WO2019124797A1 - 간섭 소음 제거 및 출력 제어 기능이 개선된 유도 가열 장치 - Google Patents

간섭 소음 제거 및 출력 제어 기능이 개선된 유도 가열 장치 Download PDF

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WO2019124797A1
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capacitor
induction heating
heating apparatus
snubber
relay
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오두용
박병욱
옥승복
이재우
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엘지전자 주식회사
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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
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • 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
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    • H05B6/02—Induction heating
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    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power

Definitions

  • the present invention relates to an induction heating apparatus with improved interference cancellation and output control functions.
  • 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 driving frequency is set based on the output of each container when heating a plurality of vessels, and interference noise is generated due to the difference in driving frequency between containers. Furthermore, since the difference in the driving frequency of each vessel is included in the audio frequency range, there is also a problem that the user causes discomfort due to noise.
  • FIG. 1 is a view for explaining a conventional induction heating apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram shown in U.S. Published patent application (US 20101070893A1).
  • an amplitude modulation is used to prevent a high frequency current in an audible frequency band which is a cause of interference noise. That is, in the conventional induction heating apparatus, a container noise reduction algorithm is performed based on information obtained from an LDV (Laser Doppler Vibrometer) measuring a magnetic field, and an LDV device is required.
  • LDV Laser Doppler Vibrometer
  • the pulse width (i.e., duty) of the control signal that is, the control signal provided to the inverter unit performing the switching operation (For example, adjusted in the range of 10 to 50%).
  • FIG. 2 and FIG. 3 are graphs for explaining problems caused by duty adjustment in a conventional induction heating apparatus.
  • a load voltage VL for example, a voltage applied to a working coil
  • a load current IL for example, when a duty (for example, D1) is 50%
  • the lower graph shows the waveform of the switching element current Is when the duty is 50%.
  • each of the switching elements of the inverter unit (for example, The first and second switching elements) are complementary. Therefore, when the duty D1 of the gate signal applied to the first switching element is 50%, the duty D2 of the gate signal applied to the second switching element is also 50%, and the duty ratio D2 of the gate signal applied to the first switching element When the duty D1 is 30%, the duty D2 of the gate signal applied to the second switching element may be 70%.
  • the waveforms of the load voltage VL and the load current IL when the duty (for example, D1) is 30% are shown in the upper graph, and the waveforms of the load voltage VL and the load current IL when the duty is 30%
  • the waveform of the switching element current Is is shown.
  • Another object of the present invention is to provide an induction heating apparatus capable of realizing continuous output operation in a wide output range.
  • the induction heating apparatus provides a control signal having a fixed frequency to an inverter unit and an inverter unit for applying a resonance current to a working coil through a switching operation and adjusts a pulse width of a control signal to adjust the output of the working coil
  • a control signal having a fixed frequency to an inverter unit and an inverter unit for applying a resonance current to a working coil through a switching operation and adjusts a pulse width of a control signal to adjust the output of the working coil
  • the induction heating apparatus includes a relay that selectively connects any one of the plurality of snubber capacitors connected to the inverter unit to any one of the DC link capacitor and the resonance capacitor, Implementation of the operation is possible.
  • the induction heating apparatus can eliminate the interference noise generated in the heating of a plurality of vessels by controlling the pulse width at a fixed frequency condition without adding a separate device such as an LDV. Accordingly, it is possible to save the cost of adding a separate device, and to improve user satisfaction and convenience through elimination of interference noise.
  • the induction heating apparatus can realize a wide output range without overheating the switching element through simple circuit structure improvement (i.e., addition of one relay). Continuous output operation over a wide output range is also possible, improving product performance and reliability.
  • FIG. 1 is a view for explaining a conventional induction heating apparatus.
  • FIG. 2 and FIG. 3 are graphs for explaining problems caused by duty adjustment in a conventional induction heating apparatus.
  • FIG. 4 is a circuit diagram for explaining an induction heating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining an output control method of the induction heating apparatus of FIG.
  • FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a case where the induction heating apparatus of FIG. 4 is implemented in a zone free form.
  • FIG. 7 is a circuit diagram for explaining an induction heating apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a circuit diagram for explaining an induction heating apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram for explaining an induction heating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an induction heating apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the induction heating apparatus 1 includes a power supply unit 100, a rectifying unit 150, a DC link capacitor 200, an inverter unit IV, a plurality of Snubber capacitors (CS1, CS2), a resonant capacitor (Cr), a working coil (WC), and a relay (R).
  • a power supply unit 100 a rectifying unit 150, a DC link capacitor 200, an inverter unit IV, a plurality of Snubber capacitors (CS1, CS2), a resonant capacitor (Cr), a working coil (WC), and a relay (R).
  • the induction heating apparatus 1 may further include a control unit (not shown) and an input interface (not shown).
  • control unit can control the operation of various components (e.g., inverter unit (IV), relay (R), etc.) in the induction heating apparatus (1).
  • input interface is a module for inputting the heating intensity desired by the user or the driving time of the induction heating device, and can be variously implemented as a physical button or a touch panel. .
  • control unit and the input interface will not be described in further detail.
  • the number of some of the components of the induction heating apparatus shown in Fig. 4 may be changed, but for convenience of explanation, The number of components will be described by way of example with reference to the induction heating apparatus 1.
  • 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 can convert AC power supplied from the power supply unit 100 into DC power and supply the AC power to the inverter unit IV.
  • 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 direct current power rectified by the rectifying unit 150 may be provided as a DC link capacitor 200 (that is, a smoothing capacitor) connected in parallel to the rectifying unit 150 and the DC link capacitor 200 may be supplied with ripple Ripple can be reduced.
  • a DC link capacitor 200 that is, a smoothing capacitor
  • a voltage of DC power (that is, a DC voltage) is applied to one end of the DC link capacitor 200, and the other end of the DC link capacitor 200 corresponds to a ground.
  • the DC power rectified by the rectifying section 150 may be provided to a filter section (not shown), not to the DC link capacitor 200, and the filter section may have an AC component Can be removed.
  • the DC power rectified by the rectifying unit 150 is provided to the DC link capacitor 200 as an example.
  • the inverter section IV is connected to the resonance circuit section (i.e., the circuit area including the working coil WC and the resonance capacitor Cr), and can apply the resonance current to the working coil WC through the switching operation.
