KR20210014375A - 유도 가열 장치 - Google Patents

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KR20210014375A
KR20210014375A KR1020190092366A KR20190092366A KR20210014375A KR 20210014375 A KR20210014375 A KR 20210014375A KR 1020190092366 A KR1020190092366 A KR 1020190092366A KR 20190092366 A KR20190092366 A KR 20190092366A KR 20210014375 A KR20210014375 A KR 20210014375A
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김한나
강계룡
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 전원으로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 정류된 전압을 출력하는 정류 회로, 상기 정류된 전압을 평활화하여 직류 링크 전압을 출력하는 직류 링크 캐패시터, 다수의 스위칭 소자를 포함하며 상기 직류 링크 전압을 워킹 코일의 구동을 위한 교류 전압으로 변환하는 인버터 회로, 상기 평활화 회로 및 상기 인버터 회로 사이에 배치되는 방전용 스위칭 소자, 가열 명령에 따라서 상기 인버터 회로를 구동시키는 메인 제어 회로를 포함하고, 상기 메인 제어 회로는 상기 워킹 코일에 대한 가열 명령이 입력되면 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 온시켜 상기 직류 링크 캐패시터에 충전된 전압을 방전시킨 후 상기 인버터 회로를 구동시킨다.

Description

유도 가열 장치{INDUCTION HEATING DEVICE}
본 발명은 구동 시 발생하는 소음을 줄일 수 있는 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 전기 에너지를 이용하여 조리 용기를 가열하는 장치가 사용된다.
전기 에너지를 이용하여 용기를 가열하는 방식은 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 분류된다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류가 흐를 때 발생하는 열 에너지가 용기에 전달됨으로써 용기가 가열되는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 워킹 코일에 전기 에너지가 공급될 때 워킹 코일 주변에 발생하는 자계에 의하여 용기에 발생하는 와전류(eddy current)에 의해서 용기가 가열되는 방식이다.
유도 가열 장치는 하나 이상의 워킹 코일을 포함하며 전술한 유도 가열 방식으로 용기를 가열하는 장치이다. 도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 장치의 회로 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 유도 가열 장치는 정류 회로(104), 평활화 회로(L, C1), 인버터 회로(106), 워킹 코일(108), 메인 제어 회로(110), 인버터 제어 회로(112)를 포함한다.
정류 회로(104)는 입력 전원(102)으로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 맥동 파형을 갖는 전압을 출력한다.
평활화 회로(L, C1)는 정류 회로(104)에 의해서 정류된 전압을 평활화하여 직류 링크 전압을 출력한다. 평활화 회로(L, C1)는 인덕터(L) 및 직류 링크 캐패시터(C1)를 포함한다.
인버터 회로(106)는 평활화 회로(L, C1)로부터 출력되는 직류 링크 전압을 워킹 코일(108)의 구동을 위한 교류 전압으로 변환한다. 인버터 회로(106)는 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3), 제1 스위칭 소자(120), 제2 스위칭 소자(122)를 포함한다.
인버터 회로(106)에 포함되는 제1 스위칭 소자(120) 및 제2 스위칭 소자(122)는 인버터 제어 회로(112)로부터 출력되는 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)에 의해서 교번적으로 턴 온/턴 오프된다. 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)는 각각 미리 정해진 듀티 비(duty ratio)를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호이다. 제1 스위칭 소자(120) 및 제2 스위칭 소자(122)에 각각 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)가 인가되면 제1 스위칭 소자(120) 및 제2 스위칭 소자(122)가 교번적으로 턴 온/턴 오프되면서 직류 링크 전압이 교류 전압으로 변환된다.
인버터 회로(106)로부터 출력되는 교류 전압은 워킹 코일(108)에 인가된다. 교류 전압이 인가되면 워킹 코일(108)이 구동된다. 워킹 코일(108)이 구동되면 워킹 코일(108)의 상부에 놓인 용기에 와전류가 흐르면서 용기가 가열된다. 워킹 코일(108)이 구동될 때 워킹 코일(108)에 의하여 발생하는 전력의 크기, 즉 워킹 코일의 출력 전력값에 따라서 용기에 공급되는 열 에너지의 크기가 달라진다.
