WO2019045323A1 - 회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치 - Google Patents

회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치 Download PDF

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WO2019045323A1
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WO
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induction heating
working coil
wireless power
power transmission
semiconductor switches
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PCT/KR2018/009294
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옥승복
오두용
문현욱
박병욱
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엘지전자 주식회사
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    • H02J50/402—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices the two or more transmitting or the two or more receiving devices being integrated in the same unit, e.g. power mats with several coils or antennas with several sub-antennas
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an induction heating and radio power transmission device with improved circuit structure.
  • the method of heating the object to be heated by electricity is divided into resistance heating method and induction heating method.
  • the electric resistance method is a method of heating an object to be heated by transferring heat generated by flowing a current to a non-metallic heating element such as a metal resistance wire or silicon carbide to the object to be heated through conduction or conduction.
  • a non-metallic heating element such as a metal resistance wire or silicon carbide
  • eddy current is generated in a heated object (for example, a cooking container) made of a metal by using a magnetic field generated around a coil when a predetermined high-frequency power is applied to the coil, So that the heated object itself is heated.
  • the wireless power transmission technology mainly includes an electromagnetic induction method using a coil, a resonance method using resonance, and a radio wave radiation method in which electrical energy is converted into a microwave and transmitted.
  • the electromagnetic induction method is a technique of transmitting electric power using electromagnetic induction between a primary coil provided in an apparatus for transmitting radio power and a secondary coil provided in an apparatus receiving radio power.
  • the induction heating method of the induction heating apparatus as described above is substantially the same as the principle of the wireless power transmission technique by electromagnetic induction in that the object to be heated is heated by electromagnetic induction.
  • Such induction heating and wireless power transmission devices may be used to heat each of a plurality of objects (e.g., cooking vessels) or to transmit power wirelessly to each of a plurality of objects (e.g., a wireless power receiving device) It is general that each of them has a working coil.
  • an induction heating and wireless power transmission device that is, a ZONE FREE method in which a single object is simultaneously heated by a plurality of working coils or simultaneously wirelessly transmits electric power to a single object through a plurality of working coils And wireless power transmission devices
  • ZONE FREE method in which a single object is simultaneously heated by a plurality of working coils or simultaneously wirelessly transmits electric power to a single object through a plurality of working coils And wireless power transmission devices
  • the object can be induction-heated or power can be wirelessly transmitted to the object regardless of the size and position of the object in a region where a plurality of working coils exist.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a conventional zone free induction heating apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram shown in U.S. Published Patent Application (US2016 / 0323937A1).
  • a conventional zone-free induction heating apparatus 10a includes a plurality of working coils 26a and 28a for independently dividing a plurality of working coils 26a and 28a, (For example, a three-terminal relay) is connected to each of the relays 26a and 28a.
  • a three-terminal relay is connected to each of the relays 26a and 28a.
  • An object of the present invention is to provide an induction heating and radio power transmission device capable of independently turning a plurality of working coils through a semiconductor switch and turning on or off at a high speed.
  • Still another object of the present invention is to provide an induction heating and radio power transmission device capable of reducing circuit volume by eliminating relay and object detection circuits.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus comprises a first working coil part including a first working coil and a second working coil connected in parallel and a first working coil part including first and second working coils connected in series to turn on or off the first and second working coils, And the second semiconductor switch, the first and second working coils can be independently divided and turned on or off at high speed.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus controls the operation of the first and second semiconductor switches and the first and second semiconductor switches connected to turn on or turn off the first and second working coils respectively
  • the object detecting operation can be performed without a relay, thereby solving the problem of noise occurring in the switching operation of the relay.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus can reduce the circuit volume by performing the object detection operation using the semiconductor switch and the control unit instead of the relay and object detection circuit.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus can improve the object detection speed by independently turning on and off the plurality of working coils through the semiconductor switch and thereby improving the user satisfaction .
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus can solve the noise problem occurring in the switching operation of the relay by performing the object detecting operation through the semiconductor switch without relay, thereby improving the user satisfaction. Also, since the user can quietly use the time zone (for example, at dawn or late at night) sensitive to the noise problem, usability can be improved.
  • the induction heating and wireless power transmission device does not include a relay and object detection circuit, thereby reducing the circuit volume, thereby reducing the overall volume of the induction heating and wireless power transmission device. Furthermore, space utilization can be improved by reducing the overall volume of the induction heating and radio power transmission device.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a conventional zone free induction heating apparatus.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an induction heating and wireless power transmission apparatus in accordance with some embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an induction heating and wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the working coil arrangement of FIG.
  • 5 and 6 are schematic diagrams illustrating the connection structure between the auxiliary power supply and the semiconductor switch of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a method of detecting a target object in the induction heating and wireless power transmission apparatus of FIG. 3;
  • FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an induction heating and wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an induction heating and wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an induction heating and wireless power transmission apparatus in accordance with some embodiments of the present invention.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus includes a power supply unit 100, a rectifying unit 150, first and second inverter units IV1 and IV2, a controller 250, The first to fourth working coils WC1 to WC4, the first to fourth semiconductor switches S1 to S4, the auxiliary power source 300, and the input interface 350.
  • the number of some components for example, inverter part, working coil, semiconductor switch, etc.
  • the number of some components for example, inverter part, working coil, semiconductor switch, etc. of the induction heating and wireless power transmission apparatus shown in Fig. 2 may be changed.
  • the power supply unit 100 can output AC power.
  • the power supply unit 100 may output AC power to the rectifying unit 150, and may be, for example, a commercial power supply.
  • the rectifying unit 150 may convert AC power supplied from the power supply unit 100 into DC power and supply the AC power to at least one of the first inverter unit IV1 and the second inverter unit IV2.
  • the rectifying unit 150 rectifies the AC power supplied from the power supply unit 100 and converts the rectified AC power into DC power.
  • the DC power rectified by the rectifying section 150 may be provided to a filter section (not shown), and the filter section may remove AC components remaining in the DC power.
  • the DC power rectified by the rectifying unit 150 may be provided as a DC link capacitor (not shown), and the DC link capacitor may reduce a ripple of the corresponding DC power.
  • the DC power rectified by the rectifying section 150 and the filter section (or DC link capacitor) can be supplied to at least one of the first and second inverter sections IV1 and IV2.
  • the first inverter unit IV1 may perform a switching operation to apply a resonant current to at least one of the first to fourth working coils WC1 to WC4.
  • the switching operation of the first inverter section IV1 can be controlled by the control section 250.
  • the first inverter unit IV1 can perform the switching operation based on the switching signal provided from the controller 250.
  • the first inverter IV1 may include two switching elements (not shown), and the two switching elements may be alternately turned on and off by a switching signal provided from the controller 250, Can be turned off.
  • a high-frequency alternating current (that is, a resonant current) can be generated by the switching operation of these two switching elements, and the generated high-frequency alternating current is applied to at least one of the first and second working coils WCl and WC2 .
  • the second inverter unit IV2 may perform a switching operation to apply a resonant current to at least one of the third and fourth working coils WC3 and WC4.
  • the switching operation of the second inverter section IV2 can be controlled by the control section 250.
  • the second inverter unit IV2 can perform the switching operation based on the switching signal provided from the controller 250.
  • two switching elements may be included in the second inverter section IV2, and the two switching elements may be alternately turned on and off by a switching signal provided from the control section 250. [ Can be turned off.
  • alternating current of high frequency (that is, resonant current) can be generated by the switching operation of these two switching elements, and generated high frequency alternating current is applied to at least one of the third and fourth working coils WC3 and WC4 .
  • the control unit 250 can control the operation of the first and second inverter units IV1 and IV2 and the first to fourth semiconductor switches S1 to S4, respectively.
  • the switching operation of the first and second inverter units IV1 and IV2 may be controlled according to the switching signal of the controller 250, and the first to fourth semiconductor switches S1 to S4 may be turned on or off sequentially or in a specific order or simultaneously.
  • the first inverter unit IV1 is driven by the switching signal of the controller 250 and the first semiconductor switch S1 is turned on by the control signal of the controller 250, the first working coil WC1).
  • the object located above the first working coil WC1 can be heated by the resonance current applied to the first working coil WC1, or power can be wirelessly transmitted to the object.
  • control unit 250 can generate various switching signals or control signals through a PWM (Pulse Width Modulation) function.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • control unit 250 can control the induction heating and the driving mode of the wireless power transmission apparatus, that is, the induction heating mode or the wireless power transmission mode.
  • control unit 250 sets the driving mode of the induction heating and the wireless power transmission device to the wireless power transmission mode, at least one of the first to fourth working coils WC1 to WC4 is driven to drive the object (not shown) And transmits the power wirelessly.
