KR20210015322A - 유도 가열 장치 - Google Patents

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KR20210015322A
KR20210015322A KR1020190094000A KR20190094000A KR20210015322A KR 20210015322 A KR20210015322 A KR 20210015322A KR 1020190094000 A KR1020190094000 A KR 1020190094000A KR 20190094000 A KR20190094000 A KR 20190094000A KR 20210015322 A KR20210015322 A KR 20210015322A
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induction heating
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KR1020190094000A
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강계룡
김한나
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엘지전자 주식회사
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    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 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 입력 전원 및 상기 정류 회로 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제2 스위치 및 상기 제2 스위치와 직렬로 연결되는 보조 저항을 포함하는 스위치 회로, 가열 시작 명령 또는 가열 종료 명령에 따라서 상기 스위치 회로의 상태 및 상기 인버터 회로의 구동을 제어하는 메인 제어 회로를 포함하고, 상기 메인 제어 회로는 구동 대기 상태에서 상기 가열 시작 명령 또는 상기 가열 종료 명령의 입력 여부에 따라서 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 상태를 제어한다.

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 제어 인터페이스를 조작하여 유도 가열 장치를 전원 온(Power 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 시작 명령을 내린다. 사용자가 가열 시작 명령을 내리면, 사용자가 설정한 가열 레벨에 따라서 워킹 코일(108)에 요구되는 출력 전력값, 즉 요구 전력값이 결정된다.
사용자에 의한 가열 시작 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 시작 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 시작 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 시작 명령이 입력될 때 또는 자동 감지 기능이 수행될 때 워킹 코일에 발생하는 소음이 감소되는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 사용자의 가열 시작 명령이나 가열 종료 명령이 입력될 때 내부 소자에 인가되는 전압값의 변화량을 완만하게 조절함으로써 내부 소자의 소손을 방지할 수 있는 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, 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 입력 전원 및 상기 정류 회로 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제2 스위치 및 상기 제2 스위치와 직렬로 연결되는 보조 저항을 포함하는 스위치 회로, 가열 시작 명령 또는 가열 종료 명령에 따라서 상기 스위치 회로의 상태 및 상기 인버터 회로의 구동을 제어하는 메인 제어 회로를 포함하고, 상기 메인 제어 회로는 구동 대기 상태에서 상기 가열 시작 명령 또는 상기 가열 종료 명령의 입력 여부에 따라서 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 상태를 제어한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 메인 제어 회로는 상기 가열 시작 명령이 입력되기 전이나 상기 가열 종료 명령이 입력된 후, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 상태를 모두 오프(off) 상태로 유지시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 모두 오프 상태일 때 상기 직류 링크 캐패시터를 충전하기 위한 대기 전압을 공급하는 전력 공급부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 대기 전압의 크기는 상기 유도 가열 장치가 구동 대기 상태이고 상기 제1 스위치의 상태가 온 상태일 때 상기 직류 링크 캐패시터에 충전되는 전압의 크기보다 작게 설정된다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 메인 제어 회로는 상기 가열 시작 명령이 입력되면 상기 교류 입력 전압의 첫 번째 영전압 시점에서 상기 제2 스위치의 상태를 온 상태로 변경하고 상기 인버터 회로를 구동시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 메인 제어 회로는 상기 교류 입력 전압의 두 번째 영 전압 시점에서 상기 제1 스위치의 상태를 온 상태로 변경한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 메인 제어 회로는 상기 가열 종료 명령이 입력되면 상기 교류 입력 전압의 첫 번째 영전압 시점에서 상기 인버터 회로의 구동을 종료킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 메인 제어 회로는 상기 교류 입력 전압의 두 번째 영전압 시점에서 상기 제1 스위치의 상태를 오프 상태로 변경하고, 상기 교류 입력 전압의 세 번째 영전압 시점에서 상기 제2 스위치의 상태를 오프 상태로 변경한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 직류 링크 캐패시터 및 상기 인버터 회로 사이에 배치되는 방전용 저항을 더 포함하고, 상기 가열 종료 명령 입력에 따라서 상기 인버터 회로의 구동이 종료되면 상기 직류 링크 캐패시터에 충전된 전압이 상기 방전용 저항을 통해서 방전된다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 인버터 구동 회로는 상기 교류 입력 전압의 영전압 시점에서 구동되거나 구동이 종료된다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 상태는 상기 교류 입력 전압의 영전압 시점에서 변경된다.