메인 제어 회로(110)는 인버터 회로(106)의 구동 주파수를 결정하고, 결정된 구동 주파수에 대응되는 제어 신호를 인버터 제어 회로(112)에 공급한다. 이에 따라서 인버터 제어 회로(112)는 메인 제어 회로(110)에 의해서 결정된 구동 주파수에 대응되는 듀티 비를 갖는 인버터 구동 신호(S1 ,S2)를 출력한다.
사용자가 유도 가열 장치의 인터페이스를 조작하여 유도 가열 장치를 전원 온(On) 상태로 변경하면, 입력 전원(102)으로부터 유도 가열 장치에 전력이 공급되면서 유도 가열 장치는 구동 대기 상태가 된다. 이어서 사용자는 유도 가열 장치의 워킹 코일(108) 상부에 용기를 올려 놓고 용기에 대한 가열 레벨을 설정함으로써 워킹 코일(108)에 대한 가열 명령을 내린다. 사용자가 가열 명령을 내리면, 사용자가 설정한 가열 레벨에 따라서 워킹 코일(108)에 요구되는 출력 전력값, 즉 요구 전력값이 결정된다.
사용자에 의한 가열 명령을 수신한 메인 제어 회로(110)는 요구 전력값에 대응되는 구동 주파수를 설정하고, 설정된 구동 주파수에 대응되는 제어 신호를 인버터 제어 회로(112)에 공급한다. 이에 따라서 인버터 제어 회로(112)로부터 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)가 출력되면서 워킹 코일(108)이 구동된다. 워킹 코일(108)의 구동에 의해서 사용자가 올려 놓은 용기가 가열된다.
종래 기술에 따르면, 유도 가열 장치가 구동 대기 상태가 되면, 입력 전원(102)으로부터 교류 전력이 공급되면서 직류 링크 캐패시터(C1), 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3)에 각각 전압이 충전된다. 예컨대 입력 전원(102)에 의하여 220V의 교류 전력이 공급될 경우, 구동 대기 상태에서 유도 가열 장치의 직류 링크 캐패시터(C1)에는 약 310V의 전압이, 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3)에는 약 150V의 전압이 각각 충전된다.
이처럼 직류 링크 캐패시터(C1), 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3)에 각각 전압이 충전된 상태에서 사용자가 워킹 코일(108)에 대한 가열 명령을 내리면, 메인 제어 회로(110)에 의해서 인버터 회로(106)가 구동된다. 인버터 회로(106)의 구동이 시작되면, 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3)에 충전된 전압과 함께 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 높은 전압으로 인하여 워킹 코일(108)에 순간적으로 매우 높은 전류가 공급된다. 워킹 코일(108)에 순간적으로 매우 높은 전류가 공급되면서 워킹 코일(108)에 소음이 발생한다.
한편, 종래 기술에 따르면 유도 가열 장치는 워킹 코일(108) 상부에 가열 가능한 용기가 존재하는지 여부를 자동으로 감지하는 자동 용기 감지 기능을 가질 수 있다. 자동으로 용기를 감지하기 위하여, 구동 대기 상태에서 워킹 코일(108)에는 주기적으로 용기 감지를 위한 전류가 공급된다. 이처럼 워킹 코일(108)에 전류가 공급될 때마다, 전술한 직류 링크 캐패시터(C1), 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3)에 충전된 전압으로 인하여 워킹 코일(108)에 순간적으로 높은 전류가 공급되면서 워킹 코일(108)에 소음이 발생한다.
이처럼 종래 기술에 따른 유도 가열 장치는 구동 대기 상태에서 사용자의 가열 명령이 입력될 때 또는 자동 감지 기능이 수행될 때 워킹 코일에 소음이 발생한다. 이러한 소음으로 인하여 사용자가 유도 가열 장치를 사용하는데 불편함을 느끼는 문제가 있다.