  • the driving mode of the induction heating and the wireless power transmission device is set to the induction heating mode by the control unit 250, at least one of the first to fourth working coils WC1 to WC4 is driven, .
  • the number of working coils driven by the control unit 250 can be determined, and the amount of transmitted power or heating intensity of the induction heating and the wireless power transmission apparatus can be changed depending on the number of working coils to be driven.
  • the control unit 250 detects the resonance currents flowing through the first to fourth working coils WC1 to WC4 and detects the resonance current flowing to any one of the first to fourth working coils WC1 to WC4 .
  • controller 250 may determine whether the object is a magnetic body or a non-magnetic body based on the detection value.
  • the object to be placed on the upper part of the induction heating and wireless power transmission apparatus is a magnetic body
  • a large amount of eddy current is induced in the working coil to resonate, and therefore, a relatively small resonance current flows in the working coil.
  • the working coil is not resonated, so that a relatively large resonance current flows in the working coil.
  • control unit 250 can determine that the object to be driven is a magnetic body when the resonance current flowing through the working coil is smaller than a preset reference current. Conversely, when the resonance current flowing through the working coil is equal to or greater than a predetermined reference current, the controller 250 can determine that the object is a non-magnetic body.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus may further include a detection unit (not shown) for detecting a resonant current flowing in the working coil, and the detection unit may perform the object detection function described above .
  • control unit 250 performs the object detection function as an example.
  • the first and second working coils WC1 and WC2 may be connected in parallel with each other.
  • first and second working coils WC1 and WC2 are connected in parallel with each other and can receive a resonant current from the first inverter IV1.
  • the driving mode of the induction heating and wireless power transmission apparatus is the induction heating mode
  • the alternating current of high frequency applied to at least one of the first and second working coils WC1 and WC2 in the first inverter unit IV1 An eddy current is generated between the working coil and the object and the object can be heated.
  • the driving mode of the induction heating and wireless power transmission apparatus is the wireless power transmission mode
  • the alternating current of the high frequency applied to at least one of the first and second working coils WC1 and WC2 in the first inverter unit IV1 A magnetic field may be generated in the corresponding working coil.
  • a current flows through the coil inside the object corresponding to the working coil, and the object can be charged by the current flowing through the coil inside the object.
  • the first working coil WC1 may be connected to the first semiconductor switch S1 and the second working coil WC2 may be connected to the second semiconductor switch S2.
  • each of the working coils can be turned on or turned off at a high speed by the corresponding semiconductor switch.
  • the third and fourth working coils WC3 and WC4 may be connected in parallel with each other.
  • the third and fourth working coils WC3 and WC4 are connected in parallel to each other and can receive a resonant current from the second inverter unit IV2.
  • the driving mode of the induction heating and wireless power transmission apparatus is the induction heating mode
  • the alternating current of the high frequency applied to at least one of the third and fourth working coils WC3 and WC4 in the second inverter unit IV2
  • An eddy current is generated between the working coil and the object and the object can be heated.
  • the driving mode of the induction heating and wireless power transmission apparatus is the wireless power transmission mode
  • the alternating current of high frequency applied to at least one of the third and fourth working coils WC3 and WC4 in the second inverter unit IV2 A magnetic field may be generated in the corresponding working coil.
  • a current flows through the coil inside the object corresponding to the working coil, and the object can be charged by the current flowing through the coil inside the object.
  • the third working coil WC3 may be connected to the third semiconductor switch S3 and the fourth working coil WC4 may be connected to the fourth semiconductor switch S4.
  • each of the working coils can be turned on or turned off at a high speed by the corresponding semiconductor switch.
  • the meaning that the working coil is turned on or off by the semiconductor switch may mean that the flow of the resonance current applied from the inverter to the working coil is unblocked or blocked by the semiconductor switch.
  • the first to fourth semiconductor switches S1 to S4 are respectively connected to the first to fourth working coils WC1 to WC4 to turn on or off the first to fourth working coils WC1 to WC4, And can be supplied with power from the auxiliary power source 300.
  • the first semiconductor switch S1 is connected to the first working coil WC1 to turn on or off the first working coil WC1
  • the second semiconductor switch S2 is connected to the second working coil WC2 to turn on or off the second working coil WC2.
  • the third semiconductor switch S3 may be connected to the third working coil WC3 to turn on or off the third working coil WC3
  • the fourth semiconductor switch S4 may be connected to the fourth working coil WC4, So that the fourth working coil WC4 can be turned on or off.
  • the first and second semiconductor switches S1 and S2 are driven by the control unit 250 in cooperation with the first inverter unit IV1 so that the object is present on the first and second working coils WC1 and WC2 And to control the outputs of the first and second working coils WC1 and WC2.
  • the third and fourth semiconductor switches S3 and S4 are driven by the control unit 250 in cooperation with the second inverter unit IV2 so that the object is present on the third and fourth working coils WC3 and WC4 And to control the outputs of the third and fourth working coils WC3 and WC4.
  • the first to fourth semiconductor switches S1 to S4 may include, for example, a static switch.
  • a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) or an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) may be applied to the first to fourth semiconductor switches S1 to S4.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar mode transistor
  • the auxiliary power supply 300 can supply power to the first to fourth semiconductor switches S1 to S4.
  • the auxiliary power source 300 may have a single output structure. Therefore, the auxiliary power supply 300 can supply power to the first to fourth semiconductor switches S1 to S4 with a single output. Also, the auxiliary power supply 300 can reduce the number of pins required for connection with the first to fourth semiconductor switches S1 to S4 when compared with other multiple output structures.
  • the auxiliary power supply 300 may include, for example, a switched mode power supply (SMPS), but is not limited thereto.
  • SMPS switched mode power supply
  • the input interface 350 may receive an input from a user and provide the input to the controller 250.
  • the input interface 350 is a module for inputting a desired heating intensity, induction heating, and driving time of the wireless power transmission device, and may be variously implemented as a physical button or a touch panel.
  • the input interface 350 may include a power button, a lock button, a power level control button (+, -), a timer control button (+, -), a charge mode button,
  • the input interface 350 provides the input information to the controller 250.
  • the controller 250 controls the induction heating and the wireless power transmission apparatus based on the input information received from the input interface 350
  • Here is an example of what you can do.
  • the induction heating and driving of the wireless power transmission device can be started. Conversely, if the user touches the power button for a predetermined time while the induction heating and wireless power transmission device is being driven, the induction heating and driving of the wireless power transmission device may be terminated.
  • buttons when the user touches the lock button for a predetermined period of time, all of the other buttons can not be operated. Thereafter, when the user touches the lock button again for a predetermined time, all of the other buttons can be operated.
  • the control unit 250 may adjust the frequency for the switching operation of the first and second inverter units IV1 and IV2 to correspond to the input power level.
  • the user can touch the timer control buttons (+, -) to set the induction heating and the driving time of the wireless power transmission device.
  • the control unit 250 may terminate the induction heating and the driving of the wireless power transmission apparatus when the driving time set by the user has elapsed.
  • the driving time of the induction heating and wireless power transmission apparatus set by the timer control buttons (+, -) may be the heating time of the object.
  • the driving time of the induction heating and wireless power transmission apparatus set by the timer control buttons (+, -) may be the charging time of the object.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus can be driven in the wireless power transmission mode.
  • control unit 250 can receive the device information about the target object through communication with the target object placed in the driving region (i.e., the upper portion of the working coil).
  • the device information transmitted from the object may include information such as, for example, the type of object, the charging mode, and the amount of power required.
  • control unit 250 can determine the type of the object based on the received device information, and can grasp the charging mode of the object.
  • the charging mode of the object may include a normal charging mode and a fast charging mode.
  • the controller 250 can adjust the frequency of at least one of the first and second inverter units IV1 and IV2 according to the determined charging mode. For example, in the fast charge mode, the controller 250 can adjust the frequency so that a larger resonance current is applied to the working coil in accordance with the switching operation of the inverter unit.
  • the charging mode of the object may be input by the user through the input interface 350.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatuses 1 to 3 may have the above-described features and configurations in common.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an induction heating and wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 is a schematic diagram for explaining a method of detecting a target object in the induction heating and wireless power transmission apparatus of Fig. 2;
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus shown in FIG. 3 has the same configuration and features as the induction heating and wireless power transmission apparatus shown in FIG. 2, but for convenience of explanation, the number and names of some components And use it.
  • FIG. 3 shows an additional inverter section, a walking coil section, A detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil, a detection coil,
  • the inverter section the working coil section, the working coil, the detection group, the detection section, the semiconductor switch section, and the semiconductor switch will be described as examples.
  • an induction heating and wireless power transmission apparatus 1 includes a power supply unit 100, a rectifier unit 150, a DC link capacitor 200, BSC, CS, control unit 250, auxiliary power source 300, and third power source unit IV1 to IV3, first to third working coil units AWC, BWC, CWC, And an input interface 350.