  • the resonance circuit section i.e., the circuit area including the working coil WC and the resonance capacitor Cr
  • the inverter section IV may be in the form of, for example, a half-bridge, and the switching operation may be controlled by the control section described above. That is, the inverter IV can perform a switching operation based on a switching signal (i.e., a control signal, also referred to as a gate signal) provided from the controller.
  • a switching signal i.e., a control signal, also referred to as a gate signal
  • the inverter IV may include two switching elements SV1 and SV2 for performing a switching operation, and the two switching elements SV1 and SV2 may be alternately turned on by a control signal provided from the controller turn-on and turn-off.
  • alternating current of high frequency (that is, resonant current) can be generated by switching operation of these two switching elements SV1 and SV2, and generated high frequency alternating current can be applied to the working coil WC.
  • the control signals applied to the switching elements SV1 and SV2 may be complementary. Therefore, when the duty of the control signal applied to the first switching device SV1 (i.e., the pulse width) is 50%, the duty of the control signal applied to the second switching device SV2 is 50% When the duty of the control signal applied to the first switching element SV1 is 30%, the duty of the control signal applied to the second switching element SV2 may be 70%.
  • a plurality of snubber capacitors CS1 and CS2 and a DC link capacitor 200 may be connected to the inverter IV.
  • one end of the first switching device SV1 and one end of the first snubber capacitor CS1 are connected to one end of the DC link capacitor 200 to which a DC voltage is applied, and the other end of the first switching device SV1
  • the other end of the stage and the first snubber capacitor CS1 may be connected to the center node CN together with the resonant capacitor Cr.
  • One end of the second switching element SV2 and one end of the second snubber capacitor CS2 are connected to the center node CN and the other end of the second switching element SV2 is connected to the ground And may be connected to the other end of the capacitor 200.
  • the plurality of snubber capacitors CS1 and CS2 may be connected to the inverter IV.
  • the plurality of snubber capacitors CS1 and CS2 include a first snubber capacitor CS1 corresponding to the first switching device SV1 and a second snubber capacitor CS2 corresponding to the second switching device SV2. ).
  • One of the plurality of snubber capacitors CS1 and CS2 (that is, the second snubber capacitor CS2) is connected to one of the DC link capacitor 200 and the resonant capacitor Cr through the relay R, And a detailed description thereof will be given later.
  • the plurality of snubber capacitors CS1 and CS2 are provided for controlling and reducing inrush current or transient voltage generated in the corresponding switching elements SV1 and SV2, respectively, and in some cases, for eliminating electromagnetic noise Available.
  • the working coil WC can receive a resonant current from the inverter IV.
  • one end of the working coil WC may be connected to the resonant capacitor Cr, and the other end of the working coil WC may be connected to the other end of the DC link capacitor 200 (i.e., ground).
  • An eddy current is generated between the working coil WC and the object (for example, the cooking container) by the high frequency AC current applied from the inverter IV to the working coil WC, and the object can be heated.
  • the resonant capacitor Cr may be connected to the working coil WC.
  • the resonance capacitor Cr can be connected in series to the working coil WC and constitute the resonance circuit portion together with the working coil WC. That is, one end of the resonant capacitor Cr may be connected to the center node CN, and the other end of the resonant capacitor Cr may be connected to the working coil WC.
  • the relay R may selectively connect the second snubber capacitor CS2 to the DC link capacitor 200 or the resonant capacitor Cr.
  • the relay R may be connected between the other end of the second snubber capacitor CS2 and the other end of the DC link capacitor 200 or between the other end of the second snubber capacitor CS2 and the resonant capacitor Cr .
  • the induction heating apparatus 1 can also have a wireless power transmission function based on the above-described configuration and features.
  • Such a wireless power transmission technique 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 system uses electromagnetic induction between a primary coil (for example, a working coil WC) provided in an apparatus for transmitting radio power and a secondary coil provided in an apparatus for receiving radio power, Transmission technology.
  • the induction heating system of the induction heating apparatus 1 is substantially the same as the principle of the electromagnetic induction wireless power transmission in that the object to be heated is heated by electromagnetic induction.
  • the induction heating apparatus 1 not only the induction heating function but also the wireless power transmission function can be mounted. Furthermore, since the induction heating mode or the wireless power transmission mode can be controlled by the control unit, the induction heating function or the wireless power transmission function can be selectively used as needed.
  • the induction heating apparatus 1 can have the above-described configuration and features.
  • the output control method of the induction heating apparatus 1 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 is a view for explaining an output control method of the induction heating apparatus of FIG.
  • the induction heating apparatus 1 can use the fixed frequency (f.), Thereby suppressing the interference noise generated when heating the plurality of vessels.
  • the induction heating apparatus 1 can generate a high output at a fixed frequency (f.).
  • the pulse width (i.e., duty) of the control signal (i.e., the signal provided by the control unit) provided to the inverter unit IV is adjusted To 50%).
  • the duty is between 35% and 50%.
  • the load voltage VL is lower than the load current IL (For example, a switching element having a small duty among the switching elements SV1 and SV2) is increased as the switching element current (that is, the current flowing in the switching element) is lost. can do.
  • the switching elements of the inverter section IV for example, SV1 and SV2 (For example, CS1 or CS2) that reduces the surge voltage, inrush current, etc. of the inverter unit IV due to the reverse recovery current that does not occur in the ZVS but occurs in the reverse recovery current
  • the heat generation of the switching element for example, SV1 or SV2 increases as the discharge loss occurs.
  • the output can be controlled as follows in the induction heating apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • a resonance circuit portion (that is, a working coil WC and a resonance capacitor Cr) is connected in parallel to the second switching element SV2 and a relay R is connected to the second snubber capacitor CS2 and a ground
  • the phase of the voltage applied to the second switching device SV2 may be higher than the phase of the current flowing through the working coil WC.
  • the phase of the current flowing in the working coil (WC) at a specific time (for example, when the duty becomes less than 35% And may be ahead of the phase of the voltage applied to the switching element SV2.
  • control unit can control the relay R to connect the second snubber capacitor CS2 to the resonance capacitor Cr (that is, in parallel connection), thereby lowering the resonance frequency and lowering the resonance frequency (I.e., the existing resonance frequency graph SD is changed to the new resonance frequency graph SR).
