KR930011807B1 - 고주파 가열장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고주파 가열장치

제1도, 제2도, 제3도는 종래의 구성도.

제4도, 제5도는 본 발명의 구성도.

제6도는 종래의 전압파형도.

제7도는 본 발명의 전압파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 필터부 2 : 브릿지다이오드

3 : 평활부 4 : 스위칭수단

5 : 인버터 6 : 배전압부

7 : 마그네트론 8 : 출력피드백회로

9 : 제어회로 10-10a : 스위칭소자구동부

11 : 피드백제어부 12 : 가열용기

C₁-C₅: 콘덴서 D₁-D₄: 다이오드

SW₁-SW₃: 스위치 Q₁-Q₂: 스위칭트랜지스터

T₁: 승압트랜스 WL₁: 워킹코일

L₁-L₆: 코일

본 발명은 고주파 가열장치에 관한 것으로, 특히 2개의 상용교류전원 즉 100V와 200V 모두에 사용할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 인버터(Inverter)를 사용한 고주파 가열장치(전자레인지)는 전원트랜스를 소형화 및 경량화시킬 수 있고 또한 출력측을 용이하게 변화시킬 수 있어 기능을 무한정 확장할수 있으나 220V용 스위칭 소자의 가격이 고가인데다 110V/220V 겸용 설계의 어려움으로 인해 제품의 실용화가 어려웠다.

종래의 기술을 첨부된 제1도 및 제3도를 참조하여 상술하면 다음과 같다.

제1도는 상용전압 110V를 이용한 기본적인 인버터형 고주파 가열장치로서 상용전원 110V 입력단자(c)(d)와, 콘덴서(10)와 코일(L₁₀)로 이루어진 LC필터회로(21), 정류다이오드(22), 평활용인덕터(L₁₁) 평활용 콘덴서(C₁₁)로 이루어진 평활회로(23), 1차측회로가 스위칭트랜지스터(Q₁₀)와 플라이휠다이오드(D₁₀) 및 공진콘덴서(C₁₂)로 이루어지고 2차측 회로는 배전압콘덴서(C₁₃)와 배전압다이오드(D₁₁) 및 정류다이오드(D₁₂)로 이루어진 승압트랜스(T₂), 상기 승압트랜스(T₂)에 의해 구동되는 마그네트론(30), 제어부(24), 스위칭 소자구동부(25)로 구성된 것이다.

이것의 동작은 먼저 전원 입력단자(c)(d)를 통해 100V 상용전원이 입력되면 LC 필터회로(21) 및 정류다이오드(22)를 거쳐 직류화시키고 이를 평활용콘덴서(C₁₁)와 인덕터(L₁₁)를 통해 평활시킨다.

이때 승압트랜스(T₂)의 1차측 코일과 스위칭트랜지스터(Q₁₀)를 이용 스위칭시키면 제6a도와 같이 스위칭트랜지스터(Q₁₀)가 온일때 전류(Ic)는 지수 함수적으로 증가하고 오프일때는 공진콘덴서(C₁₂)에 전하가 충전되면서 스위칭트랜지스터(Q₁₀)의 양단(콜렉터-에미터)의 전압(V_CE)은 제6b도와 같이 증가하다가 일정 피크값에 도달한 후 다시 감소한다.

이어 공진콘덴서(C₁₂)의 양단의 역전압이 걸리면 플라이휠다이오드(D₁₀)가 도통되어 제6a도와 같이 역으로 전류(Id)가 흐른다.

이순간 다시 상기 스위칭트랜지스터(Q₁₀)를 온시키면 앞에서와 같은 동작을 반복하게 된다.

따라서, 승압트랜스(T₂)의 1차측 코일양단전압파형은 제6b도와 같이 나타난다.

2차측 코일에는 이 파형이 그대로 나타나며 이 전압은 다시 배전압콘덴서(C₁₃)와 배전압다이오드(D₁₁)를 거쳐 배압되고 정류다이오드(D₁₂)를 거쳐 마그네트론(30)의 양단(애노우드-캐소우드)에 인가된다.

동시에 승압트랜스(T₂)의 다른 2차측은 마그테트론(30)의 필라멘트를 가열하므로써 마그네트론(30)을 발진시키게되고 이때 발생한 전자파는 음식물을 가열하게 된다.

