KR20220128885A - 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법 - Google Patents

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강계룡
장호용
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 명세서는 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것이다. 본 명세서의 일 실시예에서, 제어기는 워킹 코일의 공진 전류를 측정하고, 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 구동 전압을 측정하고, 공진 전류와 구동 전압에 기초하여 위상 마진 펄스를 생성하고, 위상 마진 펄스와 스위칭 신호를 비교하여 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하고, 유도 가열 장치의 구동 상태에 기초하여 상기 워킹 코일의 구동을 제어한다. 또한 본 명세서의 실시예들에 따르면, 워킹 코일의 구동 주파수가 커패시티브 영역에 포함되는 것으로 판별될 경우 유도 가열 장치의 구동이 중단되거나 워킹 코일의 구동 주파수가 다시 설정된다. 따라서 유도 가열 장치의 구동 과정에서 워킹 코일의 전력 효율이 높아지는 동시에 스위칭 소자들의 소손이 방지된다.

Description

유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법{INDUCTION HEATING APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING INDUCTION HEATING APPARATUS}
본 명세서는 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
유도 가열 장치는 워킹 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 재질의 용기에 와전류(eddy current)를 발생시킴으로써 용기를 가열하는 장치이다. 유도 가열 장치가 구동되면 고주파 전류가 워킹 코일에 인가된다. 이에 따라 유도 가열 장치 내부에 배치되는 워킹 코일 주변에는 유도 자계가 발생한다. 이와 같이 발생한 유도 자계의 자력선이 워킹 코일의 상부에 놓인 금속 성분을 포함한 용기의 바닥을 통과하면, 용기 바닥의 내부에 와전류가 발생한다. 이렇게 발생한 와전류가 용기에 흐르면 용기 자체가 가열된다.
사용자가 유도 가열 장치의 가열 영역에 용기를 올려 놓은 상태에서 파워 레벨을 설정하고 가열 시작 명령을 입력하면, 설정된 파워 레벨과 대응되는 요구 전력값이 결정된다. 가열 시작 명령에 의해서 유도 가열 장치의 구동이 시작되면, 가열 영역 하부에 배치되는 워킹 코일의 구동 주파수가 결정된다. 이 때 워킹 코일의 구동 주파수는 요구 전력값과 대응된다. 유도 가열 장치가 구동되는 동안 워킹 코일의 출력 전력값은 요구 전력값과 대응되도록 제어된다.
도 1은 유도 가열 장치가 구동될 때 워킹 코일의 구동 주파수와 출력 전력값간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1에 도시된 주파수-출력 전력값 곡선에서 공진 주파수(FR)를 중심으로 좌측 영역, 즉 공진 주파수(FR)보다 낮은 주파수를 포함하는 영역은 커패시티브(capacitive) 영역(CA)으로 지칭된다.
도 1에 도시된 주파수-출력 전력값 곡선에서 미리 정해진 기준 주파수(FL)를 중심으로 우측 영역, 즉 기준 주파수(FL)보다 높은 주파수를 포함하는 영역은 인덕티브(inductive) 영역(IA)으로 지칭된다. 여기서 기준 주파수(FL)는 공진 주파수(FR)와 동일하거나 공진 주파수(FR)보다 크다.
유도 가열 장치가 구동될 때 워킹 코일의 구동 주파수가 인덕티브 영역(IA)에 포함된 주파수로 설정될 경우, 유도 가열 장치는 정상적으로 구동된다. 그러나 유도 가열 장치가 구동될 때 워킹 코일의 구동 주파수가 커패시티브 영역(CA)에 포함된 주파수로 설정될 경우, 유도 가열 장치는 비정상적으로 구동된다.
보다 구체적으로, 워킹 코일이 커패시티브 영역(CA)에서 구동되면 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로에 포함되는 스위칭 소자들의 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS)의 실패로 인하여 스위칭 소자들 간의 스위칭 손실이 커지면서 인버터 회로 및 워킹 코일의 전력 효율이 낮아진다. 또한 영전압 스위칭의 실패로 인하여 스위칭 소자들 간의 스위칭 손실이 커지면서 스위칭 소자들의 온도가 높아져서 스위칭 소자들이 소손될 수 있다.
따라서 유도 가열 장치의 전력 효율을 높이고 스위칭 소자들의 소손을 방지하기 위해서는 유도 가열 장치의 구동 시 워킹 코일의 구동 주파수가 커패시티브 영역 및 인덕티브 영역 중 어느 영역에 포함되는지 정확히 판별될 필요가 있다.
본 명세서의 목적은 워킹 코일의 구동 주파수가 커패시티브 영역 및 인덕티브 영역 중 어느 영역에 포함되는지가 정확히 판별되는 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 명세서의 목적은 전력 효율이 높아지는 동시에 스위칭 소자들의 소손이 방지되는 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 명세서의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 이하에서 기술되는 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 청구범위에 기재된 구성요소들 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 가열 영역과 대응되는 위치에 배치되는 워킹 코일, 다수의 스위칭 소자를 포함하며 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로, 상기 인버터 회로에 포함된 각각의 스위칭 소자에 스위칭 신호를 공급하는 구동 회로 및 상기 가열 영역에 대한 파워 레벨이 입력되면 상기 파워 레벨과 대응되는 상기 워킹 코일의 구동 주파수를 결정하고, 상기 구동 주파수에 기초한 제어 신호를 상기 구동 회로에 공급하여 상기 워킹 코일을 구동시키는 제어기를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 워킹 코일의 공진 전류를 측정하고, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 구동 전압을 측정하고, 상기 공진 전류와 상기 구동 전압에 기초하여 위상 마진 펄스를 생성하고, 상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하고, 상기 유도 가열 장치의 구동 상태에 기초하여 상기 워킹 코일의 구동을 제어한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨은 상기 공진 전류가 음수이고 제2 스위칭 소자의 구동 전압이 하이 레벨인 구간에서 하이 레벨이고, 그렇지 않은 경우 로우 레벨이다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍과 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍을 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 상기 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍보다 빠르면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하고, 상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 상기 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍보다 늦으면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 제어기는 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨에 기초하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 하이 레벨이면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하고, 상기 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 로우 레벨이면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별되면 상기 워킹 코일의 구동을 유지시키고, 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별되면 상기 워킹 코일의 구동을 중단시킨다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 워킹 코일의 구동이 중단된 이후 상기 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일의 재구동 주파수를 결정하고, 상기 재구동 주파수에 기초하여 상기 워킹 코일을 구동시킨다.
