WO2024039011A1 - 유도가열장치 - Google Patents

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WO2024039011A1
WO2024039011A1 PCT/KR2023/007269 KR2023007269W WO2024039011A1 WO 2024039011 A1 WO2024039011 A1 WO 2024039011A1 KR 2023007269 W KR2023007269 W KR 2023007269W WO 2024039011 A1 WO2024039011 A1 WO 2024039011A1
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WO
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node
terminal
switching element
current
diode
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PCT/KR2023/007269
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English (en)
French (fr)
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강홍주
배은대
함명진
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
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    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • 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
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • 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
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices

Definitions

  • the disclosed invention relates to an induction heating device with an improved circuit configuration.
  • an induction heating device is a cooking device that heats and cooks food using the principle of induction heating.
  • the induction heating device includes a cooking plate on which a cooking vessel is placed, and a heating coil that generates a magnetic field when an electric current is applied.
  • this induction heating device uses the cooking vessel itself as a heat source, it has a higher heat transfer rate than a gas range or kerosene stove that burns fossil fuel and heats the cooking vessel through the combustion heat, does not generate harmful gases, and does not cause fire.
  • the advantage is that there is no risk.
  • One aspect of the disclosed invention provides an induction heating device with improved performance.
  • An induction heating device includes first, second and third nodes; A power supply unit having a first terminal and a second terminal; an inductor connected between the first terminal and the first node; a first switching element connected between the first node and the second node; a first anti-parallel diode connected to the first switching element; a second switching element connected between the first node and the ground node; a second anti-parallel diode connected to the second switching element; a first diode whose cathode is connected to the second node and whose anode is connected to the second terminal; a second diode whose cathode is connected to the second terminal and whose anode is connected to the ground node; a first capacitor connected to the second node and the third node; a second capacitor connected to the third node and the ground node; a third capacitor connected to the second node and the ground node; and a heating coil connected between the first node and the third node.
  • the induction heating device may further include a current sensor connected between the first node and the third node.
  • the induction heating device may further include a resistor connected between the first node and the third node.
  • the power unit may include an alternating current power source and a filter that removes noise components included in the alternating current power source.
  • the induction heating device may further include a control unit that controls the first switching element and the second switching element.
  • control unit may include a first operation of turning off the first switching element and turning on the second switching element; a second operation of turning off the first switching element and the second switching element; and a third operation of turning on the first switching element and turning off the second switching element.
  • control unit may repeatedly perform the order of the second operation, the first operation, the third operation, and the second operation.
  • each of the period of the first operation and the period of the third operation may be longer than the period of the second operation.
  • control unit maintains the first switching element and the second switching element in an off state for a predetermined time based on the start of the heating operation, and keeps the first switching element and the second switching element in an off state.
  • a positive voltage is applied to the first terminal while being maintained, an input current flows from the first terminal to the second terminal through the inductor, the first anti-parallel diode, the third capacitor, and the second diode. You can.
  • control unit maintains the first switching element and the second switching element in an off state for a predetermined time based on the start of the heating operation, and keeps the first switching element and the second switching element in an off state.
  • a negative voltage is applied to the first terminal while being maintained, an input current flows from the second terminal to the first terminal through the first diode, the third capacitor, the second anti-parallel diode, and the inductor. You can.
  • an input current flows from the first terminal to the second terminal through the inductor, the second switching element, and the second diode. flows, and a resonance current may flow from the third node to the ground node through the heating coil and the second switching element.
  • the input current flows from the first terminal to the inductor, the first anti-parallel diode, the third capacitor, and the second diode. flows to the second terminal, and a resonance current may flow from the third node to the second node through the heating coil and the first anti-parallel diode.
  • the input current flows from the first terminal through the inductor, the heating coil, the second capacitor, and the second diode. 2 terminals, and a resonance current may flow from the second node to the third node through the first switching element and the heating coil.
  • the resonance current flows from the second node through the first switching element and the heating coil. It can flow to a third node.
  • the input current flows from the first terminal to the inductor, the heating coil, the first capacitor, the third capacitor, and the second It may flow to the second terminal through a diode, and a resonance current may flow from the ground node to the third node through the second switching element and the heating coil.
  • the input current flows from the second terminal to the first diode, the first capacitor, the heating coil, and the inductor. 1 terminal, and the resonance current may flow from the third node to the ground node through the heating coil and the second switching element.
  • the resonance current flows from the third node through the heating coil and the second switching element. It can flow to the ground node.
  • the input current flows from the second terminal to the first diode, the first capacitor, the heating coil, and the inductor. 1 terminal, and the resonance current may flow from the third node to the second node through the heating coil and the switching element.
  • an input current flows from the second terminal to the first terminal through the first diode, the first switching element, and the inductor. flows, and a resonance current may flow from the second node to the third node through the first switching element and the heating coil.
  • the input current flows from the second terminal to the first diode, the third capacitor, the second anti-parallel diode, and the inductor. flows to the first terminal, and a resonance current may flow from the ground node to the third node through the second anti-parallel diode and the heating coil.
  • noise generated during the operation of the induction heating device can be suppressed.
  • heating performance for small-sized cooking vessels or cooking vessels made of materials with low magnetic permeability can be improved.
  • Figure 1 shows the appearance of an induction heating device according to an embodiment.
  • FIG 2 and 3 are diagrams showing the heating principle of an induction heating device according to an embodiment.
  • Figure 4 is a block diagram showing the configuration of an induction heating device according to an embodiment.
  • Figure 5 shows an example of a coil driving circuit according to an embodiment.
  • Figure 6 is a diagram showing the change in current according to the operation of the first switching element and the second switching element over time when a positive voltage is applied to the first terminal.
  • Figure 7 is a diagram showing the change in current according to the operation of the first switching element and the second switching element over time when a negative voltage is applied to the first terminal.
  • Figure 8 is a diagram schematically showing the flow of current when a positive voltage is applied to the first terminal while the first and second switching elements are turned off.
  • Figure 9 is a diagram schematically showing the flow of current when a negative voltage is applied to the first terminal while the first and second switching elements are turned off.
  • FIG. 10 schematically shows the flow of current in the first mode of FIG. 6.
  • FIG. 11 schematically shows the flow of current in the second mode of FIG. 6.
  • FIG. 12 schematically shows the flow of current in the third mode of FIG. 6.
  • FIG. 13 schematically shows the flow of current in the fourth mode of FIG. 6.
  • FIG. 14 schematically shows the flow of current in the fifth mode of FIG. 6.
  • FIG. 15 schematically shows the flow of current in the sixth mode of FIG. 7.
  • FIG. 16 schematically shows the flow of current in the seventh mode of FIG. 7.
  • FIG. 17 schematically shows the flow of current in the eighth mode of FIG. 7.
  • FIG. 18 schematically shows the flow of current in the ninth mode of FIG. 7.
  • FIG. 19 schematically shows the flow of current in the tenth mode of FIG. 7.
  • ⁇ unit may refer to a unit that processes at least one function or operation.
  • the terms may mean at least one piece of hardware such as a field-programmable gate array (FPGA)/application specific integrated circuit (ASIC), at least one piece of software stored in memory, or at least one process processed by a processor. .
  • FPGA field-programmable gate array
  • ASIC application specific integrated circuit
  • Figure 1 shows the appearance of an induction heating device according to an embodiment
  • Figures 2 and 3 are diagrams showing the heating principle of the induction heating device according to an embodiment.
  • Figure 1 is a view looking down from above on the induction heating device 1 according to one embodiment.
  • the induction heating device 1 includes a plate 110 provided on the upper portion, cooking zones 111, 112, and 113 formed on the plate 110, and a device that functions as an input/output device. It may include user interfaces 120 and 130.
  • the plate 110 may be made of ceramic.
  • the cooking zones 111, 112, and 113 indicate the location where the cooking vessel is placed, and are represented in a circular shape as shown in Figure 111 or as shown in Figure 112 and 113 to guide the proper placement of the cooking vessel. It can be expressed as a straight line boundary.
  • the above-mentioned shapes are only examples of shapes to represent the cooking zones 111, 112, and 113, and even if they are not circular or straight, the induction heating device 1 can be implemented as long as it can guide the user to the location of the cooking zone. It can be applied to examples.
  • a display 120 and an input device 130 may be provided in one area of the plate 110.
  • the display 120 may include a display device such as an LCD or LED, and the input device 130 may include at least one of various input devices such as a touch pad, button, or jog shuttle. Alternatively, it is possible for the display 120 and the input device 130 to implement a touch screen.
  • the display 120 and the input device 130 are provided at locations spaced apart from the cooking zones 111, 112, and 113 on the plate 110 is given as an example.
  • the arrangement in FIG. 1 is only an example applicable to the induction heating device 1, and the display 120 or input device 130 is located at a location other than the plate 110, such as the front of the heating cooking device 100. It is also possible to prepare.
  • a heating coil 240 used to heat the container 10 placed on the plate 110 may be disposed at the bottom of the plate 110. Although only one heating coil 240 is shown in FIGS. 2 and 3 for convenience of explanation, the heating coil 240 may be provided corresponding to the number of cooking zones.
  • each heating coil 240 may be connected to each cooking zone 111, 112, 113) It can be placed at the bottom.
  • the heating coil 240 may be connected to a coil driving circuit (2, see FIG. 5), which will be described later, and a high-frequency current may be applied from the coil driving circuit (2).
  • a high-frequency current may be 20 kHz to 35 kHz.
  • magnetic force lines ML When a high-frequency current is supplied to the heating coil 240, magnetic force lines ML may be formed in the heating coil 240.
  • the magnetic force lines ML around the heating coil 240 pass through the bottom of the container 10 and generate an induced current in the form of a vortex according to the law of electromagnetic induction. , that is, generates eddy current (EC).
  • EC eddy current
  • Heat may be generated in the container 10 due to the interaction between the eddy current (EC) and the electrical resistance of the container 10, and the food inside the container 10 may be heated by the generated heat.
  • EC eddy current
  • the material of the container 10 may be metal such as iron, stainless steel, or nickel having a resistance of a certain level or higher.
  • Figure 4 is a block diagram showing the configuration of an induction heating device according to an embodiment.
  • the induction heating device 1 may include a coil driving circuit 2 for supplying a driving current to the heating coil 240 described above.
  • the coil driving circuit 2 converts the power supplied from the power supply unit 20 and the power supply unit 20 into alternating current to supply power for heating the container 10 to the heating coil 240. It may include the circuit configuration provided.
  • the coil driving circuit 2 may include a first switching element (SW1) and a second switching element (SW2) for supplying power supplied from the power supply unit 20 to the heating coil 240. .
  • the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) operate complementary to each other, thereby allowing alternating current to flow in the heating coil 240.
  • the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) can be turned on/off by a switch driving signal.
  • the switch driving signal may be provided by the control unit 150, and the control unit 150 turns the heating coil 240 by alternately turning on/off the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2). ) can supply high-frequency alternating current.
  • the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) can be implemented as a three-terminal semiconductor element switch with a fast response speed in order to turn on/off at high speed.
  • the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) are a bipolar junction transistor (BJT), a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET), It may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a thyristor.
  • the coil driving circuit 2 may include a current sensor 230 that detects the current supplied to the heating coil 240.
  • a current sensor 230 may be installed in the current path between the connection point of the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) and the heating coil 240.
  • the current sensor 230 can detect the magnitude of the current flowing in the heating coil 240 or the magnitude of the driving current supplied to the heating coil 240.
  • the current sensor 230 may include a current transformer that proportionally reduces the magnitude of the driving current supplied to the heating coil 240 and an ampere meter that detects the magnitude of the proportionally reduced current.
  • Information about the magnitude of the current detected by the current sensor 230 may be provided to the control unit 150.
  • the control unit 150 may adjust the magnitude of the high-frequency current applied to the heating coil 240 based on information about the magnitude of the detected current.
