KR20200040528A - 스위치 스트레스 저감 구조가 개선된 유도 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위치 스트레스 저감 구조가 개선된 유도 가열 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 병렬 연결된 제1 및 제2 워킹 코일을 포함하는 워킹 코일부, 스위칭 동작을 수행하여 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하는 인버터부, 인버터부의 스위칭 동작을 제어하기 위해 인버터부에 연결된 인버터 구동부, 제1 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치, 제1 반도체 스위치의 구동을 제어하기 위해 제1 반도체 스위치에 연결된 제1 반도체 스위치 구동부, 제1 반도체 스위치에 연결되고, 제1 반도체 스위치에 흐르는 전류를 분석하여 제1 분석 결과를 생성하며, 제1 분석 결과를 토대로 인버터 구동부의 턴오프 여부를 결정하는 과전류 보호부 및 과전류 보호부로부터 제1 분석 결과를 제공받고, 제공받은 제1 분석 결과를 토대로 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호의 턴오프 여부와 제1 반도체 스위치 구동부의 턴오프 여부를 결정하는 제어부를 포함한다.

Description

스위치 스트레스 저감 구조가 개선된 유도 가열 장치{INDUCTION HEATING DEVICE HAVING IMPROVED SWITCH STRESS REDUCTION STRUCTURE}

본 발명은 스위치 스트레스 저감 구조가 개선된 유도 가열 장치에 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.

이러한 유도 가열 장치는 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 조리 용기)을 가열하기 위해 대응하는 영역에 각각 워킹 코일을 구비하고 있는 것이 일반적이다.

다만, 최근에는 하나의 대상체를 복수개의 워킹 코일로 동시에 가열하는 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 상관없이 대상체를 유도 가열할 수 있다.

여기에서, 유럽 특허(EP2928265A1)를 참조하면, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치가 도시되어 있는바, 이를 참조하여, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 살펴보도록 한다.

도 1은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 설명하는 개략도이다.

참고로, 도 1은 유럽 특허(EP2928265A1)에 도시된 도면이고, 도 1에서 사용된 도면 부호는 도 1에만 적용하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치(10)는, 복수개의 인덕션 코일(L1~Ln)의 개별 출력을 제어하기 위해 복수개의 인덕션 코일(L1~Ln)마다 코일 절환용 반도체 스위치(T1~Tn)가 연결된 구조를 가지고 있다. 즉, 인덕션 코일(L1~Ln) 각각의 출력을 제어하기 위해서는 반도체 스위치(T1~Tn)를 개별적으로 턴온(turn-on)/턴오프(turn-off) 해야 할 필요가 있다.

다만, 반도체 스위치(예를 들어, T1)에 과전류가 흐르고 있을 때 해당 반도체 스위치(T1)를 턴오프하는 경우, 인덕션 코일과 관련된 역기전력 공식(L*di/dt; L은 인덕턴스, di는 공진 전류 변화분, dt는 시간 변화분)에 따라 순간적으로 해당 반도체 스위치(T1)에 스위치 스트레스가 인가되어 발열량 증가에 따른 손상 또는 전압 스파이크(voltage spike)가 발생한다는 문제가 있었다.

이에 따라, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치(10)에는, 스위치 스트레스를 저감하기 위해 반도체 스위치(T1~Tn)마다 프리휠링 다이오드(D1~Dn; Free Wheeling Diode)가 추가 장착되었다.

그러나 프리휠링 다이오드 추가 장착으로 인해, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치(10)에서는 프리휠링 다이오드(D1~Dn) 자체의 발열에 따른 발열량 증가 및 프리휠링 다이오드(D1~Dn) 추가에 따른 비용 및 회로 면적 증가 문제가 새로 발생하게 되었다.

본 발명의 목적은 복수개의 워킹 코일에 대한 독립적인 출력 제어가 가능한 유도 가열 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 프리휠링 다이오드 없이 스위치 스트레스 저감이 가능한 유도 가열 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 릴레이 및 프리휠링 다이오드를 제거함으로써 릴레이 전환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고 회로 부피도 줄일 수 있는 유도 가열 장치를 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 인버터부 및 복수개의 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하는 제어부를 포함함으로써 복수개의 워킹 코일에 대한 독립적인 출력 제어가 가능하다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 반도체 스위치에 흐르는 전류를 분석하여 인버터 구동부의 턴오프 여부를 결정하는 과전류 보호부 및 과전류 보호부로부터 제공받은 분석 결과를 토대로 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호의 턴오프 여부와 반도체 스위치 구동부의 턴오프 여부를 결정하는 제어부를 포함함으로써 프리휠링 다이오드 없이 스위치 스트레스 저감이 가능하다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 릴레이 대신 반도체 스위치를 이용하여 워킹 코일에 대한 출력 제어 작업을 수행함으로써 릴레이 전환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고 릴레이 및 프리휠링 다이오드를 제거함으로써 회로 부피도 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 유도 가열 장치는 반도체 스위치 및 제어부를 통해 복수개의 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 복수개의 워킹 코일에 대한 독립적인 출력 제어가 가능하다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 펄스 신호 및 반도체 스위치 구동부를 턴오프하기 전에 항상 인버터 구동부를 먼저 턴오프함으로써 프리휠링 다이오드 없이도 스위치 스트레스 저감이 가능하다. 나아가, 스위치 스트레스 저감을 통해 반도체 스위치의 발열량 저감 및 전압 스파이크 발생 방지도 가능하고, 이를 통해 제품 수명 및 신뢰도 개선이 가능하다.

또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 릴레이 대신 반도체 스위치를 이용하여 워킹 코일에 대한 출력 제어 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 프리휠링 다이오드를 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.