  • the induction heating apparatus 1 is capable of operating in a state where the phase of the voltage applied to the second switching element SV2 is higher than the phase of the current flowing in the working coil WC, So that a lower output can be obtained. Further, since the switching element is not required to be turned on / off, it is possible to realize a continuous output operation over a wider output range than the conventional one.
  • the induction heating apparatus 1 can eliminate the interference noise generated in heating a plurality of vessels by controlling the pulse width at a fixed frequency condition without adding a separate device such as an LDV. Accordingly, it is possible to save the cost of adding a separate device, and to improve user satisfaction and convenience through elimination of interference noise.
  • the induction heating apparatus 1 can realize a wide output range without overheating of a switching element (for example, SV1 or SV2) through simple circuit structure improvement (i.e., addition of one relay R). Continuous output operation over a wide output range is also possible, improving product performance and reliability.
  • a switching element for example, SV1 or SV2
  • simple circuit structure improvement i.e., addition of one relay R.
  • FIG. 6 a circuit diagram for explaining a case where the induction heating apparatus of FIG. 4 is implemented in a zone free form is shown.
  • a semiconductor switch SS for turning on / off the working coil WC at high speed is additionally connected to the induction heating apparatus 1 of Fig. 4, And a plurality of semiconductor switches (SS), the zone free type induction heating apparatus can be realized.
  • FIG. 7 is a circuit diagram for explaining an induction heating apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the induction heating apparatus 2 is similar to the induction heating apparatus 1 of FIG. 4 except for some components and structures, and focuses on differences.
  • the induction heating apparatus 2 includes a power supply unit 100, a rectifying unit 150, a DC link capacitor 200, an inverter unit IV, a plurality of Snubber capacitors (CS1, CS2), a resonant capacitor (Cr), a working coil (WC), and a relay (R).
  • a power supply unit 100 a rectifying unit 150, a DC link capacitor 200, an inverter unit IV, a plurality of Snubber capacitors (CS1, CS2), a resonant capacitor (Cr), a working coil (WC), and a relay (R).
  • one end of the working coil WC is connected to the resonant capacitor Cr, and the other end of the working coil WC is connected to the other end of the working coil WC.
  • the induction heating apparatus 2 of FIG. 7 And may be connected to one end of the DC link capacitor 200 (i.e., a portion to which a DC voltage is applied).
  • the induction heating apparatus 2 differs from the induction heating apparatus 1 of FIG. 4 in the connection relation and the positional relationship between the induction heating apparatus 1 and the working coil WC, Effects and the like may be the same.
  • FIG. 8 is a circuit diagram for explaining an induction heating apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • the induction heating apparatus 3 is similar to the induction heating apparatus 1 of FIG. 4 except for some components and structures, and focuses on the difference.
  • the induction heating apparatus 3 includes a power supply unit 100, a rectification unit 150, a DC link capacitor 200, an inverter unit IV, a plurality of Snubber capacitors (CS1, CS2), a resonant capacitor (Cr), a working coil (WC), and a relay (R).
  • a power supply unit 100 a rectification unit 150, a DC link capacitor 200, an inverter unit IV, a plurality of Snubber capacitors (CS1, CS2), a resonant capacitor (Cr), a working coil (WC), and a relay (R).
  • the relay R is connected between one end of the first snubber capacitor CS1 and one end of the DC link capacitor 200 in the induction heating apparatus 3 of Fig. 8, unlike the induction heating apparatus 1 of Fig. Or between one end of the first snubber capacitor CS1 and the resonant capacitor Cr.
  • the other end of the second snubber capacitor CS2 may be connected to the other end of the DC link capacitor 200.
  • the first snubber capacitor CS1 is connected to the one end of the DC link capacitor 200 through the relay R and the one end of the resonant capacitor Cr It is possible to have the same performance and effect in terms of output control and interference noise elimination with the induction heating apparatus 1 of FIG.
  • FIG. 9 is a circuit diagram for explaining an induction heating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the induction heating apparatus 4 is similar to the induction heating apparatus 3 of FIG. 8 except for some components and structures, and focuses on differences.
  • the induction heating apparatus 4 includes a power supply unit 100, a rectifying unit 150, a DC link capacitor 200, an inverter unit IV, a plurality of Snubber capacitors (CS1, CS2), a resonant capacitor (Cr), a working coil (WC), and a relay (R).
  • a power supply unit 100 a rectifying unit 150, a DC link capacitor 200, an inverter unit IV, a plurality of Snubber capacitors (CS1, CS2), a resonant capacitor (Cr), a working coil (WC), and a relay (R).
  • one end of the working coil WC is connected to the resonant capacitor Cr, and the other end of the working coil WC is connected to the other end of the working coil WC.
  • the induction heating device 4 shown in Fig. 9 And may be connected to one end of the DC link capacitor 200 (i.e., a portion to which a DC voltage is applied).
  • the induction heating apparatus 4 according to the fourth embodiment of the present invention differs from the induction heating apparatus 3 of FIG. 8 in the connection relation and the positional relationship between the induction heating apparatus 3 and the working coil WC, Effects and the like may be the same.
  • the working coil WC is turned on /
  • the semiconductor switch SS is further connected to the working coil WC and can be realized as a zone free type induction heating device when there are a plurality of the working coils WC and the semiconductor switches SS.

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Abstract

본 발명은 간섭 소음 제거 및 출력 제어 기능이 개선된 유도 가열 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는, 워킹 코일과 공진 커패시터를 포함하는 공진 회로부, 공진 회로부에 연결되고, 스위칭 동작을 통해 워킹 코일에 공진 전류를 인가하는 인버터부, 인버터부에 연결된 복수개의 스너버 커패시터 및 인버터부에 연결된 직류 링크 커패시터를 포함하되, 복수개의 스너버 커패시터 중 어느 하나는 릴레이(relay)를 통해 직류 링크 커패시터 및 공진 커패시터 중 어느 하나와 선택적으로 연결된다.

Description

간섭 소음 제거 및 출력 제어 기능이 개선된 유도 가열 장치
본 발명은 간섭 소음 제거 및 출력 제어 기능이 개선된 유도 가열 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, 종래의 유도 가열 장치의 경우, 복수개의 용기 가열시 각각의 용기의 출력을 토대로 구동 주파수가 설정되는바, 용기별 구동 주파수의 차이로 인해 간섭 소음이 발생한다는 문제가 있다. 나아가, 용기별 구동 주파수의 차이가 가청주파수 범위에 포함되는바, 사용자에게 소음으로 인한 불쾌감을 유발한다는 문제도 있다.
