KR20220126532A - 유도 가열 방식의 쿡탑 - Google Patents

Abstract

본 개시는 데드 타임이 가변되는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것으로, 워킹 코일, 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터, 복수의 스위칭 소자의 듀티를 조절하는 제어부를 포함하고, 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 데드 타임은 가변될 수 있다.

Description

유도 가열 방식의 쿡탑{INDUCTION HEATING TYPE COOKTOP}

본 개시는 유도 가열 방식의 쿡탑에 관한 것으로, 보다 상세하게 자성체 및 비자성체를 모두 가열할 수 있는 유도 가열 방식의 쿡탑에 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 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.

전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 저항 가열 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 조리 용기에 전달함으로써 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 조리 용기에 와전류(eddy current)를 발생시켜 조리 용기 자체가 가열되도록 하는 방식이다.

한편, 이러한 유도 가열 방식의 경우 동일한 전류가 코일에 인가되더라도 조리 용기의 재질에 따라서 출력 파워가 달라지는 문제가 있다. 구체적으로, 비자성체 용기는 자성체 용기 보다 낮은 투자율로 인해 동일한 동작 주파수 대역에서 비저항이 작고, 이에 따라 비자성체 용기의 출력이 자성체 용기의 출력 보다 작다.

이에, 자성체 용기뿐만 아니라 비자성체 용기에 대한 출력을 높이기 위한 방안이 요구된다. 즉, 자성체 용기와 비자성체 용기를 모두 높은 출력으로 가열할 수 있는 쿡탑이 요구되고 있다.

본 개시는 상술한 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 개시는 자성체 용기 및 비자성체 용기 모두를 고출력으로 가열할 수 있는 쿡탑의 제공을 일 목적으로 한다.

본 개시는 SiC 소자를 포함하는 쿡탑에서의 스위칭 손실을 최소화는 것을 일 목적으로 한다.

본 개시는 SiC 소자를 포함하는 쿡탑에서의 스위칭 소자의 발열 문제를 최소화하는 것을 일 목적으로 한다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑은 데드 타임을 가변시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑은 구동 주파수에 따라 데드 타임을 가변시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑은 조리 용기의 종류에 따라 데드 타임을 가변시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑은 워킹 코일, 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터, 복수의 스위칭 소자의 듀티를 조절하는 제어부를 포함하고, 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 데드 타임은 가변될 수 있다.

제어부는 인버터의 구동 주파수에 기초하여 데드 타임을 조절할 수 있다.

제어부는 구동 주파수에 따른 기설정된 비율을 데드 타임으로 연산할 수 있다.

제어부는 구동 주파수가 변경될 때마다 데드 타임을 연산할 수 있다.

제어부는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 이하이면, 데드 타임을 기설정된 데드 타임으로 설정할 수 있다.

제어부는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 초과이면, 데드 타임을 연산된 데드 타임으로 설정할 수 있다.

제어부는 조리 용기의 종류에 따라 데드 타임을 조절할 수 있다.

제어부는 조리 용기가 제1 용기이면 데드 타임을 제1 값으로 설정하고, 조리 용기가 제2 용기이면 데드 타임을 제2 값으로 설정할 수 있다.

제1 용기가 자성체이고 제2 용기가 비자성체인 경우, 제1 값은 제2 값 보다 클 수 있다.

제어부는 인버터의 구동 주파수가 증가할수록 데드 타임이 감소하도록 데드 타임을 가변시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 데드 타임이 가변됨에 따라 스위칭 손실, 특히 구동 주파수가 증가함에 따라 증가되는 스위칭 손실이 최소화되는 이점이 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 데드 타임이 가변되기 때문에 데드 타임이 너무 짧아 기생성분들의 영향으로 인한 게이트 전압 파형의 왜곡 발생 가능성을 줄일 수 있고, 이에 따라 인버터 구동 신뢰성이 저하되는 문제를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 데드 타임이 가변됨에 따라 스위칭 소자의 발열 문제가 최소화되는 이점이 있다.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기의 단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 회로도가 도시된 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 구동 주파수에 따른 쿡탑의 출력 특성을 조리 용기의 종류별로 도시한 도면이다.
도 6은 SiC 소자의 게이트 전압에 따른 내부 다이오드의 드롭 전압이 도시된 그래프이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 인버터의 데드 타임 구간과 역방향 전류의 발생 구간이 도시된 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑의 제어 블록도이다.
도 9는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.
도 10 내지 도 11은 본 개시의 제1 실시 예에 따른 쿡탑이 데드 타임을 연산하는 방법의 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.