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

도 1은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 2의 과전류 보호부의 일 예를 구체적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 3의 과전류 보호부 및 제어부의 스위치 스트레스 저감 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 2의 과전류 보호부의 다른 예를 구체적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 도 5의 과전류 보호부 및 제어부의 스위치 스트레스 저감 방법을 설명하는 순서도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 인버터부(IV), 인버터 구동부(IVD), 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2), 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2), 제1 및 제2 반도체 스위치 구동부(SD1, SD2), 과전류 보호부(230), 제어부(250), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.

참고로, 도 2에 도시된 유도 가열 장치(1)의 일부 구성요소(예를 들어, 인버터부, 인버터 구동부, 워킹 코일, 반도체 스위치, 반도체 스위치 구동부 등)의 개수는 변경될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해 도 2에 도시된 구성요소들을 예로 들어 설명하기로 한다.

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 인버터부(IV)에 공급할 수 있다.

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

참고로, 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 직류 링크 커패시터(도 3의 200; 평활 커패시터)로 제공될 수 있고, 직류 링크 커패시터(도 3의 200)는 해당 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감할 수 있다.

이와 같이, 정류부(150) 및 직류 링크 커패시터(도 3의 200)에 의해 정류된 직류 전력은 인버터부(IV)에 공급될 수 있다.

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

구체적으로, 인버터부(IV)는 정류부(150)로부터 직류 전력을 제공받아 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 즉, 인버터부(IV)는 정류부(150)에 의해 정류되고, 직류 링크 커패시터(도 3의 200)에 의해 리플이 저감된 직류 전력을 제공받을 수 있다. 또한 인버터부(IV)는 인버터 구동부(IVD)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있고, 스위칭 동작을 통해 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다. 즉, 인버터부(IV)는 공진 전류를 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나에 제공함으로써 해당 워킹 코일을 구동시킬 수 있고, 이에 따라, 해당 워킹 코일은 유도 가열 동작을 수행할 수 있다.

또한 인버터부(IV)는 스위칭 동작을 수행하는 복수개의 스위칭 소자(예를 들어, 제1 및 제2 스위칭 소자(도 3의 SV1, SV2))를 포함하고, 복수개의 스위칭 소자는 각각 예를 들어, IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

참고로, 복수개의 스위칭 소자는 인버터 구동부(IVD)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의해 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다. 또한 이러한 복수개의 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.

인버터 구동부(IVD)는 인버터부(IV)의 스위칭 동작을 제어하기 위해 인버터부(IV)에 연결될 수 있다.

구체적으로, 인버터 구동부(IVD)는 제어부(250)에 의해 제어되고, 인버터부(IV)에 구비된 스위칭 소자(즉, 도 3의 제1 및 제2 스위칭 소자(SV1, SV2)를 턴온 또는 턴오프할 수 있다.

즉, 인버터 구동부(IVD)는 제어부(250)로부터 펄스 신호를 제공받을 수 있고, 제공받은 펄스 신호를 토대로 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 또한 인버터 구동부(IVD)는 생성된 스위칭 신호를 인버터부(IV)에 제공함으로써 인버터부(IV)에 구비된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

참고로, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2) 중 적어도 하나에 과전류가 흐르는 경우, 인버터 구동부(IVD)는 과전류 보호부(230)에 의해 턴오프(즉, 구동 중단)될 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 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 연결되어 워킹 코일부를 구성할 수 있고, 인버터부(IV)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.

즉, 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 인버터부(IV)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, 인버터부(IV)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.

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 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)는 각각 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)에 각각 연결될 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 제1 반도체 스위치(S1)는 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)에 연결되고, 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)에 의해 제어(즉, 턴온 또는 턴오프)될 수 있다. 그리고 제2 반도체 스위치(S2)는 제2 반도체 스위치 구동부(SD2)에 연결되고, 제2 반도체 스위치 구동부(SD2)에 의해 제어(즉, 턴온 또는 턴오프)될 수 있다.

또한 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)는 예를 들어, 스태틱 스위치(static switch)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에는 예를 들어, MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor) 또는 IGBT(Insulated gate bipolar mode transistor)가 적용될 수 있다.

그리고 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)는 제어부(250)에 의해 인버터부(IV)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.

참고로, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)는 보조 전원(미도시)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.

구체적으로, 보조 전원은 단일 출력 구조(즉, 하나의 출력단)를 가질 수 있다. 따라서, 보조 전원은 단일 출력으로 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 보조 전원은 다른 다중 출력 구조보다 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)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 전원은 이중 출력 구조(각각의 출력단이 단일 출력 용량을 미리 설정된 기준 용량 이하의 용량으로 분할하여 출력하는 구조)로 설계될 수도 있다.

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

제1 반도체 스위치 구동부(SD1)는 제1 반도체 스위치(S1)의 구동을 제어하기 위해 제1 반도체 스위치(S1)에 연결될 수 있다.

구체적으로, 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)는 제1 반도체 스위치(S1)를 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제어부(250)에 의해 제어될 수 있다. 또한 제2 반도체 스위치 구동부(SD2)는 제2 반도체 스위치(S2)를 턴온 또는 턴오프될 수 있고, 제어부(250)에 의해 제어될 수 있다.

참고로, 반도체 스위치가 턴온되는 경우, 해당 반도체 스위치에 연결된 워킹 코일 역시 턴온될 수 있고, 반도체 스위치가 턴오프되는 경우, 해당 반도체 스위치에 연결된 워킹 코일 역시 턴오프될 수 있다.