또한 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법은, 가열 영역에 대한 파워 레벨을 입력받는 단계, 상기 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일의 구동 주파수를 결정하는 단계, 상기 구동 주파수에 기초하여 상기 워킹 코일을 구동시키는 단계, 상기 워킹 코일의 공진 전류를 측정하는 단계, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 구동 전압을 측정하는 단계, 상기 공진 전류와 상기 구동 전압에 기초하여 위상 마진 펄스를 생성하는 단계, 상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계 및 상기 유도 가열 장치의 구동 상태에 기초하여 상기 워킹 코일의 구동을 제어하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨은 상기 공진 전류가 음수이고 제2 스위칭 소자의 구동 전압이 하이 레벨인 구간에서 하이 레벨이고, 그렇지 않은 경우 로우 레벨이다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계는 상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍과 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍을 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계는 상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 상기 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍보다 빠르면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하는 단계 및 상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 상기 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍보다 늦으면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계는 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨에 기초하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계는 상기 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 하이 레벨이면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하는 단계 및 상기 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 로우 레벨이면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 워킹 코일의 구동을 제어하는 단계는 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별되면 상기 워킹 코일의 구동을 유지시키는 단계 및 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별되면 상기 워킹 코일의 구동을 중단시키는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 상기 워킹 코일의 구동을 제어하는 단계는 상기 워킹 코일의 구동이 중단된 이후 상기 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일의 재구동 주파수를 결정하는 단계 및 상기 재구동 주파수에 기초하여 상기 워킹 코일을 구동시키는 단계를 더 포함한다.
본 명세서의 실시예들에 따르면, 유도 가열 장치가 구동될 때 워킹 코일의 구동 주파수가 커패시티브 영역 및 인덕티브 영역 중 어느 영역에 포함되는지가 정확히 판별될 수 있다.
또한 본 명세서의 실시예들에 따르면, 워킹 코일의 구동 주파수가 커패시티브 영역에 포함되는 것으로 판별될 경우 유도 가열 장치의 구동이 중단되거나 워킹 코일의 구동 주파수가 다시 설정된다. 따라서 유도 가열 장치의 구동 과정에서 워킹 코일의 전력 효율이 높아지는 동시에 스위칭 소자들의 소손이 방지된다.
도 1은 유도 가열 장치가 구동될 때 워킹 코일의 구동 주파수와 출력 전력값간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 회로 구성도이다.
도 4는 유도 가열 장치가 커패시티브 영역에서 구동될 때 스위칭 신호, 스위칭 소자의 구동 전압, 워킹 코일의 공진 전류 및 위상 마진 펄스의 파형을 각각 도시한다.
도 5는 유도 가열 장치가 인덕티브 영역에서 구동될 때 스위칭 신호, 스위칭 소자의 구동 전압, 워킹 코일의 공진 전류 및 위상 마진 펄스의 파형을 각각 도시한다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서의 실시예들을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 명세서를 설명함에 있어서 본 명세서와 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리킨다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(10)는 본체를 구성하는 케이스(102) 및 케이스(102)와 결합되어 케이스(102)를 밀폐하는 커버 플레이트(104)를 포함한다.
커버 플레이트(104)는 케이스(102)의 상면과 결합하여 케이스(102) 내부에 형성되는 공간을 외부로부터 밀폐한다. 커버 플레이트(104)는 음식물의 조리를 위한 용기가 놓일 수 있는 상판부(106)를 포함한다. 본 명세서의 일 실시예에서, 상판부(106)는 세라믹 글래스와 같은 강화 유리 재질로 이루어질 수 있으나 상판부(106)의 재질은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
상판부(106)에는 워킹 코일 어셈블리(122, 124)와 각각 대응되는 가열 영역(12, 14)이 형성된다. 사용자가 가열 영역(12, 14)의 위치를 명확하게 인식할 수 있게 하기 위하여, 가열 영역(12, 14)에 대응되는 선이나 도형이 상판부(106) 상에 인쇄 또는 표시될 수 있다.
케이스(102)는 상부가 개방된 육면체 형상을 가질 수 있다. 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 용기를 가열하기 위한 워킹 코일 어셈블리(122, 124)가 배치된다. 또한 케이스(102) 내부에는 사용자로 하여금 전원을 인가하게 하거나 각 가열 영역(12, 14)의 파워 레벨을 조절하게 하는 기능과, 유도 가열 장치(10)와 관련된 정보를 표시하는 기능을 갖는 인터페이스부(114)가 구비된다. 인터페이스부(114)는 터치에 의한 정보 입력 및 정보 표시가 모두 가능한 터치 패널로 이루어질 수 있으나, 실시예에 따라서 다른 구조를 갖는 인터페이스부(114)가 사용될 수도 있다.