이하, 본 개시와 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이하, 본 개시의 실시 예에 따른 유도 가열 방식의 쿡탑 및 그의 동작 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위해, “유도 가열 방식의 쿡탑”을 “쿡탑”으로 일컫는다.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑과 조리 용기의 단면도이다.

조리 용기(1)는 쿡탑(10) 상부에 위치할 수 있고, 쿡탑(10)은 상부에 위치하고 있는 조리 용기(1)를 가열시킬 수 있다.

먼저, 쿡탑(10)이 조리 용기(1)를 가열시키는 방법을 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)은 적어도 일부가 조리 용기(1)를 통과하도록 자기장(20)을 발생시킬 수 있다. 이 때, 조리 용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되어 있다면, 자기장(20)은 조리 용기(1)에 와류 전류(30)를 유도할 수 있다. 이러한 와류 전류(30)는 조리 용기(1) 자체를 발열시키고, 이러한 열은 전도 또는 방사되어 조리 용기(1)의 내부까지 전달되므로, 조리 용기(1)의 내용물이 조리될 수 있다.

한편, 조리 용기(1)의 재질에 전기 저항 성분이 포함되지 않은 경우에는 와류 전류(30)가 발생하지 않는다. 따라서, 이러한 경우 쿡탑(10)은 조리 용기(1)를 가열시킬 수 없다.

따라서, 이러한 쿡탑(10)에 의해 가열될 수 있는 조리 용기(1)는 스테인리스 계열 혹은 법랑이나 주철 용기 같은 금속 재질 용기일 수 있다.

다음으로, 쿡탑(10)이 자기장(20)을 발생시키는 방법을 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 쿡탑(10)은 상판 글래스(11), 워킹 코일(12) 및 페라이트(13) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

상판 글래스(11)는 조리 용기(1)를 지지할 수 있다. 즉, 조리 용기(1)는 상판 글래스(11)의 상면에 놓일 수 있다.

그리고, 상판 글래스(11)는 여러 광물질을 합성한 세라믹 재질의 강화 유리로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상판 글래스(11)는 쿡탑(10)을 외부 충격 등으로부터 보호할 수 있다.

또한, 상판 글래스(11)는 쿡탑(10) 내부로 먼지 등의 이물질이 인입되는 문제를 방지할 수 있다.

워킹 코일(12)은 상판 글래스(11)의 아래에 위치할 수 있다. 이러한 워킹 코일(12)은 자기장(20)을 발생시키도록 전류가 공급되거나 공급되지 않을 수 있다. 구체적으로, 쿡탑(10) 내부 스위칭 소자의 온/오프에 따라 워킹 코일(12)에 전류가 흐르거나 흐르지 않을 수 있다.

워킹 코일(12)에 전류가 흐르면 자기장(20)이 발생하고, 이러한 자기장(20)은 조리 용기(1)에 포함된 전기 저항 성분을 만나 와류 전류(30)를 발생시킬 수 있다. 와류 전류는 조리 용기(1)를 가열시키고, 이에 따라 조리 용기(1)의 내용물이 조리될 수 있다.

또한, 워킹 코일(12)에 흐르는 전류의 양에 따라 쿡탑(10)의 화력이 조절될 수 있다. 구체적인 예로, 워킹 코일(12)을 흐르는 전류가 많을수록 자기장(20)이 많이 발생하게 되고, 이에 따라 조리 용기(1)를 통과하는 자기장이 증가하므로 쿡탑(10)의 화력이 높아질 수 있다.