또한, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2) 중 적어도 하나에 과전류가 흐르는 경우, 해당 반도체 스위치에 연결된 반도체 스위치 구동부는 제어부(250)에 의해 턴오프될 수 있는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

제어부(250)는 인버터 구동부(IVD)와 제1 및 제2 반도체 스위치 구동부(SD1, SD2)의 동작을 각각 제어할 수 있다.

구체적으로, 제어부(250)는 인버터부(IV)에 구비된 스위칭 소자(즉, 도 3의 제1 및 제2 스위칭 소자(SV1, SV2))를 턴온 또는 턴오프하는 인버터 구동부(IVD)를 제어함으로써 인버터부(IV)의 스위칭 동작을 간접적으로 제어할 수 있다. 또한 제어부(250)는 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)를 제어함으로써 제1 반도체 스위치(S1)의 동작을 간접적으로 제어할 수 있고, 제2 반도체 스위치 구동부(SD2)를 제어함으로써 제2 반도체 스위치(S2)의 동작을 간접적으로 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(250)의 제어에 따라 인버터 구동부(IVD)가 인버터부(IV)를 구동시키고, 제어부(250)의 제어에 따라 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)가 제1 반도체 스위치(S1)를 턴온시킨 경우, 제1 워킹 코일(WC1)로 공진 전류가 인가될 수 있다. 나아가, 제1 워킹 코일(WC1)로 인가된 공진 전류에 의해 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 위치한 대상체가 가열될 수 있다.

그리고, 제어부(250)는 PWM(Pulse Width Modulation) 기능을 통해 다양한 펄스 신호를 생성할 수 있고, 생성된 펄스 신호를 인버터 구동부(IVD)로 제공할 수 있다.

참고로, 제어부(250)가 제1 및 제2 반도체 스위치 구동부(SD1, SD2)로 제공하는 제어 신호 역시 펄스 신호 형태일 수 있는바, 이에 대한 구체적인 내용은 생략하도록 한다.

또한 제어부(250)는 후술하는 과전류 보호부(230)로부터 제1 분석 결과를 제공받고, 제공받은 제1 분석 결과를 토대로 인버터 구동부(IVD)에 제공하는 펄스 신호의 턴오프 여부와 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)의 턴오프 여부를 결정할 수 있다.

물론, 제어부(250)는 과전류 보호부(230)로부터 제2 분석 결과를 제공받고, 제공받은 제2 분석 결과를 토대로 인버터 구동부(IVD)에 제공하는 펄스 신호의 턴오프 여부와 제2 반도체 스위치 구동부(SD2)의 턴오프 여부를 결정할 수 있다.

여기에서, 펄스 신호를 턴오프한다는 의미는 펄스 신호를 로우 레벨(예를 들어, '0')로 유지하거나 펄스 신호 자체를 제공하지 않는다는 의미를 포함할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 모두 전류가 흐르고 있는 경우, 과전류 보호부(230)는 제1 및 제2 분석 결과를 동시에 또는 순차적으로 생성하는바, 제어부(250)는 과전류 보호부(230)로부터 제1 및 제2 분석 결과를 동시에 또는 순차적으로 제공받을 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

그리고 반도체 스위치(예를 들어, 제1 반도체 스위치(S1))에 과전류가 흐르는 경우, 과전류 보호부(230)가 인버터 구동부(IVD)를 턴오프한 후 제어부(250)가 인버터 구동부(IVD)에 제공하는 펄스 신호 및 반도체 스위치 구동부(예를 들어, 제1 반도체 스위치 구동부(SD1))를 턴오프하는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 무선 전력 전송 기능을 가질 수 있다.

즉, 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.

이러한 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 코일(예를 들어, 워킹 코일(WC))과 무선 전력을 수신하는 장치에 구비되는 2차 코일 간의 전자기 유도를 이용하여 전력을 전송하는 기술이다.

물론 유도 가열 장치(1)의 유도 가열 방식은 전자기 유도에 의하여 피가열 물체를 가열한다는 점에서 전자기 유도에 의한 무선 전력 전송 기술과 원리가 실질적으로 동일하다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)의 경우에도, 유도 가열 기능뿐만 아니라 무선 전력 전송 기능이 탑재될 수 있다.

이에 따라, 제어부(250)는 유도 가열 장치(1)의 구동 모드, 즉, 유도 가열 모드 또는 무선 전력 전송 모드를 제어할 수 있다.

즉, 제어부(250)에 의해 유도 가열 장치(1)의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드로 설정되면, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 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 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)를 가열하게 된다.

또한, 제어부(250)의 제어에 의해 구동되는 워킹 코일의 수가 결정될 수 있고, 구동되는 워킹 코일의 수에 따라서 유도 가열 장치(1)의 전송 전력량 또는 가열 세기가 달라질 수 있다. 그리고, 제어부(250)는 반도체 스위치(S1, S2)로 제공하는 제어 신호의 펄스 폭을 조정함으로써 워킹 코일(WC1, WC2)의 출력 세기를 제어할 수 있다.

또한 제어부(250)는 대상체(즉, 피가열 물체)의 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 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출 값을 토대로 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 어느 워킹 코일에 대상체가 위치하는지를 판단할 수 있다.

또한 제어부(250)는 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 구동 대상 물체가 자성체인 것으로 판단할 수 있다. 반대로 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 크거나 같은 경우 제어부(250)는 대상체가 존재하지 않거나 비자성체인 것으로 판단할 수 있다.

물론, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 유도 가열 장치(1)는 워킹 코일(WC1, WC2)에 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.

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 장치의 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 인버터 구동부(IVD)를 제어함으로써 입력된 파워 레벨에 대응되도록 인버터부(IV)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 모드에 따라서 인버터 구동부(IVD)를 제어하여 인버터부(IV)의 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대 고속 충전 모드인 경우 제어부(250)는 인버터부(IV)의 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.

