KR20240030942A - 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법 - Google Patents

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윤창선
이현관
이상리
이병호
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에스케이매직 주식회사
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Abstract

본 발명은 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것으로서, 유도 가열 장치의 제어 방법은, 제1 화구가 동작중인 상태에서 제2 화구에 대응되는 제2 인버터부의 초기 동작이 감지되면, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구간의 동작 주파수를 동기화시킨 후에 상기 제2 인버터부의 동작을 시작하는 제1 제어 단계; 및 상기 제1 화구 및 상기 제2 화구가 동작중인 상태에서, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 크기를 비교하여 상기 제1 화구와 상기 제2 화구 간의 출력 차이값이 기 설정된 출력 임계값 이상인 경우, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 정보에 기초하여 상기 제1 화구에 대응하는 제1 인버터부와 상기 제2 화구에 대응하는 상기 제2 인버터부의 출력을 온/오프(ON/OFF) 제어하는 제2 제어 단계;를 포함할 수 있다.

Description

유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법{INDUCTION HEATING DEVICE AND CONTROL METHOD OF THE INDUCTION HEATING DEVICE}
본 발명은 복수의 화구 동작시 발생하는 소음을 개선하기 위한 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
전기 레인지와 같은 유도 가열 장치는 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자기장의 변화를 이용하여 피가열체에 유도 전류를 발생시켜 피가열체가 가열되도록 하는 방식으로 동작한다.
이러한 유도 가열 장치 중 전기 레인지는 수용 공간이 형성된 본체와, 수용 공간에 장착되어 용기의 하측에서 유도 전류를 형성하되 서로 독립적으로 동작되는 적어도 하나 이상의 화구를 포함하며, 적어도 하나 이상의 화구들 각각은 적어도 하나 이상의 워킹 코일, 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로를 포함한다.
유도 가열 장치가 3개의 화구를 포함할 때, 공진 주파수는 화구들 각각에 대한 설정 화력 및 각 화구 상측의 조리 영역에 놓여지는 용기의 재질, 크기 및 형상 등에 따라 상이하다. 만일, 3개의 화구 중 제1 화구 및 제2 화구에 용기가 놓여져 있고, 제1 화구와 제2 화구가 동시에 동작하여 제 1 화구 및 제2 화구 간의 공진 주파수 차이가 가청 주파수 대역(약 2kHz ~ 20kHz)에 포함될 경우, 간섭 소음이 발생할 수 있다.
상호 인접해 있는 화구들이 동시 동작할 경우에 두 화구간의 공진 주파수 차이로 발생하는 간섭 소음은 사용자를 상당히 불편하게 하며, 사용자로 하여금 유도 가열 장치의 고장을 의심하게 하기도 한다.
이러한 간섭 소음을 방지하기 위해, 종래 기술의 유도 가열 장치는 각 화구에 대응되는 워킹코일들 간의 간격을 이격(약 10cm)시켜 간섭 소음을 개선하는 제1 방식, 화구당 2개의 IGBT 소자가 적용된 하프 브리지 방식의 인버터 회로를 구비하여 화구들간의 공진 주파수를 동기화시키는 제2 방식을 사용하고 있다.
제1 방식을 사용할 경우에, 워킹코일 사이의 물리적 거리가 이격되면서 소음이 줄어들 수 있지만, 유도 가열 장치의 자체 사이즈 한계와 워킹코일의 정해진 크기로 인해 물리적으로 이격될 수 있는 거리가 제한될 수밖에 없는 한계점이 있다. 제2 방식을 사용할 경우에, 인버터 회로에서 동작 주파수를 직접 변경할 수 있지만, 싱글 스위치(Single switch) 방식의 인버터 회로에 비해 구조가 복잡하고 원가가 상승될 수밖에 없는 문제점이 있다.
가정용 유도 가열 장치는, 대부분 구조가 간단하고 가격이 저렴한 싱글 스위치 방식을 적용한 인버터 회로를 구비하고 있으므로, 가정용 유도 가열 장치에서 복수의 화구가 동시 동작시 발생하는 간섭 소음을 개선할 수 있는 새로운 방식이 필요하다.
