KR20190110817A

KR20190110817A - 피가열체의 적합성을 평가하는 가열 장치

Info

Publication number: KR20190110817A
Application number: KR1020180032729A
Authority: KR
Inventors: 조영철
Original assignee: (주)쿠첸
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2019-10-01
Also published as: KR102175633B1

Abstract

유도 가열 방식의 가열 장치는, 유도 가열을 위한 교류 전원을 가열부로 제공하며, 스위칭 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 교류 전원을 생성하는 스위칭부, 가열부 및 상기 가열부에 의해 가열되는 피가열체의 전자기적 결합 특성을 측정한 측정 결과를 생성하는 결합 특성 측정부, 지정 주파수를 포함하는 피가열체 적합성 평가 기준 정보가 저장된 메모리, 지정 주파수의 제1 스위칭 신호 및 검출 주파수의 제2 스위칭 신호를 스위칭부로 제공하고, 피가열체의 적합성을 평가하여 평가 결과를 출력하는 제어부, 제어부로부터 평가 결과를 수신하고, 평가 결과를 사용자에게 알리는 표시부를 포함하고, 제어부는, 제1 스위칭 신호를 제공한 후 결합 특성 측정부로부터 제1 측정 결과를 수신하고, 제1 측정 결과에 기초하여 검출 주파수를 결정하고, 제2 스위칭 신호를 제공한 후 결합 특성 측정부로부터 제2 측정 결과를 수신하며, 제2 측정 결과에 기초하여 피가열체의 적합성을 평가한다.

Description

피가열체의 적합성을 평가하는 가열 장치{HEATING DEVICE FOR EVALUATING SUITABILITY OF OBJECT TO BE HEATED}

본 개시의 기술적 사상은 가열 장치에 관한 것으로서, 자세하게는 가열 장치에 올려진 피가열체의 적합성을 평가하기 위한 가열 장치에 관한 것이다.

가정이나 식당에서 조리 또는 살균을 포함한 다양한 목적을 위해 다양한 방식의 가열 장치들이 사용되고 있다. 최근에는 전기를 이용하여 냄비, 프라이팬, 찜솥 또는 주전자와 같은 피가열체를 가열하는 가열 장치들의 보급이 이루어지고 있다.

전기를 이용한 가열 방식은 크게 저항 가열 방식 및 유도 가열(induction heating) 방식을 포함한다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열체에 직접적으로 전달함으로써 물체를 가열하는 방식이다. 한편, 유도 가열 방식은 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자기장의 변화를 이용하여 피가열체에 유도 전류를 발생시켜 피가열체가 가열되도록 하는 방식이다.

유도 가열 방식을 이용하는 가열 장치의 경우, 자기장의 변화로 인해 피가열체에 유도 전류가 흐름으로써 피가열체가 가열되기 때문에, 피가열체의 특성에 따라 가열 효율이 달라질 수 있다. 예를 들어, 전류가 흐르지 못하는 재질로 이루어진 피가열체의 경우, 아무리 높은 출력 레벨로 가열 장치를 동작시키더라도 유도 가열 방식으로는 피가열체가 가열되지 않는다. 피가열체의 특성에 의해 가열 동작이 효율적으로 수행되지 않는 문제점을 해결하기 위한 방법이 요구되고 있다.

본 개시의 기술적 사상은 가열 장치에 있어서, 피가열체의 적합성을 평가하는 장치를 제공하기 위한 방법 및 기기를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 유도 가열 방식의 가열 장치는, 유도 가열(Induction Heating)을 위한 교류 전원을 가열부로 제공하며, 스위칭 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 교류 전원을 생성하는 스위칭부, 가열부 및 상기 가열부에 의해 가열되는 피가열체의 전자기적 결합 특성을 측정한 측정 결과를 생성하는 결합 특성 측정부, 지정 주파수를 포함하는 피가열체 적합성 평가 기준 정보가 저장된 메모리, 지정 주파수의 제1 스위칭 신호 및 검출 주파수의 제2 스위칭 신호를 스위칭부로 제공하고, 피가열체의 적합성을 평가하여 평가 결과를 출력하는 제어부, 제어부로부터 평가 결과를 수신하고, 평가 결과를 사용자에게 알리는 표시부를 포함하고, 제어부는, 제1 스위칭 신호를 제공한 후 결합 특성 측정부로부터 제1 측정 결과를 수신하고, 제1 측정 결과에 기초하여 검출 주파수를 결정하고, 제2 스위칭 신호를 제공한 후 결합 특성 측정부로부터 제2 측정 결과를 수신하며, 제2 측정 결과에 기초하여 피가열체의 적합성을 평가할 수 있다.