페라이트(13)는 쿡탑(10)의 내부 회로를 보호하기 위한 구성 요소이다. 구체적으로, 페라이트(13)는 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장(20) 또는 외부에서 발생한 전자기장이 쿡탑(10)의 내부 회로에 미치는 영향을 차단하는 차폐 역할을 한다.

이를 위해, 페라이트(13)는 투자율(permeability)이 매우 높은 물질로 형성될 수 있다. 페라이트(13)는 쿡탑(10)의 내부로 유입되는 자기장이 방사되지 않고, 페라이트(13)를 통해 흐르도록 유도하는 역할을 한다. 페라이트(13)에 의해 워킹 코일(12)에서 발생한 자기장(20)이 이동하는 모습은 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다.

한편, 쿡탑(10)은 상술한 상판 글래스(11), 워킹 코일(12) 및 페라이트(13) 외에 다른 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 쿡탑(10)은 상판 글래스(11)와 워킹 코일(12) 사이에 위치하는 단열재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 즉, 본 개시에 따른 쿡탑은 도 2에 도시된 쿡탑(10)으로 제한되지 않는다.

도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 회로도가 도시된 도면이다.

도 3에 도시된 쿡탑(10)의 회로도는 설명의 편의를 예시적으로 든 것에 불과하므로, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.

도 3을 참조하면, 유도 가열 방식의 쿡탑은 전원부(110), 정류부(120), DC 링크 커패시터(130), 인버터(140), 워킹 코일(150), 공진 커패시터(160) 및 SMPS(170) 중 적어도 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.

전원부(110)는 외부 전원을 입력받을 수 있다. 전원부(110)가 외부로부터 입력받는 전원은 AC(Alternation Current) 전원일 수 있다.

전원부(110)은 정류부(120)로 교류 전압을 공급할 수 있다.

정류부(120, Rectifier)는 교류를 직류로 변환하기 위한 전기적 장치이다. 정류부(120)는 전원부(110)을 통해 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 정류부(120)는 변환된 전압을 DC 양단(121)으로 공급할 수 있다.

정류부(120)의 출력단은 DC 양단(121)으로 연결될 수 있다. 정류부(120)를 통해 출력되는 DC 양단(121)을 DC 링크라고 할 수 있다. DC 양단(121)에서 측정되는 전압을 DC 링크 전압이라고 한다.

DC 링크 커패시터(130)는 전원부(110)과 인버터(140) 사이의 버퍼 역할을 수행한다. 구체적으로, DC 링크 커패시터(130)는 정류부(120)를 통해 변환된 DC 링크 전압을 유지시켜 인버터(140)까지 공급하기 위한 용도로 사용된다.

인버터(140)는 워킹 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르도록 워킹 코일(150)에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 한다. 인버터(140)는 반도체 스위치를 포함할 수 있고, 반도체 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 SiC 소자일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않음이 타당하다. 인버터(140)는 반도체 스위치를 구동시킴으로써 워킹 코일(150)에 고주파의 전류가 흐르게 하고, 이에 따라 워킹 코일(150)에 고주파 자계가 형성된다.

워킹 코일(150)은 스위칭 소자의 구동 여부에 따라 전류가 흐르거나 전류가 흐르지 않을 수 있다. 워킹 코일(150)에 전류가 흐르면 자기장이 발생한다. 워킹 코일(150)은 전류가 흐름에 따라 자기장을 발생시켜 조리기기를 가열시킬 수 있다.

워킹 코일(150)의 일측은 인버터(140)의 스위칭 소자의 접속점에 연결되어 있고, 다른 일측은 공진 커패시터(160)에 연결된다.

