KR20190043985A

KR20190043985A - 대상체 검출 정확도가 개선된 유도 가열 장치 및 이를 포함하는 유도 가열 시스템

Info

Publication number: KR20190043985A
Application number: KR1020170173673A
Authority: KR
Inventors: 문현욱; 김의성; 오두용
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-04-29
Also published as: KR102436144B1

Abstract

본 발명은 대상체 검출 정확도가 개선된 유도 가열 장치 및 이를 포함하는 유도 가열 시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 병렬 연결된 제1 및 제2 워킹 코일을 포함하는 제1 워킹 코일부, 스위칭 동작을 수행하여 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하는 제1 인버터부, 제1 워킹 코일을 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)하기 위해 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치, 제2 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제2 워킹 코일에 연결된 제2 반도체 스위치 및 제1 인버터부와 제1 및 제2 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하여 공진 전류를 자유 공진시키고, 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 제1 및 제2 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하는 제어부를 포함한다.

Description

대상체 검출 정확도가 개선된 유도 가열 장치 및 이를 포함하는 유도 가열 시스템{INDUCTION HEATING DEVICE HAVING IMPROVED TARGET DETECTION ACCURACY AND, INDUCTION HEATING SYSTEM COMPRISING THE SAME}

본 발명은 대상체 검출 정확도가 개선된 유도 가열 장치 및 이를 포함하는 유도 가열 시스템에 관한 것이다.

가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 방식의 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 피가열 물체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.

전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 전기 저항 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열 물체에 전달함으로써 피가열 물체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열 물체(예를 들어, 조리 용기)에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열 물체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.

한편, 최근에는 무선으로 전력을 공급하는 기술이 개발되어 많은 전자 장치에 적용되고 있다. 무선 전력 전송 기술이 적용된 전자 장치는 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 충전 패드에 올려 놓는 것 만으로도 배터리가 충전된다. 이러한 무선 전력 전송이 적용된 전자 장치는 유선 코드나 충전기가 필요하지 않으므로 휴대성이 향상되며 크기와 무게가 종래에 비해 감소한다는 장점이 있다.

무선 전력 전송 기술은 크게 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진을 이용하는 공진 방식, 그리고 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사 방식 등이 있다. 이 중 전자기 유도 방식은 무선 전력을 송신하는 장치에 구비되는 1차 코일과 무선 전력을 수신하는 장치에 구비되는 2차 코일 간의 전자기 유도를 이용하여 전력을 전송하는 기술이다.

전술한 바와 같은 유도 가열 장치의 유도 가열 방식은 전자기 유도에 의하여 피가열 물체를 가열한다는 점에서 전자기 유도에 의한 무선 전력 전송 기술과 원리가 실질적으로 동일하다.

이에 따라, 유도 가열 및 무선 전력 전송 기능을 사용자의 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있는 유도 가열 장치에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이러한 유도 가열 장치는 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 조리 용기)을 가열하거나 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 무선 전력 수신 장치)에 무선으로 전력을 전송하기 위해 대응하는 영역에 각각 워킹 코일을 구비하고 있는 것이 일반적이다.

다만, 최근에는 하나의 대상체를 복수개의 워킹 코일로 동시에 가열하거나 하나의 대상체에 복수개의 워킹 코일을 통해 동시에 무선으로 전력을 전송하는 유도 가열 장치(즉, 존프리(ZONE FREE) 방식의 유도 가열 장치)가 널리 보급되고 있다.

이러한 존프리 방식의 유도 가열 장치의 경우, 복수개의 워킹 코일이 존재하는 영역 내에서는 대상체의 크기 및 위치에 상관 없이 대상체를 유도 가열하거나 대상체에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.

여기에서, PCT 특허(WO2017/038014A1) 및 미국 특허(US8742299B2)를 참조하면, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치가 도시되어 있는바, 이를 참조하여, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 살펴보도록 한다.

도 1 및 도 2는 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 설명하는 도면들이다.

참고로, 도 1은 PCT 특허(WO2017/038014A1)에 도시된 도면이고, 도 2는 미국 특허(US8742299B2)에 도시된 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 종래의 유도 가열 장치에서는, 사용자가 무선 전력 전송 기능을 선택하는 경우, 유도 가열 장치(2) 내 통신부가 제어부(18)에 무선 전력 전송 관련 정보(예를 들어, 출력, 필요한 코일 크기 등)를 전달하고, 제어부(18)는 현재 코일(10')의 가열 여부 및 온도를 판단한다. 이 후 코일(10') 온도가 특정 온도 이하인 영역을 무선 전력 전송 영역으로 지정하여 발광부를 통해 해당 영역을 표시한다.

즉, 사용자는 무선 전력 전송 기능을 사용하기 위해 자신이 원하는 위치가 아닌 유도 가열 장치(2)에서 지정한 위치를 확인한 후 해당 위치에 무선 전력 수신 대상(11')을 올려놓아야 한다는 문제가 있다. 이는 종래의 유도 가열 장치(2)가 무선 전력 수신 대상(11')을 직접 인식하지 못하기 때문이다.

또한, 도 2를 참조하면, 종래의 유도 가열 장치의 경우, 각 개별 코일(11)에 흐르는 전류의 크기(즉, RMS 전류)를 토대로 가열 용기(R1'~R3')의 유무를 판단한다. 그리고, 종래의 유도 가열 장치(10)는 가열 용기가 편심되어 있을 때 측정된 전류 크기가 정심(즉, 가열 용기가 코일의 정중앙에 배치)되어 있을 때의 전류 크기 대비 40% 이상 수준이면 해당 코일을 가열한다.

다만, 가열 용기의 경우 용기의 유/무에 따라 결합 저항 차이로 인해 전류의 크기에도 차이가 발생하지만, 무선 전력 수신 대상의 경우 결합 저항이 매우 작은바, 전류의 크기만으로는 큰 변별력을 갖기 어렵다는 문제가 있다.

또한 도 3은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 설명하는 블록도로, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치(9)는, 복수개의 워킹 코일(WC1~WC4)을 독립적으로 구분하고 대상체 검출 작업을 위한 회로 절환을 하기 위해 복수개의 워킹 코일(WC1~WC4)마다 개별 릴레이(R1~R4; 예를 들어, 3단자 릴레이)가 연결되는 구조를 가지고 있다. 다만, 이러한 구조로 인해, 릴레이(R1~R4)의 절환 동작시 소음이 발생한다는 문제가 있다.

또한 대상체가 서로 다른 워킹 코일 그룹(예를 들어, WC1~WC4)의 상부에 걸쳐서 위치하는 경우, 워킹 코일(WC1~WC4)의 동기화 제어를 위해 제1 및 제2 그룹 릴레이(35, 40)가 모두 제1 인버터부(25) 또는 제2 인버터부(30)로 연결되도록 절환되어야 한다. 다만, 이 경우에도, 그룹 릴레이의 절환 동작으로 인해 소음이 발생한다는 문제가 있다.

또한, 전술한 그룹 릴레이(35, 40), 개별 릴레이(R1~R4) 및 대상체 검출을 위해 구비된 대상체 검출 회로(45)가 회로 면적의 상당 부분을 차지하는바, 회로 부피가 커진다는 문제도 있다.

본 발명의 목적은 대상체 검출 정확도가 개선된 유도 가열 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 릴레이 전환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고 회로 부피도 줄일 수 있는 유도 가열 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 전술한 유도 가열 장치의 무선 전력 수신 장치 판별력을 개선한 유도 가열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 유도 가열 장치는, 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하는 제어부를 포함함으로써 대상체 검출 정확도를 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치 및 제어부를 이용하여 대상체 검출 작업을 수행함으로써 릴레이 전환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고 회로 부피도 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 시스템은 무선 전력 수신 장치의 수신단 인덕턴스의 변화를 극대화함으로써 유도 가열 장치의 무선 전력 수신 장치 판별력을 개선할 수 있다.