본 발명은 구동 대기 상태에서 사용자의 가열 명령이 입력될 때 또는 자동 감지 기능이 수행될 때 워킹 코일에 발생하는 소음이 감소되는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 전원으로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 정류된 전압을 출력하는 정류 회로, 상기 정류된 전압을 평활화하여 직류 링크 전압을 출력하는 직류 링크 캐패시터, 다수의 스위칭 소자를 포함하며 상기 직류 링크 전압을 워킹 코일의 구동을 위한 교류 전압으로 변환하는 인버터 회로, 상기 평활화 회로 및 상기 인버터 회로 사이에 배치되는 방전용 스위칭 소자, 가열 명령에 따라서 상기 인버터 회로를 구동시키는 메인 제어 회로를 포함하고, 상기 메인 제어 회로는 상기 워킹 코일에 대한 가열 명령이 입력되면 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 온시켜 상기 직류 링크 캐패시터에 충전된 전압을 방전시킨 후 상기 인버터 회로를 구동시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 메인 제어 회로는 상기 워킹 코일에 대한 가열 명령이 입력되면 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 온시켜 상기 직류 링크 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키고, 상기 직류 링크 전압의 크기가 미리 정해진 기준 전압값 이하가 되면 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 오프시키고 상기 인버터 회로를 구동시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 메인 제어 회로는 상기 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위 이내일 때 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 온시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 상기 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위를 벗어난 상태에서 상기 방전용 스위칭 소자가 턴 온될 때 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 오프시키기 위한 보호 회로를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 보호 회로는, 상기 직류 링크 캐패시터 및 상기 방전용 스위칭 소자 사이에 연결되는 션트 저항, 상기 션트 저항을 통해 흐르는 방전 전류의 크기 및 미리 정해진 기준 전류값의 차이에 따라서 턴 오프 신호를 출력하는 비교기, 상기 방전용 스위칭 소자의 신호 입력 단자 및 접지 단자 사이에 연결되며 상기 턴 오프 신호가 입력되면 턴 오프되는 보호용 스위칭 소자를 더 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 방전 전류의 크기가 상기 기준 전류값을 초과하면 상기 비교기로부터 출력되는 상기 턴 오프 신호가 상기 보호용 스위칭 소자의 신호 입력 단자에 입력되어 상기 보호용 스위칭 소자가 턴 오프된다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보호용 스위칭 소자가 턴 오프되면 상기 방전용 스위칭 소자의 신호 입력 단자로 턴 온 신호가 입력되지 않아 상기 방전용 스위칭 소자가 턴 오프된다.
본 발명에 따르면 유도 가열 장치의 구동 대기 상태에서 사용자의 가열 명령이 입력될 때 또는 자동 감지 기능이 수행될 때 워킹 코일에 발생하는 소음이 감소되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 장치의 회로 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 회로 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 방전용 스위칭 소자가 턴 온될 때 전류의 흐름을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 입력 전원에 의해서 공급되는 입력 전압의 파형을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 회로 구성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는 정류 회로(204), 평활화 회로(L, C1), 방전용 스위칭 소자(230), 인버터 회로(206), 워킹 코일(208), 메인 제어 회로(210), 인버터 제어 회로(212)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치와 입력 전원(202)이 전기적으로 연결된 상태에서, 사용자는 유도 가열 장치에 구비된 인터페이스를 조작하여 유도 가열 장치를 전원 온(Power On) 상태로 변경할 수 있다. 유도 가열 장치가 전원 온 상태가 되면, 입력 전원(202)으로부터 유도 가열 장치에 전력이 공급되면서 유도 가열 장치는 구동 대기 상태가 된다. 본 발명에서 구동 대기 상태는 사용자가 유도 가열 장치의 인터페이스를 통해 가열 레벨을 설정하면 용기에 대한 가열 동작이 곧바로 시작될 수 있는 상태를 의미한다.
정류 회로(204)는 입력 전원(202)으로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 맥동 파형을 갖는 전압을 출력한다.
평활화 회로(L, C1)는 정류 회로(204)에 의해서 정류된 전압을 평활화하여 직류 링크 전압을 출력한다. 평활화 회로(L, C1)는 인덕터(L) 및 직류 링크 캐패시터(C1)를 포함한다.