여기서, 상용전원 220V를 사용하고자 할 경우에는 110V용 스위칭트랜지스터 (Q₁₀) 대신 220V용 스위칭소자를 사용하여야 하나 220V용 스위칭소자의 제조어려움으로 (220V용:1600 V_CE/30A, 110V용:900 V_CE/60A)인해 가격이 높아지므로 실제 실용화되지 못했다.

따라서 제2a도는 220V용 스위치소자 대신 2개의 110V용 스위칭트랜지스터 (Q₁₀)(Q₁₁)를 사용하여 상용전원 110V/220V에 겸용할 수 있도록 한것으로 승압트랜스(T₂)의 1차측코일을 2개의 코일(L₁₂)(L₁₅)로 분리하여 이 2개의 코일(L₁₂)(L₁₅)에 각각에 공진용콘덴서(C₁₂)(C₁₄)를 병렬접속한 병렬공진형태로 구성한 것이다.

또한, 스위치(또는 릴레이)(SW₁₀)(SW₁₂)를 이용하여 1차측코일(L₁₂), 공진콘덴서(C₁₂), 스위칭트랜지스터(Q₁₀), 플라이휠다이오드(D₁₃)로 이루어진 제1전력여자부 (28a)와 1차측 코일(L₁₅), 공진콘덴서(C₁₄), 스위칭트랜지스터(Q₁₁), 플라이휠다이오드(D₁₄)로 이루어진 제2전력여자부(28b)를 상용전원 220V 입력시에는 제2b도와 같이 직렬접속시키고 상용전원 110V 입력시에는 제2c도와 같이 병렬시키도록 한 것이다.

따라서, 1차측코일(L₁₂)과 공진콘덴서(C₁₂), 1차측코일(L₁₅)과 공진콘덴서 (C₁₄)에 의한 각각의 다른 병렬공진주파수(f₃)(f₄)가 발생되고 소비되는 전력은 직렬접속시에는 W₂₂₀=(220V)²/2R이고 병렬접속시에는 W₁₁₀=(110V)²/(R/2)으로 서로 같았다.

제3a도는 제2a도의 경우와 같이 2개의 110V용 스위칭트랜지스터(Q₁₀)(Q₁₁)를 사용한 것으로 역시 승압트랜스(T₂)의 1차측코일을 두개의 코일(L₁₂)(L₁₅)으로 분리하고 각각의 코일에 직렬로 공진콘덴서(C₁₂)(C₁₄)를 각각 접속한 직렬공진형태로 구성한 것이다.

또한 제2a도의 구성과 같이 스위치(또는 릴레이)(SW₁₃-SW₁₈)를 구비한 정수절환수단(27)을 이용하여 상용전압 220V 입력시에는 제3b도와 같이 승압트랜스(T₂)의 1차측 코일(L₁₂)(L₁₅)을 직렬접속되게 하고 스위칭트랜지스터(Q₁₀)(Q₁₁)도 직렬접속되게하여 단일 주파수(f₃)가 발생하고 내전압이 증가되도록 하였으며 이것의 동작은 제1도의 경우와 동일하다.

그리고 상용전압 110V 입력시에는 제3c도와 같이 승압트랜스(T₂)의 1차측코일(L₁₂)과 공진콘덴서(C₁₄)와 스위칭트랜지스터(Q₁₁) 및 플라이휠다이오드(D₁₄)로 이루어진 제1전력여자부(28a)와 1차측 코일(L₁₅)과 공진콘덴서(C₁₂)와 스위칭트랜지스터(Q₁₀) 및 플라이휠다이오드(D₁₃)로 이루어진 제2전력여자부(28b)의 2개회로로 구성되며 이 두회로가 병렬접속된 형태가 되도록 하였으며 이들 각각의 동작은 제1도의 경우와 동일하다.

그러나 상기 종래 기술들은 다음과 같은 문제점이 있었다.

제1도의 경우는 상용전원 100V에만 사용될 뿐 220V 겸용에는 사용되지 못한다.

