WO2022173146A1 - 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법 - Google Patents

유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법 Download PDF

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WO2022173146A1
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harmonic
resonance
controller
value
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PCT/KR2022/001130
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심주영
한진욱
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엘지전자 주식회사
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    • H05B2213/04—Heating plates with overheat protection means

Definitions

  • the present specification relates to an induction heating device and a method for controlling the induction heating device.
  • the induction heating method generates an eddy current in a container made of a metal component using a magnetic field generated around the coil when high-frequency power of a predetermined size is applied to the coil to generate an eddy current to be heated. It is a method that allows the sieve itself to heat up.
  • the induction heating device drives the working coil by supplying current to the working coil through an inverter circuit. And when the working coil is driven, an eddy current flows through the heating target disposed on the working coil, and the heating target is heated.
  • the amount of thermal energy supplied to the container varies according to the amount of power actually generated by the driving of the working coil, that is, the actual output power value of the working coil.
  • the output power value of the working coil is changed by the impedance of the load stage formed by the working coil and the heating target. Therefore, in order for the induction heating device to accurately measure the output power value of the working coil, it is necessary to know the impedance of the load stage.
  • the resonance voltage of the working coil is sampled and restored, and the impedance of the load stage is calculated based on the restored resonance voltage.
  • the resonant voltage in order to accurately restore the resonant voltage, the resonant voltage must be sampled with a sampling frequency of at least twice the resonant voltage.
  • a high-performance controller eg, a microcomputer
  • the cost of an induction heating device can become too expensive.
  • An object of the present specification is to provide an induction heating apparatus and a control method of the induction heating apparatus capable of accurately calculating the impedance of a load stage without using a high-performance controller.
  • the induction heating device operates a first voltage sensor for measuring the voltage value applied to the resonance capacitor, a second voltage sensor for measuring the supply voltage value supplied to the resonance circuit through the inverter circuit, and a working coil and a controller configured to calculate at least one of a resistance value of the load stage and an inductance of the load stage based on the voltage value of the resonance capacitor and the supply voltage value during the operation.
  • the induction heating device is disposed at a position corresponding to the heating region where the heating target is placed, and a working coil forming a load end together with the heating target, and a resonance circuit together with the working coil a resonance capacitor comprising a plurality of switching elements, the inverter circuit supplying current to the working coil, a first voltage sensor measuring a voltage value applied to the resonance capacitor, and the inverter circuit supplied to the resonance circuit
  • the second voltage sensor measuring the supply voltage value and the working coil are operating, at least one of the resistance value of the load stage and the inductance of the load stage is calculated based on the voltage value of the resonance capacitor and the supply voltage value includes a controller that
  • the controller of the induction heating device calculates the RMS (Root Mean Square) value of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit based on the voltage value of the resonance capacitor, and the resonance capacitor calculates the phase of a first harmonic among currents flowing in the resonance circuit based on the voltage value of At least one of the resistance value of the load stage and the inductance of the load stage is calculated based on the phase of the harmonic wave.
  • RMS Root Mean Square
  • the controller of the induction heating device is a current flowing in the resonance circuit based on the voltage value of the resonance capacitor, the capacitance of the resonance capacitor and the switching frequency of the switching element included in the inverter circuit. Calculate the RMS value of the first harmonic.
  • the controller of the induction heating device calculates the phase of the current flowing in the resonance circuit based on the voltage value of the resonance capacitor, the phase of the current flowing in the resonance circuit and the supply voltage value The phase of the first harmonic among the currents flowing in the resonance circuit is calculated based on .
  • the controller of the induction heating device is configured based on the supply voltage value, the RMS value of the first harmonic of the current flowing in the resonant circuit, and the phase of the first harmonic of the current flowing in the resonant circuit. Calculate the resistance value of the load stage.
  • the controller of the induction heating device is the supply voltage value, the RMS value of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit, the phase of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit, the resonance
  • the inductance of the load stage is calculated based on the capacitance of the capacitor and the switching frequency of the switching element included in the inverter circuit.
  • a working coil disposed at a position corresponding to the heating region on which the heating target is placed, and forming a load stage together with the heating target, a resonance capacitor forming a resonance circuit together with the working coil, a plurality of an inverter circuit for supplying current to the working coil, a first voltage sensor for measuring a voltage value applied to the resonance capacitor, and a supply voltage value supplied to the resonance circuit through the inverter circuit.
  • a second method of controlling an induction heating device including a voltage sensor and a controller to determine whether the working coil is in operation, by the controller measuring the voltage value of the resonance capacitor by the first voltage sensor, the first 2 measuring the supply voltage value by a voltage sensor and calculating, by the controller, at least one of a resistance value of the load stage and an inductance of the load stage based on the voltage value of the resonant capacitor and the supply voltage value includes
  • the controller of the control method of the induction heating device calculates at least one of the resistance value of the load end and the inductance of the load end based on the voltage value of the resonance capacitor and the supply voltage value
  • RMS Root Mean Square
  • the step of the controller of the control method of the induction heating device calculating the RMS value of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit based on the voltage value of the resonance capacitor is the controller and calculating an RMS value of a first harmonic among currents flowing in the resonance circuit based on a voltage value of the resonance capacitor, a capacitance of the resonance capacitor, and a switching frequency of a switching element included in the inverter circuit.
  • the step of the controller of the control method of the induction heating device calculating the phase of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit based on the voltage value of the resonance capacitor and the supply voltage value calculating, by the controller, a phase of a current flowing in the resonance circuit based on a voltage value of the resonance capacitor, and a current flowing in the resonance circuit by the controller based on a phase of a current flowing in the resonance circuit and the supply voltage value and calculating the phase of the first harmonic.
  • the controller of the control method of the induction heating device is configured based on the RMS value of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit and the phase of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit.
  • the controller performs the supply voltage value, the RMS value of the first harmonic among the current flowing in the resonance circuit, and the first harmonic among the current flowing in the resonance circuit. and calculating a resistance value of the load stage based on the phase of .
  • the controller of the control method of the induction heating device is configured based on the RMS value of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit and the phase of the first harmonic of the current flowing in the resonance circuit.
  • the controller performs the supply voltage value, the RMS value of the first harmonic among the current flowing in the resonance circuit, and the first harmonic among the current flowing in the resonance circuit. and calculating the inductance of the load stage based on the phase of the resonant capacitor and the switching frequency of a switching element included in the inverter circuit.
  • the induction heating device and the control method of the induction heating device according to the present specification calculate at least one of the resistance value of the load end and the inductance of the load end based on the voltage value and the supply voltage value of the resonance capacitor, so a high-performance controller is used. It has the advantage of being able to accurately calculate the impedance of the load stage even if it is not done.
  • the induction heating apparatus and the control method of the induction heating apparatus according to the present specification accurately calculate the impedance of the load stage, there is an advantage in that the output power of the induction heating apparatus can be more precisely controlled.
  • the induction heating apparatus and the control method of the induction heating apparatus according to the present specification accurately calculate the impedance of the load end, there is an advantage in that the temperature of the working coil can be more accurately estimated.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an induction heating device according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of an induction heating device according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit formed by an induction heating device and a heating target according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a circuit formed by an induction heating device and a heating target according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 5 is a graph showing the voltage applied to the resonance capacitor of the induction heating device according to an embodiment of the present specification and the current flowing in the resonance circuit.
  • FIG. 6 is a graph showing a first harmonic of a voltage supplied to the resonance circuit of the induction heating device according to an embodiment of the present specification, a current flowing in the resonance circuit, and a current flowing in the resonance circuit.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a control method of an induction heating device according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 8 is a table showing the resistance value of the load stage, the inductance of the load stage, and the error calculated through the induction heating apparatus and the control method of the induction heating apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from other components, and unless otherwise stated, the first component may be the second component, of course.