평활화 회로(L, C1)와 인버터 회로(206)의 사이에는 방전용 스위칭 소자(230)가 배치된다. 방전용 스위칭 소자(230)는 일단(예컨대, 소스 단자)이 접지 단자와 연결된다. 또한 방전용 스위칭 소자(230)의 신호 입력 단자(예컨대, 게이트 단자)에는 메인 제어 회로(210)로부터 출력되는 턴 온 신호가 입력될 수 있다.
메인 제어 회로(210)로부터 턴 온 신호가 입력되지 않으면, 방전용 스위칭 소자(230)는 턴 오프 상태로 유지된다. 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 오프 상태로 유지되면 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 인버터 회로(206)로 공급될 수 있다.
메인 제어 회로(210)로부터 턴 온 신호가 입력되면, 방전용 스위칭 소자(230)는 턴 온된다. 이에 따라서 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압에 의해서 방전용 스위칭 소자(230)를 통해 전류가 흐르게 되고, 인버터 회로(206)에는 전압이 공급되지 않는다.
인버터 회로(206)는 평활화 회로(L, C1)로부터 출력되는 직류 링크 전압을 워킹 코일(208)의 구동을 위한 교류 전압으로 변환한다. 인버터 회로(206)는 제1 캐패시터(C2), 제2 캐패시터(C3), 제1 스위칭 소자(220), 제2 스위칭 소자(222)를 포함한다.
인버터 회로(206)에 포함되는 제1 스위칭 소자(220) 및 제2 스위칭 소자(222)는 인버터 제어 회로(212)로부터 출력되는 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)에 의해서 교번적으로 턴 온/턴 오프된다. 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)는 각각 미리 정해진 듀티 비를 갖는 PWM 신호이다. 제1 스위칭 소자(220) 및 제2 스위칭 소자(222)에 각각 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)가 인가되면 제1 스위칭 소자(220) 및 제2 스위칭 소자(222)가 교번적으로 턴 온/턴 오프되면서 직류 링크 전압이 교류 전압으로 변환된다.
인버터 회로(206)로부터 출력되는 교류 전압은 워킹 코일(208)에 인가된다. 교류 전압이 인가되면 워킹 코일(208)이 구동된다. 워킹 코일(208)이 구동되면 워킹 코일(208)의 상부에 놓인 용기에 와전류가 흐르면서 용기가 가열된다. 워킹 코일(208)이 구동될 때 워킹 코일(208)에 의하여 발생하는 전력의 크기, 즉 워킹 코일의 출력 전력값에 따라서 용기에 공급되는 열 에너지의 크기가 달라진다.
메인 제어 회로(210)는 인버터 회로(206)의 구동 주파수를 결정하고, 결정된 구동 주파수에 대응되는 제어 신호를 인버터 제어 회로(212)에 공급한다. 이에 따라서 인버터 제어 회로(212)는 메인 제어 회로(210)에 의해서 결정된 구동 주파수에 대응되는 듀티 비를 갖는 인버터 구동 신호(S1 ,S2)를 출력한다.
사용자는 유도 가열 장치의 워킹 코일(208) 상부에 용기를 올려 놓고 용기에 대한 가열 레벨을 설정함으로써 워킹 코일(208)에 대한 가열 명령을 내린다. 사용자가 가열 명령을 내리면, 사용자가 설정한 가열 레벨에 따라서 워킹 코일(208)에 요구되는 출력 전력값, 즉 요구 전력값이 결정된다. 예를 들어 사용자가 가열 레벨을 5로 설정한 경우, 워킹 코일(208)의 요구 전력값은 가열 레벨 5에 대응되는 전력값인 4kW로 결정된다.
사용자에 의한 가열 명령을 수신한 메인 제어 회로(210)는 곧바로 인버터 회로(206)를 구동시키지 않고 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시켜 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압을 방전시킨 후, 인버터 회로(206)를 구동시킨다.
보다 구체적으로, 구동 대기 상태에서 사용자에 의하여 워킹 코일(208)에 대한 가열 명령이 입력되면, 메인 제어 회로(210)는 방전용 스위칭 소자(230)의 신호 입력 단자에 턴 온 신호를 입력한다. 이에 따라서 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 방전용 스위칭 소자가 턴 온될 때 전류의 흐름을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온 되면, 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압에 의해서 방전용 스위칭 소자(230)를 거쳐 접지 단자로 향하는 전류 흐름(32)이 형성된다. 이처럼 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온 상태로 유지되는 동안 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 방전될 수 있다.