제2a도와 같은 110V/220V 겸용회로에 있어서는 220V가 입력되어 제2b도와 같이 회로가 구성될 경우 서로 다른 공진주파수(f₃)(f₄)가 발생되는 회로들 즉 1차측코일(L₁₂)과 공진콘덴서(C₁₂), 1차측 코일(L₁₅)과 공진콘덴서(C₁₄)가 승압트랜스(T₂)에 함께 묶여 있으므로 인해 상호 간섭을 일으키게 된다.

따라서 1차측코일(L₁₂)(L₁₅)과 2차측코일(L₁₃)에는 제6b도와 같은 이상적인 파형이 아닌 제6c도,제6d도와 같은 왜곡된 파형이 나타나게 된다.

이것은 승압트랜스(T₂)의 로스(Loss)로 나타나서 코일과 코어(Core)를 가열하게 되고 코어가 포화되면 과전류가 흘러 스위칭트랜지스터(Q₁₀)(Q₁₁)를 파손시키게 되는 문제점이 발생한다.

이와 같이 상호 간섭현상은 사용전원 110V 입력시 구성되는 제2c도에서도 마찬가지로 발생한다.

또한 제3a도의 경우에 있어서는 상용전원 220V가 입력되어 제3b도와 같이 회로가 구성될 경우 직렬접속된 1차측코일(L₁₂)(L₁₅)과, 병렬접속된 공진콘덴서(C₁₂) (C₁₄) 및 스위칭트랜지스터(Q₁₀)(Q₁₁)가 직렬접속되어 단일주파수(f₃)가 발생되므로 문제가 없으나 110V 상용전원이 입력되어 승압트랜스(T₂)의 1차측이 제3c도와 같이 구성될 경우에는 서로 다른 직렬공진주파수(f₃)(f₄)를 갖는 회로 즉 1차측코일(L₁₂)과 공진콘덴서(C₁₄), 1차측코일(L₁₅)과 공진콘덴서(C₁₂)가 승압트랜스(T₂)에 병렬로 함께 묶여 있으므로 인해 상호 간섭을 일으키게 된다.

따라서, 1차측코일(L₁₂)(L₁₅)과 2차측코일(L₁₃)에는 제6b도와 같은 이상적인 전압파형이 아닌 제6e도, 제6f도와 같은 왜곡된 파형이 나타나게 된다.

이것은 역시 승압트랜스(T₂)의 로스로 나타나서 결국 스위칭트랜지스터(Q₁₀) (Q₁₁)의 파손을 유발하게 된다.

본 발명은 상기 문제점을 제거키위한것으로 승압트랜스의 1차측코일이 복수개로 분리설치되고 각각의 공진콘덴서와 플라이휠다이오드 및 스위칭소자를 구비한 인버터형 고주파 가열장치에 있어서 입력되는 상용전압에 따라 항상 단일 공진주파수를 발생하여 상호 간섭이 발생되지 않도록하는 고주파 가열장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력된 상용교류전압을 여과·정류·평활하는 전원공급부와, 1차측코일이 복수개로 분리설치된 승압트랜스와 복수개의 스위칭소자와 복수개의 공진콘덴서 및 복수개의 플라이휠다이오드를 갖는 인버터와, 복수개의 스위치 또는 릴레이를 포함하고 입력되는 상용전원에 따라 항상 동일한 단일 공진주파수가 발생되도록 상기 인버터의 1차측코일과 스위칭소자와 공진콘덴서와 플라이휠다이오드를 연결시키는 스위칭수단과, 상기 인버터의 승압트랜스 2차측이 연결되고 인버터에 의해 일정한 전력을 공급받아 마그네트론과, 상기 인버터의 승압트랜스 2차측코일과 1차측스위칭소자 사이에 접속되고 2차측 코일의 전류를 검출하여 이에 따라 스위칭소자의 도통시간을 조절하는 피드백 제어부를 포함한다.

이를 일실시예인 첨부된 제4a도, 제4b도, 제4c도를 참조하여 상술하면 다음과 같다.