또한 상판부(106)에는 인터페이스부(114)와 대응되는 위치에 배치되는 조작 영역(118)이 구비된다. 사용자의 조작을 위하여, 조작 영역(118)에는 문자나 이미지 등이 미리 인쇄될 수 있다. 사용자는 조작 영역(118)에 미리 인쇄된 문자나 이미지를 참고하여 조작 영역(118)의 특정 지점을 터치함으로써 원하는 조작을 수행할 수 있다. 또한 인터페이스부(114)에 의해서 출력되는 정보는 조작 영역(118)을 통해서 표시될 수 있다.
사용자는 인터페이스부(114)를 통해서 각각의 가열 영역(12, 14)의 파워 레벨을 설정할 수 있다. 파워 레벨은 조작 영역(118) 상에 숫자(예컨대, 1, 2, 3, ..., 9)로 표시될 수 있다. 각각의 가열 영역(12, 14)에 대한 파워 레벨이 설정되면 각각의 가열 영역(12, 14)과 대응되는 워킹 코일의 요구 전력값 및 구동 주파수가 결정된다. 제어기는 결정된 구동 주파수에 기초하여 각각의 워킹 코일의 실제 출력 전력값이 사용자에 의하여 설정된 요구 전력값과 일치하도록 각각의 워킹 코일을 구동시킨다.
또한 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 워킹 코일 어셈블리(122, 124)나 인터페이스부(114)에 전력을 공급하기 위한 전원부(112)가 배치된다.
참고로 도 2의 실시예에서는 케이스(102) 내부에 배치된 두 개의 워킹 코일 어셈블리, 즉 제1 워킹 코일 어셈블리(122) 및 제2 워킹 코일 어셈블리(124)가 예시적으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 케이스(102) 내부에 세 개 이상의 워킹 코일 어셈블리가 배치될 수도 있다.
워킹 코일 어셈블리(122, 124)는 전원부(112)에 의해 공급되는 고주파 교류 전류를 이용하여 유도 자계를 형성하는 워킹 코일 및 용기에 의해 발생하는 열로부터 코일을 보호하기 위한 단열 시트를 포함한다. 예를 들어 도 2에서 제1 워킹 코일 어셈블리(122)는 제1 가열 영역(12)에 놓여지는 용기를 가열하기 위한 제1 워킹 코일(132) 및 제1 단열 시트(130)를 포함한다. 또한 도시되지는 않았으나, 제2 워킹 코일(124)은 제2 워킹 코일 및 제2 단열 시트를 포함한다. 실시예에 따라서는 단열 시트가 배치되지 않을 수도 있다.
또한 각각의 워킹 코일의 중심부에는 온도 센서가 배치된다. 예를 들어 도 2에서 제1 워킹 코일(134)의 중심부에는 온도 센서(134)가 배치된다. 온도 센서는 각각의 가열 영역에 놓여진 용기의 온도를 측정한다. 본 명세서의 일 실시예에서, 온도 센서는 용기의 온도에 따라서 저항값이 변화하는 가변 저항을 갖는 서미스터 온도 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시예에서 온도 센서는 용기의 온도에 대응되는 센싱 전압을 출력하며, 온도 센서로부터 출력되는 센싱 전압은 제어기에 전달된다. 제어기는 온도 센서로부터 출력되는 센싱 전압의 크기에 기초하여 용기의 온도를 확인하고, 용기의 온도가 미리 정해진 기준값 이상이면 워킹 코일의 실제 전력값을 낮추거나 워킹 코일의 구동을 중단시키는 과열 보호 동작을 수행한다.
또한 도 2에는 도시되지 않았으나 케이스(102) 내부에 형성되는 공간에는 제어기를 포함한 다수의 회로 또는 소자가 실장되는 기판이 배치될 수 있다. 제어기는 인터페이스부(114)를 통해서 입력되는 사용자의 가열 시작 명령에 따라서 각각의 워킹 코일을 구동시켜 가열 동작을 수행할 수 있다. 사용자가 인터페이스부(114)를 통해서 가열 종료 명령을 입력하면 제어기는 워킹 코일의 구동을 중단시켜 가열 동작을 종료시킨다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 회로 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(10)는 정류 회로(202), 평활화 회로(L1, C1), 인버터 회로(204), 워킹 코일(132)을 포함한다.
정류 회로(202)는 다수의 다이오드 소자(D1, D2, D3, D4)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이 정류 회로(202)는 브릿지 다이오드 회로일 수 있으며, 실시예에 따라 다른 회로일 수 있다. 정류 회로(202)는 전원 공급 장치(20)로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 맥동 파형을 갖는 전압을 출력한다.
평활화 회로(L1, C1)는 정류 회로(32)에 의해서 정류된 전압을 평활화하여 직류 링크 전압을 출력한다. 평활화 회로(L1, C1)는 제1 인덕터(L1) 및 직류 링크 커패시터(C1)를 포함한다.
인버터 회로(204)는 제1 스위칭 소자(SW1), 제2 스위칭 소자(SW2), 제1 커패시터(C2), 제2 커패시터(C3)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(10)의 인버터 회로(204)는 2개의 스위칭 소자(SW1, SW2)를 포함하는 하프 브릿지 회로로 구성된다. 그러나 본 명세서의 다른 실시예에서 인버터 회로(204)는 4개의 스위칭 소자를 포함하는 풀 브릿지 회로로 구성될 수도 있다.