한편, 메인 제어 회로(210)는 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온 상태로 유지되는 동안 전압 감지 센서(214)를 통해서 측정되는 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값을 획득하고, 획득된 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값을 미리 정해진 기준 전압값(예컨대, 100V)과 비교한다.
직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값과 기준 전압값의 비교 결과 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값이 기준 전압값을 초과하면 메인 제어 회로(210)는 계속해서 턴 온 신호를 출력하여 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온 상태로 유지시킨다. 즉, 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값이 기준 전압값을 초과하는 동안에는 방전용 스위칭 소자(230)를 통해서 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 계속 방전된다.
또한 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값과 기준 전압값의 비교 결과 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값이 기준 전압값 이하이면, 메인 제어 회로(210)는 턴 온 신호의 출력을 중단한다. 즉, 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값이 기준 전압값 이하로 낮아지면 방전용 스위칭 소자(230)에 의한 방전이 중단된다.
전술한 방전용 스위칭 소자(230)의 제어를 통해서 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 기준 전압값 이하로 방전되면, 메인 제어 회로(210)는 사용자의 가열 명령에 따라서 인버터 회로(206)를 구동시킨다. 보다 구체적으로, 메인 제어 회로(210)는 워킹 코일(208)의 출력 전력값이 요구 전력값(예컨대, 4kW)에 도달할 때까지, 인버터 회로(206)의 구동 주파수를 변경시키면서 인버터 제어 회로(212)에 제어 신호를 공급한다. 워킹 코일(208)의 출력 전력값이 요구 전력값에 도달하면, 인버터 회로(206)의 구동 주파수가 고정된다.
인버터 회로(206)로부터 출력되는 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)가 제1 스위칭 소자(220) 및 제2 스위칭 소자(222)에 각각 입력되면 제1 스위칭 소자(220) 및 제2 스위칭 소자(222)가 서로 교번적으로 턴 온/턴 오프되면서 워킹 코일(208)에 교류 전압이 공급된다. 이에 따라서 워킹 코일(208)이 구동되어 용기가 가열된다.
이처럼 본 발명에 따른 유도 가열 장치에서는 사용자의 가열 명령이 입력되면 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 기준 전압값 이하로 방전된 이후에 인버터 회로(206)가 구동된다. 이에 따라서 워킹 코일(208)의 구동이 시작될 때 워킹 코일(208)로 공급되는 전류의 크기가 줄어들게 되므로, 워킹 코일(208)의 구동이 시작될 때 발생하던 소음이 감소한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 입력 전원에 의해서 공급되는 입력 전압의 파형을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유도 가열 장치에서는 구동 대기 상태에서 사용자의 가열 명령이 입력되면 메인 제어 회로(210)에 의해서 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온되어 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 방전된다. 그런데 유도 가열 장치가 구동 대기 상태일 때에는 입력 전원(202)으로부터 계속해서 교류 입력 전압이 공급된다. 도 4에는 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압의 파형이 나타나 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 교류 입력 전압은 시간의 변화에 따라서 정현파 형태로 공급된다.
그런데 전술한 바와 같이 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온되면 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압뿐만 아니라 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압에 의한 전류 또한 방전용 스위칭 소자(230)를 통해서 흐르게 된다. 따라서, 메인 제어 회로(210)가 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시키는 시점에 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압의 크기가 고려되지 않으면 방전용 스위칭 소자(230)에 지나치게 큰 전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 방전용 스위칭 소자(230)가 소손될 가능성이 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 메인 제어 회로(210)는 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위 이내일 때, 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시킨다.
보다 구체적으로, 유도 가열 장치가 구동 대기 상태일 때 메인 제어 회로(210)는 전압 감지 센서(214)를 통해서 교류 입력 전압의 크기를 획득한다. 사용자의 가열 명령이 입력되면, 메인 제어 회로(210)는 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위, 예컨대 도 4에 도시된 V1(예컨대, 2V) 에서 V2(예컨대, -2V) 이내의 값일 때에만 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시킨다.