  • the number of the inverter section, the working coil section, the working coil, the semiconductor switch section, and the semiconductor switch is not limited to the number shown in FIG. 3 and can be changed.
  • the first working coil portion AWC, the second working coil portion BWC, and the third working coil portion CWC include six, four, and six working coils, respectively.
  • the semiconductor switch AS, the second semiconductor switch BS and the third semiconductor switch CS include six, four, and six semiconductor switches, respectively, And may be the best mode of the power transmission device 1.
  • each working coil portion includes two working coils
  • each semiconductor switch portion also includes two semiconductor switches.
  • the power supply unit 100 may output AC power to the rectifying unit 150, and the rectifying unit 150 may convert the AC power supplied from the power supply unit 100 to DC power and supply the AC power to the DC link capacitor 200 .
  • the DC link capacitor 200 may be connected in parallel with the rectifying part 150.
  • the DC link capacitor 200 may be connected in parallel with the rectifying part 150 to receive the DC voltage from the rectifying part 150.
  • the DC link capacitor 200 may also be a smoothing capacitor, for example, and thus reduce the ripple of the supplied DC voltage.
  • the DC voltage is supplied from the rectifying unit 150, and DC voltage is applied to one end and grounded by the potential difference from the other end.
  • the DC power (or DC voltage) rectified by the rectification section 150 and reduced in ripple by the DC link capacitor 200 may be supplied to at least one of the first to third inverter sections IV1 to IV3 .
  • the first inverter section IV1 includes two switching elements SV1 and SV1 'and the second inverter section IV2 includes two switching elements SV2 and SV2' (IV3) may include two switching elements SV3 and SV3 '.
  • each of the inverter units IV1 to IV3 are alternately turned on and off by the switching signal provided from the controller 250 to convert the DC power into a high frequency alternating current (i.e., a resonance current) And the converted high frequency alternating current can be provided to the working coil.
  • a high frequency alternating current i.e., a resonance current
  • the resonance current converted by the switching operation of the first inverter section IV1 can be provided to the first working coil section AWC, and the resonance current converted by the switching operation of the second inverter section IV2 The current can be provided to the second working coil portion BWC.
  • the resonance current converted by the switching operation of the third inverter unit IV3 can be provided to the third working coil unit CWC.
  • the resonance current generated by the first inverter section IV1 can be applied to at least one of the working coils WC1 and WC2 included in the first working coil section AWC
  • the resonance current generated by the second inverter section IV2 Can be applied to at least one of the working coils WC3 and WC4 included in the second working coil portion BWC
  • the resonance current generated by the third inverter unit IV3 may be applied to at least one of the working coils WC5 and WC6 included in the third working coil unit CWC.
  • the working coils WC1 and WC2 included in the first working coil part AWC are connected in parallel with each other and the working coils WC3 and WC4 included in the second working coil part BWC are also connected in parallel .
  • the working coils WC5 and WC6 included in the third working coil portion CWC are also connected in parallel with each other.
  • the working coils WC1 and WC2 included in the first working coil part AWC can be grouped and arranged in the A area AR and the second working coil part BWC
  • the working coils WC3 and WC4 included in the region B can be grouped and arranged in the B region BR.
  • the working coils WC5 and WC6 included in the third working coil portion CWC can be grouped and arranged in the C region CR.
  • the working coil may be disposed in the remaining empty space, and the input interface 350 may be disposed at a position other than the position shown in FIG.
  • the first semiconductor switch part AS is connected to the first working coil part AWC
  • the second semiconductor switch part BS is connected to the second working coil part BWC
  • the third semiconductor switch part CS may be connected to the third working coil part CWC.
  • the first semiconductor switch portion AS includes two semiconductor switches S1 and S2, and each of the two semiconductor switches S1 and S2 includes two walking portions And the two working coils WC1 and WC2 may be respectively turned on or off by being connected to the coils WC1 and WC2.
  • each of the two semiconductor switches S1 and S2 is connected to the two working coils WC1 and WC2 and the other end of each of the two semiconductor switches S1 and S2 is connected to the other end of the DC link capacitor 200 And may be connected to the other end (i.e., the ground terminal).
  • the second semiconductor switch portion BS includes two semiconductor switches S3 and S4 and each of the two semiconductor switches S3 and S4 is connected to two working coils BWC included in the second working coil portion BWC WC3, and WC4 to turn on or turn off the two working coils WC3 and WC4, respectively.
  • each of the two semiconductor switches S3 and S4 is connected to the two working coils WC3 and WC4 respectively and the other end of each of the two semiconductor switches S3 and S4 is connected to the other end of the DC link capacitor 200 And may be connected to the other end (i.e., the ground terminal).
  • the third semiconductor switch portion CS includes two semiconductor switches S5 and S6 and each of the two semiconductor switches S5 and S6 is connected to two working coils CWC included in the third working coil portion CWC WC5, and WC6, respectively, so that the two working coils WC5 and WC6 can be turned on or off, respectively.
  • each of the two semiconductor switches S5 and S6 is connected to two working coils WC5 and WC6 and the other end of each of the two semiconductor switches S5 and S6 is connected to the other end of the DC link capacitor 200 And may be connected to the other end (i.e., the ground terminal).
  • the other ends of all the semiconductor switches of the first to third semiconductor switch parts AS, BS and CS may be connected to the other end (i.e., the ground end) of the DC link capacitor 200, ) Can supply power to all semiconductor switches through one output terminal.
  • the emitters of the semiconductor switches are floated with respect to each other, and the number of semiconductor switches is reduced by the number of the auxiliary switches 300 Is increased. This also increases the number of pins of the auxiliary power supply 300, which increases the circuit volume.
  • the auxiliary power supply 300 can supply power to all the semiconductor switches through one output terminal. Also, the number of pins of the auxiliary power supply 300 can be reduced compared to FIG. 5, and further, the circuit volume can be reduced.
  • the controller 250 may control the operations of the first to third inverter units IV1 to IV3 and the first to third semiconductor switch units AS, BS, and CS, respectively.
  • the control unit 250 also detects resonance currents flowing through at least one of the working coils WC1 to WC6 included in the first to third working coil units AWC, BWC and CWC, It can be determined whether or not the object is located.
  • the object detecting process in the area A (AR in FIG. 4) in which the first working coil part AWC is disposed will be described as an example for convenience of explanation.
  • control unit 250 provides N pulses to the first inverter unit IV1 at a predetermined period to detect a target object (where N is any one of 1, 2, and 3, and when N is 1, Shot (One Pulse Shot) to the first inverter unit IV1 as a switching signal).
  • the first inverter unit IV1 may be turned on and off according to the N pulses supplied from the controller 250 to thereby cause free resonance in the circuit including the first working coil part AWC .
  • control unit 250 when the control unit 250 provides continuous pulses (i.e., four or more pulses) instead of N pulses, a problem may occur in the standby power, so that the control unit 250 periodically outputs N pulses To the first inverter section IV1.
  • N pulses are one pulse (i.e., a single pulse).
  • controller 250 can sequentially turn on and off the two semiconductor switches S1 and S2 in accordance with each single pulse.
  • the control unit 250 turns on the first semiconductor switch S1 and then supplies a single pulse to the first inverter unit IV1, the resonance current flows only in the first working coil WC1, Can detect the degree of attenuation of the resonance current flowing through the first working coil WCl and judge whether or not the object is located on the first working coil WCl.
  • the total resistance may increase due to the resistance of the object, thereby increasing the degree of attenuation of the resonant current flowing through the first working coil WCl .
  • the control unit 250 detects the resonance current flowing through the first working coil WC1 and judges whether or not the object is present on the first working coil WC1 based on the detected value.
  • control unit 250 may have a delay of a predetermined time before and after a point of time when a single pulse is provided.
  • the control unit 250 outputs a single pulse to the first inverter unit IV1 .
  • the reason for having the first delay elapsed time is that a certain time is required for the first semiconductor switch S1 to stabilize after turning on.
  • a second delay for a certain period of time may elapse again.
  • the reason for having the second delay elapsed time is that a certain time is required for the signal processing for the single pulse provided to the first inverter section IV1 and the detection operation for the object.
  • control unit 250 can determine whether or not the object is located with respect to the second working coil WC2, and can continuously repeat this process.
  • the object detecting operation described above can be performed in the same manner in the second and third working coil portions BWC and CWC as well as in the first working coil portion AWC.
  • the induction heating and wireless power transmission device 1 may further include a resonance capacitor C connected between the working coil and the semiconductor switch.
  • the resonant capacitor C In the case of the resonant capacitor C, resonance is started when a voltage is applied by the switching operation of the inverter section (for example, the first inverter section IV1). Further, when the resonance capacitor C resonates, the current flowing in the working coil (for example, WC1) connected to the resonance capacitor C rises.