  • an arbitrary component is disposed on the "upper (or lower)" of a component or “top (or below)” of a component means that any component is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of the component. Furthermore, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.
  • each component when it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components are “interposed” between each component. It is to be understood that “or, each component may be “connected”, “coupled” or “connected” through another component.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an induction heating device according to an embodiment of the present specification.
  • the induction heating device 100 includes a case 101 constituting a main body and a cover plate 102 coupled to the case 101 to seal the case 101 .
  • the cover plate 102 is coupled to the upper surface of the case 101 to seal the space formed inside the case 101 from the outside.
  • the cover plate 102 includes a top plate 103 on which a container for cooking food can be placed.
  • the upper plate part 103 may be made of a tempered glass material such as ceramic glass, but the material of the upper plate part 103 may vary depending on the embodiment.
  • the working coil assemblies 106 and 107 and heating regions 104 and 105 corresponding to each of the working coil assemblies are formed in the upper plate 103 .
  • lines or figures corresponding to the heating regions 104 and 105 may be printed or displayed on the top plate 103 .
  • the case 101 may have a hexahedral shape with an open top. In the space formed inside the case 101, the working coil assemblies 106 and 107 for heating the container are disposed. Also inside the case 101, an interface unit having a function to allow a user to apply power or to adjust the power level of each heating region 104, 105, and a function to display information related to the induction heating device 100 108 is provided.
  • the interface unit 108 may be formed of a touch panel capable of both inputting information and displaying information by touch, but an interface unit 108 having a different structure may be used according to an embodiment.
  • the upper plate part 103 is provided with a manipulation area 109 disposed at a position corresponding to the interface part 108 .
  • characters or images may be preprinted on the manipulation area 109 .
  • the user may perform a desired operation by touching a specific point of the manipulation area 109 with reference to characters or images printed in advance on the manipulation area 109 .
  • information output by the interface unit 108 may be displayed through the manipulation area 109 .
  • a user may set the power level of each heating zone 104 , 105 through the interface 108 .
  • the power level may be indicated by a number (eg, 1 to 9) on the manipulation area 118 .
  • the required power value and heating frequency of each heating region (104, 105) and the corresponding working coil are determined.
  • the controller drives each working coil so that the actual output power value of each working coil matches the required power value set by the user based on the determined heating frequency.
  • a power supply unit 121 for supplying power to the working coil assemblies 106 and 107 or the interface unit 108 is disposed in a space formed inside the case 101 .
  • two working coil assemblies disposed inside the case 101 that is, the first working coil assembly 106 and the second working coil assembly 107 are exemplarily shown, but in the embodiment In some cases, three or more working coil assemblies may be disposed inside the case 101 .
  • the working coil assemblies 106 and 107 include a working coil that forms an induced magnetic field using a high-frequency alternating current supplied by the power supply unit 121 and an insulating sheet for protecting the coil from heat generated by the container.
  • the first working coil assembly 106 includes a first working coil 110 and a first insulating sheet 111 for heating a vessel placed in the first heating region 104 .
  • the second working coil assembly 107 includes a second working coil and a second heat insulating sheet. In some embodiments, the heat insulating sheet may not be disposed.
  • a temperature sensor is disposed at the center of each working coil.
  • a temperature sensor 112 is disposed at the center of the first working coil 110 .
  • a temperature sensor measures the temperature of the vessel placed in each heating zone.
  • the temperature sensor may be a thermistor temperature sensor having a variable resistance whose resistance value changes according to the temperature of the container, but is not limited thereto.
  • the temperature sensor outputs a sensing voltage corresponding to the temperature of the container, and the sensing voltage output from the temperature sensor is transmitted to a controller to be described later.
  • the controller checks the temperature of the container based on the magnitude of the sensing voltage output from the temperature sensor, and when the temperature of the container is higher than a predetermined reference value, the overheat protection operation of lowering the actual power value of the working coil or stopping the operation of the working coil carry out
  • a substrate on which a plurality of circuits or devices including a controller are mounted may be disposed in a space formed inside the case 101 .
  • the controller may perform a heating operation by driving each working coil according to a user's heating start command input through the interface unit 108 .
  • the controller stops the driving of the working coil to end the heating operation.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of an induction heating device according to an embodiment of the present specification.
  • the induction heating device 100 includes a working coil 110 , a resonance capacitor 120 , an inverter circuit 130 , a first voltage sensor 140 , and a second voltage. It includes a sensor 150 and a controller 160 . And the induction heating apparatus 100 according to an embodiment of the present specification may further include a rectifying circuit 170 and a smoothing capacitor 180 .
  • the working coil 110 is disposed at a position corresponding to the heating region 104 in which the heating target 200 is placed.
  • the working coil 110 heats the heating target through a resonance current generated between the working coil 110 and the heating target as current flows.
  • the working coil 110 may receive current from the inverter circuit 130 .
  • the working coil 110 forms a load end 115 together with the heating target 200 . That is, the working coil 110 and the heating target 200 may act as a load including a resistor and an inductor on a circuit connected from the external power source 300 to the working coil 110 .
  • the resonance capacitor 120 forms a resonance circuit together with the working coil 110 .
  • One end of the resonance capacitor 120 is connected to the working coil 110 , and the other end is connected to an inverter circuit 130 to be described later. Accordingly, the resonance capacitor 120 forms a resonance circuit in which a resonance current flows by the current supplied through the inverter circuit 130 together with the working coil 110 .
  • the inverter circuit 130 includes a plurality of switching elements, and supplies current to the working coil 110 .
  • the plurality of switching elements included in the inverter circuit 130 may be turned on or off by a switch signal.
  • the switching signal may be supplied from the controller 160 to be described later or may be supplied from a driving circuit (not shown) by a control signal of the controller 160 .
  • the structure of the plurality of switching elements included in the inverter circuit 130 will be described later with reference to FIG. 3 .
  • the inverter circuit 130 converts the current supplied from the external power source 300 and supplies it to the working coil 110 . At this time, the current supplied from the external power source 300 may be rectified and smoothed through the rectification circuit 170 and the smoothing capacitor 180 to be supplied to the inverter circuit 130 .
  • the rectifier circuit 170 may include a plurality of diode elements, and in an embodiment of the present specification, the rectifier circuit 170 may be a bridge diode circuit.
  • the rectifying circuit 170 may rectify the AC input voltage supplied from the external power source 300 to output a voltage having a pulsating waveform.
  • the smoothing capacitor 180 may smooth the voltage rectified by the rectifying circuit 170 to output a DC link voltage.
  • the DC link voltage input to the inverter circuit 130 is converted into AC current by the turn-on and turn-off operations of the plurality of switching elements included in the inverter circuit 130 , that is, the switching operation.
  • the AC current converted by the inverter circuit 130 is supplied to the resonance circuit formed by the working coil 110 and the resonance capacitor 120 . As a result, a resonance phenomenon occurs in the resonance circuit, and an eddy current flows through the container to heat the container.
  • the first voltage sensor 140 measures a voltage value V c of the resonance capacitor 120 , which is a voltage value applied to the resonance capacitor 120 .
  • the first voltage sensor 140 may transmit the measured voltage value V c of the resonance capacitor 120 to the controller 160 .
  • the second voltage sensor 150 measures the supply voltage value V ab supplied to the resonance circuit through the inverter circuit 130 . And the second voltage sensor 150 may transmit the measured supply voltage value (V ab ) to the controller 160 .
  • the controller 160 controls the overall operation of the induction heating device 100 .
  • a controller 160 is ASICs (Application Specific Integrated Circuits), DSPs (Digital Signal Processors), DSPDs (Digital Signal Processing Devices), PLDs (Programmable Logic Devices), FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), microcontrollers (micro- controllers) and a physical element including at least one of microprocessors.
  • the controller 160 controls the resistance value of the load terminal 115 and the load terminal ( 115) calculates at least one of the inductances.