여기서 기준 범위의 경계값인 V1 및 V2는 실시예에 따라서 다르게 설정될 수 있다. 또한 일 실시예에서, V1 및 V2가 모두 0으로 설정될 수 있는데, 이는 메인 제어 회로(210)가 교류 입력 전압의 크기가 0일 때에만 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시킴을 의미한다.
이처럼 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위 이내일 때에만 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온됨으로써 방전용 스위칭 소자(230)의 소손이 방지될 수 있다.
전술한 바와 같이 메인 제어 회로(210)는 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위 이내일 때에만 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시킬 수 있다. 그러나 전압 감지 센서(214)의 이상이 발생하거나, 전압 감지 센서(214)와 메인 제어 회로(210)의 사이의 신호 전달 과정에 노이즈가 발생하거나, 입력 전원(202)으로부터의 전압 공급이 불안정해지면, 메인 제어 회로(210)가 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압의 크기를 정확하게 감지할 수 없다.
이처럼 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압의 크기가 기준 범위를 벗어난 상태에서 메인 제어 회로(210)에 의해 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온되면, 방전용 스위칭 소자(230)가 소손될 가능성이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위를 벗어난 상태에서 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온될 때 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 오프시키기 위한 보호 회로(216)를 더 포함할 수 있다. (도 2 및 도 3 참조)
도 2 및 도 3을 참조하면, 보호 회로(216)는 비교기(224) 및 보호용 스위칭 소자(226)를 포함한다.
비교기(224)의 (+)단자는 방전용 스위칭 소자(230)의 일단(예컨대, 소스 단자) 및 션트 저항(R2)과 연결된다. 이에 따라서 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온될 때 방전용 스위칭 소자(230)를 거쳐 션트 저항(R2)을 통해 흐르는 방전 전류가 비교기(224)의 (+)단자로 입력된다.
또한 비교기(224)의 (-)단자는 미리 정해진 크기의 기준 전압을 공급하는 기준 전원(VR)과 연결된다. 이에 따라서 비교기(224)의 (-)단자에는 미리 정해진 크기, 즉 기준 전류값(예컨대, 3A)과 동일한 크기를 갖는 전류가 입력된다.
비교기(224)는 (+)단자로 입력되는 전류, 즉 방전 전류의 크기와 기준 전류값의 차이에 따라서 턴 오프 신호를 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 비교기(224)는 방전 전류의 크기가 기준 전류값 이하이면 아무런 신호도 출력하지 않는다. 그러나 비교기(224)는 방전 전류의 크기가 기준 전류값을 초과하면 턴 오프 신호를 출력한다.
비교기(224)의 출력단은 보호용 스위칭 소자(226)의 신호 입력 단자(예컨대, 게이트 단자)와 연결된다. 도 2에 도시된 바와 같이 보호용 스위칭 소자(226)의 일단(예컨대, 드레인 단자)은 방전용 스위칭 소자(230)의 신호 입력 단자(예컨대, 게이트 단자)와 연결되고, 타단(예컨대, 소스 단자)은 접지 단자와 연결된다.
보호용 스위칭 소자(226)는 비교기(224)로부터 턴 오프 신호가 입력되지 않으면 턴 온 상태를 유지하고, 비교기(224)로부터 턴 오프 신호가 입력되면 턴 오프된다.
만약 교류 입력 전압의 크기가 기준 범위 이내일 때 메인 제어 회로(210)가 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시킨다면, 션트 저항(R2)을 통해 흐르는 방전 전류의 크기는 비교기(224)의 (-)단자로 입력되는 기준 전류의 크기(기준 전류값) 이하로 유지된다. 이에 따라서 비교기(224)는 턴 오프 신호를 출력하지 않고, 보호용 스위칭 소자(226)는 턴 온 상태로 유지된다. 보호용 스위칭 소자(226)가 턴 온 상태로 유지됨으로써 메인 제어 회로(210)로부터 접지 단자 방향으로의 전류 흐름(32)이 형성된다. 이 전류 흐름(32)으로 인해 메인 제어 회로(210)로부터 출력되는 턴 온 신호가 방전용 스위칭 소자(230)에 공급될 수 있다.