  • the induction heating and wireless power transmission device 1 independently separates a plurality of working coils through a semiconductor switch and improves object detection speed by turning on or off at high speed Which can improve user satisfaction.
  • the induction heating and wireless power transmission device 1 can solve the noise problem occurring in the switching operation of the relay by performing the object detection operation through the semiconductor switch without relay, Can be improved. Also, since the user can quietly use the time zone (for example, at dawn or late at night) sensitive to the noise problem, usability can be improved.
  • the induction heating and wireless power transmission device 1 does not include a relay and object detection circuit, so that the circuit volume can be reduced, whereby the total volume of the induction heating and wireless power transmission device Can be reduced. Furthermore, space utilization can be improved by reducing the overall volume of the induction heating and radio power transmission device.
  • FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an induction heating and wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the induction heating and wireless power transmission device 2 shown in FIG. 8 is substantially the same in configuration and effect as the induction heating and wireless power transmission device 1 shown in FIG. 3, do.
  • the induction heating and wireless power transmission device 2 may have different connection positions of the induction heating and wireless power transmission device 1 and the semiconductor switch of FIG.
  • each of the two semiconductor switches S1 and S2 of the first semiconductor switch unit AS is connected to one end of the DC link capacitor 200 (that is, Lt; / RTI >
  • each of the two semiconductor switches S3 and S4 of the second semiconductor switch portion BS may be connected to one end of the DC link capacitor 200 (i.e., a portion to which a DC voltage is applied).
  • each of the two semiconductor switches S5 and S6 of the third semiconductor switch portion CS may be connected to one end of the DC link capacitor 200 (i.e., a portion to which a DC voltage is applied).
  • the other ends of all the semiconductor switches of the first to third semiconductor switch parts AS, BS, and CS may be connected to one end of the DC link capacitor 200 (i.e., a part to which the DC voltage is applied). Accordingly, as shown in FIG. 3, the auxiliary power source 300 of FIG. 8 can supply power to all the semiconductor switches through one output terminal.
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an induction heating and wireless power transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the induction heating and wireless power transmission device 3 shown in FIG. 9 is substantially the same as the induction heating and wireless power transmission device 1 shown in FIG. 3, do.
  • the induction heating and wireless power transmission apparatus 3 may have a partly different connection position from the induction heating and wireless power transmission apparatus 1 to the semiconductor switch of FIG.
  • each of the two semiconductor switches S1 and S2 of the first semiconductor switch unit AS is connected to the other end (i.e., the ground end) of the DC link capacitor 200, Is connected to the other end (that is, the ground terminal) of the DC link capacitor 200 of the two semiconductor switches S3 and S4 of FIG.
  • each of the two semiconductor switches S5 and S6 of the third semiconductor switch portion CS is connected to one end of the DC link capacitor 200 (that is, a portion to which a DC voltage is applied) .
  • the other ends of the semiconductor switches of the first and second semiconductor switch parts AS and BS are connected to the other end (i.e., the ground end) of the DC link capacitor 200,
  • the other end of the DC link capacitor 200 may be connected to one end of the DC link capacitor 200 (i.e., a portion to which a DC voltage is applied).
  • the auxiliary power supply 300 of FIG. 9 can supply power to all semiconductor switches through two output terminals.
  • auxiliary power supply 300 supplies power through two output terminals as shown in FIG. 9 is that when the single output capacity of the auxiliary power supply 300 is too large (that is, when the preset reference capacity is greatly deviated) This is because the entire system may experience problems.
  • the output terminal of the auxiliary power supply 300 is divided into two as shown in FIG. 9, so that an appropriate capacity (that is, Capacity) can be output.
  • connection relationship of each semiconductor switch portion is not limited to the connection relationship shown in Fig.
  • the other ends of the semiconductor switches included in some of the semiconductor switch parts of the first to third semiconductor switch parts AS, BS and CS are connected to the other end (i.e., the ground terminal) of the DC link capacitor 200,
  • the other end of the semiconductor switches included in the switch unit may be connected to one end of the DC link capacitor 200 (i.e., a portion to which a DC voltage is applied).

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Abstract

본 발명은 회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는, 병렬 연결된 제1 워킹 코일과 제2 워킹 코일을 포함하는 제1 워킹 코일부, 스위칭 동작을 수행하여 제1 워킹 코일 및 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하는 제1 인버터부, 제1 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치, 제2 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제2 워킹 코일에 연결된 제2 반도체 스위치, 제1 및 제2 반도체 스위치에 전력을 공급하는 보조 전원 및 제1 인버터부와 제1 및 제2 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치
본 발명은 회로 구조가 개선된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 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 피가열 물체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용하여 피가열 물체를 가열하는 방식은 크게 저항 가열 방식과 유도 가열 방식으로 나누어진다. 전기 저항 방식은 금속 저항선 또는 탄화규소와 같은 비금속 발열체에 전류를 흘릴 때 생기는 열을 방사 또는 전도를 통해 피가열 물체에 전달함으로써 피가열 물체를 가열하는 방식이다. 그리고 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 피가열 물체(예를 들어, 조리 용기)에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열 물체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.
한편, 최근에는 무선으로 전력을 공급하는 기술이 개발되어 많은 전자 장치에 적용되고 있다. 무선 전력 전송 기술이 적용된 전자 장치는 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 충전 패드에 올려 놓는 것 만으로도 배터리가 충전된다. 이러한 무선 전력 전송이 적용된 전자 장치는 유선 코드나 충전기가 필요하지 않으므로 휴대성이 향상되며 크기와 무게가 종래에 비해 감소한다는 장점이 있다.
무선 전력 전송 기술은 크게 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진을 이용하는 공진 방식, 그리고 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사 방식 등이 있다. 이 중 전자기 유도 방식은 무선 전력을 송신하는 장치에 구비되는 1차 코일과 무선 전력을 수신하는 장치에 구비되는 2차 코일 간의 전자기 유도를 이용하여 전력을 전송하는 기술이다.
전술한 바와 같은 유도 가열 장치의 유도 가열 방식은 전자기 유도에 의하여 피가열 물체를 가열한다는 점에서 전자기 유도에 의한 무선 전력 전송 기술과 원리가 실질적으로 동일하다.
이에 따라, 유도 가열 및 무선 전력 전송을 사용자의 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 조리 용기)을 가열하거나 복수개의 대상체 각각(예를 들어, 무선 전력 수신 장치)에 무선으로 전력을 전송하기 위해 대응하는 영역에 각각 워킹 코일을 구비하고 있는 것이 일반적이다.
다만, 최근에는 하나의 대상체를 복수개의 워킹 코일로 동시에 가열하거나 하나의 대상체에 복수개의 워킹 코일을 통해 동시에 무선으로 전력을 전송하는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(즉, 존프리(ZONE FREE) 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치)가 널리 보급되고 있다.
이러한 존프리 방식의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 경우, 복수개의 워킹 코일이 존재하는 영역 내에서는 대상체의 크기 및 위치에 상관없이 대상체를 유도 가열하거나 대상체에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
여기에서, 미국 공개 특허(US2016/0323937A1)를 참조하면, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치가 도시되어 있는바, 이를 참조하여, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 살펴보도록 한다.
도 1은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 설명하는 블록도이다.
참고로, 도 1은 미국 공개 특허(US2016/0323937A1)에 도시된 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치(10a)는, 복수개의 워킹 코일(26a, 28a)을 독립적으로 구분하고 대상체 검출 작업을 위한 회로 절환을 하기 위해 복수개의 워킹 코일(26a, 28a)마다 개별 릴레이(40a, 42a; 예를 들어, 3단자 릴레이)가 연결되는 구조를 가지고 있다. 다만, 이러한 구조로 인해, 릴레이(40a, 42a)의 절환 동작시 소음이 발생한다는 문제가 있다.
또한, 전술한 릴레이(40a, 42a) 및 대상체 검출을 위해 구비된 대상체 검출 회로가 회로 면적의 상당 부분을 차지하는바, 회로 부피가 커진다는 문제도 있다.