제1 스위칭 소자(SW1), 제2 스위칭 소자(SW2)는 각각 제1 스위칭 신호(S1), 제2 스위칭 신호(S2)에 의해서 턴 온 및 턴 오프된다. 본 명세서의 일 실시예에서, 각각의 스위칭 소자(SW1, SW2)는 각각의 스위칭 신호(S1, S2)가 하이 레벨일 때 턴 오프되고, 각각의 스위칭 신호(S1, S2)가 로우 레벨일 때 턴 온된다. 그러나 본 명세서의 다른 실시예에서 각각의 스위칭 소자(SW1, SW2)는 각각의 스위칭 신호(S1, S2)가 하이 레벨일 때 턴 온되고, 각각의 스위칭 신호(S1, S2)가 로우 레벨일 때 턴 오프될 수도 있다.
도 3에는 각각의 스위칭 소자(SW1, SW2)가 IGBT 소자인 실시예가 도시되어 있으나, 각각의 스위칭 소자(SW1, SW2)는 실시예에 따라서 다른 타입의 스위칭 소자(예컨대, BJT 또는 FET 등)일 수도 있다.
각각의 스위칭 소자(SW1, SW2)는 서로 상보적으로 턴 온 및 턴 오프될 수 있다. 예를 들어 임의의 동작 모드에서, 제1 스위칭 소자(SW1)가 턴 온(턴 오프) 되는 동안 제2 스위칭 소자(SW2)는 턴 오프(턴 온)될 수 있다.
인버터 회로(204)에 포함된 스위칭 소자들(SW1, SW2)의 턴 온 및 턴 오프 동작, 즉 스위칭 동작에 의해서, 인버터 회로(204)에 입력되는 직류 링크 전압이 교류 전압(교류 전류)으로 변환된다. 인버터 회로(204)로부터 출력되는 교류 전류는 워킹 코일(132)로 공급된다. 인버터 회로(204)로부터 교류 전류가 공급되면 워킹 코일(132)에 공진 현상이 발생하여 용기에 열 에너지가 공급된다.
본 명세서에서 제1 스위칭 신호(S1), 제2 스위칭 신호(S2)는 각각 미리 정해진 듀티 비(duty ratio)를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호이다.
인버터 회로(204)로부터 출력되는 교류 전류가 워킹 코일(132)에 공급되면 워킹 코일(132)이 구동된다. 워킹 코일(132)이 구동되면 워킹 코일(132)의 상부에 놓인 용기에 와전류가 흐르면서 용기가 가열된다. 워킹 코일(132)이 구동될 때 워킹 코일의 구동에 의하여 실제로 발생하는 전력의 크기, 즉 워킹 코일의 실제 출력 전력값에 따라서 용기에 공급되는 열 에너지의 크기가 달라진다.
사용자가 유도 가열 장치(10)의 인터페이스부를 조작하여 유도 가열 장치(10)를 전원 온(Power On) 상태로 변경하면, 입력 전원(20)으로부터 유도 가열 장치에 전력이 공급되면서 유도 가열 장치는 구동 대기 상태가 된다. 이어서 사용자는 유도 가열 장치의 워킹 코일 상부에 용기를 올려 놓고 용기에 대한 파워 레벨을 설정함으로써 워킹 코일에 대한 가열 시작 명령을 내린다. 사용자가 가열 시작 명령을 내리면, 사용자가 설정한 파워 레벨에 따라서 워킹 코일(132)에 요구되는 전력값, 즉 요구 전력값이 결정된다.
사용자에 의한 가열 시작 명령을 수신한 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 요구 전력값에 대응되는 구동 주파수를 결정하고, 결정된 구동 주파수에 대응되는 제어 신호를 구동 회로(22)에 공급한다. 이에 따라서 구동 회로(22)로부터 스위칭 신호(S1, S2)가 출력되고, 스위칭 신호(S1, S2)가 각각 스위칭 소자(SW1, SW2)에 입력되면서 워킹 코일(132)이 구동된다. 워킹 코일(132)이 구동되면 용기에 와전류가 흐르면서 용기가 가열된다.
본 명세서의 일 실시예에서, 제어기(2)는 사용자가 가열 영역에 대하여 설정한 파워 레벨에 대응되도록 워킹 코일(132)의 구동 주파수를 결정한다. 예컨대 사용자가 가열 영역에 대한 파워 레벨을 설정하면 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동 주파수를 미리 정해진 최대 주파수로 설정한 후 워킹 코일(132)의 출력 전력값이 사용자가 설정한 파워 레벨과 대응되는 요구 전력값과 일치할 때까지 워킹 코일(132)의 구동 주파수를 점진적으로 낮출 수 있다. 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 출력 전력값이 요구 전력값과 일치할 때의 주파수를 워킹 코일(132)의 구동 주파수로 결정할 수 있다.
제어기(2)는 결정된 구동 주파수에 대응되는 제어 신호를 구동 회로(22)에 공급한다. 구동 회로(22)는 제어기(2)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여, 제어기(2)에 의해서 결정된 구동 주파수에 대응되는 듀티 비를 갖는 스위칭 신호(S1, S2)를 출력한다. 스위칭 신호(S1, S2)의 입력에 의해서 스위칭 소자(SW1, SW2)가 상보적으로 턴 온 및 턴 오프되면서 워킹 코일(132)에 교류 전류가 공급된다.
워킹 코일(132)이 구동되어 용기가 가열될 때, 제어기(2)는 전류 센서(24)를 통해서 측정되는 워킹 코일(132)의 공진 전류의 크기, 즉 공진 전류값을 획득할 수 있다.