  • control unit 150 may determine whether the container 10 is located on the heating coil 240 based on information about the magnitude of the detected current. For example, when the magnitude of the detected current is lower than the reference value, it may be determined that the container 10 is located on the heating coil 240. Conversely, if the magnitude of the detected current is greater than or equal to the reference value, the control unit 150 may determine that the container 10 is not located on the heating coil 240.
  • control unit 150 determines that the container 10 is not located on the heating coil 240 while applying a high-frequency current to the heating coil 240, the control unit 150 blocks the high-frequency current applied to the heating coil 240.
  • the stability of the induction heating device (1) can be improved.
  • control unit 150 can determine whether the container 10 is located on the heating coil 240 before performing the operation of applying a high-frequency current to the heating coil 240, that is, before entering the heating mode. And, if the container 10 is not located on the heating coil 240, the high-frequency current may not be applied to the heating coil 240. That is, a high-frequency current can be applied to the heating coil 240 only when the container 10 is located on the heating coil 240.
  • the induction heating device 1 may include a control unit 150 that controls the operation of the induction heating device 1.
  • the control unit 150 may include at least one memory 152 storing a program for performing operations described later and at least one processor 151 executing the stored program.
  • At least one processor 151 may include a microprocessor.
  • a microprocessor is a processing device equipped with an arithmetic logic operator, registers, program counter, instruction decoder, control circuit, etc. on at least one silicon chip.
  • the microprocessor may include a graphics processor (Graphic Processing Unit, GPU) for graphic processing of images or videos.
  • a microprocessor can be implemented in the form of a SoC (System On Chip) that includes a core and GPU.
  • Microprocessors may include single core, dual core, triple core, quad core, and multiple cores.
  • At least one processor 151 may include an input/output processor that mediates data input and output between various components included in the induction heating device 1 and the control unit 150.
  • At least one memory 152 may include non-volatile memory such as read-only memory (ROM), high-speed random access memory (RAM), magnetic disk storage, flash memory, or other types of non-volatile semiconductor memory devices.
  • non-volatile memory such as read-only memory (ROM), high-speed random access memory (RAM), magnetic disk storage, flash memory, or other types of non-volatile semiconductor memory devices.
  • At least one memory 152 is a semiconductor memory device, such as a Secure Digital (SD) memory card, a Secure Digital High Capacity (SDHC) memory card, a mini SD memory card, a mini SDHC memory card, or a Trans Flach (TF) memory. It may include one of a card, micro SD memory card, micro SDHC memory card, memory stick, CF (Compact Flach), MMC (Multi-Media Card), MMC micro, or XD (eXtreme Digital) card.
  • SD Secure Digital
  • SDHC Secure Digital High Capacity
  • TF Trans Flach
  • At least one memory 152 may include a network attached storage device accessed through a network.
  • the control unit 150 may control the induction heating device 1 based on the user input received through the input device 130.
  • the input device 130 may receive user input regarding power on/off, selection of the cooking zones 111, 112, and 113, selection of heating intensity of the selected cooking zone, timer setting, etc.
  • control unit 150 may select the heating coil 240 to supply high-frequency power according to the selection of the cooking zone received by the input device 130, and select the heating intensity received by the input device 130. Accordingly, the strength of the magnetic field generated by the heating coil 240 can be adjusted. However, of course, if the induction heating device 1 includes only one cooking zone, the heating intensity can be selected directly without selecting the cooking zone.
  • the control unit 150 determines the on/off frequencies of the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) based on the selected heating intensity. You can.
  • the control unit 150 alternately turns on/off the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) according to the determined on/off frequency, thereby sending a high-frequency current of a frequency corresponding to the selected heating intensity to the heating coil (240). ) can be approved.
  • control unit 150 can control the power supply unit 20 so that power from the power supply unit 20 is supplied to the coil driving circuit 2.
  • the display 120 may display information about the current state of the induction heating device 1, may display information to guide selection of a cooking zone or heating intensity, and may display information to guide timer settings. can also be displayed. Additionally, a notification indicating the presence or absence of the container 10 may be displayed.
  • Figure 5 shows an example of a coil driving circuit according to an embodiment.
  • the coil driving circuit 2 includes a power supply unit 20, an inverter circuit consisting of a first switching element (SW1) and a second switching element (SW2), and at least one inductor ( L1), at least one diode (D1, D2, RD1, RD2), at least one capacitor (C1, C2, C3), and at least one node ( It may include N1, N2, N3).
  • the power supply unit 20 may include a power source 201 that supplies or blocks AC power to the circuit configuration, and a filter 210 that removes noise components included in the power supplied from the power source 201.
  • the control unit 150 may turn on or off the power source 201 based on the user input received through the input device 130.
  • control unit 150 may turn off the power source 201 based on satisfaction of a preset condition, regardless of user input.
  • control unit 150 turns on the power source 201 based on receiving a heating start command and then turns on the power source based on the container 10 on the heating coil 240 not being detected for a preset time. 201) can be turned off.
  • the filter 210 is composed of a transformer and a capacitor and can remove noise mixed into the power supplied from the power source 201.
  • the power supply unit 20 may be defined as a configuration that does not include a rectifier for converting alternating current voltage to direct current voltage.
  • the power supply unit 20 may have a first terminal (T1) and a second terminal (T2).
  • a potential difference may be formed between the first terminal T1 and the second terminal T2. That is, AC power can be applied to the first terminal (T1) and the second terminal (T2).
  • the first terminal (T1) and the second terminal (T2) may be directly connected to the power source 201 or to the filter 210.
  • the potential difference (V1) formed between the first terminal (T1) and the second terminal (T2) can be defined as an input voltage, and the input voltage (V1) having a positive value means that the first terminal (T1) ) means that the potential of the second terminal (T2) is higher than the potential of the second terminal (T2), and the input voltage (V1) has a negative value, meaning that the potential of the second terminal (T2) is higher than the potential of the first terminal (T1). It can mean something higher.
  • applying a positive voltage to the first terminal (T1) means that the potential of the first terminal (T1) is higher than the potential of the second terminal (T2)
  • the negative voltage of the first terminal (T1) means that the potential of the first terminal (T1) is higher than the potential of the second terminal (T2).
  • Applied may mean that the potential of the second terminal (T2) is higher than the potential of the first terminal (T1).
  • the coil driving circuit 2 may include a first node (N1), a second node (N2), and a third node (N3).
  • the first node (N1) may mean a contact point between the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2).
  • the first node N1 may mean a node between the source terminal (or emitter terminal) of the first switching element SW1 and the drain terminal (or collector terminal) of the second switching element SW2. there is.
  • the inductor L1 may be connected between the first terminal T1 and the first node N1.
  • the second node N2 may refer to a node of the drain terminal (or collector terminal) of the first switching element SW1.
  • the second node N2 may refer to a node on the cathode side of the first diode D1.
  • the first switching element SW1 may be connected between the first node N1 and the second node N2.
  • the first anti-parallel diode RD1 may be connected in parallel with the first switching element SW1.
  • the cathode of the first anti-parallel diode RD1 may be connected to the second node N2, and the anode of the first anti-parallel diode RD1 may be connected to the first node N1.
  • the second switching element (SW2) may be connected between the first node (N1) and the ground node (GND).
  • Ground node may refer to a node on the grounded side.
  • the second anti-parallel diode RD2 may be connected in parallel with the second switching element SW2.
  • the cathode of the second anti-parallel diode RD2 may be connected to the first node N1, and the anode of the second anti-parallel diode RD2 may be connected to the ground node GND.
  • the anode of the first diode D1 may be connected to the cathode of the second diode D2, and the anode of the first diode D1 and the cathode of the second diode D2 may be connected to the second terminal T2. .
  • the first diode D1 may be connected to the second node N2 and the second terminal T2.
  • the cathode of the first diode D1 may be connected to the second node N2, and the anode of the first diode D1 may be connected to the second terminal T2.
  • the second diode D2 may be connected to the second terminal T2 and the ground node GND.
  • the cathode of the second diode D2 may be connected to the second terminal T2, and the anode of the second diode D2 may be connected to the ground node GND.
  • the third node N3 may refer to a node between the first capacitor C1 and the second capacitor C2.
  • the heating coil 240 may be provided between the first node (N1) and the third node (N3).
  • the first capacitor C1 may be connected to the second node N2 and the third node N3.
  • the second capacitor C2 may be connected to the third node N3 and the ground node (GND).
  • the third capacitor C3 may be connected to the second node N2 and the ground node (GND).
  • the first capacitor C1 and the second capacitor C2 may form a parallel relationship with the third capacitor C3.
  • the circuit configuration included in the conventional induction heating device provides DC voltage converted through a rectifier to the heating coil through an inverter circuit.
  • the coil driving circuit 2 has a structure similar to a totem pole topology. Additionally, the coil driving circuit 2 may include a third capacitor C3 connected in parallel with the first capacitor C1 and the second capacitor C2.
  • output can be increased when using a container with low magnetic permeability. Additionally, according to the present disclosure, noise generated when high-frequency current is applied to the heating coil 240 can be reduced.
  • a current sensor 230 may be provided between the first node N1 and the third node N3 to measure the current applied to the heating coil 240.
  • a resistor R1 may be provided between the first node N1 and the third node N3.
  • Resistor R1 may have an appropriate resistance value depending on the capacitance of the capacitors C1, C2, and C3.
  • Figure 6 is a diagram showing the change in current according to the operation of the first switching element and the second switching element over time when a positive voltage is applied to the first terminal.
  • Figure 7 is a diagram showing the change in current according to the operation of the first switching element and the second switching element over time when a negative voltage is applied to the first terminal.
  • control unit 150 may operate the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) in a complementary manner.
  • control unit 150 may turn off both the first switching device (SW1) and the second switching device (SW2).
  • control unit 150 may perform a first operation of turning off the first switching element (SW1) and turning on the second switching element (SW2) for a preset time, and turning the first switching element (SW1) on for a preset time. 1
  • a second operation may be performed to turn off both the switching element (SW1) and the second switching element (SW2), and the first switching element (SW1) is turned on for a preset time and the second switching element (SW2) is turned on.
  • a third operation of turning off can be performed.
  • the control unit 150 may perform the first operation by outputting a switching signal that turns on the first switching device (SW1) and outputting a switch signal that turns off the second switching device (SW2).
  • control unit 150 may perform the second operation by outputting a switching signal that turns off the first switching device (SW1) and outputting a switch signal that turns off the second switching device (SW2).
  • control unit 150 may perform the second operation by outputting a switching signal that turns off the first switching device (SW1) and outputting a switch signal that turns on the second switching device (SW2).
  • control unit 150 may repeatedly perform the first operation, the second operation, the third operation, and the second operation.
  • the performance period of the first operation may be the same as the performance period of the third operation.
  • the performance period of the first operation and/or the performance period of the third operation may be longer than the performance period of the second operation.
  • the current flow of the coil driving circuit 2 is classified into a plurality of modes according to the switching operation of the switching elements SW1 and SW2. It can be.
  • the input current may refer to the current flowing from the first terminal (T1) to the second terminal (T2).
  • the sign of the input current may indicate the direction of the current.
  • the input current may have a direction (hereinafter referred to as 'forward direction') flowing from the first terminal T1 to the second terminal T2. Conversely, if the input current has a negative value, the input current may have a direction (hereinafter referred to as 'reverse direction') flowing from the second terminal T2 to the first terminal T1.
  • the resonance current may refer to the current flowing from the first node (N1) to the third node (N3).
  • the sign of the resonance current may indicate the direction of the current.
  • the resonance current may have a direction (hereinafter referred to as 'forward direction') flowing from the first node N1 to the third node N3. Conversely, if the resonance current has a negative value, the resonance current may have a direction (hereinafter referred to as 'reverse direction') flowing from the third node N3 to the first node N1.
  • the first current refers to the current flowing through the first switching element (SW1) or the first anti-parallel diode (RD1), and may refer to the current flowing from the second node (N2) to the first node (N1).