본 발명에 따른 유도 가열 장치는 반도체 스위치 및 제어부를 통해 복수개의 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 대상체 검출 속도 및 알고리즘을 개선할 수 있다. 또한 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수를 토대로 유도 가열 대상 용기의 존재 여부, 정심 또는 편심 여부를 검출하고, 자유 공진 하는 공진 전류의 주파수를 토대로 무선 전력 수신 장치의 존재 여부, 정심 또는 편심 여부를 검출함으로써 대상체 검출 정확도를 개선할 수 있다. 나아가 사용자에게 대상체의 정심 또는 편심 여부를 알려줌으로써 사용자는 유도 가열 장치의 출력 또는 구동 대상 코일 등을 적절하게 제어할 수 있고, 이를 통해 대상체에 대한 가열 효율이 개선되어 에너지 효율 개선(또는 에너지 절약)이 가능하다. 그뿐만 아니라 구동되지 않는 워킹 코일에 대해서도 지속적으로 대상체 검출 작업을 수행하는바, 대상체 검출 신뢰도를 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치 및 제어부를 이용하여 대상체 검출 작업을 수행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다. 또한 사용자가 소음 문제에 민감한 시간대(예를 들어, 새벽 또는 늦은 밤)에도 조용하게 사용할 수 있는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다. 그 뿐만 아니라 회로에서 부피를 많이 차지하는 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 회로 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해 유도 가열 장치의 전체 부피도 줄일 수 있다. 나아가, 유도 가열 장치의 전체 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 시스템은 무선 전력 수신 장치의 수신단 회로 구조 개선을 통해 인덕턴스의 변화를 극대화함으로써 전술한 유도 가열 장치의 무선 전력 수신 장치 판별력을 개선할 수 있다. 또한 이를 통해, 무선 전력 송수신 효율 및 신뢰성도 개선할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1 및 도 2는 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 설명하는 도면들이다.
도 3은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 설명하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하는 블록도이다.
도 5는 도 4의 유도 가열 장치를 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 도 5의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다.
도 7은 도 4의 유도 가열 장치의 최적 예시를 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 도 7의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다.
도 9는 도 7의 유도 가열 장치의 대상체 검출 방법의 일 예를 설명하는 개략도이다.
도 10은 도 7의 유도 가열 장치의 대상체 검출 방법의 다른 예를 설명하는 개략도이다.
도 11 내지 도 16은 도 9 및 도 10에서 설명된 유도 가열 장치의 대상체 검출 방법을 구체적으로 설명하기 위한 개략도들이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 18은 도 17의 무선 전력 수신 장치의 수신단의 일 예를 설명하는 회로도이다.
도 19는 도 17의 무선 전력 수신 장치의 수신단의 다른 예를 설명하는 회로도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2), 제어부(250), 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4), 제1 내지 제8 반도체 스위치(S1~S4), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.

참고로, 도 4에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 일부 구성요소(예를 들어, 인버터부, 워킹 코일, 반도체 스위치 등)의 개수는 변경될 수 있다.

전원부(100)는 교류 전력을 출력할 수 있다.

구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 예를 들어, 상용 전원일 수 있다.

정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제1 인버터부(IV1) 및 제2 인버터부(IV2) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.

구체적으로, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환할 수 있다.

참고로, 도면에 도시되어 있지 않지만, 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 필터부(미도시)로 제공될 수 있고, 필터부는 해당 직류 전력에 남아 있는 교류 성분을 제거할 수 있다. 또한 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 직류 링크 커패시터(미도시; 평활 커패시터)로 제공될 수 있고, 직류 링크 커패시터는 해당 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감할 수 있다.

이와 같이, 정류부(150) 및 필터부(또는 직류 링크 커패시터)에 의해 정류된 직류 전력은 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2) 중 적어도 하나에 공급될 수 있다.

제1 인버터부(IV1)는 스위칭 동작을 수행하여 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다.

구체적으로, 제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

참고로, 제1 인버터부(IV1)에는 2개의 스위칭 소자(미도시)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.

또한 이러한 2개의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.

마찬가지로, 제2 인버터부(IV2)는 스위칭 동작을 수행하여 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다.

구체적으로, 제2 인버터부(IV2)는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제2 인버터부(IV2)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

참고로, 제2 인버터부(IV2)에는 2개의 스위칭 소자(미도시)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.

또한 이러한 2개의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의하여 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.

제어부(250)는 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)와, 제1 내지 제4 검출부(D1~D4)와, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)의 동작을 각각 제어할 수 있다.

구체적으로, 제어부(250)의 스위칭 신호에 따라서 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)의 스위칭 동작이 제어될 수 있고, 제어부(250)의 제어 신호에 따라서 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)가 순차적으로 또는 특정 순서대로 또는 동시에 턴온 또는 턴오프될 수 있다.

예를 들어, 제어부(250)의 스위칭 신호에 의해 제1 인버터부(IV1)가 구동되고, 제어부(250)의 제어 신호에 의해 제1 반도체 스위치(S1)가 턴온된 경우, 제1 워킹 코일(WC1)로 공진 전류가 인가될 수 있다.

이와 같이, 제1 워킹 코일(WC1)로 인가된 공진 전류에 의해 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 위치한 대상체가 가열되거나 상기 대상체로 전력이 무선 전송될 수 있다.

참고로, 제어부(250)는 PWM(Pulse Width Modulation) 기능을 통해 다양한 스위칭 신호 또는 제어 신호를 생성할 수 있다.

또한 제어부(250)에 의해 유도 가열 장치(1)의 구동 모드, 즉, 유도 가열 모드 또는 무선 전력 전송 모드가 제어될 수 있다.

즉, 제어부(250)에 의해 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드로 설정되면, 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)에 무선으로 전력을 전송하게 된다.

반면에, 제어부(250)에 의해 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드로 설정되면, 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)를 가열하게 된다.

또한, 제어부(250)는 구동 대상 워킹 코일의 수를 결정할 수 있고, 구동되는 워킹 코일의 수에 따라서 유도 가열 장치(1)의 전송 전력량 또는 가열 세기가 달라질 수 있다.

그리고, 제어부(250)는 대상체의 위치에 따라서 어떤 워킹 코일을 구동할지를 결정할 수 있고, 구동 대상 워킹 코일 간 스위칭 신호의 동기화 여부도 결정할 수 있다.

그리고, 제어부(250)는 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출된 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 어느 코일에 대상체가 위치하는지를 판단할 수 있다.

또한 제어부(250)는 공진 전류 검출 값을 토대로 대상체가 자성체인지 또는 비자성체인지를 판단할 수도 있다.

구체적으로, 유도 가열 장치(1)의 상부에 안착되는 대상체가 자성체일 경우, 워킹 코일에서 대상체로 많은 와전류가 유도되면서 공진되므로, 워킹 코일에는 상대적으로 작은 공진 전류가 흐르게 된다. 그러나 유도 가열 장치(1)의 상부에 안착되는 대상체가 존재하지 않거나 비자성체일 경우, 워킹 코일이 공진되지 않으므로 워킹 코일에는 상대적으로 큰 공진 전류가 흐르게 된다.

따라서 제어부(250)는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 작은 경우, 대상체를 자성체로 판단할 수 있다. 반대로 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 크거나 같은 경우, 제어부(250)는 대상체를 비자성체로 판단하거나 대상체가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

물론, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 유도 가열 장치(1)는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류를 검출하는 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 검출부가 전술한 대상체 검출 기능을 수행할 수도 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 제어부(250)가 대상체 검출 기능을 수행하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 서로 병렬 연결될 수 있다.

구체적으로, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 서로 병렬 연결되고, 제1 인버터부(IV1)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.