본 발명의 목적은 반도체 스위치를 통해 복수개의 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프할 수 있는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 릴레이 없이 반도체 스위치를 통해 대상체 검출 작업을 진행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 릴레이 및 대상체 검출 회로를 제거함으로써 회로 부피를 줄일 수 있는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 병렬 연결된 제1 워킹 코일과 제2 워킹 코일을 포함하는 제1 워킹 코일부 및 제1 및 제2 워킹 코일을 각각 턴온 또는 턴오프하기 위해 연결된 제1 및 제2 반도체 스위치를 포함함으로써 제1 및 제2 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 제1 및 제2 워킹 코일을 각각 턴온 또는 턴오프하기 위해 연결된 제1 및 제2 반도체 스위치와 제1 및 제2 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하는 제어부를 포함함으로써 릴레이 없이 대상체 검출 작업을 진행할 수 있고, 이를 통해 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제도 해결할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 릴레이 및 대상체 검출 회로 대신 반도체 스위치 및 제어부를 이용하여 대상체 검출 작업을 진행함으로써 회로 부피를 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 반도체 스위치를 통해 복수개의 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 대상체 검출 속도를 개선할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 릴레이 없이 반도체 스위치를 통해 대상체 검출 작업을 진행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다. 또한 사용자가 소음 문제에 민감한 시간대(예를 들어, 새벽 또는 늦은 밤)에도 조용하게 사용할 수 있는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 릴레이 및 대상체 검출 회로를 포함하지 않음으로써 회로 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피도 줄일 수 있다. 나아가, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 개선할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래의 존프리 방식의 유도 가열 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 회로도이다.
도 4는 도 3의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 보조 전원과 반도체 스위치 간 연결 구조를 설명하는 개략도이다.
도 7은 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법을 설명하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 블록도이다.
참고로, 도 2에서는 본 발명의 몇몇 실시예들(1~3)에 공통적으로 적용되는 내용에 대해 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 전원부(100), 정류부(150), 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2), 제어부(250), 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4), 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.
참고로, 도 2에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 일부 구성요소(예를 들어, 인버터부, 워킹 코일, 반도체 스위치 등)의 개수는 변경될 수 있다.
전원부(100)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 예를 들어, 상용 전원일 수 있다.
정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제1 인버터부(IV1) 및 제2 인버터부(IV2) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.
구체적으로, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환할 수 있다.
참고로, 도면에 도시되어 있지 않지만, 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 필터부(미도시)로 제공될 수 있고, 필터부는 해당 직류 전력에 남아 있는 교류 성분을 제거할 수 있다. 또한 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 직류 링크 커패시터(미도시; 평활 커패시터)로 제공될 수 있고, 직류 링크 커패시터는 해당 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감할 수 있다.
이와 같이, 정류부(150) 및 필터부(또는 직류 링크 커패시터)에 의해 정류된 직류 전력은 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2) 중 적어도 하나에 공급될 수 있다.
제1 인버터부(IV1)는 스위칭 동작을 수행하여 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다.
구체적으로, 제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
참고로, 제1 인버터부(IV1)에는 2개의 스위칭 소자(미도시)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.
또한 이러한 2개의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.
마찬가지로, 제2 인버터부(IV2)는 스위칭 동작을 수행하여 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가할 수 있다.
구체적으로, 제2 인버터부(IV2)는 제어부(250)에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제2 인버터부(IV2)는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
참고로, 제2 인버터부(IV2)에는 2개의 스위칭 소자(미도시)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자는 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.
또한 이러한 2개의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의하여 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.
제어부(250)는 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)와 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)의 동작을 각각 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(250)의 스위칭 신호에 따라서 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)의 스위칭 동작이 제어될 수 있고, 제어부(250)의 제어 신호에 따라서 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)가 순차적으로 또는 특정 순서대로 또는 동시에 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
예를 들어, 제어부(250)의 스위칭 신호에 의해 제1 인버터부(IV1)가 구동되고, 제어부(250)의 제어 신호에 의해 제1 반도체 스위치(S1)가 턴온된 경우, 제1 워킹 코일(WC1)로 공진 전류가 인가될 수 있다.
이와 같이, 제1 워킹 코일(WC1)로 인가된 공진 전류에 의해 제1 워킹 코일(WC1)의 상부에 위치한 대상체가 가열되거나 상기 대상체로 전력이 무선 전송될 수 있다.
참고로, 제어부(250)는 PWM(Pulse Width Modulation) 기능을 통해 다양한 스위칭 신호 또는 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드, 즉, 유도 가열 모드 또는 무선 전력 전송 모드가 제어될 수 있다.
즉, 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드로 설정되면, 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)에 무선으로 전력을 전송하게 된다.
반면에, 제어부(250)에 의해 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 유도 가열 모드로 설정되면, 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 적어도 하나가 구동되어 대상체(미도시)를 가열하게 된다.
또한, 제어부(250)의 제어에 의해 구동되는 워킹 코일의 수가 결정될 수 있고, 구동되는 워킹 코일의 수에 따라서 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전송 전력량 또는 가열 세기가 달라질 수 있다.
그리고, 제어부(250)는 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출 값을 토대로 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4) 중 어느 코일에 대상체가 위치하는지를 판단할 수 있다.
또한 제어부(250)는 검출 값을 토대로 대상체가 자성체인지 또는 비자성체인지를 판단할 수도 있다.
구체적으로, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 상부에 안착되는 대상체가 자성체일 경우, 워킹 코일에서 대상체로 많은 와전류가 유도되면서 공진되므로 워킹 코일에는 상대적으로 작은 공진 전류가 흐르게 된다. 그러나 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 상부에 안착되는 대상체가 존재하지 않거나 비자성체일 경우, 워킹 코일이 공진되지 않으므로 워킹 코일에는 상대적으로 큰 공진 전류가 흐르게 된다.
따라서 제어부(250)는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 작은 경우 구동 대상 물체가 자성체인 것으로 판단할 수 있다. 반대로 워킹 코일에 흐르는 공진 전류가 미리 설정된 기준 전류보다 크거나 같은 경우 제어부(250)는 대상체가 비자성체인 것으로 판단할 수 있다.
물론, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 워킹 코일에 흐르는 공진 전류를 검출하는 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 검출부가 전술한 대상체 검출 기능을 수행할 수도 있다.
다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 제어부(250)가 대상체 검출 기능을 수행하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 서로 병렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)은 서로 병렬 연결되고, 제1 인버터부(IV1)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.
즉, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 제1 인버터부(IV1)에서 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일과 대상체 사이에 와전류가 발생되어 대상체가 가열될 수 있다.
또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 제1 인버터부(IV1)에서 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일에서 자기장이 발생할 수 있다. 이로 인해 해당 워킹 코일에 대응되는 대상체 내부의 코일에도 전류가 흐르게 되고, 대상체 내부의 코일에 흐르는 전류에 의해 대상체가 충전될 수 있다.
또한 제1 워킹 코일(WC1)은 제1 반도체 스위치(S1)에 연결되고, 제2 워킹 코일(WC2)은 제2 반도체 스위치(S2)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 각각의 워킹 코일은 대응되는 반도체 스위치에 의해 고속으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)은 서로 병렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)은 서로 병렬 연결되고, 제2 인버터부(IV2)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.
즉, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 유도 가열 모드인 경우, 제2 인버터부(IV2)에서 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일과 대상체 사이에 와전류가 발생되어 대상체가 가열될 수 있다.
또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 무선 전력 전송 모드인 경우, 제2 인버터부(IV2)에서 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 해당 워킹 코일에서 자기장이 발생할 수 있다. 이로 인해 해당 워킹 코일에 대응되는 대상체 내부의 코일에도 전류가 흐르게 되고, 대상체 내부의 코일에 흐르는 전류에 의해 대상체가 충전될 수 있다.
또한 제3 워킹 코일(WC3)은 제3 반도체 스위치(S3)에 연결되고, 제4 워킹 코일(WC4)은 제4 반도체 스위치(S4)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 각각의 워킹 코일은 대응되는 반도체 스위치에 의해 고속으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
참고로, 반도체 스위치에 의해 워킹 코일이 턴온 또는 턴오프된다는 의미는 인버터부로부터 워킹 코일로 인가되는 공진 전류의 흐름이 반도체 스위치에 의해 차단 해제 또는 차단된다는 의미일 수 있다.
한편, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)는 각각 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)을 턴온 또는 턴오프하기 위해 제1 내지 제4 워킹 코일(WC1~WC4)에 각각 연결될 수 있고, 보조 전원(300)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
구체적으로, 제1 반도체 스위치(S1)는 제1 워킹 코일(WC1)에 연결되어 제1 워킹 코일(WC1)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제2 반도체 스위치(S2)는 제2 워킹 코일(WC2)에 연결되어 제2 워킹 코일(WC2)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다. 또한 제3 반도체 스위치(S3)는 제3 워킹 코일(WC3)에 연결되어 제3 워킹 코일(WC3)을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 제4 반도체 스위치(S4)는 제4 워킹 코일(WC4)에 연결되어 제4 워킹 코일(WC4)을 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 반도체 스위치(S1, S2)는 제어부(250)에 의해 제1 인버터부(IV1)와 보조를 맞추어 구동됨으로써 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2) 위에 대상체가 존재하는지 여부를 검출하거나 제1 및 제2 워킹 코일(WC1, WC2)의 출력을 제어하고자 할 때 이용될 수 있다.