과전류 보호부(230)는 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 연결될 수 있다.

구체적으로, 과전류 보호부(230)는 제1 반도체 스위치(S1)에 연결되고, 제1 반도체 스위치(S1)에 흐르는 전류를 분석하여 제1 분석 결과를 생성하며, 제1 분석 결과를 토대로 인버터 구동부(IVD)의 턴오프 여부를 결정할 수 있다.

또한 과전류 보호부(230)는 제2 반도체 스위치(S2)에 연결되고, 제2 반도체 스위치(S2)에 흐르는 전류를 분석하여 제2 분석 결과를 생성하며, 제2 분석 결과를 토대로 인버터 구동부(IVD)의 턴오프 여부를 결정할 수 있다.

참고로, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2) 둘다에 전류가 흐르는 경우, 과전류 보호부(230)는 제1 및 제2 분석 결과를 동시에 또는 순차적으로 생성하고, 생성된 제1 및 제2 분석 결과를 제어부(250)로 동시에 또는 순차적으로 제공할 수 있는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

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

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 전술한 과전류 보호부(230)의 일 예의 특징 및 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3은 도 2의 과전류 보호부의 일 예를 구체적으로 설명하기 위한 개략도이다. 도 4는 도 3의 과전류 보호부 및 제어부의 스위치 스트레스 저감 방법을 설명하는 순서도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 과전류 보호부(230)는 제1 변류기(CT1), 제2 변류기(CT2), 정류기(233), RC 필터(236), 비교기(239)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 변류기(CT1)는 제1 워킹 코일(WC1)과 제1 반도체 스위치(S1) 사이에 흐르는 전류(I1; Itotal - I2 = I1)의 크기를 변환할 수 있다. 또한 제1 변류기(CT1)는 제1 워킹 코일(WC1)과 제1 반도체 스위치(S1) 사이에 연결된 1차 코일과, 정류기(233)에 연결된 2차 코일을 포함할 수 있다.

참고로, 1차 코일은 2차 코일보다 권선수가 많은바, 1차 코일에 인가되는 전류(즉, 제1 워킹 코일(WC1)과 제1 반도체 스위치(S1) 사이에 흐르는 전류(I1))의 크기는 2차 코일에 인가되는 전류(즉, 정류기(233)로 제공되는 전류)의 크기보다 크다.

제2 변류기(CT2)는 제2 워킹 코일(WC2)과 제2 반도체 스위치(S2) 사이에 흐르는 전류(I2)의 크기를 변환할 수 있다. 또한 제2 변류기(CT2)는 제2 워킹 코일(WC2)과 제2 반도체 스위치(S2) 사이에 연결된 1차 코일과, 정류기(233)에 연결된 2차 코일을 포함할 수 있다.

참고로, 1차 코일은 2차 코일보다 권선수가 많은바, 1차 코일에 인가되는 전류(즉, 제2 워킹 코일(WC2)과 제2 반도체 스위치(S2) 사이에 흐르는 전류(I2))의 크기는 2차 코일에 인가되는 전류(즉, 정류기(233)로 제공되는 전류)의 크기보다 크다.

정류기(233)는 제1 및 제2 변류기(CT1, CT2) 중 적어도 하나로부터 크기가 변환된 전류를 제공받고, 제공받은 전류를 정류할 수 있다. 또한 정류기(233)는 정류된 전류를 RC 필터(236)로 제공할 수 있다.

RC 필터(236)는 정류기(233)로부터 정류된 전류를 제공받고, 제공받은 전류의 노이즈를 제거할 수 있다. 또한 RC 필터(236)는 노이즈가 제거된 전류를 비교기(239)로 제공할 수 있다.

참고로, RC 필터(236)는 예를 들어, 저역통과필터(Low-pass Filter)를 포함할 수 있는바, 고주파 노이즈를 제거할 수 있다.

비교기(239)는 RC 필터(236)로부터 노이즈가 제거된 전류를 제공받고, 제공받은 전류의 크기를 미리 설정된 과전류 크기와 비교하여 분석 결과를 생성하며, 분석 결과를 토대로 인버터 구동부(IVD)의 턴오프 여부를 결정하고, 분석 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다.

보다 구체적으로, RC 필터(236)로부터 제공받은 전류가 제1 변류기(CT1) 및 정류기(233)를 거쳐서 전달된 전류인 경우, 비교기(239)는 제1 분석 결과를 생성하고, 생성된 제1 분석 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다. 물론, RC 필터(236)로부터 제공받은 전류가 제2 변류기(CT2) 및 정류기(233)를 거쳐서 전달된 전류인 경우, 비교기(239)는 제2 분석 결과를 생성하고, 생성된 제2 분석 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다.

참고로, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2) 둘다에 전류가 흐르는 경우, 과전류 보호부(230)는 제1 및 제2 분석 결과를 동시에 또는 순차적으로 생성할 수 있고, 생성된 제1 및 제2 분석 결과를 제어부(250)로 동시에 또는 순차적으로 제공할 수 있다.

이와 같이, 과전류 보호부(230)의 일 예가 구성되는바, 이하에서는, 과전류 보호부(230)의 일 예 및 제어부(250)의 스위치 스트레스 저감 방법을 살펴보도록 한다.

참고로, 제1 반도체 스위치(S1)에 대한 스트레스 저감 방법과 제2 반도체 스위치(S2)에 대한 스트레스 저감 방법이 동일한바, 이하에서는, 제1 반도체 스위치(S1)를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저, 반도체 스위치에 흐르는 전류를 분석한다(S100).

