KR20240030943A - 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법 - Google Patents

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KR20240030943A
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이병호
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Abstract

본 발명은 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 개시에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법은, 화구에 놓여진 용기를 기 설정된 등급으로 구분하는 용기 검출 단계; 상기 용기 검출 단계에 의해 검출된 용기의 등급과 화구의 출력 단수를 조합하여 인버터부의 스위칭 소자에 대한 출력 및 듀티 온타임의 최대값을 설정하여 상기 스위칭 소자의 스위칭시 발생하는 양단 전압을 조절하는 제1 알고리즘 수행 단계; 상기 양단 전압이 기 설정된 제1 임계값 이상인 경우에, 상기 양단 전압이 상기 제1 임계값 미만이 되도록 상기 스위칭 소자의 듀티 온타임을 저감시키는 제2 알고리즘 수행 단계; 및 상기 상기 양단 전압이 제2 임계값 이상인 경우에, 상기 인버터부의 출력을 오프(OFF) 동작시키고, 대기 상태로 전환하는 제3 알고리즘 수행 단계를 포함하는 방법일 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 인버터부의 스위칭 소자를 보호하기 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 화구와, 적어도 하나 이상의 화구들 각각은 적어도 하나 이상의 워킹 코일, 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로를 포함한다.
교류로 입력되는 외부 교류 전원을 정류하여 직류로 변환시키는 정류 회로와, 정류 회로에서 출력되는 직류 전원을 스위칭 소자의 스위칭 동작을 통해 고주파 교류전원으로 변환시키는 인버터 회로를 포함한다.
유도 가열 장치에서 일반적으로 사용하는 토폴로지에는 풀 브리지 인버터(Full bridge inverter), 하프 브리지 인버터(Half bridge inverter), 싱글 스위치 인버터(Single switch inverter) 방식이 있고, 인버터 회로는 유도 가열 장치의 특성상 대전류를 스위칭할 수 있는 스위칭 소자로 FET 또는 IGBT를 주로 사용하고 있다.
인버터 회로는 유도 가열 장치에서 요구하는 최대 출력 전압 및 전류를 만족하여야 하고, 효율을 증대시키기 위하여 스위칭 손실이 적어야 하며, 부하 용기별 저항용량에 의한 공진 주파수의 변화를 추종할 수 있는 스위칭 특성을 가져야 한다.
인버터 회로에서 사용하는 스위칭 소자는 과전류 또는 과전압으로 인해 워킹코일의 출력이 정지되면, 그때마다 소정의 시간 후 사용자가 조작부의 주전원 스위치와 출력단수를 조절하기 위한 스위치를 다시 조작하여 조리용 용기를 가열하기 위한 목표 출력을 설정해야 한다.
종래의 유도 가열 장치는 인버터의 스위칭 소자에 인가되는 과전류 또는 과전압을 감지하여 워킹코일의 출력이 정지되도록 하고, 스위칭 소자의 과전류 또는 과전압 검지 상태를 알리는 에러를 표시부에 표시하는 알고리즘을 적용하고 있다.
특히, 싱글 스위치 인버터가 적용된 유도 가열 장치는, 1~2KW급 용량을 가지며 구조가 간단하고 가격이 낮은 장점이 있지만, 인버터측의 고주파 스위칭에 의한 자연적인 고입력 역률 특성을 이용하는 방식을 적용하고 있어 입력 전압의 변화와 왜란에 대해 매우 취약하다는 단점이 있다.
종래에는 싱글 스위치 인버터가 적용된 유도 가열 장치는, 일반적으로 초기 부하 상태를 판단하고, 부하 상태가 정상이라고 판단되면 전력을 공급하고 있지만, 부하 상태 판단이 잘못되어 무부하 또는 비정상 부하 상태에서 전력이 공급되게 되면 공진 전압이 매우 높아져 스위칭 소자가 소손될 우려가 있다.
일례로, 싱글 스위치 인버터가 적용된 유도 가열 장치는 무부하 혹은 비정상 부하에서도 문제가 되지 않을 정도의 짧은 단펄스 신호로 스위칭 소자를 구동시킨 후, 발생되는 입력전류의 기울기 혹은 공진전압의 감쇄주기를 통해 초기 부하 상태를 검출하는 방법을 사용할 수 있는데, 이 방법은 입력전압의 순간적인 급변과 왜란에 대해 취약하여 부하의 상태 판단에 오류를 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 싱글 스위치 인버터가 적용된 유도 가열 장치는, 화구에 놓여지는 용기의 종류나 재질 혹은 화구에 놓여진 용기의 편심 등으로 인하여 부하 변동시 스위칭 소자의 과전류 또는 과전압이 자주 감지될 수 있는데, 대부분 표시부를 통해 단순 에러로 표시되고 있고, 단순 에러로 표시될 때마다 화구의 출력이 정지되어 사용자가 조리를 위해 매번 화구를 재동작시켜야 한다는 번거로움이 있다.