또한, 제3 및 제4 반도체 스위치(S3, S4)는 제어부(250)에 의해 제2 인버터부(IV2)와 보조를 맞추어 구동됨으로써 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4) 위에 대상체가 존재하는지 여부를 검출하거나 제3 및 제4 워킹 코일(WC3, WC4)의 출력을 제어하고자 할 때 이용될 수 있다.
참고로, 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)는 예를 들어, 스태틱 스위치(static switch)를 포함할 수 있다. 또한 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에는 예를 들어, MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor) 또는 IGBT(Insulated gate bipolar mode transistor)가 적용될 수 있다.
보조 전원(300)은 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에 전력을 공급할 수 있다.
구체적으로, 보조 전원(300)은 단일 출력 구조를 가질 수 있다. 따라서, 보조 전원(300)은 단일 출력으로 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 보조 전원(300)은 다른 다중 출력 구조와 비교하였을 때 제1 내지 제4 반도체 스위치(S1~S4)와의 연결을 위해 필요한 핀(pin) 수를 줄일 수 있다.
물론, 단일 출력 용량이 너무 큰 경우(즉, 미리 설정된 기준 용량을 크게 벗어난 경우), 보조 전원(300)은 이중 출력 구조(각각의 출력단이 단일 출력 용량을 미리 설정된 기준 용량 이하의 용량으로 분할하여 출력하는 구조)로 설계될 수도 있다.
이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
참고로, 보조 전원(300)은 예를 들어, SMPS(Switched mode power supply)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
입력 인터페이스(350)는 사용자로부터 입력을 제공받아 제어부(250)로 해당 입력을 제공할 수 있다.
구체적으로, 입력 인터페이스(350)는 사용자가 원하는 가열 강도나 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 시간 등을 입력하기 위한 모듈로서, 물리적인 버튼이나 터치 패널 등으로 다양하게 구현될 수 있다.
또한 입력 인터페이스(350)에는 예를 들어, 전원 버튼, 잠금 버튼, 파워 레벨 조절 버튼(+, -), 타이머 조절 버튼(+, -), 충전 모드 버튼 등이 구비될 수 있다.
이러한 입력 인터페이스(350)는 제공받은 입력 정보를 제어부(250)로 제공할 수 있고, 제어부(250)는 입력 인터페이스(350)로부터 제공받은 입력 정보를 토대로 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 다양하게 구동시킬 수 있는바, 그 예시는 다음과 같다.
유도 가열 및 무선 전력 전송 장치가 구동되지 않은 상태에서 사용자가 입력 인터페이스(350)에 구비된 전원 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동이 시작될 수 있다. 반대로 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치가 구동되고 있는 상태에서 사용자가 전원 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동이 종료될 수 있다.
또한 사용자가 잠금 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 다른 모든 버튼의 조작이 불가능한 상태가 될 수 있다. 이후 사용자가 다시 잠금 버튼을 일정 시간 동안 터치할 경우 다른 모든 버튼의 조작이 가능한 상태가 될 수 있다.
또한 전원이 입력된 상태에서 사용자가 파워 레벨 조절 버튼(+, -)을 터치할 경우, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 현재 파워 레벨이 입력 인터페이스(350) 상에 숫자로 표시될 수 있다. 또한 파워 레벨 조절 버튼(+, -)의 터치에 의해 제어부(250)는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 모드가 유도 가열 모드임을 확인할 수 있다. 그리고, 제어부(250)는 입력된 파워 레벨에 대응되도록 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2)의 스위칭 동작을 위한 주파수를 조절할 수 있다.
또한 사용자는 타이머 조절 버튼(+, -)을 터치하여 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 시간을 설정할 수 있다. 제어부(250)는 사용자가 설정한 구동 시간이 경과할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동을 종료시킬 수 있다.
이 때 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치가 유도 가열 모드로 동작하는 경우, 타이머 조절 버튼(+, -)에 의하여 설정되는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 시간은 대상체의 가열 시간이 될 수 있다. 또한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치가 무선 전력 전송 모드로 동작하는 경우, 타이머 조절 버튼(+, -)에 의하여 설정되는 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 구동 시간은 대상체의 충전 시간이 될 수 있다.
한편, 사용자가 충전 모드 버튼을 터치할 경우 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 전송 모드로 구동될 수 있다.
이 때 제어부(250)는 구동 영역(즉, 워킹 코일 상부)에 안착된 대상체와의 통신을 통해 해당 대상체에 대한 장치 정보를 수신할 수 있다. 대상체로부터 전송되는 장치 정보는 예를 들어, 대상체의 종류, 충전 모드, 요구 전력량과 같은 정보를 포함할 수 있다.
또한 제어부(250)는 수신된 장치 정보에 기초하여 대상체의 종류를 판단하고, 대상체의 충전 모드를 파악할 수 있다.
참고로, 대상체의 충전 모드는 일반 충전 모드 및 고속 충전 모드를 포함할 수 있다.
이에 따라, 제어부(250)는 확인된 충전 모드에 따라서 제1 및 제2 인버터부(IV1, IV2) 중 적어도 하나의 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대 고속 충전 모드인 경우 제어부(250)는 인버터부의 스위칭 동작에 따라 보다 큰 공진 전류가 워킹 코일에 인가되도록 주파수를 조절할 수 있다.
물론, 대상체의 충전 모드는 입력 인터페이스(350)를 통해 사용자에 의하여 입력될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1~3)는 전술한 특징 및 구성을 공통적으로 가질 수 있다.
이하에서는, 전술한 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 특징 및 구성을 토대로 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 대해 도 2와의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 회로도이다. 도 4는 도 2의 워킹 코일 배치를 설명하는 개략도이다. 도 5 및 도 6은 도 2의 보조 전원과 반도체 스위치 간 연결 구조를 설명하는 개략도이다. 도 7은 도 2의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 대상체 검출 방법을 설명하는 개략도이다.
참고로, 도 3에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치는 도 2에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치와 동일한 구성 및 특징을 가지고 있으나, 설명의 편의를 위해 일부 구성요소의 개수 및 명칭을 변경하여 사용하도록 한다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 도 3에는 전체 영역(존프리 영역)의 절반을 구성하는 워킹 코일만이 도시되어 있는바, 나머지 절반을 구성하기 위해 도 3은 추가 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 검출 그룹, 검출부, 반도체 스위치부, 반도체 스위치를 더 포함할 수 있다.
다만 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 도 3의 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 검출 그룹, 검출부, 반도체 스위치부, 반도체 스위치를 예로 들어 설명하기로 한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3), 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC), 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS), 제어부(250), 보조 전원(300), 입력 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.
참고로, 인버터부, 워킹 코일부, 워킹 코일, 반도체 스위치부, 반도체 스위치의 수는 도 3에 도시된 개수에 한정되지 않으며, 변경될 수 있다.
예를 들어, 제1 워킹 코일부(AWC), 제2 워킹 코일부(BWC), 제3 워킹 코일부(CWC)가 각각 6개, 4개, 6개의 워킹 코일을 포함하고, 제1 반도체 스위치부(AS), 제2 반도체 스위치부(BS), 제3 반도체 스위치부(CS)가 각각 6개, 4개, 6개의 반도체 스위치를 포함할 때 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)의 최적 예시(best mode)일 수 있다.
다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는, 각 워킹 코일부가 2개의 워킹 코일을 포함하고, 각 반도체 스위치부도 2개의 반도체 스위치를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
구체적으로, 전원부(100)는 교류 전력을 출력하여 정류부(150)에 제공할 수 있고, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 링크 커패시터(200)에 제공할 수 있다.
여기에서, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)와 병렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 직류 링크 커패시터(200)는 정류부(150)와 병렬 연결되어 정류부(150)로부터 직류 전압을 제공받을 수 있다. 또한 직류 링크 커패시터(200)는 예를 들어, 평활 커패시터일 수 있고, 이에 따라 제공받은 직류 전압의 리플을 저감시킬 수 있다.
참고로, 직류 링크 커패시터(200)의 경우, 정류부(150)로부터 직류 전압을 제공받는바, 일단에는 직류 전압이 인가되고, 타단은 일단과의 전위차에 의해 접지될 수 있다.
또한, 정류부(150)에 의해 정류되고 직류 링크 커패시터(200)에 의해 리플이 감소된 직류 전력(또는 직류 전압)은 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3) 중 적어도 하나에 공급될 수 있다.
한편, 제1 인버터부(IV1)는 2개의 스위칭 소자(SV1, SV1')를 포함하고, 제2 인버터부(IV2)는 2개의 스위칭 소자(SV2, SV2')를 포함하며, 제3 인버터부(IV3)는 2개의 스위칭 소자(SV3, SV3')를 포함할 수 있다.