한국공개특허공보 제10-2021-0123708호(2021.10.14)
본 발명의 일 개시에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법은, 싱글 스위치 방식의 인버터부를 적용한 유도 가열 장치에서 복수의 화구가 동작시, 두 화구간의 동작 주파수 차이, 각 화구에 놓여진 용기의 재질이나 사이즈, 두 화구간의 출력 크기 차이 등으로 인해 발생할 수 있는 간섭 소음을 개선하도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
다만, 본 개시에서 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재를 근거로 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 개시는 유도 가열 장치의 제어 방법으로서, 제1 화구가 동작중인 상태에서 제2 화구에 대응되는 제2 인버터부의 초기 동작이 감지되면, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구간의 동작 주파수를 동기화시킨 후에 상기 제2 인버터부의 동작을 시작하는 제1 제어 단계; 및 상기 제1 화구 및 상기 제2 화구가 동작중인 상태에서, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 크기를 비교하여 상기 제1 화구와 상기 제2 화구 간의 출력 차이값이 기 설정된 출력 임계값 이상인 경우, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 정보에 기초하여 상기 제1 화구에 대응하는 제1 인버터부와 상기 제2 화구에 대응하는 상기 제2 인버터부의 출력을 온/오프(ON/OFF) 제어하는 제2 제어 단계;를 포함할 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 일 개시에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법은, 상기 제2 제어 단계를 수행한 이후에, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구에 대한 동작 주파수 편차를 검출하여, 상기 동작 주파수 편차가 기 설정된 임계치를 벗어날 경우, 상기 제1 인버터부의 스위칭 소자 또는 상기 제2 인버터부의 스위칭 소자에 대한 온타임(Ontime)을 가변시키는 제3 제어 단계를 더 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제2 제어 단계는, 용기의 가열 지수에 기초하여 상기 제1 화구에 놓여진 제1 용기의 효율 정보와 상기 제2 화구에 놓여진 제2 용기의 효율 정보를 검출하는 부하 검출 단계; 상기 제1 용기와 상기 제2 용기의 효율 정보가 모두 기 설정된 설정값 이상인 고효율 용기인 경우, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 단수를 확인하는 단수 확인 단계; 상기 제1 화구의 출력 단수가 상기 제2 화구의 출력 단수보다 높은 경우, 상기 제1 화구와 제2 화구의 평균 출력 정보에 기초하여, 상기 제1 화구의 출력을 제어하는 제1 출력 제어 단계; 및 상기 제1 화구보다 출력 단수가 낮은 상기 제2 화구에 대해, 상기 평균 출력 정보에 기초하여 상기 제2 화구의 출력을 제어하되, 상기 제2 인버터부의 온/오프 동작을 추가로 제어하여 상기 제2 화구의 출력 단수에 대응되는 출력 수준으로 상기 제2 화구의 출력을 제어하는 제2 출력 제어 단계;를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제3 제어 단계는, 상기 제1 출력 제어 단계 및 상기 제2 출력 제어 단계를 수행한 이후에, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구에 대한 동작 주파수 편차를 검출하여, 상기 동작 주파수 편차가 기 설정된 임계치를 벗어날 경우, 동작 주파수가 낮은 화구에 대응하는 인버터부에 포함된 스위칭 소자의 온타임을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제2 제어 단계는, 용기의 가열 지수에 기초하여 상기 제1 화구에 놓여진 제1 용기의 효율 정보와 제2 화구에 놓여진 제2 용기의 효율 정보를 검출하는 부하 검출 단계; 및 상기 제1 용기의 효율 정보와 상기 제2 용기의 효율 정보가 서로 상이한 경우, 상기 제1 용기와 제2 용기 중 효율 정보가 낮은 용기가 놓여진 화구의 출력값에 기초하여 상기 제1 화구 및 제2 화구의 출력을 제어하는 출력 제어 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 출력 제어 단계는, 