본 발명에 따르면, 유도 가열 장치의 구동 대기 상태에서 사용자의 가열 시작 명령이 입력될 때 또는 자동 감지 기능이 수행될 때 워킹 코일에 발생하는 소음이 감소되는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 사용자의 가열 시작 명령이나 가열 종료 명령이 입력될 때 유도 가열 장치의 내부 소자에 인가되는 전압값의 변화량을 완만하게 조절함으로써 내부 소자의 소손을 방지할 수 있는 장점이 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 사용자의 가열 시작 명령이 입력되어 인버터 회로가 구동될 때 교류 입력 전압의 파형을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 사용자의 가열 종료 명령이 입력되어 인버터 회로의 구동이 종료될 때 교류 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), 인버터 회로(206), 워킹 코일(208), 메인 제어 회로(210), 인버터 제어 회로(212), 전력 공급부(234), 스위치 회로(240)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치와 입력 전원(202)이 전기적으로 연결된 상태에서, 사용자는 유도 가열 장치에 구비된 제어 인터페이스를 조작하여 유도 가열 장치를 전원 온(Power On) 상태로 변경할 수 있다. 예를 들어 유도 가열 장치의 전원 커넥터가 가정이나 사무실의 벽면에 설치된 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 상태가 되면, 입력 전원(202)으로부터 유도 가열 장치에 전력이 공급되면서 유도 가열 장치는 구동 대기 상태가 된다. 본 발명에서 "구동 대기 상태"는 사용자가 유도 가열 장치의 제어 인터페이스를 통해 가열 레벨을 설정하여 가열 시작 명령을 입력하면, 용기에 대한 가열 동작이 곧바로 시작될 수 있는 상태를 의미한다.
사용자가 제어 인터페이스를 통해 가열 레벨을 설정하여 가열 시작 명령을 입력하면, 워킹 코일(208) 상부에 놓인 용기에 대한 가열이 시작된다. 또한 용기에 대한 가열이 수행되는 도중에 사용자가 제어 인터페이스를 통해 가열 종료 명령을 입력하면, 워킹 코일(208) 상부에 놓인 용기에 대한 가열이 종료된다. 가열이 종료된 이후 유도 가열 장치가 전원 온 상태로 유지되면, 유도 가열 장치는 다시 구동 대기 상태가 된다.
정류 회로(204)는 입력 전원(202)으로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 맥동 파형을 갖는 전압을 출력한다. 정류 회로(204)는 하나 이상의 다이오드를 포함할 수 있다.
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.
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. 구동 주파수가 달라지면 인버터 구동 신호(S1 ,S2)의 듀티 비도 다르게 설정된다. 구동 주파수가 높아질수록 워킹 코일의 출력 전력값은 낮아지고, 구동 주파수가 낮아질수록 워킹 코일의 출력 전력값은 높아진다.
한편, 입력 전원(202) 및 정류 회로(204) 사이에는 스위치 회로(240)가 배치된다. 스위치 회로(240)는 입력 전원(202) 및 정류 회로(204) 사이에 연결되는 제1 스위치(SW1), 제1 스위치(SW1)와 병렬로 연결되는 제2 스위치(SW2), 제2 스위치(SW2)와 직렬로 연결되는 보조 저항(R1)을 포함한다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 상태는 메인 제어 회로(210)에 의해서 제어된다. 메인 제어 회로(210)는 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)를 온(on) 또는 오프(off) 상태로 변경할 수 있다. 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)의 "온 상태"는 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)가 닫혀서 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)를 통해 전류가 흐를 수 있는 상태를 의미한다. 또한 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)의 "오프 상태"는 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)가 열려서 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)를 통해 전류가 흐를 수 없는 상태를 의미한다.