또한 제어기(2)는 스위칭 소자(SW1, SW2)가 상보적으로 턴 온 및 턴 오프될 때 전압 센서(26)를 통해서 측정되는 스위칭 소자(SW1, SW2)에 인가되는 전압의 크기, 즉 스위칭 소자(SW1, SW2)의 구동 전압의 크기인 구동 전압값을 획득할 수 있다. 예컨대 스위칭 소자(SW1, SW2)가 IGBT 소자일 때, 스위칭 소자(SW1, SW2)의 구동 전압값은 IGBT 소자에 포함되는 제1 단자(베이스 단자), 제2 단자(콜렉터 단자), 제3 단자(이미터 단자) 중 제2 단자(콜렉터 단자) 및 제3 단자(이미터 단자) 사이의 전압 크기, 즉 콜렉터-이미터 전압의 크기일 수 있다.
도 3에는 전압 센서(26)가 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압을 측정하는 실시예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 스위칭 소자(SW1)의 구동 전압이 측정될 수도 있다.
본 명세서의 일 실시예에서, 제어기(2)는 전류 센서(24)를 통해서 공진 전류를 측정하고 전압 센서(26)를 통해서 획득되는 스위칭 소자의 구동 전압을 측정하고, 측정된 공진 전류 및 구동 전압에 기초하여 위상 마진 펄스를 생성할 수 있다.
또한 본 명세서의 일 실시예에서, 제어기(2)는 위상 마진 펄스와 스위칭 소자(예컨대, SW1)에 입력되는 스위칭 신호(예컨대, S1)를 비교하여 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별할 수 있다.
또한 본 명세서의 일 실시예에서, 제어기(2)는 유도 가열 장치(10)의 구동 상태에 기초하여 워킹 코일(132)의 구동을 제어할 수 있다.
이하에서는 제어기(2)가 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별하고, 유도 장치(10)의 구동 상태에 기초하여 워킹 코일(132)의 구동을 제어하는 실시예들이 기술된다.
도 4는 유도 가열 장치가 커패시티브 영역에서 구동될 때 스위칭 신호, 스위칭 소자의 구동 전압, 워킹 코일의 공진 전류 및 위상 마진 펄스의 파형을 각각 도시한다. 또한 도 5는 유도 가열 장치가 인덕티브 영역에서 구동될 때 스위칭 신호, 스위칭 소자의 구동 전압, 워킹 코일의 공진 전류 및 위상 마진 펄스의 파형을 각각 도시한다.
사용자가 워킹 코일(132) 상부에 용기를 올려 놓고 용기에 대한 파워 레벨을 설정하여 가열 시작 명령을 입력하면, 설정된 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일(132)의 요구 전력값이 결정된다. 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 요구 전력값과 대응되는 구동 주파수를 결정하고, 결정된 구동 주파수에 대응되는 제어 신호를 구동 회로(22)에 공급한다. 이에 따라서 구동 회로(22)로부터 스위칭 신호(S1, S2)가 출력되고, 스위칭 신호(S1, S2)가 각각 스위칭 소자(SW1, SW2)에 입력되면서 워킹 코일(132)이 구동된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제1 스위칭 신호(S1)는 제2 스위칭 신호(S2)와 서로 상보적이다. 즉, 제1 스위칭 신호(S1)가 하이 레벨일 때 제2 스위칭 신호(S2)는 로우 레벨이고, 제1 스위칭 신호(S1)가 로우 레벨일 때 제2 스위칭 신호(S2)는 하이 레벨이다.
또한 제1 스위칭 신호(S1) 및 제2 스위칭 신호(S2)가 각각 하이 레벨일 때 제1 스위칭 소자(SW1)의 구동 전압(VS1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압(VS2)은 각각 로우 레벨이고, 제1 스위칭 신호(S1) 및 제2 스위칭 신호(S2)가 각각 로우 레벨일 때 제1 스위칭 소자(SW1)의 구동 전압(VS1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압(VS2)은 각각 하이 레벨이다. 따라서 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)는 서로 상보적으로 턴 온 및 턴 오프된다.
스위칭 신호(S1, S2)가 각각 스위칭 소자(SW1, SW2)에 입력되면 스위칭 소자(SW1, SW2)가 서로 상보적으로 턴 온 및 턴 오프되면서 워킹 코일(132)에 교류 전류가 공급된다. 도 4 및 도 5에는 워킹 코일(132)에 교류 전류가 공급되어 워킹 코일(132)이 구동될 때 전류 센서(24)에 의해서 측정되는 공진 전류(IL)의 파형이 도시된다.
워킹 코일(132)이 구동되면 제어기(2)는 전류 센서(24)를 통해서 공진 전류(IL)를 측정하고, 전압 센서(26)를 통해서 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압(VS2)을 측정한다. 이하에서는 제어기(2)가 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압(VS2)을 기초로 위상 마진 펄스를 생성하는 실시예가 기술되나, 본 명세서의 다른 실시예에서 제어기(2)는 제1 스위칭 소자(SW1)의 구동 전압(VS1)을 기초로 위상 마진 펄스를 생성할 수도 있다.
제어기(2)는 공진 전류(IL) 및 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압(VS2)을 기초로 위상 마진 펄스를 생성한다. 본 명세서의 일 실시예에서, 제어기(2)는 공진 전류(IL)의 크기 및 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압(VS2)의 전압 레벨을 비교하여 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 위상 마진 펄스(PM)를 생성할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에서, 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨은 공진 전류(IL)가 음수이고 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압(VS2)이 하이 레벨인 구간에서 하이 레벨이고, 이외의 구간에서는 로우 레벨이다.