스위칭 소자의 구동은 구동부(미도시)에 의해서 이루어지며, 구동부에서 출력되는 스위칭 시간에 제어되어 스위칭 소자가 서로 교호로 동작하면서 워킹 코일(150)로 고주파의 전압을 인가한다. 그리고, 구동부(미도시)로터 인가되는 스위칭 소자의 온/오프 시간은 점차 보상되는 형태로 제어되기 때문에 워킹 코일(150)에 공급되는 전압은 저전압에서 고전압으로 변한다.

공진 커패시터(160)는 완충기 역할을 하기 위한 구성요소일 수 있다. 공진 커패시터(160)는 스위칭 소자의 턴오프 동안 포화 전압 상승 비율을 조절하여, 턴오프 시간 동안 에너지 손실에 영향을 준다.

SMPS(170, Switching Mode Power Supply)는 스위칭 동작에 따라 전력을 효율적으로 변환시키는 전원공급장치를 의미한다. SMPS(170)는 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후, 필터를 통하여 제어된 직류 출력 전압을 획득한다. SMPS(170)는 스위칭 프로세서를 이용하여, 전력의 흐름을 제어함으로써 불필요한 손실을 최소화할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같은 회로도로 구성되는 쿡탑(10)의 경우, 공진 주파수(resonance frequency)는 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 의해 결정된다. 그리고, 결정된 공진 주파수를 중심으로 공진 곡선이 형성되며, 공진 곡선은 주파수 대역에 따라 쿡탑(10)의 출력 파워를 나타낼 수 있다.

다음으로, 도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 쿡탑의 출력 특성을 나타내는 도면이다.

먼저, Q 팩터(quality factor)는 공진 회로에서 공진의 예리함을 나타내는 값일 수 있다. 따라서, 쿡탑(10)의 경우, 쿡탑(10)에 포함된 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 의해 Q 팩터가 결정된다. Q 팩터에 따라 공진 곡선은 상이하다. 따라서, 워킹 코일(150)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(160)의 커패시턴스 값에 따라 쿡탑(10)은 상이한 출력 특성을 갖는다.

도 4에는 Q 팩터에 따른 공진 곡선의 일 예가 도시되어 있다. 일반적으로, Q 팩터가 클수록 곡선의 모양이 샤프(sharp)하고, Q 팩터가 작을수록 곡선의 모양이 브로드(broad)하다.

공진 곡선의 가로축은 주파수(frequency)를 나타내고, 세로축은 출력되는 전력(power)을 나타낼 수 있다. 공진 곡선에서 최대 전력을 출력하는 주파수를 공진 주파수(f0)라고 한다.

일반적으로, 쿡탑(10)은 공진 곡선의 공진 주파수(f0)를 기준으로 오른쪽 영역의 주파수를 이용한다. 그리고, 쿡탑(1)은 동작 가능한 최소 동작 주파수와 최대 동작 주파수가 미리 설정되어 있을 수 있다.

일 예로, 쿡탑(10)은 최대 동작 주파수(fmax)부터 최소 동작 주파수(fmin)의 범위에 해당하는 주파수로 동작할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)의 동작 주파수 범위는 최대 동작 주파수(fmax)부터 최소 동작 주파수(fmin)까지일 수 있다.

일 예로, 최대 동작 주파수(fmax)는 IGBT 최대 스위칭 주파수일 수 있다. IGBT 최대 스위칭 주파수란 IGBT 스위칭 소자의 내압 및 용량 등을 고려하여, 구동 가능한 최대 주파수를 의미할 수 있다. 예를 들어, 최대 동작 주파수(fmax)는 75kHz일 수 있다.

최소 동작 주파수(fmin)는 약 20kHz일 수 있다. 이 경우, 쿡탑(10)이 가청 주파수(약 16Hz~ 20kHz)로 동작하지 않으므로, 쿡탑(10)의 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.

한편, 상술한 최대 동작 주파수(fmax) 및 최소 동작 주파수(fmin)의 설정 값은 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않는다.