상기 제1 용기와 상기 제2 용기 중 효율 정보가 낮은 용기가 놓여진 저효율 화구에 대해 자신의 현재 출력값을 유지하도록 하고, 상기 저효율 화구보다 효율 정보가 높은 용기가 놓여진 고효율 화구에 대해, 상기 저효율 화구의 출력값에 기 설정된 보정 출력값을 합산한 제한 출력값으로 출력을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제3 제어 단계는, 상기 출력 제어 단계를 수행한 이후에, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구에 각각 대응하는 상기 제1 인버터부 및 상기 제2 인버터부의 스위칭 소자의 듀티 온타임 최대값을 동일하게 제어하는 주파수 제어 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 개시는 유도 가열 장치로서, 화구에 대응되도록 인접 배치되어 고주파 전류에 의해 용기를 가열하는 워킹 코일; 하나의 스위칭 소자가 스위칭 동작하도록 구성된 제1 인버터부와, 두 개의 스위칭 소자가 스위칭 동작하도록 구성된 제2 인버터부를 포함하는 인버터부; 및 복수의 화구가 동작중인 경우, 동작중인 화구들간 동작 주파수 또는 출력 크기의 차이로 인해 발생되는 소음을 저감시키기 위한 제어 동작을 수행하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는, 제1 화구가 동작중인 상태에서 제2 화구에 대응되는 제2 인버터의 초기 동작이 감지되면, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구간의 동작 주파수를 동기화시킨 후에 상기 제2 인버터부의 동작을 시작하는 제1 제어 단계; 및 상기 제1 화구 및 상기 제2 화구가 동작중인 상태에서, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 크기를 비교하여 상기 제1 화구와 상기 제2 화구 간의 출력 차이값이 기 설정된 출력 임계값 이상인 경우, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 정보에 기초하여 상기 제1 화구에 대응하는 제1 인버터부와 상기 제2 화구에 대응하는 상기 제2 인버터부의 출력을 온/오프(ON/OFF) 제어하는 제2 제어 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 따르면, 싱글 스위치 방식의 인버터부를 적용한 유도 가열 장치에서 복수의 화구가 동작시, 두 화구간의 동작 주파수 차이, 각 화구에 놓여진 용기의 재질이나 사이즈, 두 화구간의 출력 크기 차이 등으로 인해 발생할 수 간섭 소음을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 제2 제어 단계의 수행 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 제2 제어 단계에 의한 제1 화구와 제2 화구의 출력이 제어되는 과정을 설명하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 주파수 편차에 따른 스위칭 소자의 온타임 가변 과정을 설명하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 제2 제어 단계의 수행 과정을 설명하는 순서도이다.
도 7는 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 제2 제어 단계에 의한 제1 화구와 제2 화구의 출력이 제어되는 과정을 설명하는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소가 존재하는 경우와, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는, 전원부(110), 제1 인버터부(131), 제2 인버터부(132) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
전원부(110)는 외부에서 공급되는 상용 교류전원을 전파 정류하는 브리지다이오드와 브리지다이오드를 통해 정류된 전원을 평활하여 직류화하는 DC 링크 캐패시터를 포함할 수 있다. 직류화된 전원은 입력 전원으로서 인버터부(131, 132)에 포함될 수 있다. 이때, 인버터부는 제1 인버터부(131) 및 제2 인버터부(132)를 포함할 수 있다.
다시 말해, 전원부(110)는 유도 가열 장치(100)의 외부로부터 입력되는 교류 전원을 기초로 정류된 입력 전압을 생성하여 제1 인버터부(131) 및 제2 인버터부(132)에 전달될 수 있다.
제1 인버터부(131) 와 제2 인버터부(132)는 각각 화구와 연결되며, 화구에 교류 전압이 형성되도록 스위칭 동작하는 스위칭 소자를 각각 포함할 수 있다.