  • the sign of the first current may indicate the direction of the current.
  • the current may have a direction (hereinafter referred to as 'forward direction') flowing from the second node N2 to the first node N1 through the first switching element SW1. Conversely, if the first current has a negative value, the current may have a direction (hereinafter referred to as 'reverse direction') flowing from the first node N1 to the second node N2 through the first anti-parallel diode RD1. .
  • the second current refers to the current flowing through the second switching element (SW2) or the second anti-parallel diode (RD2), and may refer to the current flowing from the first node (N1) to the ground node (GND).
  • the sign of the second current may indicate the direction of the current.
  • the current may have a direction (hereinafter referred to as 'forward direction') flowing from the first node N1 to the ground node GND through the second switching element SW2. Conversely, if the second current has a negative value, the current may have a direction (hereinafter referred to as 'reverse direction') flowing from the ground node (GND) to the first node (N1) through the second anti-parallel diode (RD2).
  • 'forward direction' flowing from the first node N1 to the ground node GND through the second switching element SW2.
  • 'reverse direction' flowing from the ground node (GND) to the first node (N1) through the second anti-parallel diode (RD2).
  • five modes of current flow can be defined as first to fifth modes.
  • the control unit 150 When the control unit 150 performs the second operation after completing the first operation, the flow of the second current is stopped, the forward input current gradually decreases, the reverse resonance current gradually decreases, and the first reverse direction input current gradually decreases. You can see that the current gradually decreases.
  • the second mode may be maintained for a portion of the period during which the control unit 150 performs the third operation after completing the second operation.
  • the control unit 150 When the control unit 150 performs the third operation for a predetermined period of time after completing the second operation, the direction of the resonance current and the direction of the first current may be switched.
  • the forward input current may gradually decrease, the forward resonance current may gradually increase, and the first forward current may gradually increase.
  • the flow of input current may be stopped.
  • the input current may not flow, the forward resonance current may gradually increase, and the first forward current may gradually increase.
  • control unit 150 performs the second operation after completing the third operation, the flow of the first current may stop and the second current in the reverse direction may flow.
  • the forward input current may gradually increase, the forward resonance current may gradually decrease, and the second reverse current may gradually decrease.
  • the current flow of the coil driving circuit 2 is classified into a plurality of modes according to the switching operation of the switching elements SW1 and SW2. It can be.
  • the reverse input current may gradually decrease, the direction of the resonance current may change from the forward direction to the reverse direction, and the direction of the second current may change from the reverse direction to the forward direction.
  • the flow of input current may be stopped.
  • the input current may not flow, the resonance current in the reverse direction may gradually increase, and the second current in the forward direction may gradually increase.
  • the control unit 150 When the control unit 150 performs a second operation after completing the first operation, the input current begins to flow, the flow of the second current stops, and the first current in the reverse direction may flow.
  • the reverse input current may gradually increase, the reverse resonance current may gradually decrease, and the first reverse current may gradually decrease.
  • the control unit 150 When the control unit 150 starts the third operation after completing the second operation, the direction of the resonance current and the direction of the first current may be switched.
  • the input current in the reverse direction may gradually increase
  • the resonance current in the forward direction may gradually increase
  • the first current in the forward direction may gradually increase.
  • control unit 150 performs the second operation after completing the third operation, the flow of the first current may stop and the second current in the reverse direction may flow.
  • the reverse input current may gradually decrease, the forward resonance current may gradually decrease, and the second reverse current may gradually decrease.
  • the resonance current is smoothed by the third capacitor C3.
  • Figure 8 is a diagram schematically showing the flow of current when a positive voltage is applied to the first terminal while the first and second switching elements are turned off.
  • the control unit 150 may control the power supply unit 20 to supply power to the coil driving circuit 2 based on the start of the heating operation.
  • control unit 150 may start a heating operation based on receiving a user input for starting heating.
  • control unit 150 may not perform a switching operation for a predetermined period of time after the heating operation begins. That is, the control unit 150 may maintain the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) in an off state for a predetermined time after the heating operation starts.
  • the input current flows to the first terminal (T1).
  • the third capacitor C3 may be charged.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the flow of current when a negative voltage is applied to the first terminal T1 while the first and second switching elements are turned off.
  • the third capacitor C3 may be charged.
  • the third capacitor C3 when power is supplied from the power supply unit 20 after the heating operation starts but before the switching operation begins, the third capacitor C3 can be charged.
  • control unit 150 may perform the first operation, the second operation, and the third operation based on the start of the heating operation.
  • the control unit 150 maintains the first switching element (SW1) and the second switching element (SW2) in the off state for a predetermined time after the heating operation starts, and then performs a switching operation when the predetermined time has elapsed. can be initiated.
  • FIG. 10 schematically shows the flow of current in the first mode of FIG. 6.
  • the input current flows from the first terminal (T1) to the inductor (L1), the second switching element (SW2), and It flows to the second terminal (T2) through the second diode (D2), and the resonance current may flow from the third node (N3) to the ground node (GND) through the heating coil and the second switching element (SW2).
  • the charging of the third capacitor C3 is completed before the switching operation is initiated, and the voltage charged in the third capacitor C3 is greater than the voltage of the first node N1. This is satisfied. Since the voltage charged in the third capacitor C3 is greater than the voltage of the first node N1, the first anti-parallel diode RD1 is not conducted and the current path flows to the second switching element SW2. (path) is formed. Accordingly, the input current flows from the first terminal (T1) to the second terminal (T2) through the inductor (L1), the second switching element (SW2), and the second diode (D2).
  • the resonance current charged in the first capacitor C1 and the heating coil flows through the second switching element SW2 until it is discharged according to the current inertia of the inductor L1.
  • the resonance current may flow from the third node N3 to the ground node GND through the heating coil and the second switching element SW2.
  • the second switching element (SW2) needs to have a current capacity sufficient to allow both the input current and the resonance current to flow at once. .
  • the control unit 150 may perform the second operation after performing the first operation for a preset time. At this time, the performance period of the first operation may be longer than the performance period of the second operation.
  • FIG. 11 schematically shows the flow of current in the second mode of FIG. 6.
  • the input current flows from the first terminal (T1) to the inductor (L1) and the first anti-parallel diode (RD1). , flows to the second terminal (T2) through the third capacitor (C3) and the second diode (D2), and the resonance current flows from the third node (N3) through the heating coil and the first anti-parallel diode (RD1). 2 It can flow to node (N2).
  • the second mode may be maintained during a section in which the control unit 150 performs the second operation after completing the first operation and a portion in which the control unit 150 performs the third operation after completing the second operation.
  • the second mode can be classified in detail into a section in which the second operation is performed and a partial section in which the third operation is performed after completing the second operation.
  • the control unit 150 When the control unit 150 performs the second operation after performing the first operation, the second switching element SW2 from the on state is changed to the off state.
  • the first anti-parallel diode (RD1) since both the input current and the resonance current flow through the first anti-parallel diode (RD1), the first anti-parallel diode (RD1) has a current capacity sufficient to allow both the input current and the resonance current to flow at once. need to have
  • the first switching element (SW1) and the first anti-parallel diode (RD1) need to be implemented as components having the same current capacity.
  • the input current flows from the first terminal (T1) to the second terminal ( It can flow to T2).
  • a boost PFC circuit Power factor Correction Circuit
  • the resonance current may flow from the third node N3 to the second node N2 through the heating coil and the first anti-parallel diode RD1.
  • the value of the current flowing in the third capacitor C3 corresponds to the sum of half the value of the resonance current and the value of the input current.
  • ZVS zero voltage switching
  • FIG. 12 schematically shows the flow of current in the third mode of FIG. 6.
  • the input current flows from the first terminal (T1) to the inductor (L1), the heating coil, and the second capacitor (C2). ) and flows to the second terminal (T2) through the second diode (D2), and the resonance current can flow from the second node (N2) to the third node (N3) through the first switching element (SW1) and the heating coil.
  • the magnitude of the resonance current becomes 0 and the direction of the resonance current may be changed.
  • the first capacitor C1 begins to discharge and the direction of the resonance current changes from the reverse direction to the forward direction.
  • the resonance current flows from the second node (N2) to the third node (N3) through the first switching element (SW1) and the heating coil.
  • the first anti-parallel diode RD1 does not conduct.
  • the input current flows to the heating coil along with the resonance current.
  • the second anti-parallel diode RD2 is not conducted.
  • the voltage of the second terminal T2 is lower than the voltage of the ground node GND, the second diode D2 is conducted.
  • the input current may flow from the first terminal T1 to the second terminal T2 through the inductor L1, the heating coil, the second capacitor C2, and the second diode D2.
  • FIG. 13 schematically shows the flow of current in the fourth mode of FIG. 6.
  • the resonance current may flow from the second node (N2) to the third node (N3) through the first switching element (SW1) and the heating coil.
  • the magnitude of the current flowing in the third capacitor C3 is the same as the magnitude of the current flowing in the first capacitor C1.
  • FIG. 14 schematically shows the flow of current in the fifth mode of FIG. 6.
  • the input current flows from the first terminal (T1) to the inductor (L1), the heating coil, and the first capacitor (C1). ), flows to the second terminal (T2) through the third capacitor (C3) and the second diode (D2), and the resonance current flows from the ground node (GND) to the third node through the second switching element (SW2) and the heating coil. It can flow to (N3).
  • the magnitude of the voltage of the first node N1 becomes less than 0, and the input current begins to flow again.
  • the first anti-parallel diode RD1 since the voltage charged in the third capacitor C3 is greater than the voltage of the first node N1, the first anti-parallel diode RD1 is not conducted, and thus the input current is connected to the first terminal. It may flow from (T1) to the second terminal (T2) through the inductor (L1), the heating coil, the first capacitor (C1), the third capacitor (C3), and the second diode (D2).
  • the magnitude of the voltage of the first node (N1) becomes less than 0 and the second anti-parallel diode (RD2) is conducted, and accordingly, the resonance current flows from the ground node (GND) to the second switching element (SW2) and the heating coil. It can flow to the third node (N3) through .
  • FIG. 15 schematically shows the flow of current in the sixth mode of FIG. 7.
  • the input current flows from the second terminal (T2) to the first diode (D1) and the first capacitor (C1). , flows to the first terminal (T1) through the heating coil and inductor (L1), and the resonance current may flow from the third node (N3) to the ground node (GND) through the heating coil and the second switching element (SW2). .
  • the input current flows from the second terminal (T2) to the first terminal (T1) through the first diode (D1), the first capacitor (C1), the heating coil, and the inductor (L1).
  • the resonance current flows to the ground node (GND) through the heating coil and the second switching element (SW2).
  • FIG. 16 schematically shows the flow of current in the seventh mode of FIG. 7.
  • FIG. 17 schematically shows the flow of current in the eighth mode of FIG. 7.
  • the input current flows from the second terminal (T2) to the first diode (D1) and the first capacitor (C1). , flows to the first terminal (T1) through the heating coil and inductor (L1), and the resonance current may flow from the third node (N3) to the second node (N2) through the heating coil and switching element.
  • the control unit 150 When the control unit 150 performs the second operation after completing the first operation, the second switching element SW2 from the on state is switched to the off state.
  • the first anti-parallel diode (RD1) As the second switching element (SW2) is switched to the off state, the first anti-parallel diode (RD1) is conducted, and the resonance current heading to the ground node (GND) through the second switching element (SW2) in the seventh mode is It is directed to the second node (N2) through the first anti-parallel diode (RD1).
  • the second switching element (SW2) is switched to the off state, the first diode (D1) is conducted, and the input current flows from the second terminal (T2) to the first diode (D1) and the first capacitor (C1). , flows to the second terminal (T2) through the heating coil and inductor (L1).
  • FIG. 18 schematically shows the flow of current in the ninth mode of FIG. 7.