이러한 쿡탑(10)은 가열 명령을 수신하면 가열 명령에서 설정된 화력 단계에 따라 동작 주파수를 결정할 수 있다. 구체적으로, 쿡탑(10)은 설정된 화력 단계가 높을수록 동작 주파수를 낮추고, 설정된 화력 단계가 낮을수록 동작 주파수를 높임으로써 출력 파워를 조절할 수 있다. 즉, 쿡탑(10)은 가열 명령을 수신하면 설정된 화력에 따라 동작 주파수 범위 중 어느 하나로 동작하는 가열 모드를 실시할 수 있다.

이러한 쿡탑(10)은 자성체뿐만 아니라 비자성체인 조리 용기(1)에 대해서도 가열 효율을 높이기 위해, 큰 전류를 필요로 한다. 이에 대해, 도 5를 참조하여 더 자세히 설명한다.

도 5는 구동 주파수에 따른 쿡탑의 출력 특성을 조리 용기의 종류별로 도시한 도면이다.

도 5에서, Clad는 강자성체인 조리 용기(1)의 일 예이고, STS304는 약자성체인 조리 용기(1)의 일 예이고, AL은 비자성체인 조리 용기(1)의 일 예이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 최대 출력(Max Power)을 내기 위한 주파수는 강자성체, 약자성체, 비자성체 순으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 특히 약자성체와 비자성체인 조리 용기(1)를 가열하기 위한 일부 구동 주파수에서는 높은 전류가 요구됨을 확인할 수 있다.

한편, IGBT 소자는 주파수가 높아질수록 허용 전류가 작기 때문에 비자성체인 조리 용기(1)에 대한 가열 효율에 한계가 발생할 수 있다.

SiC 소자는 높은 전류를 허용 가능하나, 게이트 전압의 크기에 따라 내부 다이오드의 전압 강하(voltage drop)가 변화하는 특징이 있다. 다음으로, 도 6을 참조하여, SiC 소자의 게이트 전압에 따른 내부 다이오드의 전압 강하 특징을 설명한다.

도 6은 SiC 소자의 게이트 전압에 따른 내부 다이오드의 드롭 전압이 도시된 그래프이다.

도 6의 화살표를 참조하면, 게이트 전압이 증가하는 방향으로 갈수록 내부 다이오드의 전압 강하가 감소하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 전압 강하가 감소하면 역방향 전류가 증가하고, 역방향 전류로 인해 데드 타임 구간에서 전력 소비가 크게 증가하는 문제가 발생하게 된다. 이에 대해, 인버터의 동작과 연관시켜 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 인버터(140)의 동작 구간은 채널 컨덕션 구간, 스위치 턴 오프 구간, 데드 타임 구간으로 구분될 수 있다.

채널 컨덕션(Channel Conduction) 구간은, 전류가 SiC 소자 내부의 채널(Channel)을 통해 흐르는 구간일 수 있다.

스위치 턴 오프 구간은 SiC 소자의 턴-오프 구간 중 스위치 턴 오프(Switch Turn off) 손실이 발생하는 구간일 수 있다.

데드 타임(Dead time) 구간은, SiC 소자가 턴 온 될 때 안전 동작을 위한 구간으로, 제1 스위칭 소자가 오프된 후 제2 스위칭 소자가 온되기 전까지의 시간 차에 해당하는 구간일 수 있다. 데드 타임은 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 구간일 수 있다. 한편, 데드 타임 구간에서는 내부 다이오드를 통해 전류가 흐르는 리버스 컨덕션(Reverse Conduction) 구간이 포함될 수 있다.

리버스 컨덕션 구간에서는 내부 다이오드를 통해 전류가 흐르기 때문에, 특히 조리 용기(1)가 비자성체인 경우 SiC 소자에 높은 전류가 흐르는 바, 리버스 컨덕션 구간에서 큰 전력 손실이 발생할 수 있다.

도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 인버터의 데드 타임 구간과 역방향 전류의 발생 구간이 도시된 도면이다.