여기에서, 미국 공개 특허(US2010-0170893A1) 및 한국 공개 특허(KR10-2017-0075913A)를 참조하면, 종래의 유도 가열 장치가 도시되어 있는바, 이를 참조하여 종래의 유도 가열 장치를 살펴보도록 한다.
도 1은 종래의 유도 가열 장치를 설명하는 도면이다.
참고로, 도 1은 미국 공개 특허(US2010-0170893A1)에 도시된 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 종래의 유도 가열 장치의 경우, 간섭 소음의 원인이 되는 가청 주파수 대역의 고주파 전류가 발생하지 않도록 하기 위해 진폭 변조(Amplitude Modulation)를 이용하였다. 즉, 종래의 유도 가열 장치는 자기장(magnetic field)을 측정하는 LDV(Laser Doppler Vibrometer)로부터 획득한 정보를 토대로 용기 소음 제거 알고리즘을 수행한바, LDV 장치가 필요하다는 문제가 있었다.
또한, 한국 공개 특허(KR10-2017-0075913A)를 참조하면, 종래의 유도 가열 장치의 경우, 복수개의 용기 가열시 발생하는 간섭 소음을 최소화하기 위해 각 용기의 구동 주파수의 차를 최소화하고자 하였다. 그러나 이 경우, 출력 설정이 다른 용기를 비슷한 구동 주파수로 구동하고자 한다는 점에서 출력이 제대로 표현 안된다는 문제가 있었다. 특히, 낮은 출력을 표현하기 어려워 낮은 출력 표현시 턴온/턴오프 제어를 해야 한다는 문제가 있었다. 나아가, 턴온/턴오프 제어로 인해 연속적인 출력 동작이 어려워져 구동(즉, 동작)과 비구동(즉, 비동작) 간에 또 다른 종류의 소음이 발생한다는 문제도 있었다.
이와 같이, 종래의 유도 가열 장치에서 간섭 소음 문제를 해결하기 위해 다양한 방안이 강구되었지만, 해당 방안에서도 새로운 문제가 발생하였다. 이에 따라, 다른 해결 방안으로써 각 용기별 구동 주파수를 동일하게 설정하는 방법(즉, 고정 주파수 사용)이 강구되었다.
다만, 고정 주파수를 사용하는 상태에서 유도 가열 장치의 넓은 출력 범위를 만족시키기 위해서는, 제어 신호(즉, 스위칭 동작을 수행하는 인버터부로 제공되는 제어 신호)의 펄스 폭(즉, 듀티(Duty))이 조정(예를 들어, 10~50% 범위에서 조정)되어야 한다는 문제가 있었다.
또한, 듀티 조정에 따른 문제점도 발생할 수 있는바, 도 2 및 도 3을 참조하여 이에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2 및 도 3은 종래의 유도 가열 장치에서 듀티 조정에 따른 문제점을 설명하기 위한 그래프들이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 상단 그래프에는 듀티(예를 들어, D1)가 50%일 때의 부하 전압(VL; 예를 들어, 워킹 코일에 인가되는 전압) 및 부하 전류(IL; 예를 들어, 워킹 코일에 흐르는 전류)의 파형이 도시되어 있고, 하단 그래프에는 듀티가 50%일 때의 스위칭 소자 전류(Is)의 파형이 도시되어 있다.
참고로, 도 2에 도시된 그래프는 종래의 유도 가열 장치가 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태의 인버터부를 포함한다는 것을 가정하였을 때의 그래프로, 이에 따라, 인버터부의 각 스위칭 소자(예를 들어, 제1 및 제2 스위칭 소자)에 인가되는 게이트 신호는 상보적이다. 따라서, 제1 스위칭 소자에 인가되는 게이트 신호의 듀티(D1)가 50%인 경우 제2 스위칭 소자에 인가되는 게이트 신호의 듀티(D2)도 50%이고, 제1 스위칭 소자에 인가되는 게이트 신호의 듀티(D1)가 30%인 경우, 제2 스위칭 소자에 인가되는 게이트 신호의 듀티(D2)는 70%일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 듀티가 50%인 경우, 부하 전압(VL)이 부하 전류(IL)보다 위상이 앞서는 상태가 유지되고, 스위칭 소자 전류(IS) 역시 별다른 문제가 없음을 알 수 있다.
이어서, 도 3을 참조하면, 상단 그래프에는 듀티(예를 들어, D1)가 30%일 때의 부하 전압(VL) 및 부하 전류(IL)의 파형이 도시되어 있고, 하단 그래프에는 듀티가 30%일 때의 스위칭 소자 전류(Is)의 파형이 도시되어 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 듀티가 35% 미만이 되는 경우, 부하 전압(VL)이 부하 전류(IL)보다 위상이 뒤쳐지는 상태로 변경되고, 이에 따라, 스위칭 소자 전류(IS)에 손실이 발생하게 되면서 스위칭 소자의 발열이 증가한다는 것을 알 수 있다.
즉, 듀티가 35% 미만이 되는 경우, 인버터부의 스위칭 소자에서는 ZVS(Zero Voltage Switching)가 되지 않고 역방향 회복 전류(reverse recovery current)로 인해 손실이 발생하며, 인버터부의 서지 전압, 돌입 전류 등을 경감시켜주는 스너버 커패시터(Snubber capacitor)에서는 방전 손실이 발생하는바, 스위칭 소자의 발열이 증가하게 된다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 복수개의 용기 가열시 발생하는 간섭 소음을 제거할 수 있는 유도 가열 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 넓은 출력 범위에서 연속적인 출력 동작의 구현이 가능한 유도 가열 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 장치는 스위칭 동작을 통해 워킹 코일에 공진 전류를 인가하는 인버터부 및 인버터부로 고정 주파수를 가지는 제어 신호를 제공하고, 제어 신호의 펄스 폭을 조정하여 워킹 코일의 출력을 조정하는 제어부를 포함함으로써 복수개의 용기 가열시 발생하는 간섭 소음을 제거할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 인버터부에 연결된 복수개의 스너버 커패시터 중 어느 하나를 직류 링크 커패시터 및 공진 커패시터 중 어느 하나와 선택적으로 연결시키는 릴레이(relay)를 포함함으로써 넓은 출력 범위에서 연속적인 출력 동작의 구현이 가능하다.