구체적으로, 과전류 보호부(230)는 제1 워킹 코일(WC1)에서 제1 반도체 스위치(S1)로 흐르는 전류(I1)의 크기를 제1 변류기(CT1)를 통해 변환하고, 크기가 변환된 전류를 정류기(233)를 통해 정류한 후 RC 필터(236)를 통해 정류된 전류의 노이즈를 제거할 수 있다. 또한 과전류 보호부(230)는 노이즈가 제거된 전류를 비교기(239)를 통해 미리 설정된 과전류 크기와 비교하여 제1 분석 결과를 생성할 수 있다.

만약 제1 분석 결과가, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전류의 크기가 미리 설정된 과전류 크기 이상임을 가리키는 경우(S150), 인버터 구동부(IVD)를 턴오프하고(S200), 제1 분석 결과를 제어부(250)에 제공한다(S250).

구체적으로, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전류의 크기가 미리 설정된 과전류 크기 이상인 경우, 비교기(239)는 인버터 구동부(IVD)를 턴오프하고, 제1 분석 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다.

여기에서, 인버터 구동부(IVD)는 제1 스위칭 소자(SV1)를 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 스위칭 소자(SV1)에 연결된 제1 서브 인버터 구동부(SIVD1)와, 제2 스위칭 소자(SV2)를 턴온 또는 턴오프하기 위해 제2 스위칭 소자(SV2)에 연결된 제2 서브 인버터 구동부(SIVD2)를 포함한다. 따라서, 비교기(239)는 제1 및 제2 서브 인버터 구동부(SIVD1, SIVD2)를 모두 턴오프할 수 있다.

또한 인버터 구동부(IVD)가 턴오프되면, 인버터 구동부(IVD)에 의해 구동되는 인버터부(IV) 역시 턴오프될 수 있다.

참고로 인버터 구동부(IVD)의 턴오프(S200) 및 제1 분석 결과 제공(S250)은 동시에 또는 약간의 시차를 두고 진행될 수 있다.

반면에, 제1 분석 결과가, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전류의 크기가 미리 설정된 과전류 크기 미만임을 가리키는 경우(S150), 다시 제1 반도체 스위치(S1)에 흐르는 전류를 분석한다(S100).

구체적으로, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전류의 크기가 미리 설정된 과전류 크기 미만인 경우, 제1 반도체 스위치(S1)가 턴오프되더라도 스위치 스트레스가 크게 발생하지 않는바, 전압 스파이크 또한 발생하지 않을 수 있다.

다만, 만일의 사태를 대비하여, 과전류 보호부(230)는 다시 제1 반도체 스위치(S1)에 흐르는 전류를 분석함으로써 지속적으로 제1 반도체 스위치(S1)의 과전류 발생 여부를 관찰할 수 있다.

참고로, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 동시에 전류가 흐르고 있는 경우, 과전류 보호부(230)는 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2) 둘다에 흐르는 전류를 동시에 분석할 수도 있고, 각각의 전류를 순차적으로 분석할 수도 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 동시에 전류가 흐르고 있는 상태에서 제1 분석 결과가, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전류의 크기가 미리 설정된 과전류 크기 미만임을 가리키는 경우, 과전류 보호부(230)는 제1 반도체 스위치(S1)가 아닌 제2 반도체 스위치(S2)에 흐르는 전류(I2)를 분석할 수도 있다. 또는 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 흐르는 전류를 동시에 분석할 수도 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 과전류 보호부(230)가 다시 제1 반도체 스위치(S1)에 흐르는 전류를 분석하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

한편, 비교기(239)가 인버터 구동부(IVD)를 턴오프하고(S200), 제1 분석 결과를 제어부(250)에 제공한 경우(S250), 펄스 신호 및 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프한다(S300).

구체적으로, 제어부(250)는 비교기(239)로부터 제1 분석 결과를 제공받을 수 있고, 제공받은 제1 분석 결과를 토대로 인버터 구동부(IVD)에 제공하는 펄스 신호 및 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)를 턴오프할 수 있다.

여기에서, 인버터 구동부(IVD)는 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 서브 인버터 구동부(SIVD1, SIVD2))를 포함하는바, 제어부(250)는 제1 및 제2 서브 인버터 구동부(SIVD1, SIVD2)에 각각 제공하는 펄스 신호를 모두 턴오프할 수 있다.

또한 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)가 턴오프되면, 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)에 의해 구동되는 제1 반도체 스위치(S1) 역시 턴오프될 수 있다.

이와 같이, 제1 반도체 스위치(S1)에 과전류가 흐르는 경우, 비교기(239)가 먼저 인버터 구동부(IVD)를 턴오프하여 인버터부(IV)의 구동을 중단시키는바, 제1 반도체 스위치(S1)로 제공되던 과전류의 공급이 중단될 수 있다. 이에 따라, 제어부(250)가 이 후 인버터 구동부(IVD)에 제공하는 펄스 신호 및 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)를 턴오프하더라도 제1 반도체 스위치(S1)에 인가되는 스위치 스트레스가 저감되는바, 발열량 증가에 따른 손상 또는 전압 스파이크가 방지될 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 3의 과전류 보호부의 일 예 및 제어부가 스위치 스트레스를 저감하는바, 이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여, 과전류 보호부(230)의 다른 예의 특징 및 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 5는 도 2의 과전류 보호부의 다른 예를 구체적으로 설명하기 위한 개략도이다. 도 6은 도 5의 과전류 보호부 및 제어부의 스위치 스트레스 저감 방법을 설명하는 순서도이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 과전류 보호부(230)는 제1 션트 저항(SR1; shunt resistor), 제2 션트 저항(SR2), 정류기(233), RC 필터(236), 비교기(239)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 션트 저항(SR1)은 제1 반도체 스위치(S1)와 접지(G) 사이에 연결될 수 있다.