  • a method for the controller 160 to calculate at least one of the resistance value of the load terminal 115 and the inductance of the load terminal 115 will be described later.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit formed by an induction heating device and a heating target according to an embodiment of the present specification.
  • a circuit formed by the induction heating device 100 and the heating target 200 can be identified.
  • the inverter circuit 130 may include a first switching element SW1 , a second switching element SW2 , a third switching element SW3 , and a fourth switching element SW4 . That is, as shown in Figure 3, the inverter circuit 130 of the induction heating device 100 according to an embodiment of the present specification is a full bridge circuit including four switching elements (SW1, SW2, SW3, SW4). can be configured. However, in another embodiment of the present specification, the inverter circuit 130 may be configured as a half-bridge circuit including two switching elements.
  • FIG. 3 an embodiment in which the inverter circuit 130 is configured as a full bridge circuit as shown in FIG. 3 will be mainly described.
  • the load stage 115 receives current from the inverter circuit 130 .
  • the load terminal 115 has one end connected to a node between the first switching element SW1 and the second switching element SW2 , and the other end of the third switching element SW3 and the fourth switching element through the resonance capacitor 120 . It may be connected to a node between the devices SW4.
  • the load stage 115 may be circuitly simulated as the inductor 116 and the resistor 117 . Therefore, when the controller 160 calculates the resistance value (Re eq ) and the inductance (L r ) of the load stage 115 , when the object to be heated 200 is placed on the working coil 110 , the output power is controlled can be done more precisely.
  • circuit of FIG. 3 may be expressed as an equivalent circuit as shown in FIG. 4 .
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a circuit formed by an induction heating device and a heating target according to an embodiment of the present specification.
  • the circuit formed by the induction heating device 100 and the heating target 200 is to be simulated as a circuit in which the supply voltage 135, the load terminal 115 and the resonance capacitor 120 are connected in series.
  • the supply voltage 135 represents the same voltage as the voltage supplied to the load terminal 115 by the external power source 300 , the rectifier circuit 170 , the smoothing capacitor 180 , and the inverter circuit 130 .
  • the controller 160 assumes that the circuit formed by the induction heating device 100 and the heating target 200 is the same as in FIG. 4 , the resistance value (Re eq ) and the inductance (L r ) of the load stage 115 ) can be calculated.
  • the controller 160 may calculate the resistance value R eq and the inductance L r of the load stage 115 in the following way.
  • the controller 160 calculates a root mean square (RMS) value of the first harmonic among the resonance current I r that is a current flowing in the resonance circuit based on the voltage value V c of the resonance capacitor 120 .
  • the controller 160 may calculate the RMS value of the first harmonic of the resonance current I r by using Equation 1 below.
  • I RMS(1) is the RMS value of the first harmonic of the resonance current (I r )
  • V c _peak is the peak value of the voltage value (V c ) of the resonance capacitor 120
  • ⁇ s is the inverter circuit ( 130)
  • the switching frequency of the switching elements SW1, SW2, SW3, SW4
  • C r represents the capacitance of the resonance capacitor (120).
  • V c _peak may be calculated by detecting a peak value from a voltage value measured through the first voltage sensor 140 .
  • ⁇ s and C r are preset values.
  • the controller 160 controls the voltage value V c of the resonance capacitor 120 , the capacitance C r of the resonance capacitor 120 , and the switching elements SW1 , SW2 , SW3 , SW4 included in the inverter circuit 130 . ) based on the switching frequency ( ⁇ s ) of the resonance current (I r ) It is possible to calculate the RMS value of the first harmonic (I RMS(1) ).
  • the controller 160 calculates the phase of the first harmonic of the resonance current I r based on the voltage value V c and the supply voltage value V ab of the resonance capacitor 120 .
  • the controller 160 calculates the phase of the resonance current I r based on the voltage value V c of the resonance capacitor 120 .
  • the voltage value V c of the resonance capacitor 120 has a relationship with the resonance current I r as shown in Equation 2 below.
  • the resonance current I r has a value proportional to the differential value of the voltage value V c of the resonance capacitor 120 , which may be represented by a graph as shown in FIG. 5 .
  • FIG. 5 is a graph showing the voltage applied to the resonance capacitor of the induction heating device according to an embodiment of the present specification and the current flowing in the resonance circuit.
  • the solid line graph represents the voltage value V c of the resonance capacitor 120
  • the dotted line graph represents the resonance current I r .
  • the resonance current I r is proportional to the differential value of the voltage value V c of the resonance capacitor 120 , and the phase of the resonance current I r is always higher than the voltage value V c of the resonance capacitor 120 . You can see that it is 90 degrees fast.
  • the controller 160 calculates the phase of the first harmonic I r(1) of the resonance current I r based on the phase of the resonance current I r and the supply voltage value V ab .
  • the relationship between the supply voltage value (V ab ), the resonance current (I r ), and the first harmonic (I r ( 1 ) ) among the resonance current (I r ) may be represented by a graph as shown in FIG. 6 .
  • FIG. 6 is a graph showing a first harmonic of a voltage supplied to the resonance circuit of the induction heating device according to an embodiment of the present specification, a current flowing in the resonance circuit, and a current flowing in the resonance circuit.
  • a graph showing the supply voltage value (V ab ) is shown in the upper part
  • a graph showing the resonance current (I r ) is shown in the middle part
  • the first harmonic (I r(1 ) of the resonance current (I r ) is shown in the lower part. ) ) is shown in the graph.
  • the controller 160 determines the RMS value of the first harmonic (I RMS(1) ) of the resonance current I r and the first harmonic I r(1) of the resonance current I r ). After calculating the phase ( ⁇ 1 ) of the resonance current (I r ), the RMS value of the first harmonic (I RMS (1) ) and the first harmonic (I r(1) ) of the resonance current (I r ) Based on the phase ⁇ 1 , at least one of the resistance value R eq of the load terminal 115 and the inductance L r of the load terminal 115 is calculated.
  • the controller 160 may calculate the resistance value R eq of the load stage 115 using Equation 3 below.
  • the supply voltage value V ab may be measured by the second voltage sensor 150 .
  • the controller 160 controls the supply voltage value (V ab ), the RMS value of the first harmonic (I RMS( 1 ) ) of the resonance current (I r ), and the first harmonic (I r ) of the resonance current (I r ) 1) ), the resistance value R eq of the load stage 115 may be calculated based on the phase ⁇ 1 .
  • controller 160 may calculate the inductance L r of the load stage 115 using Equation 4 below.
  • the controller 160 controls the supply voltage value (V ab ), the resonance current (I r ), the RMS value of the first harmonic (I RMS (1) ), the resonance current (I r ), the first harmonic (I r ) 1) based on the phase ( ⁇ 1 ) of ), the capacitance (C r ) of the resonant capacitor 120 , and the switching frequency ( ⁇ s ) of the switching elements SW1 , SW2 , SW3 , SW4 included in the inverter circuit 130 .
  • the inductance L r of the load stage 115 may be calculated.
  • the induction heating device 100 is a resistance value (R) of the load terminal 115 based on the voltage value (V c ) and the supply voltage value (V ab ) of the resonance capacitor 120 .
  • eq ) and at least one of the inductance L r of the load stage 115 are calculated, so that the impedance of the load stage 115 can be accurately calculated without using a high-performance controller. Accordingly, the output power of the induction heating apparatus 100 can be more precisely controlled through the controller 160 , and the temperature of the working coil 110 can be more accurately estimated.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a control method of an induction heating device according to an embodiment of the present specification.
  • the controller 160 determines whether the working coil 110 is operating ( S710 ).
  • the controller 160 detects the voltage value V c of the resonance capacitor 120 through the first voltage sensor 140 ( S720 ).
  • step S720 senses the supply voltage value (V ab ) through the second voltage sensor 150 (S730).
  • step S720 may be performed before step S720 or step S720 may be performed simultaneously with step S730.
