를 나타내는 펄스를 출력하는 유도가열조리기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 출력되는 펄스가 하이(high)로 지속되는 시간인 온 타임 폭에 기초하여 상기 조리용기가 존재하는지 판단하는 유도가열조리기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 출력되는 펄스 중 가장 처음으로 출력된 펄스의 온 타임 폭에 기초하여 상기 조리용기가 존재하는지 판단하는 유도가열조리기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 펄스의 온 타임 폭이 기 설정된 기준 폭 이하이면 상기 워킹 코일 상에 상기 조리 용기가 존재하는 것으로 판단하고, 상기 펄스의 온 타임 폭이 기 설정된 기준 폭을 초과하면 상기 워킹 코일 상에 상기 조리 용기가 존재하지 않는 것으로 판단하는 유도가열조리기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 출력되는 펄스를 카운트하고, 상기 카운트된 펄스의 횟수에 기초하여 상기 조리 용기가 존재하는지 판단하는 유도가열조리기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 및 제2 스위칭부 중 어느 하나가 온 상태를 유지하는 동안 상기 출력되는 펄스를 카운트 하여 상기 조리 용기가 존재하는지 판단하는 유도가열조리기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 출력되는 펄스의 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하이면 상기 워킹 코일 상에 상기 조리 용기가 존재하는 것으로 판단하고, 상기 펄스의 횟수가 기 설정된 기준 횟수를 초과하면 상기 워킹 코일 상에 상기 조리 용기가 존재하지 않는 것으로 판단하는 유도가열조리기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 워킹 코일 상에 상기 조리 용기가 존재하지 않은 것으로 판단되면 상기 워킹 코일에 전류가 흐르지 않도록 차단 신호를 출력하는 유도가열조리기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 및 제2 스위칭부가 소정 횟수 이상으로 상기 직류전압을 워킹 코일에 교번적으로 인가한 다음 출력되는 펄스에 기초하여 상기 워킹코일 상에 상기 조리 용기가 존재하는지 판단하는 유도가열조리기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기준값은
    상기 제1 및 제2 스위칭부에 의해 상기 직류전압이 워킹 코일에 복수 횟수 인가됨에 따라 전압의 형태로 출력되는 상기 워킹 코일을 흐르는 전류의 평균인 유도가열조리기.
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