여기서, 화구란, 제1 및 제2 워킹코일(121, 122)이 배치되어 가열할 용기가 놓여지는 위치 및/또는 제1 및 제2 워킹코일(121, 122)을 동작시키기 위한 구성부를 포함하는 것으로 사용된다. 특히, "화구를 동작시킨다"라는 것은, 화구에 배치된 워킹코일(121, 122)을 동작 시키기 위하여 워킹코일(121, 122)에 고주파 전류를 인가시키는 것을 포함할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 공진부를 더 포함할 수 있다. 공진부는 전원부(110)에서 입력되는 직류전원에 의해 충전되고, 스위칭 소자의 온/오프 스위치 작동에 따라 충전과 방전을 반복하는 공진 콘덴서 및 공진 콘덴서의 충방전에 따라 역기전력을 발생하여 자기장을 형성하고, 이 자기장에 기인하는 유도전류를 생성하는 제1 및 제2 워킹코일(121, 122)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 워킹코일(121)은 제1 인버터부(131)에 연결되고 제2 워킹코일(122)은 제2 인버터부(132)에 연결될 수 있다. 이러한 제1 인버터부(131) 와 제2 인버터부(132) 각각에는 적어도 하나 이상의 스위칭 소자가 포함되며, 스위칭 소자는, 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 구동신호에 따라 온/오프 동작을 반복한다. 이로써, 직류 전원인 입력 전압이 제1 및 제2 워킹코일(121, 122)로 공급하기 위한 고주파 교류 전압으로 변환될 수 있다.
제1 인버터부(131) 및 제2 인버터부(132)에 포함된 스위칭 소자는 대전력 반도체인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다.
제1 인버터부(131)는 전원부(110)에서 출력되는 입력 전압을 이용하여 교류 전압을 형성하며, 두 개의 스위칭 소자가 스위칭 동작하도록 구성된 하프 브리지 방식의 인버터 회로를 포함할 수 있다.
제2 인버터부(132)는 전원부(110)에서 출력되는 입력 전압을 이용하여 교류 전압을 형성하며, 한 개의 스위칭 소자만이 스위칭 동작하도록 구성된 싱글 스위치 인버터 방식을 포함할 수 있다. 이때, 제2 인버터부(132) 에는 싱글 스위치 인버터 방식의 인버터 회로가 복수개의 모듈로 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2 인버터부(132) 에는 싱글 스위치 방식의 인버터 회로가 2개 모듈이 구비되어 각 모듈이 하나의 화구와 연결될 수 있다.
제어부(140)는 화구에 놓여진 용기를 조리하기 위한 가열 유도 동작시 필요한 제반 제어 동작을 수행한다. 특히, 제어부(140)는 동작중인 화구들간 동작 주파수를 동기화시키는 제1 제어 단계와, 동작중인 화구들 간의 출력 크기가 기 설정된 출력 임계값을 벗어나는 경우에 각 화구의 출력이 화구들간의 출력 정보에 기초하여 출력 임계값 수준을 유지하도록 하는 출력 제어하는 제2 단계를 수행할 수 있다.
이때, 제어부(140)는 동작중인 화구들간의 동작 주파수 편차가 기 설정된 임계치 이하가 되도록 제1 및 제2 인버터부(131, 132)의 스위칭 소자의 온타임을 저감시킴으로써 복수의 화구가 동시에 동작되더라도 가청 주파수 범위로 동작하지 않도록 하여 소음을 개선시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법은 제1 제어 단계(S10)를 포함할 수 있다.
제1 제어 단계(S10)에서, 유도 가열 장치(100)는 제1 화구가 동작중인 상태에서 제2 화구에 대응하는 제2 인버터부(132)의 초기 동작이 감지되면(S11), 제1 화구와 제2 화구간의 동작 주파수를 동기화시킨 후에 제2 인버터부(132)의 동작을 시작한다(S12, S13).