  • the controller 160 calculates the RMS value I RMS ( 1 ) of the first harmonic among the resonance current I r ( S740 ).
  • the controller 160 may calculate the RMS value (I RMS(1) ) of the first harmonic based on Equation 1 above.
  • step S750 calculates the phase ⁇ 1 of the first harmonic I r(1 ) among the resonance current I r (S750).
  • step S750 may be performed before step S740 or step S740 may be performed simultaneously with step S750.
  • the controller 160 calculates the resistance value R eq of the load stage 115 ( S760 ).
  • the controller 160 may calculate the resistance value R eq of the load stage 115 based on Equation 3 above.
  • the controller 160 calculates the inductance L r of the load stage 115 (S770).
  • the controller 160 may calculate the inductance L r of the load stage 115 based on Equation 4 above.
  • step S770 may be performed before step S760 or step S760 may be performed simultaneously with step S770. Also, if necessary, any one of steps S760 and S770 may be omitted.
  • FIG. 8 is a table showing the resistance value of the load stage, the inductance of the load stage, and the error calculated through the induction heating apparatus and the control method of the induction heating apparatus according to an embodiment of the present specification.
  • the switching frequency ( ⁇ s ) is 22 kHz
  • the peak value (V c_Peak ) of the voltage value (V c ) of the resonance capacitor 120 is sensed as 602.6V
  • the first harmonic ( The phase ( ⁇ 1 ) of I r(1) ) is calculated as 26.29 ⁇
  • the resistance value (R eq ) of the load stage 115 is 5.02 ⁇
  • the inductance (L r ) of the load stage 115 is 105.5 ⁇ H is calculated with That is, the resistance value R eq of the load terminal 115 has an error of 0.39% from the actual value, and the inductance L r of the load terminal 115 has an error of 0.28% from the actual value.
  • the switching frequency ( ⁇ s ) is set to 25 kHz
  • the peak value (V c_Peak ) of the voltage value (V c ) of the resonance capacitor 120 is detected as 374.0V
  • the first harmonic (I r ) of the resonance current (I r ) The phase ( ⁇ 1 ) of I r(1) ) is calculated as 50.40 ⁇
  • the resistance value (R eq ) of the load stage 115 is 5.06 ⁇
  • the inductance (L r ) of the load stage 115 is 106.5 ⁇ H is calculated with That is, the resistance value R eq of the load terminal 115 has an error of 1.18% from the actual value, and the inductance L r of the load terminal 115 has an error of 0.93% from the actual value.
  • the switching frequency ( ⁇ s ) is set to 30 kHz
  • the peak value (V c_Peak ) of the voltage value (V c ) of the resonance capacitor 120 is detected as 199.2V
  • the first harmonic ( The phase ( ⁇ 1 ) of I r(1) ) is calculated as 66.74 ⁇
  • the resistance value (R eq ) of the load stage 115 is 4.91 ⁇
  • the inductance (L r ) of the load stage 115 is 107.5 ⁇ H is calculated with That is, the resistance value R eq of the load terminal 115 has an error of 1.83% from the actual value, and the inductance L r of the load terminal 115 has an error of 1.86% from the actual value.
  • the switching frequency ( ⁇ s ) is set to 40 kHz
  • the peak value (V c_Peak ) of the voltage value (V c ) of the resonance capacitor 120 is detected as 86.8V
  • the first harmonic (I r ) of the resonance current (I r ) The phase ( ⁇ 1 ) of I r(1) ) is calculated as 76.75 ⁇
  • the resistance value (R eq ) of the load stage 115 is 4.90 ⁇
  • the inductance (L r ) of the load stage 115 is 109.2 ⁇ H is calculated with That is, the resistance value R eq of the load terminal 115 has an error of 2.04% from the actual value, and the inductance L r of the load terminal 115 has an error of 3.50% from the actual value.
  • the resistance value (R eq ) of the load stage 115 and the inductance (L r ) of the load stage 115 can be calculated with a small error of less than 5%.
  • the control method of the induction heating device 100 and the induction heating device 100 is a voltage value (V c ) and a supply voltage value (V ab ) of the resonance capacitor 120 . Since at least one of the resistance value R eq of the load stage 115 and the inductance L r of the load stage 115 is calculated based on the calculation, the impedance of the load stage 115 is accurately calculated without using a high-performance controller can do. Accordingly, the output power of the induction heating apparatus 100 can be more precisely controlled through the controller 160 , and the temperature of the working coil 110 can be more accurately estimated.

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Abstract

본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는 피가열체가 놓이는 가열 영역과 대응되는 위치에 배치되며, 피가열체와 함께 부하단을 형성하는 워킹 코일, 워킹 코일과 함께 공진 회로를 형성하는 공진 커패시터, 다수의 스위칭 소자를 포함하며 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로, 공진 커패시터에 인가된 전압값을 측정하는 제1 전압 센서, 인버터 회로를 통해 공진 회로에 공급되는 공급 전압값을 측정하는 제2 전압 센서 및 워킹 코일이 동작 중일 때, 공진 커패시터의 전압값과 공급 전압값에 기초하여 부하단의 저항값 및 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 제어기를 포함한다.

Description

유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법
본 명세서는 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
가정이나 식당에서 음식을 가열하기 위한 다양한 조리 기구들이 사용되고 있다. 종래에는 가스를 연료로 하는 가스 레인지가 널리 보급되어 사용되어 왔으나, 최근에는 가스를 이용하지 않고 전기를 이용하여 피가열체, 예컨대 냄비와 같은 조리 용기를 가열하는 장치들의 보급이 이루어지고 있다.
전기를 이용하여 용기를 가열하는 방식 중 유도 가열 방식은 소정 크기의 고주파 전력을 코일에 인가할 때 코일 주변에 발생하는 자계를 이용하여 금속 성분으로 이루어진 용기에 와전류(eddy current)를 발생시켜 피가열체 자체가 가열되도록 하는 방식이다.
유도 가열 장치는 인버터 회로를 통해 워킹 코일에 전류를 공급함으로써, 워킹 코일을 구동한다. 그리고 워킹 코일이 구동되면, 워킹 코일의 상부에 배치된 피가열체에 와전류가 흐르면서 피가열체가 가열된다. 이와 같이 워킹 코일이 구동될 때, 워킹 코일의 구동에 의하여 실제로 발생하는 전력의 크기, 즉 워킹 코일의 실제 출력 전력값에 따라서 용기에 공급되는 열 에너지의 크기가 달라진다. 이때 워킹 코일의 출력 전력값은 워킹 코일 및 피가열체에 의해 형성되는 부하단의 임피던스에 의해 달라지게 된다. 따라서 유도 가열 장치가 워킹 코일의 출력 전력값을 정확하게 측정하기 위해서는 부하단의 임피던스를 알아야 한다.
종래의 유도 가열 장치는 부하단의 임피던스를 연산하기 위하여, 워킹 코일의 공진 전압을 샘플링하여 복원한 후, 복원된 공진 전압에 기초하여 부하단의 임피던스를 연산한다. 이때 공진 전압을 정확하게 복원하기 위하여, 공진 전압의 최소 2배 이상의 샘플링 주파수를 가지고 공진 전압을 샘플링하여야 한다.
그러나 공진 전압이 높은 주파수(예를 들어, 120kHz)를 가지는 경우, 공진 전압의 2배 이상의 샘플링 주파수를 가지고 공진 전압을 샘플링하기 위하여는, 고성능의 제어기(예를 들어, 마이컴)가 필요하다. 이와 같은 고성능의 제어기를 이용하면, 유도 가열 장치의 비용이 지나치게 비싸질 수 있다.