본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치는, 스위칭의 영전압 스위칭 동작에 대한 분석을 통해, 피가열체의 적합성을 평가하기 위한 검증 주파수를 선택할 수 있다. 따라서, 피가열체의 특성을 고려하여 피가열체의 검증 주파수가 결정될 수 있고, 결정된 검증 주파수에서 가열 장치의 출력을 측정함으로써 피가열체의 적합성을 평가할 수 있다. 가열 장치는 피가열체의 적합성 평가 결과를 가열 장치의 사용자에게 알림으로써 사용자가 피가열체를 선별적으로 사용하도록 도울 수 있다.

도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치, 외부 전원 및 피가열체를 나타낸다.
도 2는 도 1의 제어부의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치, 외부 전원 및 피가열체를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 가열 장치(10)는 외부 전원(20)으로부터 전력을 제공받을 수 있고, 외부 전원(20)으로부터 제공받은 전력을 이용해 가열 장치(10)의 화구 상에 놓여진 피가열체(30)를 가열할 수 있다. 도 1은 가열 장치(10)가 하나의 화구를 포함하는 것으로 도시하지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 가열 장치(10)는 복수의 화구들을 포함할 수도 있다.

가열 장치(10)는 가열부(100), 결합 특성 측정부(200), 제어부(300), 메모리(400), 전원 공급부(500) 및 표시부(600)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열 장치(10)는 전기를 에너지원으로 하여 화구에 대응하는 가열부(100)를 통해 화구 상의 피가열체를 가열하는 전기레인지일 수 있다.

가열 장치(10)가 피가열체(30)를 가열하여, 특정 동작을 수행하는 모드를 동작 모드라 칭할 수 있다. 이 때, 특정 동작이란, 피가열체(30)를 가열함으로써 피가열체(30)에 수용된 조리물을 조리하는 등, 사용자가 피가열체(30)를 가열하는 목적을 달성할 수 있도록 가열 장치(10)가 피가열체(30)를 가열하는 동작을 의미할 수 있다.

본 개시의 기술적 사상에 따른 가열 장치(10)는 평가 모드에서 피가열체(30)의 적합성을 평가할 수 있다. 예를 들어, 평가 모드는 동작 모드를 수행하기 전에 수행될 수 있다. 평가 모드에서는 미리 지정된 지정 주파수의 교류 전력이 가열부(100)에 제공되고, 피가열체의 적합성을 판단하기 위한 검출 주파수의 교류 전력이 가열부(100)에 제공될 수 있다. 가열부(100)의 평균 출력과 지정된 기준 출력을 비교하여, 피가열체(30)의 사용 적합성이 판단될 수 있다.

외부 전원(20)은 가열 장치(10)에 전력을 공급할 수 있다. 외부 전원(20)은 가열 장치(10)의 전력 입력 단자에 연결되는 상용 전원일 수 있다. 상용 전원은 사용하는 국가 및/또는 지역에 따라 110V 교류 전원, 220V 교류 전원, 380V 교류 전원 또는 그 외의 임의의 전압 레벨을 갖는 교류 전원을 포함할 수 있다.

피가열체(30)는 가열 장치(10)에 의해 가열되는 물체를 나타낼 수 있다. 피가열체(30)는 냄비, 프라이팬, 찜솥, 주전자 및 티포트 등과 같은 피가열 용기들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 피가열체(30)는 가열 장치(10)의 가열부(100)와 전자기적으로 결합(coupling)된 부하 인덕터(inductor)와 부하 저항이 연결된 형태의 등가 회로로서 표현될 수 있다. 가열 장치(10)의 가열부(100)에 교류 전원이 인가됨으로써 가열부(100)와 전자기적으로 결합(coupling)된 피가열체(30)의 인덕터 주변의 자기장(magnetic field) 및 자속(magnetic flux)이 변하게 되고, 피가열체(30)의 인덕터 및 부하 저항에는 전류가 유도될 수 있다. 부하 저항에 유도 전류가 흐름으로써 부하 저항은 열을 발생시킬 수 있고, 피가열체(30)는 부하 저항에서 발생한 열에 의해 가열될 수 있다.