본 발명에 따른 유도 가열 장치는 LDV와 같은 별도의 장치를 추가하지 않고 고정 주파수 조건에서 펄스 폭 제어를 함으로써 복수개의 용기 가열시 발생하는 간섭 소음을 제거할 수 있다. 따라서, 별도 장치 추가에 소요되는 비용을 절약할 수 있고, 간섭 소음 제거를 통해 사용자 만족도 및 편의성을 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치는 간단한 회로 구조 개선(즉, 릴레이 1개 추가)을 통해 스위칭 소자 과열 없이도 넓은 출력 범위 구현이 가능하다. 또한 넓은 출력 범위에서 연속적인 출력 동작의 구현도 가능한바, 제품 성능 및 신뢰도 개선이 가능하다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래의 유도 가열 장치를 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 3은 종래의 유도 가열 장치에서 듀티 조정에 따른 문제점을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 도 4의 유도 가열 장치의 출력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4의 유도 가열 장치가 존 프리(Zone free) 형태로 구현되는 경우를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 인버터부(IV), 복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2), 공진 커패시터(Cr), 워킹 코일(WC), 릴레이(R)를 포함할 수 있다.
참고로, 도면에 도시되어 있지 않지만, 유도 가열 장치(1)는 제어부(미도시), 입력 인터페이스(미도시)를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 제어부는 유도 가열 장치(1) 내 각종 구성요소(예를 들어, 인버터부(IV), 릴레이(R) 등)의 동작을 제어할 수 있다. 또한 입력 인터페이스는 사용자가 원하는 가열 강도나 유도 가열 장치의 구동 시간 등을 입력하기 위한 모듈로서, 물리적인 버튼이나 터치 패널 등으로 다양하게 구현될 수 있고, 사용자로부터 입력을 제공받아 제어부로 해당 입력을 제공할 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 제어부 및 입력 인터페이스에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
또한, 도 4에 도시된 유도 가열 장치의 일부 구성요소의 개수(예를 들어, 인버터부, 워킹 코일 등이 복수개일 수 있음)는 변경될 수 있으나, 설명의 편의를 위해, 도 4에 도시된 구성요소들의 개수를 예시로 들어 유도 가열 장치(1)에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 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 인버터부(IV)에 공급할 수 있다.
구체적으로, 정류부(150)는 전원부(100)로부터 공급받은 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환할 수 있다.
또한 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 정류부(150)에 병렬 연결된 직류 링크 커패시터(200)(즉, 평활 커패시터)로 제공될 수 있고, 직류 링크 커패시터(200)는 해당 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감할 수 있다.
참고로, 직류 링크 커패시터(200)의 일단에는 직류 전력의 전압(즉, 직류 전압)이 인가되고, 직류 링크 커패시터(200)의 타단은 접지(ground)에 해당할 수 있다.
또한, 도면에 도시되어 있지 않지만, 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력은 직류 링크 커패시터(200)가 아닌 필터부(미도시)로 제공될 수 있고, 필터부는 해당 직류 전력에 남아 있는 교류 성분을 제거할 수 있다.
다만, 유도 가열 장치(1)에서는 정류부(150)에 의해 정류된 직류 전력이 직류 링크 커패시터(200)로 제공되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
인버터부(IV)는 공진 회로부(즉, 워킹 코일(WC)과 공진 커패시터(Cr)를 포함하는 회로 영역)에 연결되고, 스위칭 동작을 통해 워킹 코일(WC)에 공진 전류를 인가할 수 있다.
구체적으로, 인버터부(IV)는 예를 들어, 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태로 이루어질 수 있고, 전술한 제어부에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 즉, 인버터부(IV)는 제어부로부터 제공받은 스위칭 신호(즉, 제어 신호를 의미하며 게이트 신호라고도 불림)를 토대로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
참고로, 인버터부(IV)에는 스위칭 동작을 수행하는 2개의 스위칭 소자(SV1, SV2)가 포함될 수 있고, 2개의 스위칭 소자(SV1, SV2)는 제어부로부터 제공받은 제어 신호에 의하여 교대로 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off)될 수 있다.
또한 이러한 2개의 스위칭 소자(SV1, SV2)의 스위칭 동작에 의해 고주파의 교류 전류(즉, 공진 전류)가 생성될 수 있고, 생성된 고주파의 교류 전류는 워킹 코일(WC)로 인가될 수 있다.
그리고, 각 스위칭 소자(SV1, SV2)에 인가되는 제어 신호는 상보적일 수 있다. 따라서, 제1 스위칭 소자(SV1)에 인가되는 제어 신호의 듀티(즉, 펄스 폭)가 50%인 경우 제2 스위칭 소자(SV2)에 인가되는 제어 신호의 듀티도 50%이고, 제1 스위칭 소자(SV1)에 인가되는 제어 신호의 듀티가 30%인 경우, 제2 스위칭 소자(SV2)에 인가되는 제어 신호의 듀티가 70%일 수 있다.
또한 인버터부(IV)에는 복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2) 및 직류 링크 커패시터(200)가 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 스위칭 소자(SV1)의 일단과 제1 스너버 커패시터(CS1)의 일단은 직류 전압이 인가되는 직류 링크 커패시터(200)의 일단에 연결되고, 제1 스위칭 소자(SV1)의 타단과 제1 스너버 커패시터(CS1)의 타단은 공진 커패시터(Cr)와 함께 중심 노드(CN)에 연결될 수 있다. 또한 제2 스위칭 소자(SV2)의 일단과 제2 스너버 커패시터(CS2)의 일단은 중심 노드(CN)에 연결되고, 제2 스위칭 소자(SV2)의 타단은 접지(ground)에 해당하는 직류 링크 커패시터(200)의 타단에 연결될 수 있다.
복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2)는 인버터부(IV)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2)는 제1 스위칭 소자(SV1)에 대응되는 제1 스너버 커패시터(CS1) 및 제2 스위칭 소자(SV2)에 대응되는 제2 스너버 커패시터(CS2)를 포함할 수 있다.