또한 각각의 인버터부(IV1~IV3)에 포함된 스위칭 소자들은 제어부(250)로부터 제공받은 스위칭 신호에 의해 교대로 턴온 및 턴오프되어 직류 전력을 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)로 변환할 수 있고, 변환된 고주파의 교류 전류는 워킹 코일에 제공될 수 있다.
예를 들어, 제1 인버터부(IV1)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제1 워킹 코일부(AWC)로 제공될 수 있고, 제2 인버터부(IV2)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제2 워킹 코일부(BWC)로 제공될 수 있다. 또한 제3 인버터부(IV3)의 스위칭 동작에 의해 변환된 공진 전류는 제3 워킹 코일부(CWC)로 제공될 수 있다.
물론, 제1 인버터부(IV1)에 의해 생성된 공진 전류는 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC1, WC2) 중 적어도 하나로 인가될 수 있고, 제2 인버터부(IV2)에 의해 생성된 공진 전류는 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC3, WC4) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다. 또한 제3 인버터부(IV3)에 의해 생성된 공진 전류는 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC5, WC6) 중 적어도 하나로 인가될 수 있다.
여기에서, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC1, WC2)은 서로 병렬 연결되어 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC3, WC4)도 서로 병렬 연결되어 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC5, WC6)도 서로 병렬 연결되어 있다.
이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 워킹 코일부(AWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC1, WC2)은 A 영역(AR)에 그룹화되어 배치될 수 있고, 제2 워킹 코일부(BWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC3, WC4)은 B 영역(BR)에 그룹화되어 배치될 수 있다. 또한 제3 워킹 코일부(CWC) 내에 포함된 워킹 코일(WC5, WC6)은 C 영역(CR)에 그룹화되어 배치될 수 있다.
물론, 나머지 빈 공간에도 워킹 코일이 배치될 수 있으며, 입력 인터페이스(350) 역시 도 4에 도시된 위치 외 다른 위치에 배치될 수도 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제1 반도체 스위치부(AS)는 제1 워킹 코일부(AWC)에 연결되고, 제2 반도체 스위치부(BS)는 제2 워킹 코일부(BWC)에 연결되며, 제3 반도체 스위치부(CS)는 제3 워킹 코일부(CWC)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 반도체 스위치부(AS)는 2개의 반도체 스위치(S1, S2)를 포함하고, 2개의 반도체 스위치(S1, S2) 각각은 제1 워킹 코일부(AWC)에 포함된 2개의 워킹 코일(WC1, WC2)에 각각 연결되어 2개의 워킹 코일(WC1, WC2)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
여기에서, 2개의 반도체 스위치(S1, S2) 각각의 일단은 2개의 워킹 코일(WC1, WC2)에 각각 연결되고, 2개의 반도체 스위치(S1, S2) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.
또한 제2 반도체 스위치부(BS)는 2개의 반도체 스위치(S3, S4)를 포함하고, 2개의 반도체 스위치(S3, S4) 각각은 제2 워킹 코일부(BWC)에 포함된 2개의 워킹 코일(WC3, WC4)에 각각 연결되어 2개의 워킹 코일(WC3, WC4)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
여기에서, 2개의 반도체 스위치(S3, S4) 각각의 일단은 2개의 워킹 코일(WC3, WC4)에 각각 연결되고, 2개의 반도체 스위치(S3, S4) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.
또한 제3 반도체 스위치부(CS)는 2개의 반도체 스위치(S5, S6)를 포함하고, 2개의 반도체 스위치(S5, S6) 각각은 제3 워킹 코일부(CWC)에 포함된 2개의 워킹 코일(WC5, WC6)에 각각 연결되어 2개의 워킹 코일(WC5, WC6)을 각각 턴온 또는 턴오프할 수 있다.
여기에서, 2개의 반도체 스위치(S5, S6) 각각의 일단은 2개의 워킹 코일(WC5, WC6)에 각각 연결되고, 2개의 반도체 스위치(S5, S6) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있다.
즉, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 모든 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결될 수 있고, 이를 통해, 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치들에 전력을 공급할 수 있다.
참고로, 반도체 스위치가 인버터부와 워킹 코일부 사이에 연결된 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 반도체 스위치의 이미터(emitter)가 서로 플로팅(floating)되어 반도체 스위치의 개수만큼 보조 전원(300)의 출력단 수가 증가한다는 문제가 있다. 또한 이로 인해, 보조 전원(300)의 핀수도 증가하게 되어 회로 부피가 커진다는 문제가 있다.
반면에, 본 발명과 같이, 반도체 스위치가 모두 접지단(즉, 직류 링크 커패시터(200)의 타단)에 연결된 경우, 도 6에 도시된 것처럼, 반도체 스위치의 이미터가 플로팅되지 않고 모두 공통(common)될 수 있다. 따라서, 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치에 전력을 공급할 수 있다. 또한 보조 전원(300)의 핀수가 도 5 대비 저감될 수 있고, 나아가 회로 부피도 저감될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제어부(250)는 제1 내지 제3 인버터부(IV1~IV3)와 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 동작을 각각 제어할 수 있다.
또한 제어부(250)는 제1 내지 제3 워킹 코일부(AWC, BWC, CWC)에 포함된 워킹 코일(WC1~WC6) 중 적어도 하나에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 검출 값을 토대로 어느 워킹 코일에 대상체가 위치하는지를 판단할 수 있다.
여기에서, 도 3 및 도 7을 참조하여, 대상체를 검출하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
참고로, 설명의 편의를 위해, 제1 워킹 코일부(AWC)가 배치된 A 영역(도 4의 AR)에서의 대상체 검출 과정을 예로 들기로 한다.
먼저, 제어부(250)는 대상체 검출을 위해 일정한 주기로 제1 인버터부(IV1)에 N개 펄스를 제공(여기에서, N은 1, 2, 3 중 어느 하나이고, N이 1인 경우, 원 펄스 샷(One Pulse Shot)을 제1 인버터부(IV1)에 스위칭 신호로 제공)할 수 있다.
제1 인버터부(IV1)는 제어부(250)로부터 N개 펄스를 제공받을 때마다 이에 맞추어 턴온 및 턴오프될 수 있고, 이를 통해 제1 워킹 코일부(AWC)가 포함된 회로에 자유 공진이 발생할 수 있다.
여기에서, 제어부(250)가 N개 펄스가 아닌 연속적인 펄스(즉, 4개 이상의 펄스)를 제공하는 경우, 대기 전력에 문제가 발생할 수 있는바, 제어부(250)는 N개 펄스를 주기적으로 제1 인버터부(IV1)에 제공하는 것이다.
참고로, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 N개 펄스가 1개 펄스(즉, 단일 펄스)인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
한편, 각각의 단일 펄스에 맞추어 제어부(250)는 순차적으로 2개의 반도체 스위치(S1, S2)를 턴온 및 턴오프할 수 있다.
즉, 제어부(250)가 제1 반도체 스위치(S1)를 턴온한 후 제1 인버터부(IV1)에 단일 펄스를 제공하는 경우, 제1 워킹 코일(WC1)에만 공진 전류가 흐르게 되고, 제어부(250)는 제1 워킹 코일(WC1)에 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도를 검출하여, 제1 워킹 코일(WC1) 위에 대상체가 위치하는지 여부를 판단할 수 있다.
부연 설명을 하자면, 제1 워킹 코일(WC1) 위에 대상체가 위치하는 경우, 대상체의 저항으로 인해 전체 저항이 증가할 수 있고, 이로 인해 제1 워킹 코일(WC1)을 흐르는 공진 전류의 감쇄 정도가 커질 수 있다.
제어부(250)는 이와 같이 제1 워킹 코일(WC1)에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 해당 검출 값을 토대로 제1 워킹 코일(WC1) 위에 대상체가 있는지 여부를 판단하는 것이다.
참고로, 제어부(250)는 단일 펄스를 제공하는 시점의 전후로 일정 시간의 딜레이(delay)를 가질 수 있다.
구체적으로, 예를 들어, 제어부(250)는 제1 반도체 스위치(S1)를 턴온한 후 일정 시간 동안의 딜레이(즉, 제1 딜레이)가 경과되면, 단일 펄스를 제1 인버터부(IV1)에 제공할 수 있다. 여기에서, 제1 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 제1 반도체 스위치(S1)가 턴온 후 안정화되는데 일정 시간이 필요하기 때문이다.
이어서, 단일 펄스가 제1 인버터부(IV1)에 제공된 후, 다시 일정 시간 동안의 제2 딜레이가 경과될 수 있다. 여기에서, 제2 딜레이 경과 시간을 가지는 이유는 제1 인버터부(IV1)에 제공된 단일 펄스에 대한 신호 처리 및 대상체에 대한 감지 작업에 일정 시간이 필요하기 때문이다.