제1 노드(Nd1) 및 제2 노드(Nd2) 사이의 전자기적으로 결합된 가열부(100) 및 피가열체(30)는 제1 노드(Nd1) 및 제2 노드(Nd2) 사이에 직렬 연결된 등가 인덕터와 등가 저항을 포함하는 등가 임피던스의 등가 회로로서 표현될 수 있다. 따라서 전원 공급부(500)가 동일한 주파수의 동일한 듀티 비의 교류 전압을 공급한다고 하더라도, 피가열체(30)의 인덕턴스 값(L_load), 부하 저항 값(R_load) 및 가열부(100)와 피가열체(30)의 인덕터의 결합 정도에 따라 피가열체(30)에서 평균적으로 소모되는 전력 값은 달라질 수 있다. 즉, 피가열체(30)를 가열시키는 출력이 달라질 수 있다.

가열부(100)는 전원 공급부(500)로부터 교류 전력을 공급받을 수 있고, 공급 받은 교류 전력에 의해 시간에 따라 변화하는 자기장을 발생시킬 수 있다. 가열부(100)에 의해 발생되는 자기장의 변화는 피가열체(30) 주변의 자속의 변화를 야기할 수 있고, 자속의 변화로 인해 피가열체(30)에 전류가 유도될 수 있다. 가열부(100)는 워킹 코일이라 칭해질 수도 있다. 가열부(100)는 피가열체(30)의 인덕터(inductor)와 전자기적으로 결합(coupling)될 수 있다.

결합 특성 측정부(200)는, 피가열체(30)의 적합성을 평가하는 평가 모드에서, 가열부(100)와 피가열체(30) 사이의 전자기적 결합에 따라 변화하는 전자기적 결합 특성을 측정할 수 있다. 전자기적 결합 특성이란, 가열부(100)와 피가열체(30)의 인덕터의 결합에 따른 전반적인 회로적 특성을 포함하는 개념으로서, 가열부(100)의 인덕턴스 값(L_coil), 피가열체(30)의 인덕터의 인덕턴스 값(L_load), 피가열체(30)의 부하 저항의 저항 값(R_load) 및 가열부(100)와 피가열체(30)의 인덕터의 결합비(또는 권선수비) 등에 따라 달라지는 회로적 특성을 포함할 수 있다. 결합 특성 측정부(200)는 측정된 전자기적 결합 특성을 측정한 측정 결과(R_M)를 제어부(300)로 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 결합 특성 측정부(200)는 전류 측정 장치일 수 있고, 가열부(100)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 결합 특성 측정부(200)는 피가열체(30)의 적합성을 판단하기 위한 검출 주파수의 교류 전력이 가열부(100)에 인가될 때, 가열부(100)에 흐르는 전류를 전자기적 결합 특성으로서 측정할 수 있다.

결합 특성 측정부(200)는 PCB(Printed Circuit Board) 상에 별도의 칩 또는 회로와 같은 하드웨어로서 구현될 수도 있고, 가열 장치(10)의 동작을 제어하는 제어부(300)에 의해 실행되는 소프트웨어로서 구현될 수도 있으며, 일부는 하드웨어로 구현되고 나머지 일부는 소프트웨어로 구현되는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합일 수도 있다.

제어부(300)는 가열 장치(10) 내의 다양한 구성들의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 제어부(300)는 CPU(Central Processing Unit), 프로세서, 마이크로 프로세서, 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP), MCU(Micro Controller Unit), 마이컴(microcomputer), 또는 미니 컴퓨터 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다.

제어부(300)는 스위칭부(540)의 고주파 스위칭 동작을 제어하기 위한 스위칭 신호(CTRL_SW)를 생성하는 회로를 포함할 수 있다. 제어부(300)는 스위칭 신호(CTRL_SW)를 스위칭부(540)로 제공함으로써 스위칭부(540)로부터 출력되는 교류 전원의 주파수 및/또는 듀티비(duty ratio)를 조절할 수 있다. 스위칭부(540)에서 출력되는 교류 전원의 주파수 및/또는 듀티비가 조절됨에 따라 가열부(100)의 유도 가열 출력이 조절될 수 있다.

제어부(300)는 동작 모드에서, 가열부(100)의 유도 가열 출력을 조절하기 위해, 스위칭부(540)로부터 출력되는 교류 전원의 주파수가 증가 또는 감소되거나 듀티비가 증가 또는 감소되도록 스위칭 신호(CTRL_SW)를 출력할 수 있다.