본 명세서의 목적은 고성능의 제어기를 이용하지 않더라도 부하단의 임피던스를 정확하게 연산할 수 있는 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 명세서의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 명세서의 일 실시예에서 유도 가열 장치는 공진 커패시터에 인가된 전압값을 측정하는 제1 전압 센서, 인버터 회로를 통해 공진 회로에 공급되는 공급 전압값을 측정하는 제2 전압 센서 및 워킹 코일이 동작 중일 때, 공진 커패시터의 전압값과 공급 전압값에 기초하여 부하단의 저항값 및 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 제어기를 포함한다.
이와 같은 구성에 의하면 고성능의 제어기를 이용하지 않더라도 부하단의 임피던스를 정확하게 연산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 유도 가열 장치는 피가열체가 놓이는 가열 영역과 대응되는 위치에 배치되며, 상기 피가열체와 함께 부하단을 형성하는 워킹 코일, 상기 워킹 코일과 함께 공진 회로를 형성하는 공진 커패시터, 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로, 상기 공진 커패시터에 인가된 전압값을 측정하는 제1 전압 센서, 상기 인버터 회로를 통해 상기 공진 회로에 공급되는 공급 전압값을 측정하는 제2 전압 센서 및 상기 워킹 코일이 동작 중일 때, 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 제어기를 포함한다.
또한 본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치의 상기 제어기는 상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS(Root Mean Square) 값을 연산하고, 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하고, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값과 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산한다.
또한 본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치의 상기 제어기는 상기 공진 커패시터의 전압값, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 및 상기 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값을 연산한다.
또한 본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치의 상기 제어기는 상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류의 위상을 연산하고, 상기 공진 회로에 흐르는 전류의 위상과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산한다.
또한 본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치의 상기 제어기는 상기 공급 전압값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값 및 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값을 연산한다.
또한 본 명세서의 일 실시예에서, 유도 가열 장치의 상기 제어기는 상기 공급 전압값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 및 상기 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 부하단의 인덕턴스를 연산한다.
본 명세서의 다른 실시예에서, 피가열체가 놓이는 가열 영역과 대응되는 위치에 배치되며, 상기 피가열체와 함께 부하단을 형성하는 워킹 코일, 상기 워킹 코일과 함께 공진 회로를 형성하는 공진 커패시터, 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로, 상기 공진 커패시터에 인가된 전압값을 측정하는 제1 전압 센서, 상기 인버터 회로를 통해 상기 공진 회로에 공급되는 공급 전압값을 측정하는 제2 전압 센서 및 제어기를 포함하는 유도 가열 장치의 제어 방법은 상기 제어기가 상기 워킹 코일이 동작 중인지 판단하는 단계, 상기 제1 전압 센서에 의해 상기 공진 커패시터의 전압값이 측정되는 단계, 상기 제2 전압 센서에 의해 상기 공급 전압값이 측정되는 단계 및 상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계를 포함한다.
또한 본 명세서의 다른 실시예에서, 유도 가열 장치의 제어 방법의 상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계는 상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS(Root Mean Square) 값을 연산하는 단계, 상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하는 단계 및 상기 제어기가 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값과 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계를 포함한다.
또한 본 명세서의 다른 실시예에서, 유도 가열 장치의 제어 방법의 상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값을 연산하는 단계는 상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 및 상기 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값을 연산하는 단계를 포함한다.
또한 본 명세서의 다른 실시예에서, 유도 가열 장치의 제어 방법의 상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하는 단계는 상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류의 위상을 연산하는 단계 및 상기 제어기가 상기 공진 회로에 흐르는 전류의 위상과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하는 단계를 포함한다.
또한 본 명세서의 다른 실시예에서, 유도 가열 장치의 제어 방법의 상기 제어기가 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값과 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계는 상기 제어기가 상기 공급 전압값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값 및 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값을 연산하는 단계를 포함한다.
또한 본 명세서의 다른 실시예에서, 유도 가열 장치의 제어 방법의 상기 제어기가 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값과 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계는 상기 제어기가 상기 공급 전압값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 및 상기 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 부하단의 인덕턴스를 연산하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법은, 공진 커패시터의 전압값과 공급 전압값에 기초하여 부하단의 저항값 및 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하므로, 고성능의 제어기를 이용하지 않더라도 부하단의 임피던스를 정확하게 연산할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 명세서에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법은, 부하단의 임피던스를 정확하게 연산하므로, 유도 가열 장치의 출력 전력을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 명세서에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법은, 부하단의 임피던스를 정확하게 연산하므로, 워킹 코일의 온도를 보다 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 피가열체에 의해 형성되는 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 피가열체에 의해 형성되는 회로를 간략화하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 공진 커패시터에 인가된 전압 및 공진 회로에 흐르는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시에에 따른 유도 가열 장치의 공진 회로에 공급되는 전압, 공진 회로에 흐르는 전류 및 공진 회로에 흐르는 전류의 제1 고조파를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 통해 연산한 부하단의 저항값 및 부하단의 인덕턴스와 오차를 나타낸 표이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 명세서를 설명함에 있어서 본 명세서과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
본 명세서의 일 실시예에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 명세서의 몇몇 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 본체를 구성하는 케이스(101) 및 케이스(101)와 결합되어 케이스(101)를 밀폐하는 커버 플레이트(102)를 포함한다.
커버 플레이트(102)는 케이스(101)의 상면과 결합하여 케이스(101) 내부에 형성되는 공간을 외부로부터 밀폐한다. 커버 플레이트(102)는 음식물의 조리를 위한 용기가 놓일 수 있는 상판부(103)를 포함한다. 본 명세서의 일 실시예에서 상판부(103)는 세라믹 글래스와 같은 강화 유리 재질로 이루어질 수 있으나, 상판부(103)의 재질은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
상판부(103)에는 워킹 코일 어셈블리(106, 107)와 각각 대응되는 가열 영역(104, 105)이 형성된다. 사용자가 가열 영역(104, 105)의 위치를 명확하게 인식할 수 있게 하기 위하여, 가열 영역(104, 105)에 대응되는 선이나 도형이 상판부(103) 상에 인쇄 또는 표시될 수 있다.
케이스(101)는 상부가 개방된 육면체 형상을 가질 수 있다. 케이스(101) 내부에 형성되는 공간에는 용기를 가열하기 위한 워킹 코일 어셈블리(106, 107)가 배치된다. 또한 케이스(101) 내부에는 사용자로 하여금 전원을 인가하게 하거나 각 가열 영역(104, 105)의 파워 레벨을 조절하게 하는 기능과, 유도 가열 장치(100)와 관련된 정보를 표시하는 기능을 갖는 인터페이스부(108)가 구비된다. 인터페이스부(108)는 터치에 의한 정보 입력 및 정보 표시가 모두 가능한 터치 패널로 이루어질 수 있으나, 실시예에 따라서 다른 구조를 갖는 인터페이스부(108)가 사용될 수도 있다.
또한 상판부(103)에는 인터페이스부(108)와 대응되는 위치에 배치되는 조작 영역(109)이 구비된다. 사용자의 조작을 위하여, 조작 영역(109)에는 문자나 이미지 등이 미리 인쇄될 수 있다. 사용자는 조작 영역(109)에 미리 인쇄된 문자나 이미지를 참고하여 조작 영역(109)의 특정 지점을 터치함으로써 원하는 조작을 수행할 수 있다. 또한 인터페이스부(108)에 의해서 출력되는 정보는 조작 영역(109)을 통해서 표시될 수 있다.
사용자는 인터페이스부(108)를 통해서 각각의 가열 영역(104, 105)의 파워 레벨을 설정할 수 있다. 파워 레벨은 조작 영역(118) 상에 숫자(예컨대, 1 내지 9)로 표시될 수 있다. 각각의 가열 영역(104, 105)에 대한 파워 레벨이 설정되면 각각의 가열 영역(104, 105)과 대응되는 워킹 코일의 요구 전력값 및 가열 주파수가 결정된다. 제어기는 결정된 가열 주파수에 기초하여 각각의 워킹 코일의 실제 출력 전력값이 사용자에 의하여 설정된 요구 전력값과 일치하도록 각각의 워킹 코일을 구동시킨다.