도 7에서, 상단 게이트 전압과 하단 게이트 전압이 모두 제로(0)인 구간은, 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 데드 타임 구간일 수 있다. 그리고, 데드 타임 구간에서는 제1 스위칭 소자(상단 소자)의 역방향 전류가 흐르거나, 제2 스위칭 소자(하단 소자)의 역방향 전류가 흐르는 구간이 발생할 수 있고, 이러한 역방향 전류에 의해 전력 소비가 증가하게 된다.

특히, 역방향 전류는 전압 강하가 감소할수록 증가하는데, 상술한 바와 같이 전압 강하는 게이트 전압이 증가할수록 감소한다.

한편, 종래 쿡탑(10)은 게이트 전압을 구동시 데드 타임을 시간으로 고정시켜 구동하고 있다. 예를 들어, 종래 쿡탑(10)은 데드 타임을 1us로 고정시켜 게이트 전압을 구동하고 있다.

그런데, 이 경우 주파수가 증가할수록 인버터의 동작 구간 중 데드 타임이 차지하는 비율이 증가하게 되어, 전력 손실이 더 증가하는 문제가 있다. 그렇다고, 데드 타임을 단순히 감소시킨다면, 고주파수 영역에서 기생성분들의 영향으로 게이트 전압 파형의 왜곡 발생 가능성이 높아, 인버터(140)의 신뢰도가 저하되는 문제가 야기될 수 있다.

이에, 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑(10)은 데드 타임을 가변시킴으로써, 손실을 줄이고 스위칭 소자의 온도 상승 문제 등을 개선하고자 한다.

도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑의 제어 블록도이다.

도 8에서는 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿡탑(10)의 제어 방법을 설명하기 위해 필요한 구성의 일 예만 도시된 것으로, 도 8에 도시된 구성 중 일부가 생략되거나, 도 8에 도시되지 않은 다른 구성들이 더 추가될 수도 있다.

쿡탑(10)은 용기 판별부(191), 제어부(193) 및 인버터(140)를 포함할 수 있다.

인버터(140)는 워킹 코일(150)에 전류가 흐르도록 구동되는 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 일 예로, 복수의 스위칭 소자는 SiC(Silicon carbide) 소자일 수 있으나, 이에 제한되지 않음이 타당하다. 예를 들어, 복수의 스위칭 소자는 GaN 소자일 수도 있다. 즉, 복수의 스위칭 소자는 WBG(Wide Band-Gap) 소자일 수 있다.

본 명세서에서는, 인버터(140)가 제1 스위칭 소자(상단 스위칭 소자) 및 제2 스위칭 소자(하단 스위칭 소자)를 포함하는 것으로 가정한다.

용기 판별부(191)는 조리 용기(1)의 종류를 판별할 수 있다. 보다 상세하게, 용기 판별부(191)는 조리 용기(1)의 재질을 판별할 수 있다. 정리하면, 용기 판별부(191)는 조리 용기(1)의 종류 또는 조리 용기(1)의 재질을 획득할 수 있다. 조리 용기(1)의 종류는 조리 용기(1)의 재질을 포함하는 개념일 수 있다.

용기 판별부(191)가 조리 용기(1)의 종류를 판별하는 방법은 다양할 수 있다.

제어부(193)의 쿡탑(10)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(193)는 인버터(140), 용기 판별부(191) 등 쿡탑(10)을 구성하는 각 구성요소들을 제어할 수 있다.

제어부(193)는 인버터(140)에 포함된 복수의 스위칭 소자의 듀티를 조절할 수 있다.

도 9는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.

제1 실시 예에 따르면, 데드 타임은 구동 주파수에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 제어부(193)는 인버터(140)의 구동 주파수에 기초하여 데드 타임을 조절할 수 있다. 이하, 쿡탑(10)에서 데드 타임이 구동 주파수에 따라 가변되는 방법을 상세히 설명한다.

제어부(193)는 구동 주파수에 따른 데드 타임을 연산할 수 있다(S110).

데드 타임은 구동 주파수를 기준으로 기설정된 비율에 해당하는 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 제어부(193)는 구동 주파수에 따른 기설정된 비율을 데드 타임으로 연산할 수 있다.

