KR20210027996A - An induction heating device capable of high frequency operation - Google Patents

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KR20210027996A
KR20210027996A KR1020190109165A KR20190109165A KR20210027996A KR 20210027996 A KR20210027996 A KR 20210027996A KR 1020190109165 A KR1020190109165 A KR 1020190109165A KR 20190109165 A KR20190109165 A KR 20190109165A KR 20210027996 A KR20210027996 A KR 20210027996A
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김의성
김양경
문현욱
김래영
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엘지전자 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an induction heating device with high frequency driving. In addition, according to an embodiment of the present invention, the induction heating device includes: a cover plate coupled to a top of the case, and a heating target disposed on an upper surface thereof; a working coil installed inside the case and inductively heating the heating target to be heated; an inverter unit including first and second switching elements connected to one end of the working coil to perform a switching operation, and applying a resonance current to the working coil through the switching operation; a resonant capacitor unit including first and second resonant capacitors connected to the other end of the working coil; and a control unit which controls the switching operation of the inverter unit, wherein each of the first and second switching devices includes a wide band-gap semiconductor device. The present invention provides the induction heating device capable of preventing interference noise and ensuring high output performance.

Description

고주파수 구동이 가능한 유도 가열 장치{AN INDUCTION HEATING DEVICE CAPABLE OF HIGH FREQUENCY OPERATION}Induction heating device capable of high frequency driving {AN INDUCTION HEATING DEVICE CAPABLE OF HIGH FREQUENCY OPERATION}

본 발명은 고주파수 구동이 가능한 유도 가열 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an induction heating device capable of high frequency driving.

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 피가열체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.Various types of cooking utensils are used to heat food at home or in a restaurant. Conventionally, gas ranges using gas as fuel have been widely used and widely used, but recently, devices for heating an object to be heated, for example, a cooking vessel such as a pan, have been spread using electricity without using gas.

전기를 이용하여 피가열체를 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 피가열체에 전달함으로써 피가열체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열체(예를 들어, 조리 용기)에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열체 자체가 가열되도록 하는 방식이다. The method of heating an object to be heated using electricity is largely divided into a resistance heating method and an induction heating method. The electric resistance method is a method of heating an object to be heated by transferring heat generated when a current is passed through a metal resistance wire or a non-metallic heating element such as silicon carbide to the object to be heated through radiation or conduction. In addition, the induction heating method generates an eddy current in an object to be heated (for example, a cooking vessel) made of metal by using a magnetic field generated around the coil when high-frequency power of a predetermined size is applied to the coil. This is a method that allows the heating body to heat itself.

이 중 유도 가열 방식이 적용된 유도 가열 장치는 복수개의 피가열체 각각(예를 들어, 조리 용기)을 가열하기 위해 대응하는 영역에 각각 워킹 코일을 구비하고 있는 것이 일반적이다.Among them, an induction heating apparatus to which an induction heating method is applied generally includes a working coil in a corresponding region for heating each of a plurality of objects to be heated (eg, a cooking vessel).

다만, 종래의 유도 가열 장치의 경우, 약자성 용기(예를 들어, STS304 용기)의 가열시, 인버터부에 적용되는 반도체 소자(예를 들어, 실리콘 소재(Si) 반도체 소자)의 동작 주파수 한계로 인해 고주파수에서의 인버터부 구동이 어렵고, 이에 따라, 가열 성능이 최대 출력의 절반 정도밖에 구현되지 않는다는 문제가 있다.However, in the case of a conventional induction heating device, when heating a weakly magnetic container (eg, STS304 container), the operating frequency limit of a semiconductor device (eg, a silicon material (Si) semiconductor device) applied to the inverter Therefore, it is difficult to drive the inverter unit at a high frequency, and accordingly, there is a problem that only about half of the maximum output power is realized.

나아가, 종래의 유도 가열 장치에서는, 강자성 용기(예를 들어, STS430)와 약자성 용기(예를 들어, STS304)의 동시 가열시, 인버터부에 적용되는 반도체 소자의 동작 주파수 한계로 인해, 각 용기를 가열하기 위한 동작 주파수의 차이가 가청주파수(0.05kHz~20kHz) 내에 들어오는바, 사용자가 인지할 수 있는 간섭 소음이 발생한다는 문제도 있다. Further, in the conventional induction heating apparatus, due to the limit of the operating frequency of the semiconductor element applied to the inverter unit when simultaneously heating a ferromagnetic container (eg, STS430) and a weak magnetic container (eg, STS304), each container There is also a problem that interference noise that can be perceived by the user is generated because the difference in the operating frequency for heating is within the audible frequency (0.05 kHz to 20 kHz).

여기에서, 도 1을 참조하면, 종래의 유도 가열 장치의 동작 주파수에 따른 출력 크기를 설명하는 그래프가 도시되어 있다.Here, referring to FIG. 1, there is shown a graph illustrating an output size according to an operating frequency of a conventional induction heating device.

구체적으로, 전용 용기(예를 들어, 약자성체보다 자성이 강한 자성체; STS430)를 가열하는 경우, 종래의 유도 가열 장치는 제1 동작 주파수(f1)에서 최대 출력(P1)을 발생시킬 수 있다. 반면에, 약자성 용기(예를 들어, STS304 용기)를 가열하는 경우, 종래의 유도 가열 장치는 전술한 간섭 소음 발생 문제를 방지하기 위해 제1 동작 주파수(f1)와 20kHz 이상 차이가 나는 제2 동작 주파수(f2)에서 구동된다. 이 경우, 간섭 소음 발생 문제는 해결할 수 있으나, 최대 출력(P1) 대비 절반 정도 수준의 출력(P2)만이 발생한다는 문제가 있다. Specifically, when heating a dedicated container (eg, a magnetic material having stronger magnetism than a weak magnetic material; STS430), a conventional induction heating device may generate a maximum output P1 at the first operating frequency f1. On the other hand, when heating a weakly magnetic container (eg, STS304 container), a conventional induction heating device has a second operating frequency (f1) that is more than 20 kHz apart from the first operating frequency (f1) in order to prevent the aforementioned interference noise generation problem. It is driven at the operating frequency f2. In this case, the problem of generating interference noise can be solved, but there is a problem that only the output P2 of about half of the maximum output P1 is generated.

이러한 출력 저하 문제를 해결하기 위해, 다양한 방식의 유도 가열 장치가 고안되었고, 도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 유도 가열 장치가 도시되어 있는바, 이를 참조하여 종래의 유도 가열 장치를 살펴보도록 한다.In order to solve this power reduction problem, various types of induction heating devices have been devised, and referring to FIGS. 2 and 3, a conventional induction heating device is shown. do.

도 2는 약자성 용기(예를 들어, STS304)에 대한 출력 성능이 개선된 종래의 유도 가열 장치의 회로도이고, 도 3은 비자성 용기(예를 들어, Al(알루미늄))에 대한 출력 성능이 개선된 종래의 유도 가열 장치의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a conventional induction heating apparatus with improved output performance for a weakly magnetic container (eg, STS304), and FIG. 3 is a circuit diagram of a non-magnetic container (eg, Al (aluminum)). It is a circuit diagram of an improved conventional induction heating device.