한국공개특허공보 제10-2012-0098362호(2020.01.30)
본 발명의 일 개시에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법은, 인버터부의 구동시 발생되는 스위칭 소자의 양단 전압을 검출하여, 양단 전압의 크기가 일정 이상이 되면 양단 전압이 과전압이 되기 이전에 전압을 감소시켜 인버터부를 안정적으로 운전시키는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 개시에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법은, 화구 동작중에 용기가 갑자기 제거되어 양단 전압이 급격히 상승하면 인버터부를 정시시켜 과전압에 의한 스위칭 소자의 소자의 파손을 방지하도록 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, 화구에 놓여진 용기를 기 설정된 등급으로 구분하는 용기 검출 단계; 상기 용기 검출 단계에 의해 검출된 용기의 등급과 화구의 출력 단수를 조합하여 인버터부의 스위칭 소자에 대한 출력 및 듀티 온 타임의 최대값을 설정하고 상기 스위칭 소자의 스위칭시 발생하는 양단 전압을 조절하는 제1 알고리즘 수행 단계; 상기 양단 전압이 기 설정된 제1 임계값 이상인 경우에, 상기 양단 전압이 상기 제1 임계값 미만이 되도록 상기 스위칭 소자의 듀티 온타임을 저감시키는 제2 알고리즘 수행 단계; 및 상기 양단 전압이 제2 임계값 이상인 경우에, 상기 인버터부의 출력을 오프(OFF) 동작시키고, 대기 상태로 전환하는 제3 알고리즘 수행 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 스위칭 소자는 IGBT로 구성되고, 상기 양단 전압은 상기 IGBT의 콜렉터 단자와 에미터 단자 사이에 인가되는 전압(VCE)인 것을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값보다 큰 값인 것을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제1 알고리즘 수행 단계는, 상기 유도 가열 장치에 포함된 비교기가, 상기 전압과 상기 인버터부로 직류 전원을 제공하는 전원부의 직류 링크(DC Link) 전압을 상호 비교하는 단계; 상기 양단 전압이 상기 직류 링크 전압보다 큰 경우, 상기 비교기로부터 하이(HIGH)로 출력되는 펄스 수를 카운트하여, 카운트된 상기 펄스 수에 따라 상기 화구에 놓여진 용기의 등급을 판단하는 단계; 및 상기 용기의 등급과 상기 화구의 출력 단수를 조합하여 상기 양단 전압이 상기 제1 임계값 이하가 되도록 상기 스위칭 소자에 대한 출력 및 듀티 온타임의 최대값을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 용기의 등급은, 상기 화구에 놓여진 용기의 가열 지수에 기초한 효율 정보에 따라 무부하 상태, 저효율 용기, 중효율 용기 및 고효율 용기로 구분하고, 상기 무부하 상태, 저효율 용기, 중효율 용기 및 고효율 용기의 순서로 상기 양단 전압의 펄스 수가 증가하는 것을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제2 알고리즘 수행 단계에서 상기 듀티 온 타임은, 상기 인버터부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부에 의해 영전압 스위칭시 검출되는 ZVD(Zero Volt Detection) 신호에 따라 제어되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 개시는 유도 가열 장치로서, 상기 유도 가열 장치의 외부로부터 입력되는 교류 전원을 기초로 정류된 입력 전압을 생성하는 전원부; 상기 입력 전압을 이용하여 교류 전압을 형성하며 적어도 하나의 스위칭 소자가 스위칭 동작하도록 인버터부; 및 상기 스위칭 소자의 컬렉터 단자와 에미터 단자 사이에 인가되는 양단 전압이 기 설정된 임계값을 초과하지 않도록 상기 스위칭 소자의 듀티 온타임을 가변시키는 제어부;를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제어부는, 상기 양단 전압이 기 설정된 제1 임계값 이상인 경우에, 상기 양단 전압이 상기 제1 임계값 미만이 되도록 상기 스위칭 소자의 듀티 온타임을 저감시키고, 상기 양단 전압이 제2 임계값 이상인 경우에, 상기 인버터부의 출력을 오프(OFF) 동작시키고, 대기 상태로 전환하되, 상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값보다 큰 값을 갖는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 개시에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 따르면, 인버터부의 구동시 발생되는 스위칭 소자의 양단 전압의 크기가 일정 이상이 되면 양단 전압이 과전압이 되기 이전에 전압을 감소시켜 인버터부를 안정적으로 운전시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 따르면, 화구 동작중에 용기가 갑자기 제거되어 양단 전압이 급격히 상승시 인버터부를 정시시켜 과전압에 의한 스위칭 소자의 소자의 파손을 방지할 수 있고, 그로 인해 입력 전압의 순간적인 급변과 왜란이 발생하거나, 화구 동작중 무부하 급변시에도 신뢰성 있게 인버터를 구동시킬 수 있는 효과가 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 일 실시예에 따른 제1 알고리즘의 수행 단계를 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 알고리즘의 수행 단계를 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 알고리즘의 수행 단계를 설명하는 순서도이다.