또한 제1 션트 저항(SR1)의 양단에 인가되는 전압의 크기는 비교기(239)에서 측정할 수 있는 전압 범위 내에 포함되어야 하는바, 제1 션트 저항(SR1)의 저항값은 매우 작을 수 있다.

이에 따라, 제1 반도체 스위치(S1)에 과전류가 흐르는 경우에도, 제1 션트 저항(SR1)에 인가되는 전압의 크기는 비교기(239)에서 측정할 수 있는 전압 범위 내에 포함될 수 있다.

제2 션트 저항(SR2)은 제2 반도체 스위치(S2)와 접지(G) 사이에 연결될 수 있다.

제2 션트 저항(SR2) 역시 그 양단에 인가되는 전압의 크기는 비교기(239)에서 측정할 수 있는 전압 범위 내에 포함되어야 하는바, 제2 션트 저항(SR2)의 저항값도 매우 작을 수 있다.

이에 따라, 제2 반도체 스위치(S2)에 과전류가 흐르는 경우에도, 제2 션트 저항(SR2)에 인가되는 전압의 크기는 비교기(239)에서 측정할 수 있는 전압 범위 내에 포함될 수 있다.

정류기(233)는 제1 및 제2 션트 저항(SR1, SR2) 중 적어도 하나에 인가된 전압을 정류할 수 있다. 또한 정류기(233)는 정류된 전압을 RC 필터(236)로 제공할 수 있다.

RC 필터(236)는 정류기(233)로부터 정류된 전압을 제공받고, 제공받은 전압의 노이즈를 제거할 수 있다. 또한 RC 필터(236)는 노이즈가 제거된 전압을 비교기(239)로 제공할 수 있다.

참고로, RC 필터(236)는 예를 들어, 저역통과필터(Low-pass Filter)를 포함할 수 있는바, 고주파 노이즈를 제거할 수 있다.

비교기(239)는 RC 필터(236)로부터 노이즈가 제거된 전압을 제공받고, 제공받은 전압의 크기를 미리 설정된 과전압 크기와 비교하여 분석 결과를 생성하며, 분석 결과를 토대로 인버터 구동부(IVD)의 턴오프 여부를 결정하고, 분석 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다.

보다 구체적으로, RC 필터(236)로부터 제공받은 전압이 제1 션트 저항(SR1) 및 정류기(233)를 거쳐서 전달된 전압인 경우, 비교기(239)는 제1 분석 결과를 생성하고, 생성된 제1 분석 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다. 물론, RC 필터(236)로부터 제공받은 전압이 제2 션트 저항(SR2) 및 정류기(233)를 거쳐서 전달된 전압인 경우, 비교기(239)는 제2 분석 결과를 생성하고, 생성된 제2 분석 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2) 둘다에 전류가 흐르는 경우, 과전류 보호부(230)는 제1 및 제2 분석 결과를 동시에 또는 순차적으로 생성할 수 있고, 생성된 제1 및 제2 분석 결과를 제어부(250)로 동시에 또는 순차적으로 제공할 수 있다.

참고로, 과전류 보호부(230)의 다른 예에서, 정류기(233), RC 필터(236)는 생략될 수도 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 과전류 보호부(230)의 다른 예가 정류기(233)와 RC 필터(236)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

또한 과전류 보호부(230)의 다른 예는, 제1 및 제2 션트 저항(SR1, SR2)을 통해 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 감시한다는 점에서 과전류 보호부(230)의 일 예와 차이가 있다.

이와 같이, 과전류 보호부(230)의 다른 예가 구성되는바, 과전류 보호부(230)의 다른 예 및 제어부(250)의 스위치 스트레스 저감 방법은 다음과 같다.

참고로, 제1 반도체 스위치(S1)에 대한 스트레스 저감 방법과 제2 반도체 스위치(S2)에 대한 스트레스 저감 방법이 동일한바, 이하에서는, 제1 반도체 스위치(S1)를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 먼저, 반도체 스위치에 흐르는 전류를 분석한다(S100).

구체적으로, 과전류 보호부(230)는 제1 션트 저항(SR1)에 인가된 전압을 정류기(233)를 통해 정류한 후 RC 필터(236)를 통해 정류된 전압의 노이즈를 제거할 수 있다. 또한 과전류 보호부(230)는 노이즈가 제거된 전압을 비교기(239)를 통해 미리 설정된 과전압 크기와 비교하여 제1 분석 결과를 생성할 수 있다.

만약 제1 분석 결과가, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전압의 크기가 미리 설정된 과전압 크기 이상임을 가리키는 경우(S160), 인버터 구동부(IVD)를 턴오프하고(S200), 제1 분석 결과를 제어부(250)에 제공한다(S250).

구체적으로, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전압의 크기가 미리 설정된 과전압 크기 이상인 경우, 비교기(239)는 인버터 구동부(IVD)를 턴오프하고, 제1 분석 결과를 제어부(250)에 제공할 수 있다.

여기에서, 인버터 구동부(IVD)는 제1 스위칭 소자(SV1)를 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 스위칭 소자(SV1)에 연결된 제1 서브 인버터 구동부(SIVD1)와, 제2 스위칭 소자(SV2)를 턴온 또는 턴오프하기 위해 제2 스위칭 소자(SV2)에 연결된 제2 서브 인버터 구동부(SIVD2)를 포함한다. 따라서, 비교기(239)는 제1 및 제2 서브 인버터 구동부(SIVD1, SIVD2)를 모두 턴오프할 수 있다.