즉, 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 제1 인버터부(IV1)에서 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일과 대상체 사이에 와전류가 발생되어 대상체가 가열될 수 있다.

또한 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 제1 인버터부(IV1)에서 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일에서 자기장이 발생할 수 있다. 이로 인해 해당 워킹 코일에 대응되는 대상체 내부의 코일에도 전류가 흐르게 되고, 대상체 내부의 코일에 흐르는 전류에 의해 대상체가 충전될 수 있다.

또한 제1 워킹 코일(WC1)은 제1 반도체 스위치(S1)에 연결되고, 제2 워킹 코일(WC2)은 제2 반도체 스위치(S2)에 연결될 수 있다.

이에 따라, 각각의 워킹 코일은 대응되는 반도체 스위치에 의해 고속으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다.

제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)은 서로 병렬 연결될 수 있다.

구체적으로, 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)은 서로 병렬 연결되고, 제2 인버터부(IV2)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.

즉, 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 제2 인버터부(IV2)에서 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일과 대상체 사이에 와전류가 발생되어 대상체가 가열될 수 있다.

또한 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 제2 인버터부(IV2)에서 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일에서 자기장이 발생할 수 있다. 이로 인해 해당 워킹 코일에 대응되는 대상체 내부의 코일에도 전류가 흐르게 되고, 대상체 내부의 코일에 흐르는 전류에 의해 대상체가 충전될 수 있다.

또한 제3 워킹 코일(WC3)은 제3 반도체 스위치(S3)에 연결되고, 제4 워킹 코일(WC4)은 제4 반도체 스위치(S4)에 연결될 수 있다.

참고로, 반도체 스위치에 의해 워킹 코일이 턴온 또는 턴오프된다는 의미는 인버터부로부터 워킹 코일로 인가되는 공진 전류의 흐름이 반도체 스위치에 의해 차단 해제 또는 차단된다는 의미일 수 있다.

한편, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)는 각각 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)에 각각 연결될 수 있고, 보조 전원(300)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.

구체적으로, 제1 반도체 스위치(S1)는 제1 워킹 코일(WC1)에 연결되어 제1 워킹 코일(WC1)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제2 반도체 스위치(S2)는 제2 워킹 코일(WC2)에 연결되어 제2 워킹 코일(WC2)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다. 또한 제3 반도체 스위치(S3)는 제3 워킹 코일(WC3)에 연결되어 제3 워킹 코일(WC3)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제4 반도체 스위치(S4)는 제4 워킹 코일(WC4)에 연결되어 제4 워킹 코일(WC4)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)는 제어부(250)에 의해 제1 인버터부(IV1)와 보조를 맞추어 구동됨으로써 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 위에 대상체가 존재하는지 여부를 검출하거나 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)의 출력을 제어하고자 할 때 이용될 수 있다.

또한, 제3 및 제4 반도체 스위치(S3, S4)는 제어부(250)에 의해 제2 인버터부(IV2)와 보조를 맞추어 구동됨으로써 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 위에 대상체가 존재하는지 여부를 검출하거나 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)의 출력을 제어하고자 할 때 이용될 수 있다.

참고로, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)는 예를 들어, 스태틱 스위치(static switch)를 포함할 수 있다. 또한 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에는 예를 들어, MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor) 또는 IGBT(Insulated gate bipolar mode transistor)가 적용될 수 있다.

보조 전원(300)은 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에 전력을 공급할 수 있다.

구체적으로, 보조 전원(300)은 단일 출력 구조(즉, 하나의 출력단)를 가질 수 있다. 따라서, 보조 전원(300)은 단일 출력으로 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 보조 전원(300)은 다른 다중 출력 구조와 비교하였을 때 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)와의 연결을 위해 필요한 핀(pin) 수를 줄일 수 있다.

물론, 단일 출력 용량이 너무 큰 경우(즉, 미리 설정된 기준 용량을 크게 벗어난 경우), 보조 전원(300)은 이중 출력 구조(각각의 출력단이 단일 출력 용량을 미리 설정된 기준 용량 이하의 용량으로 분할하여 출력하는 구조)로 설계될 수도 있다.

참고로, 보조 전원(300)은 예를 들어, SMPS(Switched mode power supply)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

입력 인터페이스(350)는 사용자로부터 입력을 제공받아 제어부(250)로 해당 입력을 제공할 수 있다.

구체적으로, 입력 인터페이스(350)는 사용자가 원하는 가열 강도나 유도 가열 장치(1)의 구동 시간 등을 입력하기 위한 모듈로서, 물리적인 버튼이나 터치 패널 등으로 다양하게 구현될 수 있다.

또한 입력 인터페이스(350)에는 예를 들어, 전원 버튼, 잠금 버튼, 파워 레벨 조절 버튼(+, -), 타이머 조절 버튼(+, -), 충전 모드 버튼 등이 구비될 수 있다.

이러한 입력 인터페이스(350)는 제공받은 입력 정보를 제어부(250)로 제공할 수 있고, 제어부(250)는 입력 인터페이스(350)로부터 제공받은 입력 정보를 토대로 유도 가열 장치(1)를 다양하게 구동시킬 수 있는바, 그 예시는 다음과 같다.

유도 가열 장치(1)가 구동되지 않은 상태에서 사용자가 입력 인터페이스(350)에 구비된 전원 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우, 유도 가열 장치(1)의 구동이 시작될 수 있다. 반대로 유도 가열 장치(1)가 구동되고 있는 상태에서 사용자가 전원 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 유도 가열 장치(1)의 구동이 종료될 수 있다.

또한 사용자가 잠금 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 다른 모든 버튼의 조작이 불가능한 상태가 될 수 있다. 이후 사용자가 다시 잠금 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 다른 모든 버튼의 조작이 가능한 상태가 될 수 있다.

또한 전원이 입력된 상태에서 사용자가 파워 레벨 조절 버튼(+, -)을 터치할 경우, 유도 가열 장치(1)의 현재 파워 레벨이 입력 인터페이스(350) 상에 숫자로 표시될 수 있다. 또한 파워 레벨 조절 버튼(+, -)의 터치에 의해 제어부(250)는 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드임을 확인할 수 있다. 그리고, 제어부(250)는 입력된 파워 레벨에 대응되도록 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)의 스위칭 동작을 위한 주파수를 조절할 수 있다.

또한 사용자는 타이머 조절 버튼(+, -)을 터치하여 유도 가열 장치(1)의 구동 시간을 설정할 수 있다. 제어부(250)는 사용자가 설정한 구동 시간이 경과할 경우 유도 가열 장치(1)의 구동을 종료시킬 수 있다.

이 때 유도 가열 장치(1)가 유도 가열 모드로 동작하는 경우, 타이머 조절 버튼(+, -)에 의하여 설정되는 유도 가열 장치(1)의 구동 시간은 대상체의 가열 시간이 될 수 있다. 또한 유도 가열 장치(1)가 무선 전력 전송 모드로 동작하는 경우, 타이머 조절 버튼(+, -)에 의하여 설정되는 유도 가열 장치(1)의 구동 시간은 대상체의 충전 시간이 될 수 있다.

한편, 사용자가 충전 모드 버튼을 터치할 경우 유도 가열 장치(1)는 무선 전력 전송 모드로 구동될 수 있다.

이 때 제어부(250)는 구동 영역(즉, 워킹 코일 상부)에 안착된 대상체와의 통신을 통해 해당 대상체에 대한 장치 정보를 수신할 수 있다. 대상체로부터 전송되는 장치 정보는 예를 들어, 대상체의 종류, 충전 모드, 요구 전력량과 같은 정보를 포함할 수 있다.

또한 제어부(250)는 수신된 장치 정보에 기초하여 대상체의 종류를 판단하고, 대상체의 충전 모드를 파악할 수 있다.

참고로, 대상체의 충전 모드는 일반 충전 모드 및 고속 충전 모드를 포함할 수 있다.