여기서, 제1 화구와 제2 화구는 편의상 구분한 것으로서, 어느 화구가 먼저 진행되어도 상관없다. 편의상 제1, 2라고 명명한 것일 뿐 순서를 규정하기 위한 것이 아니다. 따라서 제2 화구가 동작한 이후에 제1 화구가 진행될 수도 있고, 유도 가열 장치(100)에 구비된 화구의 수에 따라 추가되거나 변경될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 제1 제어 단계(S10)에서, 제1 화구가 동작 상태가 아닌 경우, 제2 인버터부(132)는 소프트 스타트(Soft-Start) 제어가 적용되어 소프트 스위칭 동작이 수행될 수 있다. 이는, 제1 화구가 동작 상태가 아닌 경우, 즉, 제2 화구만이 동작을 시작하는 경우에, 제2 화구가 목표하는 출력을 내기 위해 곧바로 저주파 스위칭을 실시해 버린다면 DC 링크 커패시터의 양단에 충전된 DC 링크 전압에 의해 고전류가 한꺼번에 흐르게 되어 스위칭 소자가 파손될 우려가 있기 때문이다.
이와 달리, 이미 제1 화구가 먼저 동작중인 경우에는 DC 링크 전압이 교류 파형을 보이면서 주기적인 변화를 나타낼 것이므로 한꺼번에 고전류가 흐를 염려가 없다. 따라서, 소프트 스타트 제어를 적용할 필요가 없게 된다.
따라서, 제1 화구가 동작 중인 상태에서 제2 인버터부(132)를 초기 동작시키는 경우에 제2 인버터부(132)의 동작 주파수를 구동 중인 제1 인버터부(131)의 동작 주파수와 동일하게 되도록 제어하여도 무방하다.
이로써, 화구의 초기 동작시에 발생하는 가청 소음이 감소되는 효과가 있다.
이때, 바람직한 실시예에서, 제어부(140)는 DC 링크 커패시터의 양단에 걸리는 DC 링크 전압을 감지하여 DC 링크 전압이 기 설정된 전압보다 낮아졌는지 여부를 모니터링하여 주파수 동기화룰 수행할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법은 제2 제어 단계(S20)를 포함할 수 있다.
제2 제어 단계(S20)에서 제어부(140)는, 용기의 가열 지수에 기초하여 제1 화구 및 제2 화구에 놓여진 용기의 효율 정보를 각각 확인한다(S21). 그리고, 제어부(140)는 제1 화구 및 제2 화구가 동작중인 상태에서, 제1 화구와 제2 화구의 출력 크기를 비교하여 두 화구간의 출력 차이값을 산출한다(S22).
제어부(140)는 제1 화구와 제2 화구 간의 출력 차이값이 기 설정된 출력 임계값(예를 들어, 1000W) 이상인 경우(S23), 제1 화구와 제2 화구의 출력 정보에 기초하여 제1 화구에 대응하는 제1 인버터부(131)와 제2 화구에 대응하는 제2 인버터부(132)의 출력을 온/오프(ON/OFF) 제어한다(S24).
제3 제어 단계(S30)에서, 제어부(140)는 제2 제어 단계(S20)를 수행한 이후에, 제1 화구와 제2 화구에 대한 동작 주파수 편차를 검출하여(S31), 동작 주파수 편차가 기 설정된 임계치를 벗어날 경우(S32), 제1 인버터부(131)의 스위칭 소자 또는 제2 인버터부(132)의 스위칭 소자에 대한 온타임(Ontime)을 가변시킴으로써 동작중인 두 화구의 동작 주파수 편차가 임계치(예를 들어, 1kHz) 미만으로 동작되도록 하여 화구간 간섭소음이 발생되지 않도록 한다(S33).
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 제2 제어 단계의 수행 과정을 설명하는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 제2 제어 단계에 의한 제1 화구와 제2 화구의 출력이 제어되는 과정을 설명하는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 주파수 편차에 따른 스위칭 소자의 온타임 가변 과정을 설명하는 그래프이다.
구체적으로, 도 3은 도 2의 S24단계의 제1 실시예를 더욱 구체적으로 나타낸 것이다.
제어부(140)는 용기의 가열 지수에 기초하여 제1 화구에 놓여진 제1 용기의 효율 정보와 제2 화구에 놓여진 제2 용기의 효율 정보를 검출하고, 제1 용기와 제2 용기가 모두 고효율 용기인 경우(S110), 제1 용기가 놓여진 제1 화구의 출력 단수와 제2 용기가 놓여진 제2 화구의 출력 단수를 확인한다(S120).