또한 인버터 구동부(IVD)가 턴오프되면, 인버터 구동부(IVD)에 의해 구동되는 인버터부(IV) 역시 턴오프될 수 있다.

참고로 인버터 구동부(IVD)의 턴오프(S200) 및 제1 분석 결과 제공(S250)은 동시에 또는 약간의 시차를 두고 진행될 수 있다.

반면에, 제1 분석 결과가, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전압의 크기가 미리 설정된 과전압 크기 미만임을 가리키는 경우(S160), 다시 제1 반도체 스위치(S1)에 흐르는 전류(I1)를 분석한다(S100).

구체적으로, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전압의 크기가 미리 설정된 과전압 크기 미만인 경우, 제1 반도체 스위치(S1)가 턴오프되더라도 스위치 스트레스가 크게 발생하지 않는바, 전압 스파이크 또한 발생하지 않을 수 있다.

다만, 만일의 사태를 대비하여, 과전류 보호부(230)는 다시 제1 반도체 스위치(S1)에 흐르는 전류(I1)를 분석함으로써 지속적으로 제1 반도체 스위치(S1)의 과전류 발생 여부를 관찰할 수 있다.

참고로, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 동시에 전류가 흐르고 있는 경우, 과전류 보호부(230)는 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2) 둘다에 흐르는 전류를 동시에 분석할 수도 있고, 각각의 전류를 순차적으로 분석할 수도 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 동시에 전류가 흐르고 있는 상태에서 제1 분석 결과가, RC 필터(236)로부터 제공받은 노이즈가 제거된 전압의 크기가 미리 설정된 과전압 크기 미만임을 가리키는 경우, 과전류 보호부(230)는 제1 반도체 스위치(S1)가 아닌 제2 반도체 스위치(S2)에 흐르는 전류(I2)를 분석할 수도 있다. 또는 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)에 흐르는 전류를 동시에 분석할 수도 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 과전류 보호부(230)가 다시 제1 반도체 스위치(S1)에 흐르는 전류를 분석하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

한편, 비교기(239)가 인버터 구동부(IVD)를 턴오프하고(S200), 제1 분석 결과를 제어부(250)에 제공한 경우(S250), 펄스 신호 및 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프한다(S300).

구체적으로, 제어부(250)는 비교기(239)로부터 제1 분석 결과를 제공받을 수 있고, 제공받은 제1 분석 결과를 토대로 인버터 구동부(IVD)에 제공하는 펄스 신호 및 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)를 턴오프할 수 있다.

여기에서, 인버터 구동부(IVD)는 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 서브 인버터 구동부(SIVD1, SIVD2)를 포함하는바, 제어부(250)는 제1 및 제2 서브 인버터 구동부(SIVD1, SIVD2)에 각각 제공하는 펄스 신호를 모두 턴오프할 수 있다.

또한, 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)가 턴오프되면, 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)에 의해 구동되는 제1 반도체 스위치(S1) 역시 턴오프될 수 있다.

이와 같이, 제1 반도체 스위치(S1)에 과전류가 흐르는 경우, 비교기(239)가 먼저 인버터 구동부(IVD)를 턴오프하여 인버터부(IV)의 구동을 중단시키는바, 제1 반도체 스위치(S1)로 제공되던 과전류의 공급이 중단될 수 있다. 이에 따라, 제어부(250)가 이 후 인버터 구동부(IVD)에 제공하는 펄스 신호 및 제1 반도체 스위치 구동부(SD1)를 턴오프하더라도 제1 반도체 스위치(S1)에 인가되는 스위치 스트레스가 저감되는바, 발열량 증가에 따른 손상 또는 전압 스파이크가 방지될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 반도체 스위치 및 제어부를 통해 복수개의 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 복수개의 워킹 코일에 대한 독립적인 출력 제어가 가능하다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 펄스 신호 및 반도체 스위치 구동부를 턴오프하기 전에 항상 인버터 구동부를 먼저 턴오프함으로써 프리휠링 다이오드 없이도 스위치 스트레스 저감이 가능하다. 나아가, 스위치 스트레스 저감을 통해 반도체 스위치의 발열량 저감 및 전압 스파이크 발생 방지도 가능하고, 이를 통해 제품 수명 및 신뢰도 개선이 가능하다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 릴레이 대신 반도체 스위치를 이용하여 워킹 코일에 대한 출력 제어 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 프리휠링 다이오드를 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.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

100: 전원부 150: 정류부
200: 직류 링크 커패시터 230: 과전류 보호부
250: 제어부 350: 입력 인터페이스

Claims (16)