메인 제어 회로(210)는 유도 가열 장치가 구동 대기 상태일 때 가열 시작 명령 또는 가열 종료 명령의 입력 여부에 따라서 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 상태를 제어할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는 전력 공급부(234)를 포함한다. 전력 공급부(234)는 입력 전원(202)으로부터 공급되는 전력을 이용하여 미리 정해진 크기의 전압을 생성하고, 생성된 전압을 유도 가열 장치에 포함된 임의의 소자 또는 회로, 예컨대 직류 링크 캐패시터(C1) 또는 메인 제어 회로(210)에 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전력 공급부(234)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 모두 오프 상태일 때 직류 링크 캐패시터(C1)를 충전하기 위한 대기 전압을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전력 공급부(234)에 의해서 공급되는 대기 전압의 크기는, 유도 가열 장치가 구동 대기 상태이고 제1 스위치(SW1)의 상태가 온 상태일 때 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전되는 전압의 크기보다 작게 설정될 수 있다. 예를 들어, 입력 전원(202)에 의해서 220V의 교류 입력 전압이 유도 가열 장치에 공급되고, 구동 대기 상태에서 제1 스위치(SW1)의 상태가 온 상태일 때, 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전되는 전압의 크기는 약 330V이다. 이 경우 전력 공급부(234)는 330V보다 작은 크기의 전압, 예컨대 100V의 전압을 직류 링크 캐패시터(C1)에 공급할 수 있다.
이하에서는 사용자에 의해서 가열 시작 명령 및 가열 종료 명령이 입력되기 전후의 상황을 기초로 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 구동 과정이 상세히 기술된다.
유도 가열 장치가 입력 전원(202)과 전기적으로 연결된 상태에서, 사용자는 전원(POWER) 버튼을 터치하여 유도 가열 장치를 전원 온(Power On) 상태로 변경한다. 이에 따라서 유도 가열 장치는 구동 대기 상태가 된다.
유도 가열 장치가 구동 대기 상태이고 사용자에 의해서 가열 시작 명령이 입력되지 않았을 때, 또는 가열 시작 명령에 의해서 용기에 대한 가열이 수행되는 도중에 사용자에 의해서 가열 종료 명령이 입력되어 가열이 종료된 이후, 메인 제어 회로(210)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 모두 오프 상태로 유지시킨다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 모두 오프 상태이면 입력 전원(202)으로부 정류 회로(204)에 전압이 공급되지 않으므로, 정류 회로(204)는 직류 링크 캐패시터(C1)에 전압을 공급할 수 없다. 대신에, 전력 공급부(234)에 의해서 미리 설정된 크기의 대기 전압이 직류 링크 캐패시터(C1)에 공급된다. 이에 따라서 직류 링크 캐패시터(C1)에는 대기 전압과 동일한 크기의 전압이 충전된다.
전술한 바와 같이, 대기 전압의 크기(예컨대, 100V)는 입력 전원(202)에 의해서 220V의 교류 입력 전압이 유도 가열 장치에 공급되고, 구동 대기 상태에서 제1 스위치(SW1)의 상태가 온 상태일 때, 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전되는 전압의 크기(예컨대, 300V)보다 작게 설정된다.
이처럼 구동 대기 상태에서 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전되는 전압의 크기(예컨대, 100V)가 종래에 비해 작게 설정됨으로써, 사용자의 가열 시작 명령이 입력될 때 인버터 회로(208)에 지나치게 큰 전류가 입력되는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라서 인버터 회로(208)의 구동 시 워킹 코일(208)에 발생하는 소음이 감소된다.
한편, 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 자동 용기 감지 기능을 가질 수 있다. 자동 용기 감지 기능은 워킹 코일(108) 상부에 가열 가능한 용기가 존재하는지 여부를 자동으로 감지하는 기능이다. 자동으로 용기를 감지하기 위하여, 구동 대기 상태에서 워킹 코일(208)에는 주기적으로 용기 감지를 위한 전류가 공급되어야 한다. 본 발명에 따르면 구동 대기 상태에서 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전되는 대기 전압이 인버터 회로(208)에 공급될 수 있으므로, 구동 대기 상태에서 자동 용기 감지 기능이 수행될 수 있다. 또한 자동 용기 감지 기능이 수행될 때 인버터 회로(206)로 공급되는 전류의 크기가 작아지므로 인버터 회로(206)에 포함되는 소자들의 소손이 방지된다.
유도 가열 장치가 구동 대기 상태일 때, 사용자는 워킹 코일(208) 상부에 용기를 올려 놓고 용기에 대한 가열 레벨을 설정하여 워킹 코일(208)에 대한 가열 시작 명령을 입력한다. 사용자가 가열 시작 명령을 입력하면, 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 시작 명령이 입력되면, 메인 제어 회로(210)는 전압 감지 센서(232)에 의해서 감지되는 교류 입력 전압의 크기에 기초하여 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 상태를 변경하고 인버터 회로(206)를 구동시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용자의 가열 시작 명령이 입력되어 인버터 회로가 구동될 때 교류 입력 전압의 파형을 나타낸다.