  • the input current flows from the second terminal (T2) to the first diode (D1) and the first switching element (SW1). ) and flows to the first terminal (T1) through the inductor (L1), and the resonance current may flow from the second node (N2) to the third node (N3) through the first switching element (SW1) and the heating coil.
  • the control unit 150 When the control unit 150 performs the third operation after completing the second operation, the first switching element SW1 from the off state is switched to the on state.
  • the resonance current and input current can flow through the first switching element (SW1).
  • FIG. 19 schematically shows the flow of current in the tenth mode of FIG. 7.
  • the input current flows from the second terminal (T2) to the first diode (D1) and the third capacitor (C3). , flows to the first terminal (T1) through the second anti-parallel diode (RD2) and the inductor (L1), and the resonance current flows from the ground node (GND) to the third node through the second anti-parallel diode (RD2) and the heating coil. It can flow to (N3).
  • the control unit 150 When the control unit 150 performs the second operation after completing the third operation, the first switching element SW1 in the on state is switched to the off state.
  • the second anti-parallel diode (RD2) As the first switching element (SW1) is switched to the off state, the second anti-parallel diode (RD2) is conducted, and the second node (N2) is switched from the second node (N2) to the first node through the first switching element (SW1) in the ninth mode.
  • the resonance current heading to (N1) is directed from the ground node (GND) to the first node (N1) through the second anti-parallel diode (RD2).
  • the input current does not flow to the first switching element (SW1), and the first diode (D1) and the third capacitor (C3) from the second terminal (T2) ), flows to the first terminal (T1) through the second anti-parallel diode (RD2) and the inductor (L1).
  • the magnitude of the resonance current passing through the heating coil is maintained at a constant value, so noise generated when heating the container can be reduced.
  • the magnitude of the resonance current passing through the heating coil is maintained at a constant value, making it possible to efficiently heat a container with low permeability.
  • the output can be increased even when switching elements with a fixed current capacity are used.
  • the disclosed embodiments may be implemented in the form of a recording medium that stores instructions executable by a computer. Instructions may be stored in the form of program code, and when executed by a processor, may create program modules to perform operations of the disclosed embodiments.
  • the recording medium may be implemented as a computer-readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include all types of recording media storing instructions that can be decoded by a computer. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, optical data storage, etc.
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • magnetic tape magnetic tape
  • magnetic disk magnetic disk
  • flash memory optical data storage
  • computer-readable recording media may be provided in the form of non-transitory storage media.
  • 'non-transitory storage medium' simply means that it is a tangible device and does not contain signals (e.g. electromagnetic waves). This term refers to cases where data is semi-permanently stored in a storage medium and temporary storage media. It does not distinguish between cases where it is stored as .
  • a 'non-transitory storage medium' may include a buffer where data is temporarily stored.
  • Computer program products are commodities and can be traded between sellers and buyers.
  • the computer program product may be distributed in the form of a machine-readable recording medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)) or via an application store (e.g. Play StoreTM) or on two user devices (e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smartphones) or online.
  • a machine-readable recording medium e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)
  • an application store e.g. Play StoreTM
  • two user devices e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smartphones) or online.
  • at least a portion of the computer program product e.g., a downloadable app
  • a machine-readable recording medium such as the memory of a manufacturer's server, an application store's server, or a relay server. It can be temporarily stored or created temporarily.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

유도가열장치는, 제1, 제2 및 제3 노드; 제1 단자와 제2 단자를 갖는 전원부; 상기 제1 단자와 상기 제1 노드 사이에 연결된 인덕터; 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 제1 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자와 연결된 제1 역병렬 다이오드; 상기 제1 노드와 그라운드 노드 사이에 연결된 제2 스위칭 소자; 상기 제2 스위칭 소자와 연결된 제2 역병렬 다이오드; 그 음극이 상기 제2 노드에 연결되고, 그 양극이 상기 제2 단자에 연결된 제1 다이오드; 그 음극이 상기 제2 단자에 연결되고, 그 양극이 상기 그라운드 노드에 연결된 제2 다이오드; 상기 제2 노드와 상기 제3 노드에 연결된 제1 커패시터; 상기 제3 노드와 상기 그라운드 노드에 연결된 제2 커패시터; 상기 제2 노드와 상기 그라운드 노드에 연결된 제3 커패시터; 및 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 가열코일;을 포함한다.

Description

유도가열장치
개시된 발명은 개선된 회로 구성을 갖는 유도가열장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유도가열장치는 유도 가열의 원리를 이용하여 식품을 가열 조리하는 조리 장치이다. 유도 가열 장치는 조리 용기가 올려 놓이는 쿠킹 플레이트와, 전류가 인가되면 자기장을 발생시키는 가열코일을 구비한다.
가열코일에 전류가 인가되어 자기장이 발생되면 조리용기에 2차 전류가 유도되고, 조리 용기 자체의 저항 성분에 의해 줄 열(joule heat)이 발생하게 된다. 따라서, 고주파 전류에 의해 조리 용기가 가열되고 조리 용기에 담긴 식품이 조리된다.
이러한 유도가열장치는, 조리 용기 자체를 발열원으로 이용하므로, 화석 연료를 연소시켜 그 연소열을 통해 조리 용기를 가열하는 가스 레인지 또는 등유 풍로 등에 비하여 열 전달율이 높으며, 유해 가스의 발생이 없으며, 화재 발생의 위험이 없다는 장점이 있다.
개시된 발명의 일 측면은, 개선된 성능을 갖는 유도가열장치를 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 유도가열장치는, 제1, 제2 및 제3 노드; 제1 단자와 제2 단자를 갖는 전원부; 상기 제1 단자와 상기 제1 노드 사이에 연결된 인덕터; 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 제1 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자와 연결된 제1 역병렬 다이오드; 상기 제1 노드와 그라운드 노드 사이에 연결된 제2 스위칭 소자; 상기 제2 스위칭 소자와 연결된 제2 역병렬 다이오드; 그 음극이 상기 제2 노드에 연결되고, 그 양극이 상기 제2 단자에 연결된 제1 다이오드; 그 음극이 상기 제2 단자에 연결되고, 그 양극이 상기 그라운드 노드에 연결된 제2 다이오드; 상기 제2 노드와 상기 제3 노드에 연결된 제1 커패시터; 상기 제3 노드와 상기 그라운드 노드에 연결된 제2 커패시터; 상기 제2 노드와 상기 그라운드 노드에 연결된 제3 커패시터; 및 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 가열코일;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유도가열장치는, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 전류센서;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유도가열장치는, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 저항기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유도가열장치는, 상기 전원부는 교류 전원 및 상기 교류 전원에 포함된 노이즈 성분을 제거하는 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유도가열장치는, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 스위칭 소자를 턴 오프하고 상기 제2 스위칭 소자를 턴 온하는 제1 동작; 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 턴 오프하는 제2 동작; 및 상기 제1 스위칭 소자를 턴 온하고 상기 제2 스위칭 소자를 턴 오프하는 제3 동작;을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 동작, 상기 제1 동작, 상기 제3 동작 및 상기 제2 동작의 순서를 반복적으로 수행할 수 있다.
또한, 상기 제1 동작의 기간 및 상기 제3 동작의 기간 각각은 상기 제2 동작의 기간보다 길 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 가열 동작이 시작된 것에 기초하여 소정의 시간 동안 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 오프 상태로 유지되는 중에 상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되면, 입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 제1 역병렬 다이오드, 상기 제3 커패시터 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 가열 동작이 시작된 것에 기초하여 소정의 시간 동안 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 오프 상태로 유지하고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 오프 상태로 유지되는 중에 상기 제1 단자에 음의 전압이 인가되면, 입력 전류가 상기 제2 단자로부터 상기 제1 다이오드, 상기 제3 커패시터, 상기 제2 역병렬 다이오드 및 상기 인덕터를 통해 상기 제1 단자로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제1 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르고, 공진 전류가 상기 제3 노드로부터 상기 가열코일 및 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 그라운드 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제2 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 제1 역병렬 다이오드, 상기 제3 커패시터 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르고, 공진 전류가 상기 제3 노드로부터 상기 가열코일 및 상기 제1 역병렬 다이오드를 통해 상기 제2 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제3 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 가열코일, 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르고, 공진 전류가 상기 제2 노드로부터 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 가열코일을 통해 상기 제3 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제3 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 흐르지 않는 상태에서, 공진 전류가 상기 제2 노드로부터 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 가열코일을 통해 상기 제3 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제2 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 가열코일, 상기 제1 커패시터, 상기 제3 커패시터 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르고, 공진 전류가 상기 그라운드 노드로부터 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 가열코일을 통해 상기 제3 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 음의 전압이 인가되고 상기 제1 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 상기 제2 단자로부터 상기 제1 다이오드, 상기 제1 커패시터, 상기 가열코일 및 상기 인덕터를 통해 상기 제1 단자로 흐르고, 공진 전류가 상기 제3 노드로부터 상기 가열코일 및 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 그라운드 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 음의 전압이 인가되고 상기 제1 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 흐르지 않는 상태에서, 공진 전류가 상기 제3 노드로부터 상기 가열코일 및 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 그라운드 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 음의 전압이 인가되고 상기 제2 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 상기 제2 단자로부터 상기 제1 다이오드, 상기 제1 커패시터, 상기 가열코일 및 상기 인덕터를 통해 상기 제1 단자로 흐르고, 공진 전류가 상기 제3 노드로부터 상기 가열코일 및 상기 스위칭 소자를 통해 상기 제2 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 음의 전압이 인가되고 상기 제3 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 상기 제2 단자로부터 상기 제1 다이오드, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 인덕터를 통해 상기 제1 단자로 흐르고, 공진 전류가 상기 제2 노드로부터 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 가열코일을 통해 상기 제3 노드로 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1 단자에 음의 전압이 인가되고 상기 제2 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 상기 제2 단자로부터 상기 제1 다이오드, 상기 제3 커패시터, 상기 제2 역병렬 다이오드 및 상기 인덕터를 통해 상기 제1 단자로 흐르고, 공진 전류가 상기 그라운드 노드로부터 상기 제2 역병렬 다이오드 및 상기 가열코일을 통해 상기 제3 노드로 흐를 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 유도가열장치의 동작 중에 발생하는 소음을 억제할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 크기가 작은 조리용기 또는 투자율이 낮은 재질로 만들어진 조리용기에 대한 가열 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 외관을 도시한다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 유도 가열 장치의 가열 원리를 나타내기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 유도가열장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 코일구동회로의 일 예를 도시한다.
도 6은 제1 단자에 양의 전압이 인가되는 경우 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 동작에 따른 전류의 변화를 시간의 흐름에 따라 나타낸 도면이다.
도 7은 제1 단자에 음의 전압이 인가되는 경우 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 동작에 따른 전류의 변화를 시간의 흐름에 따라 나타낸 도면이다.
도 8은 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자가 오프된 상태에서 제1 단자에 양의 전압이 인가된 경우 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자가 오프된 상태에서 제1 단자에 음의 전압이 인가된 경우 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 6의 제1 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 11은 도 6의 제2 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 12는 도 6의 제3 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 13은 도 6의 제4 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 14는 도 6의 제5 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 15는 도 7의 제6 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 16은 도 7의 제7 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 17은 도 7의 제8 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 18은 도 7의 제9 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 19는 도 7의 제10 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다.
예를 들어, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 표현하고자 하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합의 추가적인 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는다.
또한, "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위하여 사용되며, 하나의 구성요소들을 한정하지 않는다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 용어들은 FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 개시된 발명의 일 실시예가 상세하게 설명된다. 첨부된 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낼 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 외관을 도시하고, 도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 유도가열장치의 가열 원리를 나타내기 위한 도면이다.
도 1은 일 실시예에 따른 유도가열장치(1)를 위에서 내려다 본 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 유도가열장치(1)는 상부에 마련되는 플레이트(110), 플레이트(110) 상에 형성된 쿠킹 존(111, 112, 113) 및 입출력 장치로서 기능하는 사용자 인터페이스(120, 130)를 포함할 수 있다. 일 예로, 플레이트(110)는 세라믹으로 구현될 수 있다.