이에 따라, 제어부(250)는 확인된 충전 모드를 토대로 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2) 중 적어도 하나의 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대 고속 충전 모드인 경우, 제어부(250)는 인버터부의 스위칭 동작에 따라 보다 큰 공진 전류가 워킹 코일에 인가되도록 주파수를 조절할 수 있다.

물론, 대상체의 충전 모드는 입력 인터페이스(350)를 통해 사용자에 의하여 입력될 수도 있다.

참고로, 제어부(250)는 대상체(예를 들어, 무선 전력 수신 장치)를 검출한 경우, 입력 인터페이스(350)를 제어하여 검출된 대상체의 검출 사실 및 해당 대상체에 대한 무선 전력 전송 제안을 UI(User Interface)로 표시할 수도 있다. 사용자가 입력 인터페이스(350)에 표시된 UI를 통해 해당 대상체에 대한 무선 전력 전송을 지시하는 입력을 제공하면, 제어부(250)는 상기 입력을 토대로 유도 가열 장치(1)를 무선 전력 전송 모드로 구동시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 전술한 특징 및 구성을 가질 수 있다.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여, 전술한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 특징 및 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 5는 도 4의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다. 도 6은 도 5의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다.

참고로, 도 5에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 도 4에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치와 동일한 구성 및 특징을 가지고 있으나, 설명의 편의를 위해 일부 구성요소의 개수 및 명칭을 변경하여 사용하도록 한다.

먼저, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3), 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC), 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS), 제어부(250), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.

참고로, 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 반도체 스위치부, 반도체 스위치의 수는 도 5에 도시된 개수에 한정되지 않으며, 변경될 수 있다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이, 도 5에는 전체 영역(존프리 영역)의 절반을 구성하는 워킹 코일만이 도시되어 있는바, 나머지 절반을 구성하기 위해 도 5는 추가 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 반도체 스위치부, 반도체 스위치를 더 포함할 수 있다.

다만 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 도 5의 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 반도체 스위치부, 반도체 스위치를 예로 들어 설명하기로 한다.

구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 링크 커패시터(200)에 제공할 수 있다.

여기에서, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)와 병렬 연결될 수 있다.

구체적으로, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)와 병렬 연결되어 정류부(150)로부터 직류 전압을 제공받을 수 있다. 또한 직류 링크 커패시터(200)는 예를 들어, 평활 커패시터일 수 있고, 이에 따라 제공받은 직류 전압의 리플을 저감시킬 수 있다.

참고로, 직류 링크 커패시터(200)의 경우, 정류부(150)로부터 직류 전압을 제공받는바, 일단에는 직류 전압이 인가되고, 타단은 일단과의 전위차에 의해 접지될 수 있다.

또한, 정류부(150)에 의해 정류되고 직류 링크 커패시터(200)에 의해 리플이 감소된 직류 전력(또는 직류 전압)은 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3) 중 적어도 하나에 공급될 수 있다.

한편, 제1 인버터부(IV1)는 2개의 스위칭 소자(SV1, SV1')를 포함하고, 제2 인버터부(IV2)는 2개의 스위칭 소자(SV2, SV2')를 포함하며, 제3 인버터부(IV3)는 2개의 스위칭 소자(SV3, SV3')를 포함할 수 있다.

또한 각각의 인버터부(IV1~IV3)에 포함된 스위칭 소자들은 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의해 교대로 턴온 및 턴오프되어 직류 전력을 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)로 변환할 수 있고, 변환된 고주파의 교류 전류는 워킹 코일에 제공될 수 있다.

예를 들어, 제1 인버터부(IV1)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제1 워킹 코일부(AWC)로 제공될 수 있고, 제2 인버터부(IV2)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제2 워킹 코일부(BWC)로 제공될 수 있다. 또한 제3 인버터부(IV3)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제3 워킹 코일부(CWC)로 제공될 수 있다.

물론, 제1 인버터부(IV1)에 의해 생성된 공진 전류는 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC1, WC2; 제1 및 제2 워킹 코일) 중 적어도 하나로 인가될 수 있고, 제2 인버터부(IV2)에 의해 생성된 공진 전류는 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC3, WC4; 제3 및 제4 워킹 코일) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다. 또한 제3 인버터부(IV3)에 의해 생성된 공진 전류는 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC5~WC6; 제5 및 제6 워킹 코일) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.

여기에서, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC1, WC2)은 서로 병렬 연결되어 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC3, WC4)도 서로 병렬 연결되어 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC5~WC6)도 서로 병렬 연결되어 있다.

이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC1, WC2)은 A 영역(AR)에 그룹화되어 배치될 수 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC3, WC4)은 B 영역(BR)에 그룹화되어 배치될 수 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC5, WC6)은 C 영역(CR)에 그룹화되어 배치될 수 있다.

물론, 나머지 빈 공간에도 워킹 코일이 배치될 수 있으며, 입력 인터페이스(350) 역시 도 6에 도시된 위치 외 다른 위치에 배치될 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 제1 반도체 스위치부(AS)는 제1 워킹 코일부(AWC)에 연결되고, 제2 반도체 스위치부(BS)는 제2 워킹 코일부(BWC)에 연결되며, 제3 반도체 스위치부(CS)는 제3 워킹 코일부(CWC)에 연결될 수 있다.

구체적으로, 제1 반도체 스위치부(AS)는 2개의 반도체 스위치(S1, S2; 제1 및 제2 반도체 스위치)를 포함하고, 2개의 반도체 스위치(S1, S2) 각각은 제1 워킹 코일부(AWC)에 포함된 2개의 워킹 코일(WC1, WC2)에 각각 연결되어 2개의 워킹 코일(WC1, WC2)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

여기에서, 2개의 반도체 스위치(S1, S2) 각각의 일단은 2개의 워킹 코일(WC1, WC2)에 각각 연결되고, 2개의 반도체 스위치(S1, S2) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.

또한 제2 반도체 스위치부(BS)는 2개의 반도체 스위치(S3, S4; 제3 및 제4 반도체 스위치)를 포함하고, 2개의 반도체 스위치(S3, S4) 각각은 제2 워킹 코일부(BWC)에 포함된 2개의 워킹 코일(WC3, WC4)에 각각 연결되어 2개의 워킹 코일(WC3, WC4)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

여기에서, 2개의 반도체 스위치(S3, S4) 각각의 일단은 2개의 워킹 코일(WC3, WC4)에 각각 연결되고, 2개의 반도체 스위치(S3, S4) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.

또한 제3 반도체 스위치부(CS)는 2개의 반도체 스위치(S5, S6)를 포함하고, 2개의 반도체 스위치(S5, S6) 각각은 제3 워킹 코일부(CWC)에 포함된 2개의 워킹 코일(WC5, WC6)에 각각 연결되어 2개의 워킹 코일(WC5, WC6)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

여기에서, 2개의 반도체 스위치(S5, S6) 각각의 일단은 2개의 워킹 코일(WC5, WC6)에 각각 연결되고, 2개의 반도체 스위치(S5, S6) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.

즉, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 모든 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있고, 이를 통해, 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치들에 전력을 공급할 수 있다.

참고로, 반도체 스위치가 인버터부와 워킹 코일부 사이에 연결된 경우, 각 반도체 스위치의 이미터(emitter)가 서로 플로팅(floating)되어 반도체 스위치의 개수만큼 보조 전원(300)의 출력단 수가 증가한다는 문제가 있다. 또한 이로 인해, 보조 전원(300)의 핀수도 증가하게 되어 회로 부피가 커진다는 문제가 있다.