제어부(140)는 용기를 구분함에 있어서, 용기의 가열 지수에 기초한 효율 정보에 따라 무부하 상태, 저효율 용기, 중효율 용기, 고효율 용기로 구분할 수 있다. 용기의 가열 지수는 유도 가열 장치(100)에서 얼마나 잘 가열되는지를 0~9까지의 수치로 나타낸 것으로서, 가열 지수가 10에 가까울수록 빠르게 가열되는 고효율 용기임을 의미한다. 일례로, 저효율 용기는 가열 지수가 0~4 로서 유도 가열 장치(100)가 소비하는 전력 대비 효율이 좋지 않은 용기이므로 가열 시간이 늦고, 중효율 용기는 가열 지수가 5~8 로서 유도 가열 장치(100)가 소비하는 전력 대비 효율이 중간 정도인 용기이고, 고효율 용기는 가열 지수가 9~10로서 유도 가열 장치(100)가 소비하는 전력과 효율이 높아 유도 가열 장치(100)에 적합한 용기이다. 고효율 용기에는 저탄소강, 스테인레스 등의 재질이 사용될 수 있다.
제어부(140)는 제1 화구의 출력 단수가 제2 화구의 출력 단수보다 높은 경우, 제1 화구와 제2 화구의 평균 출력 정보에 기초하여 제1 화구의 출력을 제어한다(S130).
또한, 제어부(140)는 제1 화구보다 출력 단수가 낮은 제2 화구에 대해, 평균 출력 정보에 기초하여 제2 화구의 출력을 제어하되, 제2 인버터부(132)의 온/오프 동작을 추가로 제어하여 제2 화구의 출력 단수에 대응되는 출력 수준으로 제2 화구의 출력을 제어한다(S140).
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 화구는 예를 들어, 좌측 전면(Left Front, LF) 화구로서 출력 단수가 P(2300W)단으로 동작중이고, 제2 화구는 좌측 후면(Left Rear, LR)화구로서 출력 단수가 7(1100W)단으로 동작을 시작할 경우, 제1 화구 및 제2 화구의 평균 출력값은 1700W가 될 수 있다.
이때, 제2 제어 단계(S20)에 의해 제1 화구는 평균 출력값으로 출력이 제어될 수 있다.
또한, 제2 제어 단계(S20)에 의해 제2 화구는 평균 출력값으로 출력이 제어되되, 평균 출력값으로 지속적인 출력이 제공되면 사용자가 원하는 화력보다 더 강한 화력이 제2 용기에 가해지므로, 추가적으로 제2 인버터부(132)의 온/오프 동작을 수행하여 제2 용기에 가해지는 화력이 1100W의 수준이 되도록 한다.
여기서, 제2 인버터부(132)의 온/오프 동작이라는 것은, 제2 인버터부(132)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정상적으로 수행중인 경우를 온으로, 이후 일정 시간 동안 제2 인버터부(132)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 중지시키는 경우를 오프로 정의할 수 있다. 다르게 표현하자면, 화구의 출력 자체를 온/오프 제어하는 것으로 이해될 수 있다.
이처럼, 동작중인 인접 화구들의 출력 차이를 개선하는 제어가 수행되면 동작 주파수 또한 동기화되어 소음이 개선되는 효과가 있다.
한편, 제2 제어 단계(S20)에서 제1 화구와 제2 화구의 출력 제어를 수행한 이후에도 제1 화구와 제2 화구의 용기 재질의 차이(같은 고효율 용기더라도 재질의 차이로 인해 효율은 미세하게 상이한 특성을 보일 수 있다.)로 인해 제1 화구와 제2 화구의 동작 주파수의 차이가 여전히 존재할 수 있다.
한편 도 5를 참조하면, 제3 제어 단계(S30)가 더 수행되어, 제1 화구와 제2 화구에 대한 동작 주파수 편차가 임계치를 벗어나면, 동작 주파수가 낮은 LR 화구에 대응하는 제2 인버터부(132)에 포함된 스위칭 소자의 온타임을 감소시킬 수 있다.