그러나 교류 입력 전압의 크기가 기준 범위를 벗어난 상태에서 메인 제어 회로(210)가 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시킨다면, 션트 저항(R2)을 통해 흐르는 방전 전류의 크기는 비교기(224)의 (-)단자로 입력되는 기준 전류의 크기(기준 전류값)를 초과한다. 이에 따라서 비교기(224)는 턴 오프 신호를 출력하고, 보호용 스위칭 소자(226)는 턴 오프된다. 보호용 스위칭 소자(226)가 턴 오프됨으로써 메인 제어 회로(210)로부터 출력되는 턴 온 신호의 공급이 차단된다. 이로 인해 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 오프되므로, 교류 입력 전압으로 인한 방전용 스위칭 소자(230)의 소손이 방지될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치와 입력 전원(202)이 전기적으로 연결된 상태에서, 사용자는 유도 가열 장치에 구비된 인터페이스를 조작하여 유도 가열 장치를 전원 온(On) 상태로 변경한다(502). 예를 들어 유도 가열 장치의 전원 코드가 콘센트에 연결된 상태에서, 사용자는 유도 가열 장치의 상판부에 배치되는 "전원(POWER)" 버튼을 터치하여 유도 가열 장치를 전원 온(On) 상태로 변경할 수 있다.
유도 가열 장치가 전원 온 상태로 변경되면, 유도 가열 장치에는 입력 전원(202)으로부터 전력이 공급된다. 이에 따라서 직류 링크 캐패시터(C1)에 전압이 충전된다.
유도 가열 장치가 전원 온 상태로 유지될 때, 사용자는 워킹 코일(208) 상부에 용기를 올려 놓은 후 유도 가열 장치에 구비된 인터페이스를 조작하여 워킹 코일(208)에 대한 가열 레벨을 설정할 수 있다. 사용자가 워킹 코일(208)에 대한 가열 레벨을 설정함으로써 워킹 코일(208)에 대한 가열 명령이 생성된다. 이 가열 명령은 메인 제어 회로(210)로 입력된다(504).
가열 명령이 입력되면, 메인 제어 회로(210)는 곧바로 인버터 회로(206)를 구동시키는 대신에 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온시킨다(506). 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온되면 도 3에 도시된 바와 같은 전류 흐름(30)이 형성되어 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 방전된다.
한편, 도 5에는 도시되지 않았으나 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온되어 방전 전류가 흐르기 시작하면 션트 저항(R2)을 통해 흐르는 방전 전류가 보호 회로(216)에 포함되는 비교기(224)로 입력된다.
션트 저항(R2)을 통해 흐르는 방전 전류의 크기가 미리 정해진 기준 전류값 이하로 유지되면 비교기(224)로부터 턴 오프 신호가 출력되지 않으므로 보호 회로(216)에 포함되는 보호용 스위칭 소자(226)는 턴 온 상태로 유지된다. 이에 따라서 메인 제어 회로(210)는 계속해서 턴 온 신호를 방전용 스위칭 소자(230)에 공급하고, 방전용 스위칭 소자(230)는 턴 온 상태로 유지된다.
그러나 션트 저항(R2)을 통해 흐르는 방전 전류의 크기가 미리 정해진 기준 전류값을 초과하면 비교기(224)로부터 턴 오프 신호가 출력된다. 턴 오프 신호에 의해서 보호용 스위칭 소자(226)가 턴 오프되면 메인 제어 회로(210)로부터 방전용 스위칭 소자(230)로 턴 온 신호가 공급될 수 없다. 따라서 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 오프되어 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압의 방전이 중단된다.
다시 도 5를 참조하면, 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 온 되어 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 방전되는 동안, 메인 제어 회로(210)는 전압 감지 센서(214)를 통해서 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값을 획득한다. 메인 제어 회로(210)는 획득된 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값을 미리 정해진 기준 전압값과 비교한다(508).