제어부(300)는 동작 모드 및 평가 모드를 각각 수행할 수 있다. 제어부(300)는 피가열체 평가 모듈을 포함할 수 있고, 피가열체 평가 모듈은 피가열체(30)가 사용 적합한지를 판단하고, 판단 결과를 출력할 수 있다.

제어부(300)는 평가 모드에서, 스위칭부(540)가 지정 주파수의 교류 전원을 출력할 수 있도록 스위칭 신호(CTRL_SW)를 출력할 수 있고, 이후에 피가열체(30)의 적합성을 판단하기 위한 검출 주파수의 교류 전원을 출력할 수 있도록 스위칭 신호(CTRL_SW)를 출력할 수 있다.

제어부(300)는 결합 특성 측정부(200)로부터 수신된 가열부(100)와 피가열체(30) 사이의 전자기적 결합 특성을 측정한 측정 결과(R_M)를 수신할 수 있다. 제어부(300)는 측정 결과(R_M)에 기초하여, 피가열체(30)의 적합성을 판단하기 위한 검출 주파수를 결정할 수 있고, 검출 주파수의 스위칭 신호(CTRL_SW)가 스위칭부(540)로 제공될 때 가열부(100)가 출력하는 평균 전력을 확인할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(300)는 수신된 측정 결과(R_M) 및 피가열체 적합성 평가 기준 정보를 기초로 피가열체(30)가 적합한지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(300)는 피가열체(30)의 적합성의 평가 결과(R_E)를 출력할 수 있고, 적합성 평가 결과(R_E)를 표시부(600)에 제공할 수 있다.

제어부(300)의 구체적인 동작에 대해서는 도 2 및 도 3에서 후술하겠다.

메모리(400)에는 가열 장치(10)에 관한 정보 및 가열 장치(10)의 제어에 필요한 각종 정보가 저장될 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)의 제어 동작에 필요한 각종 정보 및 알고리즘 등이 메모리(400)에 저장될 수 있다. 메모리(400)는 플래시 메모리, 자기 저항 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리 및 DRAM, SRAM 등과 같은 휘발성 메모리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 메모리(400)는 제어부(300)와 별도의 하드웨어로 구현될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 제어부(300)가 마이컴(microcomputer) 또는 미니컴퓨터 등으로 구현되는 경우, 메모리(400)는 제어부(300)와 하나의 하드웨어로서 구현될 수 있다.

메모리(400)에는 피가열체 적합성 평가 기준 정보가 저장될 수 있다. 일 실시예에서, 피가열체 적합성 평가 기준 정보는 피가열체(30)의 적합성을 판단하기 위한 기준인 기준 출력 및 스위칭부(540)에 제공되는 스위칭 신호(CTRL_SW)의 지정 주파수에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제어부(300)는 메모리에 저장된 기준 출력을 기준으로, 가열부(100)에 검출 주파수의 교류 전원이 인가될 때의 평균 출력과 비교하여 피가열체(30)의 적합성을 판단할 수 있다.

전원 공급부(500)는 외부 전원(20)으로부터 수신되는 교류 전압을 이용해 가열부(100)에 교류 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해, 전원 공급부(500)는 직류 전원 생성부(520), 스위칭부(540) 및 적어도 하나의 커패시터(도 2의 C)를 포함할 수 있다.

직류 전원 생성부(520)는 외부 전원(20)으로부터 수신되는 교류 전압을 이용해 직류 전압을 생성해낼 수 있다. 직류 전원 생성부(520)는 다양한 형태의 정류 회로 또는 정류기 등을 이용해 구현될 수 있다.

스위칭부(540)는 직류 전원 생성부(520)에 의해 제공되는 직류 전압을 제어부(300)에 의해 수신되는 스위칭 제어 신호(CTRL_SW)에 따라 교류 전압으로 바꾸는 역할을 수행할 수 있다. 필요에 따라 스위칭부(540)는 외부 전원(20)으로부터 수신되는 교류 전압보다 고주파의 교류 전압을 생성할 수 있다. 스위칭부(540)는 인버터(inverter) 등으로 구현될 수 있다. 이때 스위칭부(540)를 통해 출력되는 고주파의 교류 전압은 가열부(100)에 인가되어, 유도 가열을 위한 고주파 자계를 발생시킬 수 있다.