쿠킹 존(111, 112, 113)은 조리 용기가 놓여지는 위치를 나타내며, 조리 용기의 적절한 배치를 가이드하기 위해 도번 111로 표시한 바와 같이 원형의 형상으로 나타내거나 도번 112, 113으로 표시한 바와 같이 직선의 경계선으로 나타낼 수 있다.
다만, 전술한 형상들은 쿠킹 존(111, 112, 113)을 나타내기 위한 형상의 예시에 불과하고, 원형이나 직선이 아니더라도 사용자에게 쿠킹 존의 위치를 가이드할 수만 있으면 유도가열장치(1)의 실시예에 적용될 수 있다.
또한, 당해 예시에서는 플레이트(110) 상에 쿠킹 존이 3개 형성된 경우를 도시하였으나, 유도가열장치(1)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 쿠킹 존이 1개만 형성되는 것도 가능하고, 4개 이상의 쿠킹 존이 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
플레이트(110)의 일 영역에는 디스플레이(120)와 입력 장치(130)가 마련될 수 있다. 디스플레이(120)는 LCD나 LED와 같은 디스플레이 장치를 포함할 수 있고, 입력 장치(130)는 터치 패드, 버튼, 죠그 셔틀 등의 다양한 입력 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 디스플레이(120)와 입력 장치(130)가 터치 스크린을 구현하는 것도 가능하다.
당해 예시에서는 플레이트(110) 상의 쿠킹 존(111, 112, 113)과 이격된 위치에 디스플레이(120)와 입력 장치(130)가 마련된 경우를 예로 들었다. 다만, 도 1의 배치는 유도가열장치(1)에 적용 가능한 예시에 불과하며, 가열 조리 장치(100)의 전면과 같이 플레이트(110)가 아닌 다른 위치에 디스플레이(120)나 입력 장치(130)가 마련되는 것도 가능하다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 플레이트(110)의 하부에는 플레이트(110) 상에 놓여진 용기(10)를 가열하기 위해 사용되는 가열코일(240)이 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3에는 설명의 편의를 위해 하나의 가열코일(240)만을 도시하였으나, 가열코일(240)은 쿠킹 존의 개수에 대응하여 마련될 수 있다.
도 1의 예시와 같이 쿠킹 존(111, 112, 113)이 3개인 경우에는 가열코일(240)도 3개 마련될 수 있고, 각각의 가열코일(240)은 각각의 쿠킹 존(111, 112, 113) 하부에 배치될 수 있다.
가열코일(240)은 후술하는 코일구동회로(2, 도 5 참조)에 연결될 수 있고, 코일구동회로(2)로부터 고주파 전류가 인가될 수 있다. 일 예로, 고주파 전류의 주파수는 20kHz 내지 35kHz 일 수 있다.
가열코일(240)에 고주파 전류가 공급되면, 가열코일(240)에는 자력선(ML)이 형성될 수 있다. 자력선(ML)이 미치는 범위 내에 저항을 갖는 용기(10)가 위치하면, 가열코일(240) 주변의 자력선(ML)이 용기(10)의 바닥을 통과하여 전자 유도 법칙에 따라 와류 형태의 유도 전류, 즉 와전류(EC)를 발생시킨다.
이러한 와전류(EC)와 용기(10)가 갖는 전기 저항의 상호 작용에 의해 용기(10)에서 열이 발생할 수 있고, 발생된 열에 의해 용기(10) 내부의 조리물이 가열될 수 있다.
이와 같은 유도가열장치(1)에서는 용기(10) 자체가 발열원으로 작용하기 때문에, 용기(10)의 재질로는 일정 수준 이상의 저항을 갖는 금속성인 철이나 스테인리스 스틸, 니켈 등이 사용될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 유도가열장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 유도가열장치(1)는 전술한 가열코일(240)에 구동 전류를 공급하기 위한 코일구동회로(2)를 포함할 수 있다.
코일구동회로(2)는 가열코일(240)에 용기(10)의 가열을 위한 전력을 공급하는 전원부(20) 및 전원부(20)로부터 공급되는 전력을 교류 전류로 변환하여 가열코일(240)에 제공하는 회로 구성을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 코일구동회로(2)는 전원부(20)로부터 공급되는 전력을 가열코일(240)에 공급하기 위한 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 서로 상보적으로 작동함으로써 가열코일(240)에 교류 전류가 흐르게 할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 스위치 구동신호에 의해 온/오프 될 수 있다. 이 때, 스위치 구동 신호는 제어부(150)에 의해 제공될 수 있고, 제어부(150)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 서로 교번하여 온/오프시킴으로써 가열코일(240)에 고주파 교류 전류를 공급할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 고속으로 온/오프되기 위해, 응답속도가 빠른 3단자 반도체 소자 스위치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT) 또는 사이리스터(thyristor)일 수 있다.
또한, 코일구동회로(2)는 가열코일(240)에 공급되는 전류를 감지하는 전류센서(230)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)의 접속점과 가열코일(240) 사이의 전류 경로에는 전류센서(230)가 설치될 수 있다. 전류센서(230)는 가열코일(240)에 흐르는 전류의 크기 또는 가열코일(240)에 공급되는 구동 전류의 크기를 검출할 수 있다.
전류센서(230)는 가열코일(240)에 공급되는 구동 전류의 크기를 비례 감소시키는 변륜기(Current Transformer)와 비례 감소된 전류의 크기를 검출하는 전류계(Ampere Meter)를 포함할 수 있다.
전류센서(230)에 의해 검출된 전류의 크기에 관한 정보는 제어부(150)에 제공될 수 있다. 제어부(150)는 검출된 전류의 크기에 관한 정보에 기초하여, 가열코일(240)에 인가되는 고주파 전류의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 검출된 전류의 크기에 관한 정보에 기초하여, 가열코일(240) 상에 용기(10)가 위치하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 검출된 전류의 크기가 기준값보다 낮은 경우에 가열코일(240) 상에 용기(10)가 위치하는 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 제어부(150)는 검출된 전류의 크기가 기준값 이상인 경우에는 가열코일(240) 상에 용기(10)가 위치하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
제어부(150)는 가열코일(240)에 고주파 전류를 인가하는 중 가열코일(240) 상에 용기(10)가 위치하지 않는 것으로 판단한 경우에는, 가열코일(240)에 인가되는 고주파 전류를 차단함으로써 유도가열장치(1)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(150)는 가열코일(240)에 고주파 전류를 인가하는 동작을 수행하기 전, 즉 가열 모드에 진입하기 전에도 가열코일(240) 상에 용기(10)가 위치하는지 여부를 판단할 수 있고, 가열코일(240) 상에 용기(10)가 위치하지 않는 경우에는 가열코일(240)에 고주파 전류를 인가하지 않을 수 있다. 즉, 가열코일(240) 상에 용기(10)가 위치한 경우에만 가열코일(240)에 고주파 전류를 인가할 수 있다.
일 실시예에 따른 유도가열장치(1)는 유도가열장치(1)의 동작을 제어하는 제어부(150)를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 후술하는 동작을 수행하는 프로그램이 저장된 적어도 하나의 메모리(152) 및 저장된 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서(151)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(151)는 마이크로 프로세서를 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 적어도 하나의 실리콘 칩에 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더나 제어 회로 등이 마련되어 있는 처리 장치이다.
마이크로 프로세서는 이미지 또는 비디오의 그래픽 처리를 위한 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit, GPU)를 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 코어(core)와 GPU를 포함하는 SoC(System On Chip) 형태로 구현될 수 있다. 마이크로 프로세서는 싱글 코어, 듀얼 코어, 트리플 코어, 쿼드 코어 및 그 배수의 코어를 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세서(151)는 유도가열장치(1)에 포함된 각종 구성 요소와 제어부(150) 사이에서의 데이터 출입을 매개하는 입출력 프로세서를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 메모리(152)는 롬(ROM), 고속 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치와 같은 비휘발성 메모리 또는 다른 종류의 비휘발성 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 메모리(152)는 반도체 메모리 장치로서 SD(Secure Digital) 메모리 카드, SDHC(Secure Digital High Capacity) 메모리 카드, mini SD메모리 카드, mini SDHC 메모리 카드, TF(Trans Flach) 메모리 카드, micro SD 메모리 카드, micro SDHC 메모리 카드, 메모리 스틱, CF(Compact Flach), MMC(Multi-Media Card), MMC micro, XD(eXtreme Digital) 카드 중 하나를 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 메모리(152)는 네트워크를 통하여 액세스되는 네트워크 부착형(attached) 저장 장치를 포함할 수도 있다.
제어부(150)는 입력 장치(130)를 통해 수신된 사용자 입력에 기초하여 유도가열장치(1)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 입력 장치(130)는 전원 온/오프, 쿠킹 존(111, 112, 113)의 선택, 선택된 쿠킹 존의 가열 세기의 선택, 타이머 설정 등에 관한 사용자 입력을 수신할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 입력 장치(130)가 수신한 쿠킹 존의 선택에 따라 고주파 전력을 공급할 가열코일(240)을 선택할 수 있고, 입력 장치(130)가 수신한 가열 세기의 선택에 따라 가열코일(240)이 생성하는 자기장의 세기를 조절할 수 있다. 다만, 유도가열장치(1)가 1개의 쿠킹 존만을 포함하는 경우에는 쿠킹 존의 선택 없이 바로 가열 세기를 선택할 수 있음은 물론이다.
입력 장치(130)가 사용자로부터 가열 세기에 대한 선택을 수신하면, 제어부(150)는 선택된 가열 세기에 기초하여 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)의 온/오프 주파수를 결정할 수 있다. 제어부(150)는 결정된 온/오프 주파수에 따라 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 교번하여 온/오프시킴으로써, 선택된 가열 세기에 대응하는 주파수의 고주파 전류를 가열코일(240)에 인가할 수 있다.
입력 장치(130)가 사용자로부터 가열 시작에 대한 선택을 수신하면, 제어부(150)는 전원부(20)의 전력이 코일구동회로(2)에 공급되도록 전원부(20)를 제어할 수 있다.
디스플레이(120)는 유도가열장치(1)의 현재 상태에 관한 정보를 표시할 수도 있고, 쿠킹 존의 선택이나 가열 세기의 선택을 가이드하기 위한 정보를 표시할 수도 있으며, 타이머 설정을 가이드하기 위한 정보를 표시할 수도 있다. 또한, 용기(10)의 유무를 나타내는 알림을 표시할 수도 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 코일구동회로의 일 예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 코일구동회로(2)는 전원부(20)와, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)로 구성된 인버터 회로와, 적어도 하나의 인덕터(L1)와, 적어도 하나의 다이오드(D1, D2, RD1, RD2)와, 적어도 하나의 커패시터(C1, C2, C3)와, 적어도 하나의 전기적 소자들의 위치 관계를 정의하기 위한 적어도 하나의 노드들(N1, N2, N3)을 포함할 수 있다.
전원부(20)는 교류전력을 회로 구성에 공급하거나 차단하는 전원(201)과, 전원(201)으로부터 공급되는 전력에 포함된 노이즈 성분을 제거하는 필터(210)를 포함할 수 있다.
제어부(150)는 입력 장치(130)를 통해 수신된 사용자 입력에 기초하여 전원(201)을 온 시키거나 오프시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제어부(150)는 사용자 입력과 무관하게, 미리 설정된 조건이 만족된 것에 기초하여 전원(201)을 오프시킬 수도 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 가열 시작 명령을 수신한 것에 기초하여 전원(201)을 온 시킨 후, 미리 설정된 시간 동안 가열코일(240) 상의 용기(10)가 검출되지 않는 것에 기초하여 전원(201)을 오프할 수 있다.