단계(508)의 비교 결과 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값이 기준 전압값을 초과하면, 메인 제어 회로(210)는 계속해서 턴 온 신호를 공급하여 방전용 스위칭 소자(230)를 턴 온 시킨다(506).
단계(508)의 비교 결과 직류 링크 캐패시터(C1)의 전압값이 기준 전압값 이하이면, 메인 제어 회로(210)는 방전용 스위칭 소자(230)에 대한 턴 온 신호의 공급을 중단한다. 이에 따라서 방전용 스위칭 소자(230)가 턴 오프되어(510) 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압의 방전이 중단된다.
방전용 스위칭 소자(230)가 턴 오프된 후, 메인 제어 회로(210)는 사용자가 설정한 가열 레벨에 대응되는 요구 전력값을 기초로 인버터 제어 회로(212)에 제어 신호를 공급한다. 이에 따라서 인버터 제어 회로(212)로부터 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)가 출력되고, 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)에 의해서 제1 스위칭 소자(220) 및 제2 스위칭 소자(222)가 교번적으로 턴 온/턴 오프된다. 이와 같은 제1 스위칭 소자(220) 및 제2 스위칭 소자(222)의 스위칭 동작에 의해서 인버터 회로(206)가 구동된다(512). 인버터 회로(206)가 구동됨에 따라서 사용자의 가열 명령에 대응되는 워킹 코일(208)이 구동되어 용기에 대한 가열이 이루어진다.
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 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (7)

  1. 입력 전원으로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 정류된 전압을 출력하는 정류 회로;
    상기 정류된 전압을 평활화하여 직류 링크 전압을 출력하는 직류 링크 캐패시터;
    다수의 스위칭 소자를 포함하며 상기 직류 링크 전압을 워킹 코일의 구동을 위한 교류 전압으로 변환하는 인버터 회로;
    상기 평활화 회로 및 상기 인버터 회로 사이에 배치되고 일단이 접지 단자와 연결되는 방전용 스위칭 소자; 및
    가열 명령에 따라서 상기 방전용 스위칭 소자의 구동 및 상기 인버터 회로의 구동을 제어하는 메인 제어 회로를 포함하고,
    상기 메인 제어 회로는
    상기 워킹 코일에 대한 가열 명령이 입력되면 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 온시켜 상기 직류 링크 캐패시터에 충전된 전압을 방전시킨 후 상기 인버터 회로를 구동시키는
    유도 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는
    상기 워킹 코일에 대한 가열 명령이 입력되면 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 온시켜 상기 직류 링크 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키고, 상기 직류 링크 전압의 크기가 미리 정해진 기준 전압값 이하가 되면 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 오프시키고 상기 인버터 회로를 구동시키는
    유도 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는
    상기 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위 이내일 때 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 온시키는
    유도 가열 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교류 입력 전압의 크기가 미리 정해진 기준 범위를 벗어난 상태에서 상기 방전용 스위칭 소자가 턴 온될 때 상기 방전용 스위칭 소자를 턴 오프시키기 위한 보호 회로를 더 포함하는
    유도 가열 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보호 회로는
    상기 직류 링크 캐패시터 및 상기 방전용 스위칭 소자 사이에 연결되는 션트 저항;
    상기 션트 저항을 통해 흐르는 방전 전류의 크기 및 미리 정해진 기준 전류값의 차이에 따라서 턴 오프 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 방전용 스위칭 소자의 신호 입력 단자 및 접지 단자 사이에 연결되며 상기 턴 오프 신호가 입력되면 턴 오프되는 보호용 스위칭 소자를 더 포함하는
    유도 가열 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방전 전류의 크기가 상기 기준 전류값을 초과하면 상기 비교기로부터 출력되는 상기 턴 오프 신호가 상기 보호용 스위칭 소자의 신호 입력 단자에 입력되어 상기 보호용 스위칭 소자가 턴 오프되는
    유도 가열 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 보호용 스위칭 소자가 턴 오프되면 상기 방전용 스위칭 소자의 신호 입력 단자로 턴 온 신호가 입력되지 않아 상기 방전용 스위칭 소자가 턴 오프되는
    유도 가열 장치.

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