반면에, 본 발명의 일 실시예와 같이, 반도체 스위치가 모두 접지단(즉, 직류 링크 커패시터(200)의 타단)에 연결된 경우, 반도체 스위치의 이미터가 플로팅되지 않고 모두 공통(common)될 수 있다. 따라서, 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치에 전력을 공급할 수 있다. 또한 반도체 스위치의 이미터가 플로팅된 경우보다 보조 전원(300)의 핀수가 저감될 수 있고, 나아가 회로 부피도 저감될 수 있다.

물론, 모든 반도체 스위치들의 타단은 모두 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수도 있다. 또한 보조 전원(300)의 단일 출력 용량이 너무 큰 경우(즉, 미리 설정된 기준 용량을 크게 벗어난 경우), 일부 반도체 스위치부에 포함된 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결되고, 나머지 반도체 스위치부에 포함된 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수도 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 반도체 스위치가 모두 접지단(즉, 직류 링크 커패시터(200)의 타단)에 연결된 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

참고로, 유도 가열 장치(1)는 워킹 코일과 반도체 스위치 사이에 연결된 공진 커패시터(예를 들어, C)를 더 포함할 수 있다.

공진 커패시터(C)의 경우, 인버터부(예를 들어, 제1 인버터부(IV1))의 스위칭 동작에 의해 전압이 인가되면, 공진을 시작하게 된다. 또한 공진 커패시터(C)가 공진하게 되면, 해당 공진 커패시터(C)와 연결된 워킹 코일(예를 들어, WC1)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐, 해당 공진 커패시터(C)에 연결된 워킹 코일(WC1)의 상부에 배치된 대상체로 와전류가 유도되는 것이다.

한편, 제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 동작을 각각 제어할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 각각의 인버터부(IV1~IV3)의 동작을 제어하기 위해 스위칭 신호를 제공할 수 있고, 각각의 반도체 스위치(S1~S6)를 제어하기 위해 제어 신호를 제공할 수 있다.

또한 제어부(250)는 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC)에 포함된 워킹 코일(WC1~WC6) 중 적어도 하나에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출된 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)에 포함된 반도체 스위치(S1~S6)의 동작을 각각 제어하여 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC)에 포함된 워킹 코일(WC1~WC6) 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출할 수 있다.

이하에서는, 유도 가열 장치(1)의 대상체 검출 방법을 구체적으로 설명하기 위해 도 7 및 도 8을 참조하여, 전술한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 최적 예시(즉, 베스트 모드(best mode))를 먼저 설명하도록 한다.

도 7은 도 4의 유도 가열 장치의 최적 예시를 설명하기 위한 회로도이다. 도 8은 도 7의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다. 도 9는 도 7의 유도 가열 장치의 대상체 검출 방법의 일 예를 설명하는 개략도이다. 도 10은 도 7의 유도 가열 장치의 대상체 검출 방법의 다른 예를 설명하는 개략도이다. 도 11 내지 도 16은 도 9 및 도 10에서 설명된 유도 가열 장치의 대상체 검출 방법을 구체적으로 설명하기 위한 개략도들이다.

참고로, 도 7에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 도 4에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치와 동일한 구성 및 특징을 가지고 있으나, 최적 예시를 설명하기 위해 일부 구성요소의 개수 및 명칭을 변경하여 사용하도록 한다.

먼저, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)의 최적 예시는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3), 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC), 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS), 제어부(250), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 최적 예시에서는, 제1 워킹 코일부(AWC)가 6개의 워킹 코일(AWC1~AWC6)을 포함하고, 제2 워킹 코일부(BWC)가 4개의 워킹 코일(BWC1~BWC4)을 포함하며, 제3 워킹 코일부(CWC)가 6개의 워킹 코일(CWC1~CWC6)을 포함할 수 있다. 또한 워킹 코일의 개수에 맞추어 제1 반도체 스위치부(AS)는 6개의 반도체 스위치(AS1~AS6)를 포함하고, 제2 반도체 스위치부(BS)는 4개의 반도체 스위치(BS1~BS4)를 포함하며, 제3 반도체 스위치부(CS)는 6개의 반도체 스위치(CS1~CS6)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(AWC1~AWC6)은 A 영역(AR)에 그룹화되어 배치될 수 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(BWC1~BWC4)은 B 영역(BR)에 그룹화되어 배치될 수 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(CWC1~CWC6)은 C 영역(CR)에 그룹화되어 배치될 수 있다.

물론, 나머지 빈 공간에도 워킹 코일이 배치될 수 있으며, 입력 인터페이스(350) 역시 도 8에 도시된 위치 외 다른 위치에 배치될 수 있다.

여기에서, 도 7 및 도 9를 참조하여, 유도 가열 장치(1)의 대상체 검출 방법의 일 예에 대해 설명하도록 한다.

참고로, 설명의 편의를 위해, 제1 워킹 코일부(AWC)가 배치된 A 영역(도 4의 AR)에서의 대상체 검출 과정을 예로 들기로 한다. 또한 제1 워킹 코일부(AWC)가 4개의 워킹 코일을 포함하고, 제1 반도체 스위치부(AS)가 4개의 워킹 코일에 각각 연결된 4개의 반도체 스위치(AS1~AS4)를 포함한다고 가정하고 설명하도록 한다.

먼저, 도 7 및 도 9를 참조하면, 제어부(250)는 대상체의 위치를 검출하기 위해 미리 설정된 주기마다 제1 인버터부(IV1)에 N개의 펄스를 제공(여기에서, N은 1, 2, 3 중 어느 하나이고, N이 1인 경우, 원 펄스 샷(One Pulse Shot)을 제1 인버터부(IV1)에 스위칭 신호로 제공)할 수 있다.

제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)로부터 N개의 펄스를 제공받을 때마다 이에 맞추어 턴온 및 턴오프될 수 있고, 이를 통해 제1 워킹 코일부(AWC)가 포함된 회로에 자유 공진이 발생할 수 있다.

여기에서, 제어부(250)가 N개의 펄스가 아닌 연속적인 펄스(즉, 4개 이상의 펄스)를 제공하는 경우, 대기 전력에 문제가 발생할 수 있는바, 제어부(250)는 N개의 펄스를 주기적으로 제1 인버터부(IV1)에 제공하는 것이다.

참고로, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 N개의 펄스가 1개 펄스(즉, 단일 펄스)인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

제어부(250)는 대상체의 위치가 검출되기 전까지 각각의 단일 펄스에 맞추어 4개의 반도체 스위치(AS1~AS4)를 순차적으로 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 제1 시점(P1)에서 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온하고, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 일정 시간(P1~P1') 동안의 제1 딜레이(delay)가 경과되면 단일 펄스를 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다. 여기에서, 제1 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 첫번째 반도체 스위치(AS1)가 턴온 후 안정화되는데 일정 시간이 필요하기 때문이다.

이어서, 단일 펄스가 제1 인버터부(IV1)에 제공된 후, 다시 일정 시간(P1''~P2) 동안의 제2 딜레이가 경과될 수 있다. 여기에서, 제2 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 제1 인버터부(IV1)에 제공된 단일 펄스에 대한 신호 처리 및 대상체에 대한 검출 작업에 일정 시간이 필요하기 때문이다.

제1 시점(P1) 이후 미리 설정된 주기가 경과된 제2 시점(P2) 이전까지 대상체가 검출되지 않은 경우, 제2 시점(P2)에서 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴오프하며, 두번째 반도체 스위치(AS2)를 턴온한 후 단일 펄스를 다시 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다.

또한, 제어부(250)는 대상체가 검출될 때까지 전술한 과정을 세번째 및 네번째 반도체 스위치(AS3, AS4)에 대해서도 순차적으로 반복할 수 있다.

다만, 제3 시점(P3) 이전까지도 대상체가 검출되지 않는 경우, 제어부(250)는 제3 시점(P3)에서 네번째 반도체 스위치(AS4)를 턴오프하고, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 단일 펄스를 다시 제1 인버터부(IV1)에 제공함으로써 전술한 과정을 다시 반복할 수도 있다.