필터(210)는 변압기와 커패시터로 구성되어 전원(201)으로부터 공급되는 전력에 혼입되는 노이즈를 제거할 수 있다.
본 개시에서, 전원부(20)는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 정류기를 포함하지 않는 구성으로 정의될 수 있다.
전원부(20)는 제1 단자(T1)와 제2 단자(T2)를 가질 수 있다.
전원부(20)로부터 공급되는 교류 전압에 따라, 제1 단자(T1)와 제2 단자(T2) 사이에는 전위차가 형성될 수 있다. 즉, 제1 단자(T1)와 제2 단자(T2)에는 교류 전원이 인가될 수 있다.
제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2)는 전원(201)과 직접적으로 연결될 수도 있으며, 필터(210)와 직접적으로 연결될 수도 있다.
제1 단자(T1)와 제2 단자(T2) 사이에 형성되는 전위차(V1)는 입력 전압으로 정의될 수 있으며, 입력 전압(V1)이 양(+)의 값을 가지는 것은 제1 단자(T1)의 전위가 제2 단자(T2)의 전위보다 높은 것을 의미하고, 입력 전압(V1)이 음(-)의 값을 가지는 것은 제2 단자(T2)의 전위가 제1 단자(T1)의 전위보다 높은 것을 의미할 수 있다.
즉, 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되는 것은 제1 단자(T1)의 전위가 제2 단자(T2)의 전위보다 높은 것을 의미하고, 제1 단자(T1)의 음의 전압이 인가되는 것은 제2 단자(T2)의 전위가 제1 단자(T1)의 전위보다 높은 것을 의미할 수 있다.
코일구동회로(2)는 제1 노드(N1), 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3)를 포함할 수 있다.
제1 노드(N1)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)의 접점을 의미할 수 있다.
예를 들어, 제1 노드(N1)는 제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단(또는 에미터 단) 및 제2 스위칭 소자(SW2)의 드레인 단(또는 콜렉터 단) 사이의 노드를 의미할 수 있다.
인덕터(L1)는 제1 단자(T1)와 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다.
제2 노드(N2)는 제1 스위칭 소자(SW1)의 드레인 단(또는 콜렉터 단)의 노드를 의미할 수 있다.
또한, 제2 노드(N2)는 제1 다이오드(D1)의 음극 측의 노드를 의미할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다.
제1 역병렬 다이오드(RD1)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 병렬로 연결될 수 있다.
제1 역병렬 다이오드(RD1)의 음극은 제2 노드(N2)와 연결되고, 제1 역병렬 다이오드(RD1)의 양극은 제1 노드(N1)와 연결될 수 있다.
제2 스위칭 소자(SW2)는 제1 노드(N1)와 그라운드 노드(GND) 사이에 연결될 수 있다.
그라운드 노드(GND)는 접지된 측의 노드를 의미할 수 있다.
제2 역병렬 다이오드(RD2)는 제2 스위칭 소자(SW2)와 병렬로 연결될 수 있다.
제2 역병렬 다이오드(RD2)의 음극은 제1 노드(N1)와 연결되고, 제2 역병렬 다이오드(RD2)의 양극은 그라운드 노드(GND)와 연결될 수 있다.
제1 다이오드(D1)의 양극은 제2 다이오드(D2)의 음극과 연결될 수 있으며, 제1 다이오드(D1)의 양극 및 제2 다이오드(D2)의 음극은 제2 단자(T2)와 연결될 수 있다.
제1 다이오드(D1)는 제2 노드(N2) 및 제2 단자(T2)에 연결될 수 있다.
즉, 제1 다이오드(D1)의 음극은 제2 노드(N2)에 연결되고, 제1 다이오드(D1)의 양극은 제2 단자(T2)에 연결될 수 있다.
제2 다이오드(D2)는 제2 단자(T2) 및 그라운드 노드(GND)에 연결될 수 있다.
즉, 제2 다이오드(D2)의 음극은 제2 단자(T2)에 연결되고, 제2 다이오드(D2)의 양극은 그라운드 노드(GND)에 연결될 수 있다.
제3 노드(N3)는 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2) 사이의 노드를 의미할 수 있다.
가열코일(240)은 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 마련될 수 있다.
제1 커패시터(C1)는 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다.
제2 커패시터(C2)는 제3 노드(N3)와 그라운드 노드(GND)에 연결될 수 있다.
제3 커패시터(C3)는 제2 노드(N2)와 그라운드 노드(GND)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 제3 커패시터(C3)와 병렬 관계를 형성할 수 있다.
종래의 유도가열장치에 포함된 회로 구성은 정류기를 거쳐 변환된 직류 전압을 인버터 회로를 통해 가열코일에 제공한다.
반면에, 일 실시예에 따른 코일구동회로(2)는 토템 폴 토폴로지(totem pole topology)와 유사한 구조를 갖는다. 또한, 코일구동회로(2)는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결된 제3 커패시터(C3)를 포함할 수 있다.
본 개시에 따르면, 투자율이 낮은 용기를 사용할 때 출력을 증대시킬 수 있다. 또한, 본 개시에 따르면, 고주파 전류를 가열코일(240)에 인가할 때 발생하는 소음을 저감할 수 있다.
제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에는 가열코일(240)에 인가되는 전류를 측정하기 위한 전류센서(230)가 마련될 수 있다.
또한, 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에는 저항기(R1)가 마련될 수 있다.
저항기(R1)는 커패시터들(C1, C2, C3)의 정전 용량에 따라 적절한 저항값을 가질 수 있다.
이하에서는 스위칭 소자들(SW1, SW2)의 위칭 동작에 따른 전류의 흐름을 설명한다.
도 6은 제1 단자에 양의 전압이 인가되는 경우 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 동작에 따른 전류의 변화를 시간의 흐름에 따라 나타낸 도면이다. 도 7은 제1 단자에 음의 전압이 인가되는 경우 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자의 동작에 따른 전류의 변화를 시간의 흐름에 따라 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 가열모드에서 제어부(150)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 상보적으로 동작시킬 수 있다.
또한, 제어부(150)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 모두 오프시킬 수 있다.
일실시예에서, 제어부(150)는 미리 설정된 시간 동안 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴 오프하고 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴 온하는 제1 동작을 수행할 수 있으며, 미리 설정된 시간 동안 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 모두 턴 오프하는 제2 동작을 수행할 수 있으며, 미리 설정된 시간 동안 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴 온하고 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴 오프하는 제3 동작을 수행할 수 있다.
제어부(150)는 제1 스위칭 소자(SW1)를 온 시키는 스위칭 신호를 출력하고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 오프시키는 스위치 신호를 출력함으로써 제1 동작을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 제1 스위칭 소자(SW1)를 오프 시키는 스위칭 신호를 출력하고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 오프시키는 스위치 신호를 출력함으로써 제2 동작을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 제1 스위칭 소자(SW1)를 오프 시키는 스위칭 신호를 출력하고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 온시키는 스위치 신호를 출력함으로써 제2 동작을 수행할 수 있다.
일실시예에서, 제어부(150)는 제1 동작, 제2 동작 및 제3 동작 및 제2 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.
이 때, 제1 동작의 수행 기간은 제3 동작의 수행 기간과 동일할 수 있다.
또한, 제1 동작의 수행 기간 및/또는 제3 동작의 수행 기간은 제2 동작의 수행 기간보다 길 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되는 경우, 스위칭 소자들(SW1, SW2)의 스위칭 동작에 따라, 코일구동회로(2)의 전류 흐름은 복수의 모드로 분류될 수 있다.
입력 전류는 제1 단자(T1)로부터 제2 단자(T2)로 흐르는 전류를 의미할 수 있다.
입력 전류의 부호는 전류의 방향을 의미할 수 있다.
입력 전류가 양의 값을 가지면, 입력 전류는 제1 단자(T1)로부터 제2 단자(T2)로 흐르는 방향(이하 '정방향')을 가질 수 있다. 반대로, 입력 전류가 음의 값을 가지면, 입력 전류는 제2 단자(T2)로부터 제1 단자(T1)로 흐르는 방향(이하 '역방향')을 가질 수 있다.
공진 전류는 제1 노드(N1)로부터 제3 노드(N3)로 흐르는 전류를 의미할 수 있다.
공진 전류의 부호는 전류의 방향을 의미할 수 있다.
공진 전류가 양의 값을 가지면, 공진 전류는 제1 노드(N1)로부터 제3 노드(N3)로 흐르는 방향(이하 '정방향')을 가질 수 있다. 반대로, 공진 전류가 음의 값을 가지면, 공진 전류는 제3 노드(N3)로부터 제1 노드(N1)로 흐르는 방향(이하 '역방향')을 가질 수 있다.
제1 전류는 제1 스위칭 소자(SW1) 또는 제1 역병렬 다이오드(RD1)를 통해 흐르는 전류를 의미하며, 제2 노드(N2)로부터 제1 노드(N1)로 흐르는 전류를 의미할 수 있다.
제1 전류의 부호는 전류의 방향을 의미할 수 있다.
제1 전류가 양의 값을 가지면, 전류는 제2 노드(N2)로부터 제1 스위칭 소자(SW1)를 통해 제1 노드(N1)로 흐르는 방향(이하 '정방향')을 가질 수 있다. 반대로, 제1 전류가 음의 값을 가지면, 전류는 제1 노드(N1)로부터 제1 역병렬 다이오드(RD1)를 통해 제2 노드(N2)로 흐르는 방향(이하 '역방향')을 가질 수 있다.
제2 전류는 제2 스위칭 소자(SW2) 또는 제2 역병렬 다이오드(RD2)를 통해 흐르는 전류를 의미하며, 제1 노드(N1)로부터 그라운드 노드(GND)로 흐르는 전류를 의미할 수 있다.
제2 전류의 부호는 전류의 방향을 의미할 수 있다.
제2 전류가 양의 값을 가지면, 전류는 제1 노드(N1)로부터 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐르는 방향(이하 '정방향')을 가질 수 있다. 반대로, 제2 전류가 음의 값을 가지면, 전류는 그라운드 노드(GND)로부터 제2 역병렬 다이오드(RD2)를 통해 제1 노드(N1)로 흐르는 방향(이하 '역방향')을 가질 수 있다.
제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되는 경우 제어부(150)가 제1 동작, 제2 동작, 제3 동작 및 제2 동작을 반복하여 수행하는 경우, 코일구동회로(2)에서의 전류의 흐름은 다섯 가지 양태로 분류될 수 있다.
제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되는 경우 전류의 흐름에 관한 다섯 가지 양태는 제1 모드 내지 제5 모드로 정의될 수 있다.
[제1 모드]
제어부(150)가 제1 동작을 수행하면, 정방향의 입력 전류가 서서히 증가하고, 역방향의 공진 전류가 서서히 증가하고, 정방향의 제2 전류가 서서히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
[제2 모드]
제어부(150)가 제1 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 제2 전류의 흐름이 중단되고, 정방향의 입력 전류가 서서히 감소하고, 역방향의 공진 전류가 서서히 감소하고, 역방향의 제1 전류가 서서히 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 제2 모드는 제어부(150)가 제2 동작을 완료한 후 제3 동작을 수행하는 일부 기간 동안 유지될 수 있다.
[제3 모드]
제어부(150)가 제2 동작을 완료한 후 소정의 시간 동안 제3 동작을 수행하면, 공진 전류의 방향 및 제1 전류의 방향이 전환될 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 수행하는 중, 일부 구간에서, 정방향의 입력 전류가 서서히 감소하고 정방향의 공진 전류가 서서히 증가하고, 정방향의 제1 전류가 서서히 증가할 수 있다.
[제4 모드]
제어부(150)가 제3 동작을 시작한 후 소정의 시간이 경과하면, 입력 전류의 흐름이 중단될 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 수행하는 중, 일부 구간에서, 입력 전류가 흐르지 않고, 정방향의 공진 전류가 서서히 증가하고, 정방향의 제1 전류가 서서히 증가할 수 있다.