도 3에는 입력 전원(202)에 의해서 공급되는 교류 입력 전압 파형이 도시된다. 전술한 바와 같이 사용자의 조작에 의해서 유도 가열 장치가 구동 대기 상태가 되면 도 3과 같은 파형을 갖는 교류 입력 전압이 유도 가열 장치에 공급된다. 메인 제어 회로(210)는 전압 감지 센서(232)를 통해서 교류 입력 전압의 크기를 지속적으로 확인할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 메인 제어 회로(210)는 시점(T1)에서 사용자에 의한 가열 시작 명령을 입력받는다. 도 3에서 시점(0)부터 시점(T1) 사이는 유도 가열 장치가 구동 대기 상태인 구간이다.
참고로 본 발명에서 영전압 시점은 교류 입력 전압의 크기가 0인 시점을 의미한다. 도 3에 도시된 바와 같이 교류 입력 전압은 정현파로 입력되므로, 영전압 시점은 주기적으로 나타난다. 또한 가열 시작 명령이 입력되는 시점(T1) 이후로 첫 번째로 나타나는 영전압 시점이 첫 번째 영전압 시점(T2)으로 지칭되고, 첫 번째 영전압 시점(T2)의 다음으로 나타나는 영전압 시점이 두 번째 영전압 시점(T3)으로 지칭된다.
가열 시작 명령이 입력되면, 메인 제어 회로(210)는 교류 입력 전압의 첫 번째 영전압 시점(T2)에서 제2 스위치(SW2)의 상태를 온 상태로 변경함과 동시에 인버터 회로(206)를 구동시킨다. 제2 스위치(SW2)가 온 상태가 되면 보조 저항(R1)으로 인하여 제1 스위치(SW1)가 온 상태일 때 공급되는 전압(예컨대, 220V)보다 작은 크기의 전압(예컨대, 150V)이 정류 회로(204)로 공급된다. 따라서 인버터 회로(206)가 구동될 때, 종래에 비해 낮은 크기의 전류가 워킹 코일(208)에 공급되므로, 초기 구동 시 워킹 코일(208)에 발생하는 소음이 감소하고, 유도 가열 장치 내부 소자들의 소손이 방지된다.
인버터 회로(206)가 구동 중인 상태에서, 메인 제어 회로(210)는 교류 입력 전압의 두 번째 영전압 시점(T3)에서 제1 스위치(SW1)의 상태를 온 상태로 변경한다. 제1 스위치(SW1)가 온 상태가 되면 입력 전원(202)으로부터 공급되는 교류 입력 전압이 그대로 정류 회로(204)에 공급된다. 이에 따라서 인버터 회로(206)는 워킹 코일(208)의 출력 전력값이 사용자가 설정한 요구 전력값에 도달할 수 있도록 워킹 코일(208)에 충분한 전류를 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 사용자의 가열 종료 명령이 입력되어 인버터 회로의 구동이 종료될 때 교류 입력 전압의 파형을 나타낸다.
사용자의 가열 시작 명령이 입력되어 인버터 회로(206)가 구동되고 있을 때, 사용자는 제어 인터페이스를 조작하여 가열 종료 명령을 입력할 수 있다. 도 4에는 사용자가 가열 종료 명령을 입력한 시점(T4)이 표시되어 있다. 도 4에서 시점(0)부터 시점(T4) 사이는 인버터 회로(206)가 구동되어 워킹 코일(208)에 의한 용기 가열 동작이 수행되는 구간이다.
도 4에서 가열 종료 명령이 입력되는 시점(T4) 이후로 첫 번째로 나타나는 영전압 시점이 첫 번째 영전압 시점(T5)으로 지칭되고, 첫 번째 영전압 시점(T5)의 다음으로 나타나는 영전압 시점이 두 번째 영전압 시점(T6)으로 지칭된다. 또한 두 번째 영전압 시점(T6)의 다음으로 나타나는 영전압 시점이 세 번째 영전압 시점(T7)으로 지칭된다.
가열 종료 명령이 입력되면, 메인 제어 회로(210)는 교류 입력 전압의 첫 번째 영전압 시점(T5)에서 인버터 회로(206)의 구동을 종료시킨다. 이에 따라서 워킹 코일(208)에 의한 가열 동작이 종료된다. 가열 종료 명령 입력에 따라서 인버터 회로(206)의 구동이 종료된 이후, 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압은 방전용 저항(R2)을 통해서 방전된다.