한편, 일 실시 예에 따르면, 제어부(193)는 구동 주파수가 변경될 때마다 데드 타임을 연산할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 제어부(193)는 기 설정된 주기마다 구동 주파수를 변경할 수 있다.

다음으로, 기설정된 비율이 20%인 경우를 예시로 하여 데드 타임을 연산하는 방법을 설명한다.

도 10 내지 도 11은 본 개시의 제1 실시 예에 따른 쿡탑이 데드 타임을 연산하는 방법의 예시를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 제어부(193)는 구동 주파수가 100kHz인 경우 주기는 10us이므로, 주기의 20%인 2us를 한 주기 동안의 총 데드 타임으로 설정할 수 있고, 이에 따라 각 스위칭 소자에 대한 데드 타임 구간은 각 1us일 수 있다.

그리고, 도 11을 참조하면, 제어부(193)는 구동 주파수가 200kHz인 경우 주기는 5us이므로, 주기의 20%인 1us를 한 주기 동안의 총 데드 타임으로 설정할 수 있고, 이에 따라 각 스위칭 소자에 대한 데드 타임 구간은 0.5us일 수 있다.

이와 같이, 구동 주파수에 따른 기설정된 비율을 데드 타임으로 조절할 경우, 주파수가 높아질수록 데드 타임 구간이 짧아지므로 손실을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

다시, 도 9를 설명한다.

제어부(193)는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 이하인지 판단할 수 있다(S120).

구체적으로, 제어부(193)는 데드 타임이 과도하게 짧아지는 경우를 최소화하기 위해, 미리 최소 데드 타임을 설정하고 있을 수 있다. 예를 들어, 최소 데드 타임은 0.2us일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않는다.

제어부(193)는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드타임 이하이면, 데드 타임을 기설정된 최소 데드 타임으로 설정할 수 있다(S130).

한편, 제어부(193)는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임보다 클 경우, 데드 타임을 연산된 데드 타임으로 설정할 수 있다(S14).

즉, 제어부(193)는 연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 초과이면, 데드 타임을 연산된 데드 타임으로 설정할 수 있다.

다음으로, 도 12는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 쿡탑의 동작 방법이 도시된 순서도이다.

제2 실시 예에 따르면, 데드 타임은 조리 용기(1)의 종류에 따라 가변될 수 있다. 제어부(193)는 조리 용기(1)의 종류에 따라 데드 타임을 조절할 수 있다. 이하, 쿡탑(10)에서 데드 타임이 조리 용기(1)에 따라 가변되는 방법을 상세히 설명한다.

제어부(193)는 조리 용기(1)의 재질을 판별할 수 있다(S210).

예를 들어, 제어부(193)는 조리 용기(1)가 자성체인지 비자성체인지 여부를 획득할 수 있다. 다른 예로, 제어부(193)는 조리 용기(1)가 강자성체인지, 약자성체인지 또는 비자성체인지 여부를 획득할 수 있다. 즉, 조리 용기(1)가 판별 가능한 조리 용기(1)의 종류의 수에는 제한되지 않는다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제어부(193)는 조리 용기(1)의 재질을 3가지로 판별 가능한 것으로 가정한다.

제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제1 용기인가 판단할 수 있다(S220).

제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제1 용기이면 데드 타임을 제1 값으로 설정할 수 있다(S230).

제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제1 용기가 아니면, 판별된 조리 용기(1)가 제2 용기인가 판단할 수 있다(S240).

제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제2 용기이면 데드 타임을 제2 값으로 설정할 수 있다(S250).

제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제2 용기가 아니면, 판별된 조리 용기(1)가 제3 용기인가 판단할 수 있다(S260).

제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제3 용기이면, 데드 타임을 제3 값으로 설정할 수 있다(S270).

제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제3 용기가 아니면, 다시 조리 용기(1)의 재질을 판별할 수 있다(S210).