또한 전술한 바와 같이, 제어부(250)는 제2 워킹 코일(WC2)에 대해서도 대상체가 위치하는지 여부를 판단할 수 있고, 이러한 과정을 지속적으로 반복할 수 있다.
물론, 전술한 대상체 검출 작업은 제1 워킹 코일부(AWC) 뿐만 아니라 제2 및 제3 워킹 코일부(BWC, CWC)에서도 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
한편, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 워킹 코일과 반도체 스위치 사이에 연결된 공진 커패시터(C)를 더 포함할 수 있다.
공진 커패시터(C)의 경우, 인버터부(예를 들어, 제1 인버터부(IV1))의 스위칭 동작에 의해 전압이 인가되면, 공진을 시작하게 된다. 또한 공진 커패시터(C)가 공진하게 되면, 해당 공진 커패시터(C)와 연결된 워킹 코일(예를 들어, WC1)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.
이와 같은 과정을 거쳐, 해당 공진 커패시터(C)에 연결된 워킹 코일 상부에 배치된 대상체에 와전류가 유도되는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 반도체 스위치를 통해 복수개의 워킹 코일을 독립적으로 구분하여 고속으로 턴온 또는 턴오프함으로써 대상체 검출 속도를 개선할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 릴레이 없이 반도체 스위치를 통해 대상체 검출 작업을 진행함으로써 릴레이의 절환 동작시 발생하는 소음 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 사용자 만족도를 개선할 수 있다. 또한 사용자가 소음 문제에 민감한 시간대(예를 들어, 새벽 또는 늦은 밤)에도 조용하게 사용할 수 있는바, 사용 편의성이 개선될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)는 릴레이 및 대상체 검출 회로를 포함하지 않음으로써 회로 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피도 줄일 수 있다. 나아가, 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치의 전체 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 개선할 수 있다.
이하에서는, 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 회로도이다.
참고로, 도 8에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(2)는 도 3에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)와 구성 및 효과가 상당 부분 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(2)는 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)와 반도체 스위치의 연결 위치가 다를 수 있다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 반도체 스위치부(AS)의 2개의 반도체 스위치(S1, S2) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단이 아닌 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수 있다.
또한, 제2 반도체 스위치부(BS)의 2개의 반도체 스위치(S3, S4) 각각의 타단도 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수 있다.
물론 제3 반도체 스위치부(CS)의 2개의 반도체 스위치(S5, S6) 각각의 타단도 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수 있다.
즉, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS)의 모든 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수 있다. 이를 통해, 도 3과 같이, 도 8의 보조 전원(300)은 하나의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치들에 전력을 공급할 수 있다.
이하에서는, 도 9를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하는 회로도이다.
참고로, 도 9에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(3)는 도 3에 도시된 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)와 구성 및 효과가 상당 부분 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(3)는 도 3의 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치(1)와 반도체 스위치의 연결 위치가 일부 다를 수 있다.
즉, 제1 반도체 스위치부(AS)의 2개의 반도체 스위치(S1, S2) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결되고, 제2 반도체 스위치부(BS)의 2개의 반도체 스위치(S3, S4) 각각의 타단도 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결된다는 점은 도 3과 동일하다.
다만 제3 반도체 스위치부(CS)의 2개의 반도체 스위치(S5, S6) 각각의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결된다는 점에서 도 3과 다르다.
즉, 제1 및 제2 반도체 스위치부(AS, BS)의 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결되고, 제3 반도체 스위치부(CS)의 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수 있다.
따라서, 도 9의 보조 전원(300)은 도 3과 달리, 2개의 출력단을 통해 모든 반도체 스위치들에 전력을 공급할 수 있다.
도 9와 같이 보조 전원(300)이 2개의 출력단을 통해 전력을 공급하는 이유는, 보조 전원(300)의 단일 출력 용량이 너무 큰 경우(즉, 미리 설정된 기준 용량을 크게 벗어난 경우), 회로 및 전체 시스템에 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
이에 따라, 보조 전원(300)의 단일 출력 용량이 너무 큰 경우, 보조 전원(300)의 출력단을 도 9와 같이, 2개로 나누어 설계함으로써 각 출력단을 통해 적정 용량(즉, 미리 설정된 기준 용량 이하의 용량)의 전력이 출력되도록 할 수 있다.
물론, 각 반도체 스위치부의 연결 관계는 도 9에 도시된 연결 관계에 한정되지 않는다.
즉, 제1 내지 제3 반도체 스위치부(AS, BS, CS) 중 일부 반도체 스위치부에 포함된 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지단)에 연결되고, 나머지 반도체 스위치부에 포함된 반도체 스위치들의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가된 부분)에 연결될 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 병렬 연결된 제1 워킹 코일과 제2 워킹 코일을 포함하는 제1 워킹 코일부;
    스위칭 동작을 수행하여 상기 제1 워킹 코일 및 상기 제2 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하는 제1 인버터부;
    상기 제1 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제1 워킹 코일에 연결된 제1 반도체 스위치;
    상기 제2 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제2 워킹 코일에 연결된 제2 반도체 스위치;
    상기 제1 및 제2 반도체 스위치에 전력을 공급하는 보조 전원; 및
    상기 제1 인버터부와 상기 제1 및 제2 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하는 제어부를 포함하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    전원부로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 제1 인버터부에 공급하는 정류부; 및
    상기 정류부와 병렬 연결되는 직류 링크 커패시터를 더 포함하되,
    상기 제1 인버터부는 상기 정류부로부터 공급받은 상기 직류 전력을 상기 공진 전류로 변환하고,
    상기 직류 링크 커패시터의 일단에는 상기 직류 전력에 의한 직류 전압이 인가되며,
    상기 직류 링크 커패시터의 타단은 접지되는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반도체 스위치 각각의 일단은 상기 제1 및 제2 워킹 코일에 각각 연결되고,
    상기 제1 및 제2 반도체 스위치 각각의 타단은 상기 직류 링크 커패시터의 타단에 연결되는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반도체 스위치 각각의 일단은 상기 제1 및 제2 워킹 코일에 각각 연결되고,
    상기 제1 및 제2 반도체 스위치 각각의 타단은 상기 직류 링크 커패시터의 일단에 연결되는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    병렬 연결된 제3 워킹 코일과 제4 워킹 코일을 포함하는 제2 워킹 코일부;
    스위칭 동작을 수행하여 상기 제3 워킹 코일 및 상기 제4 워킹 코일 중 적어도 하나에 공진 전류를 인가하고, 상기 제1 인버터부와 병렬 연결되는 제2 인버터부;
    상기 제3 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제3 워킹 코일에 연결된 제3 반도체 스위치;
    상기 제4 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 제4 워킹 코일에 연결된 제4 반도체 스위치;
    전원부로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 제1 및 제2 인버터부 중 적어도 하나에 공급하는 정류부; 및
    상기 정류부와 병렬 연결되는 직류 링크 커패시터를 더 포함하되,
    상기 직류 링크 커패시터의 일단에는 상기 직류 전력에 의한 직류 전압이 인가되고,
    상기 직류 링크 커패시터의 타단은 접지되는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보조 전원은 상기 제3 및 제4 반도체 스위치에 전력을 공급하고,
    상기 제어부는 상기 제2 인버터부와 상기 제3 및 제4 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 각각의 일단은 상기 제1 내지 제4 워킹 코일에 각각 연결되고,
    상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 각각의 타단은 상기 직류 링크 커패시터의 타단에 연결되는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 각각의 일단은 상기 제1 내지 제4 워킹 코일에 각각 연결되고,
    상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 각각의 타단은 상기 직류 링크 커패시터의 일단에 연결되는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 보조 전원은 하나의 출력단을 통해 상기 제1 내지 제4 반도체 스위치에 전력을 공급하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 각각의 일단은 상기 제1 내지 제4 워킹 코일에 각각 연결되고,
    상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 중 일부 반도체 스위치의 타단은 상기 직류 링크 커패시터의 일단에 연결되고, 나머지 반도체 스위치의 타단은 상기 직류 링크 커패시터의 타단에 연결되는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보조 전원은,
    제1 출력단을 통해 상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 중 상기 직류 링크 커패시터의 일단에 연결된 반도체 스위치로 전력을 공급하고,
    제2 출력단을 통해 상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 중 상기 직류 링크 커패시터의 타단에 연결된 반도체 스위치로 전력을 공급하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 내지 제4 워킹 코일 중 적어도 하나에 흐르는 공진 전류를 검출하고, 상기 검출 값을 토대로 상기 제1 내지 제4 워킹 코일 중 어느 워킹 코일의 상부에 대상체가 위치하는지를 판단하는
    유도 가열 및 무선 전력 전송 장치.
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