위상 마진 펄스(PM)가 생성되면, 제어기(2)는 위상 마진 펄스(PM)와 제1 스위칭 신호(S1)를 비교하고, 비교 결과에 따라서 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별한다. 본 명세서의 다른 실시예에서, 제1 스위칭 소자(SW1)의 구동 전압(VS1)을 기초로 위상 마진 펄스가 생성될 경우, 제어기(2)는 위상 마진 펄스(PM)와 제2 스위칭 신호(S1)를 비교하여 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에서, 제어기(2)는 위상 마진 펄스(PM)의 라이징 에지 타이밍(MP1)과 제1 스위칭 신호(S1)의 센터 포인트 타이밍(CP)을 비교하여 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별할 수 있다.
참고로 본 명세서에서 위상 마진 펄스(PM)의 라이징 에지 타이밍(MP1)은 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨이 로우 레벨에서 하이 레벨로 전환되는 타이밍을 의미하고, 위상 마진 펄스(PM)의 폴링 에지 타이밍(MP2)은 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨이 하이 레벨에서 로우 레벨로 전환되는 타이밍을 의미한다.
또한 본 명세서에서 제1 스위칭 신호(S1)의 센터 포인트 타이밍(CP)은 제1 스위칭 신호(S1)가 하이 레벨인 구간의 중간 시점을 의미한다.
예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 위상 마진 펄스(PM)의 라이징 에지 타이밍(MP1)이 제1 스위칭 신호(S1)의 센터 포인트 타이밍(CP)보다 늦을 경우, 제어기(2)는 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별한다.
반대로 도 5에 도시된 바와 같이 위상 마진 펄스(PM)의 라이징 에지 타이밍(MP1)이 제1 스위칭 신호(S1)의 센터 포인트 타이밍(CP)보다 빠를 경우, 제어기(2)는 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 정상인 것으로 판별한다.
본 명세서의 다른 실시예에서, 제어기(2)는 제1 스위칭 신호(S1)의 라이징 에지 타이밍(SP)에서 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨에 기초하여 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별할 수 있다.
참고로 본 명세서에서 제1 스위칭 신호(S1)의 라이징 에지 타이밍(SP)은 제1 스위칭 신호(S1)의 전압 레벨이 로우 레벨에서 하이 레벨로 전환되는 타이밍을 의미한다.
예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 제1 스위칭 신호(S1)의 라이징 에지 타이밍(SP)에서 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨이 로우 레벨인 경우, 제어기(2)는 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별한다.
반대로 도 5에 도시된 바와 같이 제1 스위칭 신호(S1)의 라이징 에지 타이밍(SP)에서 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨이 하이 레벨인 경우, 제어기(2)는 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 정상인 것으로 판별한다.
본 명세서에서 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 비정상이라는 것은 워킹 코일(132)의 구동 주파수가 도 1에 도시된 커패시티브 영역(CA)에 포함된다는 것을 의미한다. 또한 본 명세서에서 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 정상이라는 것은 워킹 코일(132)의 구동 주파수가 도 1에 도시된 인덕티브 영역(IA)에 포함된다는 것을 의미한다.
유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 판별되면, 제어기(2)는 유도 가열 장치(10)의 구동 상태에 따라서 워킹 코일(132)의 구동 여부를 결정할 수 있다. 예컨대 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별되면 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동을 그대로 유지시킨다.
그러나 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별되면, 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동을 중단시킨다. 이에 따라서 유도 가열 장치의 구동 과정에서 워킹 코일(132)의 전력 효율이 높아지는 동시에 인버터 회로(204)에 포함되는 스위칭 소자(SW1, SW2)의 소손이 방지될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별되어 워킹 코일(132)의 구동이 중단된 이후, 제어기(2)는 워킹 코일(132)을 사용자가 설정한 요구 전력값에 따라서 다시 구동시키기 위한 구동 주파수, 즉 재구동 주파수를 산출할 수 있다. 제어기(2)가 재구동 주파수에 따라서 워킹 코일(132)을 다시 구동시킴으로써 워킹 코일(132)에 의한 용기 가열이 재개될 수 있다. 이 때 워킹 코일(132)의 재구동 주파수는 공진 주파수보다 높은 값으로 결정되므로, 유도 가열 장치는 인덕티브 영역(IA)에서 안정적으로 구동될 수 있다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 제어기(2)는 가열 영역에 대한 파워 레벨을 입력받는다(602). 제어기(2)는 입력된 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일(132)의 구동 주파수를 결정한다(604).
워킹 코일(132)의 구동 주파수가 결정되면, 제어기(2)는 결정된 구동 주파수에 기초하여 구동 회로(22)에 제어 신호를 공급함으로써 워킹 코일(132)을 구동시킨다(606).
워킹 코일(132)이 구동되는 동안, 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 공진 전류를 측정한다(608). 또한 워킹 코일(132)이 구동되는 동안 제어기(2)는 워킹 코일(132)에 전류를 공급하는 인버터 회로(204)에 포함된 스위칭 소자(예컨대, 제2 스위칭 소자(SW2))의 구동 전압을 측정한다(610).
제어기(2)는 단계(608)에서 측정된 워킹 코일(132)의 공진 전류 및 단계(610)에서 측정된 스위칭 소자(예컨대, 제2 스위칭 소자(SW2))의 구동 전압에 기초하여 위상 마진 펄스를 생성한다(612). 본 명세서의 일 실시예에서, 위상 마진 펄스의 전압 레벨은 공진 전류가 음수이고 스위칭 소자(예컨대, 제2 스위칭 소자(SW2))의 구동 전압이 하이 레벨인 구간에서 하이 레벨이고, 그렇지 않은 경우 로우 레벨이다.