참고로, 도 2 및 도 3에서 사용된 도면 부호는 각각 도 2 및 도 3에만 한정하여 적용하도록 한다. For reference, reference numerals used in FIGS. 2 and 3 are limited to FIGS. 2 and 3, respectively.

먼저, 도 2의 유도 가열 장치는 4개의 IGBT(S1~S4; Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성된 풀 브릿지(full-bridge) 형태의 인버터부(IV)와 공진 커패시터(CR)를 포함한다. 또한 도 2의 유도 가열 장치에서는, 워킹 코일(WC)의 턴수가 종래 대비 증가(즉, 턴수가 38번임)된바, 약자성 용기에 대한 가열 성능이 개선되었다.First, the induction heating apparatus of FIG. 2 includes a full-bridge type inverter unit IV and a resonance capacitor CR composed of four IGBTs (S1 to S4; Insulated Gate Bipolar Transistor). In addition, in the induction heating apparatus of FIG. 2, the number of turns of the working coil WC is increased compared to the prior art (that is, the number of turns is 38), and the heating performance for the weak magnetic container is improved.

다만, IGBT로 구성된 인버터부(IV)의 동작 주파수 한계로 인해 고주파수 동작이 어려워졌고, 워킹 코일(WC)의 턴수 증가로 인해 워킹 코일의 크기 및 재료비가 증가하게 되었으며, 워킹 코일(WC)의 크기 및 풀 브릿지 형태로 구성된 인버터부(IV)의 크기로 인해 제품 자체의 크기가 커졌다는 문제가 있다. However, high frequency operation became difficult due to the operating frequency limit of the inverter unit IV composed of IGBT, and the size and material cost of the working coil increased due to the increase in the number of turns of the working coil (WC), and the size of the working coil (WC). And there is a problem that the size of the product itself has increased due to the size of the inverter unit IV configured in the form of a full bridge.

나아가, 도 2의 유도 가열 장치는 약자성 용기에 대해서는 가열 성능을 확보할 수 있지만, 비자성 용기(예를 들어, Al(알루미늄))에 대해서는 가열 성능을 확보하기 어렵다는 문제도 있다. Furthermore, although the induction heating apparatus of FIG. 2 can secure heating performance for a weak magnetic container, there is also a problem that it is difficult to secure heating performance for a non-magnetic container (eg, Al (aluminum)).

한편, 도 3의 유도 가열 장치는 4개의 IGBT(S1~S4; Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성된 풀 브릿지(full-bridge) 형태의 인버터부(IV)와 3개의 공진 커패시터(CR1~CR3)로 구성된 공진 커패시터부(CRP)를 포함한다. 또한 도 3의 유도 가열 장치에서는, 워킹 코일(WC)의 턴수가 종래 대비 증가(즉, 턴수가 42번임)된바, 비자성 용기에 대한 가열 성능이 개선되었다.Meanwhile, the induction heating device of FIG. 3 is composed of a full-bridge type inverter unit IV composed of four IGBTs (S1 to S4; Insulated Gate Bipolar Transistor) and three resonant capacitors (CR1 to CR3). It includes a resonance capacitor unit (CRP). In addition, in the induction heating apparatus of FIG. 3, the number of turns of the working coil WC is increased compared to the prior art (that is, the number of turns is 42), and the heating performance for the non-magnetic container is improved.

다만, IGBT로 구성된 인버터부(IV)의 동작 주파수 한계로 인해 고주파수 동작이 어려워졌고, 워킹 코일(WC)의 턴수 증가로 인해 워킹 코일의 크기 및 재료비가 증가하게 되었으며, 워킹 코일(WC)의 크기 및 풀 브릿지 형태로 구성된 인버터부(IV)의 크기로 인해 제품 자체의 크기가 커졌다는 문제가 있다. However, high frequency operation became difficult due to the operating frequency limit of the inverter unit IV composed of IGBT, and the size and material cost of the working coil increased due to the increase in the number of turns of the working coil (WC), and the size of the working coil (WC). And there is a problem that the size of the product itself has increased due to the size of the inverter unit IV configured in the form of a full bridge.

나아가, 도 3의 유도 가열 장치는 비자성 용기에 대해서는 가열 성능을 확보할 수 있지만, 약자성 용기(예를 들어, STS304)에 대해서는 가열 성능을 확보하기 어렵다는 문제도 있다. Furthermore, although the induction heating apparatus of FIG. 3 can secure heating performance for a non-magnetic container, there is also a problem that it is difficult to secure heating performance for a weak magnetic container (eg, STS304).

이와 같이, 종래의 유도 가열 장치들의 경우, 약자성 용기 및 비자성 용기 둘다에 대해 가열 성능을 동시에 확보하기 어렵다는 문제가 있다. As described above, in the case of conventional induction heating devices, there is a problem in that it is difficult to simultaneously secure heating performance for both the weakly magnetic container and the non-magnetic container.

본 발명의 목적은 간섭 소음 발생 방지 및 고출력 성능 확보가 가능한 유도 가열 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an induction heating device capable of preventing interference noise generation and securing high output performance.

본 발명의 목적은 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.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.

본 발명에 따른 유도 가열 장치는 케이스의 상단에 결합되고, 피가열체가 상면에 배치되는 커버 플레이트, 케이스의 내부에 설치되고, 피가열체를 유도 가열하는 워킹 코일, 워킹 코일의 일단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하며, 스위칭 동작을 통해 워킹 코일에 공진 전류를 인가하는 인버터부, 워킹 코일의 타단에 연결된 제1 및 제2 공진 커패시터를 포함하는 공진 커패시터부 및 인버터부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 제1 및 제2 스위칭 소자는 각각 와이드 밴드갭(Wide Band-Gap) 반도체 소자를 포함한다.Induction heating device according to the present invention is coupled to the upper end of the case, the cover plate on which the object to be heated is disposed on the upper surface, the working coil installed inside the case, induction heating the object to be heated, and connected to one end of the working coil to switch A resonance capacitor unit including first and second switching elements for performing an operation, an inverter unit for applying a resonance current to the working coil through a switching operation, first and second resonance capacitors connected to the other ends of the working coil, and And a control unit for controlling a switching operation of the inverter unit, wherein each of the first and second switching elements includes a wide band-gap semiconductor element.

상기 와이드 밴드갭 반도체 소자는 SiC, GaN, Ga2O3 및 AIN 중 어느 하나를 포함한다.The wide bandgap semiconductor device includes any one of SiC, GaN, Ga2O3, and AIN.

상기 워킹 코일의 턴수는 12번 내지 14번 중 어느 하나이고, 공진 커패시터부의 커패시턴스(capacitance)는 0.33uF ~ 0.47uF 사이이다.The number of turns of the working coil is any one of 12 to 14, and the capacitance of the resonant capacitor is between 0.33uF and 0.47uF.