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 공급될 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 전달할 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 동작시키기 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 전원부(110), 제1 및 제2 인버터부(131, 132)를 포함한 각종 구성요소의 동작을 제어할 수 있고, PWM(Pulse Width Modulation) 기능을 통해 다양한 스위칭 신호 또는 제어 신호를 생성할 수 있다. 이러한 제어부(140)는 화구에 놓여진 용기를 조리하기 위한 가열 유도 동작시 필요한 제반 제어 동작을 수행한다. 특히, 제어부(140)는 IGBT의 컬렉터 단자와 에미터 단자 사이에 인가되는 양단 전압(VCE)이 기 설정된 임계값을 초과하지 않도록 IGBT의 듀티 온타임을 가변시키는 제어 동작을 수행한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 유도 가열 장치의 제어 방법은, 화구에 용기가 놓여진 후 조리를 위한 초기 동작이 감지되면(S1), 화구에 놓여진 용기의 등급을 판단한다(S2).
제어부(140)는 용기의 등급과 화구의 출력 단수를 조합하여 인버터부(131,132)의 스위칭 소자에 대한 출력 및 듀티 온타임의 최대값을 설정하고 스위칭 소자의 컬렉터 단자와 에미터 단자 사이에 인가되는 양단 전압을 조절하는 제1 알고리즘을 수행한다(S3).
화구에 용기가 놓여진 후 조리를 위한 초기 동작이 감지되지 않더라도, 제어부(140)는 다른 화구가 이미 동작중인 경우에, 화구의 출력 제어 동작을 수행한다(S4).
여기서, 화구의 출력제어란, 적어도 하나 이상의 화구를 사용하는 중에 최고 출력이 허용 전력보다 크면 화재 위험이 있기 때문에 기 설정된 허용 전력(예를 들어, 3000~3400W)을 초과할 경우, 일부 화구의 출력을 낮추어 자동으로 전력을 제어하도록 하는 것이다. 일례로, 화구의 출력 단수가 1단에서9단으로 이루어져 9단으로 갈수록 화력이 강해지는 최고 출력이 되는 경우, 화구 하나를 최고의 출력 단수(예를 들어, 9단)로 사용중 추가로 다른 화구를 최고 단수로 작동하였을 때, 제어부(140)는 자체적으로 기 설정된 허용 전력을 넘지 않도록 자동으로 출력을 제어하여, 처음 사용하던 화구를 6~7단의 중불로 떨어뜨리게 된다.
제어부(140)는 화구의 출력 제어 동작중, 양단 전압(VCE)이 제1 임계값 이상인 경우(S5), 양단 전압(VCE)이 제1 임계값 미만이 되도록 스위칭 소자의 듀티 온타임을 저감시키는 제2 알고리즘을 수행한다(S6). 이때, 제1 임계값은 유도 가열 장치(100)의 허용 전력(또는 허용 전압) 값이 될 수 있고, 제2 임계값은 제1 임계값보다 큰 값이 될 수 있다.
일반적으로, 가정용 유도 가열 장치의 경우, 인버터부는 1.2Kv 이상의 고내압 스위칭 소자가 사용될 수 있고, 제1 임계값은 기준 스위칭 양단 전압(예를 들어, 785V 정도), 제2 임계값은 스위칭 소자의 내압 이상(예를 들어, 1100V 정도)가 될 수 있다. 제어부(140)는 스위칭 소자의 양단 전압(VCE)이 제1 임계값 이하인 경우에만 정상 상태로 판단할 수 있다. 제어부(140)는 스위칭 소자의 양단 전압(VCE)이 정상 상태로 판단된 경우에 인버터부를 정상 운전하도록 한다.