또한 복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2) 중 어느 하나(즉, 제2 스너버 커패시터(CS2))는 릴레이(R)를 통해 직류 링크 커패시터(200) 및 공진 커패시터(Cr) 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는바, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
참고로, 복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2)는 각각 대응되는 스위칭 소자(SV1, SV2)에 발생하는 돌입 전류 또는 과도 전압을 제어 및 경감하기 위해 구비되며, 경우에 따라 전자파 노이즈 제거용으로도 사용 가능하다.
워킹 코일(WC)은 인버터부(IV)로부터 공진 전류를 인가받을 수 있다.
구체적으로, 워킹 코일(WC)의 일단은 공진 커패시터(Cr)에 연결되고, 워킹 코일(WC)의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단(즉, 접지)에 연결될 수 있다.
또한 인버터부(IV)에서 워킹 코일(WC)로 인가되는 고주파의 교류 전류에 의해 워킹 코일(WC)과 대상체(예를 들어, 조리 용기) 사이에 와전류가 발생되어 대상체가 가열될 수 있다.
공진 커패시터(Cr)는 워킹 코일(WC)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 공진 커패시터(Cr)는 워킹 코일(WC)에 직렬 연결될 수 있고, 워킹 코일(WC)과 함께 공진 회로부를 구성할 수 있다. 즉, 공진 커패시터(Cr)의 일단은 중심 노드(CN)에 연결되고, 공진 커패시터(Cr)의 타단은 워킹 코일(WC)에 연결될 수 있다.
또한 공진 커패시터(Cr)의 경우, 인버터부(IV)의 스위칭 동작에 의해 전압이 인가되면, 공진을 시작하게 된다. 또한 공진 커패시터(Cr)가 공진하게 되면, 공진 커패시터(Cr)와 연결된 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.
이와 같은 과정을 거쳐, 해당 공진 커패시터(Cr)에 연결된 워킹 코일(WC) 상부에 배치된 대상체에 와전류가 유도되는 것이다.
릴레이(R)는 제2 스너버 커패시터(CS2)를 직류 링크 커패시터(200) 또는 공진 커패시터(Cr)에 선택적으로 연결시킬 수 있다.
구체적으로, 릴레이(R)는 제2 스너버 커패시터(CS2)의 타단과 직류 링크 커패시터(200)의 타단 사이 또는 제2 스너버 커패시터(CS2)의 타단과 공진 커패시터(Cr) 사이에 연결될 수 있다.
이러한 릴레이(R)의 선택적 연결에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
참고로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)는 전술한 구성 및 특징을 토대로 무선 전력 전송 기능도 가질 수 있다.
즉, 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.
이러한 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 코일(예를 들어, 워킹 코일(WC))과 무선 전력을 수신하는 장치에 구비되는 2차 코일 간의 전자기 유도를 이용하여 전력을 전송하는 기술이다.
물론 유도 가열 장치(1)의 유도 가열 방식은 전자기 유도에 의하여 피가열 물체를 가열한다는 점에서 전자기 유도에 의한 무선 전력 전송 기술과 원리가 실질적으로 동일하다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)의 경우에도, 유도 가열 기능 뿐만 아니라 무선 전력 전송 기능이 탑재될 수 있다. 나아가, 제어부의 의해 유도 가열 모드 또는 무선 전력 전송 모드가 제어될 수도 있는바, 필요에 따라 선택적으로 유도 가열 기능 또는 무선 전력 전송 기능의 사용이 가능하다.
이와 같이, 유도 가열 장치(1)는 전술한 구성 및 특징을 가질 수 있는바, 이하에서는, 도 5를 참조하여, 유도 가열 장치(1)의 출력 제어 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 도 4의 유도 가열 장치의 출력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저, 유도 가열 장치(1)는 고정 주파수(f。)를 사용할 수 있고, 이에 따라, 복수개의 용기 가열시 발생하는 간섭 소음을 억제할 수 있다.
또한 유도 가열 장치(1)는 고정 주파수(f。)에서 고출력을 낼 수 있다. 다만, 고정 주파수(f。)를 유지하면서 출력을 낮추기 위해서는 인버터부(IV)로 제공되는 제어 신호(즉, 제어부가 제공하는 신호)의 펄스 폭(즉, 듀티)을 조정(예를 들어, 10~50% 범위에서 조정)해야 한다는 문제가 있다.
즉, 도 2 및 도 3에서 전술한 바와 같이, 듀티가 35%에서 50% 사이일 때는 별다른 문제가 없지만, 듀티가 35% 미만이 되는 경우, 부하 전압(VL)이 부하 전류(IL)보다 위상이 뒤쳐지는 상태로 변경되고, 이에 따라, 스위칭 소자 전류(즉, 스위칭 소자에 흐르는 전류)에 손실이 발생하게 되면서 스위칭 소자(예를 들어, SV1 및 SV2 중 듀티가 작은 스위칭 소자)의 발열이 증가할 수 있다.
즉, 듀티가 35% 미만이 되는 경우(참고로, 여기에서 듀티 값은 하나의 예시일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아님), 인버터부(IV)의 스위칭 소자(예를 들어, SV1 및 SV2 중 듀티가 작은 스위칭 소자)에서는 ZVS가 되지 않고 역방향 회복 전류로 인해 손실이 발생하며, 인버터부(IV)의 서지 전압, 돌입 전류 등을 경감시켜주는 스너버 커패시터(예를 들어, CS1 또는 CS2)에서는 방전 손실이 발생하는바, 스위칭 소자(예를 들어, SV1 또는 SV2)의 발열이 증가하게 된다는 문제가 있었다.
이에 따라, 전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 가열 장치(1)에서는 다음과 같이 출력이 제어될 수 있다.
먼저, 공진 회로부(즉, 워킹 코일(WC) 및 공진 커패시터(Cr))가 제2 스위칭 소자(SV2)에 병렬 연결되고 릴레이(R)가 제2 스너버 커패시터(CS2)와 접지에 해당하는 직류 링크 커패시터(200)의 타단 사이에 연결된 경우, 제2 스위칭 소자(SV2)에 인가된 전압의 위상은 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류의 위상보다 앞선 상태일 수 있다.
다만, 출력을 낮추기 위해 고정 주파수(f。)를 유지하면서 듀티를 줄이는 경우, 특정 시점(예를 들어, 듀티가 35% 미만이 되는 경우)에서 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류의 위상이 제2 스위칭 소자(SV2)에 인가된 전압의 위상보다 앞서게 될 수 있다.