또한 케이스(101) 내부에 형성되는 공간에는 워킹 코일 어셈블리(106, 107)나 인터페이스부(108)에 전력을 공급하기 위한 전원부(121)가 배치된다.
참고로 도 1의 실시예에서는 케이스(101) 내부에 배치된 두 개의 워킹 코일 어셈블리, 즉 제1 워킹 코일 어셈블리(106) 및 제2 워킹 코일 어셈블리(107)가 예시적으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 케이스(101) 내부에 세 개 이상의 워킹 코일 어셈블리가 배치될 수도 있다.
워킹 코일 어셈블리(106, 107)는 전원부(121)에 의해 공급되는 고주파 교류 전류를 이용하여 유도 자계를 형성하는 워킹 코일 및 용기에 의해 발생하는 열로부터 코일을 보호하기 위한 단열 시트를 포함한다. 예를 들어 도 1에서 제1 워킹 코일 어셈블리(106)는 제1 가열 영역(104)에 놓여지는 용기를 가열하기 위한 제1 워킹 코일(110) 및 제1 단열 시트(111)를 포함한다. 또한 도시되지는 않았으나, 제2 워킹 코일 어셈블리(107)는 제2 워킹 코일 및 제2 단열 시트를 포함한다. 실시예에 따라서는 단열 시트가 배치되지 않을 수도 있다.
또한 각각의 워킹 코일의 중심부에는 온도 센서가 배치된다. 예를 들어 도 1에서 제1 워킹 코일(110)의 중심부에는 온도 센서(112)가 배치된다. 온도 센서는 각각의 가열 영역에 놓여진 용기의 온도를 측정한다. 본 명세서의 일 실시예에서 온도 센서는 용기의 온도에 따라서 저항값이 변화하는 가변 저항을 갖는 서미스터 온도 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시예에서 온도 센서는 용기의 온도에 대응되는 센싱 전압을 출력하며, 온도 센서로부터 출력되는 센싱 전압은 후술되는 제어기에 전달된다. 제어기는 온도 센서로부터 출력되는 센싱 전압의 크기에 기초하여 용기의 온도를 확인하고, 용기의 온도가 미리 정해진 기준값 이상이면 워킹 코일의 실제 전력값을 낮추거나 워킹 코일의 구동을 중단시키는 과열 보호 동작을 수행한다.
또한 도 1에는 도시되지 않았으나 케이스(101) 내부에 형성되는 공간에는 제어기를 포함한 다수의 회로 또는 소자가 실장되는 기판이 배치될 수 있다. 제어기는 인터페이스부(108)를 통해서 입력되는 사용자의 가열 시작 명령에 따라서 각각의 워킹 코일을 구동시켜 가열 동작을 수행할 수 있다. 사용자가 인터페이스부(108)를 통해서 가열 종료 명령을 입력하면 제어기는 워킹 코일의 구동을 중단시켜 가열 동작을 종료시킨다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 워킹 코일(110), 공진 커패시터(120), 인버터 회로(130), 제1 전압 센서(140), 제2 전압 센서(150) 및 제어기(160)를 포함한다. 그리고 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 정류 회로(170) 및 평활화 커패시터(180)를 더 포함할 수 있다.
워킹 코일(110)은 피가열체(200)가 놓이는 가열 영역(104)에 대응되는 위치에 배치된다. 워킹 코일(110)은 전류가 흐름에 따라, 워킹 코일(110)과 피가열체 간에 발생하는 공진 전류를 통해 피가열체를 가열한다. 워킹 코일(110)은 인버터 회로(130)로부터 전류를 공급받을 수 있다.
이때 워킹 코일(110)은 피가열체(200)와 함께 부하단(115)을 형성한다. 즉, 워킹 코일(110)과 피가열체(200)는 외부 전원(300)으로부터 워킹 코일(110)까지 연결되는 회로 상에서 저항 및 인덕터를 포함하는 부하로써 작용할 수 있다.
공진 커패시터(120)는 워킹 코일(110)과 함께 공진 회로를 형성한다. 공진 커패시터(120)의 일단은 워킹 코일(110)에 연결되고, 타단은 후술되는 인버터 회로(130)와 연결된다. 이에 따라 공진 커패시터(120)는 워킹 코일(110)과 함께 인버터 회로(130)를 통해 공급되는 전류에 의해 공진 전류가 흐르는 공진 회로를 형성한다.
인버터 회로(130)는 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 워킹 코일(110)에 전류를 공급한다.
인버터 회로(130)에 포함된 다수의 스위칭 소자는 스위치 신호에 의해 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있다. 이때 스위칭 신호는 후술되는 제어기(160)로부터 공급되거나, 제어기(160)의 제어 신호에 의해 구동 회로(미도시)로부터 공급될 수 있다. 인버터 회로(130)에 포함된 다수의 스위칭 소자의 구조에 관한 설명은 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.
인버터 회로(130)는 외부 전원(300)으로부터 공급되는 전류를 변환하여 워킹 코일(110)로 공급한다. 이때 외부 전원(300)으로부터 공급되는 전류는 정류 회로(170) 및 평활화 커패시터(180)를 통해 정류 및 평활화되어 인버터 회로(130)로 공급될 수 있다.
정류 회로(170)는 다수의 다이오드 소자를 포함할 수 있으며, 본 명세서의 일 실시예에서 정류 회로(170)는 브릿지 다이오드 회로일 수 있다. 정류 회로(170)는 외부 전원(300)로부터 공급되는 교류 입력 전압을 정류하여 맥동 파형을 갖는 전압을 출력할 수 있다.
평활화 커패시터(180)는 정류 회로(170)에 의해서 정류된 전압을 평활화하여 직류 링크 전압을 출력할 수 있다.
인버터 회로(130)에 입력되는 직류 링크 전압은 인버터 회로(130)에 포함된 다수의 스위칭 소자의 턴-온 및 턴-오프 동작, 즉 스위칭 동작에 의해서, 교류 전류로 변환된다. 인버터 회로(130)에 의해서 변환된 교류 전류는 워킹 코일(110) 및 공진 커패시터(120)에 의해 형성된 공진 회로로 공급된다. 이에 따라 공진 회로에 공진 현상이 발생하면서 용기에 와전류가 흘러 용기가 가열된다.
제1 전압 센서(140)는 공진 커패시터(120)에 인가된 전압값인 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)을 측정한다. 그리고 제1 전압 센서(140)는 측정한 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)을 제어기(160)로 송신할 수 있다.
제2 전압 센서(150)는 인버터 회로(130)를 통해 공진 회로에 공급되는 공급 전압값(Vab)을 측정한다. 그리고 제2 전압 센서(150)는 측정한 공급 전압값(Vab)을 제어기(160)로 송신할 수 있다.
제어기(160)는 유도 가열 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 이와 같은 제어기(160)는 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors)중 적어도 하나를 포함하는 물리적인 요소를 포함하여 구현될 수 있다.
제어기(160)는 워킹 코일(110)이 동작 중일 때, 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)과 공급 전압값(Vab)에 기초하여 부하단(115)의 저항값 및 부하단(115)의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산한다. 제어기(160)가 부하단(115)의 저항값 및 부하단(115)의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 방법은 후술하도록 한다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 피가열체에 의해 형성되는 회로를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 유도 가열 장치(100) 및 피가열체(200)에 의해 형성되는 회로를 확인할 수 있다.
우선 인버터 회로(130)는 제1 스위칭 소자(SW1), 제2 스위칭 소자(SW2), 제3 스위칭 소자(SW3) 및 제4 스위칭 소자(SW4)를 포함할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)의 인버터 회로(130)는 4개의 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)를 포함하는 풀 브릿지 회로로 구성될 수 있다. 그러나 본 명세서의 다른 실시예에서, 인버터 회로(130)는 2개의 스위칭 소자를 포함하는 하프 브릿지 회로로 구성될 수도 있다. 이하에서는 인버터 회로(130)가 도 3에 도시된 바와 같은 풀 브릿지 회로로 구성된 실시예를 중심으로 설명하도록 한다.