제어기(2)는 위상 마진 펄스와 스위칭 신호(예컨대, S1)를 비교하여 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별한다(614).
본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별하는 단계(614)는 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍과 스위칭 신호(예컨대, 제1 스위칭 신호(S1))의 센터 포인트 타이밍을 비교하여 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별하는 단계(614)는 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 스위칭 신호(예컨대, 제1 스위칭 신호(S1))의 센터 포인트 타이밍보다 빠르면 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하는 단계 및 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 스위칭 신호(예컨대, 제1 스위칭 신호(S1))의 센터 포인트 타이밍보다 늦으면 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 다른 실시예에서, 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별하는 단계(614)는 스위칭 신호(예컨대, 제1 스위칭 신호(S1))의 라이징 에지 타이밍에서 위상 마진 펄스의 전압 레벨에 기초하여 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 다른 실시예에서, 유도 가열 장치(10)의 구동 상태를 판별하는 단계(614)는 스위칭 신호(예컨대, 제1 스위칭 신호(S1))의 라이징 에지 타이밍에서 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 하이 레벨이면 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하는 단계 및 스위칭 신호(예컨대, 제1 스위칭 신호(S1))의 라이징 에지 타이밍에서 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 로우 레벨이면 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하는 단계를 포함한다.
제어기(2)는 유도 가열 장치(10)의 구동 상태에 기초하여 워킹 코일의 구동을 제어한다(616). 본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별되면 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동을 유지시킨다. 그러나 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별되면 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동을 중단시킨다.
도시되지는 않았으나, 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법은 워킹 코일(132)의 구동이 중단된 이후 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일(132)의 재구동 주파수를 결정하는 단계 및 재구동 주파수에 기초하여 워킹 코일(132)을 구동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
사용자가 가열 영역에 용기를 올려놓은 상태에서 파워 레벨을 입력하면(702), 제어기(2)는 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일(132)의 구동 주파수를 결정한다(704).
구동 주파수가 결정되면 제어기(2)는 구동 주파수와 대응되는 제어 신호를 구동 회로(22)에 공급한다. 이에 따라서 워킹 코일(132)이 구동 주파수로 구동된다(706).
워킹 코일(132)이 구동 주파수에 따라서 구동되면, 제어기(2)는 전류 센서(24)를 통해서 워킹 코일(132)의 공진 전류를 측정한다(708). 또한 제어기(2)는 워킹 코일(132)이 구동될 때 전압 센서(26)를 통해서 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압을 측정한다(710).
제어기(2)는 워킹 코일(132)의 공진 전류와 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압을 기초로 위상 마진 펄스(PM)를 생성한다(712).
제어기(2)는 위상 마진 펄스(PM)의 라이징 에지 타이밍(MP1)이 제1 스위칭 신호(S1)의 센터 포인트 타이밍(CP)보다 빠른지 판별한다(714).
단계(714)의 판별 결과 위상 마진 펄스(PM)의 라이징 에지 타이밍(MP1)이 제1 스위칭 신호(S1)의 센터 포인트 타이밍(CP)보다 빠르면 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동 주파수가 인덕티브 영역(IA)에 포함되어 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하고 단계(706) 내지 단계(714)를 다시 수행한다.
단계(714)의 판별 결과 위상 마진 펄스(PM)의 라이징 에지 타이밍(MP1)이 제1 스위칭 신호(S1)의 센터 포인트 타이밍(CP)보다 느리면 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동 주파수가 커패시티브 영역(CA)에 포함되어 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하고 워킹 코일(132)의 구동을 중단시킨다(716). 이에 따라서 유도 가열 장치의 구동 과정에서 워킹 코일(132)의 전력 효율이 높아지는 동시에 인버터 회로(204)에 포함되는 스위칭 소자(SW1, SW2)의 소손이 방지될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 단계(716)에서 워킹 코일(132)의 구동을 중단시킨 이후 제어기(2)는 요구 전력값과 대응되는 워킹 코일(132)의 재구동 주파수를 결정하고, 재구동 주파수에 따라서 워킹 코일(132)을 구동시킬 수 있다. 이에 따라서 스위칭 소자(SW1, SW2)의 소손이 방지됨과 동시에 용기에 대한 가열이 계속해서 수행될 수 있다.
도 8은 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
사용자가 가열 영역에 용기를 올려놓은 상태에서 파워 레벨을 입력하면(802), 제어기(2)는 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일(132)의 구동 주파수를 결정한다(804).
구동 주파수가 결정되면 제어기(2)는 구동 주파수와 대응되는 제어 신호를 구동 회로(22)에 공급한다. 이에 따라서 워킹 코일(132)이 구동 주파수로 구동된다(806).
워킹 코일(132)이 구동 주파수에 따라서 구동되면, 제어기(2)는 전류 센서(24)를 통해서 워킹 코일(132)의 공진 전류를 측정한다(808). 또한 제어기(2)는 워킹 코일(132)이 구동될 때 전압 센서(26)를 통해서 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압을 측정한다(810).
제어기(2)는 워킹 코일(132)의 공진 전류와 제2 스위칭 소자(SW2)의 구동 전압을 기초로 위상 마진 펄스(PM)를 생성한다(812).
제어기(2)는 제1 스위칭 신호(S1)의 라이징 에지 타이밍(SP)에서 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨이 하이 레벨인지 판별한다(814).