스위칭부(540)는 평가 모드에서, 제어부(300)로부터 수신되는 스위칭 신호(CTRL_SW)에 응답하여, 피가열체(30)의 적합성을 판단하기 위한 지정 주파수의 교류 전원을 출력하거나, 검출 주파수의 교류 전원을 출력할 수 있다.

스위칭부(540)는 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 스위칭 신호(CTRL_SW)에 응답하여 스위칭이 제어될 수 있다. 일 예로서, 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT))를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과한 것으로서, 스위칭부(540)는 는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), MOS-FET 또는 IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor) 등 다양한 종류의 스위칭 소자를 포함하여도 무방할 것이다.

표시부(600)는 시각적 방법, 청각적 방법 또는 다른 감각을 통한 방법에 의해 가열 장치(10)의 동작에 관한 다양한 정보를 제공할 수 있다. 이를 위해, 표시부(600)는 디스플레이부 및/또는 스피커를 포함할 수 있다. 표시부(600)는 제어부(300)로부터 수신된 피가열체 적합성의 평가 결과(R_E)를 사용자에게 알릴 수 있다. 예를 들어, 표시부(600)는 수신된 피가열체 적합성의 평가 결과(R_E)를 사용자가 용이하게 인지할 수 있는 용어로 풀어서 표시함으로써 평가 결과를 사용자에게 알릴 수 있다.

본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치(10)는 가열하는 대상이 되는 피가열체(30)에 따라, 피가열체(30)의 적합성을 판단하기 위해 가열부(100)에 인가되는 교류 전원의 검출 주파수를 달리할 수 있다. 따라서, 사용하기에 적합한 것으로 판단할 수 있는 피가열체(30)의 범위가 증가할 수 있다.

또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치(10)에 따르면, 가열부(100) 및 피가열체(30)의 전자기적 결합 특성으로부터 제어부(300)가 피가열체(30)의 적합성을 평가할 수 있고, 표시부(600)가 피가열체(30) 적합성의 평가 결과를 사용자에게 알림으로써 사용자가 피가열체(30)를 선별적으로 사용할 수 있게 도울 수 있다.

도 2는 도 1의 제어부의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(300)는 ZVS 분석기(310) 및 피가열체 적합성 판단기(320)를 포함할 수 있다. ZVS 분석기(310) 및 피가열체 적합성 판단기(320)는 제어부(300)의 피가열체 평가 모듈에 구비되는 구성일 수 있다. ZVS 분석기(310) 및 피가열체 적합성 판단기(320)는 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다. 일 실시예에 따라, ZVS 분석기(310) 및 피가열체 적합성 판단기(320) 각각은 하드웨어로 구현될 수 있으며, 또는 프로세서가 프로그램을 실행함에 의해 그 기능이 달성되는 소프트웨어로 구현될 수도 있을 것이다. 또는, 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수도 있을 것이다.

ZVS 분석기(310)는 지정 주파수를 갖는 제1 스위칭 신호(CTRL_SW1)를 스위칭부(540)에 제공할 수 있다. 지정 주파수는 스위칭부(540)에 포함된 스위칭 소자의 영전압 스위칭 동작을 분석하여 검출 주파수를 결정하기 위해 미리 저장된 메모리(400)에 저장된 것일 수 있다.

ZVS 분석기(310)는 제1 스위칭 신호(CTRL_SW1)가 스위칭부(540)에 제공될 때, 가열부(100)와 피가열체(30) 사이의 전자기적 결합 특성에 대한 제1 측정 결과(R_M1)를 수신할 수 있다. 이 때, 상기 제1 측정 결과(R_M1)는 가열부(100)에 흐르는 전류에 대한 정보를 포함할 수 있다.

ZVS 분석기(310)는 제1 측정 결과(R_M1)에 기초하여, 스위칭 소자들의 영전압 스위칭(zero voltage switching, ZVS) 동작 특성을 분석할 수 있다. 일 실시예에서, ZVS 분석기(310)는 스위칭 소자가 영전압 스위칭이 되는지 판단할 수 있고, 스위칭 소자가 영전압 스위칭 턴온되기 위한 영전압 스위칭 타이밍 영역을 분석할 수 있다.

예를 들어, 제어부(300)는 지정 주파수를 갖는 제1 스위칭 신호(CTRL_SW1)의 파형과 측정 결과(R_M)의 파형에 기초하여, 스위칭부(540)에서 영전압 스위칭되고 있는지 여부 및 영전압 스위칭되는 타이밍 영역의 특성을 분석할 수 있다. 예를 들어, 스위칭부(540)에 포함된 스위칭 소자가 영전압일 때 턴온되면, 영전압 스위칭 된 것으로 볼 수 있다.