제4a도는 본 발명의 구성도로서, 110V/220V 상용교류전원입력단자(a)(b)와, 입력단자(a)(b)를 통해 입력하는 전원을 필터링하는 코일(L₁)과 콘덴서(C₁)로 이루어진 필터부(1)와, 이 필터부(1)의 출력신호를 정류하는 정류부로서의 브릿지다이오드(2)와, 이 정류부의 출력신호를 평활시키는 코일(L₂)과 콘덴서(C₂)로 이루어진 평활부(3)와, 3개의 스위치(또는 릴레이)(SW₁-SW₃)를 포함하고 입력 상용전원에 따라 인버터내의 회로를 다르게 구성시키는 스위칭수단(4)과, 인버터(5)와, 이 인버터(5)의 출력측에 접속되고 배전압용 다이오드(D₃)와 콘덴서(C₃) 및 정류용 다이오드(D₄)로 이루어진 배전압부(6)와, 상기 인버터(5) 및 배전압부(6)의 출력측에 접속되고 인버터(5)에 의해 전원을 공급받음과 동시에 구동되는 마그네트론(7)과, 상기 인버터(5)와 배전압부(6) 사이에 접속되고 전류검출기(CT)와 출력피드백회로(8), 제어회로(9) 및 스위칭소자구동부(10)(10a)로 이루어져서 출력신호에 따라 인버터(5)의 출력을 가변시킬 수 있는 피드백제어부(11)로 구성된 것이다.

여기서, 인버터(5)는 각각 2개씩의 1,2차측코일(L₃)(L₄)(L₅)(L₆)을 갖는 승압트랜스(T₁)와, 2개의 110V용 스위칭트랜지스터(Q₁)(Q₂), 2개의 플라이휠다이오드(D₁)(D₂), 2개의 공진콘덴서(C₃)(C₄)로 이루어지고 상기 평활부(3)와 피드백제어부(11) 및 마그네트론(7)사이에 접속되는 것으로 입력되는 상용 전압이 110V 또는 220V인가에 따라 상기 스위칭수단(4)에 의해 내부회로가 다르게 구성되도록 한 것이다.

제5도는 본 발명의 또 다른 실시예로서 본 발명의 기본구성을 나타내는 제4도의 구성중 승압트랜스(T₁)와 이 승압트랜스(T₁)의 2차측회로인 배전압부(6) 및 마그네트론(7) 대신 워킹코일(Working Coil)(WL₁)과 가열용기(12)를 대치 설치하여 구성한 것으로 전자조리기로의 응용을 위한 것이다.

이하에서 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저 제4a도의 경우는 상용전압 220V 입력시에는 스위칭수단(4)의 스위치(SW₁-SW₃)의 연결동작에 의해 인버터(5) 내부회로는 제4b도와 같이 구성된다.

즉 승압트랜스(T₁)의 1차측 제1코일(L₃)과 공진용 제1콘덴서(C₃), 1차측 제2코일(L₄), 공진용 제2콘덴서(C₄)가 순차적으로 직렬접속되고 상기 제1콘덴서(C₃)와 제2콘덴서(C₄)의 양단에 제1스위칭트랜지스터(Q₁)와 제2스위칭트랜지스터(Q₂)가 각각 병렬접속된 형태로 구성된다.

따라서 스위칭트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 도통구간에선 승압트랜스(T₁)의 제1코일 (L₃)과 제2코일(L₄)이 직렬연결되어 전류가 흐르고 스위칭트랜지스터(Q₁)(Q₂)가 동시에 오프될때는 제1 및 제2코일(L₃)(L₄)과 제1 및 제2콘덴서(C₃)(C₄)에 의한 공진전압이 공진콘덴서(C₃)(C₄)의 양단 즉 스위칭트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 양단에 제7a도와 같이 이상적인 종형으로 나타나고 승압트랜스(T₁)의 2차측코일(L₆)에도 제7b도와 같은 이상적인 종형의 전압파형이 나타난다.

이때의 공진주파수는 단일주파수(f)로 나타나면 아래의 식(1)으로 나타낼 수 있다.

여기서, L'=L'₃+L'₄이고, C'=C'₃//C'₄으로 L'₃는 코일(L₃)의 인덕턴스값, L'₄는 코일(L₄)의 인덕턴스값, C'₃는 콘덴서(C₃)의 커패시턴스 값, C'₄는 콘덴서(C₄)의 커패시턴스값이다.

또한 상용전압 110V 입력시에는 상기 스위칭수단(4)의 스위치(SW₁-SW₃)의 연결동작에 의해 인버터(5)의 내부회로는 제4c도와 같이 구성된다.