1. 병렬 연결된 제1 및 제2 워킹 코일을 포함하는 워킹 코일부;
   스위칭 동작을 수행하여 상기 제1 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하는 인버터부;
   상기 인버터부의 상기 스위칭 동작을 제어하기 위해 상기 인버터부에 연결된 인버터 구동부;
   상기 제1 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치;
   상기 제1 반도체 스위치의 구동을 제어하기 위해 상기 제1 반도체 스위치에 연결된 제1 반도체 스위치 구동부;
   상기 제1 반도체 스위치에 연결되고, 상기 제1 반도체 스위치에 흐르는 전류를 분석하여 제1 분석 결과를 생성하며, 상기 제1 분석 결과를 토대로 상기 인버터 구동부의 턴오프 여부를 결정하는 과전류 보호부; 및
   상기 과전류 보호부로부터 상기 제1 분석 결과를 제공받고, 상기 제공받은 제1 분석 결과를 토대로 상기 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호의 턴오프 여부와 상기 제1 반도체 스위치 구동부의 턴오프 여부를 결정하는 제어부를 포함하는
   유도 가열 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 분석 결과가 상기 제1 반도체 스위치에 흐르는 전류의 크기가 미리 설정된 과전류 크기 이상임을 가리키는 경우,
   상기 과전류 보호부는 상기 인버터 구동부를 턴오프하고,
   상기 제어부는 상기 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호 및 상기 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프하는
   유도 가열 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 과전류 보호부가 상기 인버터 구동부를 턴오프한 후 상기 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호 및 상기 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프하는
   유도 가열 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 과전류 보호부는,
   상기 제1 워킹 코일과 상기 제1 반도체 스위치 사이에 흐르는 전류의 크기를 변환하는 제1 변류기와,
   상기 제1 변류기로부터 상기 크기가 변환된 전류를 제공받고, 상기 제공받은 전류를 정류하는 정류기와,
   상기 정류기로부터 상기 정류된 전류를 제공받고, 상기 제공받은 전류의 노이즈를 제거하는 RC 필터와,
   상기 RC 필터로부터 상기 노이즈가 제거된 전류를 제공받고, 상기 제공받은 전류의 크기를 미리 설정된 과전류 크기와 비교하여 상기 제1 분석 결과를 생성하고, 상기 제1 분석 결과를 토대로 상기 인버터 구동부의 턴오프 여부를 결정하고, 상기 제1 분석 결과를 상기 제어부에 제공하는 비교기를 포함하는
   유도 가열 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 분석 결과가 상기 RC 필터로부터 제공받은 상기 노이즈가 제거된 전류의 크기가 상기 미리 설정된 과전류 크기 이상임을 가리키는 경우,
   상기 비교기는 상기 인버터 구동부를 턴오프하고,
   상기 제어부는 상기 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호 및 상기 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프하는
   유도 가열 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 비교기가 상기 인버터 구동부를 턴오프한 후 상기 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호 및 상기 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프하는
   유도 가열 장치.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 제1 변류기는,
   상기 제1 워킹 코일과 상기 제1 반도체 스위치 사이에 연결된 1차 코일과,
   상기 정류기에 연결된 2차 코일을 포함하는
   유도 가열 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 과전류 보호부는,
   상기 제1 반도체 스위치와 접지 사이에 연결된 제1 션트 저항과,
   상기 제1 션트 저항에 인가된 전압을 정류하는 정류기와,
   상기 정류기로부터 상기 정류된 전압을 제공받고, 상기 제공받은 전압의 노이즈를 제거하는 RC 필터와,
   상기 RC 필터로부터 상기 노이즈가 제거된 전압을 제공받고, 상기 제공받은 전압의 크기를 미리 설정된 과전압 크기와 비교하여 상기 제1 분석 결과를 생성하고, 상기 제1 분석 결과를 토대로 상기 인버터 구동부의 턴오프 여부를 결정하고, 상기 제1 분석 결과를 상기 제어부에 제공하는 비교기를 포함하는
   유도 가열 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 분석 결과가 상기 RC 필터로부터 제공받은 상기 노이즈가 제거된 전압의 크기가 상기 미리 설정된 과전압 크기 이상임을 가리키는 경우,
   상기 비교기는 상기 인버터 구동부를 턴오프하고,
   상기 제어부는 상기 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호 및 상기 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프하는
   유도 가열 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비교기가 상기 인버터 구동부를 턴오프한 후 상기 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호 및 상기 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프하는
    유도 가열 장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 인버터부는,
    상기 스위칭 동작을 수행하는 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 인버터 구동부는,
    상기 제1 스위칭 소자를 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제1 스위칭 소자에 연결된 제1 서브 인버터 구동부와, 상기 제2 스위칭 소자를 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제2 스위칭 소자에 연결된 제2 서브 인버터 구동부를 포함하는
    유도 가열 장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 분석 결과가 상기 제1 반도체 스위치에 흐르는 전류의 크기가 미리 설정된 과전류 크기 이상임을 가리키는 경우,
    상기 비교기는 상기 제1 및 제2 서브 인버터 구동부를 턴오프하고,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 서브 인버터 구동부에 각각 제공하는 펄스 신호와 상기 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프하는
    유도 가열 장치.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전류 보호부가 상기 제1 및 제2 서브 인버터 구동부를 턴오프한 후 상기 제1 및 제2 서브 인버터 구동부에 각각 제공하는 펄스 신호와 상기 제1 반도체 스위치 구동부를 턴오프하는
    유도 가열 장치.
    
14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제2 워킹 코일에 연결된 제2 반도체 스위치; 및
    상기 제2 반도체 스위치의 구동을 제어하기 위해 상기 제2 반도체 스위치에 연결된 제2 반도체 스위치 구동부를 더 포함하는
    유도 가열 장치.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 과전류 보호부는 상기 제2 반도체 스위치에 연결되고, 상기 제2 반도체 스위치에 흐르는 전류를 분석하여 제2 분석 결과를 생성하며, 상기 제2 분석 결과를 토대로 상기 인버터 구동부의 턴오프 여부를 결정하고,
    상기 제어부는 상기 과전류 보호부로부터 상기 제2 분석 결과를 제공받고, 상기 제공받은 제2 분석 결과를 토대로 상기 인버터 구동부에 제공하는 펄스 신호의 턴오프 여부와 상기 제2 반도체 스위치 구동부의 턴오프 여부를 결정하는
    유도 가열 장치.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반도체 스위치 둘다에 전류가 흐르는 경우,
    상기 과전류 보호부는 상기 제1 및 제2 분석 결과를 동시에 또는 순차적으로 생성하고,
    상기 제어부는 상기 과전류 보호부로부터 상기 제1 및 제2 분석 결과를 동시에 또는 순차적으로 제공받는
    유도 가열 장치.
    

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