스위칭부(540)의 스위칭 소자가 영전압 스위칭되는 타이밍 영역은 가열부(100)의 인덕턴스 값(L_coil), 피가열체(30)의 인덕터의 인덕턴스 값(L_load), 피가열체(30)의 부하 저항의 저항 값(R_load) 및 가열부(100)와 피가열체(30)의 인덕터의 결합비(또는 권선수비) 등 회로적 특성 및 스위칭 주파수에 따라 달라질 수 있다.

ZVS 분석기(310)는 스위칭 소자의 영전압 스위칭 특성을 분석함으로써, 가열부(100) 및 피가열체(30)의 주파수 공진점을 추출할 수 있다. 이 때, 추출된 공진점의 스위칭 신호(CTRL_SW)가 스위칭부(540)로 제공될 때, 높은 효율 및 출력을 통해 조리 기능이 수행될 수 있다. 상기 주파수 공진점은 가열부(100)의 인덕턴스 값(L_coil), 피가열체(30)의 인덕터의 인덕턴스 값(L_load), 피가열체(30)의 부하 저항의 저항 값(R_load) 및 가열부(100)와 피가열체(30)의 인덕터의 결합비(또는 권선수비) 등 회로적 특성에 의해 달라질 수 있다. 피가열체(30)의 종류, 크기, 또는 놓여진 위치 등 다양한 요인에 의해 피가열체(30)의 인덕터의 인덕턴스 값(L_load), 피가열체(30)의 부하 저항의 저항 값(R_load)이 달라질 수 있다.

추출된 주파수 공진점에 기초하여, ZVS 분석기(310)는 검출 주파수를 결정할 수 있고, 검출 주파수를 갖는 제2 스위칭 신호(CTRL_SW2)를 스위칭부(540)에 제공할 수 있다. 따라서, 검출 주파수는 피가열체(30)의 특성에 따라 값이 달라질 수 있다. 이 때, 검출 주파수는 피가열체(30)가 가열 장치(10)를 통해 가열하기에 적합한지 판단하기 위한 주파수로서, 검출 주파수는 지정 주파수와 다른 값을 가질 수 있고, 주파수 공진점으로부터 지정 주파수보다 가까울 수 있다. 일 실시예에서, 검출 주파수는 주파수 공진점에 대응되는 값을 가질 수 있다. 따라서, 가열부(100)로 지정 부파수의 교류 전원이 공급되는 경우와 비교할 때, 가열부(100)로 검출 주파수의 교류 전원이 공급될 때, 가열부(100)에서 소비되는 전력이 증가될 수 있다.

피가열체 적합성 판단기(320)는 제2 스위칭 신호(CTRL_SW2)가 스위칭부(540)에 제공될 때, 가열부(100)와 피가열체(30) 사이의 전자기적 결합 특성에 대한 제2 측정 결과(R_M2)를 수신할 수 있다. 피가열체 적합성 판단기(320)는 제2 측정 결과(R_M2)에 기초하여, 검출 주파수의 교류 전원이 가열부(100)에 인가될 때 가열부(100)의 평균 출력의 크기를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(300)는 결합 특성 측정부(200)로부터 제2 측정 결과(R_M2)로서 가열부(100)에 흐르는 전류에 대한 정보를 수신할 수 있고, 상기 전류에 대한 정보를 이용하여, 상기 가열부(100)의 평균 출력의 크기를 계산할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 제어부(300)는 결합 특성 측정부(200)로부터 제2 측정 결과(R_M2)로서 가열부(100)의 평균 출력의 크기를 수신할 수도 있다.

피가열체 적합성 판단기(320)는 가열부(100)의 평균 출력의 크기와 메모리(400)에 저장된 기준 출력의 크기와 비교하여, 피가열체(30)가 사용하기에 적합한지 판단할 수 있다. 피가열체 적합성 판단기(320)는 피가열체(30)의 적합성 판단 결과(R_E)를 출력할 수 있다.