상기 피가열체가 약자성체보다 자성이 강한 자성체인 경우, 워킹 코일의 등가 인덕턴스(inductance)는 20uH ~ 30uH 사이이다.When the object to be heated is a magnetic substance having stronger magnetism than a weak magnetic substance, the equivalent inductance of the working coil is between 20uH and 30uH.

상기 피가열체가 약자성체인 경우, 워킹 코일의 등가 인덕턴스는 15uH ~ 25uH 사이이다.When the object to be heated is a weak magnetic substance, the equivalent inductance of the working coil is between 15uH and 25uH.

상기 피가열체가 약자성체일 때의 인버터부의 동작 주파수 및 피가열체가 약자성체보다 자성이 강한 자성체일 때의 인버터부의 동작 주파수 간 주파수 차이는 가청주파수보다 크다.The frequency difference between the operating frequency of the inverter unit when the heating object is a weak magnetic body and the operating frequency of the inverter unit when the heating object is a magnetic body having stronger magnetism than the weak magnetic body is greater than the audible frequency.

상기 주파수 차이는 20kHz ~ 40kHz 사이이다.The frequency difference is between 20 kHz and 40 kHz.

상기 약자성체는 STS304를 포함하고, 약자성체보다 자성이 강한 자성체는 STS430을 포함한다.The weak magnetic material includes STS304, and the magnetic material having stronger magnetic properties than the weak magnetic material includes STS430.

상기 제어부는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도를 감지하고, 감지 결과를 토대로 피가열체의 재질을 판단하며, 판단 결과를 토대로 인버터부의 동작 주파수를 결정한다.The control unit detects a degree of attenuation of the resonance current flowing through the working coil, determines the material of the object to be heated based on the detection result, and determines the operating frequency of the inverter unit based on the determination result.

상기 인버터부는 하프-브릿지(half-bridge) 형태로 구현된다.The inverter unit is implemented in the form of a half-bridge.

교류 전력을 출력하는 전원부, 전원부에서 출력된 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류부, 정류부에서 정류된 직류 전력의 리플을 저감하고, 리플이 저감된 직류 전력을 인버터부로 제공하는 직류 링크 커패시터 및 커버 플레이트의 상면에 평편하게 매립되도록 설치되고, 사용자로부터 터치 입력을 수신하여 제어부로 전달하며, 특정 이미지를 표시하는 입력 인터페이스를 더 포함한다. A power supply unit that outputs AC power, a rectifier unit that rectifies the AC power output from the power unit into DC power, a DC link capacitor and cover plate that reduces ripple of the DC power rectified by the rectifier and provides DC power with reduced ripple to the inverter unit. It is installed to be buried flat on the upper surface of the, receives a touch input from the user and transmits it to the control unit, and further includes an input interface for displaying a specific image.

본 발명에 따른 유도 가열 장치는 용기의 종류에 따라 가청주파수 이상 차이가 나는 동작 주파수를 사용함으로써 간섭 소음 발생을 방지할 수 있고, 고주파수 구동을 통해 약자성체 및 비자성체에 대해서도 고출력 성능을 확보할 수 있다. 나아가, 종래 대비 워킹 코일의 턴수를 줄이고, 하프-브릿지 형태로 구현된 인버터부를 포함함으로써 재료비 및 제품 자체의 크기를 줄일 수 있다. The induction heating apparatus according to the present invention can prevent the generation of interference noise by using an operating frequency that differs more than the audible frequency depending on the type of container, and can secure high output performance even for weakly magnetic and non-magnetic materials through high-frequency driving. have. Furthermore, by reducing the number of turns of the working coil compared to the prior art, and by including an inverter unit implemented in a half-bridge form, it is possible to reduce the material cost and the size of the product itself.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다. In addition to the above-described effects, specific effects of the present invention will be described together with explanation of specific matters for carrying out the present invention.

도 1은 종래의 유도 가열 장치의 동작 주파수에 따른 출력 크기를 설명하는 그래프이다.
도 2는 약자성 용기(예를 들어, STS304)에 대한 출력 성능이 개선된 종래의 유도 가열 장치의 회로도이다.
도 3은 비자성 용기(예를 들어, Al(알루미늄))에 대한 출력 성능이 개선된 종래의 유도 가열 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치의 사시도이다.
도 5는 도 4의 유도 가열 장치를 설명하는 회로도이다.
도 6은 도 5의 워킹 코일의 턴수에 따른 각종 지표를 설명하는 표이다.
도 7은 도 4의 유도 가열 장치의 가열 메커니즘을 설명하는 순서도이다.1 is a graph illustrating an output size according to an operating frequency of a conventional induction heating device.
2 is a circuit diagram of a conventional induction heating apparatus with improved output performance for a weakly magnetic container (eg, STS304).
3 is a circuit diagram of a conventional induction heating apparatus with improved output performance for a non-magnetic container (eg, Al (aluminum)).
4 is a perspective view of an induction heating device according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram illustrating the induction heating device of FIG. 4.
6 is a table for explaining various indicators according to the number of turns of the working coil of FIG. 5.
7 is a flowchart illustrating a heating mechanism of the induction heating device of FIG. 4.

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.The above-described objects, features, and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar elements.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.Hereinafter, the "top (or bottom)" of the component or the "top (or bottom)" of the component means that an arbitrary component is arranged in contact with the top (or bottom) of the component. In addition, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.

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.In addition, when a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components are "interposed" between each component. It is to be understood that "or, each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.

이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하도록 한다.Hereinafter, an induction heating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 6.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치의 사시도이다. 도 5는 도 4의 유도 가열 장치를 설명하는 회로도이다. 도 6은 도 5의 워킹 코일의 턴수에 따른 각종 지표를 설명하는 표이다.4 is a perspective view of an induction heating device according to an embodiment of the present invention. 5 is a circuit diagram illustrating the induction heating device of FIG. 4. 6 is a table for explaining various indicators according to the number of turns of the working coil of FIG. 5.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 케이스(125), 커버 플레이트(119), 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 인버터부(IV), 워킹 코일(WC), 공진 커패시터부(CRP), 제어부(250), 입력 인터페이스(300)를 포함할 수 있다. 4 to 6, an induction heating device 1 according to an embodiment of the present invention includes a case 125, a cover plate 119, a power supply unit 100, a rectifier unit 150, and a DC link capacitor 200. , An inverter unit IV, a working coil WC, a resonance capacitor unit CRP, a control unit 250, and an input interface 300.

케이스(125)는 워킹 코일(WC)에 의해 발생된 열이 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 단열 처리될 수 있다.The case 125 may be insulated to prevent heat generated by the working coil WC from leaking to the outside.

또한 케이스(125)의 내부에는 워킹 코일(WC)의 구동과 관련된 각종 장치(예를 들어, 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 인버터부(IV), 워킹 코일(WC), 공진 커패시터부(CRP), 제어부(250) 등)가 설치될 수 있다.In addition, inside the case 125, various devices related to the driving of the working coil WC (for example, the power supply unit 100, the rectifier unit 150, the DC link capacitor 200, the inverter unit IV, the working coil ( WC), a resonance capacitor unit (CRP), a control unit 250, etc.) may be installed.