부하단(115)은 인버터 회로(130)로부터 전류를 공급받는다. 부하단(115)은 일단이 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2) 사이의 노드에 연결되고, 타단이 공진 커패시터(120)를 통해 제3 스위칭 소자(SW3)와 제4 스위칭 소자(SW4) 사이의 노드에 연결될 수 있다.
이때 부하단(115)은 회로적으로 인덕터(116)와 저항(117)으로 모사될 수 있다. 따라서 제어기(160)가 부하단(115)의 저항값(Req) 및 인덕턴스(Lr)를 연산함으로써, 피가열체(200)가 워킹 코일(110)의 상부에 놓인 경우, 출력 전력의 제어를 더욱 정밀하게 할 수 있게 된다.
이때 도 3의 회로는 도 4와 같은 등가 회로로 표현될 수 있다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 피가열체에 의해 형성되는 회로를 간략화하여 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 유도 가열 장치(100) 및 피가열체(200)에 의해 형성되는 회로는 공급 전압(135), 부하단(115) 및 공진 커패시터(120)가 직렬로 연결된 회로로 모사될 수 있다.
공급 전압(135)은 외부 전원(300), 정류 회로(170), 평활화 커패시터(180) 및 인버터 회로(130)에 의해 부하단(115)에 공급되는 전압과 동일한 전압을 나타낸다.
제어기(160)는 유도 가열 장치(100) 및 피가열체(200)에 의해 형성되는 회로가 도 4와 같다고 가정한 후, 부하단(115)의 저항값(Req) 및 인덕턴스(Lr)를 연산할 수 있다.
제어기(160)는 다음과 같은 방법으로 부하단(115)의 저항값(Req) 및 인덕턴스(Lr)를 연산할 수 있다.
우선, 제어기(160)는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)에 기초하여 공진 회로에 흐르는 전류인 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS(Root Mean Square) 값을 연산한다. 이때 제어기(160)는 하기 수학식 1을 이용하여, 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS 값을 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2022001130-appb-img-000001
여기서, IRMS(1)은 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS 값을, Vc _peak는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)의 피크값을, ωs는 인버터 회로(130)에 포함된 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)의 스위칭 주파수를, Cr은 공진 커패시터(120)의 커패시턴스를 나타낸다.
이때 Vc _peak는 제1 전압 센서(140)를 통해 측정된 전압값에서 피크값을 검출함으로써 연산될 수 있다. 그리고 ωs 및 Cr은 미리 설정된 값이다.
이와 같이 제어기(160)는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc), 공진 커패시터(120)의 커패시턴스(Cr) 및 인버터 회로(130)에 포함된 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)의 스위칭 주파수(ωs)에 기초하여 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS 값(IRMS(1))을 연산할 수 있다.
그 다음, 제어기(160)는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)과 공급 전압값(Vab)에 기초하여 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 위상을 연산한다.
보다 상세히, 제어기(160)는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)에 기초하여 공진 전류(Ir)의 위상을 연산한다. 이때 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)은 공진 전류(Ir)와 하기 수학식 2와 같은 관계를 가진다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2022001130-appb-img-000002
수학식 2에 따라 공진 전류(Ir)는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)의 미분값에 비례하는 값을 가지며, 이는 도 5와 같은 그래프로 표시될 수 있다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 공진 커패시터에 인가된 전압 및 공진 회로에 흐르는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 실선으로 된 그래프는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)을 나타내며, 점선으로 된 그래프는 공진 전류(Ir)의 그래프를 나타낸다.
이때 공진 전류(Ir)는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)의 미분값에 비례하며, 공진 전류(Ir)의 위상은 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)보다 항상 90˚ 빠른 것을 확인할 수 있다.
그 후 제어기(160)는 공진 전류(Ir)의 위상과 공급 전압값(Vab)에 기초하여 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상을 연산한다. 이때 공급 전압값(Vab), 공진 전류(Ir) 및 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir (1)) 간의 관계는 도 6과 같은 그래프로 표시될 수 있다.
도 6은 본 명세서의 일 실시에에 따른 유도 가열 장치의 공진 회로에 공급되는 전압, 공진 회로에 흐르는 전류 및 공진 회로에 흐르는 전류의 제1 고조파를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상단에는 공급 전압값(Vab)을 나타낸 그래프가, 중단에는 공진 전류(Ir)를 나타낸 그래프가, 하단에는 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
이때 제어기(160)는 공진 전류(Ir)가 0인 시점보다 공진 전류의 위상(θr)만큼 선행되는 시점을 공급 전압값(Vab)이 음의 값에서 양의 값으로 전환되는 시점(그래프 상 ωt=0인 시점)으로 설정하고, 해당 시점과 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))가 0인 시점과의 차이를 연산하여, 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)을 연산할 수 있다.
다시 도 4로 돌아와서, 제어기(160)는 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS 값(IRMS(1))과, 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)을 연산하고 나서, 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS 값(IRMS (1))과 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)에 기초하여 부하단(115)의 저항값(Req) 및 부하단(115)의 인덕턴스(Lr) 중 적어도 하나를 연산한다.
이때 제어기(160)는 하기 수학식 3을 이용하여, 부하단(115)의 저항값(Req)을 연산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2022001130-appb-img-000003
이때 공급 전압값(Vab)은 제2 전압 센서(150)에 의해 측정될 수 있다. 이와 같이 제어기(160)는 공급 전압값(Vab), 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS 값(IRMS(1)) 및 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)에 기초하여 부하단(115)의 저항값(Req)을 연산할 수 있다.
그리고 제어기(160)는 하기 수학식 4을 이용하여, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)를 연산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2022001130-appb-img-000004
이와 같이 제어기(160)는 공급 전압값(Vab), 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS 값(IRMS (1)), 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1), 공진 커패시터(120)의 커패시턴스(Cr) 및 인버터 회로(130)에 포함된 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)의 스위칭 주파수(ωs)에 기초하여 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)를 연산할 수 있다.
이와 같이 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)과 공급 전압값(Vab)에 기초하여 부하단(115)의 저항값(Req) 및 부하단(115)의 인덕턴스(Lr) 중 적어도 하나를 연산하므로, 고성능의 제어기를 이용하지 않더라도 부하단(115)의 임피던스를 정확하게 연산할 수 있다. 이에 따라 제어기(160)를 통해 유도 가열 장치(100)의 출력 전력을 보다 정밀하게 제어할 수 있으며, 워킹 코일(110)의 온도를 보다 정확하게 추정할 수 있게 된다.
도 7은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 우선 제어기(160)는 워킹 코일(110)이 동작 중인지 판단한다(S710).
워킹 코일(110)이 동작 중이지 않으면, 부하단(115)의 저항값(Req) 및 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)의 연산이 불필요하므로, 제어를 종료한다.
반대로, 워킹 코일(110)이 동작 중이면, 제어기(160)는 제1 전압 센서(140)를 통해 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)을 감지한다(S720).
그리고 제어기(160)는 제2 전압 센서(150)를 통해 공급 전압값(Vab)을 감지한다(S730). 이때 도면 상에는 S720 단계가 S730 단계보다 먼저 수행되는 실시예가 도시되어 있으나, 이와 달리 S730 단계가 S720 단계보다 먼저 수행되거나, S720 단계가 S730 단계와 동시에 수행되어도 무방하다.
그 다음, 제어기(160)는 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파의 RMS 값(IRMS (1))을 연산한다(S740). 이때 제어기(160)는 상기 수학식 1에 기초하여 제1 고조파의 RMS 값(IRMS(1))을 연산할 수 있다.