제어부(140)는 화구에 놓여진 용기의 급격한 위치 이동이나 이탈로 인해 무부하 상태가 발생한 경우, 양단 전압(VCE)이 제2 임계값 이상이 되면(S7), 과전압 보호 동작을 위해 인버터부의 출력을 오프(OFF) 동작시키고, 대기 상태로 전환하는 제3 알고리즘을 수행한다(S8). 한편, S5 단계와 S6 단계(제2 알고리즘 수행 단계), 및 S7 단계와 S8 단계(제3 알고리즘 수행 단계)는 병렬적으로 동시에 수행될 수 있고, 경우에 따라 순서가 변경되어 수행될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 알고리즘의 수행 단계를 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(140)는 용기의 등급을 판단하기 위해 단펄스를 인가하는 순간 입력 전압의 변화를 감지하는 방식을 사용할 수 있다.
즉, 제어부(140)는 단일 이벤트 신호로 스위칭 소자의 게이트에 단펄스 전압을 인가하고, 단펄스 구동시 유도 가열 장치(100)에 포함된 비교기(미도시)가 양단 전압(VCE)과 DC 링크 커패시터의 양단에서 검출된 DC 링크 전압(VDC)을 비교하여, 양단 전압(VCE)이 DC 링크 전압(VDC) 보다 큰 경우에 비교기로부터 하이(HIGH)로 출력되는 펄스 수를 카운트한 후 카운트된 펄스 수에 따라 화구에 놓여지는 용기의 등급을 판단한다(S11).
제어부(140)는 화구의 출력 단수를 확인하고(S12), 설정된 화구의 출력 단수에 따라 화구의 출력 제어를 수행한다(S13).
이때, 비교기로부터 하이(HIGH)로 출력되는 펄스 수가 증가할수록 동일한 듀티 온 타임 동작시 양단 전압(VCE)이 높아지는 특징을 가지고 있다. 또한, 듀티 온 타임이 증가할수록 양단 전압(VCE)은 높아진다.
제어부(140)는 비교기로부터 하이(HIGH)로 출력되는 펄스 수와 화구의 출력 단수를 조합하여 출력값 및 듀티 온타임의 최대값을 설정할 수 있다. 보다 구체적으로, 화구의 출력 단수를 기준으로 듀티 온타임이 설정되되, 설정된 듀티 온타임은 용기의 등급에 따라 정해진 최대값으로 제한될 수 있다.
이로써, 양단 전압(VCE)이 제1 임계값 이상 높아지는 것을 사전에 방지할 수 있다(S14).
이때, 제어부(140)에 인가되는 비교 신호는 용기의 재질 및 위치에 따라 비교기로부터 하이(HIGH)로 출력되는 펄스의 수가 달라지게 되며, 무부하 상태, 저효율 용기, 중효율 용기 및 고효율 용기의 순서로 비교 신호의 펄스 수가 증가하게 된다. 이때, 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.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 알고리즘 수행 단계를 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(140)는 화구의 출력 제어 상태에서, 양단 전압(VCE)이 제1 임계값 이상인 경우에 발생되는 VCE의 제한(Limit) 신호가 확인되면(S21), 현재 동작중인 화구에 대응되는 스위칭 소자의 듀티 온타임을 저감하여, 스위칭 소자가 양단 전압(VCE)이 제1 임계값을 넘지 않도록 제어한다(S22, S23).
이때, 제어부(140)는 양단 전압(VCE)이 낮아지는 교류 전압의 ZVD(Zero Volt Detection) 신호(AC_ZVD)를 검출하고, AC_ZVD 신호에 따라 스위칭 소자의 듀티 온타임을 제어한다.
제어부(140)는 설정된 화구의 출력 단수에 해당하는 출력에 도달하기 위해 듀티 온타임을 증가시킬 때, 제2 알고리즘에 의해 용기의 재질 및 위치에 따라 양단 전압(VCE)의 크기가 상이하여 특정 용기에 양단 전압(VCE)가 높아지는 현상을 방지함으로써 다양한 용기를 안정적으로 사용할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 알고리즘의 수행 단계를 설명하는 순서도이다.
사용자가 화구에 놓여진 용기를 제거하는 경우, 인버터부(131,132)는 무부하 상태가 됨에 따라 전력제어에 의해 양단 전압(VCE)이 상승되어 스위칭 소자의 파손으로 이어질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 제어부(140)는 제3 알고리즘을 이용하여 화구 동작중 부하 상태를 검출하게 된다.