한편, 커버 플레이트(119)는 케이스(125)의 상단에 결합되어 케이스(125)의 내부를 차폐하고, 피가열체(미도시)가 상면에 배치될 수 있다. Meanwhile, the cover plate 119 may be coupled to an upper end of the case 125 to shield the interior of the case 125, and a heating target (not shown) may be disposed on the upper surface.

구체적으로, 커버 플레이트(119)는 조리 용기와 같은 피가열체를 올려놓기 위한 상판부(115; 즉, 커버 플레이트(119)의 상면)를 포함할 수 있고, 워킹 코일(WC)에서 발생된 열은 상판부(115)를 통해 피가열체로 전달될 수 있다.Specifically, the cover plate 119 may include an upper plate portion 115 (ie, the upper surface of the cover plate 119) for placing an object to be heated such as a cooking container, and the heat generated from the working coil WC is It may be transferred to the object to be heated through the upper plate portion 115.

여기에서, 상판부(115)는 예를 들어, 유리 소재로 구성될 수 있고, 상판부(115)에는 사용자로부터 터치 입력을 제공받아 제어부(250)로 해당 터치 입력을 전달하는 입력 인터페이스(300)가 설치될 수 있다.Here, the upper plate 115 may be made of, for example, a glass material, and an input interface 300 for receiving a touch input from the user and transmitting the corresponding touch input to the controller 250 is installed on the upper plate 115 Can be.

구체적으로, 입력 인터페이스(300)는 커버 플레이트(119)의 상면, 즉, 상판부(115)에 평편하게 매립되도록 설치(즉, 상판부(115)와 동일 평면 상에 평편하게 설치)되고, 제어부(250)에 의해 특정 이미지(예를 들어, 화구 이미지, 잔열 이미지, 가열 세기 이미지, 타이머 이미지 등)를 표시하도록 제어될 수 있다. 또한 입력 인터페이스(300)는 사용자로부터 터치 입력을 수신하고, 수신된 터치 입력을 제어부(250)로 제공할 수 있다. Specifically, the input interface 300 is installed to be flatly buried in the upper surface of the cover plate 119, that is, the upper plate 115 (that is, installed flat on the same plane as the upper plate 115), and the control unit 250 ) Can be controlled to display a specific image (eg, a crater image, residual heat image, heating intensity image, timer image, etc.). In addition, the input interface 300 may receive a touch input from a user and provide the received touch input to the controller 250.

또한 입력 인터페이스(300)는 사용자가 원하는 가열 강도나 가열 시간 등을 입력하기 위한 모듈로서, 물리적인 버튼이나 터치 패널 등으로 다양하게 구현될 수 있다. 그리고 입력 인터페이스(300)에는 유도 가열 장치(1)의 구동 상태 등이 표시되는 디스플레이 패널도 함께 구비(즉, 터치 스크린 방식 패널 구비)될 수 있다. In addition, the input interface 300 is a module for inputting a heating intensity or a heating time desired by a user, and may be variously implemented with a physical button or a touch panel. In addition, the input interface 300 may also be provided with a display panel displaying the driving state of the induction heating device 1 (ie, a touch screen panel).

한편, 전원부(100)는 교류 전력을 출력할 수 있다.Meanwhile, the power supply unit 100 may output AC power.

구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 예를 들어, 상용 전원일 수 있다.Specifically, the power supply unit 100 may output AC power and provide it to the rectifying unit 150, and may be, for example, a commercial power supply.

정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 인버터부(IV)에 공급할 수 있다.The rectifying unit 150 may convert AC power supplied from the power supply unit 100 into DC power and supply it to the inverter unit IV.

구체적으로, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환하고, 변환된 직류 전력을 직류 링크 커패시터(200)로 제공할 수 있다. Specifically, the rectifying unit 150 may rectify the AC power supplied from the power supply unit 100 to convert it into DC power, and provide the converted DC power to the DC link capacitor 200.

직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)로부터 제공받은 직류 전력의 리플을 저감하여 인버터부(IV)로 제공할 수 있다.The DC link capacitor 200 may reduce a ripple of DC power provided from the rectifier 150 and provide it to the inverter unit IV.

구체적으로, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)로부터 제공받은 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감하고, 리플이 저감된 직류 전력을 인버터부(IV)로 제공할 수 있다.Specifically, the DC link capacitor 200 may reduce a ripple of DC power provided from the rectifier 150 and provide DC power with reduced ripple to the inverter unit IV.

또한 직류 링크 커패시터(200)는 예를 들어, 평활 커패시터를 포함할 수 있다. In addition, the DC link capacitor 200 may include, for example, a smoothing capacitor.

이와 같이, 정류부(150) 및 직류 링크 커패시터(200)에 의해 정류된 직류 전력은 인버터부(IV)에 공급될 수 있다.In this way, the DC power rectified by the rectifying unit 150 and the DC link capacitor 200 may be supplied to the inverter unit IV.

인버터부(IV)는 공진 회로부(즉, 워킹 코일(WC)과 공진 커패시터부(CRP)를 포함하는 회로 영역) 및 직류 링크 커패시터(200)에 연결되고, 스위칭 동작을 통해 워킹 코일(WC)에 공진 전류를 인가할 수 있다.The inverter unit IV is connected to a resonant circuit unit (that is, a circuit region including a working coil WC and a resonant capacitor unit CRP) and a DC link capacitor 200, and is connected to the working coil WC through a switching operation. Resonant current can be applied.

구체적으로, 인버터부(IV)는 예를 들어, 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태로 이루어질 수 있고, 후술하는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 인버터부(IV)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호(즉, 제어 신호를 의미하며 게이트 신호라고도 불림)를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.Specifically, the inverter unit IV may be formed, for example, in the form of a half-bridge, and a switching operation may be controlled by the controller 250 to be described later. That is, the inverter unit IV may perform a switching operation based on a switching signal (ie, a control signal and also referred to as a gate signal) provided from the controller 250.

또한 인버터부(IV)는 제어부(250)에 의해 동작 주파수가 제어될 수 있는바, 피가열체가 약자성체(예를 들어, STS304)일 때의 인버터부(IV)의 동작 주파수 및 피가열체가 약자성체보다 자성이 강한 자성체(예를 들어, STS430)일 때의 인버터부(IV)의 동작 주파수 간 주파수 차이(예를 들어, 20kHz ~ 40kHz 사이)는 가청주파수보다 클 수 있다. In addition, the operating frequency of the inverter unit IV can be controlled by the control unit 250, and the operating frequency of the inverter unit IV when the heating object is a weak magnetic body (for example, STS304) and the heating target body are abbreviated. In the case of a magnetic material (eg, STS430) having stronger magnetism than an adult material, a frequency difference (eg, between 20 kHz and 40 kHz) between operating frequencies of the inverter unit IV may be greater than the audible frequency.