참고로, 첫번째 반도체 스위치(AS1)를 턴온한 후 제1 인버터부(IV1)에 단일 펄스를 제공하는 경우, 첫번째 워킹 코일(AWC1)에만 공진 전류가 흐르게 된다. 이 때, 제어부(250)는 첫번째 워킹 코일(AWC1)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출된 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있다.

부연 설명을 하자면, 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체(예를 들어, 유도 가열 대상 용기)가 위치하는 경우, 대상체의 저항으로 인해 전체 저항이 증가할 수 있고, 이로 인해 첫번째 워킹 코일(AWC1)을 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도가 커짐에 따라 공진 전류의 펄스 개수가 줄어들 수 있다.

또한, 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 대상체(예를 들어, 무선 전력 수신 장치)가 위치하는 경우, 대상체의 인덕턴스(inductance)로 인해 전체 인덕턴스가 증가할 수 있고, 이로 인해 첫번째 워킹 코일(AWC1)을 흐르는 공진 전류의 주파수가 줄어들 수 있다.

제어부(250)는 이와 같이 첫번째 워킹 코일(AWC1)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출된 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 첫번째 워킹 코일(AWC1) 위에 어떤 종류의 대상체가 있는지 여부를 검출할 수 있다.

이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

전술한 바와 같이, 제어부(250)는 두번째 내지 네번째 워킹 코일(AWC2~AWC4)에 대해서도 순차적으로 대상체가 위치하는지 여부를 검출할 수 있고, 이러한 과정을 지속적으로 반복할 수 있다.

또한 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.

이어서, 도 7 및 도 10을 참조하여, 유도 가열 장치(1)의 대상체 검출 방법의 다른 예에 대해 설명하도록 한다.

참고로, 설명의 편의를 위해, 제1 워킹 코일부(AWC)가 배치된 A 영역(도 8의 AR)에서의 대상체 검출 과정을 예로 들기로 한다. 또한 제1 워킹 코일부(AWC)가 4개의 워킹 코일을 포함하고, 제1 반도체 스위치부(AS)가 4개의 워킹 코일에 각각 연결된 4개의 반도체 스위치(AS1~AS4)를 포함한다고 가정하고 설명하도록 한다.

도 7 및 도 10을 참조하면, 제어부(250)는 예를 들어, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 상부에서 대상체가 검출된 경우, 제4 시점(P4)에 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온한 후 제1 인버터부(IV1)에 사용자로부터 입력받은 파워 레벨(즉, 가열 세기 또는 전력 전송량)에 대응되도록 주파수 및 위상이 조절된 스위칭 신호를 제공할 수 있다.

이를 통해, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)에는 공진 전류가 인가될 수 있고, 그 상부에 위치한 대상체는 유도 가열되거나 무선으로 전력을 전송받을 수 있다.

물론 이 때에도 제어부(250)는 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온한 후 일정 시간(P4~P4') 동안의 제3 딜레이가 경과되면 제1 인버터부(IV1)에 스위칭 신호를 제공할 수 있다. 여기에서, 제3 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)가 턴온 후 안정화되는데 일정 시간이 필요하기 때문이다.

또한 제어부(250)는, 구동되지 않는 워킹 코일(즉, 세번째 워킹 코일(AWC3) 또는 네번째 워킹 코일(AWC4))의 상부에 상기 대상체(즉, 첫번째 및 두번째 워킹 코일(AWC1, AWC2)의 상부에 위치한 대상체)가 아닌 다른 대상체가 위치하는지를 지속적으로 검출할 수 있다.

즉, 제어부(250)는 구동되지 않는 워킹 코일의 상부에 다른 대상체가 위치하는지를 검출하기 위해 제1 인버터부(IV1)에 대한 스위칭 신호의 제공을 중단할 수 있다.

구체적으로, 제어부(250)는 제1 인버터부(IV1)에 대한 스위칭 신호의 제공을 중단한 후 일정 시간(P4''~P5) 동안의 제4 딜레이가 경과되면 미리 설정된 시간(예를 들어, P5~P7; 구동되지 않는 워킹 코일의 수 X 미리 설정된 주기에 해당하는 시간)의 시작과 동시에 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴오프하고, 세번째 반도체 스위치(AS3)를 턴온할 수 있다. 이후 제어부(250)는 단일 펄스를 미리 설정된 시간 내에 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다.

여기에서, 제4 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 제1 인버터부(IV1)에 제공된 스위칭 신호에 대한 신호 처리 작업에 일정 시간이 필요하기 때문이다.

전술한 이유와 동일한 이유로, 제어부(250)는 단일 펄스를 미리 설정된 시간 내에 제1 인버터부(IV1)에 제공시, 제공하는 시점 전후로 P5~P5', P5''~P6의 시간 동안 딜레이를 가질 수 있다.

물론, 제어부(250)는 이후 다른 대상체를 검출하기 위해 전술한 방법과 동일한 방법으로 미리 설정된 주기에 맞추어 세번째 및 네번째 반도체 스위치(AS3, AS4)를 순차적으로 턴오프 또는 턴온할 수 있다.

또한 제어부(250)는 미리 설정된 시간(예를 들어, P5~P7)이 종료되기 전까지 세번째 워킹 코일(AWC3) 또는 네번째 워킹 코일(AWC4)의 상부에서 다른 대상체가 검출되지 않는 경우, 미리 설정된 시간의 종료와 동시에(즉, 제7 시점(P7)) 네번째 반도체 스위치(AS4)를 턴오프하고, 첫번째 및 두번째 반도체 스위치(AS1, AS2)를 턴온할 수 있다. 이 후 제어부(250)는 전술한 스위칭 신호를 제1 인버터부(IV1)에 다시 제공할 수 있다.

참고로, 도 10에 도시된 바와 같이, 세번째 반도체 스위치(AS3)는 이미 제6 시점(P6)에 턴오프된 상태이고, 제7 시점(P7) 이후 제1 인버터부(IV1)에 제공된 스위칭 신호는 사용자로부터 입력받은 파워 레벨에 대응되도록 주파수 및 위상이 조절된 스위칭 신호이다.

이와 같이, 제어부(250)는 대상체가 검출된 이후에도 구동되지 않는 워킹 코일의 상부에 다른 대상체가 위치하는지를 지속적으로 검출할 수 있다.

물론, 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.

여기에서, 도 11 내지 도 16을 참조하여, 제어부(250)가 검출된 공진 전류를 토대로 어떻게 대상체를 구별하고 검출하는지를 살펴보도록 한다.

먼저, 도 7 및 도 11을 참조하면, 제어부(250)는 공진 전류를 검출한다(S100).

구체적으로, 제어부(250)는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류(즉, 자유 공진하는 공진 전류)를 검출할 수 있다.

이 후 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 펄스 개수를 제1 기준 개수와 비교한다(S200).

구체적으로, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 펄스 개수를 토대로 대상체 중 유도 가열 대상 용기의 존재 여부를 검출할 수 있다.

즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제1 인버터부(IV1)의 스위칭 동작(즉, 스위칭 소자들(SV1, SV1')이 교대로 턴온 및 턴오프)에 의해 제1 인덕터(L1; 예를 들어, 도 7의 워킹 코일(AWC1))에 자유 공진하는 공진 전류가 흐를 수 있다. 이에 따라, 대상체(T; 예를 들어, 유도 가열 대상 용기)의 변환 인덕터(L2; 즉, 제2 인덕터)와 제1 인덕터(L1) 간에 자속이 발생하면서 대상체(T)로 유도 전류가 흐르게 되고, 이 때 대상체(T)의 등가 저항(R)으로 인해 전체 저항이 증가하면서 공진 전류의 감쇄 정도(즉, (R+L1의 기생저항)/(2*(L1+L2)))도 증가하게 된다.