이 때, 제어부는 릴레이(R)를 제어하여 제2 스너버 커패시터(CS2)를 공진 커패시터(Cr)에 연결(즉, 병렬 연결)시킬 수 있고, 이로 인해, 공진점이 낮아지면서 공진 주파수도 낮아지게 된다(즉, 기존의 공진 주파수 그래프(SD)가 새로운 공진 주파수 그래프(SR)로 변경).
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 공진 주파수가 낮아지게 되는바, 동일한 고정 주파수(f。) 상황에서 출력도 낮아진다는 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 유도 가열 장치(1)는, 제2 스위칭 소자(SV2)에 인가된 전압의 위상이 워킹 코일(WC)에 흐르는 전류의 위상보다 앞선 상태에서 스위칭 소자의 발열(즉, 과열) 없이 종래보다 더욱 낮은 출력을 낼 수 있다. 또한 스위칭 소자를 턴온/턴오프 제어 하지 않아도 되는바, 종래보다 넓은 출력 범위를 연속적인 출력 동작이 가능하도록 구현할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유도 가열 장치(1)는 LDV와 같은 별도의 장치를 추가하지 않고 고정 주파수 조건에서 펄스 폭 제어를 함으로써 복수개의 용기 가열시 발생하는 간섭 소음을 제거할 수 있다. 따라서, 별도 장치 추가에 소요되는 비용을 절약할 수 있고, 간섭 소음 제거를 통해 사용자 만족도 및 편의성을 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유도 가열 장치(1)는 간단한 회로 구조 개선(즉, 릴레이(R) 1개 추가)을 통해 스위칭 소자(예를 들어, SV1 또는 SV2) 과열 없이도 넓은 출력 범위 구현이 가능하다. 또한 넓은 출력 범위에서 연속적인 출력 동작의 구현도 가능한바, 제품 성능 및 신뢰도 개선이 가능하다.
참고로, 도 6을 참조하면, 도 4의 유도 가열 장치가 존 프리(Zone free) 형태로 구현되는 경우를 설명하기 위한 회로도가 도시되어 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 워킹 코일(WC)을 고속으로 턴온/턴오프하기 위한 반도체 스위치(SS)가 도 4의 유도 가열 장치(1)에 추가 연결되고, 이러한 워킹 코일(WC)과 반도체 스위치(SS)가 복수개 존재하는 경우, 존 프리 형태의 유도 가열 장치가 구현될 수 있다.
이러한 존 프리 형태의 유도 가열 장치에서도 릴레이(R)의 선택적 연결을 통해 전술한 문제점들을 해결할 수 있다.
이하에서는, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 가열 장치(2)는 도 4의 유도 가열 장치(1)와 일부 구성요소 및 구조를 제외하고는 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 가열 장치(2)는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 인버터부(IV), 복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2), 공진 커패시터(Cr), 워킹 코일(WC), 릴레이(R)를 포함할 수 있다.
즉, 도 4의 유도 가열 장치(1)와 달리, 도 7의 유도 가열 장치(2)에서는, 워킹 코일(WC)의 일단이 공진 커패시터(Cr)에 연결되고, 워킹 코일(WC)의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가되는 부분)에 연결될 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 가열 장치(2)는 도 4의 유도 가열 장치(1)와 워킹 코일(WC)의 연결 관계 및 위치면에서 차이가 있을뿐 동작 과정이나 성능, 효과 등은 동일할 수 있다.
이하에서는, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
참고로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 가열 장치(3)는 도 4의 유도 가열 장치(1)와 일부 구성요소 및 구조를 제외하고는 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 가열 장치(3)는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 인버터부(IV), 복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2), 공진 커패시터(Cr), 워킹 코일(WC), 릴레이(R)를 포함할 수 있다.
즉, 도 4의 유도 가열 장치(1)와 달리, 도 8의 유도 가열 장치(3)에서는, 릴레이(R)가 제1 스너버 커패시터(CS1)의 일단과 직류 링크 커패시터(200)의 일단 사이 또는 제1 스너버 커패시터(CS1)의 일단과 공진 커패시터(Cr) 사이에 연결될 수 있다. 또한 제2 스너버 커패시터(CS2)의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 타단에 연결될 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 가열 장치(3)에서는, 제1 스너버 커패시터(CS1)가 릴레이(R)를 통해 직류 링크 커패시터(200)의 일단 및 공진 커패시터(Cr) 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는바, 도 4의 유도 가열 장치(1)와 출력 제어 및 간섭 소음 제거 면에서 동일한 성능 및 효과를 가질 수 있다.
이하에서는, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유도 가열 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
참고로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유도 가열 장치(4)는 도 8의 유도 가열 장치(3)와 일부 구성요소 및 구조를 제외하고는 동일한바, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유도 가열 장치(4)는 전원부(100), 정류부(150), 직류 링크 커패시터(200), 인버터부(IV), 복수개의 스너버 커패시터(CS1, CS2), 공진 커패시터(Cr), 워킹 코일(WC), 릴레이(R)를 포함할 수 있다.
즉, 도 8의 유도 가열 장치(3)와 달리, 도 9의 유도 가열 장치(4)에서는, 워킹 코일(WC)의 일단이 공진 커패시터(Cr)에 연결되고, 워킹 코일(WC)의 타단은 직류 링크 커패시터(200)의 일단(즉, 직류 전압이 인가되는 부분)에 연결될 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유도 가열 장치(4)는 도 8의 유도 가열 장치(3)와 워킹 코일(WC)의 연결 관계 및 위치면에서 차이가 있을뿐 동작 과정이나 성능, 효과 등은 동일할 수 있다.