이로써, LF 화구와 LR화구의 동작 주파수 편차가 1kHz 미만으로 동작되어 간섭소음이 한번 더 개선될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 제2 제어 단계의 수행 과정을 설명하는 순서도이고, 도 7는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 제어 단계에 의한 제1 화구와 제2 화구의 출력이 제어되는 과정을 설명하는 그래프이다.
구체적으로, 도 6은 도 2의 S24단계의 제2 실시예를 더욱 구체적으로 나타낸 것이다.
제2 실시예에서 제2 제어 단계(S20)는 용기의 가열 지수에 기초하여 제1 화구에 놓여진 제1 용기의 효율 정보와 제2 화구에 놓여진 제2 용기의 효율 정보를 검출할 수 있다.
이때, 제1 용기는 고효율 용기이고, 제2 용기는 저효율 용기인 경우(S210), 제2 용기가 놓여진 제2 화구는 자신의 현재 출력값을 유지하도록 하고(S220), 제1 용기가 놓여진 제2 화구는 저효율 화구인 제2 화구의 출력값에 기 설정된 보정 출력값(예를 들어, 200W~400W)을 합산한 제한 출력값으로 출력을 제어한다(S230).
제어부(140)에는 저효율 용기가 놓여져 저효율 화구로 동작하는 제2 화구에 대해, 스위칭 소자(IGBT)의 높은 스트레스 전압을 방지하기 위해 낮은 출력으로 제한하여 동작하도록 제한되는 알고리즘이 이미 설정되어 있다.
따라서, 고효율 용기가 놓여져 고효율 화구로 동작하는 제2 화구는 제1 화구에 놓여진 저효율 용기와 효율성 차이로 인해 두 화구가 동시에 동작시 동작 주파수 차이가 크게 발생하여 간섭 소음이 크게 발생할 수 있다
따라서, 제2 제어 단계(S20)는 효율 정보가 상이한 이종의 용기가 조합되어 복수의 화구가 동작할 경우에, 간섭 소음을 개선하기 위해 고효율 용기가 놓여진 고효율 화구를 저효율 용기가 놓여진 저효율 화구의 제한된 출력값보다 보정 출력값만큼 높은 출력으로 동작시킨다.
한편, 추가적으로 제3 제어 단계(S30)가 더 수행되어 제1 인버터부(131) 및 제2 인버터부(132)의 스위칭 소자의 듀티 온타임 최대값을 동일하게 제어하는 주파수 제어를 통해 저효율 화구 및 고효율 화구의 주파수 편차가 1kHz 미만으로 동작되도록 하여 간섭소음이 더욱 개선되도록 할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 유도 가열 장치
110 : 전원부
121 : 제1 워킹코일
122 : 제2 워킹코일
131 : 제1 인버터부
132 : 제2 인버터부
140 : 제어부

Claims (8)

  1. 유도 가열 장치의 제어 방법에 있어서,
    제1 화구가 동작중인 상태에서 제2 화구에 대응되는 제2 인버터부의 초기 동작이 감지되면, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구간의 동작 주파수를 동기화시킨 후에 상기 제2 인버터부의 동작을 시작하는 제1 제어 단계; 및
    상기 제1 화구 및 상기 제2 화구가 동작중인 상태에서, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 크기를 비교하여 상기 제1 화구와 상기 제2 화구 간의 출력 차이값이 기 설정된 출력 임계값 이상인 경우, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 정보에 기초하여 상기 제1 화구에 대응하는 제1 인버터부와 상기 제2 화구에 대응하는 상기 제2 인버터부의 출력을 온/오프(ON/OFF) 제어하는 제2 제어 단계;를 포함하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어 단계를 수행한 이후에,
    상기 제1 화구와 상기 제2 화구에 대한 동작 주파수 편차를 검출하여, 상기 동작 주파수 편차가 기 설정된 임계치를 벗어날 경우, 상기 제1 인버터부의 스위칭 소자 또는 상기 제2 인버터부의 스위칭 소자에 대한 온타임(Ontime)을 가변시키는 제3 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 제어 단계는,
    용기의 가열 지수에 기초하여 상기 제1 화구에 놓여진 제1 용기의 효율 정보와 상기 제2 화구에 놓여진 제2 용기의 효율 정보를 검출하는 부하 검출 단계;