혹은, 제어부(193)는 판별된 조리 용기(1)가 제3 용기가 아니면, 데드 타임을 기 설정된 기본 값(예를 들어, 제1 값)으로 설정할 수도 있다.

상술한 방법에서, 제1 용기는 제2 용기 보다 자성이 강하고, 제2 용기는 제3 용기 보다 자성이 강할 수 있다. 즉, 제1 용기는 강자성체이고, 제2 용기는 약자성체이고, 제3 용기는 비자성체일 수 있다. 그리고, 이 경우 제1 값은 제2 값 보다 크고, 제2 값은 제3 값보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 값은 1us이고, 제2 값은 0.7us이고, 제3 값은 0.5us일 수 있다. 정리하면, 용기의 자성이 강할수록 데드 타임은 길게 설정되고, 용기의 자성이 약할수록 데드 타임은 짧게 설정될 수 있다. 즉, 제어부(193)는 인버터(140)의 구동 주파수가 증가할수록 데드 타임이 감소하도록 데드 타임을 가변시킬 수 있다.

상술한 제1 및 제2 실시 예에 따른 쿡탑(10)은 데드 타임이 가변되므로 스위칭 소자의 손실 및 발열이 최소화되면서 고주파수에서 구동이 가능하기 때문에, 가열 가능한 조리 용기(1)의 종류를 확대 가능하며, 비자성체에 대한 출력을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 스위칭 소자의 온도 상승 문제가 최소화되므로 냉각 시스템의 부품 수 및 크기의 축소가 가능하고, 이에 따라 쿡탑(10)의 크기 축소가 가능한 이점이 있다.

본 명세서에서, 자성체는 강자성을 띠는 물질(강자성체)를 의미하고, 비자성체는 강자성체 이외의 자성이 약한 물질(약자성체)과 전혀 자성을 갖지 않는 물질을 포함하는 의미일 수 있다.

그리고, 본 명세서에서, 조리 용기(1)가 자성체인 경우 전압/전류/저항/전력 등이 크다(높다)/작다(낮다) 등의 표현은 조리 용기(1)가 비자성체인 경우와 비교하여 전압/전류/저항/전력 등이 크거나(높거나), 작다(낮다)는 것이고, 반대로, 조리 용기(1)가 비자성체인 경우 전압/전류/저항/전력 등이 크다(높다)/작다(낮다) 등의 표현은 조리 용기(1)가 자성체인 경우와 비교하여 전압/전류/저항/전력 등이 크거나(높거나), 작다(낮다)는 것을 의미할 수 있다.

이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 워킹 코일;
   상기 워킹 코일에 전류가 흐르도록 구동되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터;
   상기 복수의 스위칭 소자의 듀티를 조절하는 제어부를 포함하고,
   상기 복수의 스위칭 소자가 모두 턴 오프되는 데드 타임은 가변되는
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 인버터의 구동 주파수에 기초하여 상기 데드 타임을 조절하는
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 구동 주파수에 따른 기설정된 비율을 상기 데드 타임으로 연산하는
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 구동 주파수가 변경될 때마다 상기 데드 타임을 연산하는
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어부는
   연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 이하이면, 데드 타임을 상기 기설정된 데드 타임으로 설정하는
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어부는
   연산된 데드 타임이 기설정된 최소 데드 타임 초과이면, 데드 타임을 상기 연산된 데드 타임으로 설정하는
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는
   조리 용기의 종류에 따라 상기 데드 타임을 조절하는
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 조리 용기가 제1 용기이면 데드 타임을 제1 값으로 설정하고,
   상기 조리 용기가 제2 용기이면 데드 타임을 제2 값으로 설정하는
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1 용기가 자성체이고 상기 제2 용기가 비자성체인 경우, 상기 제1 값은 상기 제2 값 보다 큰
   유도 가열 방식의 쿡탑.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 인버터의 구동 주파수가 증가할수록 상기 데드 타임이 감소하도록 상기 데드 타임을 가변시키는
    유도 가열 방식의 쿡탑.
    

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