참고로, 본 발명의 제2 내지 제4 실시예에 따른 유도 가열 장치(2, 3, 4)의 경우에도, 도 6에 도시된 바와 같이, 워킹 코일(WC)을 고속으로 턴온/턴오프하기 위한 반도체 스위치(SS)가 워킹 코일(WC)에 추가 연결되고, 이러한 워킹 코일(WC)과 반도체 스위치(SS)가 복수개 존재하는 경우, 존 프리 형태의 유도 가열 장치로 구현될 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 (16)

  1. 워킹 코일과 공진 커패시터를 포함하는 공진 회로부;
    상기 공진 회로부에 연결되고, 스위칭 동작을 통해 상기 워킹 코일에 공진 전류를 인가하는 인버터부;
    상기 인버터부에 연결된 복수개의 스너버 커패시터; 및
    상기 인버터부에 연결된 직류 링크 커패시터를 포함하되,
    상기 복수개의 스너버 커패시터 중 어느 하나는 릴레이(relay)를 통해 상기 직류 링크 커패시터 및 상기 공진 커패시터 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는
    유도 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터부는 상기 스위칭 동작을 수행하는 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 복수개의 스너버 커패시터는 상기 제1 스위칭 소자에 대응되는 제1 스너버 커패시터 및 상기 제2 스위칭 소자에 대응되는 제2 스너버 커패시터를 포함하는
    유도 가열 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자의 일단과 상기 제1 스너버 커패시터의 일단은 직류 전압이 인가되는 상기 직류 링크 커패시터의 일단에 연결되고,
    상기 제1 스위칭 소자의 타단과 상기 제1 스너버 커패시터의 타단은 상기 공진 커패시터와 함께 중심 노드에 연결되며,
    상기 제2 스위칭 소자의 일단과 상기 제2 스너버 커패시터의 일단은 상기 중심 노드에 연결되고,
    상기 제2 스위칭 소자의 타단은 접지(ground)에 해당하는 상기 직류 링크 커패시터의 타단에 연결되며,
    상기 릴레이는 상기 제2 스너버 커패시터의 타단과 상기 직류 링크 커패시터의 타단 사이 또는 상기 제2 스너버 커패시터의 타단과 상기 공진 커패시터 사이에 연결되는
    유도 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 스너버 커패시터는 상기 릴레이를 통해 상기 직류 링크 커패시터의 타단 및 상기 공진 커패시터 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는
    유도 가열 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 공진 커패시터의 일단은 상기 중심 노드에 연결되고,
    상기 공진 커패시터의 타단은 상기 워킹 코일에 연결되며,
    상기 제2 스너버 커패시터는 상기 릴레이를 통해 상기 공진 커패시터의 타단과 선택적으로 연결되는
    유도 가열 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자의 일단은 직류 전압이 인가되는 상기 직류 링크 커패시터의 일단에 연결되고,
    상기 릴레이는 상기 제1 스너버 커패시터의 일단과 상기 직류 링크 커패시터의 일단 사이 또는 상기 제1 스너버 커패시터의 일단과 상기 공진 커패시터 사이에 연결되며,
    상기 제1 스위칭 소자의 타단과 상기 제1 스너버 커패시터의 타단은 상기 공진 커패시터와 함께 중심 노드에 연결되고,
    상기 제2 스위칭 소자의 일단과 상기 제2 스너버 커패시터의 일단은 상기 중심 노드에 연결되며,
    상기 제2 스위칭 소자의 타단과 상기 제2 스너버 커패시터의 타단은 접지에 해당하는 상기 직류 링크 커패시터의 타단에 연결되는
    유도 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스너버 커패시터는 상기 릴레이를 통해 상기 직류 링크 커패시터의 일단 및 상기 공진 커패시터 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는
    유도 가열 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 공진 커패시터의 일단은 상기 중심 노드에 연결되고,
    상기 공진 커패시터의 타단은 상기 워킹 코일에 연결되며,
    상기 제1 스너버 커패시터는 상기 릴레이를 통해 상기 공진 커패시터의 타단과 선택적으로 연결되는
    유도 가열 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 공진 회로부가 상기 제2 스위칭 소자에 병렬 연결되고 상기 릴레이가 상기 제2 스너버 커패시터와 접지에 해당하는 상기 직류 링크 커패시터의 타단 사이에 연결된 경우,
    상기 제2 스위칭 소자에 인가된 전압의 위상은 상기 워킹 코일에 흐르는 전류의 위상보다 앞선 상태인
    유도 가열 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공진 회로부가 상기 제2 스위칭 소자에 병렬 연결되고 상기 릴레이가 상기 제2 스너버 커패시터와 상기 직류 링크 커패시터의 타단 사이에 연결된 상태에서, 상기 워킹 코일에 흐르는 전류의 위상이 상기 제2 스위칭 소자에 인가된 전압의 위상보다 앞서게 되는 경우,
    상기 제2 스너버 커패시터는 상기 릴레이를 통해 상기 공진 커패시터와 병렬 연결되는
    유도 가열 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 공진 회로부가 상기 제2 스위칭 소자에 병렬 연결되고 상기 릴레이가 상기 제1 스너버 커패시터와 직류 전압이 인가되는 상기 직류 링크 커패시터의 일단 사이에 연결된 경우,
    상기 제2 스위칭 소자에 인가된 전압의 위상은 상기 워킹 코일에 흐르는 전류의 위상보다 앞선 상태인
    유도 가열 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공진 회로부가 상기 제2 스위칭 소자에 병렬 연결되고 상기 릴레이가 상기 제1 스너버 커패시터와 직류 전압이 인가되는 상기 직류 링크 커패시터의 일단 사이에 연결된 상태에서, 상기 워킹 코일에 흐르는 전류의 위상이 상기 제2 스위칭 소자에 인가된 전압의 위상보다 앞서게 되는 경우,
    상기 제1 스너버 커패시터는 상기 릴레이를 통해 상기 공진 커패시터와 병렬 연결되는
    유도 가열 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 워킹 코일을 턴온 또는 턴오프하기 위해 상기 워킹 코일에 연결된 반도체 스위치; 및
    상기 인버터부, 상기 릴레이 및 상기 반도체 스위치의 동작을 각각 제어하는 제어부를 더 포함하는
    유도 가열 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 워킹 코일의 출력을 제어하기 위해 상기 인버터부로 고정 주파수를 가지는 제어 신호를 제공하고,
    상기 제어부는 상기 제어 신호의 펄스 폭을 조정하여 상기 워킹 코일의 출력을 조정하는
    유도 가열 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    전원부로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 인버터부에 공급하는 정류부를 더 포함하되,
    상기 직류 링크 커패시터는 상기 정류부에 병렬 연결되어 상기 직류 전력의 리플(Ripple)을 저감하는
    유도 가열 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 인버터부는 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태로 이루어진
    유도 가열 장치.
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