[제5 모드]
제어부(150)가 제3 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 제1 전류의 흐름이 중단되고 역방향의 제2 전류가 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 정방향의 입력 전류가 서서히 증가하고, 정방향의 공진 전류가 서서히 감소하고, 역방향의 제2 전류가 서서히 감소할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되는 경우, 스위칭 소자들(SW1, SW2)의 스위칭 동작에 따라, 코일구동회로(2)의 전류 흐름은 복수의 모드로 분류될 수 있다.
제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되는 경우 제어부(150)가 제1 동작, 제2 동작, 제3 동작 및 제2 동작을 반복하여 수행하는 경우, 코일구동회로(2)에서의 전류의 흐름은 다섯 가지 양태로 분류될 수 있다.
제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되는 경우 전류의 흐름에 관한 다섯 가지 양태는 제6 모드 내지 제10 모드로 정의될 수 있다.
[제6 모드]
제어부(150)가 제1 동작을 시작하면, 역방향의 입력 전류가 서서히 감소하고, 공진 전류의 방향이 정방향에서 역방향으로 전환되고, 제2 전류의 방향이 역방향에서 정방향으로 전환될 수 있다.
[제7 모드]
제어부(150)가 제 1동작을 시작한 후 소정의 시간이 경과하면, 입력 전류의 흐름이 중단될 수 있다.
제어부(150)가 제1 동작을 수행하는 중, 일부 구간에서, 입력 전류가 흐르지 않고, 역방향의 공진 전류가 서서히 증가하고, 정방향의 제2 전류가 서서히 증가할 수 있다.
[제8 모드]
제어부(150)가 제1 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 입력 전류가 흐르기 시작하고 제2 전류의 흐름이 중단되고 역방향의 제1 전류가 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제1 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 역방향의 입력 전류가 서서히 증가하고, 역방향의 공진 전류가 서서히 감소하고, 역방향의 제1 전류가 서서히 감소할 수 있다.
[제9 모드]
제어부(150)가 제2 동작을 완료한 후 제3 동작을 시작하면, 공진 전류의 방향 및 제1 전류의 방향이 전환될 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 수행하는 중, 역방향의 입력 전류가 서서히 증가하고, 정방향의 공진 전류가 서서히 증가하고, 정방향의 제1 전류가 서서히 증가할 수 있다.
[제10 모드]
제어부(150)가 제3 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 제1 전류의 흐름이 중단되고 역방향의 제2 전류가 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 역방향의 입력 전류가 서서히 감소하고, 정방향의 공진 전류가 서서히 감소하고, 역방향의 제2 전류가 서서히 감소할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제3 커패시터(C3)에 의해 공진 전류가 평활되는 효과가 있다.
이에 따라, 고주파 전류를 가열코일(240)에 인가할 때 발생하는 소음을 저감할 수 있다.
이하에서는 도 8 내지 도 19를 참조하여, 스위칭 동작에 따른 코일구동회로(2)의 전류 흐름 양태를 보다 상세하게 설명한다.
도 8은 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자가 오프된 상태에서 제1 단자에 양의 전압이 인가된 경우 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
제어부(150)는 가열동작이 시작된 것에 기초하여 코일구동회로(2)에 전원을 공급하도록 전원부(20)를 제어할 수 있다.
일실시예에서, 제어부(150)는 가열 시작을 위한 사용자 입력을 수신한 것에 기초하여 가열동작을 시작할 수 있다.
일실시예에서, 제어부(150)는 가열동작이 시작된 후 소정의 시간 동안 스위칭 동작을 수행하지 않을 수 있다. 즉, 제어부(150)는 가열동작이 시작된 후 소정의 시간 동안 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 오프 상태로 유지할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프 상태로 유지되는 중에 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되면, 입력 전류가 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 제1 역병렬 다이오드(RD1), 제3 커패시터(C3) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐를 수 있다.
이에 따라, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프 상태로 유지되는 중에 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되면 제3 커패시터(C3)가 충전될 수 있다.
도 9는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자가 오프된 상태에서 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가된 경우 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프 상태로 유지되는 중에 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되면, 입력 전류가 제2 단자(T2)로부터 제1 다이오드(D1), 제3 커패시터(C3), 제2 역병렬 다이오드(RD2) 및 인덕터(L1)를 통해 제1 단자(T1)로 흐를 수 있다.
이에 따라, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프 상태로 유지되는 중에 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되면 제3 커패시터(C3)가 충전될 수 있다.
본 개시에 따르면, 가열동작이 시작된 후, 스위칭 동작이 시작되기 이전에 전원부(20)로부터 전원이 공급되면 제3 커패시터(C3)가 충전될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제어부(150)는 가열동작이 시작된 것에 기초하여 제1 동작, 제2 동작 및 제3 동작을 수행할 수 있다. 일실시예에서, 제어부(150)는 가열동작이 시작된 후 소정의 시간 동안 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 오프 상태로 유지한 후, 소정의 시간이 경과하면 스위칭 동작을 개시할 수 있다.
도 10은 도 6의 제1 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 10을 참조하면, 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되고 제1 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 제2 스위칭 소자(SW2) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐르고, 공진 전류가 제3 노드(N3)로부터 가열코일 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다.
제1 모드에서, 스위칭 동작이 개시되기 이전에 제3 커패시터(C3)의 충전이 완료되어, 제3 커패시터(C3)에 충전된 전압의 크기가 제1 노드(N1)의 전압의 크기보다 큰 조건이 만족된다. 제3 커패시터(C3)에 충전된 전압의 크기가 제1 노드(N1)의 전압의 크기보다 크기 때문에, 제1 역병렬 다이오드(RD1)는 도통되지 않고 제2 스위칭 소자(SW2)로 흐르는 전류 통로(path)가 형성된다. 이에 따라, 입력 전류는 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 제2 스위칭 소자(SW2) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐르게 된다.
제 1모드에서, 제1 커패시터(C1) 및 가열코일에 충전된 공진 전류는 인덕터(L1)의 전류 관성에 따라서 방전될 때까지 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 흐르게 된다.
즉, 제1 모드에서, 공진 전류가 제3 노드(N3)로부터 가열코일 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다.
이에 따라, 가열코일에는 역방향의 공진 전류가 흐르게 된다.
종합적으로, 입력 전류와 공진 전류 모두가 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 흐르기 때문에, 제2 스위칭 소자(SW2)는 입력 전류와 공진 전류 모두가 한번에 흐를 수 있는 정도의 전류 용량을 가질 필요가 있다.
제어부(150)는 미리 설정된 시간 동안 제1 동작을 수행한 후 제2 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 제1 동작의 수행 기간은 제2 동작의 수행 기간보다 길 수 있다.
도 11은 도 6의 제2 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 11을 참조하면, 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되고 제2 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 제1 역병렬 다이오드(RD1), 기 제3 커패시터(C3) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐르고, 공진 전류가 제3 노드(N3)로부터 가열코일 및 제1 역병렬 다이오드(RD1)를 통해 제2 노드(N2)로 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제1 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하는 구간 및 제2 동작을 완료한 후 제3 동작을 수행하는 일부 구간 동안 제2 모드가 유지될 수 있다.
즉, 제2 모드는 세부적으로 제2 동작을 수행하는 구간 및 제2 동작을 완료한 후 제3 동작을 수행하는 일부 구간으로 분류될 수 있다.
제어부(150)가 제1 동작을 수행한 후 제2 동작을 수행하면, 온 상태의 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프 상태로 변경된다.
제1 동작을 미리 설정된 기간 동안 수행한 결과, 제3 커패시터(C3)에 충전된 전압의 크기가 제1 노드(N1)의 전압의 크기보다 작은 조건이 만족된다.
제3 커패시터(C3)에 충전된 전압의 크기가 제1 노드(N1)의 전압의 크기보다 작기 때문에, 제1 역병렬 다이오드(RD1)로 흐르는 전류 통로가 형성된다. 이에 따라, 제1 역병렬 다이오드(RD1)에는 입력 전류와 공진 전류가 흐르게 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 입력 전류와 공진 전류 모두가 제1 역병렬 다이오드(RD1)를 통해 흐르기 때문에, 제1 역병렬 다이오드(RD1)는 입력 전류와 공진 전류 모두가 한번에 흐를 수 있는 정도의 전류 용량을 가질 필요가 있다.
다양한 실시예에 따라, 제1 스위칭 소자(SW1)와 제1 역병렬 다이오드(RD1)는 서로 동일한 전류 용량을 가진 부품으로 구현될 필요가 있다.
제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되는 경우 제2 단자(T2)에는 음의 전압이 인가되기 때문에, 제2 다이오드(D2)가 도통될 수 있으며, 제2 역병렬 다이오드(RD2)는 도통되지 않는다. 이에 따라, 제2 다이오드(D2)를 통한 전류 통로가 형성되어, 제3 커패시터(C3)로 흐르는 전류는 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐르게 된다.
즉, 제2 모드에서, 입력 전류가 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 제1 역병렬 다이오드(RD1), 제3 커패시터(C3) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐를 수 있다.
일실시예에서, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프된 경우, 인덕터(L1), 제2 스위칭 소자(SW2), 제1 역병렬 다이오드(RD1) 및 제3 커패시터(C3)의 구조로 인해 부스트 PFC 회로(Power factor Correction Circuit)가 형성된다.
이에 따라, 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프된 경우 인덕터(L1)에 충전된 전류는 지속적으로 방전되고, 인덕터(L1)로부터 방전된 전류는 제3 커패시터(C3)에 충전되고, 제3 커패시터(C3)의 충전 전압이 상승하게 된다.
즉, 제2 모드에서, 공진 전류가 제3 노드(N3)로부터 가열코일 및 제1 역병렬 다이오드(RD1)를 통해 제2 노드(N2)로 흐를 수 있다.
제3 커패시터(C3)에 흐르는 전류의 값은 공진 전류의 값의 절반 값과 입력 전류의 값을 합한 값에 해당한다.
제어부(150)가 제2 동작을 완료하고 제3 동작을 시작하면, 제로 전압 스위칭(Zero Voltage Switcing; ZVS) 동작이 성립된다.
한편, 인덕터(L1)에 충전된 전류가 어느 정도 방전된 경우 인덕터(L1)의 충전량과 제1 커패시터(C1)의 충전량이 평형을 이루어 공진 전류의 크기가 0이 될 수 있다.
도 12는 도 6의 제3 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 12를 참조하면, 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되고 제3 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 가열코일, 제2 커패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐르고, 공진 전류가 제2 노드(N2)로부터 제1 스위칭 소자(SW1) 및 가열코일을 통해 제3 노드(N3)로 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 시작한 후 소정의 시간이 경과하면 공진 전류의 크기가 0이 되고, 공진 전류의 방향이 전환될 수 있다.
이에 따라, 제어부(150)가 제3 동작을 시작한 후 소정의 시간이 경과하면, 제1 커패시터(C1)가 방전되기 시작하며 공진 전류의 방향이 역방향에서 정방향으로 변화한다.
즉, 제3 모드에서 공진 전류는 제2 노드(N2)에서 제1 스위칭 소자(SW1) 및 가열코일을 통해 제3 노드(N3)로 흐르게 된다.
공진 전류의 방향이 변경됨에 따라, 제1 역병렬 다이오드(RD1)는 도통되지 않는다.
이에 따라, 입력 전류는 공진 전류와 함께 가열코일로 흐르게 된다.
또한, 제1 노드(N1)의 전압이 그라운드 노드(GND)의 전압보다 높기 때문에, 제2 역병렬 다이오드(RD2)는 도통되지 않는다. 반면에, 제2 단자(T2)의 전압은 그라운드 노드(GND)의 전압보다 낮기 때문에, 제2 다이오드(D2)가 도통된다.
즉, 제3 모드에서 입력 전류는 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 가열코일, 제2 커패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐를 수 있다.