그리고 제어기(160)는 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)을 연산한다(S750). 이때 도면 상에는 S740 단계가 S750 단계보다 먼저 수행되는 실시예가 도시되어 있으나, 이와 달리 S750 단계가 S740 단계보다 먼저 수행되거나, S740 단계가 S750 단계와 동시에 수행되어도 무방하다.
그 다음, 제어기(160)는 부하단(115)의 저항값(Req)을 연산한다(S760). 이때 제어기(160)는 상기 수학식 3에 기초하여 부하단(115)의 저항값(Req)을 연산할 수 있다.
그리고 제어기(160)는 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)를 연산한다(S770). 이때 제어기(160)는 상기 수학식 4에 기초하여 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)를 연산할 수 있다. 이때 도면 상에는 S760 단계가 S770 단계보다 먼저 수행되는 실시예가 도시되어 있으나, 이와 달리 S770 단계가 S760 단계보다 먼저 수행되거나, S760 단계가 S770 단계와 동시에 수행되어도 무방하다. 또한 필요에 따라 S760 단계와 S770 단계 중 어느 하나의 단계가 생략되어도 무방하다.
상술한 바와 같은 유도 가열 장치(100) 및 유도 가열 장치(100)의 제어 방법을 통해 부하단(115)의 저항값(Req)과 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)를 연산한 결과는 도 8을 통해 확인할 수 있다.
도 8는 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치 및 유도 가열 장치의 제어 방법을 통해 연산한 부하단의 저항값 및 부하단의 인덕턴스와 오차를 나타낸 표이다.
도 8을 참조하면, 공진 커패시터(120)의 커패시턴스(Cr)가 600nF이고, 외부 전원(300)을 통해 220V의 교류 전압이 공급될 때, 인버터 회로(130)에 포함된 스위칭 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)의 스위칭 주파수(ωs)를 변경하면서 부하단(115)의 저항값(Req)과 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)를 연산한 결과가 도시된 표를 확인할 수 있다. 이때 부하단(115)의 실제 저항값(Req)은 5Ω이고, 실제 인덕턴스(Lr)는 105.5μH으로 설정하고 연산을 수행하였다.
우선 스위칭 주파수(ωs)를 22kHz로 한 경우, 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)의 피크값(Vc_Peak)은 602.6V로 감지되고, 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)은 26.29˚로 연산되어, 부하단(115)의 저항값(Req)은 5.02Ω으로, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)는 105.5μH로 연산된다. 즉, 부하단(115)의 저항값(Req)은 실제값과 0.39%의 오차를, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)는 실제값과 0.28%의 오차를 가진다.
그리고 스위칭 주파수(ωs)를 25kHz로 한 경우, 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)의 피크값(Vc_Peak)은 374.0V로 감지되고, 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)은 50.40˚로 연산되어, 부하단(115)의 저항값(Req)은 5.06Ω으로, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)는 106.5μH로 연산된다. 즉, 부하단(115)의 저항값(Req)은 실제값과 1.18%의 오차를, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)는 실제값과 0.93%의 오차를 가진다.
그리고 스위칭 주파수(ωs)를 30kHz로 한 경우, 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)의 피크값(Vc_Peak)은 199.2V로 감지되고, 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)은 66.74˚로 연산되어, 부하단(115)의 저항값(Req)은 4.91Ω으로, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)는 107.5μH로 연산된다. 즉, 부하단(115)의 저항값(Req)은 실제값과 1.83%의 오차를, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)는 실제값과 1.86%의 오차를 가진다.
그리고 스위칭 주파수(ωs)를 40kHz로 한 경우, 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)의 피크값(Vc_Peak)은 86.8V로 감지되고, 공진 전류(Ir) 중 제1 고조파(Ir(1))의 위상(θ1)은 76.75˚로 연산되어, 부하단(115)의 저항값(Req)은 4.90Ω으로, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)는 109.2μH로 연산된다. 즉, 부하단(115)의 저항값(Req)은 실제값과 2.04%의 오차를, 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)는 실제값과 3.50%의 오차를 가진다.
이와 같이 스위칭 주파수(ωs)가 변하더라도 5% 미만의 적은 오차로 부하단(115)의 저항값(Req)과 부하단(115)의 인덕턴스(Lr)를 연산할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 명세서의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치(100) 및 유도 가열 장치(100)의 제어 방법은 공진 커패시터(120)의 전압값(Vc)과 공급 전압값(Vab)에 기초하여 부하단(115)의 저항값(Req) 및 부하단(115)의 인덕턴스(Lr) 중 적어도 하나를 연산하므로, 고성능의 제어기를 이용하지 않더라도 부하단(115)의 임피던스를 정확하게 연산할 수 있다. 이에 따라 제어기(160)를 통해 유도 가열 장치(100)의 출력 전력을 보다 정밀하게 제어할 수 있으며, 워킹 코일(110)의 온도를 보다 정확하게 추정할 수 있게 된다.
이상과 같이 도면을 참조로 하여 본 명세서의 실시예들을 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 명세서가 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 명세서의 실시예를 설명하면서 본 명세서의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (12)

  1. 피가열체가 놓이는 가열 영역과 대응되는 위치에 배치되며, 상기 피가열체와 함께 부하단을 형성하는 워킹 코일;
    상기 워킹 코일과 함께 공진 회로를 형성하는 공진 커패시터;
    다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로;
    상기 공진 커패시터에 인가된 전압값을 측정하는 제1 전압 센서;
    상기 인버터 회로를 통해 상기 공진 회로에 공급되는 공급 전압값을 측정하는 제2 전압 센서; 및
    상기 워킹 코일이 동작 중일 때, 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 제어기를 포함하는
    유도 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS(Root Mean Square) 값을 연산하고,
    상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하고,
    상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값과 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는
    유도 가열 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 공진 커패시터의 전압값, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 및 상기 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값을 연산하는
    유도 가열 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류의 위상을 연산하고,
    상기 공진 회로에 흐르는 전류의 위상과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하는
    유도 가열 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 공급 전압값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값 및 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값을 연산하는
    유도 가열 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 공급 전압값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 및 상기 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 부하단의 인덕턴스를 연산하는
    유도 가열 장치.
  7. 피가열체가 놓이는 가열 영역과 대응되는 위치에 배치되며, 상기 피가열체와 함께 부하단을 형성하는 워킹 코일, 상기 워킹 코일과 함께 공진 회로를 형성하는 공진 커패시터, 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 워킹 코일에 전류를 공급하는 인버터 회로, 상기 공진 커패시터에 인가된 전압값을 측정하는 제1 전압 센서, 상기 인버터 회로를 통해 상기 공진 회로에 공급되는 공급 전압값을 측정하는 제2 전압 센서 및 제어기를 포함하는 유도 가열 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 제어기가 상기 워킹 코일이 동작 중인지 판단하는 단계;
    상기 제1 전압 센서에 의해 상기 공진 커패시터의 전압값이 측정되는 단계;
    상기 제2 전압 센서에 의해 상기 공급 전압값이 측정되는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계는
    상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS(Root Mean Square) 값을 연산하는 단계;
    상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값과 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값을 연산하는 단계는
    상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 및 상기 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값을 연산하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하는 단계는
    상기 제어기가 상기 공진 커패시터의 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류의 위상을 연산하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 공진 회로에 흐르는 전류의 위상과 상기 공급 전압값에 기초하여 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상을 연산하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값과 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계는
    상기 제어기가 상기 공급 전압값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값 및 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값을 연산하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값과 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상에 기초하여 상기 부하단의 저항값 및 상기 부하단의 인덕턴스 중 적어도 하나를 연산하는 단계는
    상기 제어기가 상기 공급 전압값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 RMS 값, 상기 공진 회로에 흐르는 전류 중 제1 고조파의 위상, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 및 상기 인버터 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 기초하여 상기 부하단의 인덕턴스를 연산하는 단계를 포함하는
    유도 가열 장치의 제어 방법.
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