도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 가열 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 가열 장치(10)가 평가 모드(S100) 및 동작 모드(S200) 각각에서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 가열 장치(10)는 감지 소자를 더 포함할 수 있고, 감지 소자는 가열부(100)에 대응되는 화구 상에 피가열체(30)가 배치되는지 유무를 감지할 수 있다(S110). 감지 소자는 다양한 방식으로, 화구 상에 피가열체(30)가 배치되는 지를 감지할 수 있다. 예를 들어, 감지 소자는 로드 셀과 같은 무게 센서일 수 있다.

제어부(300)는 감지 소자로부터 피가열체(30)의 유무에 대한 정보를 수신하고, 화구 상에 피가열체(30)가 존재하는지를 졀정할 수 있다(S120). 화구 상에 피가열체(30)가 존재 하지 않으면, 제어부(300)는 별도의 동작을 수행하지 않고, 동작을 종료할 수 있다.

화구 상에 피가열체(30)가 배치되면, 제어부(300)의 ZVS 분석기(310)는 지정 주파수의 교류 전원을 출력시키기 위한 제1 스위칭 신호(CTRL_SW1)를 생성할 수 있다(S130). 예를 들어, 제1 스위칭 신호(CTRL_SW1)는 지정 주파수를 갖는 PWM 신호일 수 있다. 이 때, 지정 주파수는 메모리(400)에 미리 저장된 주파수로서, 일정한 값을 가질 수 있다.

제1 스위칭 신호(CTRL_SW1)에 의해 지정 주파수의 교류 전원이 전원 공급부(500)로부터 출력이 되면, 결합 특성 측정부(200)는 가열부(100)와 피가열체(30) 사이의 전자기적 결합에 따라 변화하는 전자기적 결합 특성을 측정할 수 있다. 예를 들어, 결합 특성 측정부(200)는 가열부(100)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.

제어부(300)의 ZVS 분석기(310)는 결합 특성 측정부(200)로부터 측정된 전자기적 결합 특성을 측정한 제1 측정 결과(R_M1)를 수신하여, 스위칭부(540)의 영전압 스위칭 여부를 분석할 수 있고, 분석 결과에 따라 검출 주파수를 결정할 수 있다(S140).

제어부(300)의 ZVS 분석기(310)는 검출 주파수의 교류 전원을 출력시키기 위한 제2 스위칭 신호(CTRL_SW2)를 생성할 수 있다(S150). 예를 들어, 제2 스위칭 신호(CTRL_SW2)는 검출 주파수를 갖는 PWM 신호일 수 있다.

제2 스위칭 신호(CTRL_SW2)에 의해 지정 주파수의 교류 전원이 전원 공급부(500)로부터 출력이 되면, 결합 특성 측정부(200)는 가열부(100)와 피가열체(30) 사이의 전자기적 결합에 따라 변화하는 전자기적 결합 특성을 측정할 수 있다. 예를 들어, 결합 특성 측정부(200)는 가열부(100)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.

제어부(300)의 피가열체 적합성 판단기(320)는 측정된 전자기적 결합 특성을 측정한 제2 측정 결과(R_M2)를 수신하여, 검출 주파수의 교류 전원이 가열부(100)에 인가될 때 가열부(100)의 평균 출력의 크기를 획득할 수 있다.

제어부(300)의 피가열체 적합성 판단기(320)는 가열부(100)의 평균 출력의 크기와 메모리(400)에 저장된 기준 출력의 크기와 비교할 수 있다(S160). 가열부(100)의 평균 출력의 크기가 기준 출력 이상의 크기를 가질 때, 피가열체 적합성 판단기(320)는 피가열체(30)가 사용하기 적합한 것으로 판단할 수 있다. 반면, 가열부(100)의 평균 출력의 크기가 기준 출력 미만의 크기를 가질 때, 피가열체 적합성 판단기(320)는 피가열체(30)가 사용하기 부적합한 것으로 판단할 수 있다.

피가열체(30)가 사용하기 적합한 것으로 판단되면, 제어부(300)는 표시부(600)를 제어하여, 사용자에게 피가열체(30)가 사용 가능함을 알릴 수 있다(S170). 표시부(600)는 시각적 방법, 청각적 방법 또는 다른 감각을 통한 방법에 의해 피가열체(30)를 사용 가능하다는 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

피가열체(30)가 사용하기 적합한 것으로 판단되면, 제어부(300)는 동작 모드를 수행할 수 있다(S200). 제어부(300)는 피가열체(30)를 가열함으로써 피가열체(30)에 수용된 조리물을 조리 하는 등, 사용자가 피가열체(30)를 가열하는 목적을 달성할 수 있도록 가열 장치(10)가 피가열체(30)를 가열할 수 있다.