즉, 승압트랜스(T₁)의 1차측 제1코일(L₃)과 제2코일(L₄), 제1스위칭트랜지스터(Q₁)와 공진용 제1콘덴서(C₃)와 제2스위칭트랜지스터(Q₂)와 제 2콘덴서(C₄)가 각각 병렬접속되고 병렬접속된 이들군끼리 서로 직렬접속된 형태로 구성된다.

따라서, 스위칭트랜지스터(Q₁)(Q₂)가 각각 온되면 전류는 승압트랜스(T₁)의 1차측코일(L₃)(L₄)을 콩해 흐르되 스위칭트랜지스터(Q₁)(Q₂)에 반분되어 흐르고, 스위칭트랜지스터(Q₁)(Q₂)가 동시에 온될때 공진용 콘덴서 그리고 1차측코일(L₃)(L₄)와 2차측코일(L₆)에는 제4b도의 경우와 같이 제7c도와 제7d도와 같은 이상적인 종형의 전압파형으로 나타난다.

이때의 공진주파수 역시 상기한 제4b도의 경우와 같이 동일한 단일주파수로 나타내며 이때의 식(2)도 나타낼수 있다.

여기서, L=L'₃//L'₄이고 C=C'₃+C'₄으로 L'₃과 L'₄는 코일(L₃)과 코일(L₄)의 인덕턴스값이고 C'₃와 C'₄는 콘덴서(C₃)와 콘덴서(C₄)의 커패시턴스값이다.

이어 제5도의 경우에는 제4도의 동작과 동일하므로 생략하기로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상용전압 110V 또는 220V의 어떤 전압이 인가되더라도 승압트랜스(T₁)의 1,2차측 코일에는 항상 단일 공진주파수와 이상적인 전압파형이 나타나므로 안정되게 마크네트론(7)을 구동시킬 수 있음은 물론 인버터(5)의 스위칭소자 파손을 막을 수 있다.

둘째, 부품 즉 승압트랜스(T₁)와 공진용콘덴서(C₄)(C₅)의 편차에도 불구하고 동작엔 영향이 없이 생산효율이 높다.

세째, 종래구성인 제3도의 경우에 비해 스위칭수단의 스위칭 또는 릴레이의 갯수를 줄일 수 있어서 배선을 용이하게 할 수 있고 배선의 복잡함으로 인해 야기되는 노이즈 발생 및 EMI(Electro Magnetic Interference)현상을 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 입력되는 상용교류전원을 여과·정류·평활하는 전원공급부와, 상기 전원공급부에 접속되고 복수개의 1차측코일을 갖는 승압트랜스와 복수개의 스위칭소자와 공진용콘덴서 및 플라이휠다이오드를 포함하며 마그네트론의 구동전력을 출력하는 인버터와, 상기 전원공급부와 인버터 사이에 접속되고 복수개의 스위치 또는 릴레이를 포함하며 입력되는 상용전원에 따라 상기 인버터의 회로를 동일한 공진주파수가 발생되도록 구성시키는 스위칭수단과, 상기 인버터의 출력측에 접속되고 인버터로 부터 구동전력을 공급받아 고주파 가열신호를 출력하는 마그네트론, 상기 인버터의 출력측과 스위칭소자사이에 접속되고 인버터의 출력을 검출하여 이 검출값에 따라 스위칭소자의 구동시간을 적절하게 조절하는 피드백제어부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
2. 제1항에 있어서, 인버터회로는 상용전압 110V 입력시에는 상기 스위칭수단에 의해 병렬접속된 승압트랜스와 1차측 코일들과 병렬접속된 스위칭소자와 공진용콘덴서가 서로 직렬접속되는 형태로 구성되고, 상용전압 220V 입력시에는 상기 스위칭수단에 의해 승압트랜스의 1차측 코일들과 공진용콘덴서들이 교대로 직렬접속되고 각 공진용콘덴서의 양단에는 스위칭소자가 각각 병렬접속되는 형태로 구성됨을 특징으로 하는 고주파 가열장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 승압트랜스와 마그레트론 대신 워킹코일과 가열용기를 각각 설치하여 구성함을 특징으로 하는 고주파 가열장치.