이어서 메인 제어 회로(210)는 두 번째 영전압 시점(T6)에서 제1 스위치(SW1)의 상태를 오프 상태로 변경한다. 이 때 제2 스위치(SW2)는 온 상태로 유지되므로, 정류 회로(204)에 공급되는 전압의 크기(예컨대, 150V)는 두 번째 영전압 시점(T6) 이전에 정류 회로(204)에 공급되는 전압의 크기(예컨대, 220V)보다 감소한다. 이 때에도 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된 전압은 방전용 저항(R2)을 통해서 방전된다.
이어서 메인 제어 회로(210)는 세 번째 영전압 시점(T7)에서 제2 스위치(SW2)의 상태를 오프 상태로 변경한다. 이에 따라서 정류 회로(204)에는 더 이상 전압이 공급되지 않는다. 대신에 전력 공급부(234)에 의해서 공급되는 대기 전압(예컨대, 100V)에 의해서 직류 링크 캐패시터(C1)에 전압이 충전된다.
이처럼 본 발명에 따르면 사용자가 가열 종료 명령을 입력한 시점 이후로 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전되는 전압의 크기가 급격하게 감소하지 않고 완만하게 감소하므로, 가열 종료 시 발생할 수 있는 소음 및 내부 소자의 소손이 방지될 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 순차적으로 오프 상태로 변경되면, 유도 가열 장치는 구동 대기 상태로 유지된다.
도 3 및 도 4를 참조하여 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 인버터 구동 회로(206)는 입력 전원(202)으로부터 공급되는 교류 입력 전압의 영전압 시점에서 구동되거나, 교류 입력 전압의 영전압 시점에서 구동이 종료된다. 또한 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 상태는 입력 전원(202)으로부터 공급되는 교류 입력 전압의 영전압 시점에서 변경된다. 이처럼 교류 입력 전압의 크기가 최소일 때 인버터 구동 회로(206)의 구동 상태나 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 상태를 변경함으로써, 인버터 회로(206) 또는 워킹 코일(208)에 순간적으로 높은 전류가 공급되는 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해 워킹 코일(206)에 발생하는 소음이 감소되고, 유도 가열 장치의 내부 소자의 소손 가능성이 감소된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치와 입력 전원(202)이 전기적으로 연결된 상태에서, 사용자에 의해서 유도 가열 장치가 전원 온 상태로 변경된다(502). 유도 가열 장치가 전원 온 상태가 되면, 입력 전원(202)으로부터 유도 가열 장치에 전력이 공급되면서 유도 가열 장치는 구동 대기 상태가 된다.
유도 가열 장치가 전원 온 상태가 되면, 메인 제어 회로(210)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 상태를 모두 오프 상태로 변경한다(504). 이에 따라서 전력 공급부(234)에 의해서 공급되는 대기 전압(예컨대, 100V)이 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전된다.
다음으로, 메인 제어 회로(210)는 사용자로부터 가열 시작 명령이 입력되었는지 여부를 확인한다(506).
단계(506)에서 가열 시작 명령이 입력되지 않았으면 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 계속해서 오프 상태로 유지된다.
단계(506)에서 사용자에 의해 가열 시작 명령이 입력되면, 메인 제어 회로(210)는 도 3에 도시된 첫 번째 영전압 시점(T2)에서 제2 스위치(SW2)를 온 상태로 변경한다(508). 또한 메인 제어 회로(210)는 도 3에 도시된 첫 번째 영전압 시점(T2)에서 인버터 회로(206)를 구동시킨다(510).
이어서 메인 제어 회로(210)는 도 3에 도시된 두 번째 영전압 시점(T3)에서 제1 스위치(SW1)의 상태를 온 상태로 변경한다(512). 이후 메인 제어 회로(210)는 인버터 제어 회로(212)에 제어 신호를 공급하고, 인버터 제어 회로(212)는 제1 인버터 구동 신호(S1) 및 제2 인버터 구동 신호(S2)를 출력한다. 메인 제어 회로(210)는 인버터 회로(206)의 구동 주파수를 변경하면서 워킹 코일(208)의 출력 전력값이 사용자가 설정한 요구 전력값과 일치하도록 인버터 제어 회로(212)를 제어한다. 이에 따라서 워킹 코일(208) 상부에 놓인 용기에 대한 가열 동작이 수행된다.