단계(814)의 판별 결과 제1 스위칭 신호(S1)의 라이징 에지 타이밍(SP)에서 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨이 하이 레벨이면 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동 주파수가 인덕티브 영역(IA)에 포함되어 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하고 단계(806) 내지 단계(814)를 다시 수행한다.
단계(814)의 판별 결과 제1 스위칭 신호(S1)의 라이징 에지 타이밍(SP)에서 위상 마진 펄스(PM)의 전압 레벨이 로우 레벨이면 제어기(2)는 워킹 코일(132)의 구동 주파수가 커패시티브 영역(CA)에 포함되어 유도 가열 장치(10)의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하고 워킹 코일(132)의 구동을 중단시킨다(816). 이에 따라서 유도 가열 장치의 구동 과정에서 워킹 코일(132)의 전력 효율이 높아지는 동시에 인버터 회로(204)에 포함되는 스위칭 소자(SW1, SW2)의 소손이 방지될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 단계(816)에서 워킹 코일(132)의 구동을 중단시킨 이후 제어기(2)는 요구 전력값과 대응되는 워킹 코일(132)의 재구동 주파수를 결정하고, 재구동 주파수에 따라서 워킹 코일(132)을 구동시킬 수 있다. 이에 따라서 스위칭 소자(SW1, SW2)의 소손이 방지됨과 동시에 용기에 대한 가열이 계속해서 수행될 수 있다.
이상과 같이 본 명세서에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 명세서가 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있을 것이다. 아울러 앞서 본 명세서의 실시예를 설명하면서 본 명세서의 구성에 따른 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 한다.

Claims (16)

  1. 가열 영역과 대응되는 위치에 배치되는 워킹 코일;
    다수의 스위칭 소자를 포함하며 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로;
    상기 인버터 회로에 포함된 각각의 스위칭 소자에 스위칭 신호를 공급하는 구동 회로; 및
    상기 가열 영역에 대한 파워 레벨이 입력되면 상기 파워 레벨과 대응되는 상기 워킹 코일의 구동 주파수를 결정하고, 상기 구동 주파수에 기초한 제어 신호를 상기 구동 회로에 공급하여 상기 워킹 코일을 구동시키는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는
    상기 워킹 코일의 공진 전류를 측정하고, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 구동 전압을 측정하고, 상기 공진 전류와 상기 구동 전압에 기초하여 위상 마진 펄스를 생성하고, 상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하고, 상기 유도 가열 장치의 구동 상태에 기초하여 상기 워킹 코일의 구동을 제어하는
    유도 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨은 상기 공진 전류가 음수이고 제2 스위칭 소자의 구동 전압이 하이 레벨인 구간에서 하이 레벨이고, 그렇지 않은 경우 로우 레벨인
    유도 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍과 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍을 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는
    유도 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 상기 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍보다 빠르면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하고,
    상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 상기 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍보다 늦으면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하는
    유도 가열 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨에 기초하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는
    유도 가열 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 하이 레벨이면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하고,
    상기 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 로우 레벨이면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하는
    유도 가열 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별되면 상기 워킹 코일의 구동을 유지시키고, 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별되면 상기 워킹 코일의 구동을 중단시키는
    유도 가열 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 워킹 코일의 구동이 중단된 이후 상기 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일의 재구동 주파수를 결정하고, 상기 재구동 주파수에 기초하여 상기 워킹 코일을 구동시키는
    유도 가열 장치.
  9. 가열 영역에 대한 파워 레벨을 입력받는 단계;
    상기 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일의 구동 주파수를 결정하는 단계;
    상기 구동 주파수에 기초하여 상기 워킹 코일을 구동시키는 단계;
    상기 워킹 코일의 공진 전류를 측정하는 단계;
    상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 구동 전압을 측정하는 단계;
    상기 공진 전류와 상기 구동 전압에 기초하여 위상 마진 펄스를 생성하는 단계;
    상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계; 및
    상기 유도 가열 장치의 구동 상태에 기초하여 상기 워킹 코일의 구동을 제어하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨은 상기 공진 전류가 음수이고 제2 스위칭 소자의 구동 전압이 하이 레벨인 구간에서 하이 레벨이고, 그렇지 않은 경우 로우 레벨인
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계는
    상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍과 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍을 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계는
    상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 상기 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍보다 빠르면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하는 단계; 및
    상기 위상 마진 펄스의 라이징 에지 타이밍이 상기 제1 스위칭 신호의 센터 포인트 타이밍보다 늦으면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계는
    제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨에 기초하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 위상 마진 펄스와 상기 스위칭 신호를 비교하여 상기 유도 가열 장치의 구동 상태를 판별하는 단계는
    상기 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 하이 레벨이면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별하는 단계; 및
    상기 제1 스위칭 신호의 라이징 에지 타이밍에서 상기 위상 마진 펄스의 전압 레벨이 로우 레벨이면 상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 워킹 코일의 구동을 제어하는 단계는
    상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 정상인 것으로 판별되면 상기 워킹 코일의 구동을 유지시키는 단계; 및
    상기 유도 가열 장치의 구동 상태가 비정상인 것으로 판별되면 상기 워킹 코일의 구동을 중단시키는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 워킹 코일의 구동을 제어하는 단계는
    상기 워킹 코일의 구동이 중단된 이후 상기 파워 레벨과 대응되는 워킹 코일의 재구동 주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 재구동 주파수에 기초하여 상기 워킹 코일을 구동시키는 단계를 더 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.

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