물론, 피가열체가 비자성체(예를 들어, Al(알루미늄))일 때의 인버터부(IV)의 동작 주파수 및 피가열체가 자성체(예를 들어, STS430)일 때의 인버터부(IV)의 동작 주파수 간 주파수 차이(예를 들어, 20kHz ~ 40kHz 사이)도 가청주파수보다 클 수 있다.Of course, the operating frequency of the inverter unit IV when the object to be heated is a non-magnetic material (eg, Al (aluminum)) and the operation of the inverter unit IV when the object to be heated is a magnetic material (eg, STS430) The frequency difference between frequencies (eg between 20 kHz and 40 kHz) can also be greater than the audible frequency.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)에서는, 자성체와 비자성체가 동시 가열되는 경우뿐만 아니라 강자성 용기(예를 들어, STS430)와 약자성 용기(예를 들어, STS304)가 동시 가열되는 경우에도 간섭 소음 발생 문제가 방지될 수 있다. Accordingly, in the induction heating apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, not only a case where a magnetic body and a nonmagnetic body are simultaneously heated, but also a ferromagnetic container (eg, STS430) and a weakly magnetic container (eg, STS304) are Even in the case of simultaneous heating, the problem of generating interference noise can be prevented.

그리고, 인버터부(IV)에는 워킹 코일(WC)의 일단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자(S1, S2)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다. In addition, the inverter unit IV may include first and second switching elements S1 and S2 connected to one end of the working coil WC to perform a switching operation, and the two switching elements S1 and S2 are It may be alternately turned on and turned off by a switching signal provided from the controller 250.

또한 이러한 2개의 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 동작에 의해 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 워킹 코일(WC)로 인가될 수 있다. In addition, high-frequency alternating current (ie, resonant current) may be generated by the switching operation of the two switching elements S1 and S2, and the generated high-frequency alternating current may be applied to the working coil WC.

그리고 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 각각 와이드 밴드갭(Wide Band-Gap) 반도체 소자를 포함하고, 와이드 밴드갭 반도체 소자는 예를 들어, SiC, GaN, Ga2O3 및 AIN 중 어느 하나를 포함할 수 있다. In addition, the first and second switching elements S1 and S2 each include a wide band-gap semiconductor element, and the wide band-gap semiconductor element is, for example, any one of SiC, GaN, Ga2O3, and AIN. It may include.

참고로, 와이드 밴드갭 반도체 소자는 실리콘 반도체 소자(예를 들어, Si)보다 전자 이동성이 더 크고, 온저항 계수가 더 작은바, 빠른 스위칭 속도와 향상된 전력 변환 성능을 제공할 뿐 아니라 더 큰 항복 전압(breakdown voltage)을 지원할 수 있다. 또한 와이드 밴드갭 반도체 소자를 통해 실리콘 반도체 소자보다 가벼운 인버터부의 제조가 가능하다. 나아가, 와이드 밴드갭 반도체 소자를 적용한 인버터부는 실리콘 반도체 소자를 적용한 인버터부보다 전력 손실이 적은바, 히트 싱크와 같은 열 관리를 위한 부품이 필요 없고, 이를 통해, 제조 비용 및 제품 무게 저감이 가능하다. 또한 와이드 밴드갭 반도체 소자를 적용한 인버터부는 실리콘 반도체 소자를 적용한 인버터부보다 높은 주파수에서 구동이 가능하다. For reference, wide bandgap semiconductor devices have greater electron mobility and smaller on-resistance coefficients than silicon semiconductor devices (e.g., Si), providing fast switching speed and improved power conversion performance as well as greater breakdown. It can support breakdown voltage. In addition, it is possible to manufacture an inverter unit that is lighter than a silicon semiconductor device through a wide bandgap semiconductor device. Furthermore, since the inverter unit employing a wide bandgap semiconductor element has less power loss than the inverter unit employing a silicon semiconductor element, it does not require components for thermal management such as heat sinks, thereby reducing manufacturing cost and product weight. . In addition, the inverter unit to which the wide bandgap semiconductor device is applied can be driven at a higher frequency than the inverter unit to which the silicon semiconductor device is applied.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)의 경우, 와이드 밴드갭 반도체 소자가 적용된 인버터부(IV)를 포함함으로써 종래 대비 높은 주파수에서 인버터부(IV)의 구동이 가능하고, 이를 통해, 전력 손실을 줄이면서 가열 성능 확보가 가능하다. As described above, in the case of the induction heating device 1 according to the embodiment of the present invention, by including the inverter unit IV to which the wide bandgap semiconductor element is applied, the inverter unit IV can be driven at a higher frequency than the conventional one, Through this, it is possible to secure heating performance while reducing power loss.

한편, 워킹 코일(WC)은 인버터부(IV)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.Meanwhile, the working coil WC may receive a resonance current from the inverter unit IV.

구체적으로, 워킹 코일(WC)의 일단은 인버터부(IV)에 연결되고, 워킹 코일(WC)의 타단은 공진 커패시터부(CRP)에 연결될 수 있다. Specifically, one end of the working coil WC may be connected to the inverter unit IV, and the other end of the working coil WC may be connected to the resonance capacitor unit CRP.

또한 인버터부(IV)에서 워킹 코일(WC)로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 워킹 코일(WC)과 피가열체(예를 들어, 조리 용기) 사이에 와전류가 발생되어 피가열체가 가열될 수 있다.In addition, an eddy current is generated between the working coil (WC) and the object to be heated (for example, a cooking vessel) by a high-frequency alternating current applied from the inverter unit (IV) to the working coil (WC), so that the object to be heated can be heated. have.

참고로, 워킹 코일(WC)의 턴수(T; 1T는 1번)는 예를 들어, 12번(12T) 내지 14번(14T) 중 어느 하나이고, 공진 커패시터부(CRP)의 커패시턴스는 예를 들어, 0.33uF ~ 0.47uF 사이일 수 있다. 이러한 상태에서, 피가열체가 약자성체보다 자성이 강한 자성체(예를 들어, STS430)인 경우, 워킹 코일(WC)의 등가 인덕턴스는 20uH ~ 30uH 사이일 수 있다. 반면에, 이러한 상태에서, 피가열체가 약자성체(예를 들어, STS304)인 경우, 워킹 코일(WC)의 등가 인덕턴스는 15uH ~ 25uH 사이일 수 있다. For reference, the number of turns (T; 1T is 1) of the working coil WC is, for example, any one of 12 times (12T) to 14 times (14T), and the capacitance of the resonance capacitor unit CRP is, for example, For example, it may be between 0.33uF and 0.47uF. In this state, when the object to be heated is a magnetic body (for example, STS430) having stronger magnetism than a weak magnetic body, the equivalent inductance of the working coil WC may be between 20uH and 30uH. On the other hand, in this state, when the body to be heated is a weakly magnetic body (eg, STS304), the equivalent inductance of the working coil WC may be between 15uH and 25uH.