반면, 제어부(300)는 피가열체(30)가 사용하기 부적합한 것으로 판단되면, 표시부(600)를 제어하여, 사용자에게 피가열체(30)가 사용 불가함을 알릴 수 있다(S150). 표시부(600)는 시각적 방법, 청각적 방법 또는 다른 감각을 통한 방법에 의해 피가열체(30)를 사용 불가 하다는 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

본 개시에 따른 가열 장치(10)는 피가열체(30)의 사용 적합성을 판단함에 있어서, 피가열체(30)의 특성이 반영된 검출 주파수의 교류 전원을 가열부(100)에 제공한 후, 가열부(100)의 평균 출력에 기초하여 결정할 수 있다. 따라서, 피가열체(30)의 평가 모드(S100)에서, 미리 지정된 주파수의 교류 전원을 가열부(100)로 제공한 후 피가열체(30)의 적합성을 판단하는 것과 비교하여, 피가열체(30)의 특성을 고려한 교류 전원을 가열부(100)에 인가하므로, 가열부(100)의 평균 소비 전력이 증가될 수 있고, 더욱 다양한 범위의 피가열체(30)를 사용할 수 있다.

또한, 본 개시에 예시적 실시예에 따른 가열 장치(10)는 피가열체(30)의 적합성 평가 결과(R_E)를 가열 장치(10)의 사용자에게 알림으로써 사용자가 피가열체(30)를 선별적으로 사용하도록 도울 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 가열 장치
20: 외부 전원
30: 피가열체
100: 가열부
200: 결합 특성 측정부
300: 제어부
310: ZVS 분석기
320: 피가열체 적합성 판단기
400: 메모리
500: 전원 공급부
520: 직류 전원 생성부
540: 스위칭부
600: 표시부

Claims

유도 가열(Induction Heating)을 위한 교류 전원을 가열부로 제공하며, 스위칭 신호에 응답하는 스위칭 동작을 통해 상기 교류 전원을 생성하는 스위칭부;
상기 가열부 및 상기 가열부에 의해 가열되는 피가열체의 전자기적 결합 특성을 측정한 측정 결과를 생성하는 결합 특성 측정부;
지정 주파수를 포함하는 피가열체 적합성 평가 기준 정보가 저장된 메모리;
상기 지정 주파수의 제1 스위칭 신호 및 검출 주파수의 제2 스위칭 신호를 상기 스위칭부로 제공하고, 상기 피가열체의 적합성을 평가하여 평가 결과를 출력하는 제어부;
상기 제어부로부터 상기 평가 결과를 수신하고, 상기 평가 결과를 사용자에게 알리는 표시부;를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1 스위칭 신호를 제공한 후 상기 결합 특성 측정부로부터 제1 측정 결과를 수신하고, 상기 제1 측정 결과에 기초하여 상기 검출 주파수를 결정하고, 상기 제2 스위칭 신호를 제공한 후 상기 결합 특성 측정부로부터 제2 측정 결과를 수신하며, 상기 제2 측정 결과에 기초하여 상기 피가열체의 적합성을 평가하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1 항에 있어서,
상기 피가열체 적합성 평가 기준 정보는 기준 출력을 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제2 측정 결과로부터 상기 제2 스위칭 신호가 상기 스위칭부에 제공될 때, 상기 가열부의 평균 출력을 계산할 수 있고,
상기 가열부의 평균 출력과 상기 기준 출력을 비교하여 상기 피가열체의 적합성을 평가하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 측정 결과 및 상기 제1 스위칭 신호에 기초하여, 상기 스위칭부의 영전압 스위칭 동작의 특성을 분석하고, 분석 결과에 기초하여 상기 검출 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 스위칭부의 영전압 스위칭 동작의 특성으로부터 상기 가열부 및 상기 피가열체의 공진점을 추출하고, 상기 공진점에 기초하여 상기 검출 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제4 항에 있어서,
상기 검출 주파수는 상기 지정 주파수보다 상기 공진점에 가까운 값을 가지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1 항에 있어서,
상기 가열부에 대응되는 화구 상에 상기 피가열체가 배치되는지를 감지하는 감지 소자를 더 포함하고,
상기 피가열체가 감지되면, 상기 제어부는 상기 제1 스위칭 신호를 상기 스위칭부로 출력하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.