먼저, 제어부(140)는 화구 동작중 용기의 이탈이나 급격한 위치 이동으로 인해 무부하 상태가 되어, 양단 전압(VCE)이 제2 임계값 이상이 되는지를 검출한다(S31).
제어부(140)는 양단 전압(VCE)이 제2 임계값 이상인 경우 인버터부의 출력을 오프시키고, 대기 상태로 전환하여 순간적으로 양단 전압(VCE)이 상승되는 것으로 인해 스위칭 소자의 파손을 방지할 수 있다(S32, S33).
이때, 제어부(140)는 기 설정된 제한시간(예를 들어, 400ms) 이상 무부하 상태가 지속되면, 사용자에 의해 화구에 놓여진 용기가 제거된 것으로 판단하여 인버터부(131,132)의 동작을 정지시킨다.
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,
    화구에 놓여진 용기를 기 설정된 등급으로 구분하는 용기 검출 단계;
    상기 용기 검출 단계에 의해 검출된 용기의 등급과 화구의 출력 단수를 조합하여 인버터부의 스위칭 소자에 대한 출력 및 듀티 온타임의 최대값을 설정하고 상기 스위칭 소자의 스위칭시 발생하는 양단 전압을 조절하는 제1 알고리즘 수행 단계;
    상기 양단 전압이 기 설정된 제1 임계값 이상인 경우에, 상기 양단 전압이 상기 제1 임계값 미만이 되도록 상기 스위칭 소자의 듀티 온 타임을 저감시키는 제2 알고리즘 수행 단계; 및
    상기 양단 전압이 제2 임계값 이상인 경우에, 상기 인버터부의 출력을 오프(OFF) 동작시키고, 대기 상태로 전환하는 제3 알고리즘 수행 단계를 포함하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 IGBT로 구성되고,
    상기 양단 전압은 상기 IGBT의 콜렉터 단자와 에미터 단자 사이에 인가되는 전압(VCE)인 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값보다 큰 값인 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 알고리즘 수행 단계는,
    상기 유도 가열 장치에 포함된 비교기가, 상기 전압과 상기 인버터부로 직류 전원을 제공하는 전원부의 직류 링크(DC Link) 전압을 상호 비교하는 단계;
    상기 양단 전압이 상기 직류 링크 전압보다 큰 경우, 상기 비교기로부터 하이(HIGH)로 출력되는 펄스 수를 카운트하여, 카운트된 상기 펄스 수에 따라 상기 화구에 놓여진 용기의 등급을 판단하는 단계; 및
    상기 용기의 등급과 상기 화구의 출력 단수를 조합하여 상기 양단 전압이 상기 제1 임계값 이하가 되도록 상기 스위칭 소자에 대한 출력 및 듀티 온타임의 최대값을 설정하는 단계를 포함하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 용기의 등급은,
    상기 화구에 놓여진 용기의 가열 지수에 기초한 효율 정보에 따라 무부하 상태, 저효율 용기, 중효율 용기 및 고효율 용기로 구분하고,
    상기 무부하 상태, 저효율 용기, 중효율 용기 및 고효율 용기의 순서로 상기 양단 전압의 펄스 수가 증가하는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 알고리즘 수행 단계에서 상기 듀티 온 타임은,
    상기 인버터부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부에 의해 영전압 스위칭시 검출되는 ZVD(Zero Volt Detection) 신호에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  7. 유도 가열 장치에 있어서,
    상기 유도 가열 장치의 외부로부터 입력되는 교류 전원을 기초로 정류된 입력 전압을 생성하는 전원부;
    상기 입력 전압을 이용하여 교류 전압을 형성하며 적어도 하나의 스위칭 소자가 스위칭 동작하도록 인버터부; 및
    상기 스위칭 소자의 컬렉터 단자와 에미터 단자 사이에 인가되는 양단 전압이 기 설정된 임계값을 초과하지 않도록 상기 스위칭 소자의 듀티 온타임을 가변시키는 제어부;를 포함하는,
    유도 가열 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 양단 전압이 기 설정된 제1 임계값 이상인 경우에, 상기 양단 전압이 상기 제1 임계값 미만이 되도록 상기 스위칭 소자의 듀티 온타임을 저감시키고,
    상기 양단 전압이 제2 임계값 이상인 경우에, 상기 인버터부의 출력을 오프(OFF) 동작시키고, 대기 상태로 전환하되,
    상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는,
    유도 가열 장치.
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