이와 같이, 공진 전류의 감쇄 정도가 증가하게 되면, 해당 공진 전류의 펄스 개수가 줄어드는바, 제어부(250)는 이러한 공진 전류의 펄스 개수 변화를 검출하여 대상체(T)의 존재 여부, 편심 또는 정심 여부를 검출할 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에서는, 공진 전류의 펄스 개수 변화를 토대로 대상체(T; 즉, 유도 가열 대상 용기)의 존재 여부, 정심 또는 편심 여부를 검출하는 방법을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 폭 변화를 토대로 대상체(T; 즉, 유도 가열 대상 용기)의 존재 여부, 정심 또는 편심 여부를 검출할 수도 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 제어부(250)가 공진 전류의 펄스 개수 변화를 토대로 대상체(T; 즉, 유도 가열 대상 용기)의 존재 여부, 편심 또는 정심 여부를 검출하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

다시 도 7, 도 11 및 도 13을 참조하면, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 펄스 개수가 제1 기준 개수 미만인 경우, 해당 공진 전류의 펄스 개수를 제2 기준 개수와 비교할 수 있다(S240).

참고로, 본 발명의 실시예에서는, '이상' 및 '초과'가 경우에 따라 혼용될 수 있고, '이하' 및 '미만'도 경우에 따라 혼용될 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해 본 발명의 실시예에서는 '이상' 및 '초과' 중 어느 하나의 표현만을 선택하여 사용하고 '이하' 및 '미만' 중 어느 하나의 표현만을 선택하여 사용하도록 한다.

한편, 제2 기준 개수(예를 들어, 3개)는 제1 기준 개수보다 낮은 개수일 수 있고, 검출된 공진 전류의 펄스 개수가 제1 기준 개수 미만인 경우, 제어부(250)는 해당 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는 것으로 판단할 수 있다.

보다 구체적으로, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 펄스 개수가 제1 기준 개수 미만이고 제2 기준 개수 이상인 경우, 대상체가 해당 워킹 코일의 상부에 편심되어 위치하는 것으로 판단할 수 있다(S243).

또한 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 펄스 개수가 제2 기준 개수 미만인 경우, 대상체가 해당 워킹 코일의 상부에 정심되어 위치하는 것으로 판단할 수 있다(S246).

참고로, 대상체가 워킹 코일의 상부에 편심되어 위치한다는 의미는 워킹 코일의 정중앙이 아닌 워킹 코일의 일부에만 걸쳐서 위치한다는 의미일 수 있다. 또한 대상체가 워킹 코일의 상부에 정심되어 위치한다는 의미는 워킹 코일의 정중앙에 위치한다는 의미일 수 있다.

한편, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 펄스 개수가 제1 기준 개수 이상인 경우, 해당 공진 전류의 주파수를 제1 기준 주파수와 비교할 수 있다(S220).

구체적으로, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 주파수를 토대로 대상체 중 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 검출할 수 있다.

즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제1 인버터부(IV1)의 스위칭 동작(즉, 스위칭 소자들(SV1, SV1')이 교대로 턴온 및 턴오프)에 의해 제1 인덕터(L1; 예를 들어, 도 7의 워킹 코일(AWC1))에 자유 공진하는 공진 전류가 흐를 수 있다. 이에 따라, 대상체(T; 예를 들어, 무선 전력 수신 장치)의 수신단 워킹 코일(L2; 즉, 제2 인덕터)과 제1 인덕터(L1) 간에 전자기 유도가 발생하게 되고, 이로 인해 전체 인덕턴스가 증가하면서 공진 전류의 주파수(1/√((L1+L2)*C))가 감소하게 된다.

이와 같이, 공진 전류의 주파수가 감소하게 되면, 제어부(250)는 이러한 공진 전류의 주파수 변화를 검출하여 대상체(T)의 존재 여부, 편심 또는 정심 여부를 검출할 수 있다.

다시 도 7, 도 11 및 도 15를 참조하면, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 주파수가 제1 기준 주파수인 경우, 대상체가 해당 워킹 코일의 상부에 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다(S230).

여기에서, 제1 기준 주파수는 예를 들어, 해당 공진 전류를 발생시킬 때 이용된 특정 주파수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 사용자에 의해 미리 정의된 주파수일 수 있다.

반면에, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 주파수가 제1 기준 주파수가 아닌 경우, 공진 전류의 주파수를 제2 기준 주파수와 비교할 수 있다(S260).

참고로, 제2 기준 주파수는 제1 기준 주파수보다 낮은 주파수일 수 있고, 검출된 공진 전류의 주파수가 제1 기준 주파수 미만인 경우, 제어부(250)는 해당 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는 것으로 판단할 수 있다.

보다 구체적으로, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 주파수가 제1 기준 주파수 미만이고 제2 기준 주파수 이상인 경우, 대상체가 해당 워킹 코일의 상부에 편심되어 위치하는 것으로 판단할 수 있다(S263).

또한 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 주파수가 제2 기준 주파수 미만인 경우, 대상체가 해당 워킹 코일의 상부에 정심되어 위치하는 것으로 판단할 수 있다(S266).

전술한 바와 같이, 제어부(250)는 검출된 공진 전류의 펄스 개수를 토대로 유도 가열 대상 용기의 존재 여부 및 정심 또는 편심 여부를 검출할 수 있고, 검출된 공진 전류의 주파수를 토대로 무선 전력 수신 장치의 존재 여부 및 정심 또는 편심 여부를 검출할 수 있다.

이에 따라, 도 16에 도시된 위치에 대상체(T)가 배치되는 경우, 제어부(250)는 대상체(T)가 AWC3와 AWC4에는 정심되어 있고, AWC1, AWC2, AWC5, AWC6에는 편심되어 있으며, CWC1, CWC3, CWC5에는 대상체가 존재하지 않는다고 판단할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6) 및 제어부(250)를 통해 복수개의 워킹 코일(AWC1~AWC6, BWC1~BWC4, CWC1~CWC6)을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 대상체 검출 속도 및 알고리즘을 개선할 수 있다. 또한 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수를 토대로 유도 가열 대상 용기의 존재 여부, 정심 또는 편심 여부를 검출하고, 자유 공진하는 공진 전류의 주파수를 토대로 무선 전력 수신 장치의 존재 여부, 정심 또는 편심 여부를 검출함으로써 대상체 검출 정확도를 개선할 수 있다. 나아가 구동되지 않는 워킹 코일에 대해서도 지속적으로 대상체 검출 작업을 수행하는바, 대상체 검출 신뢰도를 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치(1)는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치(AS1~AS6, BS1~BS4, CS1~CS6) 및 제어부(250)를 이용하여 대상체 검출 작업을 수행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다. 또한 사용자가 소음 문제에 민감한 시간대(예를 들어, 새벽 또는 늦은 밤)에도 조용하게 사용할 수 있는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다. 그 뿐만 아니라 회로에서 부피를 많이 차지하는 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 회로 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해 유도 가열 장치(1)의 전체 부피도 줄일 수 있다. 나아가, 유도 가열 장치(1)의 전체 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 개선할 수 있다.

이하에서는, 도 17 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 시스템을 설명하도록 한다.

참고로, 도 17에 도시된 유도 가열 장치(1)는 도 4 내지 도 16에서 전술한 유도 가열 장치(1)와 동일한바, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

먼저, 도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 시스템(1000)은 유도 가열 장치(1)와 무선 전력 수신 장치(500)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 무선 전력 수신 장치(500)는 내부의 수신단에 워킹 코일이 구비될 수 있다.

이에 따라, 해당 워킹 코일과 유도 가열 장치(1)에 구비된 워킹 코일 간에 발생되는 전자기 유도를 통해 무선 전력 수신 장치(500)로 전력이 공급될 수 있다.