도 13은 도 6의 제4 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 13을 참조하면, 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되고 제3 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 흐르지 않는 상태에서, 공진 전류가 제2 노드(N2)로부터 제1 스위칭 소자(SW1) 및 가열코일을 통해 제3 노드(N3)로 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 시작한 후 소정의 시간이 경과하면 인덕터(L1)에 충전된 전류가 완전히 방전된다.
인덕터(L1)에 충전된 전류가 완전히 방전되면, 입력 전류는 더 이상 흐르지 않고 제1 커패시터(C1)가 방전되며 공진 전류가 흐르게 된다.
이에 따라, 입력 전류가 흐르지 않는 상태에서, 공진 전류가 제2 노드(N2)로부터 제1 스위칭 소자(SW1) 및 가열코일을 통해 제3 노드(N3)로 흐를 수 있다.
제4 모드에서, 제3 커패시터(C3)에 흐르는 전류의 크기는 제1 커패시터(C1)에 흐르는 전류의 크기와 같다.
도 14는 도 6의 제5 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 14를 참조하면, 제1 단자(T1)에 양의 전압이 인가되고 제2 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 가열코일, 제1 커패시터(C1), 제3 커패시터(C3) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐르고, 공진 전류가 그라운드 노드(GND)로부터 제2 스위칭 소자(SW2) 및 가열코일을 통해 제3 노드(N3)로 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 완료한 후 제2 동작을 시작하면, 가열코일에 충전된 전류는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)로 방전된다.
이에 따라, 제1 노드(N1)의 전압의 크기가 0보다 작게 되어, 입력 전류가 다시 흐르기 시작한다.
이 때, 제3 커패시터(C3)에 충전된 전압의 크기는 제1 노드(N1)의 전압의 크기보다 크기 때문에 제1 역병렬 다이오드(RD1)가 도통되지 않고, 이에 따라 입력 전류는 제1 단자(T1)로부터 인덕터(L1), 가열코일, 제1 커패시터(C1), 제3 커패시터(C3) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 단자(T2)로 흐를 수 있다.
한편, 제1 노드(N1)의 전압의 크기가 0보다 작게 되어 제2 역병렬 다이오드(RD2)가 도통되고, 이에 따라 공진 전류는 그라운드 노드(GND)로부터 제2 스위칭 소자(SW2) 및 가열코일을 통해 제3 노드(N3)로 흐를 수 있다.
도 15는 도 7의 제6 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 15를 참조하면, 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되고 제1 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 제2 단자(T2)로부터 제1 다이오드(D1), 제1 커패시터(C1), 가열코일 및 인덕터(L1)를 통해 제1 단자(T1)로 흐르고, 공진 전류가 제3 노드(N3)로부터 가열코일 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다.
제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되는 경우 제2 단자(T2)에 양의 전압이 인가된다. 제2 단자(T2)에 걸리는 전압의 크기가 제3 커패시터(C3)에 충전된 전압의 크기보다 큰 조건이 만족되면, 제1 다이오드(D1)가 도통된다. 또한, 제2 다이오드(D2)와 제2 역병렬 다이오드(RD2)는 전압 조건에 따라 도통되지 않는다.
이에 따라, 입력 전류는 제2 단자(T2)로부터 제1 다이오드(D1), 제1 커패시터(C1), 가열코일 및 인덕터(L1)를 통해 제1 단자(T1)로 흐르게 된다.
한편, 제1 스위칭 소자(SW1)가 오프되어 있기 때문에, 공진 전류는 가열코일 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐르게 된다.
도 16은 도 7의 제7 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 16을 참조하면, 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되고 제1 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 흐르지 않는 상태에서, 공진 전류가 제3 노드(N3)로부터 가열코일 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 그라운드 노드(GND)로 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제1 동작을 시작한 후 소정의 시간이 경과하면 인덕터(L1)에 충전된 전류가 완전히 방전된다.
인덕터(L1)에 충전된 전류가 완전히 방전되면, 입력 전류는 더 이상 흐르지 않고 제2 커패시터(C2)가 방전되며 공진 전류가 흐르게 된다.
도 17은 도 7의 제8 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 17을 참조하면, 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되고 제2 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 제2 단자(T2)로부터 제1 다이오드(D1), 제1 커패시터(C1), 가열코일 및 인덕터(L1)를 통해 제1 단자(T1)로 흐르고, 공진 전류가 제3 노드(N3)로부터 가열코일 및 스위칭 소자를 통해 제2 노드(N2)로 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제1 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 온 상태의 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프상태로 전환된다.
제2 스위칭 소자(SW2)가 오프 상태로 전환됨에 따라, 제1 역병렬 다이오드(RD1)가 도통되고, 제7 모드에서 제2 스위칭 소자(SW2)를 통해 그라운드 노드(GND)로 향하던 공진 전류는 제1 역병렬 다이오드(RD1)를 통해 제2 노드(N2)로 향하게 된다.
또한, 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프 상태로 전환됨에 따라, 제1 다이오드(D1)가 도통되고, 입력 전류는 제2 단자(T2)로부터 제1 다이오드(D1), 제1 커패시터(C1), 가열코일, 인덕터(L1)를 통해 제2 단자(T2)로 흐르게 된다.
도 18은 도 7의 제9 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 18을 참조하면, 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되고 제3 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 제2 단자(T2)로부터 제1 다이오드(D1), 제1 스위칭 소자(SW1) 및 인덕터(L1)를 통해 제1 단자(T1)로 흐르고, 공진 전류가 제2 노드(N2)로부터 제1 스위칭 소자(SW1) 및 가열코일을 통해 제3 노드(N3)로 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제2 동작을 완료한 후 제3 동작을 수행하면, 오프 상태의 제1 스위칭 소자(SW1)가 온 상태로 전환된다.
이에 따라, 공진 전류 및 입력 전류가 제1 스위칭 소자(SW1)를 통해 흐를 수 있게 된다.
도 19는 도 7의 제10 모드에서의 전류의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 19를 참조하면, 제1 단자(T1)에 음의 전압이 인가되고 제2 동작이 수행되는 중에, 입력 전류가 제2 단자(T2)로부터 제1 다이오드(D1), 제3 커패시터(C3), 제2 역병렬 다이오드(RD2) 및 인덕터(L1)를 통해 제1 단자(T1)로 흐르고, 공진 전류가 그라운드 노드(GND)로부터 제2 역병렬 다이오드(RD2) 및 가열코일을 통해 제3 노드(N3)로 흐를 수 있다.
제어부(150)가 제3 동작을 완료한 후 제2 동작을 수행하면, 온 상태의 제1 스위칭 소자(SW1)가 오프 상태로 전환된다.
제1 스위칭 소자(SW1)가 오프 상태로 전환됨에 따라, 제2 역병렬 다이오드(RD2)가 도통되고, 제9 모드에서 제1 스위칭 소자(SW1)를 통해 제2 노드(N2)에서 제1 노드(N1)로 향하던 공진 전류는 제2 역병렬 다이오드(RD2)를 통해 그라운드 노드(GND)에서 제1 노드(N1)로 향하게 된다.
또한, 제1 스위칭 소자(SW1)가 오프 상태로 전환됨에 따라, 입력 전류가 제1 스위칭 소자(SW1)로 흐르지 못하고, 제2 단자(T2)로부터 제1 다이오드(D1), 제3 커패시터(C3), 제2 역병렬 다이오드(RD2) 및 인덕터(L1)를 통해 제1 단자(T1)로 흐르게 된다.
본 개시에 따르면, 가열코일을 통과하는 공진 전류의 크기가 일정한 값을 유지하게 되어 용기를 가열할 때 발생하는 소음이 저감될 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면 가열코일을 통과하는 공진 전류의 크기가 일정한 값을 유지하게 되어 투자율이 낮은 용기를 효율적으로 가열할 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면 제3 커패시터에 의하여 전압이 상승되기 때문에, 전류 용량이 정해져 있는 스위칭 소자들을 사용하더라도 출력을 증대할 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적 저장매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 기록 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 기록 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 제1, 제2 및 제3 노드;
    제1 단자와 제2 단자를 갖는 전원부;
    상기 제1 단자와 상기 제1 노드 사이에 연결된 인덕터;
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 제1 스위칭 소자;
    상기 제1 스위칭 소자와 연결된 제1 역병렬 다이오드;
    상기 제1 노드와 그라운드 노드 사이에 연결된 제2 스위칭 소자;
    상기 제2 스위칭 소자와 연결된 제2 역병렬 다이오드;
    상기 제2 노드에 연결되는 제1 음극과, 상기 제2 단자에 연결되는 제1 양극을 갖는 제1 다이오드;
    상기 제2 단자에 연결되는 제2 음극과, 상기 그라운드 노드에 연결되는 제2 양극을 갖는 제2 다이오드;
    상기 제2 노드와 상기 제3 노드에 연결된 제1 커패시터;
    상기 제3 노드와 상기 그라운드 노드에 연결된 제2 커패시터;
    상기 제2 노드와 상기 그라운드 노드에 연결된 제3 커패시터; 및
    상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 가열코일;을 포함하는 유도가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 전류센서;를 더 포함하는 유도가열장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 저항기;를 더 포함하는 유도가열장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는 교류 전원 및 상기 교류 전원에 포함된 노이즈 성분을 제거하는 필터를 포함하는 유도가열장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 유도가열장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위칭 소자를 턴 오프하고 상기 제2 스위칭 소자를 턴 온하는 제1 동작;
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 턴 오프하는 제2 동작; 및
    상기 제1 스위칭 소자를 턴 온하고 상기 제2 스위칭 소자를 턴 오프하는 제3 동작;을 수행하는 유도가열장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 동작, 상기 제1 동작, 상기 제3 동작 및 상기 제2 동작의 순서를 반복적으로 수행하는 유도가열장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 동작의 제1 기간 및 상기 제3 동작의 제3 기간 각각은 상기 제2 동작의 제2 기간보다 긴 것을 특징으로 하는 유도가열장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    가열 동작이 시작된 것에 기초하여 소정의 시간 동안 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 오프 상태로 유지하고,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 상기 오프 상태로 유지되는 중에 상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되면, 입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 제1 역병렬 다이오드, 상기 제3 커패시터 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르는 유도가열장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    가열 동작이 시작된 것에 기초하여 소정의 시간 동안 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 오프 상태로 유지하고,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 상기 오프 상태로 유지되는 중에 상기 제1 단자에 음의 전압이 인가되면, 입력 전류가 상기 제2 단자로부터 상기 제1 다이오드, 상기 제3 커패시터, 상기 제2 역병렬 다이오드 및 상기 인덕터를 통해 상기 제1 단자로 흐르는 유도가열장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제1 동작이 수행되는 중에,
    입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르고,
    공진 전류가 상기 제3 노드로부터 상기 가열코일 및 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 그라운드 노드로 흐르는 유도가열장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제2 동작이 수행되는 중에,
    입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 제1 역병렬 다이오드, 상기 제3 커패시터 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르고,
    공진 전류가 상기 제3 노드로부터 상기 가열코일 및 상기 제1 역병렬 다이오드를 통해 상기 제2 노드로 흐르는 유도가열장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제3 동작이 수행되는 중에,
    입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 가열코일, 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르고,
    공진 전류가 상기 제2 노드로부터 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 가열코일을 통해 상기 제3 노드로 흐르는 유도가열장치.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제3 동작이 수행되는 중에,
    입력 전류가 흐르지 않는 상태에서, 공진 전류가 상기 제2 노드로부터 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 가열코일을 통해 상기 제3 노드로 흐르는 유도가열장치.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단자에 양의 전압이 인가되고 상기 제2 동작이 수행되는 중에,
    입력 전류가 상기 제1 단자로부터 상기 인덕터, 상기 가열코일, 상기 제1 커패시터, 상기 제3 커패시터 및 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 단자로 흐르고,
    공진 전류가 상기 그라운드 노드로부터 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 가열코일을 통해 상기 제3 노드로 흐르는 유도가열장치.
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