    상기 제1 용기와 상기 제2 용기의 효율 정보가 모두 기 설정된 설정값 이상인 고효율 용기인 경우, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 단수를 확인하는 단수 확인 단계;
    상기 제1 화구의 출력 단수가 상기 제2 화구의 출력 단수보다 높은 경우, 상기 제1 화구와 제2 화구의 평균 출력 정보에 기초하여, 상기 제1 화구의 출력을 제어하는 제1 출력 제어 단계; 및
    상기 제1 화구보다 출력 단수가 낮은 상기 제2 화구에 대해, 상기 평균 출력 정보에 기초하여 상기 제2 화구의 출력을 제어하되, 상기 제2 인버터부의 온/오프 동작을 추가로 제어하여 상기 제2 화구의 출력 단수에 대응되는 출력 수준으로 상기 제2 화구의 출력을 제어하는 제2 출력 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 제어 단계는,
    상기 제1 출력 제어 단계 및 상기 제2 출력 제어 단계를 수행한 이후에, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구에 대한 동작 주파수 편차를 검출하여, 상기 동작 주파수 편차가 기 설정된 임계치를 벗어날 경우, 동작 주파수가 낮은 화구에 대응하는 인버터부에 포함된 스위칭 소자의 온타임을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 제어 단계는,
    용기의 가열 지수에 기초하여 상기 제1 화구에 놓여진 제1 용기의 효율 정보와 제2 화구에 놓여진 제2 용기의 효율 정보를 검출하는 부하 검출 단계; 및
    상기 제1 용기의 효율 정보와 상기 제2 용기의 효율 정보가 서로 상이한 경우, 상기 제1 용기와 제2 용기 중 효율 정보가 낮은 용기가 놓여진 화구의 출력값에 기초하여 상기 제1 화구 및 제2 화구의 출력을 제어하는 출력 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 출력 제어 단계는,
    상기 제1 용기와 상기 제2 용기 중 효율 정보가 낮은 용기가 놓여진 저효율 화구에 대해 자신의 현재 출력값을 유지하도록 하고,
    상기 저효율 화구보다 효율 정보가 높은 용기가 놓여진 고효율 화구에 대해, 상기 저효율 화구의 출력값에 기 설정된 보정 출력값을 합산한 제한 출력값으로 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3 제어 단계는,
    상기 출력 제어 단계를 수행한 이후에, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구에 각각 대응하는 상기 제1 인버터부 및 상기 제2 인버터부의 스위칭 소자의 듀티 온타임 최대값을 동일하게 제어하는 주파수 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  8. 유도 가열 장치에 있어서,
    화구에 대응되도록 인접 배치되어 고주파 전류에 의해 용기를 가열하는 워킹 코일;
    하나의 스위칭 소자가 스위칭 동작하도록 구성된 제1 인버터부와, 두 개의 스위칭 소자가 스위칭 동작하도록 구성된 제2 인버터부를 포함하는 인버터부; 및
    복수의 화구가 동작중인 경우, 동작중인 화구들간 동작 주파수 또는 출력 크기의 차이로 인해 발생되는 소음을 저감시키기 위한 제어 동작을 수행하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    제1 화구가 동작중인 상태에서 제2 화구에 대응되는 제2 인버터의 초기 동작이 감지되면, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구간의 동작 주파수를 동기화시킨 후에 상기 제2 인버터부의 동작을 시작하는 제1 제어 단계; 및
    상기 제1 화구 및 상기 제2 화구가 동작중인 상태에서, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 크기를 비교하여 상기 제1 화구와 상기 제2 화구 간의 출력 차이값이 기 설정된 출력 임계값 이상인 경우, 상기 제1 화구와 상기 제2 화구의 출력 정보에 기초하여 상기 제1 화구에 대응하는 제1 인버터부와 상기 제2 화구에 대응하는 상기 제2 인버터부의 출력을 온/오프(ON/OFF) 제어하는 제2 제어 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치.
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