용기에 대한 가열 동작이 수행되는 동안, 메인 제어 회로(210)는 사용자에 의하여 가열 종료 명령이 입력되는지 확인한다(514).
단계(514)에서 가열 종료 명령이 입력되지 않으면 용기에 대한 가열 동작이 계속해서 수행된다.
단계(514)에서 가열 종료 명령이 입력되면 메인 제어 회로(210)는 도 4에 도시된 첫 번째 영전압 시점(T5)에서 인버터 회로(206)의 구동을 종료시킨다(516). 이에 따라서 용기에 대한 가열 동작이 종료된다.
다음으로 메인 제어 회로(210)는 도 4에 도시된 두 번째 영전압 시점(T6)에서 제1 스위치(SW1)의 상태를 오프 상태로 변경한다(518). 이어서 메인 제어 회로(210)는 도 4에 도시된 세 번째 영전압 시점(T7)에서 제2 스위치(SW2)의 상태를 오프 상태로 변경한다(520). 이에 따라서 직류 링크 캐패시터(C1)에 충전되는 전압의 크기는 전력 공급부(234)에 의해서 공급되는 대기 전압(예컨대, 100V)의 크기와 동일하게 될 때까지 감소한다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 모두 오프 상태인 상황에서, 메인 제어 회로(210)는 유도 가열 장치가 여전히 전원 온 상태인지 여부를 확인한다(522).
단계(522)에서 사용자가 유도 가열 장치를 전원 오프 상태로 변경하면 메인 제어 회로(210)의 제어는 종료된다.
단계(522)에서 유도 가열 장치가 전원 온 상태이면 메인 제어 회로(210)는 단계(506)로 복귀한다.
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 (11)

  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 입력 전원 및 상기 정류 회로 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제2 스위치 및 상기 제2 스위치와 직렬로 연결되는 보조 저항을 포함하는 스위치 회로;
    가열 시작 명령 또는 가열 종료 명령에 따라서 상기 스위치 회로의 상태 및 상기 인버터 회로의 구동을 제어하는 메인 제어 회로를 포함하고,
    상기 메인 제어 회로는
    구동 대기 상태에서 상기 가열 시작 명령 또는 상기 가열 종료 명령의 입력 여부에 따라서 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 상태를 제어하는
    유도 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는
    상기 가열 시작 명령이 입력되기 전이나 상기 가열 종료 명령이 입력된 후, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 상태를 모두 오프(off) 상태로 유지시키는
    유도 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 모두 오프 상태일 때 상기 직류 링크 캐패시터를 충전하기 위한 대기 전압을 공급하는 전력 공급부를 더 포함하는
    유도 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 대기 전압의 크기는 상기 유도 가열 장치가 구동 대기 상태이고 상기 제1 스위치의 상태가 온 상태일 때 상기 직류 링크 캐패시터에 충전되는 전압의 크기보다 작게 설정되는
    유도 가열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는
    상기 가열 시작 명령이 입력되면 상기 교류 입력 전압의 첫 번째 영전압 시점에서 상기 제2 스위치의 상태를 온 상태로 변경하고 상기 인버터 회로를 구동시키는
    유도 가열 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는
    상기 교류 입력 전압의 두 번째 영 전압 시점에서 상기 제1 스위치의 상태를 온 상태로 변경하는
    유도 가열 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는
    상기 가열 종료 명령이 입력되면 상기 교류 입력 전압의 첫 번째 영전압 시점에서 상기 인버터 회로의 구동을 종료시키는
    유도 가열 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 제어 회로는
    상기 교류 입력 전압의 두 번째 영전압 시점에서 상기 제1 스위치의 상태를 오프 상태로 변경하고, 상기 교류 입력 전압의 세 번째 영전압 시점에서 상기 제2 스위치의 상태를 오프 상태로 변경하는
    유도 가열 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 직류 링크 캐패시터 및 상기 인버터 회로 사이에 배치되는 방전용 저항을 더 포함하고,
    상기 가열 종료 명령 입력에 따라서 상기 인버터 회로의 구동이 종료되면 상기 직류 링크 캐패시터에 충전된 전압이 상기 방전용 저항을 통해서 방전되는
    유도 가열 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 구동 회로는
    상기 교류 입력 전압의 영전압 시점에서 구동되거나 구동이 종료되는
    유도 가열 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 상태는 상기 교류 입력 전압의 영전압 시점에서 변경되는
    유도 가열 장치.
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