즉, 워킹 코일(WC)의 턴수가 종래의 유도 가열 장치들(도 2 및 도 3에 도시된 유도 가열 장치들)에 구비된 워킹 코일들의 턴수보다 적은바, 워킹 코일의 크기 및 재료비를 종래보다 저감할 수 있다. That is, the number of turns of the working coil WC is smaller than the number of turns of the working coils provided in conventional induction heating devices (induction heating devices shown in FIGS. 2 and 3). It can be reduced.

나아가, 도 6에 도시된 바와 같이, 워킹 코일(WC)의 턴수가 예를 들어, 각각 12번, 13번, 14번인 경우, 공진 커패시터부(CRP)의 커패시턴스는 각각 0.336uF, 0.4uF, 0.466uF일 수 있고, 피가열체가 약자성체일 때의 인버터부(IV)의 동작 주파수 및 피가열체가 강자성체일 때의 인버터부(IV)의 동작 주파수 간 주파수 차이는 각각 36.6kHz, 25.3kHz, 24.8kHz일 수 있으며, 약자성체에 대한 워킹 코일(WC)의 출력(즉, 가열 세기)은 각각 1.8kW, 2.1kW, 2.3kW일 수 있다. Further, as shown in FIG. 6, when the number of turns of the working coil WC is, for example, 12, 13, and 14, respectively, the capacitances of the resonance capacitor unit CRP are 0.336uF, 0.4uF, and 0.466, respectively. uF, and the frequency difference between the operating frequency of the inverter unit IV when the heating object is a weak magnetic body and the operating frequency of the inverter unit IV when the heating object is a ferromagnetic body is 36.6 kHz, 25.3 kHz, and 24.8 kHz, respectively. It may be, and the output (ie, heating intensity) of the working coil WC for the weak magnetic material may be 1.8kW, 2.1kW, and 2.3kW, respectively.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)에서는, 종래 대비 워킹 코일(WC)의 턴수를 저감하면서 주파수 차이를 20kHz 이상으로 유지할 수 있고, 약자성체(또는 비자성체)에 대한 고출력도 확보할 수 있다. That is, in the induction heating apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, the frequency difference can be maintained at 20 kHz or more while reducing the number of turns of the working coil WC compared to the prior art, and a high power for a weak magnetic material (or non-magnetic material) Can be secured.

물론, 도 6에 도시된 수치들은 일 예에 불과한바, 이에 한정되는 것은 아니다. Of course, the numerical values shown in FIG. 6 are only examples, and are not limited thereto.

한편, 공진 커패시터부(CRP)는 워킹 코일(WC)에 연결될 수 있다.Meanwhile, the resonance capacitor unit CRP may be connected to the working coil WC.

구체적으로, 공진 커패시터부(CRP)는 워킹 코일(WC)에 연결될 수 있고, 워킹 코일(WC)과 함께 공진 회로부를 구성할 수 있다. 또한 공진 커패시터부(CRP)는 제1 및 제2 공진 커패시터(CR1, CR2)를 포함할 수 있다. Specifically, the resonance capacitor unit CRP may be connected to the working coil WC, and may constitute a resonance circuit unit together with the working coil WC. In addition, the resonance capacitor unit CRP may include first and second resonance capacitors CR1 and CR2.

또한 공진 커패시터부(CRP)의 경우, 인버터부(IV)의 스위칭 동작에 의해 전압이 인가되면, 공진을 시작하게 된다. 또한 공진 커패시터부(CRP)가 공진하게 되면, 공진 커패시터부(CRP)와 연결된 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.In addition, in the case of the resonance capacitor unit CRP, when a voltage is applied by the switching operation of the inverter unit IV, resonance starts. In addition, when the resonance capacitor unit CRP resonates, the current flowing through the working coil WC connected to the resonance capacitor unit CRP increases.

이와 같은 과정을 거쳐, 해당 공진 커패시터부(CRP)에 연결된 워킹 코일(WC) 상부에 배치된 피가열체에 와전류가 유도되는 것이다.Through this process, the eddy current is induced in the object to be heated disposed on the working coil WC connected to the resonant capacitor unit CRP.

제어부(250)는 인버터부(IV)에 연결되어 인버터부(IV)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.The controller 250 may be connected to the inverter unit IV to control a switching operation of the inverter unit IV.

구체적으로, 제어부(250)는 워킹 코일(WC)에 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도를 감지하고, 감지 결과를 토대로 피가열체의 재질을 판단하며, 판단 결과를 토대로 인버터부(IV)의 동작 주파수를 결정할 수 있다.Specifically, the control unit 250 detects the degree of attenuation of the resonance current flowing through the working coil WC, determines the material of the object to be heated based on the detection result, and determines the operating frequency of the inverter unit IV based on the determination result. You can decide.

부연 설명을 하자면, 워킹 코일(WC) 위에 피가열체가 위치하는 경우, 피가열체의 저항으로 인해 전체 저항이 증가할 수 있고, 이로 인해 해당 워킹 코일(WC)을 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도가 커질 수 있다.To explain further, if the heating object is located on the working coil (WC), the total resistance may increase due to the resistance of the heating object, and as a result, the degree of attenuation of the resonance current flowing through the working coil (WC) increases. I can.

제어부(250)는 이와 같이 워킹 코일(WC)에 흐르는 공진 전류의 크기를 감지하고, 해당 감지 값을 토대로 해당 워킹 코일(WC) 위에 존재하는 피가열체의 재질을 판단하는 것이다. The controller 250 senses the magnitude of the resonant current flowing through the working coil WC as described above, and determines the material of the object to be heated existing on the working coil WC based on the sensed value.

물론, 제어부(250)는 다른 방법을 통해 피가열체의 재질을 감지할 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는, 전술한 방법으로 피가열체의 재질을 판단하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. Of course, the control unit 250 may detect the material of the object to be heated through other methods, but in the embodiment of the present invention, the determination of the material of the object to be heated by the above-described method will be described as an example.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 전술한 구성 및 특징을 가지는바, 이하에서는, 도 7을 참조하여, 도 4의 유도 가열 장치의 가열 메커니즘을 설명하도록 한다. As described above, the induction heating device 1 according to the embodiment of the present invention has the above-described configuration and features. Hereinafter, a heating mechanism of the induction heating device of FIG. 4 will be described with reference to FIG. 7.

도 7은 도 4의 유도 가열 장치의 가열 메커니즘을 설명하는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a heating mechanism of the induction heating device of FIG. 4.

도 5 및 도 7을 참조하면, 먼저, 유도 가열 장치(1)의 전원이 턴온(즉, 파워 온(Power on))되면(S100), 제어부(250)는 피가열체 재질 판정 작업을 수행한다(S150).Referring to FIGS. 5 and 7, first, when the power of the induction heating device 1 is turned on (ie, power on) (S100), the control unit 250 performs a task of determining the material to be heated. (S150).