여기에서, 도 17 및 도 18을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(500)의 수신단의 일 예가 도시되어 있다.

구체적으로, 무선 전력 수신 장치(500)의 수신단에는 릴레이(R; 또는 스위치)가 위치할 수 있다. 또한 무선 전력 수신 장치(500)의 수신단에 제2 인덕터(L2)만 보이도록 하기 위해 도 18에 도시된 바와 같이, 릴레이(R)는 수신단이 쇼트(short) 상태를 유지하도록 절환될 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치(500)의 인덕턴스 값이 극대화될 수 있다.

이로 인해, 유도 가열 장치(1)의 제어부(도 7의 250)는, 무선 전력 수신 장치(500)의 인덕턴스 값이 극대화됨에 따라 큰 폭으로 변동하는 공진 전류(즉, 유도 가열 장치(1)에 구비된 워킹 코일에 흐르는 공진 전류)의 주파수를 용이하게 검출할 수 있고, 나아가, 무선 전력 수신 장치(500)의 존재 여부, 편심 또는 정심 여부도 용이하게 검출할 수 있다.

물론, 제어부(도 7의 250)가 무선 전력 수신 장치(500)의 존재를 검출한 후 무선 전력 수신 장치(500)의 전원이 구동되면, 릴레이(R)는 커패시터(C')와 연결되도록 절환될 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치(500)는 유도 가열 장치(1)로부터 전력을 공급받을 수 있는 상태가 될 수 있다.

한편, 도 17 및 도 19를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(500)의 수신단의 다른 예가 도시되어 있다.

구체적으로, 도 18과 달리, 무선 전력 수신 장치(500)의 수신단에는 제2 인덕터(L2) 외에 제3 인덕터(L3)가 추가로 구비될 수 있고, 이로 인해, 무선 전력 수신 장치(500)의 인덕턴스 값이 더욱 극대화될 수 있다.

이에 따라, 유도 가열 장치(1)의 제어부(도 7의 250)는, 무선 전력 수신 장치(500)의 인덕턴스 값이 극대화됨에 따라 큰 폭으로 변동하는 공진 전류(즉, 유도 가열 장치(1)에 구비된 워킹 코일에 흐르는 공진 전류)의 주파수를 보다 용이하게 검출할 수 있고, 나아가, 무선 전력 수신 장치(500)의 존재 여부, 편심 또는 정심 여부도 보다 용이하게 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 시스템(1000)은 무선 전력 수신 장치(500)의 수신단 회로 구조 개선을 통해 인덕턴스의 변화를 극대화함으로써 유도 가열 장치(1)의 무선 전력 수신 장치 판별력을 개선할 수 있다. 또한 이를 통해, 무선 전력 송수신 효율 및 신뢰성도 개선할 수 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100: 전원부 150: 정류부
200: 직류 링크 커패시터 250: 제어부
300: 보조 전원 350: 입력 인터페이스

Claims

병렬 연결된 제1 및 제2 워킹 코일을 포함하는 제1 워킹 코일부;
스위칭 동작을 수행하여 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하는 인버터부;
상기 제1 워킹 코일을 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)하기 위해 상기 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치;
상기 제2 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제2 워킹 코일에 연결된 제2 반도체 스위치; 및
상기 인버터부와 상기 제1 및 제2 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하여 상기 공진 전류를 자유 공진시키고, 상기 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 검출하는 제어부를 포함하는
유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 대상체의 위치를 검출하기 위해 미리 설정된 주기마다 상기 인버터부에 N개의 펄스(N은 1, 2, 3 중 어느 하나)를 제공하고,
상기 대상체의 위치가 검출되기 전까지 상기 N개의 펄스에 맞추어 상기 제1 및 제2 반도체 스위치를 순차적으로 반복해서 턴온 또는 턴오프하는
유도 가열 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
제1 시점에서 상기 제1 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 N개의 펄스를 상기 인버터부에 제공하고,
상기 제1 시점 이후 상기 미리 설정된 주기가 경과된 제2 시점 이전까지 상기 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 상기 제1 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 위치하는지 여부를 검출하고,
상기 제2 시점에서 상기 제1 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제2 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 N개의 펄스를 다시 상기 인버터부에 제공하는
유도 가열 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 시점 이후 상기 미리 설정된 주기가 경과된 제3 시점 이전까지 상기 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 상기 제2 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 위치하는지 여부를 검출하고,
상기 제3 시점에서 상기 제2 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제1 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 N개의 펄스를 다시 상기 인버터부에 제공하는
유도 가열 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 시점 이후 상기 미리 설정된 주기가 경과된 제2 시점 이전까지 상기 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수가 제1 기준 개수 이상이고, 상기 자유 공진하는 공진 전류의 주파수가 제1 기준 주파수인 경우 상기 제1 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 위치하지 않는 것으로 판단하는
유도 가열 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수가 상기 제1 기준 개수 미만이고 제2 기준 개수 이상인 경우, 상기 대상체가 상기 제1 워킹 코일의 상부에 편심되어 위치하는 것으로 판단하고,
상기 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수가 상기 제2 기준 개수 미만인 경우, 상기 대상체가 상기 제1 워킹 코일의 상부에 정심되어 위치하는 것으로 판단하는
유도 가열 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 자유 공진하는 공진 전류의 주파수가 상기 제1 기준 주파수 미만이고 제2 기준 주파수 이상인 경우, 상기 대상체가 상기 제1 워킹 코일의 상부에 편심되어 위치하는 것으로 판단하고,
상기 자유 공진하는 공진 전류의 주파수가 상기 제2 기준 주파수 미만인 경우, 상기 대상체가 상기 제1 워킹 코일의 상부에 정심되어 위치하는 것으로 판단하는
유도 가열 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 반도체 스위치가 상기 제1 시점에서 턴온된 후 제1 딜레이(delay)가 경과되면, 상기 N개의 펄스가 상기 인버터부에 제공되고,
상기 N개의 펄스가 상기 인버터부에 제공된 후 제2 딜레이가 경과되면 상기 제1 반도체 스위치가 상기 제2 시점에서 턴오프되는
유도 가열 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 워킹 코일의 상부에서 상기 대상체가 검출된 경우,
상기 인버터부에 사용자로부터 입력받은 파워 레벨에 대응되도록 주파수 및 위상이 조절된 스위칭 신호를 제공하고, 상기 스위칭 신호에 맞추어 상기 제1 반도체 스위치를 턴온 또는 턴오프하는
유도 가열 장치.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 아닌 다른 대상체가 위치하는지를 검출하기 위해 상기 인버터부에 대한 상기 스위칭 신호의 제공을 중단하고,
상기 스위칭 신호의 제공 중단 후 미리 설정된 시간의 시작과 동시에 상기 제1 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제2 반도체 스위치를 턴온하며,
상기 제2 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 N개의 펄스를 상기 미리 설정된 시간 내에 상기 인버터부에 제공하는
유도 가열 장치.
제10항에 있어서,
상기 제어부는 상기 미리 설정된 시간이 종료되기 전까지 상기 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수 또는 주파수를 토대로 상기 제2 워킹 코일의 상부에 상기 다른 대상체가 위치하는지 여부를 검출하고,
상기 미리 설정된 시간의 종료와 동시에 상기 제2 반도체 스위치를 턴오프하고, 상기 제1 반도체 스위치를 턴온하며,
상기 제1 반도체 스위치를 턴온한 후 상기 스위칭 신호를 상기 인버터부에 다시 제공하는
유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 대상체가 유도 가열 대상 용기인 경우, 상기 자유 공진하는 공진 전류의 펄스 개수를 토대로 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 위치하는지를 검출하고,
상기 대상체가 무선 전력 수신 장치인 경우, 상기 자유 공진하는 공진 전류의 주파수를 토대로 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 상기 대상체가 위치하는지를 검출하는
유도 가열 장치.