구체적으로, 제어부(250)는 워킹 코일(WC)에 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도를 감지하고, 감지 결과를 토대로 피가열체의 재질을 판단할 수 있다.Specifically, the controller 250 may detect a degree of attenuation of the resonance current flowing through the working coil WC, and determine the material of the object to be heated based on the detection result.

여기에서, 워킹 코일(WC)의 상측에 피가열체가 존재하지 않는 것(즉, 무부하)으로 판단되는 경우(S170), 제어부(250)는 다시 피가열체 재질 판정 작업을 수행한다(S150).Here, when it is determined that the heating object does not exist on the upper side of the working coil WC (ie, no load) (S170), the control unit 250 performs a material determination operation of the heating object again (S150).

반면에, 워킹 코일(WC)의 상측에 약자성체 용기(예를 들어, STS304)가 존재하는 것으로 판단되는 경우(S200), 제어부(250)는 판단 결과를 토대로 인버터부(IV)의 동작 주파수를 약자성체용 동작 주파수 대역으로 결정한다(S220).On the other hand, when it is determined that a weakly magnetic container (for example, STS304) exists on the upper side of the working coil WC (S200), the control unit 250 determines the operating frequency of the inverter unit IV based on the determination result. It is determined as an operating frequency band for a weak magnetic substance (S220).

이 경우, 제어부(250)는 결정된 동작 주파수 대역으로 인버터부(IV)를 제어하여 워킹 코일(WC)을 통해 피가열체를 가열한다(S240). 피가열체에 대한 가열 작업 진행 중에 제어부(250)가 입력 인터페이스(300)로부터 가열 세기 변경에 대한 터치 입력을 제공받지 못하는 경우(S260), 해당 가열 작업을 유지하고(S240), 제어부(250)가 입력 인터페이스(300)로부터 가열 세기 변경에 대한 터치 입력을 제공받는 경우(S260), 해당 터치 입력을 토대로 다음 작업을 수행한다.In this case, the controller 250 controls the inverter unit IV in the determined operating frequency band to heat the object to be heated through the working coil WC (S240). If the control unit 250 does not receive a touch input for changing the heating intensity from the input interface 300 while the heating operation for the object to be heated is in progress (S260), the heating operation is maintained (S240), and the control unit 250 When a touch input for changing the heating intensity is provided from the input interface 300 (S260), the following operation is performed based on the corresponding touch input.

예를 들어, 터치 입력이 파워 오프(Power off; 유도 가열 장치(1)의 전원 턴오프)를 가리키면(S280), 제어부(250)는 인버터부(IV)의 구동을 제어하여 가열 작업을 정지하고(S500), 터치 입력이 동작 주파수의 변경을 가리키면(S300), 제어부(250)는 인버터부(IV)의 동작 주파수를 변경한 후 변경된 동작 주파수로 인버터부(IV)의 구동을 제어하여 가열 작업을 재시작한다(S240).For example, when the touch input indicates power off (power off of the induction heating device 1) (S280), the control unit 250 controls the drive of the inverter unit IV to stop the heating operation. (S500), when the touch input indicates a change in the operating frequency (S300), the control unit 250 changes the operating frequency of the inverter unit IV and then controls the driving of the inverter unit IV with the changed operating frequency to perform heating. Restart (S240).

한편, 워킹 코일(WC)의 상측에 약자성체 용기가 아닌 다른 용기(즉, 약자성체보다 자성이 강한 일반 자성체 용기(예를 들어, STS430))가 존재하는 것으로 판단되는 경우(S200), 제어부(250)는 판단 결과를 토대로 인버터부(IV)의 동작 주파수를 일반 자성체용 동작 주파수 대역으로 결정한다(S320).On the other hand, when it is determined that there is a container other than a weak magnetic material container (ie, a general magnetic material container having stronger magnetism than a weak magnetic material (for example, STS430)) on the upper side of the working coil WC (S200), the control unit ( 250) determines the operating frequency of the inverter unit IV as an operating frequency band for a general magnetic body based on the determination result (S320).

이 경우, 제어부(250)는 결정된 동작 주파수 대역으로 인버터부(IV)를 제어하여 워킹 코일(WC)을 통해 피가열체를 가열한다(S340). 피가열체에 대한 가열 작업 진행 중에 제어부(250)가 입력 인터페이스(300)로부터 가열 세기 변경에 대한 터치 입력을 제공받지 못하는 경우(S360), 해당 가열 작업을 유지하고(S340), 제어부(250)가 입력 인터페이스(300)로부터 가열 세기 변경에 대한 터치 입력을 제공받는 경우(S360), 해당 터치 입력을 토대로 다음 작업을 수행한다.In this case, the controller 250 controls the inverter unit IV in the determined operating frequency band to heat the object to be heated through the working coil WC (S340). If the control unit 250 does not receive a touch input for changing the heating intensity from the input interface 300 while the heating operation for the object to be heated is in progress (S360), the heating operation is maintained (S340), and the control unit 250 When a touch input for changing the heating intensity is provided from the input interface 300 (S360), the following operation is performed based on the corresponding touch input.

예를 들어, 터치 입력이 파워 오프(Power off; 유도 가열 장치(1)의 전원 턴오프)를 가리키면(S380), 제어부(250)는 인버터부(IV)의 구동을 제어하여 가열 작업을 정지하고(S500), 터치 입력이 동작 주파수의 변경을 가리키면(S400), 제어부(250)는 인버터부(IV)의 동작 주파수를 변경한 후 변경된 동작 주파수로 인버터부(IV)의 구동을 제어하여 가열 작업을 재시작한다(S340).For example, when the touch input indicates power off (power off of the induction heating device 1) (S380), the control unit 250 controls the drive of the inverter unit IV to stop the heating operation. (S500), when the touch input indicates a change in the operating frequency (S400), the control unit 250 changes the operating frequency of the inverter unit IV and then controls the driving of the inverter unit IV with the changed operating frequency to perform heating. Is restarted (S340).

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 워킹 코일(WC)의 상측에 비자성체 용기(예를 들어, Al(알루미늄))가 존재하는 것으로 판단되는 경우에도 전술한 S220~S500 또는 S320~S500과 동일한 메커니즘에 따라 가열 작업을 수행할 수 있다. For reference, the induction heating apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is described above even when it is determined that a nonmagnetic container (eg, Al (aluminum)) is present on the upper side of the working coil WC. The heating operation can be performed according to the same mechanism as S500 or S320~S500.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 피가열체의 재질 종류에 따라 동작 주파수를 변경하여 가열 작업을 수행할 수 있다. That is, the induction heating apparatus 1 according to the embodiment of the present invention may perform a heating operation by changing an operating frequency according to the type of material of the object to be heated.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 용기의 종류에 따라 가청주파수 이상 차이가 나는 동작 주파수를 사용함으로써 간섭 소음 발생을 방지할 수 있고, 고주파수 구동을 통해 약자성체 및 비자성체에 대해서도 고출력 성능을 확보할 수 있다. 나아가, 종래 대비 워킹 코일의 턴수를 줄이고, 하프-브릿지 형태로 구현된 인버터부를 포함함으로써 재료비 및 제품 자체의 크기를 줄일 수 있다. As described above, the induction heating apparatus 1 according to the embodiment of the present invention can prevent interference noise by using an operating frequency that differs by more than an audible frequency depending on the type of container, and a weak magnetic substance through high-frequency driving. And it is possible to ensure high output performance even for a non-magnetic material. Furthermore, by reducing the number of turns of the working coil compared to the prior art, and by including an inverter unit implemented in a half-bridge form, it is possible to reduce the material cost and the size of the product itself.

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.As described above with reference to the drawings illustrated for the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification, and various by a person skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that transformations can be made. In addition, even if not explicitly described and described the effects of the configuration of the present invention while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the predictable effects of the configuration should also be recognized.

100: 전원부 115: 상판부
119: 커버 플레이트 125: 케이스
150: 정류부 200: 직류 링크 커패시터
250: 제어부 300: 입력 인터페이스
IV: 인버터부 WC: 워킹 코일
CRP: 공진 커패시터부100: power supply 115: upper panel
119: cover plate 125: case
150: rectifier 200: DC link capacitor
250: control unit 300: input interface
IV: Inverter unit WC: Working coil
CRP: Resonant capacitor part

Claims (11)

케이스의 상단에 결합되고, 피가열체가 상면에 배치되는 커버 플레이트;
상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 피가열체를 유도 가열하는 워킹 코일;
상기 워킹 코일의 일단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 동작을 통해 상기 워킹 코일에 공진 전류를 인가하는 인버터부;
상기 워킹 코일의 타단에 연결된 제1 및 제2 공진 커패시터를 포함하는 공진 커패시터부; 및
상기 인버터부의 상기 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제1 및 제2 스위칭 소자는 각각 와이드 밴드갭(Wide Band-Gap) 반도체 소자를 포함하는
유도 가열 장치.
A cover plate coupled to an upper end of the case and on which an object to be heated is disposed on an upper surface;
A working coil installed inside the case and induction heating the object to be heated;
An inverter unit including first and second switching elements connected to one end of the working coil to perform a switching operation, and applying a resonant current to the working coil through the switching operation;
A resonance capacitor unit including first and second resonance capacitors connected to the other end of the working coil; And
Comprising a control unit for controlling the switching operation of the inverter unit,
Each of the first and second switching elements includes a wide band-gap semiconductor element.
Induction heating device.
 제1항에 있어서,
상기 와이드 밴드갭 반도체 소자는 SiC, GaN, Ga2O3 및 AIN 중 어느 하나를 포함하는
유도 가열 장치.
The method of claim 1,
The wide bandgap semiconductor device includes any one of SiC, GaN, Ga2O3 and AIN
Induction heating device.
 제1항에 있어서,
상기 워킹 코일의 턴수는 12번 내지 14번 중 어느 하나이고, 상기 공진 커패시터부의 커패시턴스(capacitance)는 0.33uF ~ 0.47uF 사이인
유도 가열 장치.
The method of claim 1,
The number of turns of the working coil is any one of 12 to 14, and the capacitance of the resonant capacitor is between 0.33uF and 0.47uF.
Induction heating device.
 제3항에 있어서,
상기 피가열체가 약자성체보다 자성이 강한 자성체인 경우,
상기 워킹 코일의 등가 인덕턴스(inductance)는 20uH ~ 30uH 사이인
유도 가열 장치.
The method of claim 3,
When the heating object is a magnetic substance having stronger magnetism than a weak magnetic substance,
The equivalent inductance of the working coil is between 20uH and 30uH.
Induction heating device.
 제3항에 있어서,
상기 피가열체가 약자성체인 경우,
상기 워킹 코일의 등가 인덕턴스는 15uH ~ 25uH 사이인
유도 가열 장치.
The method of claim 3,
In the case where the body to be heated is a weak magnetic substance,
The equivalent inductance of the working coil is between 15uH and 25uH.
Induction heating device.
 제3항에 있어서,
상기 피가열체가 약자성체일 때의 상기 인버터부의 동작 주파수 및 상기 피가열체가 약자성체보다 자성이 강한 자성체일 때의 상기 인버터부의 동작 주파수 간 주파수 차이는 가청주파수보다 큰
유도 가열 장치.
The method of claim 3,
The frequency difference between the operating frequency of the inverter unit when the heating object is a weak magnetic body and the operating frequency of the inverter unit when the heating object is a magnetic body having stronger magnetism than the weak magnetic body is greater than the audible frequency.
Induction heating device.
 제6항에 있어서,
상기 주파수 차이는 20kHz ~ 40kHz 사이인
유도 가열 장치.
The method of claim 6,
The frequency difference is between 20 kHz and 40 kHz.
Induction heating device.
 제6항에 있어서,
상기 약자성체는 STS304를 포함하고, 상기 약자성체보다 자성이 강한 자성체는 STS430을 포함하는
유도 가열 장치.
The method of claim 6,
The weakly magnetic material includes STS304, and the magnetic material having stronger magnetism than the weakly magnetic material includes STS430.
Induction heating device.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 워킹 코일에 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도를 감지하고, 상기 감지 결과를 토대로 상기 피가열체의 재질을 판단하며, 상기 판단 결과를 토대로 상기 인버터부의 동작 주파수를 결정하는
유도 가열 장치.
The method of claim 1,
The control unit detects a degree of attenuation of the resonance current flowing through the working coil, determines the material of the heating object based on the detection result, and determines an operating frequency of the inverter unit based on the determination result.
Induction heating device.
 제1항에 있어서,
상기 인버터부는 하프-브릿지(half-bridge) 형태로 구현된
유도 가열 장치.
The method of claim 1,
The inverter unit is implemented in the form of a half-bridge
Induction heating device.
 제1항에 있어서,
교류 전력을 출력하는 전원부;
상기 전원부에서 출력된 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류부;
상기 정류부에서 정류된 직류 전력의 리플을 저감하고, 상기 리플이 저감된 직류 전력을 상기 인버터부로 제공하는 직류 링크 커패시터; 및
상기 커버 플레이트의 상면에 평편하게 매립되도록 설치되고, 사용자로부터 터치 입력을 수신하여 상기 제어부로 전달하며, 특정 이미지를 표시하는 입력 인터페이스를 더 포함하는
유도 가열 장치.
The method of claim 1,
A power supply for outputting AC power;
A rectifier for rectifying the AC power output from the power supply into DC power;
A DC link capacitor for reducing a ripple of the DC power rectified by the rectifying unit and providing DC power with the ripple reduced to the inverter unit; And
It is installed to be flatly buried in the upper surface of the cover plate, receives a touch input from a user and transmits it to the controller, further comprising an input interface for displaying a specific image
Induction heating device.
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KR20220168022A (en) * 2021-06-15 2022-12-22 재단법인 구미전자정보기술원 Apparatus for analyzing light-induced degradation and lid healing process characteristic of solar cell module and the method thereof

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